窒化物半導体装置のオーム性電極
【課題】低オーム性コンタクト抵抗と、微細な電極が形成できる平坦な表面が得られ、かつ経時変化の小さい窒化物半導体装置のオーム性電極を提供する。
【解決手段】 窒化物半導体装置のオーム性電極を、ＧａＮ系半導体２０１上に第一の金属膜２０２、第二の金属膜２０３、第三の金属膜２０４、第四の金属膜２０５、第五の金属膜２０６が形成された構造とする。ＧａＮ系半導体２０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体とし、第一の金属膜２０２としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜とし、第二の金属膜２０３としては、Ａｌを含む金属膜とし、第三の金属膜２０４としては、Ｎｂを含む金属膜とし、第四の金属膜２０５としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのうちいずれか１を含む金属膜とし、第五の金属膜２０６としては、Ａｕを含む金属膜とする。
【解決手段】 窒化物半導体装置のオーム性電極を、ＧａＮ系半導体２０１上に第一の金属膜２０２、第二の金属膜２０３、第三の金属膜２０４、第四の金属膜２０５、第五の金属膜２０６が形成された構造とする。ＧａＮ系半導体２０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体とし、第一の金属膜２０２としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜とし、第二の金属膜２０３としては、Ａｌを含む金属膜とし、第三の金属膜２０４としては、Ｎｂを含む金属膜とし、第四の金属膜２０５としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのうちいずれか１を含む金属膜とし、第五の金属膜２０６としては、Ａｕを含む金属膜とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体を用いた素子、例えば発光ダイオード、レーザーダイオード、ショットキダイオード、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタなどに用いることができるの窒化物半導体装置のオーム性電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＪＦＥＴ構造において、従来、特許文献１に示されているようにＴｉ／Ａｌがオーム性電極材料として用いられてきたが、単純にＴｉ／ＡｌのみではＡｌの融点が６６０℃と低く、それより高温の熱処理を行い、低抵抗化を図ろうとした場合、溶けたＡｌの表面張力により半導体に対する被服率が低下してしまい、結果的に低抵抗が得られなかった。
【０００３】
その問題を解決するために、Ａｌ表面をＭｏで覆った、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造がたとえば特許文献２に示されている。Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ電極構造とすることで、Ａｌの融点を超える９００℃の高温熱処理に対しても電極金属の半導体に対する表面被服率が落ちることなく、Ｔｉ／Ａｌよりも低抵抗が得られる。
【特許文献１】特願平７−４５８６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８２４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ電極で９００℃の熱処理では被服率は低下しないものの、微細なパターンを作製しようとした際、電極の表面荒れが原因で、電極間隔が狭くなるにつれ微細電極パターンを設計どおり作製することが困難となり、微細化によって期待される素子特性が得られないという問題があった。
【０００５】
我々の研究の結果、電極金属の表面が荒れてしまう原因は、Ｍｏが解けたＡｌと反応し共晶合金を形成し、その共晶合金の融点が熱処理温度よりも低いことにあり、ＡｌとＡｕの間に挿入する金属は例えば２０００℃以上の高融点金属であることのみでは、平坦性を維持できないことを見出した。
【０００６】
また、そのように共晶合金化が進みやすい電極では、高温動作時もしくは高温保管時に表面形状が変化する上、接触抵抗の経時変化が大きく、室温で低接触抵抗が得られていても動作中に時間と共に接触抵抗が悪化するという問題があった。
【０００７】
本願発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて、従来技術では得ることのできなかった、低オーム性コンタクト抵抗と、微細な電極が形成できる平坦な表面が得られ、かつ経時変化の小さいオーム性電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための本願発明は、窒化物半導体装置のオーム性電極であって、第一の金属膜としてＡｌを含む金属膜、第一の金属膜と接する第二の金属膜としてＮｂ、第三の金属膜としてＭｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜、および第三の金属膜と接する第四の金属膜としてＡｕを含む金属膜が窒化物半導体層からこの順で積層されていることを特徴とする。
【０００９】
また、上記本願発明にあっては、第一の金属膜と窒化物半導体層の間に融点がＡｌの融点以上の金属膜が配されていてもよい。
【００１０】
また、上記本願発明にあっては、融点がＡｌの融点以上の金属膜として、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含むものであってもよい。
【００１１】
また、上記本願発明にあっては、第二の金属膜と第三の金属膜の間にＣｕ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜を配されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
先ず、このような本願発明の作用について説明する。
【００１３】
本発明の電極構造では、Ａｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難く、共晶合金が形成されたとしてもその共晶合金の融点が熱処理温度より高い金属をＡｌと接して配しており、かつＡｕと共晶合金を作り難い金属をＡｕと接してＡｕの下層に配している。そのためＡｕに対しては安定であってもＡｌに対しては安定ではない金属がＡｌと接することが無く、同様にＡｌに対しては安定であってもＡｕに対しては安定ではない金属がＡｕと接することが無いことから、各金属層同士の混合を大幅に抑制することができる。その結果、電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、低コンタクト抵抗かつ平坦な表面形状を得ることができる。
【００１４】
このように、平坦な電極表面が形成できることで、微細な電極パターンを制御性よく作製することができ、素子の特性を向上することができる。また、反応が進みやすいＡｌ、Ａｕ各々が、共晶合金化が進みにくい、もしくは形成された共晶合金が安定であることから、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できる経時変化の小さいオーム性電極が得られる。
【００１５】
また、低コンタクト抵抗かつ平坦な表面を実現できることから、微細な電極パターンの形成が容易となる。更に、実際の素子を作成する際には、オーム性電極と目合わせマークを同時に作成できることから、プロセス工程の短縮、微細なパターンの高精度化が図れるという効果もある。
【００１６】
