CN1917231A - 欧姆电极及制造方法、场效应晶体管及制造方法与半导体装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种与将欧姆电极设置成不到异质界面深度的情况相比，能够降低欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻的欧姆电极及制造方法、场效应晶体管及制造方法和半导体装置。欧姆电极(62)设置在构造体上，该构造体具备形成在衬底(16)的由第一半导体层构成的电子移动层(20)、包含与电子移动层异质接触的电子亲和力比第一半导体层小的第二半导体层的电子供给层(22)以及在异质界面(34)附近的电子移动层中感应出的二维电子层(36)，其中，欧姆电极的衬底(16)的主面(16a)侧的端部配置在贯通电子供给层大于等于异质界面深度的电子移动层中，并且，与将衬底的主面侧的端部(66)设置成不到异质界面深度的情况相比，更进一步降低欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻。

Description

欧姆电极及制造方法、场效应晶体管及制造方法 与半导体装置

技术领域

本发明涉及半导体器件中使用的欧姆电极、具备该欧姆电极的场效应晶体管、具备该欧姆电极的半导体器件、该欧姆电极的制造方法以及该场效应晶体管的制造方法。

背景技术

氮化镓系半导体(以下，记作GaN系半导体)具有高绝缘破坏电压以及高饱和电子速度。由利用上述特性的AlGaN/GaN异质结构构成的HEMT(high speed mobility transistor，高电子迁移率晶体管)替代GaAs系半导体元件作为能够进行高频动作及高耐压动作的功率元件(例如，移动电话的基站的大功率开关元件等)已受到关注。

一般，在上述功率元件中，为了获得大输出功率，(1)增大源极-漏极间电流，(2)提高绝缘耐压，是有效的。

以下，关于采用GaN系半导体的HEMT，特别地关注上述(1)的源极-漏极间电流的大电流化，说明现有技术。

作为用于增大源极-漏极间电流的方法之一，可以列举出减小与下述的电子移动层欧姆接触的源极电极及漏极电极和电子移动层之间的接触电阻的方法。

例如已知下述现有技术，通过对源极以及漏极电极的形成预定区域进行干法蚀刻，设置凹部(以下也称作凹槽)，并且在该凹槽中形成源极以及漏极电极，由此，减小接触电阻(例如，参照非专利文献1)。

以下，参照图22，更详细地说明该现有技术。图22是表示现有技术的HEMT的剖面切口的图。

HEMT100具备蓝宝石衬底102、缓冲层104、电子移动层106、电子供给层108、源极以及漏极电极118、120以及栅极电极114。

蓝宝石衬底102的厚度为约630μm。此外，缓冲层104由厚度为约1μm的AlN构成，并且使其在蓝宝石衬底102的c面上外延成长。

电子移动层106的厚度为约2μm，由未引入杂质的GaN构成且成膜在缓冲层104上。此外，在任意的层结构中，所谓“未引入杂质”是指“有意不引入杂质”的含义。在以下的说明中，在表示“未引入杂质”状态的情况下，在该层结构的名称的前头赋予缩略符号“UID-”(unintensionally dopped)。

电子供给层108由AlN层110和AlGaN层112构成，并且在电子移动层106上按该顺序进行叠层。这里，AlN层110由厚度为约1nm的AlN构成。

此外，AlGaN层112是由按以下顺序叠层在AlN层110上的第一、第二以及第三AlGaN层112a、112b以及112c构成。第一AlGaN层112a由厚度为约7nm的UID-Al_0.26Ga_0.74N构成。第二AlGaN层112b的厚度约为15nm，是通过掺杂约5×10¹⁸/cm³的Si而由导电性为n型的n-Al_0.26Ga_0.74N构成的。第三AlGaN层112c由厚度为约3nm的UID-Al_0.26Ga_0.74N构成。

而且，在电子移动层106和电子供给层108之间的异质界面115的电子移动层106侧，从异质界面115起在约10nm的厚度中形成感应出二维电子气体的二维电子层116。

此外，在图22中，为了将该HEMT100的形成区域与相邻的其他元件电气隔离，相互隔离地表示包围该形成区域的元件隔离层124、124。

元件隔离层124、124是电气绝缘性的，并且，从电子供给层108的上表面直到超过二维电子层116深度的深度范围中利用离子注入等来形成。

在2个元件隔离层124、124之间，与元件隔离层124、124隔离地，相互分开设置源极以及漏极电极118、120。在源极以及漏极电极118、120和电子移动层106之间，建立欧姆接触。以下，将源极以及漏极电极118、120统一称作电极128。

在电极128的形成预定区域中预先形成凹槽126、126，其中，所述凹槽126、126是从电子供给层108的上表面108a  起跨预定深度而形成的凹部，形成电极128以掩埋该凹槽126、126。

在源极电极以及漏极电极118、120之间，设置与电子供给层108肖特基接合的栅极电极114。

在图23中表示现有技术中的凹槽126的深度(电极128的深度)和接触电阻之间的关系。此外，图23引用了非专利文献1的图6。

在图23中，横轴是形成凹槽126所需要的蚀刻时间(min)，对应于凹槽126的深度。此外，纵轴是电子移动层106和电极128之间的接触电阻(Ωmm)。此外，赋予横轴的箭头表示对应异质界面115的深度的蚀刻时间。

根据图23，在电极128的深度比异质界面115浅的区域中，接触电阻与深度一同减少。

然而，当电极128的深度比异质界面115深，则接触电阻增加。

根据其结果、其他的在先技术文献等，本领域的技术人员可知，当电极128比异质界面115更深时，接触电阻将增大。

[非专利文献1]三好  实人  外7名“在100mm直径外延AlN/蓝宝石模板上制作的凹槽欧姆AlGaN/AlN/GaN HEMT”，信学技报，ED2004-217，MW2004-224(2005-01)，p.31-35

发明内容

在上述背景下，发明人经过反复锐意研究的结果是，发现即使欧姆电极的一端部达到比异质界面更深的位置的情况下，在欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻也减小，由此，构思出本发明。

这里，本发明的第一目的在于，提供一种与将欧姆电极设置在从电子供给层的表面起未到达异质界面的深度的情况相比能够减小欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻值的欧姆电极及其制造方法。

此外，本发明的第二目的在于，提供一种通过将本发明的欧姆电极用于源极电极以及漏极电极而能够增大源极-漏极间电流的场效应晶体管及其制造方法。

此外，本发明的第三目的在于，提供一种采用本发明的欧姆电极的半导体器件。

为了达成上述第一目的，第一以及第二两发明的欧姆电极是设于具备电子移动层、电子供给层以及二维电子层的结构体的欧姆电极。这里，电子移动层由形成在衬底的主面侧的第一半导体层构成。此外，电子供给层与电子移动层在异质界面上异质接合，并且包含形成在电子移动层上的电子亲和力比第一半导体层小的第二半导体层。此外，二维电子层由从异质界面起到电子移动层中感应出的二维电子气体构成。

在上述的结构体中，该欧姆电极的主面侧的一端部为从电子供给层的上表面起贯通电子供给层且大于等于异质界面深度的深度，并且，配置成不超过电子移动层的深度。并且，在第一发明的欧姆电极的情况下，欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻与将主面侧的一端部从电子供给层的上表面起配置成浅于异质界面的深度的情况相比，为较低的值。

在实施第一发明之际，优选将欧姆电极的主面侧的一端部配置成与二维电子层相接触的深度，在异质界面的深度，欧姆电极的表面的切平面和异质界面延伸的面所构成的角度的锐角侧是大于0°且在56°以下。

此外，在第二发明的欧姆电极的情况下，在上述结构体中，该欧姆电极的主面侧的一端部配置成从电子供给层的上表面起贯通电子供给层且大于等于异质界面深度并且不超过电子移动层的深度。并且，在异质界面的深度，欧姆电极的表面的切平面和异质界面延伸的面所构成的角度的锐角侧是大于0°且在56°以下。

在实施第一以及第二发明之际，优选欧姆电极的主面侧的一端部具有向欧姆电极的外侧凸起的弯曲表面，以及，欧姆电极在该弯曲表面与二维电子层相接触。

在实施第一以及第二发明之际，优选第一半导体层是未引入杂质的GaN层，第二半导体层是由未引入杂质的AlGaN层、n导电型AlGaN层、或者用未引入杂质的第一以及第二的AlGaN层夹持n导电型AlGaN层的叠层半导体层构成。

