(57)【要約】【課題】更に高性能な半導体電子素子および半導体電子素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体電子素子１０は、（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3基板上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させて形成した後、ＮＧＯ基板から剥離して得られる導電性がｎ型の第１のＡｌＧａＮ層１１と、第１のＡｌＧａＮ層１１上に形成された導電性がｎ型の第２のＡｌＧａＮ層１２と、を有することを特徴とする。これにより、ＳｉＣ、ＧａＮを用いた半導体素子よりも高い耐圧を有すると共に抵抗を低くすることができ、更に高性能な半導体電子素子とすることができる。【選択図】図１
2013201249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3基板上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させて形成した後、前記ＮｄＧａＯ3基板から剥離して得られる導電性がｎ型の第１のＡｌＧａＮ層と、
前記第１のＡｌＧａＮ層上に形成された導電性がｎ型の第２のＡｌＧａＮ層と、
を有することを特徴とする半導体電子素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が、２ａｔ％以上８３ａｔ％以下であることを特徴とする半導体電子素子。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記ＡｌＧａＮ結晶が、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法の何れか１つ又は複数を用いて成長させたものであることを特徴とする半導体電子素子。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
ショットキーバリアダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、サイリスタ、高電子移動度トランジスタとして用いられることを特徴とする半導体電子素子。
【請求項５】
（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3基板上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させ、導電性がｎ型の第１のＡｌＧａＮ層を形成する第１のＡｌＧａＮ層形成工程と、
前記第１のＡｌＧａＮ層を前記ＮｄＧａＯ3基板から剥離する基板剥離工程と、
前記第１のＡｌＧａＮ層上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させ、導電性がｎ型の第２のＡｌＧａＮ層を形成する第２のＡｌＧａＮ層形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体電子素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が、２ａｔ％以上８３ａｔ％以下であることを特徴とする半導体電子素子の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、
前記ＡｌＧａＮ結晶を、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法の何れかを１つ又は複数を用いて形成することを特徴とする半導体電子素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系化合物半導体による高耐圧の半導体電子素子および半導体電子素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、自動車等から電車、発電所等の高電圧を扱う電気機器で使用されるダイオードやトランジスタ、サイリスタ等の電子素子用の半導体材料において、炭化珪素（ＳｉＣ）及び窒化ガリウム（ＧａＮ）等の化合物半導体が注目されている。
【０００３】
シリコン（Ｓｉ）等の従来の半導体材料では、オフ時の高い耐圧を達成するため、素子の大きさを大きくしなければならず、結果として抵抗が高くなり、電流が素子を流れる際の電力損失も大きくなってしまう。
【０００４】
Ｓｉに代わりＳｉＣ、ＧａＮ等の半導体材料は、絶縁破壊電界強度が高いことから、半導体素子のオン・オフのスイッチング動作において、オフの時には高い電圧が印加されても小さな素子で電流が流れないようにすることができ、オンの時には素子の小ささから電流を流した時の抵抗を少なくすることが可能である（例えば、特許文献１〜３参照）。そのため、Ｓｉに代わりＳｉＣ、ＧａＮ等を半導体材料に用いることで、高耐圧、低抵抗の半導体素子を作ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第９５／２７８１５号パンフレット