さらに、高温でも安定な電極構造を用いることで、実際に通電し、電極付近の温度が高くなっても低コンタクト抵抗を維持でき、優れた素子特性を実現することが出来る。特に、高出力素子では素子の温度が高くなるため、その効果は顕著になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の一形態を図１に示す。
【００１９】
図１は本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。
【００２０】
本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体１０１上に第一の金属膜１０２、第二の金属膜１０３、第三の金属膜１０４、第四の金属膜１０５を形成する。その後、Ａｌの融点以上の熱処理を行うことで形成される。
【００２１】
本実施の形態のＧａＮ系半導体１０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体である。
【００２２】
また、第一の金属膜１０２としては、Ａｌを含む金属膜がある。
【００２３】
また、第二の金属膜１０３としては、Ｎｂを含む金属膜がある。
【００２４】
また、第三の金属膜１０４としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのうちいずれか一つを含む金属膜がある。
【００２５】
また、第四の金属膜１０５としては、Ａｕを含む金属膜がある。
（実施の形態２）
本発明の実施の一形態を図２に示す。
【００２６】
図２は本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。
【００２７】
本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体２０１上に第一の金属膜２０２、第二の金属膜２０３、第三の金属膜２０４、第四の金属膜２０５、第五の金属膜２０６を形成する。その後、Ａｌの融点以上の熱処理を行うことで形成される。
【００２８】
本実施の形態のＧａＮ系半導体２０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体である。
【００２９】
また、第一の金属膜２０２としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜がある。
【００３０】
また、第二の金属膜２０３としては、Ａｌを含む金属膜がある。
【００３１】
また、第三の金属膜２０４としては、Ｎｂを含む金属膜がある。
【００３２】
また、第四の金属膜２０５としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのうちいずれか一つを含む金属膜がある。
【００３３】
また、第五の金属膜２０６としては、Ａｕを含む金属膜がある。
【００３４】
（実施の形態３）
本発明の実施の一形態を図４に示す。
【００３５】
図４は本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。
【００３６】
本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体３０１上に第一の金属膜３０２、第二の金属膜３０３、第三の金属膜３０４、第四の金属膜３０５、第五の金属膜３０６、第六の金属膜３０７を形成する。その後、Ａｌの融点以上の熱処理を行うことで形成される。
【００３７】
本実施の形態のＧａＮ系半導体３０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体である。
【００３８】
また、第一の金属膜３０２としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜がある。
【００３９】
また、第二の金属膜３０３としては、Ａｌを含む金属膜がある。
【００４０】
また、第三の金属膜３０４としては、Ｎｂを含む金属膜がある。
【００４１】
また、第四の金属膜３０５としては、Ｃｕ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜がある。
【００４２】
また、第五の金属膜３０６としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのうちいずれか一つを含む金属膜がある。
【００４３】
また、第六の金属膜３０７としては、Ａｕを含む金属膜がある。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
本発明の一実施例を示す。なお、この実施例は前記（実施の形態１）に対応している。
【００４５】
図１に示すように、本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体１０１としてＡｌＧａＮ（例えばＡｌ組成比０．３）、第一の金属膜としてＡｌ層１０２（例えば膜厚６０ｎｍ）、第二の金属膜１０３としてＮｂ（例えば膜厚３５ｎｍ）、第三の金属膜１０４としてＭｏ（例えば膜厚４０ｎｍ）、第四の金属膜１０５としてＡｕ（例えば膜厚１００ｎｍ）をスパッタ蒸着し、９００℃の熱処理を行うことにより作製される。
【００４６】
このような電極構造とすることで、ＮｂがＡｌ表面を覆っており、ＭｏがＮｂとＡｕの間をさえぎっているため電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を得ることができる。同時に、ＮｂとＡｌ、ＭｏとＡｕ、ＮｂとＭｏが９００℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な表面形状を得ることができ光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができた。また、各構成金属層間で共晶合金が形成されにくく、また、一旦形成された共晶合金が安定なことから、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できる経時変化の小さいオーム性電極が得られた。
【００４７】
なお、本実施例では第一の金属膜１０２としてＡｌを用いたが、第一の金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。また、第三の金属膜１０４としてＭｏを用いたが、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
【００４８】
また、本実施例ではＡｌ層１０２の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層１０３の厚さを３５ｎｍ、Ｍｏ層１０４の厚さを４０ｎｍ、Ａｕ層の厚さを１００ｎｍとしたが、Ａｌ層１０２、Ｎｂ層１０３、Ｍｏ層１０４、Ａｕ層１０５の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ層１０３の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があり、またＮｂ膜自体の形状からＡｌとＭｏが接する可能性があるため、Ｎｂ層の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。同様にＭｏ層１０４の厚さも薄くなると、Ｍｏ膜自体の形状からＮｂとＡｕが接する可能性が高くなり熱処理時に表面形状が悪化する可能性があるため、Ｍｏ層の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。
【００４９】
また、本電極金属膜をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００５０】
更に、本実施例では、熱処理温度を９００℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
【００５１】
また、熱処理の後、別途積層する場合は目的に応じ、所望の金属、厚さを積層することが可能である。
【００５２】