在实施第一以及第二发明之际，优选第一半导体层对应于二维电子层的区域为n导电型GaN层，第二半导体由未引入杂质的AlGaN层、n导电型AlGaN层、或者用未引入杂质的第一以及第二的AlGaN层夹持n导电型AlGaN层的叠层半导体层构成。

进一步，欧姆电极的电子供给层还具备AlN层，该AlN层形成在电子移动层的上表面，以及，电子供给层形成在AlN层上。

为了达成上述的第二目的，根据本发明的场效应晶体管，能够作成源极以及漏极电极的任意一方或者两者具备上述的第一以及第二发明的欧姆电极的任意一种。

为了达成上述的第三目的，本发明的半导体器件能够作成具备上述欧姆电极的结构。

根据本发明的欧姆电极的制造方法，具备下述步骤：在结构体中，将欧姆电极的形成预定区域蚀刻为从电子供给层侧起至大于等于异质界面深度且不超过电子移动层的深度，形成凹槽；用金属材料掩埋凹槽；对掩埋到凹槽中的金属材料实施热处理。

在实施本发明的欧姆电极的制造方法之际，优选在形成凹槽的步骤中通过采用压力为0.333～13.332Pa的BCl₃作为蚀刻气体的感应耦合等离子体反应性离子蚀刻进行蚀刻。

此外，根据本发明的场效应晶体管的制造方法，可以具备下述步骤：将结构体的形成欧姆电极的一侧的区域绝缘化，以形成元件隔离用绝缘层，由此，划分元件形成预定区域；将元件形成预定区域的源极以及漏极电极的形成预定区域的任意一方或者两者蚀刻为从电子供给层侧起至大于等于异质界面深度且不超过电子移动层的深度，形成凹槽；用金属材料掩埋凹槽；对掩埋到凹槽中的金属材料实施热处理，以形成欧姆电极。

在实施本发明的场效应晶体管的制造方法之际，优选在形成凹槽的步骤中通过采用压力为0.333～13.332Pa的BCl₃作为蚀刻气体的感应耦合等离子体反应性离子蚀刻进行蚀刻。

本发明的第一以及第二发明的欧姆电极配置欧姆电极，以使欧姆电极的衬底的主面侧的端部(下端部)位于大于等于异质界面深度的深度。其结果是，与将欧姆电极配置成不到异质界面的深度的情况相比，能够降低欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻。

特别地，通过配置欧姆电极以使斜向横穿过二维电子层，能够显著降低欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻。推测为这是由于欧姆电极的表面和二维电子层之间的接触面积增大的原因。

此外，在第一以及第二发明的欧姆电极中，欧姆电极的下端部具有朝向欧姆电极的外侧弯曲成凸状的弯曲表面。由此，由于欧姆电极和二维电子层之间的接触面积增大，欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻减少。

此外，通过采用第一以及第二发明的欧姆电极，在电子供给层为AlGaN、电子移动层为GaN的氮化合物半导体中，能够降低电子移动层和欧姆电极之间的接触电阻。

此外，在上述的氮化合物半导体中，通过在电子供给层上设置AlN层，能够抑制异质界面附近的电子的合金散射。

本发明的场效应晶体管由于对源极以及漏极电极的任意一方或者两者采用上述的欧姆电极，因此，降低了欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻。其结果是，能够增大场效应晶体管的源极-漏极间电流以及最大互导。

本发明的半导体器件由于具备上述的欧姆电极，所以，与将电极配置成不到异质界面的深度的情况相比，能够降低电子移动层和欧姆电极之间的接触电阻。结果，能够提高半导体器件的各种电气特性。

根据本发明的欧姆电极的制造方法，能够在具备第一半导体层以及第二半导体层的结构体上形成上述的欧姆电极。由此，与将欧姆电极配置成不到异质界面的深度的情况相比，能够降低电子移动层和欧姆电极之间的接触电阻。

此外，在本发明的欧姆电极的制造方法中，通过将蚀刻时的气体压力设定在预定范围，配置欧姆电极以使其斜向横穿过二维电子层。更加具体地说，能够制造下端部朝向欧姆电极的外侧弯曲成凸状的形状的欧姆电极。由此，能够进一步显著降低欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻。

根据本发明的场效应晶体管的制造方法，能够制造将源极以及漏极电极中的任意一方或两者作成上述的欧姆电极的场效应晶体管。由此，能够降低源极电极以及漏极电极和电子移动层之间的接触电阻，结果是，能够增大源极-漏极间电流以及最大互导。

此外，在本发明的场效应晶体管的制造方法中，通过将蚀刻时的气体压力设定在预定范围中，能够进一步显著降低欧姆电极和电子移动层之间的接触电阻，结果，能够增大源极-漏极间电流以及最大互导。

附图说明

图1是表示实施方式1的接触电阻降低用结构体的剖面切口的图。

图2是表示实施方式1的二维电子层附近的欧姆电极的配置的主要部分放大剖视图。

图3是实施方式1的欧姆电极的剖面TEM照片。

图4(A)以及(B)是分别用于说明实施方式1的接触电阻降低用结构体的制造方法的、表示剖面切口的步骤图。

图5(A)以及(B)是分别用于说明实施方式1的接触电阻降低用结构体的制造方法的、表示剖面切口的步骤图。

图6(A)～(C)是分别表示实施方式1的比较用结构体的剖面切口的图。

图7是用于说明实施方式1的电阻评价用图案的立体图。

图8是表示为了求出实施方式1的接触电阻而采用的坐标系的图。

图9是在实施方式1的电阻评价用图案中表示两电极间的电压和电流量之间的关系的图。

图10是表示固定实施方式1的施加电压的情况下流过两电极间的电流量和凹槽深度之间的关系的图。

图11是表示实施方式1的电极的接触电阻和凹槽深度之间的关系的图。

图12(A)～(C)是分别用于说明实施方式1的欧姆电极的变形例的、表示剖面切口的图。

图13是表示实施方式2的HEMT的剖面切口的图。

图14(A)～(C)是分别用于说明实施方式2的HMET的制造方法的、表示剖面切口的步骤图。

图15(A)～(C)是分别用于说明实施方式2的比较用HEMT的剖面切口的图。

图16(A)～(D)是分别表示实施方式2的HEMT的I-V特性的图。

图17是在实施方式2的HEMT中将栅极电压固定在+2V情况下的漏极电流的最大值和凹槽深度之间的关系的图。

图18是表示实施方式2的HEMT的最大互导和凹槽深度之间的关系的图。

图19是表示实施方式3的HEMT的剖面切口的图。

图20(A)以及(B)是分别表示实施方式3的HEMT的I-V特性的图。

图21是实施方式3的HEMT的欧姆电极的剖面TEM照片。

图22是表示现有技术的HEMT的剖面切口的图。

图23是用于说明现有的HEMT的接触电阻的图。

符号说明

10、H1、H2、H3、80    HEMT

129   外延衬底

14    FET结构体

16    衬底

16a   主面

18    基底层

20    电子移动层

20a、22a、28a    上表面

22    电子供给层

22b   下表面

24    第一缓冲层

26    第二缓冲层

28    超晶格层

30    隔离层

32   AlGaN层

34    异质界面

36    二维电子层

38    元件隔离层

40    40_H1、40_H2、40_H3源极电极

42    42_H1、42_H2、42_H3漏极电极

44    栅极电极

48、62、62’    欧姆电极

60    接触电阻降低用结构体

61    上部结构体

62_CF1、62_CF2、62_CF3、48_H1、48_H2、48_H3    电极

CF1、CF2、CF3    比较用结构体

40a、42a、64、64’、82    凹槽

62a、62a’、64a  侧面

62d’    剖切面

62b’、62c’    斜面

64d   下端

65    光致抗蚀剂

66    下端部

67    金属膜层

68、68’    凸部

68a、70a    平坦面

68b、70b    弯曲表面

68c   法线

68d   切平面

70    底面

72    电阻评价用图案

74、76、78    子图案

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。此外，各图仅是以能够理解本发明的程度概要性表示各结构要素的形状、大小以及配置关系。此外，以下，对于本发明的优选结构例进行说明，而各结构要素的材料以及数值的条件等，仅仅是优选示例而已。因此，本发明不限定于以下的实施方式。

(实施方式1)

