(57)【要約】【課題】低抵抗のオーミック電極を備えたIII-Ｖ族窒化物半導体装置を実現できるようにする。【解決手段】サファイアからなる基板１１の上に活性層である窒化ガリウム（ＧａＮ）層１２が形成され、ＧａＮ層１２の上にチャネル層として厚さが２５ｎｍのｎ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ）層１３が形成されている。Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の上には厚さが２００ｎｍの６ホウ化ランタン（ＬａＢ6）層１４を下層とし、厚さが２００ｎｍのＡｌ層１５を上層とする多層電極１６が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層と、
前記III-Ｖ族窒化物半導体層の上に形成されたオーミック電極とを備えた半導体装置であって、
前記オーミック電極は、金属硼化物を含む導電性材料からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属硼化物は、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＬａＢ6、ＣｅＢ6、ＹＢ4及びＧｄＢ4から選択された単体又はこれらのうち少なくとも２つからなる積層体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属硼化物は、前記III-Ｖ族窒化物半導体層の上面に接していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記III-Ｖ族窒化物半導体層と前記オーミック電極との間に形成された金属酸化膜をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属酸化膜は、マグネシウム、カルシウム、バリウム及びストロンチウムから選択された単体の酸化物又はこれらのうち少なくとも２つからなる合金の酸化物であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属酸化膜は、厚さが１ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層の下には、ヘテロ接合界面が形成されており、
前記オーミック電極は、２つの電極が互いに間隔をおいて形成されており、
前記２つのオーミック電極は、それぞれソース電極及びドレイン電極であり、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間には、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に流れる電流を制御するゲート電極が形成されており、
電界効果トランジスタとして機能することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層は、コレクタ層及びエミッタ層の２層であり、
前記コレクタ層と前記エミッタ層との間には、ｐ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層であるベース層が形成されて、前記コレクタ層、前記ベース層及び前記エミッタ層によりＮＰＮ接合が形成されており、
前記コレクタ層の上面における所定の領域に形成された前記オーミック電極はコレクタ電極であり、
前記エミッタ層の上面における所定の領域に形成された前記オーミック電極はエミッタ電極であり、
バイポーラトランジスタとして機能することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層はｎ型コンタクト層であり、
前記オーミック電極はｎ側電極であって、
前記ｎ型コンタクト層と接して形成されたｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層に接して順次形成された活性層とｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層と、ｐ型コンタクト層に接して形成されたｐ側電極とをさらに備え、
半導体発光素子として機能することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
基板の上にｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層を形成する工程と、
前記III-Ｖ族窒化物半導体層の上面に窒素原子が欠乏した窒素欠乏領域を選択的に形成する工程と、
前記窒素欠乏領域の上に金属硼化物からなるオーミック電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記窒素欠乏領域は、前記III-Ｖ族窒化物半導体層を非酸化性の雰囲気において熱処理することにより形成することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記非酸化性の雰囲気は、窒素、水素及び希ガスから選択された単体ガス又はこれらのうち少なくとも２つを含む混合ガスの雰囲気であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記熱処理は、２００℃以上且つ１２００℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記窒素欠乏領域は、前記III-Ｖ族窒化物半導体層の表面をイオンビーム照射、電子ビーム照射、アルゴンガスによるエッチング、プラズマアッシング及びドライエッチングのうちいずれかの方法により処理することにより形成することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
基板の上にｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層を形成する工程と、
