(57)【要約】【課題】窒化物半導体層の表面に形成したオーミック電極のコンタクト抵抗を低減した窒化物半導体装置およびその製造方法を提供すること。【解決手段】第一の窒化物半導体層３と、第一の窒化物半導体層３の上に形成された第二の窒化物半導体層４と、第二の窒化物半導体層４の表面に形成されるオーミック電極としてのカソード電極６と、を備え、第二の窒化物半導体層４の表面におけるカソード電極６が形成される領域に、凹凸構造を有するコンタクト部４ａが形成され、このコンタクト部４ａの表面粗さ（ＲＭＳ）が０.２５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、かつコンタクト部４ａの表面の酸素の組成比率が５ａｔ．％以下に設定されている。【選択図】図１
2012064663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層の表面に形成されるオーミック電極と、を備えた窒化物半導体装置であって、
前記窒化物半導体層の表面における前記オーミック電極が形成される領域は、表面粗さ（ＲＭＳ）が０.２５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、酸素の組成比率が５ａｔ．％以下であることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記窒化物半導体層は、ＡｌＧａＮでなり、前記窒化物半導体層における前記領域が形成された表面と反対側の面にＧａＮでなる他の半導体層が接合されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
窒化物半導体層の表面に、表面粗さ（ＲＭＳ）が０.２５ｎｍ以上５ｎｍ以下の領域をウェットエッチングで形成する工程と、
前記領域にオーミック電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ウェットエッチングは、アルカリ溶液を用いることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、窒化物半導体層表面にオーミック電極を備えた窒化物半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を用いた電子デバイスは、材料が本質的に持つ特性から、高温動作化、高耐圧化、高速化などが可能なデバイスとして期待されている。特に、高耐圧化や大電流動作が可能なことから、電源デバイスとしての応用が期待されている。窒化物半導体を用いた電子デバイスを実現するには、様々な工夫が必要となる。その工夫の一つとして、オーミック電極と窒化物半導体層との間のコンタクト抵抗を低減させることが挙げられる。
【０００３】
窒化物半導体装置において、オーミック電極のコンタクト抵抗を低減するために、オーミック電極を形成する半導体層表面に凹凸を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。特許文献１では、ドライエッチングや、ＳｉＯ２マスクを用いた選択成長によって、オーミック電極を形成する面に凹凸を形成している。また、特許文献２では、ドライエッチングおよびイオンビームを用いて、オーミック電極を形成する面に傾斜や凹凸を形成している。このように凹凸や傾斜を形成することにより、オーミック電極と二次元電子ガス（２ＤＥＧ）との距離を短縮し、オーミックコンタクト抵抗の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２７０１４号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来のオーミック電極の形成方法では、主にドライエッチングを用いて凹凸を形成するため、半導体層の表面のプラズマダメージによりコンタクト抵抗の増加などのデバイスの電気的特性への悪影響が懸念される。また、イオンビームを用いた場合においても、半導体層におけるオーミック電極を形成する面へダメージを与えるためデバイス特性への悪影響が懸念される。このような事情から、オーミック電極のコンタクト抵抗がさらに低減された窒化物半導体装置の実現が要望されている。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、窒化物半導体層の表面に形成したオーミック電極のコンタクト抵抗を低減した窒化物半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る窒化物半導体装置は、窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層の表面に形成されるオーミック電極と、を備えた窒化物半導体装置であって、前記窒化物半導体層の表面における前記オーミック電極が形成される領域は、表面粗さ（ＲＭＳ）が０.２５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、酸素の組成比率が５ａｔ．％以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、この発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、前記窒化物半導体層は、ＡｌＧａＮでなり、前記窒化物半導体層における前記領域が形成された表面と反対側の面にＧａＮでなる他の半導体層が接合されていることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層の表面に、表面粗さ（ＲＭＳ）が０.２５ｎｍ以上５ｎｍ以下の領域をウェットエッチングで形成する工程と、前記領域にオーミック電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、上記の発明において、前記ウェットエッチングは、アルカリ溶液を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、窒化物半導体層の表面に形成したオーミック電極のコンタクト抵抗を低減した窒化物半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の工程断面図である。
