(57)【要約】      （修正有）【課題】電流コラプスを抑制し、高出力動作可能な窒化物半導体装置を提供する。【解決手段】ショットキ接触する電極（ゲート電極１６）１６とオーミック接触する電極（ソース電極１７ａ、ドレイン電極１７ｂ）との間のIII−Ｖ族窒化物半導体層１４表面に、ＥＣＲスパッタリング法により珪素膜１５を形成する。ショットキ接触する電極１６とIII−Ｖ族窒化物半導体層１４との間に、珪素膜１５を形成してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III−Ｖ族窒化物半導体層上に、該窒化物半導体層にショットキ接触する第１の電極と、前記窒化物半導体層にオーミック接触する第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記窒化物半導体層表面、あるいはさらに前記第１の電極と前記窒化物半導体層との間に珪素膜を備えていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
基板上にバッファ層を介して積層されたIII−Ｖ族窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上に積層された珪素膜と、
前記珪素膜上、あるいは前記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記窒化物半導体層上に前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層表面は、前記珪素膜で被覆されていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
III−Ｖ族窒化物半導体層上に、該窒化物半導体層にショットキ接触する第１の電極を形成する工程と、前記窒化物半導体層にオーミック接触する第２の電極を形成する工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記窒化物半導体層表面、あるいはさらに前記第１の電極と前記窒化物半導体層との間に珪素膜を形成する工程とを含む窒化物半導体装置の製造方法において、
前記珪素膜は、ＥＣＲスパッタリング法により形成する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】
基板上にバッファ層を介してIII−Ｖ族窒化物半導体層を積層形成する工程と、前記窒化物半導体層上に珪素膜を積層形成する工程と、前記珪素膜上、あるいは前記窒化物半導体層上にゲート電極を形成する工程と、前記窒化物半導体層上に前記ゲート電極を挟んでソース電極およびドレイン電極とを形成する工程とを含み、少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層表面が、前記珪素膜で被覆されている窒化物半導体装置の製造方法において、
前記珪素膜は、ＥＣＲスパッタリング法により形成することを特徴とする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、能動層に窒化物半導体を用いた窒化物半導体装置及びその製造方法に関し、特に高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）や電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）の表面に保護膜を備えた窒化物半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のIII−Ｖ族窒化物半導体からなる半導体装置の断面図を示している。図４に示す半導体装置は、いわゆるＨＥＭＴ構造を示しており、サファイア基板からなる基板１０１上には、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層１０２、窒化ガリウムからなるチャネル層１０３、ノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるバリア層１０４が順次積層した構造となっており、チャネル層１０３とバリア層１０４とからなるヘテロ接合界面近傍に、ポテンシャル井戸からなる電子移動度が極めて大きい２次元電子ガス層が形成されている。このような構造の半導体装置では、バリア層１０４にショットキ接触するゲート電極１０６（制御電極）に印加する電圧を制御することにより、ソース電極１０７ａとドレイン電極１０７ｂとの間を流れるキャリア（２次元電子ガス）を制御している。
【０００３】
この種の半導体装置は、上記構造の他、例えば特許文献１に開示されているような様々
な構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３５６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層や窒化ガリウム（ＧａＮ）層などの窒化物半導体層上にゲート電極を形成した半導体装置では、窒化物半導体層の表面準位にトラップされた電子により、表面のポテンシャルが揺らぐことで、高いドレイン電圧印加時に準静的条件（パルス測定、高周波動作）でのドレイン電流が減少するコラプス現象（以下、電流コラプスという）が生じるという問題があった。本発明は、このような課題を解消し、高出力動作可能な窒化物半導体装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、III−Ｖ族窒化物半導体層上に、該窒化物半導体層にショットキ接触する第１の電極と、前記窒化物半導体層にオーミック接触する第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記窒化物半導体層表面、あるいはさらに前記第１の電極と前記窒化物半導体層との間に珪素膜を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本願請求項２に係る発明は、基板上にバッファ層を介して積層されたIII−Ｖ族窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層上に積層された珪素膜と、前記珪素膜上、あるいは前記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、前記窒化物半導体層上に前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層表面は、前記珪素膜で被覆されていることを特徴とする。
【０００８】
本願請求項３に係る発明は、III−Ｖ族窒化物半導体層上に、該窒化物半導体層にショットキ接触する第１の電極を形成する工程と、前記窒化物半導体層にオーミック接触する第２の電極を形成する工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記窒化物半導体層表面、あるいはさらに前記第１の電極と前記窒化物半導体層との間に珪素膜を形成する工程とを含む窒化物半導体装置の製造方法において、前記珪素膜は、ＥＣＲスパッタリング法により形成することを特徴とする。
【０００９】