前記III-Ｖ族窒化物半導体層の上面に金属酸化膜を選択的に形成する工程と、
前記金属酸化膜の上に金属硼化物からなるオーミック電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記金属酸化膜を形成する工程は、
前記III-Ｖ族窒化物半導体層の上面にマグネシウム、カルシウム、バリウム又はストロンチウムから選択された単体又はこれらのうち少なくとも２つからなる合金である金属薄膜を堆積する工程と、
前記金属薄膜を酸化する工程とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記金属酸化膜を酸化する工程は、前記金属薄膜を室温以上且つ１２００℃以下の温度で処理する工程であることを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記金属薄膜の厚さは、１ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記硼化物は、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＬａＢ6、ＣｅＢ6、ＹＢ4及びＧｄＢ4から選択された単体又はこれらのうち少なくとも２つからなる積層体であることを特徴とする請求項１０から１７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記硼化物は、真空蒸着法により形成することを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III-Ｖ族窒化物系化合物半導体を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族元素である硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）と、Ｖ族元素である窒素（Ｎ）とからなり、一般式がＢwＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１：０≦ｗ，ｘ，ｙ，ｚ≦１）によって表される化合物は、III-Ｖ族窒化物系化合物半導体、いわゆるIII-Ｖ族窒化物半導体と呼ばれるものである。III-Ｖ族窒化物半導体は、広いバンドギャップとそれに伴う高い破壊電圧並びに高い電子飽和速度及び高い移動度、加えてヘテロ接合における高い電子濃度等の利点を有することから、短波長発光素子、高出力高周波素子及び高周波低雑音増幅素子等への応用を目的として、研究開発が進んでいる。
【０００３】
これらのIII-Ｖ族窒化物半導体からなる半導体素子において、素子特性を高めるためには、半導体素子におけるコンタクト抵抗を出来る限り低減する必要がある。電流を電子によって搬送する場合は、電子が伝導する領域（以下電子チャネルと総称する。）に外部からオーミック電極を形成する必要があり、このオーミック電極におけるコンタクト抵抗の低減は特に重要である。
【０００４】
以下に、従来のオーミック電極を形成する方法（例えば特許文献１を参照。）について説明する。
【０００５】
図８はｎ-型の電子チャネルにオーミック電極を形成する最も一般的な方法を示している。図８（ａ）に示すようにサファイア基板３１の上に、活性層であるｎ型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：０≦ｘ≦１）層３２を形成し、ＡｌxＧａ1-xＮ層３２の上に、チタン（Ｔｉ）を最下層とし、その上にアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）等を含む多層金属薄膜３３をリフトオフによって形成する。次に、高温（５００℃から９００℃）でアニールを行い、図８（ｂ）に示すように多層金属薄膜３３のＴｉとＡｌxＧａ1-xＮ層３２の窒素（Ｎ）とを反応させ、窒素（Ｎ）の空孔を形成することによりＡｌxＧａ1-xＮ層３２の表面近傍に金属性を増した領域３４を形成する。同時に、領域３４と多層金属薄膜３３との界面に存在するＧａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕ等を反応させて安定な金属化合物を形成して、オーミック電極とする。
【０００６】
この方法によれば、電子チャネルと電極金属との界面におけるトンネル効果が増大するため、オーミック電極のコンタクト抵抗を低減することができる。例えば、一般的な、厚さが２５ｎｍのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層とＧａＮとが積層されたヘテロ接合トランジスタのソース電極及びドレイン電極をこの方法により形成した場合、コンタクト抵抗が１×１０-5Ω／ｃｍ2程度のオーミック電極を形成することができる。
【０００７】
III−Ｖ族窒化物半導体に電極を形成する他の方法としては、III−Ｖ族窒化物半導体層と電極との格子整合を改善することを目的として、金属の二硼化物を用いる方法が知られている（例えば特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１２６９４７号公報
【特許文献２】特開２００３−１０１０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、実用レベルの高周波デバイスのオーミック電極には１０-7Ω／ｃｍ2台のコンタクト抵抗が要求されており、前記従来のオーミック電極形成方法によって得られるオーミック電極では、この要求を満たすことができないという問題がある。
【０００９】
前記従来例においては、III-Ｖ族窒化物半導体層に窒素の空孔を発生させ、電極金属と窒化物半導体層との界面におけるトンネル効果を増大させることにより、オーミック電極のコンタクト抵抗を低減している。しかし、コンタクト抵抗の下限値は、オーミックコンタクトに用いる金属と電子伝導チャネルとの界面におけるポテンシャル障壁の高さ、すなわち障壁高さによって規定される。
【００１０】