【特許文献２】特開平８−１８６０７８号公報
【特許文献３】特開平８−１８６３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今後、省エネルギーを図る観点からも、ＳｉＣ、ＧａＮを用いた半導体素子に置き換えることは重要である。そのため、従来から用いられているＳｉＣ、ＧａＮを用いた半導体素子よりも高い耐圧を有すると共に抵抗を低くすることができ、更に高性能な半導体電子素子の出現が求められている。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、更に高性能な半導体電子素子および半導体電子素子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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明者らは半導体電子素子について鋭意研究をした。その結果、Ａｌの組成が所定範囲のＡｌＧａＮは（０１１）面のＮｄＧａＯ3基板上に高い結晶性で結晶成長することをつきとめ、ＮｄＧａＯ3の格子上にＡｌＧａＮ格子が整合して配列していることに着目した。（０１１）面のＮｄＧａＯ3基板上にＡｌの組成が所定範囲内のＡｌＧａＮを高い結晶性で成長させることで、Ａｌの組成が所定範囲のＡｌＧａＮのバリガ性能指数は、ＳｉＣ、ＧａＮのバリガ性能指数を大きく上回ることを解明した。この得られた知見に基づいて、（０１１）面のＮｄＧａＯ3基板上にＡｌの組成が所定範囲内のＡｌＧａＮを成長させることで、優れた高耐圧を有すると共に抵抗を低くすることができ、更に高性能な半導体電子素子の作成が可能であることを見出した。本発明は、係る知見に基づいて完成されたものである。
【０００９】
本発明の半導体電子素子は、（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3基板上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させて形成した後、前記ＮｄＧａＯ3基板から剥離して得られる導電性がｎ型の第１のＡｌＧａＮ層と、前記第１のＡｌＧａＮ層上に形成された導電性がｎ型の第２のＡｌＧａＮ層と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様として、前記ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が、２ａｔ％以上８３ａｔ％以下であることが好ましい。（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3基板上に成長させる良好な結晶性をもつＡｌＧａＮ結晶は、互いの結晶同士の格子不整合が１％以内に収まることが望ましい。これは、ＡｌＧａＮのＡｌ組成が２ａｔ％以上８３ａｔ％以下の場合に相当する。そのため、ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成を上記範囲内とすれば、ＮｄＧａＯ3基板上に良好な結晶性をもつＡｌＧａＮ結晶を成長させることができる。
【００１１】
本発明の好ましい態様として、前記ＡｌＧａＮ結晶が、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法の何れか１つ又は複数を用いて成長させたものであることが好ましい。
【００１２】
本発明の好ましい態様として、ダイオード、ショットキーバリアダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、サイリスタ、高電子移動度トランジスタとして用いられることが好ましい。
【００１３】
本発明の半導体電子素子の製造方法は、（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3基板上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させ、導電性がｎ型の第１のＡｌＧａＮ層を形成する第１のＡｌＧａＮ層形成工程と、前記第１のＡｌＧａＮ層を前記ＮｄＧａＯ3基板から剥離する基板剥離工程と、前記第１のＡｌＧａＮ層上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させ、導電性がｎ型の第２のＡｌＧａＮ層を形成する第２のＡｌＧａＮ層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい態様として、前記ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が、２ａｔ％以上８３ａｔ％以下であることが好ましい。
【００１５】