参照图1～图12说明实施方式1的欧姆电极。并且，在图中，省略表示剖面的阴影线等。

图1是用于说明设置有本实施方式的欧姆电极的结构体的图，是主要表示结构体的剖面切口的图。图2是表示二维电极层附近的欧姆电极的配置的主要部分放大剖面图。图3是欧姆电极的剖面TEM照片。图4以及图5是用于说明设置有欧姆电极的结构体的制造方法的、表示剖面切口的步骤图。图6(A)～(C)是表示比较用结构体的剖面切口的图。图7是用于说明电阻评价用图案的立体图。图8是表示为了求出接触电阻的坐标系的图。图9是在电阻评价用图案中表示两电极间的电压和电流量之间的关系的图。图10表示将施加电压固定情况下的流过两电极间的电流量和凹槽深度之间的关系的图。图11是表示电极的接触电阻和凹槽深度之间的关系的图。图12(A)～(C)是用于说明欧姆电极的变形例的、表示剖面切口的图。

图1所示的结构体60是由外延衬底12、和形成在该外延衬底12上的欧姆电极62构成。

外延衬底12具备衬底16、基底层18、电子移动层20以及电子供给层22。

衬底16是由Si单晶衬底构成。而且，在衬底16的主面16a上形成基底层18。

基底层18包含第一缓冲层24、第二缓冲层26以及超晶格层28。在衬底16的主面16a上按该顺序叠层上述的层24、26以及28。

第一缓冲层24是由AlN构成，在衬底16的主面16a上，采用MOCVD(metal lorganic chemical vapor deposition：有机金属化学汽相淀积)法使其在约1100℃的温度下生长。虽然第一缓冲层24优选作成例如约8nm的厚度，然而，能够作成基于设计的任意的适宜厚度。

第二缓冲层26由UID-AlGaN构成，采用MOCVD法在约1070℃的温度下生长在第一缓冲层24上。虽然第二缓冲层26优选作成例如约40nm的厚度，然而，能够作成基于设计的任意的适宜厚度。

超晶格层28具有下述结构，即，以使20nm的UID-GaN和5nm的AlN以该顺序生长的叠层体作为1个周期，并且，将该叠层体叠层20个周期。利用公知的MOCVD法在第二缓冲层26上生长该超晶格层28。

电子移动层20是由作为第一半导体层的UID-GaN构成，采用MOCVD法在约1070℃的温度下生长在基底层18上，更详细地是生长在超晶格层28的上表面28a上。UID-GaN具有比电子供给层22中含有的UID-Al_0.26Ga_0.74N更大的电子亲和力。此外，电子移动层20优选作成例如2μm的厚度，然而，能够在0.3～5μm的范围内作成基于设计的任意的适宜厚度。

电子供给层22包含隔离层30以及AlGaN层32。在电子移动层20的上表面20a上以该顺序叠层这些层30以及32。

隔离层30由电气绝缘的AlN构成，采用MOCVD法在约1070℃的温度下生长在电子移动层20上。隔离层30优选作成例如约1nm的厚度，然而，能够在0.5～10nm的范围内作成基于设计的任意的适宜厚度。

AlGaN层32由作为第二半导体层的UID-Al_0.26Ga_0.74N构成，采用MOCVD法在约1070℃的温度下生长在隔离层30上。UID-Al_0.26Ga_0.74N具有比构成电子移动层20的UID-GaN更小的电子亲和力。此外，AlGaN层32最好作成例如18nm的厚度，然而，能够在5～50nm的范围内作成基于设计的任意的适宜厚度。

因此，电子供给层22的整体的厚度是隔离层30的厚度(约1nm)和AlGaN层32的厚度(约18nm)之和的值，即，约19nm。

这里，电子供给层22和电子移动层20之间的边界面成为与不同的半导体层接合的异质界面34。异质界面34是由电子移动层20的上表面20a和电子供给层22的下表面22b构成。

在上述的电子移动层20中，在异质界面34的附近的层区域、即从异质界面34到电子移动层20中的、一定范围的区域中，感应出二维电子气体(以下也称作为2DEG)。电子供给层22和电子移动层20之间的电子亲和力之差、或者电子供给层22和电子移动层20之间的晶格常数之差引起并感应出该2DEG。该2DEG在电子移动层20中分布在例如从异质界面34到约10nm的深度中。以后，将分布有该2DEG的电子移动层20的区域特别地称作二维电子层36。

在该外延衬底12上形成作为凹部的凹槽64。凹槽64在平面上看大致为直角四边形状(未图示)，并且，具有从电子供给层22的上表面22a起超过异质界面34而达至二维电子层36的深度。

与电子移动层20欧姆接触的欧姆电极62以掩埋该凹槽64的方式配置。因此，欧姆电极62从电子供给层22的上表面22a起，贯通电子供给层22，并延伸到大于等于异质界面34深度并且不超过电子移动层20的深度范围。

换言之，也能够是，欧姆电极62的与衬底16的主面16a对置的一侧的一端部66和主面16a之间的距离在异质界面34和主面16a之间的间隔以下。

参照图1～图3，更详细地说明欧姆电极62的电子移动层20中的配置。

若参照图2，该欧姆电极62具备具有侧面62a、62a的上部结构体61和向衬底16侧突出的凸部68。

上述结构体61是欧姆电极62中、不到异质界面34的深度的部分。上述结构体61和凸部68为一体，具备与后述的弯曲表面68a、68b相连的侧面62a、62a。

凸部68是表示欧姆电极62中、大于等于异质界面34深度的深度的部分，即从异质界面34突出到电子移动层20的部分，更详细地是，表示欧姆电极62的一端部66(以下也称作下端部66)。该凸部68具有朝向欧姆电极62的外侧弯曲成凸状的形状。在图2中对该凸部68划上斜线。

具体地，凸部68具有构成底面的平坦面68a和弯曲表面68b、68b。平坦面68a与衬底16的主面16a平行地延伸。平坦面68a的平面形状是比欧姆电极68的上表面的平面形状小一圈的尺寸。

弯曲表面68b、68b是连接平坦面68a的周端部和侧面62a、62a的周端的曲面。该弯曲表面68b、68b朝向欧姆电极62的外侧弯曲成凸状。换言之，也能够说是，弯曲表面68b的剖面的轮廓线(表示图2的弯曲表面68b的线)的各点上的切线随着从平坦面68a侧朝向侧面62a侧而斜率连续变大。

在异质界面34的深度，将由弯曲表面68b的切平面68d和异质界面34延伸的面所构成的角度中锐角侧的角度θ作成例如约33°。

在弯曲表面68b，欧姆电极62与二维电子层36相接触。在弯曲表面68b和二维电子层36之间的接触区域C，弯曲表面68b的各点的法线68c相对衬底16的主面16a倾斜。即，以弯曲表面68b的法线68c倾斜贯穿二维电子层36的厚度的方式配置欧姆电极62。

此外，以下，将凸部68的平坦面68a的、距离电子供给层22的上表面22a的深度只称作为“欧姆电极62的深度”。

在图3中表示欧姆电极62的剖面TEM(transmission electronmicroscope：透射电子显微镜)照片。该照片是将欧姆电极62的剖面放大约40万倍的照片。

图3的黑色部分对应于电子供给层22以及电子移动层20。此外，用黑色部分的弯曲区域包围的白色部分对应于欧姆电极62。

在照片上，位于离黑色部分的水平面约2cm深度的、横穿过黑色部分水平的白色直线对应于隔离层30。从照片读取的电子供给层22的厚度为约19nm。

此外，虽然在该照片中没有体现出来，但是，二维电子层36在从异质界面34到约10nm的范围中在电子移动层20中延伸。

在该欧姆电极62中，不能将侧面62a与弯曲表面68b明确地进行区分，并且，具有弯曲表面68b保持曲率不变延伸到电子供给层22的上表面22a的形状。

如上所述，可知，欧姆电极62的弯曲表面68b在和二维电子层36的接触区域C中相对二维电子层36倾斜地配置。根据图3可知，在弯曲表面68b和异质界面34的交点，弯曲表面68b的切线和异质界面34所构成的角度θ(锐角侧)为约33°。

接着，参照图4以及图5，对于由外延衬底12和欧姆电极62构成的结构体60的制造方法进行说明。

该结构体60的制造步骤大体上分由(A)外延衬底12的制造步骤、以及(B)欧姆电极62的制造步骤构成。

以下，说明制造步骤的详细情况。

(A)外延衬底12的制造步骤(图4(A))

(A1)首先，准备厚度为约600μm的由单晶Si构成的衬底16。

(A2)在约1100℃的温度下，在主面16a上，用MOCVD法以约8nm的厚度生长由AlN构成的第一缓冲层24。

(A3)在约1070℃的温度下，在第一缓冲层24上，用MOCVD法以约40nm的厚度生长由UID-AlGaN构成的第二缓冲层26。

(A4)在约1070℃的温度下，在第二缓冲层26上，用MOCVD法生长超晶格层28，该超晶格层28将20nm的UID-GaN和5nm的AlN以该顺序进行生长后的叠层体作为1个周期，并且，将该叠层体叠层20个周期。这样生长后的超晶格层28的全部厚度是约500nm。