界面における障壁高さは、電極に用いる金属のフェルミ準位から真空準位までの高さである仕事関数によって決定される。ｎ-型の窒化物半導体において通常電極に用いられるＴｉの仕事関数は約５ｅＶであり、トンネル効果を増大させてコンタクト抵抗を低減した場合においても、必要とする１０-7Ω／ｃｍ2台のコンタクト抵抗を達成することは極めて困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題を解決し、低抵抗のオーミック電極を備えたIII-Ｖ族窒化物半導体からなる半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、金属硼化物を含むオーミック電極を有する構成とする。
【００１３】
具体的に、本発明に係る半導体装置は、ｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層と、III-Ｖ族窒化物半導体層の上に形成されたオーミック電極とを備えた半導体装置を対象とし、オーミック電極は、金属硼化物を含む導電性材料からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体装置によれば、オーミック電極が金属硼化物を含む導電性材料からなり、金属硼化物の仕事関数は非常に小さいため、III-Ｖ族窒化物半導体層とオーミック電極との間の障壁高さを０に近づけることができるので、コンタクト抵抗を非常に小さくすることが可能となる。
【００１５】
本発明の半導体装置において、金属硼化物はＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＬａＢ6、ＣｅＢ6、ＹＢ4及びＧｄＢ4から選択された単体又はこれらのうち少なくとも２つからなる積層体であることが好ましく、また、金属硼化物はIII-Ｖ族窒化物半導体層の上面に接していることが好ましい。このようにすることによりコンタクト抵抗を確実に低減することができる。
【００１６】
本発明の半導体装置は、III-Ｖ族窒化物半導体層とオーミック電極との間に形成された金属酸化膜をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、金属硼化物であるオーミック電極とIII-Ｖ族窒化物半導体層との相互間における電子の放出が促進されるので、コンタクト抵抗をさらに低減することができる。
【００１７】
この場合において、金属酸化膜はマグネシウム、カルシウム、バリウム及びストロンチウムから選択された単体の酸化物又はこれらのうち少なくとも２つからなる合金の酸化物であることが好ましく、また、厚さが１ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下であることが好ましい。このような構成とすることによりオーミック電極からの電子の放出を確実に促進することができる。
【００１８】
本発明の半導体装置において、ｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層の下には、ヘテロ接合界面が形成されており、オーミック電極は、２つの電極が互いに間隔をおいて形成されており、２つのオーミック電極は、それぞれソース電極及びドレイン電極であり、ソース電極とドレイン電極との間には、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を制御するゲート電極が形成されており、電界効果トランジスタとして機能することが好ましい。このような構成とすることにより、ソース抵抗及びドレイン抵抗を低減できるので、オン抵抗を小さくすることができ、その結果、高周波特性及び相互コンダクタンスが優れた電界効果トランジスタを確実に実現することができる。
【００１９】
本発明の半導体装置は、ｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層は、コレクタ層及びエミッタ層の２層であり、コレクタ層とエミッタ層との間には、ｐ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層であるベース層が形成されて、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層によりＮＰＮ接合が形成されており、コレクタ層の上面における所定の領域に形成されたオーミック電極はコレクタ電極であり、エミッタ層の上面における所定の領域に形成されたオーミック電極はエミッタ電極であり、バイポーラトランジスタとして機能することが好ましい。このような構成とすることにより、コレクタ抵抗及びエミッタ抵抗を低減することができるので、オン抵抗を小さくすることができ、その結果、高周波特性に優れた高利得のバイポーラトランジスタを確実に実現することができる。
【００２０】
本発明の半導体装置において、ｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層はｎ型コンタクト層であり、オーミック電極はｎ側電極であって、ｎ型コンタクト層と接して形成されたｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層に接して順次形成された活性層とｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層と、ｐ型コンタクト層に接して形成されたｐ側電極とをさらに備え、半導体発光素子として機能することが好ましい。
【００２１】
このような構成とすることにより、ｎ側電極の抵抗を低減することができるので、閾値電圧を小さくすることができ、その結果、高効率の半導体発光素子を実現することができる。
【００２２】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、基板の上にｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層を形成する工程と、III-Ｖ族窒化物半導体層の上面に窒素原子が欠乏した窒素欠乏領域を選択的に形成する工程と、窒素欠乏領域の上に金属硼化物からなるオーミック電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