本発明の好ましい態様として、前記ＡｌＧａＮ結晶を、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法の何れかを１つ又は複数を用いて形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＳｉＣ、ＧａＮを用いた半導体素子よりも高い耐圧を有すると共に抵抗を低くすることができるため、更に高性能な半導体電子素子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施形態に係る半導体電子素子の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る半導体電子素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施形態の半導体電子素子の製造工程の一部を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態の半導体電子素子の製造工程の一部を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態の半導体電子素子の製造工程の一部を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態の半導体電子素子の製造工程の一部を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態の半導体電子素子の製造工程の一部を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態の半導体電子素子の製造工程の一部を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光デバイスの製造工程の一部を示す図である。
【図１０】図１０は、ＮｄＧａＯ3（０１１）面上の格子とＡｌＧａＮ（０００１）面の格子との対応関係を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を好適に実施するための形態（以下、実施形態という。）につき、詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態および実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態および実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態および実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００１９】
＜半導体電子素子＞
本実施形態に係る半導体電子素子をショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）として適用した場合について説明する。図１は、本実施形態に係る半導体電子素子の構成を簡略に示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る半導体電子素子１０は、ｎ型の第１のＡｌＧａＮ層１１と、ｎ型の第２のＡｌＧａＮ層１２と、ショットキーバリア電極１３と、オーミック電極１４とを備えている。
【００２０】
これら第１のＡｌＧａＮ層１１、第２のＡｌＧａＮ層１２、ショットキーバリア層１３、およびオーミック電極１４は、各々単層で形成されもよいし、複数層で形成されていてもよい。
【００２１】
第１のＡｌＧａＮ層１１は、（０００１）の面方位を有しており、第１のＡｌＧａＮ層１１は過剰ドープしたｎ型である。第１のＡｌＧａＮ層１１は、後述するように、ＮｄＧａＯ3基板上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させて形成される層である。
【００２２】
第２のＡｌＧａＮ層１２は、第１のＡｌＧａＮ層１１の表面上に形成されている。第２のＡｌＧａＮ層１２の導電型はｎ型である。第２のＡｌＧａＮ層１２は、後述するように、第１のＡｌＧａＮ層上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させて形成される層である。第２のＡｌＧａＮ層１２は、適宜任意の厚さにすることができるが、例えば２μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。
【００２３】
第１のＡｌＧａＮ層１１及び第２のＡｌＧａＮ層１２のＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成２ａｔ％以上８３ａｔ％以下であることが好ましく、より好ましくは２０ａｔ％以上７５ａｔ％以下、さらに好ましくは、３５ａｔ％以上４９ａｔ％以下、最も好ましくは４０ａｔ％以上４５ａｔ％以下である。（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3基板上に成長させる良好な結晶性をもつＡｌＧａＮ結晶としては、互いの結晶同士の格子不整合が１％以内に収まることが望ましい。これは、ＡｌＧａＮのＡｌ組成が２ａｔ％以上８３ａｔ％以下の場合に相当する。このＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成の範囲が小さくなるほど、（０１１）面を有するＡｌＧａＮと（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3との格子定数が非常に近接する。ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が２０ａｔ％以上７５ａｔ％以下の場合には、ＡｌＧａＮとＮＧＯとの格子不整合率が０．５％未満であり、ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が３５ａｔ％以上４９ａｔ％以下の場合には、ＡｌＧａＮとＮＧＯとの格子不整合率が０．２％未満であり、特にＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が４０ａｔ％以上４５ａｔ％以下の場合にはＡｌＧａＮとＮＧＯとの格子不整合率は０．１％以下となる。そのため、ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が上記のように２ａｔ％以上８３ａｔ％以下の範囲内であれば、第１のＡｌＧａＮ層１１のＡｌＧａＮは、（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3を介して高い結晶性を有した状態で成長させることができる。
【００２４】
ショットキーバリア電極１３は、第２のＡｌＧａＮ層１２の表面上に形成されている。ショットキーバリア電極１３は、例えばＮｉ−Ａｕ合金などにより構成されている。
【００２５】
ショットキーバリア電極１３は、適宜任意の厚さにすることができるが、例えば１００ｎｍ以上の厚みを有していることが好ましい。ショットキーバリア電極１３の厚みが１００ｎｍ以上の場合、ショットキーバリア電極１３の耐性が低くなることを抑制できる。
【００２６】
オーミック電極１４は、第１のＡｌＧａＮ層１１と接触する位置に設けられ、第１のＡｌＧａＮ層１１の裏面下に形成されている。オーミック電極１４は、第１のＡｌＧａＮ層１１にオーミック接触させた電極である。オーミック電極１４は、例えば、Ｔｉ−Ａｌ合金などの材料で形成される。
【００２７】
本実施形態に係る半導体電子素子１０によれば、第１のＡｌＧａＮ層１１及び第２のＡｌＧａＮ層１２のＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成を所定の範囲内とすることで、（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3（０１１）基板上に高い結晶性を有する状態で成長させることができる。これにより、従来から用いられているＳｉＣ、ＧａＮを用いた半導体素子よりも高い耐圧を有すると共に抵抗を低くすることができる。また、ＡｌＧａＮは高周波数領域においても安定して用いることができる。よって、本実施形態に係る半導体電子素子１０は、更に高性能な半導体電子素子として用いることができる。
【００２８】
＜半導体電子素子の製造方法＞
次に、本実施の形態に係る半導体電子素子１０を製造方法について説明する。図２は、本実施形態に係る半導体電子素子１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態に係る半導体電子素子１０の製造方法は、以下の工程を含む。
Ａ）  （０１１）面を有するＮｄＧａＯ3基板（以下、「ＮＧＯ基板」、という。）を準備する基板準備工程（ステップＳ１１）
Ｂ）  （０１１）面を有するＮＧＯ基板上にＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させ、導電性がｎ型の第１のＡｌＧａＮ層１１を形成する第１のＡｌＧａＮ層形成工程（ステップＳ１２）
Ｃ）  第１のＡｌＧａＮ層１１をＮＧＯ基板から剥離する基板剥離工程（ステップＳ１３）
Ｄ）  第１のＡｌＧａＮ層１１上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させ、導電性がｎ型の第２のＡｌＧａＮ層１２を形成する第２のＡｌＧａＮ層形成工程（ステップＳ１４）
Ｅ）  第２のＡｌＧａＮ層１２の上にショットキーバリア電極１３を形成するショットキーバリア電極形成工程（ステップＳ１５）
Ｆ）  第１のＡｌＧａＮ層１１の下面１１ａにオーミック電極１４を形成する電極形成工程（ステップＳ１６）
【００２９】
図３に示すように、（０１１）面を有するＮＧＯ基板２１を準備し、アセトン溶液中で超音波洗浄して脱脂した後、メタノール、超純水中で超音波洗浄し、（０１１）面を有するＮＧＯ基板２１の表面に付着している異物を除去し、図３に示すように、（０１１）面を有するＮＧＯ基板２１を準備する（基板準備工程：ステップＳ１１）。ＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させることができる基板としては、一般的に、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板などのＩＩＩ族窒化物下地基板、ＮＧＯ基板２１や六方晶の構造を有する基板などのペロブスカイト型の結晶構造を有する基板等が挙げられる。用いる基板は、ペロブスカイト型の結晶構造を有する基板であればよく、中でもＧａＮ系化合物半導体との格子整合性が高い観点から、ＮＧＯ基板２１が好適に用いられる。
