JP2014239082A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an art to achieve performance improvement of a semiconductor device by providing an ohmic electrode which can support a decrease in contact resistance and inhibition of deterioration in surface morphology (surface roughness) at the same time in an ohmic electrode which forms ohmic contact with a nitride semiconductor layer.SOLUTION: In a semiconductor device, when assuming that a film thickness of a first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between an AlGaN layer AGNL and an aluminum (Al) film ALF is X nm, relation represented as 2nm≤X≤10nm is satisfied. By performing a heat treatment at 650°C-850°C on a laminate LAB composed as above, an ohmic electrode which supports improvement in surface morphology and a decrease in contact resistance at the same time can be formed on the AlGaN layer AGNL.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極を有する半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a semiconductor device having an ohmic electrode in ohmic contact with a nitride semiconductor layer and a technique effective when applied to the manufacturing technique thereof.

特許第3154364号(特許文献1)には、n型GaN層上に、下から順に、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、高融点金属(ニッケル(Ni)またはチタン(Ti))、金(Au)を積層したオーミック電極が記載されている。そして、このオーミック電極を800℃以上の高温で熱処理することにより、コンタクト抵抗の低い良好なオーミック電極が得られるとしている。   In Japanese Patent No. 3154364 (Patent Document 1), on the n-type GaN layer, in order from the bottom, titanium (Ti), aluminum (Al), refractory metal (nickel (Ni) or titanium (Ti)), gold ( An ohmic electrode laminated with Au) is described. And, it is said that a good ohmic electrode with low contact resistance can be obtained by heat-treating this ohmic electrode at a high temperature of 800 ° C. or higher.

特開2009−200290号公報(特許文献2)には、アルミニウム(Al)膜とプラチナ(Pt)膜(あるいはモリブデン(Mo)膜)との間に、ニオブ(Nb)膜を挿入する構造をしたオーミック電極が記載されている。このオーミック電極に導入されているニオブ(Nb)膜は、アルミニウム(Al)膜が他の金属膜との間で共晶を形成することを抑制して、コンタクト抵抗の増加を防止する機能を有しているとしている。   Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-200260 (Patent Document 2) has a structure in which a niobium (Nb) film is inserted between an aluminum (Al) film and a platinum (Pt) film (or molybdenum (Mo) film). An ohmic electrode is described. The niobium (Nb) film introduced into this ohmic electrode has a function of preventing the aluminum (Al) film from forming a eutectic with another metal film and preventing an increase in contact resistance. It is going to be.

非特許文献1には、AlGaN層上に、下から順に、モリブデン(Mo)(15nm)、アルミニウム(Al)(60nm)、モリブデン(Mo)(35nm)、金(Au)(50nm)を積層し、650℃以上の高温で熱処理することにより、良好なオーミック電極を形成することが記載されている。   In Non-Patent Document 1, molybdenum (Mo) (15 nm), aluminum (Al) (60 nm), molybdenum (Mo) (35 nm), and gold (Au) (50 nm) are stacked in this order from the bottom on the AlGaN layer. It is described that a good ohmic electrode is formed by heat treatment at a high temperature of 650 ° C. or higher.

特許第3154364号Japanese Patent No. 3154364 特開2009−200290号公報JP 2009-200200 A

Journal of Vacuum Science B22(5),2004,pp.2409-2416Journal of Vacuum Science B22 (5), 2004, pp.2409-2416

GaN層やAlGaN層に代表される窒化物半導体層を有する半導体装置においては、通常、この窒化物半導体層とオーミック接触を取るためのオーミック電極が形成されている。例えば、n型の窒化物半導体層とオーミック接触を取るオーミック電極には、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)の積層構造や、モリブデン(Mo)とアルミニウム(Al)の積層構造が使用されている。このようなオーミック電極には、半導体装置の性能向上(信頼性向上を含む)の観点から、オーミック電極と窒化物半導体層とのコンタクト抵抗(接触抵抗)を低減するだけでなく、オーミック電極と窒化物半導体層との界面における表面モホロジー(表面粗さ)の悪化を抑制することが要求される。   In a semiconductor device having a nitride semiconductor layer typified by a GaN layer or an AlGaN layer, an ohmic electrode for making ohmic contact with the nitride semiconductor layer is usually formed. For example, a laminated structure of titanium (Ti) and aluminum (Al) or a laminated structure of molybdenum (Mo) and aluminum (Al) is used for an ohmic electrode that makes ohmic contact with an n-type nitride semiconductor layer. . Such an ohmic electrode not only reduces the contact resistance (contact resistance) between the ohmic electrode and the nitride semiconductor layer, but also improves the performance (including reliability improvement) of the semiconductor device. It is required to suppress the deterioration of the surface morphology (surface roughness) at the interface with the physical semiconductor layer.

ところが、本発明者がこれらの積層構造をしたオーミック電極について検討した結果、オーミック電極と窒化物半導体層との間のコンタクト抵抗(接触抵抗)の低減と、オーミック電極と窒化物半導体層との界面における表面モホロジー(表面粗さ)の悪化の抑制とを両立させることが、現状のオーミック電極の構造では困難であることが明らかになった。   However, as a result of studying the ohmic electrode having such a laminated structure by the present inventor, the contact resistance (contact resistance) between the ohmic electrode and the nitride semiconductor layer is reduced, and the interface between the ohmic electrode and the nitride semiconductor layer is reduced. It has become clear that it is difficult to achieve both the suppression of deterioration of the surface morphology (surface roughness) in the current ohmic electrode structure.

本願において開示される課題を解決するための手段のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the means for solving the problems disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

(1)一実施の形態における半導体装置及びその製造方法は、積層体に熱処理を施すことにより形成された電極を有する。積層体は、窒化物半導体層上に形成された第1モリブデン膜と、第1モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、アルミニウム膜上に形成された第2モリブデン膜と、第2モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、かつ、第1モリブデン膜の膜厚をXとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たす。   (1) A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment include an electrode formed by performing heat treatment on a stacked body. The stacked body includes a first molybdenum film formed on the nitride semiconductor layer, an aluminum film formed on the first molybdenum film, a second molybdenum film formed on the aluminum film, and a second molybdenum film. And the film thickness of the first molybdenum film is X, the relationship of 2 nm ≦ X ≦ 10 nm is satisfied.

(2)一実施の形態における半導体装置及びその製造方法は、積層体に熱処理を施すことにより形成された電極を有する。積層体は、窒化物半導体層上に形成された第1モリブデン膜と、第1モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、アルミニウム膜上に形成された第2モリブデン膜と、第2モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、かつ、アルミニウム膜の膜厚をYとし、前記金膜の膜厚をZとした場合、Y≦Z≦2Yの関係を満たす。   (2) A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment include an electrode formed by performing heat treatment on a stacked body. The stacked body includes a first molybdenum film formed on the nitride semiconductor layer, an aluminum film formed on the first molybdenum film, a second molybdenum film formed on the aluminum film, and a second molybdenum film. When the thickness of the aluminum film is Y and the thickness of the gold film is Z, the relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y is satisfied.

(3)一実施の形態における半導体装置は、窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有し、かつ、窒化物半導体層との間でオーミック接触をしているオーミック電極を備える。このとき、窒化物半導体層とオーミック電極との界面において、アルミニウム、モリブデン、および、金のうち、アルミニウムの原子%が最も大きい。   (3) A semiconductor device according to an embodiment is formed on a nitride semiconductor layer, has a structure in which aluminum, molybdenum, and gold are interdiffused, and has an ohmic contact with the nitride semiconductor layer. An ohmic electrode is provided. At this time, the atomic% of aluminum is the largest among aluminum, molybdenum, and gold at the interface between the nitride semiconductor layer and the ohmic electrode.

一実施の形態によれば、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極において、コンタクト抵抗(接触抵抗)の低減と、表面モホロジー(表面粗さ)の悪化の抑制とを両立できる。これにより、半導体装置の性能向上を図ることができる。   According to one embodiment, in an ohmic electrode that is in ohmic contact with a nitride semiconductor layer, both reduction of contact resistance (contact resistance) and suppression of deterioration of surface morphology (surface roughness) can be achieved. As a result, the performance of the semiconductor device can be improved.

ショットキー接触を構成する金属とn型半導体とを接触させる前のそれぞれのバンド構造を示す図である。It is a figure which shows each band structure before making the metal which comprises a Schottky contact, and an n-type semiconductor contact. ショットキー接触において、平衡状態のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of an equilibrium state in Schottky contact. ショットキー接触において、順方向状態のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of a forward direction state in Schottky contact. ショットキー接触において、逆方向状態のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of a reverse direction state in Schottky contact. ショットキー接触における電流−電圧特性を示したグラフである。It is the graph which showed the current-voltage characteristic in a Schottky contact. オーミック接触を構成する金属とn型半導体とを接触させる前のそれぞれのバンド構造を示す図である。It is a figure which shows each band structure before making the metal which comprises ohmic contact, and an n-type semiconductor contact. オーミック接触において、平衡状態のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of an equilibrium state in ohmic contact. オーミック接触において、順方向状態のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of a forward direction state in ohmic contact. オーミック接触において、逆方向状態のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of a reverse direction state in ohmic contact. オーミック接触における電流−電圧特性を示したグラフである。It is the graph which showed the current-voltage characteristic in ohmic contact. 検討技術1に記載されているオーミック電極の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the ohmic electrode described in the examination technique 1. 検討技術2に記載されているオーミック電極の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the ohmic electrode described in the examination technique 2. 実施の形態1における積層体の構成を示す模式図である。3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a stacked body according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における積層体の構成を示す模式図である。3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a stacked body according to Embodiment 1. FIG. 第1モリブデン(Mo)膜の膜厚と、オーミック電極と半導体層とのコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film thickness of a 1st molybdenum (Mo) film | membrane, and the contact resistance of an ohmic electrode and a semiconductor layer. 第1モリブデン(Mo)膜の膜厚と、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ(RMS)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film thickness of a 1st molybdenum (Mo) film | membrane, and the surface roughness (RMS) in the interface of an ohmic electrode and a semiconductor layer. 実施の形態1におけるオーミック電極の製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ohmic electrode in the first embodiment. FIG. 図17に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ohmic electrode following FIG. 17. 図18に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the ohmic electrode following FIG. 図19に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the ohmic electrode following FIG. 19. 図20に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the ohmic electrode following FIG. 20. 図21に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the ohmic electrode following FIG. 21. 実施の形態2における積層体の構成を示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a stacked body in a second embodiment. FIG. 実施の形態2における積層体の構成を示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a stacked body in a second embodiment. FIG. Au/Al膜厚比と、オーミック電極と半導体層とのコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Au / Al film thickness ratio and the contact resistance of an ohmic electrode and a semiconductor layer. Au/Al膜厚比と、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ(RMS)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Au / Al film thickness ratio and the surface roughness (RMS) in the interface of an ohmic electrode and a semiconductor layer. 実施の形態2におけるオーミック電極の製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ohmic electrode in the second embodiment. 図27に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the ohmic electrode following FIG. 27. 図28に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。FIG. 29 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the ohmic electrode following FIG. 28. 図29に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the ohmic electrode following FIG. 29. 実施の形態3におけるHEMTの構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a configuration of a HEMT according to Embodiment 3. FIG. HEMTのオフ動作を説明するためのバンド図である。It is a band figure for demonstrating the OFF operation | movement of HEMT. HEMTのオン動作を説明するためのバンド図である。It is a band figure for demonstrating the ON operation of HEMT. 実施の形態3におけるHEMTの製造工程を示す断面図である。12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the HEMT in Embodiment 3. FIG. 図34に続くHEMTの製造工程を示す断面図である。FIG. 35 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the HEMT that follows FIG. 図35に続くHEMTの製造工程を示す断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the HEMT that follows FIG. 図36に続くHEMTの製造工程を示す断面図である。FIG. 37 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the HEMT that follows FIG. 図37に続くHEMTの製造工程を示す断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the HEMT following FIG. 図38に続くHEMTの製造工程を示す断面図である。FIG. 39 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the HEMT that follows FIG. 図39に続くHEMTの製造工程を示す断面図である。FIG. 40 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the HEMT that follows FIG. 図40に続くHEMTの製造工程を示す断面図である。FIG. 41 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the HEMT following FIG. 図41に続くHEMTの製造工程を示す断面図である。FIG. 42 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the HEMT that follows FIG. 実施の形態4におけるMISFETの構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a MISFET in a fourth embodiment. MISFETのオフ動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the OFF operation | movement of MISFET. MISFETのオン動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating ON operation | movement of MISFET. 実施の形態5における青色発光ダイオードの構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a blue light emitting diode in a fifth embodiment. 青色発光ダイオードのオフ動作を説明するためのバンド図である。It is a band figure for demonstrating the OFF operation | movement of a blue light emitting diode. 青色発光ダイオードのオン動作を説明するためのバンド図である。It is a band figure for demonstrating ON operation of a blue light emitting diode.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。   In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.

(実施の形態1)
<ショットキー接触>
半導体装置では、例えば、半導体デバイスには半導体層が形成され、かつ、配線(電極も含む)には金属膜が使用されることから、半導体デバイスと配線とを電気的に接続して回路を構成するために、半導体層と金属膜とを接触させる必要あるが、一般的に、半導体層と金属膜とを接触させる場合、ショットキー接触になる場合とオーミック接触になる場合がある。半導体層と金属膜とを単に電気的に接続する場合には、ショットキー接触ではなく、オーミック接触にする必要がある。以下では、まず、ショットキー接触とオーミック接触について説明し、単に、半導体層と金属膜とを電気的に接続する場合には、オーミック接触にする必要がある点について説明する。
(Embodiment 1)
<Schottky contact>
In a semiconductor device, for example, a semiconductor layer is formed in a semiconductor device, and a metal film is used for wiring (including electrodes), so the circuit is configured by electrically connecting the semiconductor device and wiring. In order to achieve this, it is necessary to bring the semiconductor layer and the metal film into contact with each other. Generally, when the semiconductor layer and the metal film are brought into contact with each other, there are cases where a Schottky contact or an ohmic contact occurs. When the semiconductor layer and the metal film are simply electrically connected, it is necessary to make ohmic contact instead of Schottky contact. In the following, Schottky contact and ohmic contact will be described first, and the point that it is necessary to make ohmic contact simply when the semiconductor layer and the metal film are electrically connected will be described.

図1は、金属とn型半導体とを接触させる前のそれぞれのバンド構造を示す図である。図1の左側に金属のバンド構造が示されており、図1の右側にn型半導体のバンド構造が示されている。図1の破線で示されているものは真空準位であり、この真空準位は、真空のエネルギー準位を示している。図1の左側に示す金属のバンド構造においては、金属のフェルミ準位εFMが示されており、金属のフェルミ準位εFMと真空準位の差が仕事関数Φとなる。この仕事関数Φは、金属中でフェルミエネルギーを持つ電子を金属中から真空中に取り出すために必要なエネルギーという意味を有している。一方、図1の右側に示されるn型半導体のバンド構造において、価電子帯Eと伝導帯Eが示されており、n型半導体のフェルミ準位εFSは、伝導帯Eの近傍に存在する。そして、n型半導体のフェルミ準位εFSと真空準位の差が仕事関数Φとなる。この仕事関数Φは、n型半導体中でフェルミエネルギーを持つ電子を真空中に取り出すために必要なエネルギーという意味を有している。 FIG. 1 is a diagram showing each band structure before a metal and an n-type semiconductor are brought into contact with each other. A metal band structure is shown on the left side of FIG. 1, and an n-type semiconductor band structure is shown on the right side of FIG. What is indicated by a broken line in FIG. 1 is a vacuum level, and this vacuum level indicates a vacuum energy level. In the metal band structure shown on the left side of FIG. 1, the Fermi level ε FM of the metal is shown, and the difference between the Fermi level ε FM of the metal and the vacuum level is the work function Φ m . This work function Φ m has the meaning of energy necessary for taking out electrons having Fermi energy in the metal from the metal into the vacuum. On the other hand, in the band structure of the n-type semiconductor shown on the right side of FIG. 1, the valence band E v and the conduction band E c are shown, and the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor is in the vicinity of the conduction band E c . Exists. The difference between the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor and the vacuum level becomes the work function Φ s . This work function Φ s has the meaning of energy necessary for extracting electrons having Fermi energy in an n-type semiconductor into a vacuum.

ここで、図1では、金属の仕事関数Φの大きさがn型半導体の仕事関数Φよりも大きくなっており、この場合、金属とn型半導体を接触させると、金属とn型半導体の接触がショットキー接触となる。言い換えれば、電子のエネルギーから見て、金属とn型半導体とを接触させる前の金属のフェルミ準位εFMの位置がn型半導体のフェルミ準位εFSよりも低い場合、金属とn型半導体の接触がショットキー接触となる。 Here, in FIG. 1, the work function Φ m of the metal is larger than the work function Φ s of the n-type semiconductor. In this case, when the metal and the n-type semiconductor are brought into contact with each other, the metal and the n-type semiconductor are brought into contact. This contact becomes a Schottky contact. In other words, when the position of the Fermi level ε FM of the metal before contacting the metal and the n-type semiconductor is lower than the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor when viewed from the electron energy, the metal and the n-type semiconductor This contact becomes a Schottky contact.

以下に、ショットキー接触が形成されるメカニズムついて説明する。例えば、図1に示す状態から、金属とn型半導体とを接触させると、金属のフェルミ準位εFMの位置がn型半導体のフェルミ準位εFSよりも低いため、n型半導体の伝導帯Eの底部近傍に多数存在する電子は、n型半導体中にいるよりも金属中に存在した方が、エネルギーが低くなる。このことから、金属とn型半導体とを接触させると、n型半導体の伝導帯Eの底部近傍に多数存在する電子は、n型半導体から金属に向って流れ込む。この結果、金属に接触するn型半導体の表面領域に正に帯電したドナーイオンが取り残され、これと同量の負の電荷(電子)が金属側に誘起される。すると、n型半導体から金属に向った方向に電界が発生し、この電界により、n型半導体の伝導帯Eの底部近傍に多数存在する電子のn型半導体から金属への流入が抑制される。すなわち、ある程度の電子がn型半導体から金属へ流れ込んだ後、電子はそれ以上金属へ流入しなくなり、平衡状態が実現する。 Below, the mechanism by which the Schottky contact is formed will be described. For example, when a metal and an n-type semiconductor are brought into contact with each other from the state shown in FIG. 1, the position of the Fermi level ε FM of the metal is lower than the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor. electrons present many near the bottom of the E c would be better than being in the n-type semiconductor was present in the metal, the energy is lowered. From this, when a metal and an n-type semiconductor are brought into contact, a large number of electrons existing near the bottom of the conduction band E c of the n-type semiconductor flow from the n-type semiconductor toward the metal. As a result, positively charged donor ions are left behind in the surface region of the n-type semiconductor in contact with the metal, and negative charges (electrons) of the same amount are induced on the metal side. Then, an electric field is generated in a direction from the n-type semiconductor to the metal, and this electric field suppresses inflow of a large number of electrons existing near the bottom of the conduction band E c of the n-type semiconductor from the n-type semiconductor to the metal. . That is, after a certain amount of electrons flow from the n-type semiconductor into the metal, the electrons no longer flow into the metal, and an equilibrium state is realized.