第１の半導体装置の製造方法によれば、III-Ｖ族窒化物半導体層の上面に窒素欠乏領域を形成する工程と、窒素欠乏領域の上に金属硼化物からなるオーミック電極を形成する工程とを備えているため、III-Ｖ族窒化物半導体層とオーミック電極との間に硼素（Ｂ）−窒素（Ｎ）化合物が形成されることを防止できる。従って、Ｂ−Ｎ化合物によるコンタクト抵抗の上昇が生じず、仕事関数が小さな金属硼化物の特性を発揮させることができ、その結果、低抵抗のオーミック電極を備えた半導体装置を容易に得ることが可能となる。
【００２４】
第１の製造方法において、窒素欠乏領域は、III-Ｖ族窒化物半導体層を非酸化性の雰囲気において熱処理することにより形成することが好ましい。このような構成とすることにより、確実に窒素欠乏領域を形成することができる。
【００２５】
この場合において、非酸化性の雰囲気は窒素、水素及び希ガスから選択された単体ガス又はこれらのうち少なくとも２つを含む混合ガスの雰囲気であることが好ましい。また、熱処理は２００℃以上且つ１２００℃以下の温度で行うことが好ましい。
【００２６】
これにより、III-Ｖ族窒化物半導体層にダメージを与えることなく確実に窒素欠乏領域を形成することができる。
【００２７】
第１の製造方法において、窒素欠乏領域は、III-Ｖ族窒化物半導体層の表面をイオンビーム照射、電子ビーム照射、アルゴンガスによるエッチング、プラズマアッシング及びドライエッチングのうちいずれかの方法により処理することにより形成してもよい。このような構成によっても、窒素欠乏領域を形成することが可能である。
【００２８】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、基板の上にｎ型の導電性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体層を形成する工程と、III-Ｖ族窒化物半導体層の上面に金属酸化膜を選択的に形成する工程と、金属酸化膜の上に金属硼化物からなるオーミック電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２９】
第２の製造方法によれば、III-Ｖ族窒化物半導体層の上面に金属酸化膜を形成する工程と、金属酸化膜の上に金属硼化物からなるオーミック電極を形成する工程とを備えているため、金属硼化物とIII-Ｖ族窒化物半導体層との相互間における電子の放出を容易にする金属酸化膜の上にオーミック電極を形成することができる。また、金属硼化物とIII-Ｖ族窒化物半導体層とが直接接しておらずＢ−Ｎ化合物が形成されることがない。従って、低抵抗なオーミック電極を備えた半導体装置を容易に得ることができる。
【００３０】
第２の製造方法において、金属酸化膜を形成する工程は、III-Ｖ族窒化物半導体層の上面にマグネシウム、カルシウム、バリウム又はストロンチウムから選択された単体又はこれらのうち少なくとも２つからなる合金である金属薄膜を堆積する工程と、金属薄膜を酸化する工程とを含むことが好ましい。
【００３１】
このような構成とすることにより、仕事関数が非常に小さい金属酸化膜を確実に形成することができる。
【００３２】
この場合において、金属酸化膜を酸化する工程は、金属薄膜を室温以上且つ１２００℃以下の温度で処理する工程であることが好ましい。このような構成とすることにより、III-Ｖ族窒化物半導体層にダメージを与えることなく確実に金属酸膜を形成することができる。また、金属薄膜の厚さは、１ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
本発明の半導体装置の製造方法において、硼化物は、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＬａＢ6、ＣｅＢ6、ＹＢ4及びＧｄＢ4から選択された単体又はこれらのうち少なくとも２つからなる積層体であることが好ましい。また、真空蒸着法により形成することが好ましい。このようにすることにより、確実に低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、低抵抗のオーミック電極を備えたIII-Ｖ族窒化物系半導体装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における半導体装置を、図１を参照しながら説明する。
【００３６】
図１（ａ）は本実施形態の半導体装置の要部における断面構造を示している。図１（ａ）に示すようにサファイアからなる基板１１の上に窒化ガリウム（ＧａＮ）層１２が形成され、ＧａＮ層１２の上に、ｎ型のIII-Ｖ族窒化物半導体層として厚さが２５ｎｍのｎ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ）層１３が形成されている。Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の上には厚さが２００ｎｍの６ホウ化ランタン（ＬａＢ6）層１４を下層とし、厚さが２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）層１５を上層とするオーミック電極である多層電極１６が形成されている。
【００３７】