【００３０】
その後、図４に示すように、（０１１）面を有するＮＧＯ基板２１の表面２１ａ上にＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させ、導電性がｎ型の第１のＡｌＧａＮ層１１を形成する（第１のＡｌＧａＮ層形成工程：ステップＳ１２）。第１のＡｌＧａＮ層１１は面方位が（０００１）面の表面１１ａを有しており、第１のＡｌＧａＮ層１１の導電性はｎ型である。
【００３１】
ＡｌＧａＮを成長させる方法は、エピタキシャル成長ができる方法であれば特に限定されるものではなく、従来より公知のものが挙げられるが、結晶性の高いＡｌＧａＮを成長させる観点から、ＡｌＧａＮの単結晶層の成長方法としては、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic  Vapor  Phase  Epitaxy）法、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法、分子線成長（ＭＢＥ：Molecular  Beam  Epitaxy）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride  Vapor  Phase  Epitaxy）などの気相法が挙げられる。ＡｌＧａＮはこれらのＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法の何れかを１つ又は複数を用いて成長させることができる。中でも結晶成長速度が高い観点からＨＶＰＥ法が特に好ましい。
【００３２】
第１のＡｌＧａＮ層１１は、ＡｌＧａＮのＡｌの組成は２ａｔ％以上８３ａｔ％以下であることが好ましく、より好ましくは２０ａｔ％以上７５ａｔ％以下、さらに好ましくは、３５ａｔ％以上４９ａｔ％以下、最も好ましくは４０ａｔ％以上４５ａｔ％以下である。ＡｌＧａＮのＡｌ組成が２ａｔ％以上８３ａｔ％以下の場合には、（０１１）面を有するＮＧＯ基板とその上に成長させたＡｌＧａＮ結晶との互いの結晶同士の格子不整合が１％以内に収まる。ＡｌＧａＮのＡｌの組成が上記範囲内であれば、ＡｌＧａＮとＮＧＯとの格子定数が非常に近接し、特に４０ａｔ％以上４５ａｔ％以下にて格子不整合率は０．１％以下となる。そのため、ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が上記のように２ａｔ％以上８３ａｔ％以下の範囲内であれば、第１のＡｌＧａＮ層１１のＡｌＧａＮは、（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3を介して高い結晶性を有した状態で成長させることができる。
【００３３】
ＡｌＧａＮを成長させて得られた第１のＡｌＧａＮ層１１は、第１のＡｌＧａＮ層１１をＮｄＧａＯ3基板２１から剥離する際に割れが生じるのを抑制する観点から、例えば、２０００μｍ以上の厚みを有することが好ましい。
【００３４】
次に、図５に示すように、第１のＡｌＧａＮ層１１をＮｄＧａＯ3基板２１から剥離する（基板剥離工程：ステップＳ１３）。これにより、第１のＡｌＧａＮ層１１が得られる。剥離する方法としては、例えば、平面研削、ワイヤーソー、レーザーなどを用いて剥離する方法等がある。
【００３５】
第１のＡｌＧａＮ層１１をＮｄＧａＯ3基板２１から剥離した後、残った第１のＡｌＧａＮ層１１の表面を研磨した。研磨後の第１のＡｌＧａＮ層１１は、例えば、５００μｍ以上の厚みを有することが好ましい。
【００３６】
次に、図６に示すように、第１のＡｌＧａＮ層１１上にＡｌＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させ、ｎ型の第２のＡｌＧａＮ層１２を形成する（第２のＡｌＧａＮ層形成工程：ステップＳ１４）。第１のＡｌＧａＮ層１１は表面１１ａを有しており、第１のＡｌＧａＮ層１１の表面１１ａ上に第２のＡｌＧａＮ層１２が形成される。
【００３７】
第２のＡｌＧａＮ層１２のＡｌＧａＮを形成する方法については、第１のＡｌＧａＮ層１１と同様、エピタキシャル成長ができる方法であれば特に限定されるものではなく、従来より公知のものが挙げられるが、結晶性の高いＡｌＧａＮを成長させる観点から、ＡｌＧａＮの単結晶層の成長方法としては、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic  Vapor  Phase  Epitaxy）法、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法、分子線成長（ＭＢＥ：Molecular  Beam  Epitaxy）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride  vapor  phase  epitaxy）などの気相法が挙げられる。ＡｌＧａＮはこれらのＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法の何れかを１つ又は複数を用いて成長させることができる。中でも結晶成長速度が高い観点からＭＯＶＰＥ法が特に好ましい。
