(57)【要約】【課題】窒化物系半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の窒化物系半導体素子は、基板と、基板上に形成されるＧａＮ層と、ＧａＮ層上に形成されてＧａＮ層とバンドギャップエネルギーが異なるバリア層と、バリア層上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層と、を有する。バリア層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を形成することによって、バリア層の表面の粗度が向上すると共にバリア層の表面でアルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）とが結合することを抑制することで表面漏れ電流を減らすことができる。また、バリア層と電極が直接接触する構造に比べて、本発明のようにバリア層と電極との間に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層が形成される場合は低い障壁を有するが動作電圧を低くすることができることで電流密度を増加させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されるＧａＮ層と、
前記ＧａＮ層上に形成されて前記ＧａＮ層とバンドギャップエネルギーが異なるバリア層と、
前記バリア層上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層と、を有することを特徴とする窒化物系半導体素子。
【請求項２】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）において、ｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項３】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は、単結晶、多結晶、又は非晶質であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項４】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層の厚さは、０．１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項５】
前記バリア層は少なくとも１つ以上の層を含み、
前記少なくとも１つ以上の層は、ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ（ここで、０．１≦ｙ≦１であり、０≦ｚ≦０．３である）を有する物質からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項６】
前記バリア層上に低温−ＧａＮ層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項７】
前記基板は、サファイア、シリコン、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、及び窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる群より選択される物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項８】
前記窒化物系半導体素子は、ノーマリーオン素子、ノーマリーオフ素子、及びショットキーバリアダイオード素子からなる群より選択される素子であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項９】
前記ショットキーバリアダイオードにおいて、オーミック電極は、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び白金（Ｐｔ）からなる群より選択される物質で形成されることを特徴とする請求項８に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１０】
前記ショットキーバリアダイオードにおいて、ショットキー電極は、Ｎｉ、Ａｕ、ＣｕＩｎＯ２、ＩＴＯ、Ｐｔ、及びこれらの合金からなる群より選択される物質で形成されることを特徴とする請求項８に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１１】
基板上にＧａＮ層を形成するステップと、
前記ＧａＮ層上に、前記ＧａＮ層とバンドギャップエネルギーが異なるバリア層を形成するステップと、
前記バリア層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を形成するステップと、を有することを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を形成するステップにおいて、炭素（Ｃ）のソースとしてＣＢｒ４を使用し、シリコン（Ｓｉ）のソースとしてＤＴＢＳｉを使用し、窒素のソースとしてＮＨ３を使用することを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層は、金属有機化学気相蒸着法による連続（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程によって形成されることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）において、ｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有することを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は、単結晶、多結晶、又は非晶質であることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層の厚さは、０．１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記バリア層は少なくとも１つ以上の層を含み、
前記少なくとも１つ以上の層は、ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ（ここで、０．１≦ｙ≦１であり、０≦ｚ≦０．３である）を有する物質からなることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
基板と、
前記基板上に形成される窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上に形成されて前記窒化物半導体層と異なるバンドギャップエネルギーを有するバリア層と、
前記バリア層上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層と、を有することを特徴とする窒化物系半導体素子。
【請求項１９】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）において、ｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有することを特徴とする請求項１８に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項２０】