図2は、この平衡状態のバンド構造を示す図である。すなわち、図2に示すように、平衡状態では、金属のフェルミ準位εFMとn型半導体のフェルミ準位εFSとが一致する。このとき、n型半導体の充分な内部において、電子密度は接触前の状態から変化しないので、n型半導体のフェルミ準位εFSと伝導帯Eの底のエネルギー差は変化せず、n型半導体のバンドは、図2に示すように、上側へ曲がることになる。この結果、n型半導体の金属との接触領域においては、伝導帯Eの底のエネルギーが、n型半導体内部の伝導帯Eの底のエネルギーよりも高くなるため、このn型半導体の金属との接触領域には電子が存在せず、空乏層が形成されることになる。このようにして、金属の仕事関数Φの大きさがn型半導体の仕事関数Φよりも大きい場合、金属とn型半導体を接触させると、金属とn型半導体の接触がショットキー接触となる。このとき、ショットキー障壁の高さΦは、n型半導体の金属との接触領域における伝導帯Eの底部のエネルギーと、金属のフェルミ準位εFMとの差として定義される。 FIG. 2 is a diagram showing the band structure in this equilibrium state. That is, as shown in FIG. 2, in the equilibrium state, the Fermi level ε FM of the metal and the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor match. At this time, since the electron density does not change from the state before the contact sufficiently inside the n-type semiconductor, the energy difference between the Fermi level ε FS and the bottom of the conduction band E c of the n-type semiconductor does not change, and the n-type semiconductor does not change. The semiconductor band is bent upward as shown in FIG. As a result, in the contact area with the n-type semiconductor of metal, the bottom energy of the conduction band E c is, to become higher than the bottom energy of the n-type semiconductor inside the conduction band E c, a metal of the n-type semiconductor Electrons do not exist in the contact region with, and a depletion layer is formed. Thus, when the work function Φ m of the metal is larger than the work function Φ s of the n-type semiconductor, when the metal and the n-type semiconductor are brought into contact with each other, the contact between the metal and the n-type semiconductor becomes the Schottky contact. Become. At this time, the height Φ B of the Schottky barrier is defined as the difference between the energy at the bottom of the conduction band E c in the contact region with the metal of the n-type semiconductor and the Fermi level ε FM of the metal.

ここで、ショットキー接触を形成している金属とn型半導体との間に順方向電圧を印加した場合を考える。すなわち、金属側がn型半導体側に対して正電位となるように電圧を印加した場合を考える。この場合、順方向電圧は、そのほとんどが抵抗の高い空乏層に加わるため、この順方向電圧による外部電界が、電子のn型半導体から金属への流入を抑制している空乏層内の電界を弱めることになる。この結果、電子がn型半導体から金属に流入し、電流が金属からn型半導体へ流れる。これが順方向である。   Here, consider a case where a forward voltage is applied between the metal forming the Schottky contact and the n-type semiconductor. That is, consider a case where a voltage is applied so that the metal side is positive with respect to the n-type semiconductor side. In this case, since most of the forward voltage is applied to the depletion layer having a high resistance, the external electric field due to the forward voltage causes the electric field in the depletion layer that suppresses the inflow of electrons from the n-type semiconductor to the metal. It will weaken. As a result, electrons flow from the n-type semiconductor to the metal, and current flows from the metal to the n-type semiconductor. This is the forward direction.

図3は、順方向状態のバンド構造を示す図である。図3に示すように、金属とn型半導体との間に順方向電圧Vを加えた場合、電子に対しては、n型半導体の方が金属よりもエネルギー的に高くなるため、n型半導体のフェルミ準位εFSは、金属のフェルミ準位εFMよりもqVだけ高くなる。すると、n型半導体中の電子から見たエネルギー障壁は、電圧を印加しない平衡状態のエネルギー障壁(ショットキー障壁の高さΦ)よりもqVだけ低くなる。この結果、n型半導体から金属へ電子が流入して、金属からn型半導体に向って電流(順方向電流)が流れるのである。 FIG. 3 is a diagram illustrating the band structure in the forward direction. As shown in FIG. 3, when a forward voltage V is applied between the metal and the n-type semiconductor, the n-type semiconductor is higher in energy than the metal for the n-type semiconductor. the Fermi level ε FS of, qV only be higher than the Fermi level ε FM of metal. Then, the energy barrier viewed from the electrons in the n-type semiconductor is lower by qV than the equilibrium energy barrier (Schottky barrier height Φ B ) where no voltage is applied. As a result, electrons flow from the n-type semiconductor into the metal, and a current (forward current) flows from the metal toward the n-type semiconductor.

一方、ショットキー接触を形成している金属とn型半導体との間に逆方向電圧を印加した場合を考える。すなわち、金属側がn型半導体側に対して負電位となるように電圧を印加した場合を考える。この場合、逆方向電圧は、そのほとんどが抵抗の高い空乏層に加わり、この逆方向電圧による外部電界は、空乏層内の電界を強める方向に発生する。この結果、電子のn型半導体から金属への流入は起こらず、電流はほとんど流れない。これが逆方向である。   On the other hand, consider a case where a reverse voltage is applied between a metal forming a Schottky contact and an n-type semiconductor. That is, consider a case where a voltage is applied so that the metal side has a negative potential with respect to the n-type semiconductor side. In this case, most of the reverse voltage is applied to the depletion layer having a high resistance, and an external electric field due to the reverse voltage is generated in a direction that strengthens the electric field in the depletion layer. As a result, no inflow of electrons from the n-type semiconductor to the metal occurs, and almost no current flows. This is the reverse direction.

図4は、逆方向状態のバンド構造を示す図である。図4に示すように、金属とn型半導体との間に逆方向電圧Vを加えた場合、電子に対しては、n型半導体の方が金属よりもエネルギー的に低くなるため、n型半導体のフェルミ準位εFSは、金属のフェルミ準位εFMよりもqVだけ低くなる。すると、n型半導体中の電子から見たエネルギー障壁は、電圧を印加しない平衡状態のエネルギー障壁(ショットキー障壁の高さΦ)よりもqVだけ高くなる。この結果、n型半導体から金属へ電子が流入しにくくなり、金属からn型半導体に向って電流がほとんど流れなくなることがわかる。ここで、電流がほとんど流れないと言っているのは、逆方向状態の場合、金属からn型半導体へわずかに電子が流れる結果、n型半導体から金属に向って、わずかに逆方向電流が流れる。すなわち、逆方向電圧Vを加えた場合には、図4に示すように、金属のフェルミ準位εFMがn型半導体のフェルミ準位εFSはよりもqVだけ高くなるため、電子は、むしろ、金属からn型半導体へ流れる。つまり、逆方向状態では、金属のフェルミ準位εFMがn型半導体のフェルミ準位εFSはよりもqVだけ高くなるため、金属中でフェルミ準位εFMからショットキー障壁の高さΦよりも大きなエネルギーを有する電子が、n型半導体中でフェルミ準位εFSから(Φ−qV)よりも大きなエネルギーを有する電子よりも多くなる。このことから、電子の濃度差に起因した拡散現象により、金属からn型半導体に電子が流れ込む。これにより、わずかであるがn型半導体から金属へ逆方向電流が流れるのである。 FIG. 4 is a diagram showing a band structure in the reverse direction. As shown in FIG. 4, when a reverse voltage V is applied between the metal and the n-type semiconductor, the n-type semiconductor is lower in energy than the metal for the n-type semiconductor. The Fermi level ε FS is lower than the Fermi level ε FM of the metal by qV. Then, the energy barrier viewed from the electrons in the n-type semiconductor becomes qV higher than the energy barrier in an equilibrium state where no voltage is applied (the height Φ B of the Schottky barrier). As a result, it becomes difficult for electrons to flow into the metal from the n-type semiconductor, and current hardly flows from the metal toward the n-type semiconductor. Here, it is said that almost no current flows. In the reverse state, a slight amount of electrons flow from the metal to the n-type semiconductor. As a result, a slight reverse current flows from the n-type semiconductor to the metal. . That is, when the reverse voltage V is applied, the Fermi level ε FM of the metal becomes higher by qV than the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor as shown in FIG. , Flowing from metal to n-type semiconductor. That is, in the reverse state, the Fermi level ε FM of the metal is higher than the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor by qV, so that the Schottky barrier height Φ B from the Fermi level ε FM in the metal The number of electrons having larger energy becomes larger than the number of electrons having energy larger than (Φ B −qV) from the Fermi level ε FS in the n-type semiconductor. For this reason, electrons flow from the metal into the n-type semiconductor due to the diffusion phenomenon caused by the difference in electron concentration. As a result, a reverse current flows slightly from the n-type semiconductor to the metal.

以上がショットキー接触の特性である。図5は、ショットキー接触における電流−電圧特性を示したグラフである。図5において、横軸がショットキー接触間に印加される電圧を示しており、縦軸がショットキー接触間を流れる電流を示している。図5に示すように、ショットキー接触に順方向電圧が印加される場合、順方向電圧の増加に伴って順方向電流が指数関数的に上昇する。一方、ショットキー接触に逆方向電圧が印加される場合、逆方向電圧が増加しても逆方向電流はほとんど小さな値で一定している。このことから、ショットキー接触の電流−電圧特性は、順方向における電流−電圧特性と、逆方向における電流−電圧特性がまったく相違していることがわかる。つまり、ショットキー接触は、順方向には充分に電流が流れる一方、逆方向にはほとんど電流が流れないという整流特性を有していることがわかる。   The above is the characteristics of the Schottky contact. FIG. 5 is a graph showing current-voltage characteristics in Schottky contact. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the voltage applied between the Schottky contacts, and the vertical axis indicates the current flowing between the Schottky contacts. As shown in FIG. 5, when a forward voltage is applied to the Schottky contact, the forward current increases exponentially as the forward voltage increases. On the other hand, when a reverse voltage is applied to the Schottky contact, the reverse current is almost constant at a small value even if the reverse voltage increases. From this, it can be seen that the current-voltage characteristic of the Schottky contact is completely different from the current-voltage characteristic in the forward direction and the current-voltage characteristic in the reverse direction. That is, it can be seen that the Schottky contact has a rectifying characteristic that a sufficient amount of current flows in the forward direction, but almost no current flows in the reverse direction.

ここで、半導体層を有する半導体デバイスと、金属膜から形成される配線とを電気的に接続して回路を構成することを考える場合、半導体層と金属膜の接触がショットキー接触になると不都合が生じる。なぜなら、単に、半導体層と金属膜とを電気的に接続させる場合であっても、この半導体層と金属膜の接触がショットキー接触になると、このショットキー接触には、ダイオードのような整流特性があるため、あたかも、半導体層と金属膜との間にダイオードが付加接続された構成となってしまい、目的とする回路構成とは異なってしまうからである。このことから、半導体層と金属膜の接触には、整流特性のない抵抗性のオーミック接触が必要となるのである。   Here, in the case where a circuit is configured by electrically connecting a semiconductor device having a semiconductor layer and a wiring formed from a metal film, it is inconvenient if the contact between the semiconductor layer and the metal film becomes a Schottky contact. Arise. This is because even when the semiconductor layer and the metal film are electrically connected, when the contact between the semiconductor layer and the metal film becomes a Schottky contact, the Schottky contact has a rectifying characteristic like a diode. This is because a diode is additionally connected between the semiconductor layer and the metal film, which is different from the target circuit configuration. For this reason, a resistive ohmic contact without a rectifying characteristic is required for the contact between the semiconductor layer and the metal film.

<オーミック接触>
以下に、このオーミック接触について説明する。図6は、金属とn型半導体とを接触させる前のそれぞれのバンド構造を示す図である。図6の左側に金属のバンド構造が示されており、図6の右側にn型半導体のバンド構造が示されている。図6では、金属の仕事関数Φの大きさがn型半導体の仕事関数Φよりも小さくなっており、この場合、金属とn型半導体を接触させると、金属とn型半導体の接触がオーミック接触となる。言い換えれば、電子のエネルギーから見て、金属とn型半導体とを接触させる前の金属のフェルミ準位εFMの位置がn型半導体のフェルミ準位εFSよりも高い場合、金属とn型半導体の接触がオーミック接触となる。
<Omic contact>
Below, this ohmic contact is demonstrated. FIG. 6 is a diagram showing each band structure before the metal and the n-type semiconductor are brought into contact with each other. A metal band structure is shown on the left side of FIG. 6, and an n-type semiconductor band structure is shown on the right side of FIG. In FIG. 6, the work function Φ m of the metal is smaller than the work function Φ s of the n-type semiconductor. In this case, when the metal and the n-type semiconductor are brought into contact, the contact between the metal and the n-type semiconductor is reduced. Ohmic contact. In other words, when the position of the Fermi level ε FM of the metal before contacting the metal and the n-type semiconductor is higher than the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor when viewed from the electron energy, the metal and the n-type semiconductor The contact becomes an ohmic contact.

次に、オーミック接触が形成されるメカニズムついて説明する。例えば、図6に示す状態から、金属とn型半導体とを接触させると、金属のフェルミ準位εFMの位置がn型半導体のフェルミ準位εFSよりも高いため、金属中に存在する電子は、金属中にいるよりもn型半導体中に存在した方が、エネルギーが低くなる。このことから、金属とn型半導体とを接触させると、金属中に存在する電子は、金属からn型半導体に向って流れ込む。この結果、金属に接触するn型半導体の表面領域の電子濃度が高くなり、これと同量の正の電荷が金属側に誘起される。すると、金属からn型半導体に向った方向に電界が発生し、この電界により、金属中に存在する電子の金属からn型半導体への流入が抑制される。すなわち、ある程度の電子が金属からn型半導体へ流れ込んだ後、電子はそれ以上n型半導体へ流入しなくなり、平衡状態が実現する。 Next, the mechanism by which ohmic contact is formed will be described. For example, when a metal and an n-type semiconductor are brought into contact with each other from the state shown in FIG. 6, the position of the Fermi level ε FM of the metal is higher than the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor. Is lower in energy when present in an n-type semiconductor than in metal. From this, when a metal and an n-type semiconductor are brought into contact, electrons existing in the metal flow from the metal toward the n-type semiconductor. As a result, the electron concentration in the surface region of the n-type semiconductor in contact with the metal increases, and the same amount of positive charge is induced on the metal side. Then, an electric field is generated in a direction from the metal toward the n-type semiconductor, and this electric field suppresses inflow of electrons existing in the metal from the metal to the n-type semiconductor. That is, after a certain amount of electrons flow from the metal into the n-type semiconductor, the electrons no longer flow into the n-type semiconductor, and an equilibrium state is realized.

図7は、この平衡状態のバンド構造を示す図である。すなわち、図7に示すように、平衡状態では、金属のフェルミ準位εFMとn型半導体のフェルミ準位εFSとが一致する。このとき、n型半導体の充分な内部において、電子密度は接触前の状態から変化しないので、n型半導体のフェルミ準位εFSと伝導帯Eの底のエネルギー差は変化せず、n型半導体のバンドは、図7に示すように、下側へ曲がることになる。この結果、n型半導体の金属との接触領域においては、伝導帯Eの底のエネルギーが、n型半導体内部の伝導帯Eの底のエネルギーよりも低くなるため、このn型半導体の金属との接触領域には電子が多く存在することになる。このようにして、金属の仕事関数Φの大きさがn型半導体の仕事関数Φよりも小さい場合、金属とn型半導体を接触させると、金属とn型半導体の接触がオーミック接触となる。このとき、オーミック接触においては、ショットキー接触と異なる、ショットキー障壁は形成されないことがわかる。 FIG. 7 is a diagram showing the band structure in this equilibrium state. That is, as shown in FIG. 7, in the equilibrium state, the Fermi level ε FM of the metal and the Fermi level ε FS of the n-type semiconductor match. At this time, since the electron density does not change from the state before the contact sufficiently inside the n-type semiconductor, the energy difference between the Fermi level ε FS and the bottom of the conduction band E c of the n-type semiconductor does not change, and the n-type semiconductor does not change. As shown in FIG. 7, the semiconductor band is bent downward. As a result, in the contact area with the n-type semiconductor of metal, the bottom energy of the conduction band E c is, becomes lower than the bottom energy of the n-type semiconductor inside the conduction band E c, a metal of the n-type semiconductor There are many electrons in the contact area. Thus, when the work function Φ m of the metal is smaller than the work function Φ s of the n-type semiconductor, when the metal and the n-type semiconductor are brought into contact, the contact between the metal and the n-type semiconductor becomes an ohmic contact. . At this time, it is understood that no Schottky barrier is formed in the ohmic contact, which is different from the Schottky contact.

ここで、オーミック接触を形成している金属とn型半導体との間に、金属側がn型半導体側に対して正電位となるような第1電圧を印加した場合を考える。図8は、金属側がn型半導体側に対して正電位となるように第1電圧を印加した場合のバンド構造を示す図である。図8に示すように、金属とn型半導体との間に上述した第1電圧Vを加えた場合、電子に対しては、金属の方がn型半導体よりもエネルギー的に低くなるため、金属のフェルミ準位εFMは、n型半導体のフェルミ準位εFSよりもqVだけ低くなる。すると、n型半導体中の伝導帯近傍に存在する多数の電子が、n型半導体から金属へ流入して、金属からn型半導体に向って電流が流れるのである。 Here, consider a case where a first voltage is applied between the metal forming the ohmic contact and the n-type semiconductor so that the metal side has a positive potential relative to the n-type semiconductor side. FIG. 8 is a diagram showing a band structure when the first voltage is applied so that the metal side has a positive potential with respect to the n-type semiconductor side. As shown in FIG. 8, when the first voltage V described above is applied between the metal and the n-type semiconductor, the metal is lower in energy than the n-type semiconductor with respect to electrons. is the Fermi level ε FM, qV only be lower than the n-type semiconductor of the Fermi level ε FS. Then, a large number of electrons existing near the conduction band in the n-type semiconductor flow into the metal from the n-type semiconductor, and current flows from the metal toward the n-type semiconductor.

一方、オーミック接触を形成している金属とn型半導体との間に、金属側がn型半導体側に対して負電位となるような第2電圧を印加した場合を考える。図9は、金属側がn型半導体側に対して負電位となるように第2電圧を印加した場合のバンド構造を示す図である。図9に示すように、金属とn型半導体との間に上述した第2電圧Vを加えた場合、電子に対しては、金属の方がn型半導体よりもエネルギー的に高くなるため、金属のフェルミ準位εFMは、n型半導体のフェルミ準位εFSよりもqVだけ高くなる。すると、金属中に存在する電子が、金属からn型半導体へ流入して、n型半導体から金属に向って電流が流れるのである。 On the other hand, consider a case where a second voltage is applied between the metal forming the ohmic contact and the n-type semiconductor so that the metal side has a negative potential relative to the n-type semiconductor side. FIG. 9 is a diagram showing a band structure when the second voltage is applied so that the metal side has a negative potential with respect to the n-type semiconductor side. As shown in FIG. 9, when the above-described second voltage V is applied between a metal and an n-type semiconductor, the metal is higher in energy than the n-type semiconductor for electrons. It is the Fermi level ε FM, qV only higher than that of the n-type semiconductor of the Fermi level ε FS. Then, electrons existing in the metal flow into the n-type semiconductor from the metal, and a current flows from the n-type semiconductor toward the metal.

以上がオーミック接触の特性である。図10は、オーミック接触における電流−電圧特性を示したグラフである。図10において、横軸がオーミック接触間に印加される電圧を示しており、縦軸がオーミック接触間を流れる電流を示している。図10に示すように、オーミック接触に第1電圧が印加される場合、第1電圧の増加に伴ってプラス方向の電流が一次直線状に上昇する。一方、オーミック接触に第2電圧が印加される場合、第2電圧の増加に伴ってマイナス方向の電流が一次直線状に上昇する。このことから、オーミック接触の電流−電圧特性は、第1電圧極性における電流−電圧特性と、第2電圧極性における電流−電圧特性がまったく同等であることがわかる。つまり、オーミック接触は、抵抗性接触であり、ショットキー接触のように整流特性を有していないことがわかる。   The above is the characteristic of ohmic contact. FIG. 10 is a graph showing current-voltage characteristics in ohmic contact. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the voltage applied between the ohmic contacts, and the vertical axis indicates the current flowing between the ohmic contacts. As shown in FIG. 10, when the first voltage is applied to the ohmic contact, the current in the positive direction increases in a linear line as the first voltage increases. On the other hand, when the second voltage is applied to the ohmic contact, the current in the negative direction increases in a linear line as the second voltage increases. From this, it can be seen that the current-voltage characteristic of the ohmic contact is exactly the same as the current-voltage characteristic in the first voltage polarity and the current-voltage characteristic in the second voltage polarity. That is, it can be seen that the ohmic contact is a resistive contact and does not have a rectifying characteristic like a Schottky contact.