本願請求項４に係る発明は、基板上にバッファ層を介してIII−Ｖ族窒化物半導体層を積層形成する工程と、前記窒化物半導体層上に珪素膜を積層形成する工程と、前記珪素膜上、あるいは前記窒化物半導体層上にゲート電極を形成する工程と、前記窒化物半導体層上に前記ゲート電極を挟んでソース電極およびドレイン電極とを形成する工程とを含み、少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層表面が、前記珪素膜で被覆されている窒化物半導体装置の製造方法において、前記珪素膜は、ＥＣＲスパッタリング法により形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の窒化物半導体装置は、電流コラプスの発生起因となるIII−Ｖ族窒化物半導体層表面を珪素膜で被覆することで、電流コラプスを抑制でき、高出力動作可能な窒化物半導体装置を提供することが可能となる。
【００１１】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、珪素膜を、通常の半導体装置の製造工程で使用されるＥＣＲスパッタリング法で形成することで、簡便で、制御性が良く、電流コラプスを抑制できる窒化物半導体装置を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例を説明する図である。
【図２】本発明の窒化物半導体装置の特性図である。
【図３】従来の窒化物半導体装置の特性図である。
【図４】従来の窒化物半導体装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の窒化物半導体装置について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、本発明の窒化物半導体装置について、III−Ｖ族窒化物半導体装置であるＨＥＭＴを例にとり、詳細に説明する。図１は本発明の実施例であるIII−Ｖ族窒化物半導体装置であるＨＥＭＴの断面図を示している。図１に示すように、例えばサファイアからなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ３０ｎｍ程度の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層１２、厚さ２．５μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３、チャネル層１３との界面にキャリアとなる２次元電子ガス層を形成する厚さ２５ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるバリア層１４を積層形成している。バリア層１４上には、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／チタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）からなるソース電極１７ａ、ドレイン電極１７ｂが形成されている。
【００１５】
そして、本発明では、さらにＥＣＲスパッタリング法を用い、厚さ３０ｎｍの珪素（Ｓｉ）膜１５を、少なくともソース電極１７ａ、ドレイン電極１７ｂ間に露出するバリア層１４上を被覆するように成膜する。そして珪素膜１５上に、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるゲート電極１６を形成している。
【００１６】
図２は、図１に示す本発明の窒化物半導体装置の特性図で、ＤＣ測定およびパルス測定によるドレイン電流（Ｉｄｓ）−ドレイン電圧（Ｖｄｓ）特性を示している。比較のため、図４に示す従来の窒化物半導体装置の特性図を図３に示す。図２、図３に示すようにドレインのスイープ電圧は、０〜２０Ｖであり、ゲート電圧は、図２に示す本発明の窒化物半導体装置では、−７Ｖ〜０Ｖの範囲で、図３に示す従来の窒化物半導体装置では、−６Ｖ〜０Ｖの範囲で、それぞれ１Ｖステップで印加して測定している。パルス測定は、ゲートにパルス印加しており、パルス周期は１０ｍｓ、パルス幅は１ｍｓとした。
【００１７】
その結果、図２に示すように、本発明の窒化物半導体装置では、ＤＣ測定とパルス測定のドレイン電流がほぼ一致しており、特性変動が少なくなっていることがわかる。一方、従来の窒化物半導体装置では、パルス測定でのドレイン電流の低下が大きく、特性劣化が著しくなっている。このように、本発明の電流コラプス抑制効果が非常に高いことがわかる。
【００１８】
このように本発明では、珪素膜と窒化物半導体との界面状態の不安定性が解消され、電流コラプス抑制効果が非常に高くなることから、高出力動作可能な窒化物半導体装置が提供可能となる。なお、本実施例では、ＨＥＭＴの例を示したが、ＭＥＳＦＥＴにおいても同様の効果が得られる。また、ゲート電極１６の下に珪素膜１５がなく、ソース電極１７ａとゲート電極１６間およびゲート電極１６とドレイン電極１７ｂ間にのみ珪素膜１５がある場合でも同様な効果が得られる。なお、ゲート電極１６の下に珪素膜１５がある場合は、珪素膜の加工が不要で、製造上の利点がある。
【００１９】
次に、本発明に使用される珪素膜の製造方法について、具体的に説明する。本発明の珪素膜１５は、ＥＣＲスパッタリング法により形成する。ＥＣＲスパッタリング法による珪素膜１５の成膜には、Ｓｉターゲットを用い、たとえば、アルゴン（Ａｒ）ガス流量を１５ｓｃｃｍ、マイクロ波電源電力５００Ｗ、高周波（ＲＦ）電源電力５００Ｗの条件で成膜できる。ＥＣＲスパッタ装置において、磁界中にある電子のサイクロトロン周波数と同一のマイクロ波を加えることによって、サイクロトロン共鳴が起こり、磁力線の周りを高速回転する電子とプラズマ室内に導入されたアルゴンガス分子との衝突により高密度のアルゴンプラズマが発生する。発生したプラズマは、プラズマ流として引き出され、Ｓｉターゲットをスパッタし、ノンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるバリア層１４表面に入射し、珪素膜１５が形成される。
【００２０】
ＥＣＲスパッタリング法は、圧力などの条件を変えることによって、試料表面に入射される粒子のエネルギーを変えることが可能である。たとえば、０．０１Ｐａ台の低圧力で安定な高密度プラズマを維持することが可能で、１０〜３０ｅＶ程度のエネルギーで試料表面に入射される。この程度のエネルギーでは試料表面に与えるダメージは小さく、成膜に適したエネルギーを試料表面に入射する粒子に与えることで、エネルギー制御された高密度の粒子が試料表面に入射した状態で薄膜形成が進行する。
【００２１】
そのため、ＥＣＲスパッタリング法では、化学的に安定した高い結合力を有する薄膜を形成することが可能となる。加えて、ＥＣＲスパッタリング法は、表面反応をともなわないため、ＣＶＤ法で問題となるＡｌＧａＮからなるバリア層１４表面からの窒素抜けも低減でき、反応生成物などによる汚染が発生しないため、良質な珪素膜を形成できる方法として好適である。
【符号の説明】
【００２２】
１１、１０１：基板、１２、１０２：バッファ層、１３、１０３：チャネル層、
１４、１０４：バリア層、１５：表面保護膜、１６、１０６：ゲート電極、
１７ａ、１０７ａ：ソース電極、１７ｂ、１０７ｂ：ドレイン電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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