【００３８】
第２のＡｌＧａＮ層１２のＡｌＧａＮのＡｌの組成は２ａｔ％以上８３ａｔ％以下であることが好ましく、より好ましくは２０ａｔ％以上７５ａｔ％以下、さらに好ましくは、３５ａｔ％以上４９ａｔ％以下、最も好ましくは４０ａｔ％以上４５ａｔ％以下である。ＡｌＧａＮのＡｌの組成が上記範囲内であれば、第１のＡｌＧａＮ層１１の場合と同様、ＡｌＧａＮとＮＧＯとの格子定数が非常に近接し、特に４０ａｔ％以上４５ａｔ％以下にて格子不整合率は０．１％以下となる。そのため、ＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成が上記のように２ａｔ％以上８３ａｔ％以下の範囲内であれば、第１のＡｌＧａＮ層１１のＡｌＧａＮは、（０１１）面を有するＮｄＧａＯ3を介して高い結晶性を有した状態で成長させることができる。
【００３９】
次に、図７に示すように、第２のＡｌＧａＮ層１２の上にショットキーバリア層１３を形成する（ショットキーバリア層形成工程：ステップＳ１５）。第２のＡｌＧａＮ層１２は表面１２ａを有しており、第２のＡｌＧａＮ層１２の表面１２ａ上にショットキーバリア層１３が形成される。ショットキーバリア層１３の形成方法は特に限定されないが、例えば、ＥＢ法、抵抗加熱蒸着法、スパッタなどにより、ショットキーバリア層１３を形成することが好ましい。
【００４０】
ショットキーバリア層１３の膜厚は、特に限定されるものではないが、例えば１００ｎｍ程度であるのが好ましい。
【００４１】
次に、図９に示すように、第１のＡｌＧａＮ層１１の下面１１ｂにオーミック電極１４を形成する。具体的には、１のＡｌＧａＮ層１１の下面１１ｂを有機洗浄および塩酸で洗浄する。その後、例えばＥＢ（Electron  Beam）蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などにより、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕなどの金属材料を第１のＡｌＧａＮ層１１の下面の所定の箇所に形成する。その後、たとえば窒素雰囲気下で約２分間６００℃で熱処理して、金属材料の合金化を行ない、オーミック電極１４を形成する。
【００４２】
これにより、図１に示すような本実施形態に係る半導体電子素子１０を得ることができる。
【００４３】
したがって、本実施形態に係る半導体電子素子１０の製造方法によれば、ＳｉＣ、ＧａＮを用いた素子よりも高い耐圧を有すると共に抵抗を低くすることができ、更に高性能な半導体電子素子を得ることができる。
【００４４】
半導体材料とその特性を表１に示す。表１中のバリガ性能指数は、高耐圧半導体素子の性能を示す指標の一つであり、Ｓｉの性能を基準値（例えば、１）とした時、他の材料の性能がどれだけ高いかを現す指標となる。この値が高い程、有望な素子ということになる。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１に示すように、ＡｌＮ、ダイアモンドはＳｉＣ、ＧａＮより１桁〜２桁以上高いバリガ性能指数を有する。現在、ＡｌＮ、ダイアモンドは共に商業レベルで製造することは困難であり、結晶性も十分なものは得られていない。これに対し、ＡｌＧａＮはＡｌの組成に応じてＧａＮより高いバリガ性能指数を有する。Ａｌの組成が４２ａｔ％のＡｌＧａＮのバリガ性能指数は９１００程度であり、ＳｉＣのバリガ性能指数は６２０であり、ＧａＮのバリガ性能指数は１２００であることから、Ａｌの組成が４２ａｔ％のＡｌＧａＮのバリガ性能指数はＳｉＣ、ＧａＮのバリガ性能指数を大きく上回る。
【００４７】
図１０は、ＮｄＧａＯ3の（０１１）面の格子とＡｌＧａＮの（０００１）面の格子との対応関係を模式的に示す図である。図１０に示すように、ＮｄＧａＯ3の（０１１）面の格子とＡｌＧａＮの格子とが整合して配列する。また、Ａｌの組成が所定範囲内のＡｌＧａＮは、（０００１）面を有している。そのため、（０１１）面のＮｄＧａＯ3上にＡｌの組成が所定範囲内のＡｌＧａＮは、高い結晶性を有した状態で成長させることができることになる。
【００４８】
このように、本実施形態に係る半導体電子素子１０の製造方法によれば、第１のＡｌＧａＮ層１１及び第２のＡｌＧａＮ層１２のＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成を所定範囲内とすることで、ＡｌＧａＮをＮｄＧａＯ3の（０１１）面上に高い結晶性を有する状態で成長させることができる。これにより、本実施形態に係る半導体電子素子１０は、ＳｉＣ、ＧａＮを用いた素子よりも高い耐圧を有すると共に抵抗を低くすることができ、更に高性能な半導体電子素子を得ることができる。したがって、本実施形態に係る半導体電子素子１０の製造方法は、信頼性の高い半導体電子素子を提供することができる。