したがって、半導体層を有する半導体デバイスと、金属膜から形成される配線とを電気的に接続して回路を構成することを考える場合、半導体層と金属膜の接触がオーミック接触であると、ショットキー接触のように整流特性がないため、好都合であることがわかる。つまり、半導体層と金属膜がオーミック接触する場合、半導体層と金属膜とは、整流特性のない抵抗性接触となり、目的とする回路構成を実現できることがわかる。   Therefore, in the case where a circuit is configured by electrically connecting a semiconductor device having a semiconductor layer and a wiring formed from a metal film, the contact between the semiconductor layer and the metal film is an ohmic contact. It can be seen that there is no rectification characteristic like contact, which is advantageous. That is, it can be seen that when the semiconductor layer and the metal film are in ohmic contact, the semiconductor layer and the metal film are in resistive contact without rectification characteristics, and the intended circuit configuration can be realized.

<オーミック電極の特性向上の必要性>
上述したように、半導体層を有するデバイスでは、多くの場合、集積回路を構成するために、半導体層と金属膜とを電気的に接続する必要性が生じる。このとき、半導体層と金属膜とをオーミック接触させることにより、半導体層を有するデバイスを使用した集積回路が実現される。オーミック電極は、例えば、トランジスタにおけるソース電極やドレイン電極、半導体層を抵抗素子として用いた場合の電極などに使用される。したがって、半導体層を有するデバイスを使用した集積回路を実現するためには、半導体層とオーミック接触するオーミック電極を形成する必要がある。そして、集積回路の性能向上(信頼性向上を含む)の観点から、オーミック電極と半導体層とのコンタクト抵抗(接触抵抗)をできるだけ低減するだけでなく、オーミック電極と半導体層との界面における表面モホロジー(表面粗さ)の悪化を抑制することが要求される。なぜなら、オーミック電極のコンタクト抵抗を低減することは、集積回路の特性向上を図る観点から必要であることは言うまでもないが、表面モホロジーの悪化は、オーミック電極と半導体層の密着性の低下を招き、オーミック電極の剥がれによるデバイス破壊や、不要なリーク電流の発生などを引き起こし、半導体装置の信頼性向上の観点から問題となると考えられるからである。
<Necessity of improving the characteristics of ohmic electrodes>
As described above, in a device having a semiconductor layer, in many cases, it is necessary to electrically connect the semiconductor layer and the metal film in order to form an integrated circuit. At this time, an integrated circuit using a device having a semiconductor layer is realized by ohmic contact between the semiconductor layer and the metal film. The ohmic electrode is used as, for example, a source electrode or a drain electrode in a transistor, an electrode when a semiconductor layer is used as a resistance element, or the like. Therefore, in order to realize an integrated circuit using a device having a semiconductor layer, it is necessary to form an ohmic electrode in ohmic contact with the semiconductor layer. From the viewpoint of improving the performance of integrated circuits (including improving reliability), not only can the contact resistance (contact resistance) between the ohmic electrode and the semiconductor layer be reduced as much as possible, but also the surface morphology at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer. It is required to suppress the deterioration of (surface roughness). This is because it is needless to reduce the contact resistance of the ohmic electrode from the viewpoint of improving the characteristics of the integrated circuit, but the deterioration of the surface morphology leads to a decrease in the adhesion between the ohmic electrode and the semiconductor layer, This is because device breakdown due to peeling of the ohmic electrode, generation of unnecessary leakage current, and the like are caused, which is considered to be a problem from the viewpoint of improving the reliability of the semiconductor device.

ここで、化合物半導体の一種である窒化物半導体を有するデバイスも例外ではなく、窒化物半導体層を有するデバイスを使用した集積回路を実現するためには、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極を形成する必要がある。そして、集積回路の性能向上(信頼性向上を含む)の観点から、オーミック電極と窒化物半導体層とのコンタクト抵抗(接触抵抗)を低減するだけでなく、オーミック電極と窒化物半導体層との界面における表面モホロジー(表面粗さ)の悪化も抑制する必要がある。特に、本願発明では、真性窒化物半導体層(ノンドープ窒化物半導体層)やn型窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極において、コンタクト抵抗(接触抵抗)の低減と、表面モホロジー(表面粗さ)の悪化の抑制とを両立できるオーミック電極を提供することを目的とするものである。本願発明は、特に、窒化物半導体におけるオーミック電極の特性向上を目指す技術的思想である。このとき、本願発明で窒化物半導体に着目しているのは、化合物半導体の中でも、窒化物半導体の特性が優れている点が多数存在するからである。以下に、まず、化合物半導体の一種である窒化物半導体が、GaAsに代表される化合物半導体と比較した場合の利点について説明する。   Here, a device having a nitride semiconductor which is a kind of compound semiconductor is no exception, and in order to realize an integrated circuit using a device having a nitride semiconductor layer, an ohmic electrode in ohmic contact with the nitride semiconductor layer is required. Need to form. From the viewpoint of improving the performance (including improving reliability) of the integrated circuit, not only the contact resistance (contact resistance) between the ohmic electrode and the nitride semiconductor layer is reduced, but also the interface between the ohmic electrode and the nitride semiconductor layer. It is also necessary to suppress the deterioration of the surface morphology (surface roughness). In particular, in the present invention, in an ohmic electrode that is in ohmic contact with an intrinsic nitride semiconductor layer (non-doped nitride semiconductor layer) or an n-type nitride semiconductor layer, contact resistance (contact resistance) is reduced, and surface morphology (surface roughness). An object of the present invention is to provide an ohmic electrode that can simultaneously suppress deterioration of the material. The present invention is a technical idea that aims at improving the characteristics of an ohmic electrode particularly in a nitride semiconductor. At this time, the reason why attention is focused on the nitride semiconductor in the present invention is that many of the compound semiconductors have excellent characteristics of the nitride semiconductor. Below, the advantage when the nitride semiconductor which is 1 type of a compound semiconductor is compared with the compound semiconductor represented by GaAs is demonstrated.

<窒化物半導体を使用することによる利点>
例えば、GaAsやAlGaAsに代表される化合物半導体においては、一般に、シリコン(Si)よりも電子の移動度が高いものが多い一方、正孔の移動度は、シリコン(Si)と同程度かあるいはシリコン(Si)よりも小さい。このため、例えば、デバイス(半導体素子)の構成要素として化合物半導体を使用する場合には、多数キャリアとして電子を用いたデバイスの方が化合物半導体の特徴を生かすことができる。
<Advantages of using nitride semiconductor>
For example, compound semiconductors typified by GaAs and AlGaAs generally have higher electron mobility than silicon (Si), while hole mobility is similar to silicon (Si) or silicon. It is smaller than (Si). For this reason, for example, when a compound semiconductor is used as a component of a device (semiconductor element), a device using electrons as majority carriers can take advantage of the characteristics of the compound semiconductor.

このような特性がある化合物半導体であるが、近年では、化合物半導体の中でも、GaNやAlGaNに代表される窒化物半導体が注目されている。なぜなら、GaNやAlGaNに代表される窒化物半導体(化合物半導体の一例)は、GaAsやAlGaAsに代表される化合物半導体よりも、バンドギャップが大きく、この結果、絶縁耐圧が大きくなる特徴を有しているからである。したがって、近年では、GaNやAlGaNに代表される窒化物半導体が、例えば、高周波デバイスや電力用デバイスの分野で使用されている。   Although it is a compound semiconductor having such characteristics, in recent years, nitride semiconductors typified by GaN and AlGaN have attracted attention among compound semiconductors. This is because a nitride semiconductor typified by GaN or AlGaN (an example of a compound semiconductor) has a larger band gap than a compound semiconductor typified by GaAs or AlGaAs, and as a result, the dielectric breakdown voltage is increased. Because. Therefore, in recent years, nitride semiconductors typified by GaN and AlGaN are used, for example, in the fields of high-frequency devices and power devices.

さらに、AlGaN層とGaN層のヘテロ接合を形成すると、そのバンド構造の相違から、両方の界面近傍に三角形状の井戸型ポテンシャルが形成され、この井戸型ポテンシャル内に電子が集中することが知られている(2次元電子ガス)。この2次元電子ガスの移動度は非常に高くなるため、両方の界面近傍に形成される井戸型ポテンシャルに発生した2次元電子ガスをキャリアに利用した電界効果トランジスタによれば、高速で動作する動作する電界効果トランジスタが実現される。この2次元電子ガスを利用した電界効果トランジスタは、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)と呼ばれる。このHEMTとしては、AlGaAs層とGaAs層のヘテロ接合を使用したものも存在するが、AlGaN層とGaN層のヘテロ接合に基づく2次元電子ガスの面電荷(例えば、1×1013/cm)は、AlGaAs層とGaAs層のヘテロ接合に基づく2次元電子ガスの面電荷(例えば、1×1012/cm)よりも充分に大きくなる(例えば、10倍)。これは、AlGaN層とGaN層との伝導帯不連続ΔEが、AlGaAs層とGaAs層の伝導帯不連続ΔEよりも大きいとともに、AlGaN層とGaN層のヘテロ接合では、自発分極によるピエゾ効果によって、井戸型ポテンシャルの底部が下側(価電子帯側)に引き下げられるからである。この結果、AlGaN層とGaN層のヘテロ接合に形成される井戸型ポテンシャルの大きさが、AlGaAs層とGaAs層のヘテロ接合に形成される井戸型ポテンシャルの大きさよりも大きくなることに起因して、AlGaN層とGaN層のヘテロ接合に基づく2次元電子ガスの面電荷が、AlGaAs層とGaAs層のヘテロ接合に基づく2次元電子ガスの面電荷よりも充分に大きくなるのである。このため、AlGaN層とGaN層のヘテロ接合を使用したHEMTによれば、AlGaAs層とGaAs層のヘテロ接合を使用したHEMTに比べて、大きな電流を得ることが容易になる利点がある。 Furthermore, it is known that when a heterojunction between an AlGaN layer and a GaN layer is formed, a triangular well-type potential is formed near the interface due to the difference in the band structure, and electrons are concentrated in this well-type potential. (Two-dimensional electron gas). Since the mobility of the two-dimensional electron gas is very high, the field effect transistor using the two-dimensional electron gas generated in the well-type potential formed near both interfaces as a carrier operates at high speed. A field effect transistor is realized. A field effect transistor using this two-dimensional electron gas is called a high electron mobility transistor (HEMT). Some HEMTs use a heterojunction between an AlGaAs layer and a GaAs layer. The surface charge of a two-dimensional electron gas based on the heterojunction between an AlGaN layer and a GaN layer (for example, 1 × 10 13 / cm 2 ). Is sufficiently larger (for example, 10 times) than the surface charge (for example, 1 × 10 12 / cm 2 ) of the two-dimensional electron gas based on the heterojunction of the AlGaAs layer and the GaAs layer. This conduction band discontinuity Delta] E c of the AlGaN layer and the GaN layer is, with greater than the conduction band discontinuity Delta] E c of the AlGaAs layer and the GaAs layer, a heterojunction AlGaN layer and the GaN layer, the piezoelectric effect due to spontaneous polarization This is because the bottom of the well-type potential is lowered to the lower side (valence band side). As a result, the magnitude of the well-type potential formed at the heterojunction between the AlGaN layer and the GaN layer is larger than the magnitude of the well-type potential formed at the heterojunction between the AlGaAs layer and the GaAs layer. The surface charge of the two-dimensional electron gas based on the heterojunction between the AlGaN layer and the GaN layer is sufficiently larger than the surface charge of the two-dimensional electron gas based on the heterojunction between the AlGaAs layer and the GaAs layer. For this reason, the HEMT using a heterojunction of an AlGaN layer and a GaN layer has an advantage that a large current can be easily obtained as compared with a HEMT using a heterojunction of an AlGaAs layer and a GaAs layer.

以上のように、GaNやAlGaNに代表される窒化物半導体が高周波デバイスや電力用デバイスの分野で使用されており、特に、窒化物半導体を使用したHEMTによれば、上述した利点を得ることができる。さらに、近年では、窒化物半導体の利用分野が光デバイスの分野にも広がっている。例えば、InGaNに代表される窒化物半導体は、青色発光ダイオードの発光層として利用されている。このように本願発明では、窒化物半導体の利点に着目し、窒化物半導体を使用した半導体装置の性能向上を図ることを目的としている。特に、本願発明では、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極の特性向上を図ることに着目している。以下では、まず、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極についての検討技術およびその問題点を説明し、その後、本願発明の技術的思想について説明する。   As described above, nitride semiconductors typified by GaN and AlGaN are used in the fields of high-frequency devices and power devices. In particular, according to HEMTs using nitride semiconductors, the above-described advantages can be obtained. it can. Furthermore, in recent years, the field of use of nitride semiconductors has expanded to the field of optical devices. For example, a nitride semiconductor typified by InGaN is used as a light emitting layer of a blue light emitting diode. As described above, the present invention focuses on the advantages of the nitride semiconductor and aims to improve the performance of the semiconductor device using the nitride semiconductor. In particular, the present invention focuses on improving the characteristics of the ohmic electrode that is in ohmic contact with the nitride semiconductor layer. In the following, first, a study technique and problems regarding an ohmic electrode in ohmic contact with the nitride semiconductor layer will be described, and then the technical idea of the present invention will be described.

<検討技術1>
図11は、検討技術1(特許第3154364号)に記載されているオーミック電極を参考に本発明者が作成した模式図である。図11に示すように、検討技術1におけるオーミック電極OEは、n型GaN層nGNLに形成されている。そして、このオーミック電極OEは、n型GaN層nGNL上に形成されたチタン(Ti)とアルミニウム(Al)からなる合金膜(または多層膜)TAFと、合金膜TAF上に形成された高融点金属膜HMFと、この高融点金属膜HMF上に形成された金膜AUFから構成されている。検討技術1では、この積層構造を800℃以上の高温で熱処理することにより、コンタクト抵抗の低い良好なオーミック電極OEが得られるとしている。
<Technology 1>
FIG. 11 is a schematic diagram created by the present inventor with reference to the ohmic electrode described in Study Technique 1 (Japanese Patent No. 3154364). As shown in FIG. 11, the ohmic electrode OE in the study technique 1 is formed in the n-type GaN layer nGNL. The ohmic electrode OE includes an alloy film (or multilayer film) TAF made of titanium (Ti) and aluminum (Al) formed on the n-type GaN layer nGNL, and a refractory metal formed on the alloy film TAF. The film HMF and a gold film AUF formed on the refractory metal film HMF. In the examination technique 1, it is said that a good ohmic electrode OE having a low contact resistance can be obtained by heat-treating the laminated structure at a high temperature of 800 ° C. or higher.

本発明者の検討の結果、この検討技術1には次のような課題のあることが分かった。検討技術1の第1の課題は、オーミック電極OEの表面モホロジー(表面粗さ)が悪いことである。これは、アルミニウム(Al)と、ニッケル(Ni)などの高融点金属が低温で合金を形成しやすく、この合金が平面的に不均一に形成されることに起因するものである。表面モホロジーの悪化は、オーミック電極OEのn型GaN層nGNLからの剥離を助長し、オーミック電極OEの剥離によるデバイス破壊(素子破壊)を引き起こす。あるいは電極エッジが不均一になる部分で局所的に電界が集中することによるデバイス破壊や、不要なリーク電流の発生などを引き起こす。この結果、半導体装置の信頼性低下を招くことになる。   As a result of examination by the present inventor, it has been found that this examination technique 1 has the following problems. The first problem of the study technique 1 is that the surface morphology (surface roughness) of the ohmic electrode OE is poor. This is because aluminum (Al) and a refractory metal such as nickel (Ni) easily form an alloy at a low temperature, and this alloy is formed unevenly in a plane. Deterioration of the surface morphology promotes peeling of the ohmic electrode OE from the n-type GaN layer nGNL, and causes device destruction (element destruction) due to peeling of the ohmic electrode OE. Alternatively, device breakdown due to local concentration of the electric field at a portion where the electrode edge is not uniform, generation of unnecessary leakage current, and the like are caused. As a result, the reliability of the semiconductor device is reduced.

また、本発明者の検討により新たに判明した第2の課題としては、n型GaN層nGNLと直接接触するようにチタン(Ti)を使用した場合、通常、基板とn型GaN層nGNLの間に設けられる高抵抗バッファ層において不要なリーク電流が発生する問題点がある。これは、チタン(Ti)を高温で熱処理すると、n型GaN層nGNLの表面に存在する結晶転移を介して、チタン(Ti)がn型GaN層nGNLの内部にまで侵入し、さらには、高抵抗バッファ層にまで拡散するためと考えられている。つまり、高抵抗バッファ層にまで、チタン(Ti)が拡散すると、この高抵抗バッファ層に拡散したチタンによって、不要なリーク電流が増加してしまうのである。このように検討技術1に記載されているオーミック電極OEでは、オーミック電極OEの特性向上を充分に図ることができない問題点が存在する。   In addition, as a second problem newly found by the study of the present inventors, when titanium (Ti) is used so as to be in direct contact with the n-type GaN layer nGNL, it is usually between the substrate and the n-type GaN layer nGNL. There is a problem in that unnecessary leakage current is generated in the high resistance buffer layer provided in FIG. This is because when titanium (Ti) is heat-treated at a high temperature, titanium (Ti) penetrates into the n-type GaN layer nGNL through crystal transition existing on the surface of the n-type GaN layer nGNL. This is considered to diffuse into the resistance buffer layer. That is, when titanium (Ti) diffuses to the high resistance buffer layer, unnecessary leakage current increases due to the titanium diffused in the high resistance buffer layer. As described above, the ohmic electrode OE described in the examination technique 1 has a problem that the characteristics of the ohmic electrode OE cannot be sufficiently improved.

<検討技術2>
続いて、検討技術2について説明する。図12は、検討技術2(非特許文献1)に記載されているオーミック電極を参考に本発明者が作成した模式図である。図12に示すように、検討技術2におけるオーミック電極OEは、GaN層GNL上にAlGaN層AGNLが形成されており、このAlGaN層AGNL上に形成されている。具体的に、検討技術2におけるオーミック電極OEは、AlGaN層AGNL上に形成された第1モリブデン(Mo)膜MF1と、この第1モリブデン(Mo)膜MF1上に形成されたアルミニウム(Al)膜ALFと、このアルミニウム(Al)膜ALF上に形成された第2モリブデン(Mo)膜MF2と、この第2モリブデン(Mo)膜MF2上に形成された金膜AUFから構成されている。検討技術2では、この積層構造を650℃以上の高温で熱処理することにより、良好なオーミック電極OEが得られるとしている。
<Technology 2>
Subsequently, the study technique 2 will be described. FIG. 12 is a schematic diagram created by the present inventor with reference to the ohmic electrode described in Study Technique 2 (Non-Patent Document 1). As shown in FIG. 12, the ohmic electrode OE in the study technique 2 has an AlGaN layer AGNL formed on the GaN layer GNL, and is formed on the AlGaN layer AGNL. Specifically, the ohmic electrode OE in the study technique 2 includes a first molybdenum (Mo) film MF1 formed on the AlGaN layer AGNL and an aluminum (Al) film formed on the first molybdenum (Mo) film MF1. It is composed of ALF, a second molybdenum (Mo) film MF2 formed on the aluminum (Al) film ALF, and a gold film AUF formed on the second molybdenum (Mo) film MF2. In the examination technique 2, it is said that a good ohmic electrode OE can be obtained by heat-treating this laminated structure at a high temperature of 650 ° C. or higher.