通过经由步骤(A1)～(A4)，在衬底16的主面16a上形成基底层18。

(A5)在约1070℃的温度下，在超晶格层28上，用MOCVD法以约2μm的厚度生长由UID-GaN构成的电子移动层20。

(A6)在约1070℃的温度下，在电子移动层20上，用MOCVD法以约1nm的厚度生长由AlN构成的隔离层30。

(A7)在约1070℃的温度下，在隔离层30上，用MOCVD法以约18nm的厚度生长由UID-Al_0.26Ga_0.74N构成的AlGaN层32。

通过经由步骤(A6)以及(A7)，在电子移动层20上，形成由隔离层30以及AlGaN层32构成的电子供给层22。

如此，得到图4(A)所示的外延衬底12。

(B)欧姆电极62的制造步骤

(B1)首先，得到图4(B)所示的结构体。即，利用光刻法技术，以作为蚀刻保护膜的光致抗蚀剂65覆盖欧姆电极形成预定区域63以外的电子供给层22的上表面22a。

(B2)接着，得到图5(A)所示的结构体。即，从电子供给层22侧起到大于等于异质界面34深度的深度中，对欧姆电极形成预定区域63实施干法蚀刻。如此，形成具有大于等于异质界面34深度的深度，并且侵入到电子移动层20的凹槽64。

凹槽64是由构成凹部侧壁的侧面64a、64a、和连接该侧面64a、64a的下端64d、64d相互之间的底面70所包围的间隙。

底面70具有大于等于异质界面34深度的深度，并且朝向凹槽64的外侧弯曲成凸状。具体地说，底面70具备和衬底16的主面16a平行的平坦面70a、以及连接平坦面70a的端部与侧面64a、64a的弯曲表面70b、70b。弯曲表面70b构成为随着从平坦面70a侧朝向侧面64a深度逐渐变浅的、曲率平稳变化的曲面。

这里，底面70的平坦面70a距离电子供给层22的上表面22a的深度为约67nm。即，凹槽64形成为贯通电子供给层22以及异质界面34并且侵入到电子移动层20的深度。结果是，凹槽64的弯曲表面70b和二维电子层36相接触。以下，将底面70的平坦面70a的、距离电子供给层22的上表面22a的深度只称作“凹槽64的深度”。

此外，在干法蚀刻中，采用感应耦合等离子体反应性离子蚀刻法(以下，也称作ICP-RIE法)。

这里，蚀刻气体是例如BCl₃。BCl₃的流量例如为20sccm。以及，BCl₃的气体压力是例如5.333Pa。此外，ICP输出为例如50W、以及RIE输出为例如30W。在以上的蚀刻条件下进行干法蚀刻。

此外，凹槽64的深度是根据观察放大率为约40万倍的剖面TEM决定。而且，根据从观察剖面TEM得到的深度(67nm)以及蚀刻该深度所需要的时间，计算出外延衬底12的蚀刻速度。

(B3)接着，得到图5(B)所示的结构体。即，在残留光致抗蚀剂65的状态下，在外延衬底12的整个面上，将作为金属材料的Ti以及Al以该顺序进行蒸镀，形成金属膜层67。由此，用金属膜层67掩埋凹槽64。此外，将Ti的厚度作成例如约15nm、Al的厚度作成例如约200nm。

(B4)最后，采用剥离法，和光致抗蚀剂一起去除不需要的Ti以及Al，仅在凹槽64中残留Al/Ti叠层结构。此后，在约700℃的温度下，进行2～3分钟左右的热处理。由此，获得具有与凹槽64全等的形状并且与电子移动层20欧姆性接触的图1所示的欧姆电极62。

接着，说明上述的结构体60以及欧姆电极62的电气特性。具体地，通过与和欧姆电极62分开制作的比较用电极进行比较，对于欧姆电极62和电子移动层20之间的接触电阻进行说明。与此一起，也对该结构体60的接触电阻降低效果进行说明。

此外，以下，在没有必要特别明示的情况下，将“欧姆电极62和电子移动层20之间的接触电阻”只称作“接触电阻”。

为了使得欧姆电极62的接触电阻的动作明确，在外延衬底12上，除了本来的结构体60之外，制作三种比较用结构体CF1、CF2以及CF3(图6(A)～(C))。

在这些比较用结构体CF1、CF2以及CF3上，分别形成对应于欧姆电极62的电极62_CF1、62_CF2以及62_CF3。除了深度以外，用与欧姆电极62相同的材料以及相同的结构来形成上述的电极62_CF1、62_CF2以及62_CF3。

图6(A)所示的比较用结构体CF1，在电子供给层22的上表面22a直接形成电极62_CF1。即，在制造比较用结构体CF1之际，省略上述的步骤(B2)。因此，比较用结构体CF1不具有凹槽64。

图6(B)所示的比较用结构体CF2的电极62_CF2的深度为22nm。由于电子供给层22的全部厚度为19nm，所以，在比较用结构体CF2中，电极62_CF2越过异质界面34，并跨约3nm的深度而侵入到电子移动层20，其下端部与二维电子层36直接接触。

图6(C)所示的比较用结构体CF3的电极62_CF3的深度为44nm。即，在比较用结构体CF3中，电极62_CF3越过异质界面34，并跨约25nm的深度而侵入到电子移动层20，其下端部与二维电子层36以及电子移动层20直接接触。

此外，作成比较用结构体CF2、CF3之际，除了蚀刻时间以外的蚀刻条件与上述步骤(B2)相同。因此，与结构体60、CF2、CF3无关地，上述的蚀刻速度(步骤(B2))看做为相等。由此，将各自的蚀刻时间乘以蚀刻速度求得比较用结构体CF2、CF3的凹槽64的深度(22nm、44nm)。

此外，电极的深度为不到异质界面34的深度的比较用结构体CF1相当于现有技术，不属于本发明的技术范围。此外，电极的深度在大于等于异质界面34深度的深度的比较用结构体CF2以及CF3属于本发明的技术范围。由此，以下，将电极62_CF2以及62_CF3分别称作“欧姆电极62_CF2、62_CF3”。

对于这样作成的本来的结构体60以及比较用结构体CF1、CF2、CF3的每一个，利用公知的方法来评价接触电阻。

具体地，在共通的外延衬底12上，用欧姆电极62、62_CF2以及62_CF3以及电极62_CF1的每一个，作成具有图7所示的平面形状的电阻评价用图案72。

该电阻评价用图案72除了使用欧姆电极62、62_CF2以及62_CF3或电极62_CF1的任意一个作为电极E之外，都是相同的平面形状以及配置。因此，在以下的说明中，以采用欧姆电极62作为电极E的情况、即用电阻评价图案72测量欧姆电极62的接触电阻的情况为示例。由此，将以下的说明适用到比较用结构体CF1、CF2或CF3的情况下，可以将“电极E”分别改读作电极62_CF1或欧姆电极62_CF2、62_CF3。

图7是作成电阻评价用图案72的外延衬底12的立体图。

电阻评价用图案72包含3个子图案74、76、78。子图案74、76、78分别具备一对相互为全等矩形的电极E、E。采用欧姆电极62作为电极E。

对于每一个子图案74、76、78，电极E、E间的电极间距离D1、D2、D3不同，在图7的电阻评价用图案72中，作成为D1＜D2＜D3。

这里，将电极E、E作成为长边的长度W(以下，称作电极宽度W)为例如20μm、短边的长度L(以下，称作电极长度L)为例如6μm。

对于上述的子图案74、76、78的每一个，用公知的方法测量电极E、E间的电气电阻R1、R2、R3。将该电气电阻R1、R2、R3与电极间距离D1、D2、D3一起绘制成图8所示的坐标系。此外，图8的纵轴表示将电极宽度W标准化为1mm时的电气电阻R，横轴表示电极间距离D。此外，在曲线的各点上添加对应的子图案符号(74、76或78)。

可知，得到的曲线能够用一次直线进行近似，将该一次直线和纵轴的交点出的电阻值(R)的1/2(＝R/2)作为接触电阻。

在图9～图11中表示将欧姆电极62、62_CF2、62_CF3或电极62_CF1用作电极E而获得的接触电阻或其他的电气特性。

图9是表示将电阻评价用图案72的电极间距离D1固定在3μm情况下的、两电极E、E间的施加电压(V)(横轴)以及流过两电极E、E间的电流量(A/mm)(纵轴)的特性图。此外，纵轴的单位是将电极宽度W标准化为1mm的值。