【００４９】
本実施形態においては、本実施形態に係る半導体電子素子１０がＳＢＤとして適用した場合について説明したが、本実施形態は特にこれに限定されるものではなく、例えば、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、サイリスタ、高電子移動度トランジスタなどについても好適に用いることができる。
【実施例】
【００５０】
本発明の内容を実施例及び比較例を用いて以下に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５１】
＜ＬＥＤの作成＞
［実施例１］
図１に示す積層構造を有するＳＢＤを作成した。アセトン溶液で超音波洗浄し、予め脱脂したＮｄＧａＯ3基板（ＮＧＯ基板）２１を超純水で洗いスピン乾燥機で乾燥させたものを用意した。ＮＧＯ基板の面方位は（０１１）面であった。ＮＧＯ基板２１、Ｇａ原料、及びＡｌ原料をＨＶＰＥ装置に入れて、Ｇａ原料部の温度を８５０℃、Ａｌ原料部の温度を８００℃まで昇温した。なお、Ｎ2キャリアガスの流量は１２Ｌ／ｍｉｎとし、Ｇａ原料部へのＨＣｌライン、Ａｌ原料部へのＨＣｌライン、及びＮＨ3ラインの流量は、Ｎ2キャリアガスによる希釈後で、それぞれ０．５８Ｌ／ｍｉｎ、０．４２Ｌ／ｍｉｎ、１．００Ｌ／ｍｉｎとなるように設定した。
【００５２】
次に、Ａｌ原料ラインからＡｌＣｌを供給し、ＮＨ3ラインからＮＨ3を供給するとともに、ＧａとＨＣｌにより生成された塩化物ガス（ＧａＣｌ）をＧａ原料ラインから供給した。このとき、Ａｌの組成が４２％となるよう流量を調節した。そして、ＮＧＯ基板上に、第１のＡｌＧａＮ層１１を１ｍｍ程度の厚さまで成長させた。第１のＡｌＧａＮ層１１を形成した後、第１のＡｌＧａＮ層１１を室温まで冷却した。
【００５３】
その後、第１のＡｌＧａＮ層１１から下地のＮＧＯ基板２１をレーザーで剥離し、残った第１のＡｌＧａＮ層１１を表面研磨し、第１のＡｌＧａＮ層１１の厚さを４００μｍ程度とした。
【００５４】
次に、第１のＡｌＧａＮ層１１、Ｇａ原料、及びＡｌ原料をＭＯＶＰＥ装置に入れて、第１のＡｌＧａＮ層１１上に第２のＡｌＧａＮ層１２を形成した。その後、第１のＡｌＧａＮ層１１及び第２のＡｌＧａＮ層１２を取り出し、第２のＡｌＧａＮ層１２の表面にスパッタ装置でショットキーバリア電極１３を形成した。その後、スパッタ装置で第１のＡｌＧａＮ層１１の下面１１ｂにオーミック電極１４を形成した。これにより、図１に示す積層構造を有するＳＢＤを作製した。なお、第１のＡｌＧａＮ層１１の面方位は（０００１）であった。
【００５５】
［比較例１］
ＮＧＯ基板２１に代えてＳｉＣ基板を用い、第２のＡｌＧａＮ層１２に代えて化学気相堆積（ＣＶＤ）法により導電性がｎ型のＳｉＣ層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして行った。
【００５６】
＜評価＞
実施例１、比較例１におけるＳＢＤの耐圧、特性オン抵抗を測定した。
【００５７】
［耐圧、特性オン抵抗］
耐圧、特性オン抵抗は、ソースメジャメントユニット（ＳＭＵ）を用いて測定した。実施例１において作成したＳＢＤは耐圧５０００Ｖ、特性オン抵抗は０．６ｍΩ／ｃｍ2であった。一方、比較例１において作成したＳＢＤは、耐圧６００Ｖ、特性オン抵抗は３ｍΩ／ｃｍ2であった。
【００５８】
よって、（０１１）面のＮＧＯ基板２１上にＡｌの組成が所定範囲内の第１のＡｌＧａＮ層１１とｎ型の第２のＡｌＧａＮ層１２とを有するＳＥＤは、ＳｉＣ基板上に第１のＡｌＧａＮ層１１とｎ型のＳｉＣ層とを有するＳＥＤに比べ、高耐圧で特性オン抵抗が低いことが確認された。これは、（０１１）面のＮｄＧａＯ3の格子とＡｌＧａＮの格子とは整合して配列するため、（０１１）面のＮｄＧａＯ3上にＡｌの組成が所定範囲内のＡｌＧａＮを成長させると、（０１１）面のＮｄＧａＯ3上にＡｌＧａＮを高い結晶性を有する状態で成長させることができるためと考えられる。そのため、第１のＡｌＧａＮ層１１及び第２のＡｌＧａＮ層１２のＡｌＧａＮ結晶のＡｌの組成を所定範囲内として形成したＳＥＤは、ＳｉＣ基板上に、ｎ型のＧａＮ層を有するＳＢＤよりも耐圧を高くしつつ抵抗を低くすることができ、更に高性能なＳＥＤとすることができる。
【００５９】
したがって、本発明に係る半導体電子素子は、耐圧が高く抵抗を低くすることができ、優れた性能を有することから、ＳＥＤ、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、サイリスタ、高電子移動度トランジスタ等として好適に用いることができることが判明した。
【符号の説明】
【００６０】
１０  半導体電子素子
１１  第１のＡｌＧａＮ層
１２  第２のＡｌＧａＮ層
１３  ショットキーバリア電極
１４  オーミック電極
２１  ＮｄＧａＯ3基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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