このように構成されている検討技術2では、オーミック電極OEの最下層に第1モリブデン(Mo)膜が形成されているが、モリブデン(Mo)は、チタン(Ti)に比べて高融点であるため、結晶転移を介して、モリブデン(Mo)が、例えば、高抵抗バッファ層に拡散する問題点は回避されている。しかし、本発明者による検討の結果、検討技術2におけるオーミック電極OEでは、コンタクト抵抗および表面モホロジーが必ずしも良くないという点で問題のあることが分かった。例えば、検討技術2では、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚が15nm、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚が60nm、第2モリブデン(Mo)膜MF2の膜厚が35nm、金膜AUFの膜厚が50nmとなっているが、これらの膜厚では、コンタクト抵抗と表面モホロジーが必ずしも両立できないのである。つまり、コンタクト抵抗と表面モホロジーを両立させるためには、オーミック電極OEを構成する各層の膜厚をうまく調整する必要があり、膜厚条件によっては、コンタクト抵抗の増加や表面モホロジーの悪化が生じるおそれがあるのである。   In the study technique 2 configured as described above, the first molybdenum (Mo) film is formed in the lowermost layer of the ohmic electrode OE. Molybdenum (Mo) has a higher melting point than titanium (Ti). Therefore, the problem that molybdenum (Mo) diffuses into, for example, the high-resistance buffer layer through the crystal transition is avoided. However, as a result of the study by the present inventors, it has been found that the ohmic electrode OE in the study technique 2 has a problem in that the contact resistance and the surface morphology are not necessarily good. For example, in the study technique 2, the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 is 15 nm, the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is 60 nm, the film thickness of the second molybdenum (Mo) film MF2 is 35 nm, and the gold film AUF. However, the contact resistance and the surface morphology are not always compatible with each other. That is, in order to achieve both contact resistance and surface morphology, it is necessary to adjust the film thickness of each layer constituting the ohmic electrode OE, and depending on the film thickness condition, contact resistance may increase or surface morphology may deteriorate. There is.

以上のように、検討技術1や検討技術2では、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極において、コンタクト抵抗(接触抵抗)の低減と、表面モホロジー(表面粗さ)の悪化の抑制とを両立できていない現状にある。そこで、本願発明では、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極において、コンタクト抵抗(接触抵抗)の低減と、表面モホロジー(表面粗さ)の悪化の抑制とを両立できる工夫を施している。以下に、この工夫を施した本願発明の技術的思想について説明する。   As described above, in the study technique 1 and the study technique 2, in the ohmic electrode that is in ohmic contact with the nitride semiconductor layer, both reduction of contact resistance (contact resistance) and suppression of deterioration of surface morphology (surface roughness) are achieved. It is in the current situation that is not done. Therefore, in the present invention, in the ohmic electrode that is in ohmic contact with the nitride semiconductor layer, a contrivance that can achieve both reduction of contact resistance (contact resistance) and suppression of deterioration of surface morphology (surface roughness) is provided. The technical idea of the present invention to which this device has been applied will be described below.

<本願発明における積層体の構成>
図13は、本実施の形態1における積層体LABの構成を示す模式図である。本実施の形態1では、図13に示す積層体LABに加熱処理を施すことにより、本実施の形態1におけるオーミック電極が形成される。つまり、図13に示す積層体LABは、加熱処理を施してオーミック電極を形成する前の構造である。図13に示すように、本実施の形態1における積層体LABは、GaN層GNL上に形成されたAlGaN層AGNL上に形成されている。この積層体LABは、まず、AlGaN層AGNL上に形成された第1モリブデン(Mo)膜MF1と、第1モリブデン(Mo)膜MF1上に形成されたアルミニウム(Al)膜ALFと、アルミニウム(Al)膜ALF上に形成された第2モリブデン(Mo)膜MF2と、第2モリブデン(Mo)膜MF2上に形成された金(Au)膜AUFから構成されている。
<Configuration of laminate in the present invention>
FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of the stacked body LAB in the first embodiment. In this Embodiment 1, the ohmic electrode in this Embodiment 1 is formed by heat-processing the laminated body LAB shown in FIG. That is, the stacked body LAB shown in FIG. 13 has a structure before the ohmic electrode is formed by performing the heat treatment. As shown in FIG. 13, the stacked body LAB in the first embodiment is formed on the AlGaN layer AGNL formed on the GaN layer GNL. The stacked body LAB includes a first molybdenum (Mo) film MF1 formed on the AlGaN layer AGNL, an aluminum (Al) film ALF formed on the first molybdenum (Mo) film MF1, and an aluminum (Al ) A second molybdenum (Mo) film MF2 formed on the film ALF and a gold (Au) film AUF formed on the second molybdenum (Mo) film MF2.

ここで、AlGaN層AGNLとオーミック接触する金属膜としてアルミニウム(Al)膜が挙げられる。つまり、図13に示す積層体LABで使用されているアルミニウム(Al)膜ALFは、AlGaN層AGNLとのオーミック接触を確保する機能を有する膜である。このとき、AlGaN層AGNLとのオーミック接触を確保する観点からは、AlGaN層AGNL上に、直接アルミニウム(Al)膜ALFを形成することが考えられる。ところが、アルミニウム(Al)膜ALFとAlGaN層AGNLとは密着性が悪い。このため、AlGaN層AGNL上に直接アルミニウム(Al)膜ALFを接触させる構造では、加熱処理を施してオーミック電極を形成する際、アルミニウム(Al)膜ALFが表面張力で盛り上がる現象(ボールアップ現象と呼ばれる)が生じ、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの界面における表面モホロジーが悪化してしまう。表面モホロジーの悪化は、オーミック電極と半導体層の密着性の低下を招き、オーミック電極の剥がれによるデバイス破壊や、不要なリーク電流の発生などを引き起こし、半導体装置の信頼性向上の観点から問題となる。   Here, an aluminum (Al) film is mentioned as a metal film in ohmic contact with the AlGaN layer AGNL. That is, the aluminum (Al) film ALF used in the stacked body LAB shown in FIG. 13 is a film having a function of ensuring ohmic contact with the AlGaN layer AGNL. At this time, from the viewpoint of ensuring ohmic contact with the AlGaN layer AGNL, it is conceivable to form the aluminum (Al) film ALF directly on the AlGaN layer AGNL. However, the adhesion between the aluminum (Al) film ALF and the AlGaN layer AGNL is poor. Therefore, in the structure in which the aluminum (Al) film ALF is in direct contact with the AlGaN layer AGNL, when the ohmic electrode is formed by performing the heat treatment, the phenomenon that the aluminum (Al) film ALF swells due to surface tension (ball up phenomenon and The surface morphology at the interface between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF is deteriorated. Deterioration of the surface morphology leads to a decrease in the adhesion between the ohmic electrode and the semiconductor layer, causing device breakdown due to peeling of the ohmic electrode, generation of unnecessary leakage current, and so on, from the viewpoint of improving the reliability of the semiconductor device. .

そこで、本実施の形態1では、AlGaN層AGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの間に、第1モリブデン(Mo)膜MF1を挿入している。つまり、第1モリブデン(Mo)膜MF1は、AlGaN層AGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの密着性を向上させる機能を有し、この第1モリブデン(Mo)膜MF1を形成することによって、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの界面における表面モホロジーを改善することができる。   Therefore, in the first embodiment, the first molybdenum (Mo) film MF1 is inserted between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF. That is, the first molybdenum (Mo) film MF1 has a function of improving the adhesion between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF. By forming the first molybdenum (Mo) film MF1, The surface morphology at the interface between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF can be improved.

続いて、積層体LABに形成されている金(Au)膜AUFは、積層体LABに加熱処理を施すことにより、オーミック電極を形成する際、アルミニウム(Al)膜ALFの表面が酸化されることを防止する機能を有している。すなわち、アルミニウム(Al)膜ALFに対して、加熱処理を実施する場合、アルミニウム(Al)膜ALFの表面は酸化されやすい。アルミニウム(Al)膜ALFが酸化されてしまうと、酸化アルミニウムは絶縁体であるため、オーミック電極の抵抗が上昇してしまい、オーミック電極の電気的特性の劣化が生じてしまう。このことから、加熱処理時におけるアルミニウム膜(Al)ALFの酸化を防止するため、アルミニウム(Al)膜ALF上に金(Au)膜AUFを形成しているのである。ただし、アルミニウム(Al)膜ALF上に、直接接触するように金(Au)膜AUFを形成すると、加熱処理を施した際、アルミニウム(Al)膜ALFと金(Au)膜AUFとの間で急速な合金反応が生じてしまう。この合金反応も、表面モホロジーを悪化させる要因となるため、できるだけ合金反応を抑制する必要がある。この観点から、アルミニウム(Al)膜ALFと金(Au)膜AUFとの間に中間層として高融点金属である第2モリブデン(Mo)膜MF2を形成している。つまり、第2モリブデン(Mo)膜MF2は、アルミニウム(Al)膜ALFと金(Au)膜AUFとの間の急速な合金反応を抑制する機能を有していることになる。   Subsequently, the surface of the aluminum (Al) film ALF is oxidized when the gold (Au) film AUF formed in the stacked body LAB is subjected to a heat treatment to form the ohmic electrode. It has a function to prevent. That is, when heat treatment is performed on the aluminum (Al) film ALF, the surface of the aluminum (Al) film ALF is easily oxidized. When the aluminum (Al) film ALF is oxidized, since the aluminum oxide is an insulator, the resistance of the ohmic electrode is increased, and the electrical characteristics of the ohmic electrode are deteriorated. Therefore, the gold (Au) film AUF is formed on the aluminum (Al) film ALF in order to prevent oxidation of the aluminum film (Al) ALF during the heat treatment. However, when the gold (Au) film AUF is formed so as to be in direct contact with the aluminum (Al) film ALF, the heat treatment is performed between the aluminum (Al) film ALF and the gold (Au) film AUF. Rapid alloy reaction occurs. Since this alloy reaction also becomes a factor of deteriorating the surface morphology, it is necessary to suppress the alloy reaction as much as possible. From this viewpoint, a second molybdenum (Mo) film MF2 that is a refractory metal is formed as an intermediate layer between the aluminum (Al) film ALF and the gold (Au) film AUF. That is, the second molybdenum (Mo) film MF2 has a function of suppressing a rapid alloy reaction between the aluminum (Al) film ALF and the gold (Au) film AUF.

以上のことから、本実施の形態1における積層体LABは、第1モリブデン(Mo)膜と、アルミニウム(Al)膜ALFと、第2モリブデン(Mo)膜MF2と、金(Au)膜AUFの積層膜から構成されていることになる。そして、本実施の形態1における積層体LABを構成する各膜の機能をまとめると以下のようになる。   From the above, the stacked body LAB in the first embodiment includes the first molybdenum (Mo) film, the aluminum (Al) film ALF, the second molybdenum (Mo) film MF2, and the gold (Au) film AUF. It is comprised from the laminated film. And the function of each film which comprises the laminated body LAB in this Embodiment 1 is put together as follows.

(1)まず、最下層の第1モリブデン(Mo)膜MF1は、密着膜として機能する膜であり、AlGaN層AGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの間に、第1モリブデン(Mo)膜MF1を挿入することにより、AlGaN層AGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの密着性を向上させることができる。これにより、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの界面における表面モホロジーを改善することができる。   (1) First, the lowermost first molybdenum (Mo) film MF1 is a film functioning as an adhesion film, and the first molybdenum (Mo) film is interposed between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF. By inserting MF1, the adhesion between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF can be improved. Thereby, the surface morphology at the interface between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF can be improved.

(2)アルミニウム(Al)膜ALFは、AlGaN層AGNLとの間でオーミック接触を実現するためのオーミック金属として機能する膜であり、このアルミニウム(Al)膜ALFによって、AlGaN層AGNLとの間でオーミック接触するオーミック電極を形成することができる。そして、アルミニウム(Al)膜ALFの抵抗は比較的小さいため、オーミック電極とAlGaN層AGNLとの接触抵抗(コンタクト抵抗)を低減することができる。   (2) The aluminum (Al) film ALF is a film that functions as an ohmic metal for realizing an ohmic contact with the AlGaN layer AGNL. The aluminum (Al) film ALF forms a gap between the AlGaN layer AGNL and the AlGaN layer AGNL. An ohmic electrode that is in ohmic contact can be formed. Since the resistance of the aluminum (Al) film ALF is relatively small, the contact resistance (contact resistance) between the ohmic electrode and the AlGaN layer AGNL can be reduced.

(3)第2モリブデン(Mo)膜MF2は、積層体LABに加熱処理を施した際、アルミニウム(Al)膜ALFと金(Au)膜AUFとの間で急速な合金反応が生じることを抑制する機能を有する膜である。このように、アルミニウム(Al)膜ALFと金(Au)膜AUFとの間に、高融点金属である第2モリブデン(Mo)膜MF2を挿入することにより、アルミニウム(Al)膜ALFと金(Au)膜AUFとの間で生じる急速な合金反応を抑制することができる。   (3) The second molybdenum (Mo) film MF2 suppresses a rapid alloy reaction between the aluminum (Al) film ALF and the gold (Au) film AUF when the laminated body LAB is subjected to heat treatment. It is a film | membrane which has a function to do. In this way, by inserting the second molybdenum (Mo) film MF2 which is a refractory metal between the aluminum (Al) film ALF and the gold (Au) film AUF, the aluminum (Al) film ALF and the gold ( The rapid alloy reaction that occurs with the Au) film AUF can be suppressed.

(4)金(Au)膜AUFは、積層体LABに加熱処理を施した際、アルミニウム(Al)膜ALFの表面が酸化されることを防止する機能を有している。このようにアルミニウム(Al)膜ALF上に金(Au)膜AUFを形成することにより、アルミニウム(Al)膜の酸化を防止することができ、オーミック電極の抵抗上昇を抑制することができる。   (4) The gold (Au) film AUF has a function of preventing the surface of the aluminum (Al) film ALF from being oxidized when the laminated body LAB is subjected to heat treatment. Thus, by forming the gold (Au) film AUF on the aluminum (Al) film ALF, the oxidation of the aluminum (Al) film can be prevented, and the resistance increase of the ohmic electrode can be suppressed.

以上のように構成されている本実施の形態1における積層体LABによれば、まず、AlGaN層AGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの密着性を向上させる密着膜として、チタン(Ti)膜ではなく、第1モリブデン(Mo)膜MF1を使用している。このとき、モリブデン(Mo)は、チタン(Ti)に比べて高融点であるため、結晶転移を介して、金属が半導体層(例えば、高抵抗バッファ層)に拡散することを抑制できる。つまり、本実施の形態1における積層体LABに加熱処理を実施することにより、オーミック電極が形成されるが、この際、モリブデン(Mo)は、チタン(Ti)に比べて高融点であるため、結晶転移を介して、モリブデンが半導体層(例えば、高抵抗バッファ層)に拡散することを抑制できる。この結果、半導体層(例えば、高抵抗バッファ層)における不要なリーク電流の発生を抑制することができる。   According to the laminated body LAB in the first embodiment configured as described above, first, as an adhesion film that improves the adhesion between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF, a titanium (Ti) film Instead, the first molybdenum (Mo) film MF1 is used. At this time, since molybdenum (Mo) has a higher melting point than titanium (Ti), metal can be prevented from diffusing into the semiconductor layer (for example, the high-resistance buffer layer) through crystal transition. That is, an ohmic electrode is formed by performing heat treatment on the stacked body LAB in the first embodiment, but at this time, molybdenum (Mo) has a higher melting point than titanium (Ti). It is possible to suppress diffusion of molybdenum into the semiconductor layer (for example, the high resistance buffer layer) through the crystal transition. As a result, generation of unnecessary leakage current in the semiconductor layer (for example, high resistance buffer layer) can be suppressed.

また、本実施の形態1における積層体LABでは、アルミニウム(Al)膜ALFと、金(Au)膜AUFの間に挿入される中間層として、最下層に形成される第1モリブデン(Mo)膜MF1と同種類の膜である第2モリブデン(Mo)膜MF2を使用している。このため、積層体LABに加熱処理を実施することにより、オーミック電極を形成する際、不要な合金膜が形成されにくいという利点も有している。   Further, in the stacked body LAB in the first embodiment, the first molybdenum (Mo) film formed in the lowermost layer as an intermediate layer inserted between the aluminum (Al) film ALF and the gold (Au) film AUF. A second molybdenum (Mo) film MF2, which is the same type of film as MF1, is used. For this reason, by carrying out heat treatment on the laminate LAB, there is also an advantage that an unnecessary alloy film is hardly formed when the ohmic electrode is formed.

<本発明者が見出した新たな課題>
上述したように、本実施の形態1における積層体LABでは、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの間に、密着膜として機能する第1モリブデン(Mo)膜MF1を挿入している。これにより、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの間の密着性が向上して、表面モホロジーを改善することができる。このように、表面モホロジーを改善する観点からは、第1モリブデン(Mo)膜MF1を、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの間に挿入することが望ましい。ところが、本発明者は、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚が厚すぎると、コンタクト抵抗が増加することを見出した。つまり、コンタクト抵抗(接触抵抗)の低減の観点からは、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚が厚すぎることが問題となることを見出したのである。ここで、積層体LABに加熱処理を施してオーミック電極を形成する場合、積層体LABを構成する各層から原子が相互拡散する。このとき、オーミック電極とAlGaN層AGNLとの界面において、例えば、アルミニウム原子の原子%が、モリブデン原子の原子%よりも多くなる場合には、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、AlGaN層AGNLとオーミック電極との接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができると考えられる。ところが、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚が厚くなりすぎると、積層体LABを構成する各層から原子が相互拡散した場合であっても、オーミック電極とAlGaN層AGNLとの界面において、アルミニウム原子の原子%が、モリブデン原子の原子%よりも少なくなってしまう場合が多いものと考えられる。この場合には、AlGaN層AGNLとオーミック電極との接触が、ショットキー接触を構成するモリブデンとの接触の影響を大きく受けることとなり、コンタクト抵抗の増加が起こると考えられるのである。
<New problem found by the present inventor>
As described above, in the stacked body LAB in the first embodiment, the first molybdenum (Mo) film MF1 functioning as an adhesion film is inserted between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF. Thereby, the adhesiveness between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF is improved, and the surface morphology can be improved. Thus, from the viewpoint of improving the surface morphology, it is desirable to insert the first molybdenum (Mo) film MF1 between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF. However, the present inventor has found that the contact resistance increases when the first molybdenum (Mo) film MF1 is too thick. That is, from the viewpoint of reducing the contact resistance (contact resistance), it has been found that the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 is too thick. Here, when the laminated body LAB is subjected to heat treatment to form an ohmic electrode, atoms are diffused from each layer constituting the laminated body LAB. At this time, at the interface between the ohmic electrode and the AlGaN layer AGNL, for example, when the atomic% of aluminum atoms is larger than the atomic% of molybdenum atoms, the influence of contact with the aluminum atoms is increased. It is considered that contact between AGNL and the ohmic electrode becomes ohmic contact, and contact resistance can be reduced. However, if the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 becomes too thick, even if atoms are diffused from each layer constituting the stacked body LAB, aluminum is formed at the interface between the ohmic electrode and the AlGaN layer AGNL. It is considered that the atomic% of atoms often becomes smaller than the atomic% of molybdenum atoms. In this case, the contact between the AlGaN layer AGNL and the ohmic electrode is greatly affected by the contact with the molybdenum constituting the Schottky contact, and it is considered that the contact resistance increases.

以上のように、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの密着性が悪いことから、密着性を向上させるために、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの間に第1モリブデン(Mo)膜MF1を挿入する必要がある。だからといって、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚を厚くしすぎると、AlGaN層AGNLとオーミック電極との間のコンタクト抵抗(接触抵抗)が増加してしまうという知見を本発明者は見出したのである。つまり、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減を両立させる観点からは、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの間に挿入される第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚に工夫を施す必要があるのである。そこで、本実施の形態1では、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFとの間に挿入される第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚に工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態1における技術的思想について説明する。   As described above, since the adhesion between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF is poor, the first molybdenum (between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF is used to improve the adhesion. Mo) It is necessary to insert the film MF1. However, the present inventor has found that the contact resistance (contact resistance) between the AlGaN layer AGNL and the ohmic electrode increases if the thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 is excessively increased. is there. That is, from the viewpoint of achieving both improvement in surface morphology and reduction in contact resistance, the thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF is devised. There is a need. Therefore, in the first embodiment, the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF is devised. Below, the technical idea in this Embodiment 1 which gave this device is demonstrated.