前記バリア層上に形成される低温ＧａＮ層（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ＧａＮ  ｌａｙｅｒ）及びｐ型窒化物半導体層のうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項２１】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層は、前記低温ＧａＮ層及び前記ｐ型窒化物半導体層のうちの少なくとも１つの上に形成されることを特徴とする請求項２０に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項２２】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層は、前記バリア層上に直接形成されることを特徴とする請求項１８に記載の窒化物系半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体素子及びその製造方法に関し、より詳細には、バリア層の表面の粗度を優秀にし、アルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）とが結合することを抑制することで表面漏れ電流を減らすことのできる窒化物系半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、全世界的な情報通信技術の急激な発達に伴って、超高速、大容量の信号送信のための通信技術が急速に発達している。特に、無線通信技術において、個人携帯電話、衛星通信、軍事用レーダー、放送通信、通信用中継機などの需要が次第に拡大するにつれて、マイクロ波とミリメートル波帯域の超高速情報通信システムに必要な高速、高電力電子素子に対する要求が増加している。また、高電力で使用されるパワー素子における応用においても省エネルギーのために多くの研究が行われている。
【０００３】
特に、ＧａＮ系窒化物半導体は、エネルギギャップが大きく、高い熱的及び化学的な安定度、高い電子飽和速度（〜３×１０７ｃｍ／ｓｅｃ）等の優れた物性を有し、光素子だけではなく、高周波、高出力用の電子素子における応用が容易であるため、全世界的に活発に研究されている。
【０００４】
ＧａＮ系窒化物半導体を用いる電子素子は、高い降伏電圧（〜３×１０６Ｖ／ｃｍ）及び最大電流密度、安定した高温動作、高い熱伝導度などの様々な長所を有しており、ＡｌＧａＮ／ＧａＮのヘテロ接合構造を用いたヘテロ接合電界効果トランジスタ（ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＦＥＴ）の場合、接合界面におけるバンド不連続（ｂａｎｄ−ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ）が大きいために界面に高い濃度の電子が誘起され、電子の移動度がより高められることから高電力素子への応用が可能になる。
【０００５】
金属と半導体との接合において、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＦＥＴ及びショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＳＢＤ）の製造時にオーミック特性を示すオーミック電極とショットキー特性を示すショットキー電極が重要である。オーミック電極は電極と半導体との間に電流が自由に移動できる電極であり、ショットキー電極は電流が逆方向に流れない特徴を有する。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＦＥＴ及びショットキーバリアダイオード素子の特性を向上させるためには、チャネル層の電子移動度が高くなければならず、また、オーミック接触の抵抗が低く、ショットキー電極のショットキー障壁の高さが高くなければならない特性が求められる。しかし、このような高い電子の移動度を有するＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＦＥＴ構造では、ショットキー障壁が高いショットキー接合であってもＡｌＧａＮの表面状態が不安定で表面に沿って流れる漏れ電流が素子特性を低下させるという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、バリア層の表面の粗度を優秀にし、アルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）とが結合することを抑制して表面漏れ電流を減らすことのできる窒化物系半導体素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による窒化物系半導体素子は、基板と、前記基板上に形成されるＧａＮ層と、前記ＧａＮ層上に形成されて前記ＧａＮ層とバンドギャップエネルギーが異なるバリア層と、前記バリア層上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層と、を有する。
【０００８】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）において、ｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有し得る。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は、単結晶、多結晶、又は非晶質であり得る。
、前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層の厚さは０．１ｎｍ〜１００ｎｍであり得る。
前記バリア層は少なくとも１つ以上の層を含み、前記少なくとも１つ以上の層は、ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ（ここで、０．１≦ｙ≦１であり、０≦ｚ≦０．３である）を有する物質からなり得る。
前記バリア層上に低温−ＧａＮ層が形成され得る。
前記基板は、サファイア、シリコン、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、及び窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる群より選択される物質で形成され得る。
前記窒化物系半導体素子は、ノーマリーオン素子、ノーマリーオフ素子、及びショットキーバリアダイオード素子からなる群より選択される素子であり得る。
前記ショットキーバリアダイオードにおいて、オーミック電極は、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び白金（Ｐｔ）からなる群より選択される物質で形成され得る。
前記ショットキーバリアダイオードにおいて、ショットキー電極は、Ｎｉ、Ａｕ、ＣｕＩｎＯ２、ＩＴＯ、Ｐｔ、及びこれらの合金からなる群より選択される物質で形成され得る。
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による窒化物系半導体素子の製造方法は、基板上にＧａＮ層を形成するステップと、前記ＧａＮ層上に、前記ＧａＮ層とバンドギャップエネルギーが異なるバリア層を形成するステップと、前記バリア層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を形成するステップと、を有する。