以下に、本実施形態の半導体装置のオーミック電極部分の製造方法について図２を参照しながら説明する。図２は本実施形態の半導体装置のオーミック電極部分の製造方法について工程ごとに断面構造を示している。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、まずサファイアからなる基板１１の上に厚さが２５０ｎｍのＧａＮ層１２を有機金属気相成長法により堆積する。続いて厚さが２５ｎｍのｎ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３を有機金属気相成長法により堆積する。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示すようにＧａＮ層１２とＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３とを形成した基板１１を窒素雰囲気中において９００℃の温度で５分間熱処理し、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の表面近傍に窒素原子が欠乏した窒素欠乏領域１７を選択的に形成する。
【００４０】
次に、図２（ｃ）に示すように厚さが２００ｎｍのＬａＢ6層１４及び厚さが２００ｎｍのＡｌ層１５を真空蒸着法により順次成膜する。
【００４１】
このように、ＬａＢ6層１４の成膜前に、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の表面近傍に窒素欠乏領域１７を形成することにより、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３とＬａＢ6層１４との界面において硼素（Ｂ）と窒素（Ｎ）とがＢ−Ｎ化合物を形成することを防止できる。これにより、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３とＬａＢ6層１４との界面におけるコンタクト抵抗をさらに低減できる。
【００４２】
図１（ｂ）は本実施形態の半導体層におけるエネルギーダイアグラムを示している。ＧａＮ層１２とＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３との界面には、ＧａＮとＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎとの分極量の差により、１×１０13／ｃｍ2の２次元電子ガスが生じる。この２次元電子ガスにより多層電極１６は、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３とオーミック接触を形成する。
【００４３】
Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の上に堆積したＬａＢ6層１４の仕事関数は２．７ｅＶであり、電極として従来用いられているＴｉの仕事関数４．５ｅＶと比べて２ｅＶ程度低く、ＬａＢ6層１４フェルミレベルは、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３に対しての伝導帯の下端とほぼ一致する。従って、このＬａＢ6／Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ界面においては、コンタクト抵抗の下限値を規定する障壁高さをほぼ０とすることが可能となる。
【００４４】
図１（ｃ）は本実施形態の半導体装置の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性と従来の半導体装置と比較して示している。図から明らかなように、本発明によるＩ−Ｖ特性の方が傾きが大きく、コンタクト抵抗率は従来の半導体装置が１×１０‐5Ω／ｃｍ2であるのに対して１×１０‐6Ω／ｃｍ2となり、約１／１０に低減されている。なお、従来の半導体装置には、多層電極の下層をＴｉとし、上層をＡｌとする構成の装置を用いた。
【００４５】
本実施形態においては、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の表面近傍に窒素欠乏領域１７を形成する工程を窒素雰囲気中において行ったが、酸素（Ｏ2）を含まない雰囲気で行えばよく、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）又はアルゴン（Ａｒ）若しくはネオン（Ｎｅ）等の希ガス雰囲気又はこれらの混合雰囲気において行うことが好ましい。
【００４６】
また、処理温度は、２００℃以上の温度であればよいが、半導体層へのダメージを避けるためには１２００℃以下の温度で行うことが好ましい。
【００４７】
さらに、熱処理に代えて、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の表面へのイオンビーム照射、電子ビーム照射、プラズマアッシング又はドライエッチング等の処理を行うことにより同様の効果が得られる。なお、ドライエッチングの際にはＡｒをプラズマ種に用いることが好ましい。
【００４８】
なお、本実施形態では、電極をＬａＢ6とＡｌとの積層体により形成したが、ＬａＢ6に代えて、同じく硼化物系化合物であり、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＣｅＢ6、ＹＢ4又はＧｄＢ4を用いてもよく、さらに、これらのうちから選択した複数の化合物を積層体として用いてもよい。また、上層のＡｌに代えてＡｕ、Ｎｉ又はＣｕ等の低抵抗の金属を用いることができ、さらにこれらの積層体や化合物を用いてもよい。
【００４９】
本実施形態においては、ｎ型のIII-Ｖ族窒化物半導体層にｎ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、一般式がＢwＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１：０≦ｗ，ｘ，ｙ，ｚ≦１）で表される化合物のうちから選択した任意の化合物をｎ型にドープして用いることができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態における半導体装置を、図３を参照しながら説明する。
【００５１】