<本実施の形態1における特徴>
図13に示すように、本実施の形態1における積層体LABは、GaN層GNL上に形成されたAlGaN層AGNL上に形成されている。この積層体LABは、まず、AlGaN層AGNL上に形成された第1モリブデン(Mo)膜MF1と、第1モリブデン(Mo)膜MF1上に形成されたアルミニウム(Al)膜ALFと、アルミニウム(Al)膜ALF上に形成された第2モリブデン(Mo)膜MF2と、第2モリブデン(Mo)膜MF2上に形成された金(Au)膜AUFから構成されている。
<Characteristics in Embodiment 1>
As shown in FIG. 13, the stacked body LAB in the first embodiment is formed on the AlGaN layer AGNL formed on the GaN layer GNL. The stacked body LAB includes a first molybdenum (Mo) film MF1 formed on the AlGaN layer AGNL, an aluminum (Al) film ALF formed on the first molybdenum (Mo) film MF1, and an aluminum (Al ) A second molybdenum (Mo) film MF2 formed on the film ALF and a gold (Au) film AUF formed on the second molybdenum (Mo) film MF2.

ここで、本実施の形態1の特徴は、AlGaN層AGNLとアルミニウム(Al)膜ALFの間に挿入されている第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚をXnmとした場合、2nm≦X≦10nmの関係が満たされている点に特徴がある。本実施の形態1では、このように構成された積層体LABを、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極をAlGaN層AGNL上に形成することができる。   Here, the feature of the first embodiment is that when the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the AlGaN layer AGNL and the aluminum (Al) film ALF is Xnm, 2 nm ≦ X ≦ It is characterized in that the 10 nm relationship is satisfied. In the first embodiment, the laminated body LAB configured in this manner is subjected to heat treatment at a high temperature of, for example, 650 ° C. to 850 ° C., thereby forming an ohmic electrode that achieves both improved surface morphology and reduced contact resistance. It can be formed on the layer AGNL.

ここで、例えば、本実施の形態1では、第1モリブデン(Mo)膜MF1以外の膜(アルミニウム(Al)膜ALF、第2モリブデン(Mo)膜MF2、金(Au)膜AUF)の膜厚は、特に、それぞれの膜の有する機能が発揮される範囲内であれば、特に限定されるものではない。例えば、一例として、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚が70nmであり、第2モリブデン(Mo)膜MF2の膜厚が30nmであり、さらに、金(Au)膜AUFの膜厚が50nmとなっている。   Here, for example, in the first embodiment, the thicknesses of the films (aluminum (Al) film ALF, second molybdenum (Mo) film MF2, gold (Au) film AUF)) other than the first molybdenum (Mo) film MF1. Is not particularly limited as long as the function of each film is exhibited. For example, as an example, the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is 70 nm, the film thickness of the second molybdenum (Mo) film MF2 is 30 nm, and the film thickness of the gold (Au) film AUF is 50 nm. ing.

なお、図13では、AlGaN層AGNL上に積層体LABを形成する例について説明しているが、例えば、図14に示すように、n型GaN層nGNL上に積層体LABを形成する場合にも、本実施の形態1における技術的思想を適用することができる。具体的には、n型GaN層nGNLとアルミニウム(Al)膜ALFの間に挿入されている第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚をXnmとした場合、2nm≦X≦10nmの関係が満たされるように積層体LABを構成する。そして、この積層体LABを、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極をn型GaN層nGNL上に形成することができる。   FIG. 13 illustrates an example in which the stacked body LAB is formed on the AlGaN layer AGNL. However, for example, as illustrated in FIG. 14, the stacked body LAB may be formed on the n-type GaN layer nGNL. The technical idea in the first embodiment can be applied. Specifically, when the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the n-type GaN layer nGNL and the aluminum (Al) film ALF is X nm, the relationship of 2 nm ≦ X ≦ 10 nm is satisfied. The laminate LAB is configured as described above. Then, the laminated body LAB is heat-treated at a high temperature of, for example, 650 ° C. to 850 ° C. to form an ohmic electrode on the n-type GaN layer nGNL that achieves both improved surface morphology and reduced contact resistance. it can.

上述したように、AlGaN層AGNLやn型GaN層nGNL上に、直接、アルミニウム(Al)膜ALFを接触させる構造では、AlGaN層AGNLやn型GaN層nGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの密着性が悪くなる。この場合、積層体LABに熱処理を施して、オーミック電極を形成すると、アルミニウム(Al)膜ALFが表面張力で盛り上がる現象(ボールアップ現象と呼ばれる)が生じ、AlGaN層AGNLやn型GaN層nGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの界面における表面モホロジーが悪化するという問題点が発生する。この対策として、AlGaN層AGNLやn型GaN層nGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの間に、密着膜として機能する第1モリブデン(Mo)膜MF1を挿入することが有効である。ところが、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚を厚くしすぎると、コンタクト抵抗(接触抵抗)が増加することになる。したがって、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減を両立させる観点からは、AlGaN層AGNLやn型GaN層nGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの間に挿入される第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚に工夫を施す必要があるのである。   As described above, in the structure in which the aluminum (Al) film ALF is in direct contact with the AlGaN layer AGNL or the n-type GaN layer nGNL, the AlGaN layer AGNL, the n-type GaN layer nGNL, and the aluminum (Al) film ALF Adhesion is poor. In this case, when the laminated body LAB is subjected to heat treatment to form an ohmic electrode, a phenomenon that the aluminum (Al) film ALF swells due to surface tension (referred to as a ball-up phenomenon) occurs, and the AlGaN layer AGNL or the n-type GaN layer nGNL The problem is that the surface morphology at the interface with the aluminum (Al) film ALF deteriorates. As a countermeasure, it is effective to insert a first molybdenum (Mo) film MF1 that functions as an adhesion film between the AlGaN layer AGNL or the n-type GaN layer nGNL and the aluminum (Al) film ALF. However, if the thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 is too large, the contact resistance (contact resistance) increases. Therefore, from the viewpoint of achieving both improvement in surface morphology and reduction in contact resistance, the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the AlGaN layer AGNL or the n-type GaN layer nGNL and the aluminum (Al) film ALF. Therefore, it is necessary to devise the film thickness.

そこで、本実施の形態1では、AlGaN層AGNLやn型GaN層nGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの間に挿入される第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚に工夫を施している。具体的に、本実施の形態1では、AlGaN層AGNLやn型GaN層nGNLと、アルミニウム(Al)膜ALFとの間に挿入されている第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚をXnmとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たすように積層体LABを構成している。本実施の形態1では、このように構成された積層体LABを、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極を、AlGaN層AGNL上やn型GaN層nGNL上に形成することができる。   Therefore, in the first embodiment, the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the AlGaN layer AGNL or the n-type GaN layer nGNL and the aluminum (Al) film ALF is devised. . Specifically, in the first embodiment, the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the AlGaN layer AGNL or the n-type GaN layer nGNL and the aluminum (Al) film ALF is set to X nm. In this case, the stacked body LAB is configured so as to satisfy the relationship of 2 nm ≦ X ≦ 10 nm. In the first embodiment, the laminated body LAB configured in this manner is subjected to a heat treatment at a high temperature of, for example, 650 ° C. to 850 ° C., thereby providing an ohmic electrode that achieves both improved surface morphology and reduced contact resistance. It can be formed on the AlGaN layer AGNL or the n-type GaN layer nGNL.

図15は、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚と、オーミック電極と半導体層(以下、AlGaN層やn型GaN層を半導体層と総称して言うことにする)とのコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。図15において、横軸は、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚(nm)を示しており、縦軸は、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗(Ωmm)を示している。   FIG. 15 shows the relationship between the film thickness of the first molybdenum (Mo) film and the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer (hereinafter, the AlGaN layer and the n-type GaN layer are collectively referred to as a semiconductor layer). It is a graph which shows. In FIG. 15, the horizontal axis indicates the thickness (nm) of the first molybdenum (Mo) film, and the vertical axis indicates the contact resistance (Ωmm) between the ohmic electrode and the semiconductor layer.

ここで、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚は、オーミック電極を形成する前の積層体を構成している際の膜厚を示している。そして、この積層体に熱処理を施すことにより、積層体を構成する各膜の原子が相互拡散し、これによって、オーミック電極が形成される。このとき、図15に示すコンタクト抵抗は、このオーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を示している。このコンタクト抵抗は、通常のTLM法(Transmission Line Method)を使用して測定したものである。   Here, the film thickness of the first molybdenum (Mo) film indicates the film thickness when the stacked body is formed before the ohmic electrode is formed. Then, by applying a heat treatment to the laminate, the atoms of each film constituting the laminate are mutually diffused, whereby an ohmic electrode is formed. At this time, the contact resistance shown in FIG. 15 indicates the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer. This contact resistance is measured using a normal TLM method (Transmission Line Method).

図15に示すように、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が0nmから2nmの間では、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が0.3Ωmmから0.2Ωmmに低減していることがわかる。第1モリブデン(Mo)膜厚が2nm以上7nm以下では、コンタクト抵抗が低い領域となっている。その後は、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚の増加とともに、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が増加していることがわかる。特に、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が10nmを超えると、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が大幅に増加することがわかる。   As shown in FIG. 15, when the thickness of the first molybdenum (Mo) film is between 0 nm and 2 nm, the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer is reduced from 0.3 Ωmm to 0.2 Ωmm. I understand. When the first molybdenum (Mo) film thickness is 2 nm or more and 7 nm or less, the contact resistance is low. Thereafter, it can be seen that the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer increases as the thickness of the first molybdenum (Mo) film increases. In particular, it can be seen that when the thickness of the first molybdenum (Mo) film exceeds 10 nm, the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer significantly increases.

このような挙動を示すメカニズムは、以下に示すようなものと考えることができる。すなわち、まず、第1モリブデン(Mo)膜が形成されていない場合、アルミニウム(Al)膜と半導体層との間の密着性が悪いことから、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗は大きくなってしまうと考えられる。そして、第1モリブデン(Mo)膜が形成されると、アルミニウム(Al)膜と半導体層との間の密着性が改善して、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が小さくなる。この現象が、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が0nmから2nmの間で生じているものと考えられる。その後、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚の増加とともに、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が増加している。この現象は、以下のように考えることができる。すなわち、積層体に加熱処理を施してオーミック電極を形成する場合、積層体を構成する各層から原子が相互拡散する。このとき、例えば、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が小さい場合、アルミニウム(Al)膜から、オーミック電極と半導体層との界面に拡散するアルミニウム原子の原子%が、オーミック電極と半導体層との界面に存在するモリブデン原子の原子%よりも大きくなる場合が多いと考えられる。この場合、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、半導体層とオーミック電極との接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができると考えられる。   The mechanism showing such behavior can be considered as follows. That is, first, when the first molybdenum (Mo) film is not formed, since the adhesion between the aluminum (Al) film and the semiconductor layer is poor, the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer is large. It is thought that it will become. When the first molybdenum (Mo) film is formed, the adhesion between the aluminum (Al) film and the semiconductor layer is improved, and the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer is reduced. This phenomenon is considered to occur when the thickness of the first molybdenum (Mo) film is between 0 nm and 2 nm. Thereafter, as the film thickness of the first molybdenum (Mo) film increases, the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer increases. This phenomenon can be considered as follows. That is, when the laminated body is subjected to heat treatment to form an ohmic electrode, atoms are interdiffused from each layer constituting the laminated body. At this time, for example, when the film thickness of the first molybdenum (Mo) film is small, atomic% of aluminum atoms diffusing from the aluminum (Al) film to the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer is reduced between the ohmic electrode and the semiconductor layer. In many cases, it is considered that the atomic percentage is larger than atomic% of molybdenum atoms existing at the interface. In this case, as a result of increasing the influence of contact with aluminum atoms, it is considered that the contact between the semiconductor layer and the ohmic electrode becomes ohmic contact, and the contact resistance can be reduced.

一方、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が厚くなりすぎると、積層体を構成する各層から原子が相互拡散した場合であっても、オーミック電極と半導体層との界面において、アルミニウム原子の原子%が、モリブデン原子の原子%よりも少なくなってしまう場合が多くなるものと考えられる。この場合には、半導体層とオーミック電極との接触が、ショットキー接触を構成するモリブデンとの接触の影響を大きく受けることとなり、コンタクト抵抗の増加が起こると考えられるのである。   On the other hand, if the film thickness of the first molybdenum (Mo) film becomes too thick, even if atoms are diffused from each layer constituting the stacked body, atoms of aluminum atoms are formed at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer. % Is likely to be less than the atomic% of molybdenum atoms. In this case, the contact between the semiconductor layer and the ohmic electrode is greatly affected by the contact with molybdenum constituting the Schottky contact, and it is considered that the contact resistance increases.

特に、図15からは、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が0nm以上10nm以下であれば、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を小さくできると考えられる。具体的に、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が0nm以上10nm以下であれば、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を0.4Ωmm以下にすることができる。この場合、アルミニウム(Al)膜から、オーミック電極と半導体層との界面に拡散するアルミニウム原子の原子%が、半導体層の表面に存在するモリブデン原子の原子%よりも大きくなっている場合が多いものと推察される。   In particular, from FIG. 15, it is considered that the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer can be reduced if the thickness of the first molybdenum (Mo) film is 0 nm or more and 10 nm or less. Specifically, when the thickness of the first molybdenum (Mo) film is 0 nm or more and 10 nm or less, the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer can be 0.4 Ωmm or less. In this case, the atomic% of aluminum atoms diffusing from the aluminum (Al) film to the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer is often larger than the atomic% of molybdenum atoms existing on the surface of the semiconductor layer. It is guessed.

次に、図16は、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚と、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ(RMS)との関係を示すグラフである。図16において、横軸は、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚(nm)を示しており、縦軸は、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ(μm)を示している。   FIG. 16 is a graph showing the relationship between the film thickness of the first molybdenum (Mo) film and the surface roughness (RMS) at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer. In FIG. 16, the horizontal axis indicates the film thickness (nm) of the first molybdenum (Mo) film, and the vertical axis indicates the surface roughness (μm) at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer.

ここで、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚は、オーミック電極を形成する前の積層体を構成している際の膜厚を示している。そして、この積層体に熱処理を施すことにより、積層体を構成する各膜の原子が相互拡散し、これによって、オーミック電極が形成される。このとき、図16に示す表面粗さは、このオーミック電極と半導体層との界面における表面粗さを示している。つまり、本実施の形態1では、表面モホロジーの指標として、表面粗さを使用している。この表面粗さは、例えば、表面粗さ計、レーザ顕微鏡、あるいは、原子間力顕微鏡などを使用することにより評価される。図16では、レーザ顕微鏡を使用して表面粗さを評価した結果が示されている。   Here, the film thickness of the first molybdenum (Mo) film indicates the film thickness when the stacked body is formed before the ohmic electrode is formed. Then, by applying a heat treatment to the laminate, the atoms of each film constituting the laminate are mutually diffused, whereby an ohmic electrode is formed. At this time, the surface roughness shown in FIG. 16 indicates the surface roughness at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer. That is, in the first embodiment, surface roughness is used as an index of surface morphology. This surface roughness is evaluated by using, for example, a surface roughness meter, a laser microscope, an atomic force microscope, or the like. In FIG. 16, the result of having evaluated surface roughness using the laser microscope is shown.

図16に示すように、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が0nmの場合(半導体層にアルミニウム(Al)膜が直接接触している場合)、表面粗さは0.3μmである。これに対し、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が2nm以上の場合、表面粗さは0.1μmよりも小さくなる。したがって、図16から明らかなように、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が0nmの場合(半導体層にアルミニウム(Al)膜が直接接触している場合)は、表面粗さが極端に悪化するが、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が2nm以上あれば、表面粗さを充分に改善できることを示している。これは、第1モリブデン(Mo)膜が、アルミニウム(Al)膜と半導体層との間の密着性改善に寄与しており、加熱処理によるアルミニウム(Al)膜のボールアップ現象を抑制する方向に作用していると考えられるからである。言い換えれば、第1モリブデン(Mo)膜が形成されていない場合には、アルミニウム(Al)膜と半導体層との密着性が悪化することから、加熱処理によるアルミニウム(Al)膜のボールアップ現象が顕著に発生し、これによって、表面粗さの大幅な悪化が引き起こされるためであると考えられる。   As shown in FIG. 16, when the thickness of the first molybdenum (Mo) film is 0 nm (when the aluminum (Al) film is in direct contact with the semiconductor layer), the surface roughness is 0.3 μm. On the other hand, when the film thickness of the first molybdenum (Mo) film is 2 nm or more, the surface roughness is smaller than 0.1 μm. Therefore, as apparent from FIG. 16, when the thickness of the first molybdenum (Mo) film is 0 nm (when the aluminum (Al) film is in direct contact with the semiconductor layer), the surface roughness is extremely deteriorated. However, it is shown that if the thickness of the first molybdenum (Mo) film is 2 nm or more, the surface roughness can be sufficiently improved. This is because the first molybdenum (Mo) film contributes to improving the adhesion between the aluminum (Al) film and the semiconductor layer, and suppresses the ball-up phenomenon of the aluminum (Al) film due to the heat treatment. It is because it is thought that it is acting. In other words, when the first molybdenum (Mo) film is not formed, the adhesion between the aluminum (Al) film and the semiconductor layer deteriorates. It is considered that this occurs remarkably, which causes a significant deterioration of the surface roughness.

以上のことから、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を小さくする観点からは、図15に示すように、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が0nm以上10nm以下であることが望ましい。一方、オーミック電極と半導体層との界面における表面モホロジー(表面粗さ)を改善する観点からは、図16に示すように、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が2nm以上であれば問題ない。したがって、図15および図16を考慮して、本実施の形態1では、アルミニウム(Al)膜と半導体層との間に挿入されている第1モリブデン(Mo)膜の膜厚をXnmとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たすように積層体を構成している。本実施の形態1では、このように構成された積層体を、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極を、半導体層上に形成することができる。   From the above, from the viewpoint of reducing the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer, the thickness of the first molybdenum (Mo) film is preferably 0 nm or more and 10 nm or less as shown in FIG. . On the other hand, from the viewpoint of improving the surface morphology (surface roughness) at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer, there is no problem if the thickness of the first molybdenum (Mo) film is 2 nm or more as shown in FIG. . Therefore, in consideration of FIGS. 15 and 16, in the first embodiment, the thickness of the first molybdenum (Mo) film inserted between the aluminum (Al) film and the semiconductor layer is set to X nm. The laminated body is configured to satisfy the relationship of 2 nm ≦ X ≦ 10 nm. In the first embodiment, an ohmic electrode that achieves both improvement in surface morphology and reduction in contact resistance by heat-treating the laminated body thus configured at a high temperature of, for example, 650 ° C. to 850 ° C. Can be formed on the layer.

なお、図15から分かるように、2nm≦X≦7nmとすれば、コンタクト抵抗は0.2Ωmm程度となり、非常にコンタクト抵抗の低いオーミック電極を形成することができる。   As can be seen from FIG. 15, when 2 nm ≦ X ≦ 7 nm, the contact resistance is about 0.2 Ωmm, and an ohmic electrode having a very low contact resistance can be formed.

<本実施の形態1におけるオーミック電極の製造方法>
続いて、本実施の形態1におけるオーミック電極の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図17に示すように、基板1Sを用意する。この基板1Sは、例えば、サファイア基板、SiC(炭化シリコン)基板、あるいは、シリコン(Si)基板から構成される。そして、この基板1S上に、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD法:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を使用することにより、エピタキシャル層であるバッファ層BUFを形成する。バッファ層BUFは、例えば、基板を構成する結晶格子と、バッファ層BUF上に形成されるGaN層を構成する結晶格子との不整合を緩和する目的で形成される。その後、バッファ層BUF上に、例えば、MOCVD法を使用することにより、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるGaN層GNLを形成し、このGaN層GNL上に、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるAlGaN層AGNLを形成する。
<Method for Producing Ohmic Electrode in First Embodiment>
Next, a method for manufacturing the ohmic electrode in the first embodiment will be described with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 17, a substrate 1S is prepared. The substrate 1S is composed of, for example, a sapphire substrate, a SiC (silicon carbide) substrate, or a silicon (Si) substrate. Then, the buffer layer BUF, which is an epitaxial layer, is formed on the substrate 1S by using, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. The buffer layer BUF is formed, for example, for the purpose of relaxing mismatch between the crystal lattice constituting the substrate and the crystal lattice constituting the GaN layer formed on the buffer layer BUF. Thereafter, a GaN layer GNL, which is a non-doped epitaxial layer to which no conductive impurities are added, is formed on the buffer layer BUF, for example, by using MOCVD, and the conductive impurities are formed on the GaN layer GNL. An AlGaN layer AGNL which is a non-doped epitaxial layer not added is formed.