【００１０】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を形成するステップにおいて、炭素（Ｃ）のソースとしてＣＢｒ４を使用し、シリコン（Ｓｉ）のソースとしてＤＴＢＳｉを使用し、窒素のソースとしてＮＨ３を使用し得る。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層は、金属有機化学気相蒸着法による連続（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程によって形成され得る。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）において、ｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有し得る。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は、単結晶、多結晶、又は非晶質であり得る。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層の厚さは、０．１ｎｍ〜１００ｎｍであり得る。
前記バリア層は少なくとも１つ以上の層を含み、前記少なくとも１つ以上の層は、ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ（ここで、０．１≦ｙ≦１であり、０≦ｚ≦０．３である）を有する物質からなり得る。
【００１１】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による窒化物系半導体素子は、基板と、前記基板上に形成される窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層上に形成されて前記窒化物半導体層と異なるバンドギャップエネルギーを有するバリア層と、前記バリア層上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層と、を有する。
【００１２】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）において、ｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有し得る。
前記窒化物系半導体素子は、前記バリア層上に形成される低温ＧａＮ層（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ＧａＮ  ｌａｙｅｒ）及びｐ型窒化物半導体層のうちの少なくとも１つを更に含むことができる。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層は、前記低温ＧａＮ層及び前記ｐ型窒化物半導体層のうちの少なくとも１つの上に形成され得る。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層は、前記バリア層上に直接形成され得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の窒化物系半導体素子によれば、バリア層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を形成することによって、バリア層の表面の粗度を向上させると共に、バリア層の表面でアルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）とが結合することを抑制して表面漏れ電流を減らすことができる。
また、バリア層と電極が直接接触する構造に比べて、本発明のようにバリア層と電極との間に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を形成する場合、低い障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）を有するが動作電圧が低くなることで電流密度の増加を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の窒化物系半導体素子の製造方法によれば、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を形成するために金属有機化学気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）による連続（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程を使用し、ＣソースとしてＣＢｒ４を使用し、ＳｉソースとしてＤＴＢＳｉを使用し、ＮソースとしてＮＨ３を用いて窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を成長させることによって、バリア層の表面の粗度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。
【図２】（Ａ）は本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の一部を示す投射電子顕微鏡写真であり、（Ｂ）は２次イオン質量分析法によって約６０ｎｍ厚さの深さで原子構成を測定したデータを示す図である。
【図３】（Ａ）は窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術による窒化物系半導体素子におけるバリア層の表面を示す原子間力顕微鏡の写真であり、（Ｂ）は本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれる窒化物系半導体素子におけるバリア層の表面を示す原子間力顕微鏡写真である。
【図４】（Ａ）は窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術による窒化物系半導体素子におけるＴＬＭパターンを用いて測定した電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を表すグラフであり、（Ｂ）は本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれる窒化物系半導体素子におけるＴＬＭパターンを用いて測定した電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を表すグラフである。
【図５】窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術によるショットキーバリアダイオードで測定した順方向電流−電圧の特性及び本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれるショットキーバリアダイオードで測定した順方向電流−電圧の特性を表すグラフである。
【図６】窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術によるショットキーバリアダイオードにおける漏れ電流特性及び本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれるショットキーバリアダイオードにおける漏れ電流特性を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態の説明において、各基板、層又はパターンなどが各基板、層、又はパターンなどの「上（ｏｎ）」に、又は「下（ｕｎｄｅｒ）」に形成されるものと記載する場合、「上（ｏｎ）」と「下（ｕｎｄｅｒ）」は「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」又は「他の構成要素を介在して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成するものを全て含む。また、各構成要素の上又は下に対する基準は図面を基準にして説明する。
【００１７】
