(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系化合物半導体からなるコンタクト層の上に金属電極が形成された窒化物系化合物半導体装置において、
前記コンタクト層は、前記金属電極側に向かって単結晶から多結晶へ結晶性を連続的に変化させることによって連続的に欠陥が増加させられていることを特徴とする窒化物系化合物半導体装置。
【請求項２】
窒化物系化合物半導体からなるコンタクト層の上に金属電極が形成された窒化物系化合物半導体装置において、
前記コンタクト層は、前記金属電極側に向かって単結晶からアモルファスへ結晶性を連続的に変化させることによって連続的に欠陥が増加させられていることを特徴とする窒化物系化合物半導体装置。
【請求項３】
前記コンタクト層が、ＧａxＩｎ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物系化合物半導体装置。
【請求項４】
前記コンタクト層のＧａの組成比ｘが前記金属電極側より０から１まで段階的または連続的に変化していることを特徴とする請求項３に記載の窒化物系化合物半導体装置。
【請求項５】
窒化物系化合物半導体からなるコンタクト層の上に金属電極が形成された窒化物系化合物半導体装置の製造方法において、前記コンタクト層は、前記金属電極側に向かって、単結晶が得られる温度から徐々に基板温度を下げながら気相成長させられることによって結晶性を連続的に変化させて連続的に欠陥が増加させられることを特徴とする窒化物系化合物半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記コンタクト層は、ＧａxＩｎ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなり、成膜中の原料ガスの組成比を変化させて気相成長させられることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系化合物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物系化合物半導体装置とその製造方法に関し、特に、機械的強度に優れた電極構造を有する窒化物系化合物半導体装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、ＡＩＮ，ＧａＮ，ＩｎＮなど窒化物系化合物半導体装置に用いられるオーミック接触の形成方法としては、電極となる金属材料に重点を置いて研究がなされており、特開平５−２９１６２１号公報に記載されているようにｐ型電極材料に関してはＡｕ，Ｐｔ，Ｎｉなどが、ｎ型電極材料に関してはＣｒ，Ｔｉ，Ａｌなどが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、オーミック接触の形成には単結晶の窒化物系化合物半導体のコンタクト層が用いられ、金属材料を変えることでオーミック接触を得ようと試みられていたが、単結晶の窒化物系化合物半導体は、極めて熱的、化学的に安定な材料であり、金属電極とほとんど反応しないため、金属電極が剥がれ易いと言った機械的強度に問題があった。
【０００４】
従って、本発明の目的は、剥離などのない機械的強度の大きい電極構造を有する窒化物系化合物半導体装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはさまざまなコンタクト層構造を検討した結果、傾斜結晶性コンタクト層を用いることにより、剥離などのない機械的強度に優れた電極構造を見い出すに至った。
【０００６】
窒化物系化合物半導体からなるコンタクト層の上に金属電極が形成された本発明の窒化物系化合物半導体装置では、前記コンタクト層は、前記金属電極側に向かって単結晶から多結晶へ結晶性を連続的に変化させることによって連続的に欠陥が増加させられていることを特徴とする。
【０００７】
また、窒化物系化合物半導体からなるコンタクト層の上に金属電極が形成された窒化物系化合物半導体装置において、前記コンタクト層は、前記金属電極側に向かって単結晶からアモルファスへ結晶性を連続的に変化させることによって連続的に欠陥が増加させられていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記コンタクト層が、ＧａxＩｎ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなることを特徴とする。
【０００９】
さらに、特に、前記コンタクト層は、Ｇａの組成比ｘが前記金属電極側より０から１まで段階的または連続的に変化していることを特徴とする窒化物系半導体装置を提供する。
さらにまた、本発明による窒化物系化合物半導体からなるコンタクト層の上に金属電極が形成された窒化物系化合物半導体装置の製造方法においては、そのコンタクト層は、金属電極側に向かって、単結晶が得られる温度から徐々に基板温度を下げながら気相成長させられることによって連続的に欠陥が増加させられることを特徴としている。その製造方法において、コンタクト層は、ＧａxＩｎ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなり、成膜中の原料ガスの組成比を変化させて気相成長させられることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１に、窒化物系化合物半導体装置の電極構造の概略を示す断面図を示す。符号１は単結晶ｐ型ＧａＮ基板（キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3，膜厚０．５μｍ）、２は単結晶から多結晶へと結晶性が連続的に変化させた傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層（キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3，膜厚０．１μｍ）、３はＰｄからなる金属電極である。Ｐｄからなる金属電極３の構造は、直径２００μｍの円電極で、電極の中心間距離は５００μｍである。