在图9中描绘出4条曲线。这些曲线从下方开始顺次分别对应于电极62_CF1、欧姆电极62_CF2、欧姆电极62_CF3以及欧姆电极62。

根据图9的特性图可以明确，电极62_CF1在1V以下的电压下，即使增加施加电压，电流量也保持在约0A。由此可知，电极62_CF1不建立欧姆性接触。

这是由于，由于电极62_CF1直接设置在电子供给层22的上表面22a，因此电极E、E间的导电限定在电子供给层22的上表面22a附近进行。即，在电极62_CF1中，电导率大的电子移动层20(特别是二维电子层36)几乎不对导电作出贡献。

另一方面，在欧姆电极62_CF2、62_CF3、62中，在所测量的全部电压区域中，施加电压和电流量几乎成比例。由此可知，在欧姆电极62_CF2、62_CF3、62和电子移动层20之间建立欧姆性接触。

这是由于，在欧姆电极62_CF2、62_CF3、62中，电极E、E间的导电主要通过电子移动层20(特别是二维电子层36)进行的。

通过比较电极62_CF1、和欧姆电极62_CF2及62之间的电流量，可知，与流过电子移动层20的电流量相比，流过电子供给层22的电流量非常小。由此，在以下的说明中，在欧姆电极62_CF2、62_CF3、62中，假设电流实质上仅流过电子移动层20，并且，忽略考虑电子供给层22的贡献部分。

同样地，对于后述的接触电阻，也假设欧姆电极62_CF2、62_CF3、62的接触电阻实质上是与电子移动层20之间的接触电阻产生的，并且忽略考虑电子供给层22的贡献部分。

图10是表示将施加电压固定在1V情况下的、流过两电极E、E间的电流量(A)(纵轴)和凹槽64的深度(nm)(横轴)之间的关系的特性图。此外，电流量(纵轴)表示将电极宽度W标准化为1mm的电流量。此外，在图的横轴上标记的箭头表示对应于异质界面34的深度。此外，在曲线的各点上添加对应的电极符号(62、62_CF1、62_CF2、62_CF3)。

根据图10的特性，凹槽64的深度(蚀刻深度)为0nm的电极62_CF1，电流量为约0.77A/mm。凹槽64的深度为22nm的欧姆电极62_CF2，电流量为约0.92A/mm。凹槽64的深度为44nm的欧姆电极62_CF3，电流量为约0.97A/mm。凹槽64的深度为67nm的欧姆电极62，电流量为约0.98A/mm。

从图10的特性可知，与配置成不到异质界面34的深度的电极62_CF1相比，配置成大于等于异质界面34深度的深度的欧姆电极62_CF2、62_CF3以及62，在与电子移动层20之间流过更多的电流。

此外，若比较欧姆电极62_CF2、62_CF3以及62，则可知，随着欧姆电极的深度增加，与电子移动层20之间流过的电流增加。

图11是表示采用上述方法进行评价后的接触电阻(Ωmm)(纵轴)和凹槽64的深度(nm)(横轴)之间的关系的特性图。这里，图的横轴上标记的箭头表示对应于异质界面34的深度。此外，在曲线的各点上添加对应的电极符号(62、62_CF1、62_CF2、62_CF3)。

根据图11的特性，凹槽64的深度(蚀刻深度)为0nm的电极62_CF1，接触电阻为约51Ωmm。凹槽64的深度为22nm的欧姆电极62_CF2，接触电阻为约0.85Ωmm。凹槽64的深度为44nm的欧姆电极62_CF3，接触电阻为约0.73Ωmm。凹槽64的深度为67nm的欧姆电极62，接触电阻为约0.72Ωmm。

从图11所示的特性可知，与配置成不到异质界面34的深度的电极62_CF1相比，配置成大于等于异质界面34深度的深度的欧姆电极62、62_CF2、62_CF3的接触电阻小。

此外，若比较欧姆电极62_CF2、62_CF3以及62，则可知，随着欧姆电极的深度的增加，接触电阻降低。

根据上述的说明，与配置成不到异质界面34的深度的电极62_CF1相比，配置成异大于等于质界面34深度的深度的欧姆电极62_CF2、62_CF3、62的接触电阻小。

其理由虽然不是明显的，但可以大概推测为与(1)电极和二维电子层36是否直接接触以及(2)电极和二维电子层36之间的接触面积的大小有关。

对(1)进行说明，电极62_CF1配置成不到异质界面34的深度。即，电极62_CF1和二维电子层36不直接接触。由此，流过二维电子层36和电极62_CF1之间的电子必须通过隔离层30以及AlGaN层32。

与此相对，欧姆电极62、62_CF2、62_CF3配置成大于等于异质界面34深度的深度，并且与二维电子层36直接接触。由此，流过二维电子层36和欧姆电极62、62_CF2、62_CF3之间的电子能够无中介物地直接流过两者之间。

其结果是，推测为与二维电子层36直接接触的欧姆电极62、62_CF2、62_CF3与比电极62_CF1相比，接触电阻小。

对(2)进行说明，推测为，在欧姆电极62、62_CF2、62_CF3中，随着电极深度变深，弯曲表面68b和二维电子层36之间的接触面积即电流的流通路径的面积将增加。其结果是，可以认为，随着电极的深度的增加，接触电阻下降。

如此，与将电极配置成不到异质界面34的深度的情况(电极62_CF1)相比，根据本实施方式的欧姆电极62，能够减小与电子移动层20之间的接触电阻。

此外，由于在欧姆电极62的下端部66设置向欧姆电极62的外侧凸出的弯曲表面68b，并且使得该弯曲表面68b与二维电子层36倾斜接触，因此，欧姆电极62和二维电子层36之间的接触面积增大，故欧姆电极62和电子移动层20之间的接触电阻减小。

此外，结构体60具备配置成大于等于异质界面34深度的深度的欧姆电极62，因此，与将电极62_CF1配置成不到异质界面34的深度的比较用结构体CF1相比，能够降低与电子移动层20之间的接触电阻。

此外，将在实施方式3中进行详细说明，但是，利用步骤(B2)的ICP-RIE法的蚀刻时的气体压力(5.333Pa)在0.667～13.332Pa的范围内能够根据设计作成任意的适宜的压力。

此外，将在实施方式3中进行详细说明，但是，在异质界面34的深度，由弯曲表面68b的切平面68d和异质界面34延伸的面所构成的角度中的锐角侧的角度θ大于0°并且在56°以下的范围内，能够根据设计作成任意的适宜的角度。

此外，根据发明人的评价，即使欧姆电极62形成为本实施方式中已说明的结构以外的、具有叠层结构的外延衬底12，也能够降低接触电阻。

例如，电子移动层20也可以是UID-GaN、或者将对应于二维电子层36的区域的导电型作成n型的GaN。

此外，也可以在电子供给层22中省略隔离层30(AlN)，由此，在电子供给层22的上表面22a上直接设置AlGaN层32。

此外，电子供给层22的AlGaN层32也可以是UID-AlGaN、导电型为n型的AlGaN、或者用2层的UID-AlGaN夹住导电型为n型的AlGaN的3层结构。

此外，也可以在电子供给层22的上表面22a叠层UID-GaN作为帽层。

此外，衬底16以及基底层18的材料或者叠层结构与欧姆电极62的接触电阻降低作用几乎没有关系。由此，作为衬底16以及基底层18，也可以采用公知的各种材料以及叠层结构。

然而，背景技术中已说明的HEMT100是例外。发明人采用Si衬底替代蓝宝石衬底，根据非专利文献1中记载的方法，作成了与HEMT100(图22)具有几乎相同叠层结构的外延衬底。

即，作成Si衬底、由在Si衬底上外延成长成的厚度为约1μm的AlN构成的缓冲层104、由形成在缓冲层104上的厚度为约2μm的UID-GaN构成的电子移动层106、形成在电子移动层106上的厚度为约1nm的AlN层110、以及外延衬底，其中，所述外延衬底是由将形成在AlN层110上的[UID-Al_0.26Ga_0.74N(厚度：约7nm)]、[n-Al_0.26Ga_0.74N(厚度：约15nm以及Si掺杂：5×10¹⁸/cm³)]、[UID-Al_0.26Ga_0.74N(厚度：约3nm)]以此顺序叠层形成的AlGaN层112构成。然后，在该外延衬底上设置凹槽，在凹槽中形成电极，评价接触电阻。