図面における各構成要素の大きさは、説明のために誇張する場合があり、実際に適用される大きさを意味するものではない。
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明は、実施形態によって制限されたり限定されたりするものではない。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。
【００２０】
図１を参照すると、本実施形態による窒化物系半導体素子は、基板１００、基板１００上に形成される窒化物半導体層２００、窒化物半導体層２００上に形成されて窒化物半導体層２００とバンドギャップエネルギーが異なるバリア層３００、及びバリア層３００上に形成される窒化炭素珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ：ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００を含む。
【００２１】
基板１００は、窒化物半導体層２００の格子定数及び熱膨張係数などを考慮して様々な材料から形成される。基板１００は、ガラス基板又はサファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板のような絶縁性基板であってもよく、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＺｎＯのような導電性基板であってもよい。また、基板１００は窒化物成長用基板であってもよく、例えばＡｌＮ又はＧａＮ系統の基板であってもよい。
【００２２】
基板１００上に窒化物半導体層２００が形成される。窒化物半導体層（例えば、ＧａＮ層）２００は、バッファ層又はチャネル層の役割を果す。即ち、窒化物半導体層２００は、バリア層３００が成長できるようにバッファ層の役割を果し、またバリア層３００と窒化物半導体層２００のバンドギャップエネルギー（ｂａｎｄ−ｇａｐ  ｅｎｅｒｇｙ）の差によって窒化物半導体層２００に２次元電子ガス層（２−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｇａｓ：２−ＤＥＧ）が形成されて電流が流れるチャネル層の役割を果す。
【００２３】
窒化物半導体層２００上にバリア層３００を形成する。本発明においてバリア層は障壁層を意味する。一例として、バリア層３００は少なくとも１つ以上の層を含み、少なくとも１つ以上の層は下記の組成式１を有する物質からなる。
［組成式１］
ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ（ここで、０．１≦ｙ≦１であり、０≦ｚ≦０．３である）。
【００２４】
組成式１において、ｙ値が１、ｚ値も１である場合、即ちバリア層３００がＡｌＮのみで形成される場合、ＡｌＮ表面のモフォロジー（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）が優れ、ｙ値が０．１と１との間にある場合には表面のモフォロジーが様々に変化する。
【００２５】
バリア層３００は、ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ（ここで、０．１≦ｙ≦１であり、０≦ｚ≦０．３である）で表現される組成式を有する少なくとも１つ以上の層を含み、例えば、バリア層３００は、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎｚＮの組成式を有する物質を単独に含んで形成されるか、又はＡｌｙＧａ１−ｙＮ／ＡｌＮ、ＡｌＩｎｚＮ／ＡｌＮ、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ／ＡｌＩｎｚＮなどのように異なる組成式の物質を２つ以上含んで形成される。
【００２６】
また、バリア層３００上に、組成式１を有する物質にｐ型物質がドーピングされた層を更に含んでもよい。即ち、バリア層３００上に、ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ（ここで、０．１≦ｙ≦１であり、０≦ｚ≦０．３である）の組成式を有する物質にｐ型物質がドーピングされたｐ−ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ層を更に含んでもよい。また、バリア層３００上に低温−ＧａＮ層（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ＧａＮ  ｌａｙｅｒ）が形成されてもよい。ｐ−ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ層及び低温−ＧａＮ層はバリア層３００の表面を保護するためである。
【００２７】
バリア層３００上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００を形成する。一例として、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００においてｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有する。窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００は、シリコン（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）が一定の割合で混合され、シリコンと炭素の比率が適切に調整される。窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００は、バリア層３００の表面を保護して表面の粗度を向上させ、バリア層３００の表面の漏れ電流を遮断する。
【００２８】
窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００において、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は、バリア層３００の表面の漏れ電流を遮断し、バリア層３００とオーミック金属などとの円滑な電流の流れのために様々な結晶相を有する物質から製造される。例えば、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００において、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は単結晶（ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌ）、多結晶（ｐｏｌｙ  ｃｒｙｓｔａｌ）、又は非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）の窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）で製造される。
【００２９】
一例として、窒化物系半導体素子における窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００の厚さは０．１ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３０】
従って、本実施形態による窒化物系半導体素子は、バリア層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を形成することによって、バリア層の表面の粗度を向上させると共に、バリア層の表面でアルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）とが結合することを抑制し、表面漏れ電流を減らすことができる。