【００１１】
また、傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層２は、単結晶ｐ型ＧａＮ基板１上に通常のガス条件でＭＯＣＶＤ法により成長されており、基板温度を単結晶が得られる温度（約１０００℃）から多結晶となる温度（約７００℃）まで徐々に下げながら成長させることによって製作した。
【００１２】
次に、作製された表面に粘着テープを張り付け、剥がすことによって金属電極とコンタクト層との密着性を評価したところ、従来のような単結晶ＧａＮの上にＰｄからなる金属電極を蒸着した電極構造では金属電極が剥離したが、本発明のように傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層２の上に金属電極３を蒸着した電極構造では何らの問題が生じなかった。これは傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層２の表面の多結晶ＧａＮと金属との反応性が、単結晶ＧａＮと金属の反応性よりも大きいためと考えられる。
【００１３】
（実施例２）
図２に、コンタクト層としてＧａＮ，ＩｎＮ，ＧａＩｎＮからなる傾斜結晶性コンタクト層を用い、金属電極としてＰｄを蒸着した半導体装置の電流−電圧特性を示す。
【００１４】
また、図２には比較のために、傾斜結晶性コンタクト層ではなく、単結晶層の上に多結晶層を形成した２層構造とし、その上に金属電極を蒸着した電極構造を有する半導体装置の電流−電圧特性を点線で示す。この２層構造は、単結晶ｐ型ＧａＮ基板上に通常のガス条件でＭＯＣＶＤ法により成長されており、基板温度を１０００℃にして単結晶層を形成した後、基板温度を７００℃にして多結晶層を形成して作製した。
【００１５】
このような単結晶層の上に多結晶層を成長した電極構造の場合、金属電極とコンタクト層との機械的強度は改善されるが、結晶性を連続的に変化させた傾斜結晶性コンタクト層を用いた電極構造よりも電流が流れにくくなっている。これは、単結晶／多結晶との界面に多数存在する欠陥準位が原因と考えられる。一方、結晶性を連続的に変化させた電極構造の場合、欠陥準位も多結晶方向から単結晶方向へ連続的に消失するため電流が流れ易くなると考えられる。
【００１６】
また、図２から、ＩｎＮ，ＧａＮ，ＧａＩｎＮからなる傾斜結晶性コンタクト層の順番に、電流が流れやすくなっていることが分かる。
【００１７】
図３〜図５に、ＧａＮ，ＩｎＮ，ＧａＩｎＮのそれぞれのコンタクト層の結晶性と組成分布、およびバンド図を示す。なお、ＧａＩｎＮからなる傾斜結晶性コンタクト層は、成膜中の原料ガスの組成比（例えば、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いた場合にはＴＭＧ／（ＴＭＧ＋ＴＭＩ））を、１から０へと変化させることで作製している。この場合、組成比を変化させる方法としては段階的または連続的の２つが考えられるが、特性的にはほぼ同一であった。
【００１８】
図３（ａ）は、単結晶ｐ型ＧａＮ基板１と傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層２との結晶性を模式的に示した図である。また、図３（ｂ）は、横軸が位置を示し、縦軸が組成比を示す組成分布の図である。図３（ｃ）には、横軸に位置を示しているバンド図を示しており、バンド図中の短い実線は欠陥順準位を示している。図３（ｃ）に示されるように、欠陥準位が単結晶方向位置するにつれて少なくなっている。
【００１９】
また、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、傾斜結晶性ｐ型ＩｎＮコンタクト層４１を用いた場合の図を図３（ａ）〜図３（ｃ）と同様に示した。これは、ＩｎＮをコンタクト層として用いた場合、図４（ｃ）に示されるようにＧａＮ層とのバンドギャップの不連続によって電流が流れにくくなっているためである。
【００２０】
また、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、傾斜結晶性ｐ型ＧａＩｎＮコンタクト層５１を用いた場合の図を図３（ａ）〜図３（ｃ）と同様に示した。これは、ＧａＩｎＮをコンタクト層として用いた場合は、図５（ｂ）のようにＩｎ、Ｇａの組成がなだらかに変化させることによって、図５（ｃ）に示されるようにバンドギャップの不連続がなめらかに変化するため電流は流れ易くなる。
【００２１】
（実施例３）
図６に、窒化物系化合物半導体装置の電極構造の概略を示す断面図を示す。符号１は単結晶ｐ型ＧａＮ基板（キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3，膜厚０．５μｍ）、４は単結晶からアモルファスへと結晶性を連続的に変化させた傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層（キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3，膜厚０．１μｍ）、３はＰｄからなる金属電極である。Ｐｄからなる金属電極３の構造は、直径２００μｍの円電極で、電極の中心間距離は５００μｍである。
【００２２】
また、傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層４は、単結晶ｐ型ＧａＮ基板１上に通常のガス条件でＭＯＣＶＤ法により成長されており、基板温度を単結晶が得られる温度（約１０００℃）からアモルファスとなる温度（約４００℃）まで徐々に下げるながら作製した。
【００２３】