其结果是，确认了下述内容，即，如背景技术(图23)中已说明的那样，在该外延衬底上，若将电极设置成大于等于异质界面深度的深度，则接触电阻将增加。

其理由现在不是明确的。由此，从本发明的技术范围中去除形成在具有与HEMT100相同叠层结构的外延衬底上的、具有大于等于异质界面深度深度的欧姆电极。同样地，从本发明的技术范围中去除如下的欧姆电极，该欧姆电极外延衬底上并且具有大于等于异质界面深度深度的欧姆电极，该外延衬底除了将蓝宝石衬底置换成Si衬底以外具有与HEMT100大致相同的叠层结构。

此外，在本实施方式中，欧姆电极62的下端部66作成朝向欧姆电极62的外侧弯曲成凸状的凸部68，在凸部68设置弯曲表面68b。然而，在与二维电子层36的接触区域C的至少一部分中，欧姆电极62的表面的法线68c若相对衬底16的主面16a倾斜，则不特别地限制欧姆电极62的下端部66的形状。

具体地说，下端部66也可以具有相对异质界面34倾斜的平面而替代弯曲表面68b。

例如，即使为以下的(形状1)～(形状3)所列出的剖面形状的欧姆电极62’，也能够降低与电子移动层20之间的接触电阻。

(形状1)

如图12(A)所示，通过调整凹槽64’的形状，也可以作成随着靠近衬底16的主面16a，凸部68’的剖面的宽度逐渐变小的剖面梯形的欧姆电极62’。这种情况下，梯形的两侧的斜面62b’、62b’与二维电子层36相接触。

(形状2)

如图12(B)所示，也可以作成随着靠近衬底16的主面16a而凸部68’的剖面的宽度逐渐减小的剖面楔型的欧姆电极62’。这种情况下，楔的两侧的斜面62c’、62c’与二维电子层36相接触。

(形状3)

如图12(C)所示，也可以作成仅斜向切割欧姆电极62’的一个侧面62a’的剖面形状的欧姆电极62’。这种情况下，相对异质界面34倾斜的剖面62d’以及另一个侧面62a’与二维电子层36相接触。

此外，从图11可知，只要采用该外延衬底12，优选将欧姆电极62的深度作成22nm以上。换言之，欧姆电极62的、越过异质界面34并侵入到电子移动层20的部分的长度即凸部68的长度优选为3nm以上。此外，根据图11可以看到在至少到67nm的深度为止的范围中随着深度增加而接触电阻减少的倾向。由此，凸部68在3nm以上且48nm以下的范围中最好尽可能为大的长度。

以上是根据试验确认的欧姆电极62的适宜的深度范围，然而，发明者推测到接触电阻在某一深度为极小。

该推测基于下述等情况：在图11中，曲线的斜率随着深度增加而变得平缓；以及从欧姆电极62的形状出发考虑，当超过某一深度时，欧姆电极62和二维电子层36的接触面积将减小。

(实施方式2)

参照图13～图18说明实施方式2的场效应晶体管(HEMT)以及场效应晶体管的制造方法。图13是表示该实施方式的HEMT的剖面切口的图。图14(A)～图14(C)是用于说明HMET的制造方法的、以剖面切口进行表示的步骤图。图15(A)～(C)表示比较用HEMT的剖面切口的图。图16(A)～(D)是表示HEMT的I-V特性的图。图17是表示将栅极电压固定在+2V情况下的漏极电流的最大值和凹槽的深度之间的关系的图。图18是表示HEMT的最大互导和凹槽的深度之间的关系的图。

此外，该实施方式的HEMT10形成在实施方式1已说明外延衬底12上。此外，在HEMT10中，作为源极电极40以及漏极电极42，对在实施方式1中已说明的欧姆电极62仅在平面形状上作改变而采用。由此，在图13中，对于与图1相同的结构要素赋予相同的符号，并且适当省略其说明。

对于图13所示的结构例进行说明。HEMT10由外延衬底12、形成在该外延衬底12上的FET结构体14构成。

FET结构体14具备元件隔离层38、38、源极电极40、漏极电极42以及栅极电极44等。

元件隔离层38、38是用于使HEMT10与邻接的其他元件电气隔离的绝缘区域。与背景技术中已说明的相同，在图中，元件隔离层38、38表示为夹持元件区域并且相互隔离。从电子供给层22的上表面22a起直到比二维电子层36更深的电子移动层20形成元件隔离层38、38。

源极电极40以及漏极电极42是与电子移动层20欧姆接触的电极。在元件隔离层38、38之间的元件区域，与元件隔离层38、38分开设置源极电极40以及漏极电极42。而且，隔开间隔地配置源极电极40以及漏极电极42，在该间隔设置栅极电极44。

配置源极电极40以及漏极电极42，以使得掩埋形成为大于等于异质界面34深度深度的凹部即凹槽40a、42a。源极以及漏极40、42除了将平面形状作成HEMT10进行工作所必须的形状之外，具有与实施方式1中已说明的欧姆电极62相同的结构。

在以下的说明中，在无需特别区分源极电极40以及漏极电极42的情况下，将两者统称为欧姆电极48。

在源极电极40和漏极电极42的间隔的电子供给层22的上表面22a上，与电子供给层22肖特基接合地设置栅极电极44。

如下所述地形成栅极电极，即，在电子供给层22的上表面22a上将例如厚度为约50nm的Ni和厚度为约500nm的Au以此顺序叠层之后，在例如约600～900℃的温度下进行热处理。

接着，参照图1 4说明HEMT10的制造方法。

HEMT10的制造方法大体上分是由(A)外延衬底12的制造步骤、以及(C)FET结构体14的制造步骤构成。这里，步骤(A)已经在实施方式1中了说明，因此省略重复说明。

(C)FET结构体14的制造步骤

(C1)首先，得到图14(A)所示的结构体。即，在外延衬底12上形成元件隔离层38、38。更详细地，用光致抗蚀剂等的离子注入保护膜覆盖去除了元件隔离层38、38的形成区域之后的区域，此后，在超过二维电子层36的深度范围中离子注入Ar离子。此后，用公知的方法去除离子注入保护膜。由此，在注入有离子的区域，破坏了电子供给层22以及电子移动层20的结晶结构，作为结果，将该区域绝缘化并且形成元件隔离层38、38。

(C2)接着，得到图14(B)所示的结构体。即，形成源极以及漏极电极40、42。此外，由于该步骤的具体步骤与实施方式1中已说明的步骤(B)相同，故省略重复说明。

(C3)接着，得到图14(C)所示的结构体。即，形成栅极电极44。更详细地说，采用光刻法技术，利用光致抗蚀剂覆盖栅极电极44的形成预定区域以外的区域。在此之上，将约50nm的Ni以及约500nm的Au以该顺序进行蒸镀。接着，利用剥离法，将不需要的Ni以及Au与光致抗蚀剂一起去除，仅在对应于栅极电极44的区域残留Au/Ni叠层结构。此后，在约700℃的温度下，进行2～3分钟左右的热处理，由此，得到存在于源极以及漏极电极40、42之间并且与电子供给层22肖特基接合的栅极电极44。此外，栅极电极44的栅极长度、即栅极电极44的图14(C)中的左右方向的长度作成例如1μm。此外，栅极电极44的栅极宽度、即与栅极电极44的图14(C)的纸面垂直的方向的长度作成例如10μm。

由此，得到图13所示的HEMT10。

接着，说明HEMT10的电气特性。具体地说，通过与HEMT10分开制作的比较用HEMT进行比较，对于HEMT10的各种特性进行说明。

在外延衬底12上，除了HEMT10之外，作成3种比较用HEMTH1、H2、H3(图15(A)～(C))。

在这些比较用HEMTH1、H2、H3上分别形成有对应于欧姆电极48的电极48_H1、48_H2以及48_H3。除了电极48_H1、48_H2以及48_H3的深度不同之外，HEMTH1、H2、H3与HEMT10为相同结构。

在图15(A)所示的HEMTH1中，电极48_H1由源极以及漏极电极40_H1、42_H1构成。除了平面形状不同以外，电极48_H1与实施方式1中已说明的电极62_CF1为相同的结构。即，在HEMTH1中，在电子供给层22的上表面22a上直接形成电极48_H1。

在图15(B)所示的HEMTH2中，电极48_H2由源极以及漏极电极40_H2、42_H2构成。除了平面形状不同以外，电极48_H2与实施方式1中已说明的电极62_CF12为相同的结构。即，在HEMTH2中，电极48_H1的深度为22nm。