図３（ａ）は第２の実施形態の半導体装置の要部における断面構造を示している。図３（ａ）に示すように、サファイアからなる基板１１上に形成されたＧａＮ層１２の上に、ｎ型のIII-Ｖ族窒化物半導体層として厚さが２５ｎｍのｎ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３が形成されている。本実施形態においては、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の上に厚さが３ｎｍの酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）からなる金属酸化膜２４が形成され、金属酸化膜２４の上に厚さが２００ｎｍのＬａＢ6層１４と厚さが２００ｎｍのＡｌ層１５が下から順次積層されて、オーミック電極である多層電極１６が形成されている。
【００５２】
以下に、本実施形態の半導体装置のオーミック電極部分の製造方法について図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態の半導体装置のオーミック電極部分の製造方法について工程ごとに断面構造を示している。
【００５３】
図４（ａ）に示すようにまず、サファイアからなる基板１１の上にＧａＮ層１２とｎ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３とを順次形成する。
【００５４】
次に、図４（ｂ）に示すようにｎ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の上に、厚さが２ｎｍのストロンチウム（Ｓｒ）からなる金属薄膜２３を真空蒸着法により成膜する。さらに、図４（ｃ）に示すように濃度が１００％の酸素雰囲気中において、１００℃の温度で１０分間処理を行い、厚さが３ｎｍのＳｒＯからなる金属酸化膜２４を形成する。
【００５５】
次に、図４（ｄ）に示すように真空蒸着法により厚さが２００ｎｍの厚さが２００ｎｍのＬａＢ6層１４と厚さが２００ｎｍのＡｌ層１５を順次成膜して、多層電極１６を形成する。
【００５６】
図３（ｂ）に本実施形態の構成におけるエネルギーダイアグラムを示す。ＧａＮ層１２とＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３との界面には、ＧａＮ層１２とＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３との分極量の違いから、１×１０13／ｃｍ2の２次元電子ガスが生じる。この２次元電子ガスにより多層電極１６は、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３とオーミック接触を形成する。
【００５７】
本実施形態においては、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３とＬａＢ6層１４との間に厚さが３ｎｍのＳｒＯからなる金属酸化膜２４が形成されている。ＳｒＯは仕事関数が１．２５ｅＶと極めて低い絶縁性酸化物であり、ＬａＢ6層１４からＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３への電子放出を促進する。また、ＬａＢ6層１４がＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３と直接接しておらず、ＬａＢ6層１４とＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３との界面においてコンタクト抵抗を上昇させる硼素（Ｂ）−窒素（Ｎ）化合物が形成されないため、第１の実施形態と異なり窒素欠乏領域を形成する工程が不用となる。
【００５８】
図３（ｃ）は本実施形態の半導体装置の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性と従来の半導体装置と比較して示している。図から明らかなように、本発明によるＩ−Ｖ特性の方が傾きが大きく、コンタクト抵抗率は従来の半導体装置が１×１０‐5Ω／ｃｍ2であるのに対して５×１０‐7Ω／ｃｍ2となり、約１／２０に低減されている。なお、従来の半導体装置には、多層電極の下層をＴｉとし、上層をＡｌとする構成の装置を用いた。
【００５９】
本実施形態においては、金属酸化膜２４の厚さを３ｎｍとしたが、ＬａＢ6層１４とＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３との間に十分なトンネル電流が流れるようにするためには、金属酸化膜２４の厚さを１０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、ＬａＢ6層１４からの電子放出を促進し、Ｂ−Ｎ化合物の形成を防止するためには、厚さを１ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００６０】
また、金属酸化膜２４には絶縁性を有し且つ仕事関数が低い金属酸化物を用いることが可能であり、ストロンチウム（Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）及びバリウム（Ｂａ）のうちのいずれかの酸化物又はこれらの合金の酸化物を用いても同様の効果が得られる。
【００６１】
また、本実施形態においては堆積した金属薄膜を酸素雰囲気中で処理することにより金属酸化膜２４を形成したが、酸素濃度は３％以上であればよく、反応は室温においても進行するため特に限定はされないが、半導体層へのダメージを避けるためには１２００℃以下の温度で行うことが好ましい。また、プラズマ酸化によって金属薄膜を金属酸化膜２４としてもよい。
【００６２】
さらに、本実施形態においては金属薄膜２３を堆積した後、酸化処理を行い金属酸化膜２４を形成したが、スパッタ法又はリアクティブスパッタ法等により金属酸化膜２４を直接Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１３の上に成膜してもよい。
【００６３】
また、第１の実施形態と同様にＬａＢ6に代えて、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＣｅＢ6、ＹＢ4又はＧｄＢ4を用いてもよく、さらに、これらを積層体として用いてもよい。