次に、作製された表面に粘着テープを張り付け、剥がすことによって金属電極とコンタクト層との密着性を評価したところ、単結晶ＧａＮの上にＰｄを蒸着した電極構造では金属電極が剥離したが、本発明のように傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層４の上に金属電極３を蒸着した電極構造では何らの問題がなかった。また、多結晶の場合よりもアモルファスの場合には、さらに機械的強度が高まった。これは傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層４の表面のアモルファスの場合の方が、傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層２の表面の多結晶の場合よりも金属との反応性が大きいためと考えられる。
【００２４】
（実施例４）
図７に、コンタクト層としてＧａＮ，ＩｎＮ，ＧａＩｎＮからなる単結晶からアモルファスまで結晶性を変化させた傾斜結晶性コンタクト層を用い、金属電極としてＰｄを蒸着した半導体装置の電流−電圧特性を示す。
【００２５】
また、図７には比較のために、傾斜結晶性コンタクト層ではなく、単結晶層の上にアモルファス層を形成した２層構造とし、その上にＰｄからなる金属電極を蒸着した電極構造を有する半導体装置の電流−電圧特性を点線で示す。この２層構造は、単結晶ｐ型ＧａＮ基板上に通常のガス条件でＭＯＣＶＤ法により成長されており、基板温度を１０００℃にして単結晶層を形成した後、次いで、基板温度を４００℃にしてアモルファス層を形成して作製した。
【００２６】
このような単結晶層の上にアモルファス層を成長した電極構造の場合、結晶性を連続的に変化させた傾斜結晶性コンタクト層を用いた電極構造よりも電流が流れにくくなっている。これは、単結晶／多結晶／アモルファスとの界面での欠陥準位のために、電流が流れにくくなると考えられる。
【００２７】
また、図７に示されるように、ＩｎＮ，ＧａＮ，ＧａＩｎＮ傾斜結晶性コンタクト層の順番に、電流が流れやすくなっていることが分かる。
【００２８】
図８〜１０に、ＧａＮ，ＩｎＮ，ＧａＩｎＮのそれぞれのコンタクト層の結晶性と組成分布、およびバンド図を示す。
【００２９】
図８（ａ）は、単結晶ｐ型ＧａＮ基板１と傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層４との結晶性を模式的に示した図である。また、図８（ｂ）は、横軸が位置を示し、縦軸が組成比を示す組成分布の図である。図８（ｃ）には、横軸に位置を示しているバンド図を示している。図８（ｃ）に示されるように、欠陥準位が単結晶方向に位置するにつれて少なくなっている。
【００３０】
また、図９（ａ）〜図９（ｃ）は、傾斜結晶性ｐ型ＩｎＮコンタクト層９１を用いた場合の図３（ａ）〜図３（ｃ）と同様に示した。これは、ＩｎＮをコンタクト層として用いた場合、図９（ｃ）に示されるようにＧａＮ層とのバンドギャプの不連続によって電流が流れにくくなっているためである。
【００３１】
また、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は傾斜結晶性ｐ型ＧａＩｎＮコンタクト層４１を用いた場合の図を図３（ａ）〜図３（ｃ）と同様に示した。これは、ＧａＩｎＮをコンタクト層として用いた場合は、図１０（ｂ）のようにＩｎ、Ｇａの組成を連続的に変化させることによって、図１０（ｃ）に示されるようにバンドギャップの不連続性がなめらかに変化するため電流は流れ易くなる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、窒化物系化合物半導体装置において、金属電極の剥離などの問題の生じない機械的強度に優れた電極構造を有する窒化物系化合物半導体を得ることが可能となる。
【００３３】
また、電極構造のコンタクト層の組成を連続的に変化させることによって、バンドギャプがなめらかに変化するため、電流が流れやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に示す窒化物系化合物半導体装置の電極構造の断面図である。
【図２】実施の形態１の窒化物系化合物半導体装置での電流−電圧特性を示す図である。
【図３】実施の形態１の傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む電極構造の結晶性と組成分布、およびバンド図を表す図である。
【図４】実施の形態１の傾斜結晶性ｐ型ＩｎＮコンタクト層を含む電極構造の結晶性と組成分布、およびバンド図を表す図である。
【図５】実施の形態１の傾斜結晶性ｐ型ＧａＩｎＮコンタクト層を含む電極構造の結晶性と組成分布、およびバンド図を表す図である。
【図６】実施の形態２に示す窒化物系化合物半導体装置の電極構造の断面図である。
【図７】実施の形態２の窒化物系化合物半導体装置での電流−電圧特性を示す図である。
【図８】実施の形態２の傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む電極構造の結晶性と組成分布、およびバンド図を表す図である。
【図９】実施の形態２の傾斜結晶性ｐ型ＩｎＮコンタクト層を含む電極構造の結晶性と組成分布、およびバンド図を表す図である。
【図１０】実施の形態２の傾斜結晶性ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層を含む電極構造の結晶性と組成分布、およびバンド図を表す図である。
【符号の説明】
１  ｐ型ＧａＮコンタクト層
２、４  傾斜結晶性ｐ型ＧａＮコンタクト層
３  金属電極
４１、８１  傾斜結晶性ｐ型ＩｎＮコンタクト層
５１、９１  傾斜結晶性ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層
【図１】
0003824726.tif 000002
【図２】
0003824726.tif 000003
【図３】
0003824726.tif 000004
【図４】
0003824726.tif 000005
【図５】
0003824726.tif 000006
【図６】
0003824726.tif 000007
【図７】
0003824726.tif 000008
【図８】
0003824726.tif 000009
【図９】
0003824726.tif 000010
【図１０】
0003824726.tif 000011