在图15(C)所示的HEMTH3中，电极48_H3由源极以及漏极电极40_H3、42_H3构成。除了平面形状不同以外，电极48_H3与实施方式1中已说明的电极62_CF3为相同的结构。即，在HEMTH3中，电极48_H3的深度为44nm。

此外，电极48_H1的深度为不到异质界面34的深度的HEMTH1，相当于现有技术，它不属于本发明的技术范围。此外，电极48_H2、48_H3的深度为大于等于异质界面34深度的深度的HEMTH2、H3属于本发明的技术范围。由此，以下，将电极48_H2、48_H3称作“欧姆电极48_H2、48_H3”。

在图16～图18中表示HEMTH1、H2、H3、10的I-V特性以及其他电气特性。

图16(A)～(D)分别表示HEMTH1、H2、H3、10的I-V特性。

该I-V特性表示将施加在栅极电极44上的电压Vg(以下，也称作为栅极电压)在～5V～2V范围中按每1V进行变化并且将源极电极40_H1、40_H2、40_H3、40接地，且将施加在漏极电极42_H1、42_H2、42_H3、42上的电压Vds(以下，也称作为漏极电压)在0V～20V之间进行变化情况下的漏极电压Vds(横轴)和漏极电流Ids(纵轴)之间的关系。

这里，横轴的单位是V。此外，纵轴的单位A/mm。纵轴所示的漏极电流Ids是将漏极电极42_H1、42_H2、42_H3、42的宽度标准化为1mm的值。此外，在各图所描绘的各个曲线上添加对应的栅极电压Vg的值。

根据图16(A)，在HEMTH1中，漏极电压Vds在0V～3V的区间中，漏极电流Ids的增加是缓慢的。这对应于实施方式1已说明的在电极48_H1中与电子移动层20之间未建立欧姆性接触的情况。

根据图16(B)～(D)可以观测到，与电子移动层20之间建立欧姆性接触的HEMTH2、H3、10中，从漏极电压Vds为0V起漏极电极Ids急剧增加。

发明人在HEMTH1、H2、H3以及10以外，还将凹槽64的深度改变成0nm、22nm、44nm以及67nm并且对于每一个深度作成10个以上的HEMT。在图17以及图18中表示这些HEMT的电气特性。

此外，考虑到便于理解，在以下的说明中，将凹槽64的深度为0nm、22nm、44nm以及67nm的多个HEMT分别用上述的HEMTH1、H2、H3以及10作代表，采用H1、H2、H3以及10作为标号。

图17是表示将栅极电压Vg固定在+2V情况下的漏极电流Ids的最大值Ids_max(A/mm)(纵轴)和凹槽64的深度(nm)(横轴)之间的关系的特性图。

此外，图17所示的Ids_max的值是对每一凹槽64的深度作成的多个HEMT的单纯的平均值。

此外，图中横轴上标记的箭头表示对应于异质界面34的深度。此外，在曲线的各点上添加各HEMT的凹槽64的深度。

根据图17所示的特性，凹槽64的深度(蚀刻深度)为0nm的HEMTH1的Ids_max的平均值为约0.5A/mm。凹槽64的深度为22nm的HEMTH2的Ids_max的平均值为约0.6A/mm。凹槽64的深度为44nm的HEMTH3的Ids_max的平均值为约0.7A/mm。凹槽64的深度为67nm的HEMTH10的Ids_max的平均值为约0.9A/mm。

如此，可知，与将电极48_H1配置成不到异质界面34深度的HEMTH1相比，将欧姆电极、48_H2、48_H3配置成大于等于异质界面34深度的HEMT10、H2、H3的Ids_max更大，因此，能够增大源极-漏极之间的电流。

图18是表示HEMT的最大互导Gm_max(mS/mm)(纵轴)和凹槽64的深度(nm)(横轴)之间的关系的特性图。最大互导Gm_max的值也是对每个凹槽64的深度作成的多个HEMT的单纯的平均值。

标记在图的横轴上的箭头表示对应于异质界面34的深度。此外，在曲线的各点上添加各HEMT的凹槽64的深度。

这里，所谓最大互导Gm_max是指，与HEMT的高频区域中的动作特性或输出功率的大小相关的量。最大互导Gm_max越大，就越能够进行高频动作并且能够获得越大的输出功率。将漏极电压Vds为恒定情况下的、漏极电流Ids相对栅极电压Vg的变化的变化率的最大值定义为最大互导Gm_max。

根据图18所示的特性，凹槽64的深度(蚀刻深度)为0nm的HEMTH1的Gm_max为约140mS/mm。凹槽64深度为22nm的HEMTH2的Gm_max为约177mS/mm。凹槽64深度为44nm的HEMTH3的Gm_max为约195mS/mm。凹槽64深度为67nm的HEMT1 0的Gm_max为约197mS/mm。

如此，可知，与将电极48_H1配置成不到异质界面34深度的HEMTH1相比，将欧姆电极、48_H2、48_H3配置成大于等于异质界面34深度的HEMT10、H2、H3的Gm_max更大，并且高频区域的动作特性以及输出功率良好。

如此，该实施方式的HEMT10采用实施方式1的欧姆电极62作为源极以及漏极电极40、42。由此，对于HEMT10来说，与将电极配置成不到异质界面34深度的HEMTH1相比，源极以及漏极电极40、42和电子移动层20之间的接触电阻降低。其结果是，源极-漏极之间的电流、即漏极电流Ids或者最大互导Gm_max增加。由此，HEMT10的输出功率比HEMTH1更进一步增加。

此外，在本实施方式的HEMT10中，将源极以及漏极电极40、42这两者作成与欧姆电极62相同的结构。然而，也可以仅将源极以及漏极电极40、42中的任意一方作成与欧姆电极62相同的结构。这种情况下，虽然性能比HEMT10下降，但是，也能够获得实用上能够允许程度的漏极电流增加效果或最大互导增加效果。

此外，由于本实施方式的HEMT10具备与欧姆电极62相同结构的源极以及漏极电极40、42，因此，能够进行与实施方式1说明的同样的变形。即，对于干法蚀刻时的气压、外延衬底12的叠层结构、源极以及漏极电极40、42的下端部66的形状、以及源极以及漏极电极40、42的深度等，能够进行与欧姆电极62相同的变形。

(实施方式3)

参照图19～图21说明实施方式3。图19是表示该实施方式的HEMT的剖面切口的图。图20是表示该实施方式的HEMT的I-V的特性的图。图21是欧姆电极的剖面TEM照片。

在该实施方式中，对于实施方式1中说明的步骤(B2)中的蚀刻的气体压力和欧姆电极48的形状之间的关系，参照HEMT的电气特性进行说明。

在实施方式3中，将蚀刻时(步骤(B2))的气体压力之外的条件作成相同，作成多种的HEMT。气体压力的变化范围是0.0667～26.664Pa。此外，与HEMT的种类无关地，由蚀刻形成的凹槽40a、42a的深度都为67nm且恒定。

首先，参照图19说明所作成的HEMT共通的结构。此外，为了方便，将图19所示的HEMT称作HEMT80。此外，除了在凹槽82中设置栅极电极44之外，HEMT80具有与实施方式2中已说明的HEMT10相同的结构。由此，在图19中，对于与图13相同的结构要素赋予相同的符号并且适当省略其说明。

HEMT80在栅极电极44的形成预定区域形成凹槽82。而且，在该凹槽82中设置栅极电极44。这里，凹槽82的深度作成例如约13nm。

接着，从这样作成的多种的HEMT80中，抽取典型的2种HEMT80A、80B，对于电气特性以及欧姆电极48的形状进行说明。

图20(A)是表示在5.333Pa的气体压力下形成凹槽40a、42a的HEMT80A的I-V特性的图。图20(B)是表示在0.333Pa的气体压力下形成凹槽40a、42a的HEMT80B的I-V的特性的图。

若比较图20(A)以及(B)，可知，明显地HEMT80A的漏极电极Ids较大。此外，根据I-V特性计算出的最大互导Gm_max是，HEMT80A的Gm_max为321mS/mm，与此相对，HEMT80B的Gm_max为208mS/mm。

如此，可知，即使凹槽40a、42a的深度相同，若蚀刻时的气体压力不同，则在所得到的HEMT(HEMT80A以及80B)的电气特性上会呈现出差别。

接着，参照图3以及图21，说明蚀刻时的气体压力和欧姆电极48的形状之间的关系。

图3是实施方式1中已说明的欧姆电极62的剖面TEM照片。然而，HEMT80A的欧姆电极48和欧姆电极62的制作条件以及电极深度相同。由此，推测HEMT80A的欧姆电极48和欧姆电极62的剖面形状为相同。因此，推测为图3表示HEMT80A的欧姆电极48的剖面形状。