なお、以上の説明では、基板1Sを窒化物半導体基板から構成する例を示さなかったが、基板1SはGaNやAlGaN等の窒化物半導体基板でもかまわない。この場合、基板1SはGaNと格子整合しているため、バッファ層BUFを薄く、または、無くすこともできる。   In the above description, an example in which the substrate 1S is composed of a nitride semiconductor substrate has not been shown, but the substrate 1S may be a nitride semiconductor substrate such as GaN or AlGaN. In this case, since the substrate 1S is lattice-matched with GaN, the buffer layer BUF can be thin or eliminated.

次に、図18に示すように、AlGaN層AGNL上にレジスト膜FR1を形成した後、このレジスト膜FR1に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR1をパターニングする。レジスト膜FR1のパターニングは、オーミック電極形成領域に開口部OP1が形成されるように行なわれる。   Next, as shown in FIG. 18, after a resist film FR1 is formed on the AlGaN layer AGNL, the resist film FR1 is subjected to exposure / development processing to pattern the resist film FR1. The patterning of the resist film FR1 is performed so that the opening OP1 is formed in the ohmic electrode formation region.

そして、図19に示すように、例えば、電子線蒸着法などを使用することにより、パターニングしたレジスト膜FR1を形成した基板1S(AlGaN層AGNL)上に積層膜を形成する。具体的に、積層膜は、第1モリブデン(Mo)膜MF1と、この第1モリブデン(Mo)膜MF1上に形成されたアルミニウム(Al)膜ALFと、このアルミニウム(Al)膜ALF上に形成された第2モリブデン(Mo)膜MF2と、この第2モリブデン(Mo)膜MF2上に形成された金(Au)膜AUFから構成される。具体的に、図19に示すように、この積層膜がレジスト膜FR1に形成された開口部OP1内およびレジスト膜FR1上に形成される。このとき、本実施の形態1では、アルミニウム(Al)膜ALFとAlGaN層AGNLとの間に挿入されている第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚をXnmとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たすように積層膜を構成している。そして、例えば、第1モリブデン(Mo)膜MF1以外の膜(アルミニウム(Al)膜ALF、第2モリブデン(Mo)膜MF2、金(Au)膜AUF)の膜厚は、特に、それぞれの膜の有する機能が発揮される範囲内であれば、特に限定されるものではない。例えば、一例として、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚が70nmであり、第2モリブデン(Mo)膜MF2の膜厚が30nmであり、さらに、金(Au)膜AUFの膜厚が50nmとなっている。   Then, as shown in FIG. 19, a stacked film is formed on the substrate 1S (AlGaN layer AGNL) on which the patterned resist film FR1 is formed, for example, by using an electron beam evaporation method or the like. Specifically, the laminated film is formed on the first molybdenum (Mo) film MF1, the aluminum (Al) film ALF formed on the first molybdenum (Mo) film MF1, and the aluminum (Al) film ALF. The second molybdenum (Mo) film MF2 formed and the gold (Au) film AUF formed on the second molybdenum (Mo) film MF2. Specifically, as shown in FIG. 19, this laminated film is formed in the opening OP1 formed in the resist film FR1 and on the resist film FR1. At this time, in the first embodiment, when the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the aluminum (Al) film ALF and the AlGaN layer AGNL is X nm, 2 nm ≦ X ≦ 10 nm The laminated film is configured to satisfy this relationship. For example, the film thicknesses of the films other than the first molybdenum (Mo) film MF1 (aluminum (Al) film ALF, second molybdenum (Mo) film MF2, gold (Au) film AUF)) are not particularly limited. If it is in the range where the function which it has is demonstrated, it will not specifically limit. For example, as an example, the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is 70 nm, the film thickness of the second molybdenum (Mo) film MF2 is 30 nm, and the film thickness of the gold (Au) film AUF is 50 nm. ing.

続いて、図20に示すように、レジスト膜FR1を除去する。レジスト膜FR1を除去する際、レジスト膜FR1上に形成されている積層膜もリフトオフによって除去される。したがって、レジスト膜FR1を除去した後は、レジスト膜FR1の開口部OP1に形成されていた積層膜だけが残存し、これによって、オーミック電極形成領域に、積層膜からなる積層体LABを形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 20, the resist film FR1 is removed. When the resist film FR1 is removed, the laminated film formed on the resist film FR1 is also removed by lift-off. Therefore, after removing the resist film FR1, only the laminated film formed in the opening OP1 of the resist film FR1 remains, thereby forming the laminated body LAB made of the laminated film in the ohmic electrode formation region. Can do.

その後、図21に示すように、例えば、窒素雰囲気中で、かつ、650℃〜850℃の温度で、1分〜10分間の加熱処理を、積層体LABを形成した基板1Sに対して実施する。この加熱処理は、例えば、RTA(Rapid Thermal Anneal)や熱処理炉によるファーネスアニールによって実施することができる。なお、上述した熱処理は、650℃〜850℃の温度範囲で実施されるが、望ましくは、700℃〜800℃の温度範囲で実施する。低い温度では、表面モホロジーは良くなるのに対し、コンタクト抵抗は増加する傾向にある一方、高い温度では、表面モホロジーは悪化するのに対し、コンタクト抵抗は低下する傾向がある。このため、上述した加熱処理の温度は、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減のバランスを考慮して決定される。例えば、表面モホロジーの改善を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的低温領域で実施されるのに対し、コンタクト抵抗の低減を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的高温領域で実施することが考えられる。   Thereafter, as shown in FIG. 21, for example, heat treatment is performed for 1 minute to 10 minutes on the substrate 1S on which the stacked body LAB is formed in a nitrogen atmosphere and at a temperature of 650 ° C. to 850 ° C. . This heat treatment can be performed, for example, by RTA (Rapid Thermal Anneal) or furnace annealing using a heat treatment furnace. In addition, although the heat processing mentioned above is implemented in the temperature range of 650 degreeC-850 degreeC, desirably, it implements in the temperature range of 700 degreeC-800 degreeC. At low temperatures, the surface morphology improves, while the contact resistance tends to increase, while at higher temperatures, the surface morphology tends to deteriorate while the contact resistance tends to decrease. For this reason, the temperature of the heat treatment described above is determined in consideration of the balance between the improvement of the surface morphology and the reduction of the contact resistance. For example, when priority is given to improving the surface morphology, it is performed in a relatively low temperature region of the above-mentioned temperature range, whereas when priority is given to reducing contact resistance, it is relatively low of the above-mentioned temperature range. It is conceivable to carry out in a high temperature region.

以上のような加熱処理を施すことにより、積層体LABを構成する各膜を構成するアルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)および金(Au)が相互拡散して、図22に示すオーミック電極OEが形成される。このとき、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面において、本実施の形態1では、第1モリブデン(Mo)膜の膜厚が小さいため、アルミニウム(Al)膜から、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子%が、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に存在するモリブデン原子の原子%よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。つまり、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面での平均のアルミニウム原子の量(原子%)は、平均のモリブデン原子の量(原子%)よりも大きくなっている。このとき、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、AlGaN層AGNLとオーミック電極OEとの接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができる。すなわち、本実施の形態1では、アルミニウム(Al)膜とAlGaN層AGNLとの間に挿入されている第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚をXnmとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たすように積層体LABを構成している。そして、本実施の形態1では、このように構成された積層体LABを、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極OEを、AlGaN層AGNL上に形成することができる。   By performing the heat treatment as described above, aluminum (Al), molybdenum (Mo), and gold (Au) constituting each film constituting the laminated body LAB are interdiffused, and the ohmic electrode OE shown in FIG. It is formed. At this time, in the first embodiment, since the film thickness of the first molybdenum (Mo) film is small at the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL, the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL are formed from the aluminum (Al) film. It is considered that the atomic percent of aluminum atoms diffusing at the interface with the GaN layer is often larger than the atomic percent of molybdenum atoms existing at the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL. That is, the average amount (atomic%) of aluminum atoms at the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL is larger than the average amount (atomic%) of molybdenum atoms. At this time, as a result of increasing the influence of the contact with the aluminum atoms, the contact between the AlGaN layer AGNL and the ohmic electrode OE becomes an ohmic contact, and the contact resistance can be reduced. That is, in the first embodiment, when the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the aluminum (Al) film and the AlGaN layer AGNL is X nm, the relationship of 2 nm ≦ X ≦ 10 nm. The laminate LAB is configured to satisfy the above. And in this Embodiment 1, the laminated body LAB comprised in this way is heat-processed by high temperature of 650 degreeC-850 degreeC, for example, and the ohmic electrode which made the improvement of surface morphology and reduction of contact resistance compatible, for example OE can be formed on the AlGaN layer AGNL.

(実施の形態2)
前記実施の形態1では、半導体層とアルミニウム(Al)膜との間に挿入された第1モリブデン(Mo)膜の膜厚に着目して、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極OEを半導体層上に形成する技術的思想について説明した。本実施の形態2では、積層体を構成するアルミニウム(Al)膜の膜厚と、金(Au)膜の膜厚との関係に着目して、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極OEを半導体層上に形成する技術的思想について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, focusing on the film thickness of the first molybdenum (Mo) film inserted between the semiconductor layer and the aluminum (Al) film, both improvement in surface morphology and reduction in contact resistance are achieved. The technical idea of forming the ohmic electrode OE on the semiconductor layer has been described. In the second embodiment, focusing on the relationship between the thickness of the aluminum (Al) film and the thickness of the gold (Au) film constituting the laminate, both improvement of surface morphology and reduction of contact resistance are achieved. A technical idea of forming the ohmic electrode OE formed on the semiconductor layer will be described.

<本実施の形態2における特徴>
図23に示すように、本実施の形態2における積層体LABは、GaN層GNL上に形成されたAlGaN層AGNL上に形成されている。この積層体LABは、まず、AlGaN層AGNL上に形成された第1モリブデン(Mo)膜MF1と、第1モリブデン(Mo)膜MF1上に形成されたアルミニウム(Al)膜ALFと、アルミニウム(Al)膜ALF上に形成された第2モリブデン(Mo)膜MF2と、第2モリブデン(Mo)膜MF2上に形成された金(Au)膜AUFから構成されている。
<Characteristics in Embodiment 2>
As shown in FIG. 23, the stacked body LAB in the second embodiment is formed on the AlGaN layer AGNL formed on the GaN layer GNL. The stacked body LAB includes a first molybdenum (Mo) film MF1 formed on the AlGaN layer AGNL, an aluminum (Al) film ALF formed on the first molybdenum (Mo) film MF1, and an aluminum (Al ) A second molybdenum (Mo) film MF2 formed on the film ALF and a gold (Au) film AUF formed on the second molybdenum (Mo) film MF2.

ここで、本実施の形態2の特徴は、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚をY(nm)とし、金(Au)膜AUFの膜厚をZ(nm)とした場合、Y≦Z≦2Yの関係が満たされている点にある。つまり、本実施の形態2では、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立するためには、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚と金(Au)膜AUFの膜厚との間に一定の相関関係を満たす必要があるという知見を見出し、この知見を具現化したものが本実施の形態2における技術的思想である。本実施の形態2では、このように構成された積層体LABを、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極をAlGaN層AGNL上に形成することができる。   Here, the feature of the second embodiment is that when the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is Y (nm) and the film thickness of the gold (Au) film AUF is Z (nm), Y ≦ Z ≦ The 2Y relationship is satisfied. In other words, in the second embodiment, in order to achieve both improvement in surface morphology and reduction in contact resistance, a constant is provided between the film thickness of the aluminum (Al) film ALF and the film thickness of the gold (Au) film AUF. The technical idea in the second embodiment is that the knowledge that it is necessary to satisfy this correlation is found and the knowledge is embodied. In the second embodiment, the laminated body LAB configured in this manner is subjected to heat treatment at a high temperature of, for example, 650 ° C. to 850 ° C., thereby forming an ohmic electrode that achieves both improved surface morphology and reduced contact resistance. It can be formed on the layer AGNL.

ここで、例えば、本実施の形態2では、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚と金(Au)膜AUFの膜厚は、上述した相関関係の範囲内であればよく、さらに、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚や第2モリブデン(Mo)膜MF2の膜厚も、特に、それぞれの膜の有する機能が発揮される範囲内であれば、特に限定されるものではない。例えば、一例として、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚を7nm、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚を50nm〜75nm、第2モリブデン(Mo)膜MF2の膜厚を30nm〜50nm、金(Au)膜AUFの膜厚を75nm〜150nmとすることができる。   Here, for example, in the second embodiment, the film thickness of the aluminum (Al) film ALF and the film thickness of the gold (Au) film AUF may be within the above-described correlation range, and further, the first molybdenum. The thickness of the (Mo) film MF1 and the thickness of the second molybdenum (Mo) film MF2 are not particularly limited as long as the functions of the respective films are exhibited. For example, as an example, the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 is 7 nm, the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is 50 nm to 75 nm, the film thickness of the second molybdenum (Mo) film MF2 is 30 nm to 50 nm, gold The film thickness of the (Au) film AUF can be 75 nm to 150 nm.

なお、図23では、AlGaN層AGNL上に積層体LABを形成する例について説明しているが、例えば、図24に示すように、n型GaN層nGNL上に積層体LABを形成する場合にも、本実施の形態2における技術的思想を適用することができる。具体的には、n型GaN層nGNL上に形成された積層体LABにおいて、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚をY(nm)とし、金(Au)膜AUFの膜厚をZ(nm)とした場合、Y≦Z≦2Yの関係が満たされているように構成する。そして、この積層体LABを、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極をn型GaN層nGNL上に形成することができる。   FIG. 23 illustrates an example in which the stacked body LAB is formed on the AlGaN layer AGNL. However, for example, as illustrated in FIG. 24, the stacked body LAB may be formed on the n-type GaN layer nGNL. The technical idea in the second embodiment can be applied. Specifically, in the stacked body LAB formed on the n-type GaN layer nGNL, the thickness of the aluminum (Al) film ALF is Y (nm) and the thickness of the gold (Au) film AUF is Z (nm). In this case, it is configured so that the relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y is satisfied. Then, the laminated body LAB is heat-treated at a high temperature of, for example, 650 ° C. to 850 ° C. to form an ohmic electrode on the n-type GaN layer nGNL that achieves both improved surface morphology and reduced contact resistance. it can.

このように本実施の形態2では、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚をY(nm)とし、金(Au)膜AUFの膜厚をZ(nm)とした場合、Y≦Z≦2Yの関係が満たされている点に特徴があるが、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚と、金(Au)膜AUFの膜厚との間に上述した相関関係を導入した定性的な理由について説明する。   Thus, in the second embodiment, when the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is Y (nm) and the film thickness of the gold (Au) film AUF is Z (nm), Y ≦ Z ≦ 2Y There is a feature in that the relationship is satisfied, but the qualitative reason for introducing the above-described correlation between the film thickness of the aluminum (Al) film ALF and the film thickness of the gold (Au) film AUF will be described. To do.

例えば、金(Au)膜AUFの膜厚に対して、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚が充分大きくなる場合、アルミニウム(Al)が金(Au)に対して過剰に存在することになる。この場合、積層体を加熱処理する際、過剰に存在するアルミニウム(Al)がモリブデン(Mo)や金(Au)と局所的な合金反応を起こす。この結果、局所的に表面モホロジーが悪化してしまうのである。つまり、アルミニウム(Ai)が金(Au)に対して過剰に存在する場合、過剰に存在するアルミニウム(Al)が、モリブデン(Mo)や金(Au)との間で余計な合金反応を起こして、表面モホロジーが悪化するのである。このため、表面モホロジーの改善を図る観点から、アルミニウム(Al)の量は、金(Au)よりも過剰に存在しないことが望ましく、この観点から、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚を金(Au)膜AUFの膜厚以下にする必要があるのである。   For example, when the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is sufficiently larger than the film thickness of the gold (Au) film AUF, aluminum (Al) is excessively present relative to the gold (Au). In this case, when the laminated body is heat-treated, excess aluminum (Al) causes a local alloy reaction with molybdenum (Mo) or gold (Au). As a result, the surface morphology is locally deteriorated. That is, when aluminum (Ai) is excessively present relative to gold (Au), excessive aluminum (Al) causes an extra alloy reaction with molybdenum (Mo) or gold (Au). The surface morphology is deteriorated. For this reason, from the viewpoint of improving the surface morphology, it is desirable that the amount of aluminum (Al) does not exist in excess of gold (Au). From this viewpoint, the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is set to gold ( It is necessary to make the film thickness of the Au) film AUF or less.

一方、例えば、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚に対して、金(Au)膜AUFの膜厚が充分に大きくなる場合、金(Au)がアルミニウム(Al)に対して過剰に存在することになる。この場合、積層体を加熱処理する際、過剰に存在する金(Au)が拡散し、積層体と半導体層との界面にまで達する。このとき、積層体と半導体層との界面にまで達する金(Au)が多くなると、積層体と半導体層との界面に拡散するアルミニウム(Al)の原子%よりも、積層体と半導体層との界面にまで達する金(Au)の原子%が多くなる場合が発生すると考えられる。このとき、積層体と半導体層との界面に拡散するアルミニウム(Al)は、半導体層との間でオーミック接触を形成するのに対し、積層体と半導体層との界面に拡散する金(Au)は、半導体層との間でショットキー接触を形成する。このため、積層体と半導体層との界面にまで達する金(Au)の原子%が多くなると、半導体層とオーミック電極との接触が、ショットキー接触を構成する金(Au)との接触の影響を大きく受けることとなり、コンタクト抵抗の増加が起こると考えられるのである。したがって、オーミック電極のコンタクト抵抗の低減を図る観点からは、金(Au)がアルミニウム(Al)に対して過剰に存在することは望ましくなく、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚に対して、金(Au)膜AUFの膜厚があまり大きくならないようにする必要がある。このことから、本実施の形態2では、金(Au)膜AUFの膜厚をアルミニウム(Al)膜ALFの膜厚よりも充分に厚くすることは避けるべき知見が得られる。   On the other hand, for example, when the film thickness of the gold (Au) film AUF is sufficiently larger than the film thickness of the aluminum (Al) film ALF, the gold (Au) is excessively present with respect to the aluminum (Al). become. In this case, when the laminated body is heat-treated, excessive gold (Au) diffuses and reaches the interface between the laminated body and the semiconductor layer. At this time, when the amount of gold (Au) reaching the interface between the stacked body and the semiconductor layer increases, the atomic% of aluminum (Al) that diffuses into the interface between the stacked body and the semiconductor layer is larger than the atomic% of the stacked body and the semiconductor layer. It is considered that there are cases where the atomic percentage of gold (Au) reaching the interface increases. At this time, aluminum (Al) that diffuses at the interface between the stacked body and the semiconductor layer forms an ohmic contact with the semiconductor layer, whereas gold (Au) that diffuses at the interface between the stacked body and the semiconductor layer. Forms a Schottky contact with the semiconductor layer. For this reason, when the atomic% of gold (Au) reaching the interface between the stacked body and the semiconductor layer increases, the contact between the semiconductor layer and the ohmic electrode is affected by the contact with the gold (Au) constituting the Schottky contact. Therefore, it is considered that the contact resistance increases. Therefore, from the viewpoint of reducing the contact resistance of the ohmic electrode, it is not desirable that gold (Au) is excessively present with respect to aluminum (Al). It is necessary to prevent the film thickness of the (Au) film AUF from becoming too large. From this, in the second embodiment, it is found that it is necessary to avoid making the thickness of the gold (Au) film AUF sufficiently larger than the thickness of the aluminum (Al) film ALF.