（実施例２）
本発明の一実施例を示す。なお、この実施例は前記（実施の形態２）に対応する。
【００５３】
図２に示すように、本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体２０１としてＡｌＧａＮ（例えばＡｌ組成比０．３）、第一の金属膜としてＮｂ層２０２（例えば膜厚７ｎｍ）、第二の金属膜としてＡｌ層２０３（例えば膜厚６０ｎｍ）、第三の金属膜２０４としてＮｂ（例えば膜厚３５ｎｍ）、第四の金属膜２０５としてＷ（例えば膜厚４０ｎｍ）、第五の金属膜２０６としてＡｕ（例えば膜厚１００ｎｍ）をスパッタ蒸着し、８５０℃の熱処理を行うことにより作製される。
【００５４】
このような電極構造とすることで、ＮｂがＡｌ表面を覆っており、ＷがＮｂとＡｕの間をさえぎっているため電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、また、半導体表面のＮｂがＡｌＧａＮ層２０１表面の酸素を除去することから３×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を得ることができる。同時に、ＮｂとＡｌ、ＷとＡｕ、ＮｂとＷが８５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができた。また、各構成金属層間で共晶合金が形成されにくく、また、一旦形成された共晶合金が安定なことから、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できる経時変化の小さいオーム性電極が得られた。
【００５５】
なお、本実施例では第一の金属膜２０２としてＮｂを用いたが、第一の金属膜としてはＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜とすることができる。また、第二の金属膜２０３としてＡｌを用いたが、第二の金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。また、第四の金属膜２０５としてＷを用いたが、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
【００５６】
また、本実施例ではＮｂ層２０２の厚さを７ｎｍ、Ａｌ層２０３の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層２０４の厚さを３５ｎｍ、Ｗ層２０５の厚さを４０ｎｍ、Ａｕ層２０６の厚さを１００ｎｍとしたが、Ｎｂ層２０２、Ａｌ層２０３、Ｎｂ層２０４、Ｗ層２０５、Ａｕ層２０６の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ層２０２の厚さが厚くなるとＡｌが半導体まで到達しなくなり接触抵抗が高くなる可能性が出てくるため、Ｎｂ層２０２の厚さは２０ｎｍ以下が好ましい。また、Ｎｂ層２０４の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があり、またＮｂ膜自体の形状からＡｌとＷが接する可能性があるため、Ｎｂ層２０４の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。同様にＷ層２０５の厚さも薄くなると、Ｗ膜自体の形状からＮｂとＡｕが接する可能性が高くなり熱処理時に表面形状が悪化する可能性があるため、Ｗ層２０５の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。
【００５７】
また、本電極金属膜をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００５８】
更に、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
【００５９】
また、熱処理の後、別途積層する場合は目的に応じ、所望の金属、厚さを積層することが可能である。
【００６０】
（実施例３）
本発明の一実施例として、電界効果トランジスタに応用した例を示す。なお、この実施例は前記（実施の形態２）に対応する。
【００６１】
図３に示すように、本発明のオーム性電極は、例えばＳｉ基板２１１上に有機金属を用いた気相成長法で形成された、ＡｌＮバッファ層（例えば膜厚１００ｎｍ）２１２、ＧａＮキャリア走行層（例えば膜厚２μｍ）２１３、ＡｌＧａＮキャリア供給層（例えばＡｌ組成比０．３、膜厚３０ｎｍ）２１４構造上に形成され、ソース電極２１５及びドレイン電極２１６として用いられる。上記半導体構造表面をフォトレジストで覆い、ステッパ等の露光装置を用い、ソース電極及びドレイン電極を配する位部分、同時に他の金属を配置する際の目合わせマークを配する部分のフォトレジストを感光、除去し、第一の金属膜としてＮｂ層２０２（例えば膜厚７ｎｍ）、第二の金属膜としてＡｌ層２０３（例えば膜厚６０ｎｍ）、第三の金属膜２０４としてＮｂ（例えば膜厚３５ｎｍ）、第四の金属膜２０５としてＭｏ（例えば膜厚４０ｎｍ）、第五の金属膜２０６としてＡｕ（例えば膜厚１００ｎｍ）を電子銃蒸着により成膜し、リフトオフにより不要な金属を除去した後、９００℃の熱処理を行うことによりソース電極２１５及びドレイン電極２１６が形成される。同時に他の金属を配置する際の目合わせマークも形成される。その後、再度フォトレジストで覆い、電子線露光等の露光装置を用いて該目合わせマークを基準にゲート電極を配する部分のフォトレジストを感光、除去し、例えばゲート電極２１７としてＮｉ（例えば膜厚１５ｎｍ）及びＡｕ（例えば膜厚３００ｎｍ）を電子銃蒸着により成膜し、リフトオフにより不要な金属を除去することでゲート電極２１７が形成され、電界効果トランジスタが作製される。
【００６２】
このような電極構造とすることで、ＮｂがＡｌ表面を覆っており、ＭｏがＮｂとＡｕの間をさえぎっているため電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、また、半導体表面のＮｂがＡｌＧａＮ層３０４表面の酸素を除去することから３×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を得ることができる。同時に、ＮｂとＡｌ、ＭｏとＡｕ、ＮｂとＭｏが９００℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な表面形状を得ることができるためオーム性電極と同時に目合わせマークを形成することができ、該目合わせマークを基準にゲート電極を配置できることから、ソース電極−ドレイン電極間の狭い、微細な電界効果トランジスタを形成することができた。更に、別途目合わせマークを形成する工程が省かれ、電界効果トランジスタ作製に要する期間、工数を削減することができた。また、各構成金属層間で共晶合金が形成されにくく、一旦形成された共晶合金が安定なことから、特に、高出力素子では素子の温度が高くなるが、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できＲＦ特性の経時変化が小さい電界効果トランジスタが得られた。
【００６３】
なお、本実施例では、電界効果トランジスタに用いる結晶構造の一例を示したが、電界効果トランジスタに用いる結晶構造は目的に応じ任意の構造とすることができる。
【００６４】
なお、本実施例では第一の金属膜２０２としてＮｂを用いたが、第一の金属膜としてはＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜とすることができる。また、第二の金属膜２０３としてＡｌを用いたが、第二の金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。また、第四の金属膜２０５としてＭｏを用いたが、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
【００６５】