【図２−２】図２−２は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の工程断面図である。
【図２−３】図２−３は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の工程断面図である。
【図２−４】図２−４は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の工程断面図である。
【図２−５】図２−５は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の工程断面図である。
【図３】図３は、コンタクト部の表面粗さとコンタクト抵抗との相関を示すグラフである。
【図４】図４は、コンタクト部の酸素量とコンタクト抵抗との相関を示すグラフである。
【図５】図５は、ＴＭＡＨ溶液を用いた場合の処理時間とコンタクト部の表面粗さとの相関を示すグラフである。
【図６】図６は、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させた後と、ドライエッチングを施した後と、ウェットエッチングを施した後と、のそれぞれの場合における表面の組成比率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための形態である窒化物半導体装置としてのショットキーバリアダイオード（以下、ＳＢＤという。）およびその製造方法について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係るＳＢＤ１０の断面を示している。このＳＢＤ１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる基板１の上に、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層２と、アンドープＧａＮ層からなる第一の窒化物半導体層３と、アンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる第二の窒化物半導体層４とが順次形成されている。なお、バッファ層２はＡｌＮとＧａＮの積層構造で構成されてもよく、厚みは格別限定されないが通常１〜７μｍ程度に設定する。そして、ＳＢＤ１０の全体の表面は、例えばＳｉＯ２のような絶縁膜５で被覆されている。
【００１５】
ここで、第二の窒化物半導体層４を構成するＡｌＧａＮと第一の窒化物半導体層３を構成するＧａＮはヘテロ接合しているため、第一の窒化物半導体層３における接合界面の近傍には接合界面に沿って二次元電子ガス層３ａが形成される。
【００１６】
第二の窒化物半導体層４の表面には、部分的に絶縁膜５が除去された領域に凹凸構造を持つコンタクト部４ａが形成されている。このコンタクト部４ａ上には、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層膜からなるオーム性を持つカソード電極６が形成されている。
【００１７】
また、第二の窒化物半導体層４におけるカソード電極６が形成された領域から所定距離を隔てた領域には、部分的に絶縁膜５が除去され、第二の窒化物半導体層４とショットキー接触する例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の積層膜からなるアノード電極７が形成されている。
【００１８】
図３は、実施例と従来例のＳＢＤにおけるコンタクト部の表面粗さ（ＲＭＳ）とコンタクト部４ａにおけるカソード電極６のコンタクト抵抗との相関を示すグラフであり、◆は実施例を、黒四角は従来例を示している。また、図３において、縦軸単位は（ａ．ｕ．）であり、従来例を１として規格化している。図３より、このような構成のＳＢＤ１０のコンタクト部４ａの表面粗さ（ＲＭＳ）ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｒ１６８３：２００７）は、０．２５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましいことが判る。下限値の設定について、コンタクト抵抗がデバイス特性に影響を与えないような値以下になることを考慮すると、０．２５ｎｍ以上であることが好ましい。なお、上限値の設定について、コンタクト抵抗は１ｎｍ以上でほぼ飽和するため、工程のスループットを考慮すると５ｎｍ以下が好ましい。
【００１９】
また、本実施の形態に係るＳＢＤ１０においては、コンタクト部４ａの表面酸素の組成比率（原子組成百分率）が５ａｔ．％以下になるように設定されている。
【００２０】
このようにコンタクト部４ａの表面粗さ（ＲＭＳ）と酸素の組成比率が上記範囲内にあると、コンタクト抵抗が低減し、ＳＢＤ１０の順方向特性のオン抵抗が低減することが確認されている。
【００２１】
図４は、ＳＢＤ１０におけるコンタクト部４ａの表面の酸素の組成比率（ａｔ．％）とコンタクト抵抗との相関を示すグラフである。図４において、黒四角は従来例でありオーミック電極を形成するコンタクト部をドライエッチングで加工したＳＢＤを示す。◆は実施例を示し、ＳＢＤ１０におけるコンタクト部４ａの酸素の組成比率が３ａｔ．％である。コンタクト部４ａのコンタクト抵抗は、従来例を１としたとき、実施例では０．３６４であり、従来例のコンタクト抵抗の４０％程度まで低下させることができた。
【００２２】
以下、本実施の形態に係るＳＢＤの製造方法について図面を参照しながら説明する。図２−１〜図２−５は本実施形態に係るＳＢＤの製造方法の工程断面図である。
【００２３】
まず、図２−１に示すように、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、例えばシリコンからなる基板１上に、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層２と、アンドープＧａＮ層からなる第一の窒化物半導体層３と、アンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる第二の窒化物半導体層４とが順次積層するように成長される。ここで、各窒化物半導体層の成長方法は、ＭＯＣＶＤ法に限られず、ＭＯＣＶＤ法に代えて分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）を用いても構わない。
【００２４】