【００６４】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態における半導体装置を、図５を参照しながら説明する。本実施形態の半導体装置は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、第１の実施形態のオーミック電極をソース電極及びドレイン電極として用いている。
【００６５】
図５は本実施形態の半導体装置の断面構造を示している。図５に示すように、サファイアからなる基板４１の上に形成されたＧａＮからなる動作層４２の上に、厚さが２５ｎｍのｎ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる障壁層４３が形成されている。障壁層４３の上には、所定の間隔をおいてソース電極及びドレイン電極となる２つの多層電極４６が形成されている。多層電極４６は第１の実施形態と同様に厚さが２００ｎｍのＬａＢ6層４４を下層とし、厚さが２００ｎｍのＡｌ層４５を上層として積層されている。また、障壁層４３の上面におけるソース電極とドレイン電極との間の領域にはパラジウム（Ｐｄ）とシリコン（Ｓｉ）との合金からなるゲート電極４７が形成されている。
【００６６】
以下に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す。まず、サファイアからなる基板４１の上にＧａＮからなる動作層４２及びＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる障壁層４３をエピタキシャル成長させる。次に、障壁層４３の上に第１の実施形態の方法によりＬａＢ6層４４とＡｌ層４５とが積層された導電層を形成する。続いて、導電層をパターニングして所定の部分を除去することによりソース電極及びドレイン電極となる２つの多層電極４６を形成する。さらに、障壁層４３の表面におけるソース電極とドレイン電極との間の領域にＰｄとＳｉとの合金からなるゲート電極４７を形成する。
【００６７】
本実施形態の半導体装置は、ソース電極及びドレイン電極にＬａＢ6を含む多層電極を用いているため、ソース電極及びドレイン電極のオーミック抵抗を低くすることができ、ソース抵抗及びドレイン抵抗が小さい。また、これに伴いオン抵抗が減少するため、高周波特性の優れた相互コンダクスタンスが大きなＦＥＴとなる。
【００６８】
本実施形態においては、多層電極を第１の実施形態の多層電極と同一の構造としたが、第２の実施形態のように金属酸化膜を有する構造としてもよい。また、ＬａＢ6に代えて他の硼化物系化合物を用いてもよい。また、ＦＥＴとして機能すれば、各層の厚さ、基板の材質、動作層及び障壁層の組成比及びゲート電極の材質等を変更してもよい。
【００６９】
（第４の実施形態）
以下に、本発明の第４の実施形態における半導体装置を、図６を参照しながら説明する。本実施形態の半導体装置は、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）であり、第１の実施形態のオーミック電極をコレクタ電極及びエミッタ電極として用いている。
【００７０】
図６は本実施形態の半導体装置の断面構造を示している。図６に示すように、サファイアからなる基板６１上に形成された厚さが５０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層６２の上に、厚さが１０００ｎｍのｎ型のＧａＮからなるコレクタ層６３が形成されている。コレクタ層６３の上における所定の領域にはコレクタ電極として下層がＬａＢ6層６６であり、上層がＡｌ層６７である多層電極６９が形成されている。
【００７１】
コレクタ層６３の上におけるコレクタ電極を除く領域の上には、厚さが２５ｎｍのｐ型のＩｎＧａＮからなるベース層６４が形成されており、ベース層６４の上における所定の領域にはＰｄとＳｉとの合金からなるベース電極６８が形成されている。また、ベース層６４の上におけるベース電極を除く領域の上には、厚さが２５ｎｍのｎ型のＡｌＧａＮからなるエミッタ層６５が形成され、エミッタ層６５の上にはエミッタ電極としてＬａＢ6層６６とＡｌ層６７とが下から順次積層された多層電極６９が形成されている。
【００７２】
以下に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す。まず、サファイアからなる基板６１の上にＧａＮからなるバッファ層６２、ｎ型のＧａＮからなるコレクタ層６３、ｐ型のＩｎＧａＮからなるベース層６４及びｎ型のＡｌＧａＮからなるエミッタ層６５を順次積層する。続いて、エミッタ層６５の所定の部分をエッチングにより選択的に除去してベース層６４を露出させる。さらに、ベース層６４の所定の部分をエッチングにより除去して、コレクタ層６３を露出させる。次に、エミッタ層６５及びコレクタ層６３の上に第１の実施形態と同様にして多層電極６９をそれぞれ形成し、ベース層６４の上にＰｄとＳｉとの合金からなるベース電極６８を形成する。
【００７３】
本実施形態の半導体装置は、エミッタ電極及びコレクタ電極としてＬａＢ6を含む多層電極を用いているため、両電極のオーミック抵抗を低減することができ、エミッタ抵抗及びコレクタ抵抗を減少させることが可能となる。これに伴い、オン抵抗を低減することができるため、高周波特性に優れ、高利得なＨＢＴを実現できる。
【００７４】
本実施形態においては、多層電極を第１の実施形態の多層電極と同一の構造としたが、第２の実施形態のように金属酸化膜を有する構造としてもよい。また、ＬａＢ6に代えて他の硼化物系化合物を用いてもよい。また、ＨＢＴとして機能すれば、各層の厚さ、各層の組成、基板の材質、ベース電極の材質等を変更してもよい。
【００７５】
（第５の実施形態）
以下に、本発明の第５の実施形態における半導体装置を、図７を参照しながら説明する。本実施形態の半導体装置は、半導体発光素子であり、第１の実施形態のオーミック電極をｎ側電極として用いている。