また、本実施例ではＮｂ層２０２の厚さを７ｎｍ、Ａｌ層２０３の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層２０４の厚さを３５ｎｍ、Ｍｏ層２０５の厚さを４０ｎｍ、Ａｕ層２０６の厚さを１００ｎｍとしたが、Ｎｂ層２０２、Ａｌ層２０３、Ｎｂ層２０４、Ｍｏ層２０５、Ａｕ層２０６の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ層２０２の厚さが厚くなるとＡｌが半導体まで到達しなくなり接触抵抗が高くなる可能性が出てくるため、Ｎｂ層２０２の厚さは２０ｎｍ以下が好ましい。また、Ｎｂ層２０４の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があり、またＮｂ膜自体の形状からＡｌとＭｏが接する可能性があるため、Ｎｂ層２０４の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。同様にＭｏ層２０５の厚さも薄くなると、Ｍｏ膜自体の形状からＮｂとＡｕが接する可能性が高くなり熱処理時に表面形状が悪化する可能性があるため、Ｍｏ層２０５の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。
【００６６】
また、本電極金属膜を電子銃蒸着により形成したがスパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００６７】
更に、本実施例では、熱処理温度を９００℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
【００６８】
また、熱処理の後、別途積層する場合は目的に応じ、所望の金属、厚さを積層することが可能である。
【００６９】
（実施例４）
本発明の一実施例を示す。なお、この実施例は前記（実施の形態３）に対応する。
【００７０】
図４に示すように、本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体３０１としてＡｌＧａＮ（例えばＡｌ組成比０．２）、第一の金属膜としてＭｏ層３０２（例えば膜厚５ｎｍ）、第二の金属膜としてＡｌ層３０３（例えば膜厚６０ｎｍ）、第三の金属膜３０４としてＮｂ（例えば膜厚３５ｎｍ）、第四の金属膜３０５としてＴａ（例えば膜厚２０ｎｍ）、第五の金属膜３０６としてＰｔ（例えば膜厚４０ｎｍ）、第六の金属膜３０７としてＡｕ（例えば膜厚１００ｎｍ）を電子銃蒸着し、９５０℃の熱処理を行うことにより作製される。
【００７１】
このような電極構造とすることで、ＮｂがＡｌ表面を覆っており、ＭｏがＮｂとＡｕの間をさえぎっているため電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、また、半導体表面のＮｂがＡｌＧａＮ層３０１表面の酸素を除去することから３×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を得ることができる。同時に、ＮｂとＡｌ、ＰｔとＡｕ、ＮｂとＴａ、ＴａとＰｔが９５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができた。また、各構成金属層間で共晶合金が形成されにくく、また、一旦形成された共晶合金が安定なことから、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できる経時変化の小さいオーム性電極が得られた。
【００７２】
なお、本実施例では第一の金属膜３０２としてＭｏを用いたが、第一の金属膜としてはＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜とすることができる。また、第二の金属膜３０３としてＡｌを用いたが、第二の金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。また、第四の金属膜３０５としてＴａを用いたが、Ｃｕ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。また、第五の金属膜３０６としてＰｔを用いたが、Ｍｏ、Ｗのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
【００７３】
また、本実施例ではＭｏ層３０２の厚さを５ｎｍ、Ａｌ層３０３の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層３０４の厚さを３５ｎｍ、Ｔａ層３０５の厚さを２０ｎｍ、Ｐｔ層３０６の厚さを４０ｎｍ、Ａｕ層３０７の厚さを１００ｎｍとしたが、Ｍｏ層３０２、Ａｌ層３０３、Ｎｂ層３０４、Ｔａ層３０５、Ｐｔ層３０６、Ａｕ層３０７の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ層３０２の厚さが厚くなるとＡｌが半導体まで到達しなくなり接触抵抗が高くなる可能性が出てくるため、Ｎｂ層３０２の厚さは２０ｎｍ以下が好ましい。また、Ｎｂ層３０４の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があり、またＮｂ膜自体の形状からＡｌとＴａ、Ｐｔが接する可能性があるため、Ｎｂ層３０４の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。同様にＴａ３０５、Ｐｔ３０６の厚さも薄くなると、ＮｂとＡｕが接する可能性が高くなり熱処理時に表面形状が悪化する可能性があるため、Ｔａ層３０５、Ｐｔ層３０６の厚さは各々１０ｎｍ以上が好ましい。
【００７４】
また、本電極金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００７５】
更に、本実施例では、熱処理温度を９５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
【００７６】
また、熱処理の後、別途積層する場合は目的に応じ、所望の金属、厚さを積層することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１および実施例１示す断面構造図である。
【図２】本発明の実施の形態２および実施例２を示す断面構造図である。
【図３】本発明の実施の形態２および実施例２、３を示す断面構造図である。
【図４】本発明の実施の形態３および実施例４を示す断面構造図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０１ 窒化物半導体
１０２ 第一の金属膜
１０３ 第二の金属膜
１０４ 第三の金属膜
１０５ 第四の金属膜
２０１ 窒化物半導体
２０２ 第一の金属膜
２０３ 第二の金属膜
２０４ 第三の金属膜
２０５ 第四の金属膜
２０６ 第五の金属膜
２１１ Ｓｉ基板
２１２ ＡｌＮバッファ層
２１３ ＧａＮキャリア走行層
２１４ ＡｌＧａＮキャリア供給層
２１５ ソース電極
２１６ ドレイン電極
２１７ ゲート電極
３０１ 窒化物半導体
３０２ 第一の金属膜
３０３ 第二の金属膜
３０４ 第三の金属膜
３０５ 第四の金属膜
３０６ 第五の金属膜
３０７ 第六の金属膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体を用いた素子、例えば発光ダイオード、レーザーダイオード、ショットキダイオード、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタなどに用いることができるの窒化物半導体装置のオーム性電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＪＦＥＴ構造において、従来、特許文献１に示されているようにＴｉ／Ａｌがオーム性電極材料として用いられてきたが、単純にＴｉ／ＡｌのみではＡｌの融点が６６０℃と低く、それより高温の熱処理を行い、低抵抗化を図ろうとした場合、溶けたＡｌの表面張力により半導体に対する被服率が低下してしまい、結果的に低抵抗が得られなかった。