图21是HEMT80B的欧姆电极48的剖面TEM照片。该照片的放大率是25万倍。

在图21中，黑色部分对应于电子供给层22以及电子移动层20。此外，用黑色部分的弯曲区域包围的白色部分对应于欧姆电极48。

在照片上，位于离黑色部分的水平面约8mm深度的、水平横穿过黑色部分的白色直线对应于隔离层30。

比较图3以及图21可知，虽然观察放大率虽然不同，然而，明显地HEMT80A的弯曲表面68b的斜率较为平缓。即，若关注弯曲表面68b和二维电子层36之间的接触面积，则HEMT80A的比HEMT80B的更大。

如此，可知，若蚀刻时的气体压力不同，则得到的HEMT(HEMT80A以及80B)的弯曲表面68b的斜率上会呈现出差异。

根据以上的说明可以推测，HEMT80的电气特性(源极-漏极间电流或最大互导)会根据弯曲表面68b和二维电子层36之间的接触面积的大小发生变化。具体地说，弯曲表面68b和二维电子层36之间的接触面积越大，源极-漏极间电流以及最大互导越大、即HEMT80的电气特性提高。

这里，作为表示弯曲表面68b和二维电子层36之间的接触面积的大小的指标，考虑异质界面34的深度的弯曲表面68b的切平面68d和异质界面34延伸的面所构成的锐角侧的角度θ的大小。该角度θ越小，弯曲表面68b的斜率变得越平缓，弯曲表面68b和二维电子层36之间的接触面积增大。

在实施方式1已说明的HEMT80A中，该角度θ为约33°。同样地，根据图21，在HEMT80B中，求得该角度θ为约56°。

从得到实用上能够容许程度的电气特性出发，在HEMT80B中角度θ优选在0°＜θ≤56°的范围。进一步优选角度θ在0°＜θ≤33°的范围。

若从蚀刻时的气体压力的方面出发，则优选在上述角度θ为适宜范围(0°＜θ≤56°)的气体压力下进行蚀刻。具体地说，优选气体压力在0.333～5.333Pa的范围。

此外，根据发明人的评价，虽然未图示，但是，可以看到当气体压力比5.333Pa大时漏极电流Ids以及最大互导Gm_max逐渐减少的倾向。然而，若气体压力在13.332Pa以内，则能够得到实用上能够允许程度的漏极电流Ids以及互导Gm_max。

根据上述的结果，若气体压力在0.333～13.332Pa，则能够得到实用上能够允许程度的漏极电流Ids以及互导Gm_max。

即，可以推测，若气体压力在0.333～13.332Pa，则在弯曲表面68b和二维电子层36之间可以确保实用上能够允许程度的接触面积。其结果是，能够将欧姆电极48和电子移动层20之间的接触电阻降低到实用上能够允许的程度，结果，漏极电流Ids以及最大互导Gm_max增加。

更佳的是，最好气体压力为0.333～7.999Pa，进一步优选的是，最好气体压力为0.333～5.333Pa。可以推测，通过使气体压力在上述范围中，弯曲表面68b的斜率变为平缓，与二维电子层36之间的接触面积进一步增加。其结果是，将欧姆电极62和电子移动层20之间的接触电阻降低到实用上足够的程度，结果，漏极电流Ids以及最大互导Gm_max增加。

Claims (13)

1.一种欧姆电极，设置在结构体上，所述结构体具备：

电子移动层，由形成在衬底的主面侧的第一半导体层构成；

电子供给层，与所述电子移动层在异质界面上异质接合，并且，包含形成在所述电子移动层上的电子亲和力比所述第一半导体层小的第二半导体层；

二维电子层，由从所述异质界面起到所述电子移动层中感应出的二维电子气体构成，所述欧姆电极的特征在于，

该欧姆电极的所述主面侧的一端部配置成从所述电子供给层的上表面起贯通该电子供给层大于等于所述异质界面深度并且不超过所述电子移动层的深度，并且，

与将所述主面侧的一端部配置成从所述电子供给层的上表面起到浅于所述异质界面的深度的情况相比，这种情况下的所述欧姆电极和所述电子移动层之间的接触电阻为较低的值。

2.如权利要求1所述的欧姆电极，其特征在于，

将所述主面侧的一端部配置成与所述二维电子层相接触的深度，

在所述异质界面的深度中，所述欧姆电极的表面的切平面和所述异质界面延伸的面所构成的角度的锐角侧是大于0°且小于等于56°。

3.一种欧姆电极，设置在结构体上，所述结构体具备：

电子移动层，由形成在衬底的主面侧的第一半导体层构成；

电子供给层，与所述电子移动层在异质界面上异质接合，并且，包含形成在所述电子移动层上的电子亲和力比所述第一半导体层小的第二半导体层；

二维电子层，由从所述异质界面起到所述电子移动层中感应出的二维电子气体构成，所述欧姆电极的特征在于，

该欧姆电极的所述主面侧的一端部配置成从所述电子供给层的上表面起贯通该电子供给层大于等于所述异质界面深度并且不超过所述电子移动层的深度，并且，

在所述异质界面的深度中，所述欧姆电极的表面的切平面和所述异质界面延伸的面所构成的角度的锐角侧是大于0°且小于等于56°。

4.如权利要求2或3所述的欧姆电极，其特征在于，

所述欧姆电极的所述主面侧的所述一端部具有向该欧姆电极的外侧凸起的弯曲表面，并且，所述欧姆电极在该弯曲表面与所述二维电子层相接触。

5.如权利要求1～4任意一项所述的欧姆电极，其特征在于，

所述第一半导体层是未引入杂质的GaN层，并且，

所述第二半导体层是由未引入杂质的AlGaN层、

n导电型AlGaN层、或者

用未引入杂质的第一以及第二的AlGaN层夹持n导电型AlGaN层的叠层半导体层构成。

6.如权利要求1～4任意一项所述的欧姆电极，其特征在于，

所述第一半导体层是对应于所述二维电子层的区域为n导电型GaN层，

所述第二半导体层是由未引入杂质的AlGaN层、

n导电型AlGaN层、或者

用未引入杂质的第一以及第二的AlGaN层夹持n导电型AlGaN层的叠层半导体层构成。

7.如权利要求5或6所述的欧姆电极，其特征在于，

所述电子供给层还具备AlN层，

该AlN层形成在所述电子移动层的上表面，并且，

所述电子供给层形成在所述AlN层上。

8.一种场效应晶体管，其特征在于，是具备权利要求1～7任意一项所述的欧姆电极的场效应晶体管，

将源极电极以及漏极电极中的任意一方或者双方作成所述欧姆电极。

9.一种半导体器件，其特征在于，

具备权利要求1～7任意一项所述的欧姆电极。

10.一种欧姆电极的制造方法，其特征在于，是权利要求1～7任意一项所述的欧姆电极的制造方法，具有以下步骤：

在所述结构体中，将所述欧姆电极的形成预定区域从所述电子供给层侧起蚀刻至大于等于所述异质界面深度且不超过所述电子移动层的深度，并且形成凹槽；

用金属材料掩埋所述凹槽；以及

对掩埋到所述凹槽中的金属材料实施热处理。

11.如权利要求10所述的欧姆电极的制造方法，其特征在于，

在形成所述凹槽的步骤中，利用作为蚀刻气体采用压力为0.333～13.332Pa的BCl₃的感应耦合等离子体反应性离子蚀刻进行上述蚀刻。

12.一种场效应晶体管的制造方法，其特征在于，是权利要求8所述的场效应晶体管的制造方法，包括以下步骤：

将所述结构体的形成所述欧姆电极侧的区域进行绝缘化，以形成元件隔离用绝缘层，由此，划分元件形成预定区域；

将所述元件形成预定区域的源极以及漏极电极的形成预定区域的任意一方或者双方从所述电子供给层侧起蚀刻至大于等于所述异质界面深度且不超过所述电子移动层的深度，并且形成凹槽；

用金属材料掩埋所述凹槽的步骤；以及

对掩埋到所述凹槽中的金属材料实施热处理，以形成所述欧姆电极。

13.如权利要求12所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，

在形成所述凹槽的步骤中，利用作为蚀刻气体采用压力为0.333～13.332Pa的BCl₃的感应耦合等离子体反应性离子蚀刻进行上述蚀刻。

Images