【００７６】
図７は本実施形態の半導体装置の断面構造を示している。図７に示すように、サファイアからなる基板７１の上に形成された厚さが５０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層７２の上に、厚さが１００ｎｍのｎ型のＧａＮからなるｎ型コンタクト層７３が形成されている。ｎ型コンタクト層７３の上における所定の領域にはｎ側電極として下層がＬａＢ6層８１であり、上層がアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）からなる金属多層膜８２である多層電極８３が形成されている。
【００７７】
ｎ型コンタクト層７３の上におけるｎ側電極を除く領域の上には、厚さが５００ｎｍのｎ型のＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層７４が形成され、ｎ型クラッド層７４の上には、ＧａＮからなる光ガイド層７５と光ガイド層７６との間に挟まれたＧａＮとＩｎＧａＮとの量子井戸構造を有する発光層７６、厚さが５００ｎｍのｐ型のＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層７８及び厚さが１００ｎｍのｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層７９が下から順に積層されている。また、ｐ型コンタクト層７９の上には白金からなるｐ側電極８０が形成されている。
【００７８】
以下に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す。まず、サファイアからなる基板７１の上にバッファ層７２、ｎ型コンタクト層７３を積層する。さらに、ｎ型クラッド層７４、光ガイド層７５、発光層７６、光ガイド層７７、ｐ型クラッド層７８及びｐ型コンタクト層７９を順に堆積する。次に、ｐ型コンタクト層７９、ｐ型クラッド層７８、光ガイド層７７、発光層７６、光ガイド層７５及びｎ型クラッド層７４の一部をエッチングにより選択的に除去してｎ型コンタクト層７３が露出した積層構造を形成する。露出したｎ型コンタクト層７３の上にはＬａＢ6層８１を含む多層電極であるｎ側電極８３を第１の実施形態と同様に形成する。また、ｐ型コンタクト層７９の上には、Ｐｔからなるｐ側電極８０を形成する。
【００７９】
本実施形態の半導体装置は、ｎ側電極にＬａＢ6を用いている。このため、ｎ側電極のオーミック抵抗を小さくすることができるので、閾値電圧を低減することが可能となり、高効率の半導体発光素子を実現できる。
【００８０】
本実施形態においては、ＬａＢ6層をｎ型コンタクト層の上に直接形成したが、第２の実施形態のように金属酸化膜を形成した上にＬａＢ6層を形成してもよい。また、ＬａＢ6に代えて他の硼化物系化合物を用いてもよい。また、半導体発光素子として機能すれば、各層の厚さ、各層の組成、基板の材質及びｐ側電極の材質等を変更してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の半導体装置及びその製造方法は、低抵抗のオーミック電極を備えたIII-Ｖ族窒化物半導体からなる半導体装置を実現できるため、III-Ｖ族窒化物系化合物半導体を用いた半導体装置及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置のエネルギー・ダイアグラムを示す図であり、（ｃ）は本発明の第１の実施形態係る半導体装置と従来の半導体装置とにおけるＩ−Ｖ特性を比較して示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の要部の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図であり、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置のエネルギー・ダイアグラムを示す図であり、（ｃ）本発明の第２の実施形態係る半導体装置と従来の半導体装置とにおけるＩ−Ｖ特性を比較して示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の要部の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図８】従来のオーミック電極の製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１１  基板
１２  ＧａＮ層
１３  Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層
１４  ＬａＢ6層
１５  Ａｌ層
１６  多層電極
１７  窒素欠乏領域
１８  ２次元電子ガス
２３  金属薄膜
２４  金属酸化膜
４１  基板
４２  動作層
４３  障壁層
４４  ＬａＢ6層
４５  Ａｌ層
４６  多層電極
４７  ゲート電極
６１  基板
６２  バッファ層
６３  コレクタ層
６４  ベース層
６５  エミッタ層
６６  ＬａＢ6層
６７  Ａｌ層
６８  ベース電極
６９  多層電極
７１  基板
７２  バッファ層
７３  ｎ型コンタクト層
７４  ｎ型クラッド層
７５  光ガイド層
７６  発光層
７７  光ガイド層
７８  ｐ型クラッド層
７９  ｐ型コンタクト層
８０  ｐ側電極
８１  ＬａＢ6層
８２  金属多層膜
８３  ｎ側電極
【図１】
2005159310.tif 000003
【図２】
2005159310.tif 000004
【図３】
2005159310.tif 000005
【図４】
2005159310.tif 000006
【図５】
2005159310.tif 000007
【図６】
2005159310.tif 000008
【図７】
2005159310.tif 000009
【図８】
2005159310.tif 000010