【００３１】
また、バリア層と電極が直接接触する構造に比べて、本発明のようにバリア層と電極との間に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が形成された場合、低い障壁を有するが動作電圧を低くすることで電流密度が増加する。これについては下記の図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
本実施形態による窒化物系半導体素子は様々な種類の電子素子に適用される。即ち、図１では本発明の窒化物系半導体素子が適用されるショットキーバリアダイオードについて説明したが、これに制限されるものではなく、例えば、本実施形態による窒化物系半導体素子は、ノーマリーオン（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｏｎ）素子、ノーマリーオフ（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｏｆｆ）素子、及びショットキーバリアダイオード素子からなる群より選択される素子に適用される。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態による窒化物系半導体素子がショットキーバリアダイオードである場合、オーミック電極５１０は、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び白金（Ｐｔ）からなる群より選択される物質で形成される。ショットキー電極５２０は、Ｎｉ、Ａｕ、ＣｕＩｎＯ２、ＩＴＯ、Ｐｔ、及びこれらの合金からなる群より選択される物質で形成される。また、合金の例として、ＮｉとＡｕの合金、ＣｕＩｎＯ２とＡｕの合金、ＩＴＯとＡｕの合金、Ｎｉ、Ｐｔ及びＡｕの合金、そしてＰｔとＡｕの合金が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００３４】
以下、本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を簡略に説明する。
【００３５】
本実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法は、基板１００上に窒化物半導体層２００を形成するステップ、窒化物半導体層２００上に窒化物半導体層２００とバンドギャップエネルギーの異なるバリア層３００を形成するステップ、及びバリア層３００上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００を形成するステップを含む。
【００３６】
先ず、基板１００上に窒化物半導体層２００を形成する。窒化物半導体層２００は、金属有機化学気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）、及び水素気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）などの方法を用いて形成されるが、これらに制限されるものではない。
【００３７】
次に、窒化物半導体層２００上にバリア層３００を形成する。バリア層３００は少なくとも１つ以上の層で形成され、少なくとも１つ以上の層は下記の組成式１を有する物質からなる。
［組成式１］
ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ（ここで、０．１≦ｙ≦１であり、０≦ｚ≦０．３である）。
【００３８】
即ち、バリア層３００は、ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ（ここで、０．１≦ｙ≦１であり、０≦ｚ≦０．３である）で表現される組成式を有する少なくとも１つ以上の層を含み、例えば、バリア層３００は、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎｚＮの組成式を有する物質を単独に含んで形成されるか、又はＡｌｙＧａ１−ｙＮ／ＡｌＮ、ＡｌＩｎｚＮ／ＡｌＮ、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ／ＡｌＩｎｚＮなどのように異なる組成式の物質を２つ以上含んで形成される。
【００３９】
また、バリア層３００上に、組成式１を有する物質にｐ型物質がドーピングされた層又は低温−ＧａＮ層を更に形成してもよい。ｐ−ＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙＮ層及び低温−ＧａＮ層はバリア層３００の表面を保護するための層である。
【００４０】
窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００は、バリア層３００上にプラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）などを含む様々な蒸着方法によって形成される。本実施形態において、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００は、金属有機化学気相蒸着法による連続（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程によって形成される。
【００４１】
このような金属有機化学気相蒸着法による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４００の形成は、炭素ソースとして四臭化炭素（ｔｅｔｒａｂｒｏｍｏｍｅｔｈａｎｅ：ＣＢｒ４）を使用し、シリコンソースとしてジターシャリブチルシラン（ｄｉｔｅｒｔｉａｒｙｂｕｔｙｌ  ｓｉｌａｎｅ：ＤＴＢＳＩ）を用い、窒素ソースとしてアンモニア（ＮＨ３）を用いて行なわれ、金属有機化学気相蒸着法によるバリア層３００の形成後に連続（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程によって形成される。これによって窒化物系半導体素子の製造効率性は高められる。
【００４２】
以下、図２〜図６を参照して、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を含まない従来技術と比較し、本発明の一実施形態によって製造された窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層を含む窒化物系半導体素子の特性について詳説する。
【００４３】
図２（Ａ）は、本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の一部を示す投射電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）の写真であり、図２（Ｂ）は、２次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）によって約６０ｎｍ厚さの深さで原子構成を測定したデータを示す図である。
【００４４】
図２（Ａ）において、約２５ｎｍ程度の厚さを有するバリア層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が約２ｎｍ程度成長したことが確認され、図２（Ｂ）において、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層の組成であるＳｉ、Ｃ、及びＮが確認され、バリア層の組成ではＡｌを確認することができた。
【００４５】