【０００３】
その問題を解決するために、Ａｌ表面をＭｏで覆った、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造がたとえば特許文献２に示されている。Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ電極構造とすることで、Ａｌの融点を超える９００℃の高温熱処理に対しても電極金属の半導体に対する表面被服率が落ちることなく、Ｔｉ／Ａｌよりも低抵抗が得られる。
【特許文献１】特願平７−４５８６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８２４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ電極で９００℃の熱処理では被服率は低下しないものの、微細なパターンを作製しようとした際、電極の表面荒れが原因で、電極間隔が狭くなるにつれ微細電極パターンを設計どおり作製することが困難となり、微細化によって期待される素子特性が得られないという問題があった。
【０００５】
我々の研究の結果、電極金属の表面が荒れてしまう原因は、Ｍｏが解けたＡｌと反応し共晶合金を形成し、その共晶合金の融点が熱処理温度よりも低いことにあり、ＡｌとＡｕの間に挿入する金属は例えば２０００℃以上の高融点金属であることのみでは、平坦性を維持できないことを見出した。
【０００６】
また、そのように共晶合金化が進みやすい電極では、高温動作時もしくは高温保管時に表面形状が変化する上、接触抵抗の経時変化が大きく、室温で低接触抵抗が得られていても動作中に時間と共に接触抵抗が悪化するという問題があった。
【０００７】
本願発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて、従来技術では得ることのできなかった、低オーム性コンタクト抵抗と、微細な電極が形成できる平坦な表面が得られ、かつ経時変化の小さいオーム性電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための本願発明は、窒化物半導体装置のオーム性電極であって、第一の金属膜としてＡｌを含む金属膜、第一の金属膜と接する第二の金属膜としてＮｂ、第三の金属膜としてＭｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜、および第三の金属膜と接する第四の金属膜としてＡｕを含む金属膜が窒化物半導体層からこの順で積層されていることを特徴とする。
【０００９】
また、上記本願発明にあっては、第一の金属膜と窒化物半導体層の間に融点がＡｌの融点以上の金属膜が配されていてもよい。
【００１０】
また、上記本願発明にあっては、融点がＡｌの融点以上の金属膜として、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含むものであってもよい。
【００１１】
また、上記本願発明にあっては、第二の金属膜と第三の金属膜の間にＣｕ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜を配されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
先ず、このような本願発明の作用について説明する。
【００１３】
本発明の電極構造では、Ａｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難く、共晶合金が形成されたとしてもその共晶合金の融点が熱処理温度より高い金属をＡｌと接して配しており、かつＡｕと共晶合金を作り難い金属をＡｕと接してＡｕの下層に配している。そのためＡｕに対しては安定であってもＡｌに対しては安定ではない金属がＡｌと接することが無く、同様にＡｌに対しては安定であってもＡｕに対しては安定ではない金属がＡｕと接することが無いことから、各金属層同士の混合を大幅に抑制することができる。その結果、電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、低コンタクト抵抗かつ平坦な表面形状を得ることができる。
【００１４】
このように、平坦な電極表面が形成できることで、微細な電極パターンを制御性よく作製することができ、素子の特性を向上することができる。また、反応が進みやすいＡｌ、Ａｕ各々が、共晶合金化が進みにくい、もしくは形成された共晶合金が安定であることから、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できる経時変化の小さいオーム性電極が得られる。
【００１５】
また、低コンタクト抵抗かつ平坦な表面を実現できることから、微細な電極パターンの形成が容易となる。更に、実際の素子を作成する際には、オーム性電極と目合わせマークを同時に作成できることから、プロセス工程の短縮、微細なパターンの高精度化が図れるという効果もある。
【００１６】
さらに、高温でも安定な電極構造を用いることで、実際に通電し、電極付近の温度が高くなっても低コンタクト抵抗を維持でき、優れた素子特性を実現することが出来る。特に、高出力素子では素子の温度が高くなるため、その効果は顕著になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の一形態を図１に示す。
【００１９】
図１は本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。
【００２０】
本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体１０１上に第一の金属膜１０２、第二の金属膜１０３、第三の金属膜１０４、第四の金属膜１０５を形成する。その後、Ａｌの融点以上の熱処理を行うことで形成される。
【００２１】
本実施の形態のＧａＮ系半導体１０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体である。
【００２２】
また、第一の金属膜１０２としては、Ａｌを含む金属膜がある。
【００２３】
また、第二の金属膜１０３としては、Ｎｂを含む金属膜がある。
【００２４】
また、第三の金属膜１０４としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのうちいずれか一つを含む金属膜がある。
【００２５】
また、第四の金属膜１０５としては、Ａｕを含む金属膜がある。
（実施の形態２）
本発明の実施の一形態を図２に示す。
【００２６】
図２は本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。
【００２７】
本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体２０１上に第一の金属膜２０２、第二の金属膜２０３、第三の金属膜２０４、第四の金属膜２０５、第五の金属膜２０６を形成する。その後、Ａｌの融点以上の熱処理を行うことで形成される。
【００２８】
本実施の形態のＧａＮ系半導体２０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体である。
【００２９】
また、第一の金属膜２０２としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜がある。
【００３０】
また、第二の金属膜２０３としては、Ａｌを含む金属膜がある。
【００３１】
また、第三の金属膜２０４としては、Ｎｂを含む金属膜がある。
【００３２】
また、第四の金属膜２０５としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのうちいずれか一つを含む金属膜がある。
【００３３】