以上のことから、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極を得るためには、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚と金(Au)膜AUFの膜厚とを適切な比率に設定する必要があることがわかる。   From the above, in order to obtain an ohmic electrode that achieves both improved surface morphology and reduced contact resistance, an appropriate ratio between the thickness of the aluminum (Al) film ALF and the thickness of the gold (Au) film AUF is obtained. It turns out that it is necessary to set to.

続いて、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚と、金(Au)膜AUFの膜厚との間に上述した相関関係を導入した理由を定量的な観点から説明する。   Next, the reason why the above-described correlation is introduced between the film thickness of the aluminum (Al) film ALF and the film thickness of the gold (Au) film AUF will be described from a quantitative viewpoint.

図25は、アルミニウム(Al)膜と金(Au)膜との膜厚比(以下、Au/Al膜厚比という)(Auの膜厚/Alの膜厚)と、オーミック電極と半導体層(以下、AlGaN層やn型GaN層を半導体層と総称して言うことにする)とのコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。図25において、横軸は、Au/Al膜厚比を示しており、縦軸は、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗(Ωmm)を示している。   FIG. 25 shows a film thickness ratio between an aluminum (Al) film and a gold (Au) film (hereinafter referred to as an Au / Al film thickness ratio) (Au film thickness / Al film thickness), an ohmic electrode and a semiconductor layer ( In the following, the relationship between the contact resistance and the AlGaN layer and the n-type GaN layer will be collectively referred to as a semiconductor layer. In FIG. 25, the horizontal axis represents the Au / Al film thickness ratio, and the vertical axis represents the contact resistance (Ωmm) between the ohmic electrode and the semiconductor layer.

ここで、Au/Al膜厚比は、オーミック電極を形成する前の積層体を構成している際の膜厚比を示している。そして、この積層体に熱処理を施すことにより、積層体を構成する各膜の原子が相互拡散し、これによって、オーミック電極が形成される。このとき、図25に示すコンタクト抵抗は、このオーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を示している。このコンタクト抵抗は、通常のTLM法(Transmission Line Method)を使用して測定したものである。   Here, the Au / Al film thickness ratio indicates the film thickness ratio when the laminated body is formed before the ohmic electrode is formed. Then, by applying a heat treatment to the laminate, the atoms of each film constituting the laminate are mutually diffused, whereby an ohmic electrode is formed. At this time, the contact resistance shown in FIG. 25 indicates the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer. This contact resistance is measured using a normal TLM method (Transmission Line Method).

図25に示すように、Au/Al膜厚比が0.5〜2.0の範囲においては、コンタクト抵抗が0.3Ωmm以下となっており、充分にコンタクト抵抗を低減できることがわかる。ところが、Au/Al膜厚比が2.0を超えると、急激にコンタクト抵抗が上昇していることがわかる。これは、以下に示す理由が考えられる。すなわち、Au/Al膜厚比が2.0を超えるということは、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚に対して、金(Au)膜AUFの膜厚が充分に大きくなることを意味し、これにより、金(Au)がアルミニウム(Al)に対して過剰に存在することになる。この場合、積層体を加熱処理する際、過剰に存在する金(Au)が拡散し、積層体と半導体層との界面にまで達する。このとき、積層体と半導体層との界面にまで達する金(Au)が多くなると、積層体と半導体層との界面に拡散するアルミニウム(Al)の原子%よりも、積層体と半導体層との界面にまで達する金(Au)の原子%が多くなる場合が発生すると考えられる。このため、積層体と半導体層との界面にまで達する金(Au)の原子%が多くなると、半導体層とオーミック電極との接触が、ショットキー接触を構成する金(Au)との接触の影響を大きく受けることとなり、コンタクト抵抗の急激な増加が起こると考えられるのである。このことから、オーミック電極のコンタクト抵抗を低減する観点から、Au/Al膜厚比は、0.5〜2.0の範囲内にあることが望ましいことがわかる。   As shown in FIG. 25, it can be seen that when the Au / Al film thickness ratio is in the range of 0.5 to 2.0, the contact resistance is 0.3 Ωmm or less, and the contact resistance can be sufficiently reduced. However, it can be seen that when the Au / Al film thickness ratio exceeds 2.0, the contact resistance rapidly increases. The reason for this is considered as follows. That is, the Au / Al film thickness ratio exceeding 2.0 means that the film thickness of the gold (Au) film AUF is sufficiently larger than the film thickness of the aluminum (Al) film ALF. Thereby, gold (Au) exists excessively with respect to aluminum (Al). In this case, when the laminated body is heat-treated, excessive gold (Au) diffuses and reaches the interface between the laminated body and the semiconductor layer. At this time, when the amount of gold (Au) reaching the interface between the stacked body and the semiconductor layer increases, the atomic% of aluminum (Al) that diffuses into the interface between the stacked body and the semiconductor layer is larger than the atomic% of the stacked body and the semiconductor layer. It is considered that there are cases where the atomic percentage of gold (Au) reaching the interface increases. For this reason, when the atomic% of gold (Au) reaching the interface between the stacked body and the semiconductor layer increases, the contact between the semiconductor layer and the ohmic electrode is affected by the contact with the gold (Au) constituting the Schottky contact. Therefore, it is considered that a sudden increase in contact resistance occurs. From this, it can be seen that the Au / Al film thickness ratio is desirably in the range of 0.5 to 2.0 from the viewpoint of reducing the contact resistance of the ohmic electrode.

次に、図26は、Au/Al膜厚比と、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ(RMS)との関係を示すグラフである。図26において、横軸は、Au/Al膜厚比を示しており、縦軸は、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ(μm)を示している。   Next, FIG. 26 is a graph showing the relationship between the Au / Al film thickness ratio and the surface roughness (RMS) at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer. In FIG. 26, the horizontal axis represents the Au / Al film thickness ratio, and the vertical axis represents the surface roughness (μm) at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer.

ここで、Au/Al膜厚比は、オーミック電極を形成する前の積層体を構成している際の膜厚を示している。そして、この積層体に熱処理を施すことにより、積層体を構成する各膜の原子が相互拡散し、これによって、オーミック電極が形成される。このとき、図26に示す表面粗さは、このオーミック電極と半導体層との界面における表面粗さを示している。つまり、本実施の形態2では、表面モホロジーの指標として、表面粗さを使用している。この表面粗さは、例えば、表面粗さ計、レーザ顕微鏡、あるいは、原子間力顕微鏡などを使用することにより評価される。図26では、レーザ顕微鏡を使用して表面粗さを評価した結果が示されている。   Here, the Au / Al film thickness ratio indicates the film thickness when the laminated body is formed before the ohmic electrode is formed. Then, by applying a heat treatment to the laminate, the atoms of each film constituting the laminate are mutually diffused, whereby an ohmic electrode is formed. At this time, the surface roughness shown in FIG. 26 indicates the surface roughness at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer. That is, in the second embodiment, surface roughness is used as an index of surface morphology. This surface roughness is evaluated by using, for example, a surface roughness meter, a laser microscope, an atomic force microscope, or the like. In FIG. 26, the result of having evaluated surface roughness using the laser microscope is shown.

図26に示すように、Au/Al膜厚比が1以上の範囲内においては、表面粗さが0.1μm以下となっており、充分に表面モホロジーを改善できることがわかる。ところが、Au/Al膜厚比が1よりも小さくなると、急激に表面粗さが大きくなることがわかる。つまり、図26には、Au/Al膜厚比が1よりも小さくなると、表面モホロジーが急激に悪化することが示されている。これは、以下に示す理由が考えられる。すなわち、Au/Al膜厚比が1よりも小さくなるということは、アルミニウム(Al)膜の膜厚が金(Au)膜の膜厚よりも充分大きくなることを意味し、これにより、アルミニウム(Al)が金(Au)に対して過剰に存在することになる。この場合、積層体を加熱処理する際、過剰に存在するアルミニウム(Al)がモリブデン(Mo)や金(Au)と局所的な合金反応を起こすと考えられ、これによって、局所的に表面モホロジーが悪化してしまうと考えられるのである。このことから、オーミック電極と半導体層の界面における表面モホロジーを改善する観点から、Au/Al膜厚比は、1以上の範囲内にあることが望ましいことがわかる。さらに好ましくは、Au/Al膜厚比は、1.3以上であることが望ましい。   As shown in FIG. 26, when the Au / Al film thickness ratio is in the range of 1 or more, the surface roughness is 0.1 μm or less, and it can be seen that the surface morphology can be sufficiently improved. However, it can be seen that when the Au / Al film thickness ratio is less than 1, the surface roughness increases rapidly. That is, FIG. 26 shows that when the Au / Al film thickness ratio is smaller than 1, the surface morphology is rapidly deteriorated. The reason for this is considered as follows. That is, the fact that the Au / Al film thickness ratio is smaller than 1 means that the film thickness of the aluminum (Al) film is sufficiently larger than the film thickness of the gold (Au) film. Al) is present in excess relative to gold (Au). In this case, when the laminated body is heat-treated, it is considered that excess aluminum (Al) causes a local alloy reaction with molybdenum (Mo) or gold (Au), and thereby the surface morphology is locally increased. It is thought that it will get worse. This shows that the Au / Al film thickness ratio is preferably in the range of 1 or more from the viewpoint of improving the surface morphology at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer. More preferably, the Au / Al film thickness ratio is 1.3 or more.

以上のことから、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を小さくする観点からは、図25に示すように、Au/Al膜厚比が0.5〜2の範囲内にあることが望ましい。一方、オーミック電極と半導体層との界面における表面モホロジー(表面粗さ)を改善する観点からは、図26に示すように、Au/Al膜厚比が1以上の範囲内にあることが望ましい。したがって、図25および図26を考慮して、本実施の形態2では、Au/Al膜厚比が1〜2の範囲内にあるように構成している。言い換えれば、アルミニウム(Al)膜の膜厚をY(nm)とし、金(Au)膜の膜厚をZ(nm)とした場合、Y≦Z≦2Yの関係を満たすように構成している。本実施の形態2では、このように構成された積層体を、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極を、半導体層上に形成することができる。図26からはAu/Al膜厚比が1.3以上であればさらに表面粗さを小さくできることから、金(Au)の膜厚Zは、1.3Y≦Z≦2Yであればさらに、表面を平坦にすることができ、好適である。   From the above, from the viewpoint of reducing the contact resistance between the ohmic electrode and the semiconductor layer, the Au / Al film thickness ratio is desirably in the range of 0.5 to 2, as shown in FIG. . On the other hand, from the viewpoint of improving the surface morphology (surface roughness) at the interface between the ohmic electrode and the semiconductor layer, the Au / Al film thickness ratio is preferably in the range of 1 or more, as shown in FIG. Therefore, in consideration of FIGS. 25 and 26, the second embodiment is configured such that the Au / Al film thickness ratio is in the range of 1-2. In other words, when the film thickness of the aluminum (Al) film is Y (nm) and the film thickness of the gold (Au) film is Z (nm), the relationship Y ≦ Z ≦ 2Y is satisfied. . In the second embodiment, the laminated body thus configured is heat-treated at a high temperature of, for example, 650 ° C. to 850 ° C., thereby forming an ohmic electrode that achieves both improved surface morphology and reduced contact resistance. Can be formed on the layer. From FIG. 26, since the surface roughness can be further reduced if the Au / Al film thickness ratio is 1.3 or more, the film thickness Z of gold (Au) further increases if the surface thickness is 1.3Y ≦ Z ≦ 2Y. Can be made flat, which is preferable.

<本実施の形態2におけるオーミック電極の製造方法>
続いて、本実施の形態2におけるオーミック電極の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図17に示す前記実施の形態1と同様に、基板1Sを用意する。この基板1Sは、例えば、サファイア基板、SiC(炭化シリコン)基板、シリコン(Si)基板、あるいは、GaN基板から構成される。そして、この基板1S上に、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD法:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を使用することにより、エピタキシャル層であるバッファ層BUFを形成する。バッファ層BUFは、例えば、基板を構成する結晶格子と、バッファ層BUF上に形成されるGaN層を構成する結晶格子との不整合を緩和する目的で形成される。その後、バッファ層BUF上に、例えば、MOCVD法を使用することにより、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるGaN層GNLを形成し、このGaN層GNL上に、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるAlGaN層AGNLを形成する。
<Method for Manufacturing Ohmic Electrode in Second Embodiment>
Next, a method for manufacturing an ohmic electrode in the second embodiment will be described with reference to the drawings. First, similarly to the first embodiment shown in FIG. 17, a substrate 1S is prepared. The substrate 1S is composed of, for example, a sapphire substrate, a SiC (silicon carbide) substrate, a silicon (Si) substrate, or a GaN substrate. Then, the buffer layer BUF, which is an epitaxial layer, is formed on the substrate 1S by using, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. The buffer layer BUF is formed, for example, for the purpose of relaxing mismatch between the crystal lattice constituting the substrate and the crystal lattice constituting the GaN layer formed on the buffer layer BUF. Thereafter, a GaN layer GNL, which is a non-doped epitaxial layer to which no conductive impurities are added, is formed on the buffer layer BUF, for example, by using MOCVD, and the conductive impurities are formed on the GaN layer GNL. An AlGaN layer AGNL which is a non-doped epitaxial layer not added is formed.

次に、図18に示す前記実施の形態1と同様に、AlGaN層AGNL上にレジスト膜FR1を形成した後、このレジスト膜FR1に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR1をパターニングする。レジスト膜FR1のパターニングは、オーミック電極形成領域に開口部OP1が形成されるように行なわれる。   Next, as in the first embodiment shown in FIG. 18, after forming a resist film FR1 on the AlGaN layer AGNL, the resist film FR1 is subjected to exposure / development treatment, thereby forming the resist film FR1. Pattern. The patterning of the resist film FR1 is performed so that the opening OP1 is formed in the ohmic electrode formation region.

そして、図27に示すように、例えば、電子線蒸着法などを使用することにより、パターニングしたレジスト膜FR1を形成した基板1S上に積層膜を形成する。具体的に、積層膜は、第1モリブデン(Mo)膜MF1と、この第1モリブデン(Mo)膜MF1上に形成されたアルミニウム(Al)膜ALFと、このアルミニウム(Al)膜ALF上に形成された第2モリブデン(Mo)膜MF2と、この第2モリブデン(Mo)膜MF2上に形成された金(Au)膜AUFから構成される。具体的に、図27に示すように、この積層膜がレジスト膜FR1に形成された開口部OP1内およびレジスト膜FR1上に形成される。このとき、本実施の形態2では、例えば、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚は7nmである。また、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚をY(nm)とし、金(Au)膜AUFの膜厚をZ(nm)とした場合、Y≦Z≦2Yの関係を満たすように、それぞれの膜厚が調整される。例えば、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚は75nmに設定され、金(Au)膜AUFの膜厚は120nmに設定される。さらに、第2モリブデン(Mo)膜MF2の膜厚については、特に範囲を設けないが、例えば、30nm〜50nmの範囲内で形成される。   Then, as shown in FIG. 27, for example, by using an electron beam evaporation method or the like, a laminated film is formed on the substrate 1S on which the patterned resist film FR1 is formed. Specifically, the laminated film is formed on the first molybdenum (Mo) film MF1, the aluminum (Al) film ALF formed on the first molybdenum (Mo) film MF1, and the aluminum (Al) film ALF. The second molybdenum (Mo) film MF2 formed and the gold (Au) film AUF formed on the second molybdenum (Mo) film MF2. Specifically, as shown in FIG. 27, this laminated film is formed in the opening OP1 formed in the resist film FR1 and on the resist film FR1. At this time, in the second embodiment, for example, the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 is 7 nm. In addition, when the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is Y (nm) and the film thickness of the gold (Au) film AUF is Z (nm), each satisfies the relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y. The film thickness is adjusted. For example, the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is set to 75 nm, and the film thickness of the gold (Au) film AUF is set to 120 nm. Further, the thickness of the second molybdenum (Mo) film MF2 is not particularly limited, but is formed within a range of 30 nm to 50 nm, for example.

続いて、図28に示すように、レジスト膜FR1を除去する。レジスト膜FR1を除去する際、レジスト膜FR1上に形成されている積層膜もリフトオフによって除去される。したがって、レジスト膜FR1を除去した後は、レジスト膜FR1の開口部OP1に形成されていた積層膜だけが残存し、これによって、オーミック電極形成領域に、積層膜からなる積層体LABを形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 28, the resist film FR1 is removed. When the resist film FR1 is removed, the laminated film formed on the resist film FR1 is also removed by lift-off. Therefore, after removing the resist film FR1, only the laminated film formed in the opening OP1 of the resist film FR1 remains, thereby forming the laminated body LAB made of the laminated film in the ohmic electrode formation region. Can do.

その後、図29に示すように、例えば、窒素雰囲気中で、かつ、650℃〜850℃の温度で、1分〜10分間の加熱処理を、積層体LABを形成した基板1Sに対して実施する。この加熱処理は、例えば、RTA(Rapid Thermal Anneal)や熱処理炉によるファーネスアニールによって実施することができる。なお、上述した熱処理は、650℃〜850℃の温度範囲で実施されるが、望ましくは、700℃〜800℃の温度範囲で実施する。低い温度では、表面モホロジーは良くなるのに対し、コンタクト抵抗は増加する傾向にある一方、高い温度では、表面モホロジーは悪化するのに対し、コンタクト抵抗は低下する傾向がある。このため、上述した加熱処理の温度は、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減のバランスを考慮して決定される。例えば、表面モホロジーの改善を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的低温領域で実施されるのに対し、コンタクト抵抗の低減を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的高温領域で実施することが考えられる。   After that, as shown in FIG. 29, for example, heat treatment is performed for 1 minute to 10 minutes on the substrate 1S on which the stacked body LAB is formed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 650 ° C. to 850 ° C. . This heat treatment can be performed, for example, by RTA (Rapid Thermal Anneal) or furnace annealing using a heat treatment furnace. In addition, although the heat processing mentioned above is implemented in the temperature range of 650 degreeC-850 degreeC, desirably, it implements in the temperature range of 700 degreeC-800 degreeC. At low temperatures, the surface morphology improves, while the contact resistance tends to increase, while at higher temperatures, the surface morphology tends to deteriorate while the contact resistance tends to decrease. For this reason, the temperature of the heat treatment described above is determined in consideration of the balance between the improvement of the surface morphology and the reduction of the contact resistance. For example, when priority is given to improving the surface morphology, it is performed in a relatively low temperature region of the above-mentioned temperature range, whereas when priority is given to reducing contact resistance, it is relatively low of the above-mentioned temperature range. It is conceivable to carry out in a high temperature region.

以上のような加熱処理を施すことにより、積層体LABを構成する各膜を構成するアルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)および金(Au)が相互拡散して、図30に示すオーミック電極OEが形成される。このとき、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面において、本実施の形態2では、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚をY(nm)とし、金(Au)膜AUFの膜厚をZ(nm)とした場合、Y≦Z≦2Yの関係が満たされている。このため、アルミニウム(Al)膜から、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子%が、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に拡散する金原子の原子%よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。このとき、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、AlGaN層AGNLとオーミック電極OEとの接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができる。すなわち、本実施の形態2では、Au/Al膜厚比が1〜2の範囲内にあるように構成している。そして、本実施の形態2では、このように構成された積層体LABを、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極OEを、AlGaN層AGNL上に形成することができる。   By performing the heat treatment as described above, aluminum (Al), molybdenum (Mo), and gold (Au) constituting each film constituting the laminated body LAB are interdiffused, and the ohmic electrode OE shown in FIG. It is formed. At this time, at the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL, in the second embodiment, the thickness of the aluminum (Al) film ALF is Y (nm) and the thickness of the gold (Au) film AUF is Z ( nm), the relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y is satisfied. Therefore, the atomic% of aluminum atoms diffusing from the aluminum (Al) film to the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL is more than the atomic% of gold atoms diffusing to the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL. It is considered that the number of cases will increase. At this time, as a result of increasing the influence of the contact with the aluminum atoms, the contact between the AlGaN layer AGNL and the ohmic electrode OE becomes an ohmic contact, and the contact resistance can be reduced. That is, in this Embodiment 2, it is comprised so that Au / Al film thickness ratio may exist in the range of 1-2. And in this Embodiment 2, the laminated body LAB comprised in this way is heat-processed by the high temperature of 650 degreeC-850 degreeC, for example, and the ohmic electrode which made the improvement of surface morphology and the reduction of contact resistance compatible. OE can be formed on the AlGaN layer AGNL.