図３（Ａ）は、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術による窒化物系半導体素子におけるバリア層の表面を示す原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）の写真であり、図３（Ｂ）は、本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれる窒化物系半導体素子におけるバリア層の表面を示す原子間力顕微鏡写真である。
【００４６】
図３（Ａ）に示すように窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない場合、バリア層の表面の粗度は約０．７ｎｍであり、図３（Ｂ）に示すように本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれる場合、バリア層の表面の粗度は約０．４４ｎｍであり、これによって表面粗度が減少したことが確認された。結果、バリア層の表面の粗度が減少することでバリア層の表面の電荷が保護される。
【００４７】
また、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない場合、ホール測定（ｈａｌｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）によって測定された２−ＤＥＧ移動度（２−ＤＥＧ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ）は約１５００ｃｍ２／Ｖｓであり、シートキャリア濃度（ｓｈｅｅｔ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ）は約８×１０１２／ｃｍ２を示し、本実施形態のように約２ｎｍの厚さの窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれる場合、２−ＤＥＧの移動度は約１３００ｃｍ２／Ｖｓに減少し、シートキャリア濃度は約１×１０１３／ｃｍ２に増加したことが確認された。即ち、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれる場合、結晶性が向上したバリア層の表面に電子が多く存在してスキャッタリング（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）され易いため、２−ＤＥＧ移動度は減少する。
【００４８】
図４（Ａ）は、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術による窒化物系半導体素子におけるＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）パターンを用いて測定した電流−電圧（Ｉ−Ｖ）の特性を表すグラフであり、図４（Ｂ）は、本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれる窒化物系半導体素子におけるＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）パターンを用いて測定した電流−電圧（Ｉ−Ｖ）の特性を表すグラフである。
【００４９】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す電流−電圧の特性グラフは、バリア層の表面上にオーミック電極及びショットキー電極を形成して９００℃で３０秒間熱処理をした後測定した電流−電圧の特性値を示す。図４（Ａ）に示すように、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術による窒化物系半導体素子でオーミック抵抗は約６×１０−５Ωｃｍ２であり、図４（Ｂ）に示すように窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれる窒化物系半導体素子でオーミック抵抗は約２×１０−５Ωｃｍ２であり、従来技術よりも約１／３程度のオーミックコンタクトの抵抗が減少したことが分かる。
【００５０】
図５は、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術によるショットキーバリアダイオードで測定した順方向電流−電圧（ｆｏｒｗａｒｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ−ｖｏｌｔａｇｅ）の特性及び本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれるショットキーバリアダイオードで測定した順方向電流−電圧の特性を表すグラフである。
【００５１】
図５において、「Ｒｅｆ」は、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術によるショットキーバリアダイオードで測定した順方向電流−電圧の特性を示し、「ＳｉｘＣ１−ｘＮが含まれた場合」は、本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれるショットキーバリアダイオードで測定した順方向電流−電圧の特性を表す。
【００５２】
図５に示すように、本発明によるショットキーバリアダイオードでは、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層の存在によってショットキー障壁が低くなり、動作電圧が「Ｒｅｆ」に比べて０．２Ｖ程度低くなると同時に同じ電圧で高い電流密度が取得される。
【００５３】
図６は、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術によるショットキーバリアダイオードにおける漏れ電流特性及び本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれるショットキーバリアダイオードにおける漏れ電流特性を表すグラフである。
【００５４】
図６において、「Ｒｅｆ」は窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層がない従来技術によるショットキーバリアダイオードを示し、「ＳｉｘＣ１−ｘＮが含まれた場合」は本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれるショットキーバリアダイオードを示す。
【００５５】
上述したように、本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が含まれる場合は、表面の粗度が小さく、バリア層の表面におけるアルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）との結合を窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）の機能層が遮断することによって、図６に示すように漏れ電流が約８倍程度小さくなることが分かる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１００    基板
２００    窒化物半導体層（ＧａＮ層）
３００    バリア層
４００    窒化炭素珪素機能層
５１０    オーミック電極
５２０    ショットキー電極
【図１】
2013140981.tif 000003
【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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