次に、図２−２に示すように、第二の窒化物半導体層４上に、絶縁膜５を成膜し、その後リソグラフィ法およびバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングにより、後述するコンタクト部４ａを形成する領域の第二の窒化物半導体層４を露出させる開口部５ａを形成する。ここで、絶縁膜５としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や窒化ケイ素（ＳｉＮ）が望ましい。
【００２５】
次に、図２−３に示すように、絶縁膜５をエッチング用マスクとして、例えば８５℃のテトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液を用いた高温アルカリ処理により凹凸構造を持つコンタクト部４ａを形成する。なお、高温アルカリ処理は、温度は６０〜９０℃の範囲で、薬液はレジスト剥離液やアンモニア過水、水酸化カリウム溶液等でもよい。このような高温アルカリ処理を行うことにより、コンタクト部４ａの表面酸素の組成比率が低減される。
【００２６】
ここで、コンタクト部４ａの表面粗さ（ＲＭＳ）が上述したように０.２５ｎｍ以上５ｎｍ以下となるようにするためには、処理時間を制御すればよい。図５にウェットエッチング溶液としてＴＭＡＨ溶液を用いた場合の処理時間に対する表面粗さのグラフを示す。図５に示すように、ほぼ時間に比例して表面粗さも増加する。なお、他のアルカリ溶液を用いた場合でもほぼ同様の結果を示す。したがって、アルカリ溶液を用いた処理時間を１〜３０分間程度とすることで、コンタクト部４ａの表面粗さ（ＲＭＳ）を０．２５ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることが可能となる。
【００２７】
次に、図２−４に示すように、例えば電子線蒸着法によりチタン（Ｔｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）の積層膜を成膜し、ウェットエッチングもしくはドライエッチングによりコンタクト部４ａの上にカソード電極６を形成する。なお、チタンのウェットエッチングには例えばフッ酸系溶液を、アルミニウムの場合は例えばリン酸と硝酸との混合液を用いる。また、チタン、アルミニウムのドライエッチングには塩素系ガスを用いる。
【００２８】
最後に、図２−５に示すように、リソグラフィ法およびウェットエッチングによりアノード電極７を形成する領域の絶縁膜５を開口し、例えば電子線蒸着法によりニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）の積層膜を成膜し、リフトオフ法もしくはエッチングによりアノード電極７を形成する。
【００２９】
以上の工程により、コンタクト部４ａが加工によってダメージを受けることを抑えると共に、表面酸素を低減でき、カソード電極６のオーミックコンタクト抵抗を低減させた窒化物半導体装置を製造することができる。コンタクト部４ａの形成をウェットエッチング、特に高温アルカリ処理により行うことで、従来よりもオン抵抗の低い窒化物半導体装置を作製することができる。
【００３０】
図６は、窒化物半導体層としてのＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させた後の表面、ＡｌＧａＮ層をドライエッチングした後の表面、ＡｌＧａＮ層をウェットエッチングした表面、のそれぞれの酸素および塩素の組成比率（ａｔ．％）を示す。図６に示すように、ＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させた後の表面は、酸素が５．３３ａｔ．％含まれ少量（０．１ａｔ．％）の塩素も含まれている。また、従来のコンタクト部の形成方法により、ＡｌＧａＮ層を塩素系ガスによりドライエッチングした後の表面では、酸素の組成比率が６．４５ａｔ．％含まれ、塩素が２．１７ａｔ．％も含まれている。これに対して、本実施の形態に係る窒化物半導体装置の製造方法のように、ＡｌＧａＮ層をウェットエッチングした場合、酸素の組成比率は３．０６ａｔ．％程度に抑えられ、塩素は検出されなかった。したがって、本実施の形態に係るＳＢＤ１０では、コンタクト部４ａの表面の酸素および塩素が少ないため、コンタクト抵抗が低減されていると考えられる。
【００３１】
（その他の実施の形態）
以上、この発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者に様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００３２】
例えば、上記実施の形態では、窒化物半導体装置としてＳＢＤを適用して説明したが、半導体レーザー、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）など各種のオーミック電極を備える窒化物半導体装置およびその製造方法に本発明を適用することができる。
【００３３】
また、上記実施の形態では、窒化物半導体層としてＡｌＧａＮを適用したが、他の窒化物半導体を適用することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明に係る窒化物半導体装置およびその製造方法は、高温動作化、高耐圧化、高速化などが可能なデバイスの製造分野で有用であり、特に、電源デバイスの製造分野に適している。
【符号の説明】
【００３５】
１  基板
２  バッファ層
３  第一の窒化物半導体層
３ａ  二次元電子ガス
４  第二の窒化物半導体層
４ａ  コンタクト部
５  絶縁膜
５ａ  開口部
６  カソード電極
７  アノード電極
１０  ＳＢＤ
【図１】
2012064663.tif 000003
【図２−１】
2012064663.tif 000004
【図２−２】
2012064663.tif 000005
【図２−３】
2012064663.tif 000006
【図２−４】
2012064663.tif 000007
【図２−５】
2012064663.tif 000008
【図３】
2012064663.tif 000009
【図４】
2012064663.tif 000010
【図５】
2012064663.tif 000011
【図６】
2012064663.tif 000012