また、第五の金属膜２０６としては、Ａｕを含む金属膜がある。
【００３４】
（実施の形態３）
本発明の実施の一形態を図４に示す。
【００３５】
図４は本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。
【００３６】
本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体３０１上に第一の金属膜３０２、第二の金属膜３０３、第三の金属膜３０４、第四の金属膜３０５、第五の金属膜３０６、第六の金属膜３０７を形成する。その後、Ａｌの融点以上の熱処理を行うことで形成される。
【００３７】
本実施の形態のＧａＮ系半導体３０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体である。
【００３８】
また、第一の金属膜３０２としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜がある。
【００３９】
また、第二の金属膜３０３としては、Ａｌを含む金属膜がある。
【００４０】
また、第三の金属膜３０４としては、Ｎｂを含む金属膜がある。
【００４１】
また、第四の金属膜３０５としては、Ｃｕ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜がある。
【００４２】
また、第五の金属膜３０６としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのうちいずれか一つを含む金属膜がある。
【００４３】
また、第六の金属膜３０７としては、Ａｕを含む金属膜がある。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
本発明の一実施例を示す。なお、この実施例は前記（実施の形態１）に対応している。
【００４５】
図１に示すように、本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体１０１としてＡｌＧａＮ（例えばＡｌ組成比０．３）、第一の金属膜としてＡｌ層１０２（例えば膜厚６０ｎｍ）、第二の金属膜１０３としてＮｂ（例えば膜厚３５ｎｍ）、第三の金属膜１０４としてＭｏ（例えば膜厚４０ｎｍ）、第四の金属膜１０５としてＡｕ（例えば膜厚１００ｎｍ）をスパッタ蒸着し、９００℃の熱処理を行うことにより作製される。
【００４６】
このような電極構造とすることで、ＮｂがＡｌ表面を覆っており、ＭｏがＮｂとＡｕの間をさえぎっているため電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を得ることができる。同時に、ＮｂとＡｌ、ＭｏとＡｕ、ＮｂとＭｏが９００℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な表面形状を得ることができ光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができた。また、各構成金属層間で共晶合金が形成されにくく、また、一旦形成された共晶合金が安定なことから、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できる経時変化の小さいオーム性電極が得られた。
【００４７】
なお、本実施例では第一の金属膜１０２としてＡｌを用いたが、第一の金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。また、第三の金属膜１０４としてＭｏを用いたが、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
【００４８】
また、本実施例ではＡｌ層１０２の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層１０３の厚さを３５ｎｍ、Ｍｏ層１０４の厚さを４０ｎｍ、Ａｕ層の厚さを１００ｎｍとしたが、Ａｌ層１０２、Ｎｂ層１０３、Ｍｏ層１０４、Ａｕ層１０５の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ層１０３の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があり、またＮｂ膜自体の形状からＡｌとＭｏが接する可能性があるため、Ｎｂ層の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。同様にＭｏ層１０４の厚さも薄くなると、Ｍｏ膜自体の形状からＮｂとＡｕが接する可能性が高くなり熱処理時に表面形状が悪化する可能性があるため、Ｍｏ層の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。
【００４９】
また、本電極金属膜をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００５０】
更に、本実施例では、熱処理温度を９００℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
【００５１】
また、熱処理の後、別途積層する場合は目的に応じ、所望の金属、厚さを積層することが可能である。
【００５２】
（実施例２）
本発明の一実施例を示す。なお、この実施例は前記（実施の形態２）に対応する。
【００５３】
図２に示すように、本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体２０１としてＡｌＧａＮ（例えばＡｌ組成比０．３）、第一の金属膜としてＮｂ層２０２（例えば膜厚７ｎｍ）、第二の金属膜としてＡｌ層２０３（例えば膜厚６０ｎｍ）、第三の金属膜２０４としてＮｂ（例えば膜厚３５ｎｍ）、第四の金属膜２０５としてＷ（例えば膜厚４０ｎｍ）、第五の金属膜２０６としてＡｕ（例えば膜厚１００ｎｍ）をスパッタ蒸着し、８５０℃の熱処理を行うことにより作製される。
【００５４】
このような電極構造とすることで、ＮｂがＡｌ表面を覆っており、ＷがＮｂとＡｕの間をさえぎっているため電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、また、半導体表面のＮｂがＡｌＧａＮ層２０１表面の酸素を除去することから３×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を得ることができる。同時に、ＮｂとＡｌ、ＷとＡｕ、ＮｂとＷが８５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができた。また、各構成金属層間で共晶合金が形成されにくく、また、一旦形成された共晶合金が安定なことから、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できる経時変化の小さいオーム性電極が得られた。
【００５５】
なお、本実施例では第一の金属膜２０２としてＮｂを用いたが、第一の金属膜としてはＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜とすることができる。また、第二の金属膜２０３としてＡｌを用いたが、第二の金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。また、第四の金属膜２０５としてＷを用いたが、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
【００５６】
また、本実施例ではＮｂ層２０２の厚さを７ｎｍ、Ａｌ層２０３の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層２０４の厚さを３５ｎｍ、Ｗ層２０５の厚さを４０ｎｍ、Ａｕ層２０６の厚さを１００ｎｍとしたが、Ｎｂ層２０２、Ａｌ層２０３、Ｎｂ層２０４、Ｗ層２０５、Ａｕ層２０６の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ層２０２の厚さが厚くなるとＡｌが半導体まで到達しなくなり接触抵抗が高くなる可能性が出てくるため、Ｎｂ層２０２の厚さは２０ｎｍ以下が好ましい。また、Ｎｂ層２０４の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があり、またＮｂ膜自体の形状からＡｌとＷが接する可能性があるため、Ｎｂ層２０４の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。同様にＷ層２０５の厚さも薄くなると、Ｗ膜自体の形状からＮｂとＡｕが接する可能性が高くなり熱処理時に表面形状が悪化する可能性があるため、Ｗ層２０５の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。
【００５７】
また、本電極金属膜をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００５８】
更に、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
【００５９】
また、熱処理の後、別途積層する場合は目的に応じ、所望の金属、厚さを積層することが可能である。
【００６０】
（実施例３）
本発明の一実施例として、電界効果トランジスタに応用した例を示す。なお、この実施例は前記（実施の形態２）に対応する。
【００６１】
図３に示すように、本発明のオーム性電極は、例えばＳｉ基板２１１上に有機金属を用いた気相成長法で形成された、ＡｌＮバッファ層（例えば膜厚１００ｎｍ）２１２、ＧａＮキャリア走行層（例えば膜厚２μｍ）２１３、ＡｌＧａＮキャリア供給層（例えばＡｌ組成比０．３、膜厚３０ｎｍ）２１４構造上に形成され、ソース電極２１５及びドレイン電極２１６として用いられる。上記半導体構造表面をフォトレジストで覆い、ステッパ等の露光装置を用い、ソース電極及びドレイン電極を配する位部分、同時に他の金属を配置する際の目合わせマークを配する部分のフォトレジストを感光、除去し、第一の金属膜としてＮｂ層２０２（例えば膜厚７ｎｍ）、第二の金属膜としてＡｌ層２０３（例えば膜厚６０ｎｍ）、第三の金属膜２０４としてＮｂ（例えば膜厚３５ｎｍ）、第四の金属膜２０５としてＭｏ（例えば膜厚４０ｎｍ）、第五の金属膜２０６としてＡｕ（例えば膜厚１００ｎｍ）を電子銃蒸着により成膜し、リフトオフにより不要な金属を除去した後、９００℃の熱処理を行うことによりソース電極２１５及びドレイン電極２１６が形成される。同時に他の金属を配置する際の目合わせマークも形成される。その後、再度フォトレジストで覆い、電子線露光等の露光装置を用いて該目合わせマークを基準にゲート電極を配する部分のフォトレジストを感光、除去し、例えばゲート電極２１７としてＮｉ（例えば膜厚１５ｎｍ）及びＡｕ（例えば膜厚３００ｎｍ）を電子銃蒸着により成膜し、リフトオフにより不要な金属を除去することでゲート電極２１７が形成され、電界効果トランジスタが作製される。
【００６２】
このような電極構造とすることで、ＮｂがＡｌ表面を覆っており、ＭｏがＮｂとＡｕの間をさえぎっているため電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、また、半導体表面のＮｂがＡｌＧａＮ層３０４表面の酸素を除去することから３×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を得ることができる。同時に、ＮｂとＡｌ、ＭｏとＡｕ、ＮｂとＭｏが９００℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な表面形状を得ることができるためオーム性電極と同時に目合わせマークを形成することができ、該目合わせマークを基準にゲート電極を配置できることから、ソース電極−ドレイン電極間の狭い、微細な電界効果トランジスタを形成することができた。更に、別途目合わせマークを形成する工程が省かれ、電界効果トランジスタ作製に要する期間、工数を削減することができた。また、各構成金属層間で共晶合金が形成されにくく、一旦形成された共晶合金が安定なことから、特に、高出力素子では素子の温度が高くなるが、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できＲＦ特性の経時変化が小さい電界効果トランジスタが得られた。
【００６３】
なお、本実施例では、電界効果トランジスタに用いる結晶構造の一例を示したが、電界効果トランジスタに用いる結晶構造は目的に応じ任意の構造とすることができる。
【００６４】
なお、本実施例では第一の金属膜２０２としてＮｂを用いたが、第一の金属膜としてはＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜とすることができる。また、第二の金属膜２０３としてＡｌを用いたが、第二の金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。また、第四の金属膜２０５としてＭｏを用いたが、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
【００６５】
また、本実施例ではＮｂ層２０２の厚さを７ｎｍ、Ａｌ層２０３の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層２０４の厚さを３５ｎｍ、Ｍｏ層２０５の厚さを４０ｎｍ、Ａｕ層２０６の厚さを１００ｎｍとしたが、Ｎｂ層２０２、Ａｌ層２０３、Ｎｂ層２０４、Ｍｏ層２０５、Ａｕ層２０６の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ層２０２の厚さが厚くなるとＡｌが半導体まで到達しなくなり接触抵抗が高くなる可能性が出てくるため、Ｎｂ層２０２の厚さは２０ｎｍ以下が好ましい。また、Ｎｂ層２０４の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があり、またＮｂ膜自体の形状からＡｌとＭｏが接する可能性があるため、Ｎｂ層２０４の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。同様にＭｏ層２０５の厚さも薄くなると、Ｍｏ膜自体の形状からＮｂとＡｕが接する可能性が高くなり熱処理時に表面形状が悪化する可能性があるため、Ｍｏ層２０５の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。
【００６６】
また、本電極金属膜を電子銃蒸着により形成したがスパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００６７】
更に、本実施例では、熱処理温度を９００℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
【００６８】
また、熱処理の後、別途積層する場合は目的に応じ、所望の金属、厚さを積層することが可能である。
【００６９】
（実施例４）
本発明の一実施例を示す。なお、この実施例は前記（実施の形態３）に対応する。
【００７０】
図４に示すように、本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体３０１としてＡｌＧａＮ（例えばＡｌ組成比０．２）、第一の金属膜としてＭｏ層３０２（例えば膜厚５ｎｍ）、第二の金属膜としてＡｌ層３０３（例えば膜厚６０ｎｍ）、第三の金属膜３０４としてＮｂ（例えば膜厚３５ｎｍ）、第四の金属膜３０５としてＴａ（例えば膜厚２０ｎｍ）、第五の金属膜３０６としてＰｔ（例えば膜厚４０ｎｍ）、第六の金属膜３０７としてＡｕ（例えば膜厚１００ｎｍ）を電子銃蒸着し、９５０℃の熱処理を行うことにより作製される。
【００７１】
このような電極構造とすることで、ＮｂがＡｌ表面を覆っており、ＭｏがＮｂとＡｕの間をさえぎっているため電極金属の半導体に対する被服率が低下することなく、また、半導体表面のＮｂがＡｌＧａＮ層３０１表面の酸素を除去することから３×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を得ることができる。同時に、ＮｂとＡｌ、ＰｔとＡｕ、ＮｂとＴａ、ＴａとＰｔが９５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができた。また、各構成金属層間で共晶合金が形成されにくく、また、一旦形成された共晶合金が安定なことから、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できる経時変化の小さいオーム性電極が得られた。
【００７２】
なお、本実施例では第一の金属膜３０２としてＭｏを用いたが、第一の金属膜としてはＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜とすることができる。また、第二の金属膜３０３としてＡｌを用いたが、第二の金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。また、第四の金属膜３０５としてＴａを用いたが、Ｃｕ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。また、第五の金属膜３０６としてＰｔを用いたが、Ｍｏ、Ｗのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
【００７３】
また、本実施例ではＭｏ層３０２の厚さを５ｎｍ、Ａｌ層３０３の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層３０４の厚さを３５ｎｍ、Ｔａ層３０５の厚さを２０ｎｍ、Ｐｔ層３０６の厚さを４０ｎｍ、Ａｕ層３０７の厚さを１００ｎｍとしたが、Ｍｏ層３０２、Ａｌ層３０３、Ｎｂ層３０４、Ｔａ層３０５、Ｐｔ層３０６、Ａｕ層３０７の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ層３０２の厚さが厚くなるとＡｌが半導体まで到達しなくなり接触抵抗が高くなる可能性が出てくるため、Ｎｂ層３０２の厚さは２０ｎｍ以下が好ましい。また、Ｎｂ層３０４の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があり、またＮｂ膜自体の形状からＡｌとＴａ、Ｐｔが接する可能性があるため、Ｎｂ層３０４の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。同様にＴａ３０５、Ｐｔ３０６の厚さも薄くなると、ＮｂとＡｕが接する可能性が高くなり熱処理時に表面形状が悪化する可能性があるため、Ｔａ層３０５、Ｐｔ層３０６の厚さは各々１０ｎｍ以上が好ましい。
【００７４】
また、本電極金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００７５】
更に、本実施例では、熱処理温度を９５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
【００７６】
また、熱処理の後、別途積層する場合は目的に応じ、所望の金属、厚さを積層することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１および実施例１示す断面構造図である。
【図２】本発明の実施の形態２および実施例２を示す断面構造図である。
【図３】本発明の実施の形態２および実施例２、３を示す断面構造図である。
【図４】本発明の実施の形態３および実施例４を示す断面構造図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０１ 窒化物半導体
１０２ 第一の金属膜
１０３ 第二の金属膜
１０４ 第三の金属膜
１０５ 第四の金属膜
２０１ 窒化物半導体
２０２ 第一の金属膜
２０３ 第二の金属膜
２０４ 第三の金属膜
２０５ 第四の金属膜
２０６ 第五の金属膜
２１１ Ｓｉ基板
２１２ ＡｌＮバッファ層
２１３ ＧａＮキャリア走行層
２１４ ＡｌＧａＮキャリア供給層
２１５ ソース電極
２１６ ドレイン電極
２１７ ゲート電極
３０１ 窒化物半導体
３０２ 第一の金属膜
３０３ 第二の金属膜
３０４ 第三の金属膜
３０５ 第四の金属膜
３０６ 第五の金属膜
３０７ 第六の金属膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体装置のオーム性電極であって、
第一の金属膜としてＡｌを含む金属膜、
第一の金属膜と接する第二の金属膜としてＮｂ、
第三の金属膜としてＭｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜、および
第三の金属膜と接する第四の金属膜としてＡｕを含む金属膜
が窒化物半導体層からこの順で積層されていることを特徴とする窒化物半導体装置のオーム性電極。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体装置のオーム性電極であって、
第一の金属膜と窒化物半導体層の間に融点がＡｌの融点以上の金属膜が配されていることを特徴とする窒化物半導体装置のオーム性電極。
【請求項３】
請求項２に記載の窒化物半導体装置のオーム性電極であって、
融点がＡｌの融点以上の金属膜として、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含むことを特徴とする窒化物半導体装置のオーム性電極。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のオーム性電極であって、
第二の金属膜と第三の金属膜の間にＣｕ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜を配することを特徴とする窒化物半導体装置のオーム性電極。
【請求項１】
窒化物半導体装置のオーム性電極であって、
第一の金属膜としてＡｌを含む金属膜、
第一の金属膜と接する第二の金属膜としてＮｂ、
第三の金属膜としてＭｏ、Ｗ、Ｐｔのいずれか一つを含む金属膜、および
第三の金属膜と接する第四の金属膜としてＡｕを含む金属膜
が窒化物半導体層からこの順で積層されていることを特徴とする窒化物半導体装置のオーム性電極。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体装置のオーム性電極であって、
第一の金属膜と窒化物半導体層の間に融点がＡｌの融点以上の金属膜が配されていることを特徴とする窒化物半導体装置のオーム性電極。
【請求項３】
請求項２に記載の窒化物半導体装置のオーム性電極であって、
融点がＡｌの融点以上の金属膜として、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒのいずれか一つを含むことを特徴とする窒化物半導体装置のオーム性電極。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のオーム性電極であって、
第二の金属膜と第三の金属膜の間にＣｕ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜を配することを特徴とする窒化物半導体装置のオーム性電極。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２００２９０（Ｐ２００９−２００２９０Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４１１７９（Ｐ２００８−４１１７９）
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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