なお、本実施の形態2では、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚をY(nm)とし、金(Au)膜AUFの膜厚をZ(nm)とした場合、Y≦Z≦2Yの関係が満たされるように積層体LABを構成する点に特徴がある。そして、この特徴点により、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極OEを提供することができる。このため、本実施の形態2では、積層体LABの最下層に形成される第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚については、特に限定されない。ただし、本実施の形態2においても、前記実施の形態1と同様に、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚をXnmとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たすように積層体LABを構成することにより、前記実施の形態1の特徴と、本実施の形態2の特徴の相乗効果によって、さらなるオーミック電極OEの表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。この場合、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面において、アルミニウム(Al)膜から、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子%が、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に拡散する金原子の原子%よりも大きくなる場合が多くなり、かつ、モリブデン原子の原子%よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。すなわち、半導体層とオーミック電極OEとの界面において、アルミニウム、モリブデン、および、金のうち、アルミニウムの原子%が最も大きくなる場合が多くなるものと考えられる。   In the second embodiment, when the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is Y (nm) and the film thickness of the gold (Au) film AUF is Z (nm), the relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y is satisfied. Is characterized in that the laminate LAB is configured so that In addition, due to this characteristic point, it is possible to provide an ohmic electrode OE that achieves both improved surface morphology and reduced contact resistance. For this reason, in the second embodiment, the thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 formed in the lowermost layer of the stacked body LAB is not particularly limited. However, also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, when the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 is set to X nm, the stacked body LAB satisfies the relationship of 2 nm ≦ X ≦ 10 nm. By configuring the above, the surface morphology of the ohmic electrode OE can be further improved and the contact resistance can be reduced by the synergistic effect of the features of the first embodiment and the features of the second embodiment. In this case, at the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL, the atomic percentage of aluminum atoms diffusing from the aluminum (Al) film to the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL is In many cases, it becomes larger than the atomic% of gold atoms diffusing at the interface, and more often than the atomic% of molybdenum atoms. That is, at the interface between the semiconductor layer and the ohmic electrode OE, it is considered that the atomic percentage of aluminum among aluminum, molybdenum, and gold is the largest.

(実施の形態3)
<高電子移動度トランジスタの構成>
本実施の形態3では、前記実施の形態1や前記実施の形態2で説明したオーミック電極OEを高電子移動度トランジスタ(HEMT)に利用する例について説明する。
(Embodiment 3)
<Configuration of high electron mobility transistor>
In the third embodiment, an example in which the ohmic electrode OE described in the first embodiment or the second embodiment is used for a high electron mobility transistor (HEMT) will be described.

図31は、本実施の形態3におけるHEMTのデバイス構造を示す断面図である。図31に示すように、例えば、サファイア基板、SiC(炭化シリコン)基板、シリコン(Si)基板、あるいは、GaN基板から構成される基板1S上に、GaN層からなるバッファ層BUFが形成されている。そして、このバッファ層BUF上に、導電型不純物が導入されていないノンドープのGaN層GNLが形成されており、このGaN層GNL上に、導電型不純物が導入されていないノンドープのAlGaN層AGNLが形成されている。つまり、本実施の形態3におけるHEMTにおいては、基板1S上に、GaN層GNLとAlGaN層AGNLからなるヘテロ接合が形成されていることになる。   FIG. 31 is a cross-sectional view showing the device structure of the HEMT according to the third embodiment. As shown in FIG. 31, for example, a buffer layer BUF made of a GaN layer is formed on a sapphire substrate, a SiC (silicon carbide) substrate, a silicon (Si) substrate, or a substrate 1S made of a GaN substrate. . A non-doped GaN layer GNL not introduced with a conductive impurity is formed on the buffer layer BUF, and a non-doped AlGaN layer AGNL without a conductive impurity is formed on the GaN layer GNL. Has been. That is, in the HEMT according to the third embodiment, a heterojunction composed of the GaN layer GNL and the AlGaN layer AGNL is formed on the substrate 1S.

次に、AlGaN層AGNL上には、互いに離間して配置されたソース電極SEとドレイン電極DEが形成されている。このソース電極SEおよびドレイン電極DEは、オーミック電極OEから構成されており、このオーミック電極OEは、前記実施の形態1や前記実施の形態2で説明した特徴を有している。したがって、本実施の形態3におけるHEMTによれば、本願発明の技術的思想が適用されたオーミック電極OEをソース電極SEやドレイン電極DEに使用しているので、ソース電極SEやドレイン電極DEにおける表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。具体的に、ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散したオーミック電極OEから形成されており、特に、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面において、アルミニウム原子の原子%は、モリブデン原子の原子%や金原子の原子%よりも大きくなっている場合が多いと考えられる。   Next, on the AlGaN layer AGNL, a source electrode SE and a drain electrode DE are formed that are spaced apart from each other. The source electrode SE and the drain electrode DE are composed of an ohmic electrode OE, and the ohmic electrode OE has the characteristics described in the first embodiment and the second embodiment. Therefore, according to the HEMT in the third embodiment, the ohmic electrode OE to which the technical idea of the present invention is applied is used for the source electrode SE and the drain electrode DE. It is possible to improve the morphology and reduce the contact resistance. Specifically, the source electrode SE and the drain electrode DE are formed of an ohmic electrode OE in which aluminum, molybdenum, and gold are interdiffused, and in particular, at the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL, It is considered that atomic% is often larger than atomic% of molybdenum atoms and atomic% of gold atoms.

そして、ソース電極SEとドレイン電極DEとの間のAlGaN層AGNL上には、ゲート電極GEが形成されている。このゲート電極GEは、ニッケル膜NIFと金膜AUF2の積層膜から形成されており、ゲート電極GEとAlGaN層AGNLとの接触はショットキー接触となっている。また、本実施の形態3におけるHEMTでは、AlGaN層AGNLの表面に、例えば、窒化シリコン膜からなる表面保護膜PRFが形成されている。   A gate electrode GE is formed on the AlGaN layer AGNL between the source electrode SE and the drain electrode DE. The gate electrode GE is formed of a laminated film of a nickel film NIF and a gold film AUF2, and the contact between the gate electrode GE and the AlGaN layer AGNL is a Schottky contact. In the HEMT according to the third embodiment, a surface protective film PRF made of, for example, a silicon nitride film is formed on the surface of the AlGaN layer AGNL.

<高電子移動度トランジスタの動作>
本実施の形態3におけるHEMTは上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。特に、本実施の形態3では、ノーマリオン型のHEMTを例に挙げて、その動作について説明する。
<Operation of high electron mobility transistor>
The HEMT according to the third embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described below. In particular, in the third embodiment, the operation will be described using a normally-on type HEMT as an example.

図32は、ゲート電極にしきい値電圧以下の負電圧が印加されてHEMTがオフしている場合のバンド構造を示す図である。図32の左側にゲート電極を構成する金属のバンド構造が示されており、図32の中央部にAlGaN層のバンド構造が示されている。そして、図32の右側にGaN層のバンド構造が示されている。ここで、ゲート電極には、GaN層に対して負電圧が印加されているため、ゲート電極(金属)のフェルミ準位εFMは、GaN層のフェルミ準位εFS2よりも印加した電圧分だけ高くなる。ゲート電極との界面でのAlGaN層の伝導帯は所定のショットキー障壁高さΦだけ高くなり、また、AlGaN層とGaN層との界面では所定の伝導帯不連続ΔEがあるため、ゲート電極のフェルミ準位εFMが高くなったのに伴い、伝導帯が引きずられて上昇する。その結果、AlGaN層とGaN層との界面には2次元電子ガスが形成されないため、ソース電極SEとドレイン電極DEを電気的に接続するチャネルが形成されない。この結果、本実施の形態3におけるHEMTは、ゲート電極にしきい値電圧以下の負電圧が印加されている場合、オフする。なお、AlGaN層の伝導帯とGaN層の伝導帯のエネルギー差から、AlGaN層の伝導帯とGaN層の伝導帯との間には所定の伝導帯不連続ΔEが形成されている。 FIG. 32 is a diagram showing a band structure when the HEMT is turned off by applying a negative voltage lower than the threshold voltage to the gate electrode. The band structure of the metal constituting the gate electrode is shown on the left side of FIG. 32, and the band structure of the AlGaN layer is shown in the center of FIG. The band structure of the GaN layer is shown on the right side of FIG. Here, since a negative voltage is applied to the gate electrode with respect to the GaN layer, the Fermi level ε FM of the gate electrode (metal) is equal to the applied voltage than the Fermi level ε FS2 of the GaN layer. Get higher. The conduction band of the AlGaN layer at the interface with the gate electrode is increased by a predetermined Schottky barrier height Φ B , and there is a predetermined conduction band discontinuity ΔE c at the interface between the AlGaN layer and the GaN layer. As the Fermi level ε FM of the electrode increases, the conduction band is dragged and raised. As a result, since a two-dimensional electron gas is not formed at the interface between the AlGaN layer and the GaN layer, a channel that electrically connects the source electrode SE and the drain electrode DE is not formed. As a result, the HEMT in the third embodiment is turned off when a negative voltage equal to or lower than the threshold voltage is applied to the gate electrode. Note that, due to the energy difference between the conduction band of the AlGaN layer and the conduction band of the GaN layer, a predetermined conduction band discontinuity ΔE c is formed between the conduction band of the AlGaN layer and the conduction band of the GaN layer.

続いて、図33は、ゲート電極に0Vの電圧が印加されてHEMTがオンしている場合のバンド構造を示す図である。図33の左側にゲート電極を構成する金属のバンド構造が示されており、図33の中央部にAlGaN層のバンド構造が示されている。そして、図33の右側にGaN層のバンド構造が示されている。ここで、ゲート電極には0Vが印加されていることから、ゲート電極を構成する金属のフェルミ準位εFMと、GaN層のフェルミ準位εFS2は等しくなる。このとき、AlGaN層の伝導帯とGaN層の伝導帯との間に形成されている伝導帯不連続ΔEに起因して、AlGaN層とGaN層との界面にフェルミ準位よりも低い位置に井戸型ポテンシャルが形成される。この結果、この井戸型ポテンシャルに電子が蓄積され、2次元電子ガスが形成される。これにより、ゲート電極に0Vの電圧が印加されている場合、AlGaN層とGaN層との界面に2次元電子ガスが形成され、ソース電極SEとドレイン電極DEを電気的に接続するチャネルが形成されることになる。この結果、本実施の形態3におけるHEMTは、ゲート電極に0Vの電圧が印加されている場合、オンする。以上のようにして、本実施の形態3におけるHEMTでは、ゲート電極に印加する電圧を制御することにより、HEMTのオン/オフ動作を実現できることがわかる。 Next, FIG. 33 is a diagram showing a band structure when a voltage of 0 V is applied to the gate electrode and the HEMT is turned on. The metal band structure constituting the gate electrode is shown on the left side of FIG. 33, and the AlGaN layer band structure is shown in the center of FIG. The band structure of the GaN layer is shown on the right side of FIG. Here, since 0 V is applied to the gate electrode, the Fermi level ε FM of the metal constituting the gate electrode is equal to the Fermi level ε FS2 of the GaN layer. At this time, due to the conduction band discontinuity ΔE c formed between the conduction band of the AlGaN layer and the conduction band of the GaN layer, the interface between the AlGaN layer and the GaN layer is positioned lower than the Fermi level. A well-type potential is formed. As a result, electrons are accumulated in the well-type potential and a two-dimensional electron gas is formed. Thus, when a voltage of 0 V is applied to the gate electrode, a two-dimensional electron gas is formed at the interface between the AlGaN layer and the GaN layer, and a channel that electrically connects the source electrode SE and the drain electrode DE is formed. Will be. As a result, the HEMT according to the third embodiment is turned on when a voltage of 0 V is applied to the gate electrode. As described above, it can be seen that the HEMT according to the third embodiment can realize the on / off operation of the HEMT by controlling the voltage applied to the gate electrode.

<高移動度トランジスタの製造方法>
次に、本実施の形態3におけるHEMTの製造方法について説明する。まず、図34に示すように、基板1Sを用意する。この基板1Sは、例えば、サファイア基板、SiC(炭化シリコン)基板、あるいは、シリコン(Si)基板から構成される。そして、この基板1S上に、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD法:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を使用することにより、エピタキシャル層であるバッファ層BUFを形成する。バッファ層BUFは、例えば、基板を構成する結晶格子と、バッファ層BUF上に形成されるGaN層を構成する結晶格子との不整合を緩和する目的で形成される。その後、バッファ層BUF上に、例えば、MOCVD法を使用することにより、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるGaN層GNLを形成し、このGaN層GNL上に、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるAlGaN層AGNLを形成する。
<Manufacturing method of high mobility transistor>
Next, a method for manufacturing the HEMT according to the third embodiment will be described. First, as shown in FIG. 34, a substrate 1S is prepared. The substrate 1S is composed of, for example, a sapphire substrate, a SiC (silicon carbide) substrate, or a silicon (Si) substrate. Then, the buffer layer BUF, which is an epitaxial layer, is formed on the substrate 1S by using, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. The buffer layer BUF is formed, for example, for the purpose of relaxing mismatch between the crystal lattice constituting the substrate and the crystal lattice constituting the GaN layer formed on the buffer layer BUF. Thereafter, a GaN layer GNL, which is a non-doped epitaxial layer to which no conductive impurities are added, is formed on the buffer layer BUF, for example, by using MOCVD, and the conductive impurities are formed on the GaN layer GNL. An AlGaN layer AGNL which is a non-doped epitaxial layer not added is formed.

次に、図35に示すように、AlGaN層AGNL上にレジスト膜FR2を形成した後、このレジスト膜FR2に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR2をパターニングする。レジスト膜FR2のパターニングは、ソース電極形成領域およびドレイン電極形成領域に開口部OP2が形成されるように行なわれる。   Next, as shown in FIG. 35, after a resist film FR2 is formed on the AlGaN layer AGNL, the resist film FR2 is subjected to exposure / development processing to pattern the resist film FR2. The patterning of the resist film FR2 is performed so that the opening OP2 is formed in the source electrode formation region and the drain electrode formation region.

そして、図36に示すように、例えば、電子線蒸着法などを使用することにより、パターニングしたレジスト膜FR2を形成した基板1S上に積層膜を形成する。具体的に、積層膜は、第1モリブデン(Mo)膜MF1と、この第1モリブデン(Mo)膜MF1上に形成されたアルミニウム(Al)膜ALFと、このアルミニウム(Al)膜ALF上に形成された第2モリブデン(Mo)膜MF2と、この第2モリブデン(Mo)膜MF2上に形成された金(Au)膜AUFから構成される。具体的に、図36に示すように、この積層膜がレジスト膜FR2に形成された開口部OP2内およびレジスト膜FR2上に形成される。このとき、本実施の形態3では、例えば、アルミニウム(Al)膜ALFとAlGaN層AGNLとの間に挿入されている第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚をXnmとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たすように第1モリブデン(Mo)膜MF1を形成する。また、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚をY(nm)とし、金(Au)膜AUFの膜厚をZ(nm)とした場合、Y≦Z≦2Yの関係を満たすように、それぞれの膜厚が調整される。   Then, as shown in FIG. 36, for example, by using an electron beam evaporation method or the like, a laminated film is formed on the substrate 1S on which the patterned resist film FR2 is formed. Specifically, the laminated film is formed on the first molybdenum (Mo) film MF1, the aluminum (Al) film ALF formed on the first molybdenum (Mo) film MF1, and the aluminum (Al) film ALF. The second molybdenum (Mo) film MF2 formed and the gold (Au) film AUF formed on the second molybdenum (Mo) film MF2. Specifically, as shown in FIG. 36, this laminated film is formed in the opening OP2 formed in the resist film FR2 and on the resist film FR2. At this time, in the third embodiment, for example, when the film thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 inserted between the aluminum (Al) film ALF and the AlGaN layer AGNL is X nm, 2 nm ≦ X A first molybdenum (Mo) film MF1 is formed so as to satisfy the relationship of ≦ 10 nm. In addition, when the film thickness of the aluminum (Al) film ALF is Y (nm) and the film thickness of the gold (Au) film AUF is Z (nm), each satisfies the relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y. The film thickness is adjusted.

続いて、図37に示すように、レジスト膜FR2を除去する。レジスト膜FR2を除去する際、レジスト膜FR2上に形成されている積層膜もリフトオフによって除去される。したがって、レジスト膜FR2を除去した後は、レジスト膜FR2の開口部OP2に形成されていた積層膜だけが残存し、これによって、ドレイン電極形成領域に、積層膜からなる積層体LAB1を形成することができるとともに、ソース電極形成領域に、積層膜からなる積層体LAB2を形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 37, the resist film FR2 is removed. When removing the resist film FR2, the laminated film formed on the resist film FR2 is also removed by lift-off. Therefore, after removing the resist film FR2, only the laminated film formed in the opening OP2 of the resist film FR2 remains, thereby forming the laminated body LAB1 made of the laminated film in the drain electrode formation region. In addition, the stacked body LAB2 made of a stacked film can be formed in the source electrode formation region.

その後、例えば、窒素雰囲気中で、かつ、650℃〜850℃の温度で、1分〜10分間の加熱処理を、積層体LABを形成した基板1Sに対して実施する。この加熱処理は、例えば、RTA(Rapid Thermal Anneal)や熱処理炉によるファーネスアニールによって実施することができる。なお、上述した熱処理は、650℃〜850℃の温度範囲で実施されるが、望ましくは、700℃〜800℃の温度範囲で実施する。低い温度では、表面モホロジーは良くなるのに対し、コンタクト抵抗は増加する傾向にある一方、高い温度では、表面モホロジーは悪化するのに対し、コンタクト抵抗は低下する傾向がある。このため、上述した加熱処理の温度は、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減のバランスを考慮して決定される。例えば、表面モホロジーの改善を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的低温領域で実施されるのに対し、コンタクト抵抗の低減を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的高温領域で実施することが考えられる。   Thereafter, for example, heat treatment for 1 minute to 10 minutes is performed on the substrate 1S on which the stacked body LAB is formed in a nitrogen atmosphere and at a temperature of 650 ° C. to 850 ° C. This heat treatment can be performed, for example, by RTA (Rapid Thermal Anneal) or furnace annealing using a heat treatment furnace. In addition, although the heat processing mentioned above is implemented in the temperature range of 650 degreeC-850 degreeC, desirably, it implements in the temperature range of 700 degreeC-800 degreeC. At low temperatures, the surface morphology improves, while the contact resistance tends to increase, while at higher temperatures, the surface morphology tends to deteriorate while the contact resistance tends to decrease. For this reason, the temperature of the heat treatment described above is determined in consideration of the balance between the improvement of the surface morphology and the reduction of the contact resistance. For example, when priority is given to improving the surface morphology, it is performed in a relatively low temperature region of the above-mentioned temperature range, whereas when priority is given to reducing contact resistance, it is relatively low of the above-mentioned temperature range. It is conceivable to carry out in a high temperature region.

以上のような加熱処理を施すことにより、積層体LABを構成する各膜を構成するアルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)および金(Au)が相互拡散して、図38に示すオーミック電極OEが形成される。つまり、オーミック電極OEから構成されるソース電極SEおよびドレイン電極DEを形成することができる。このとき、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面において、本実施の形態3では、アルミニウム(Al)膜ALFの膜厚をY(nm)とし、金(Au)膜AUFの膜厚をZ(nm)とした場合、Y≦Z≦2Yの関係が満たされている。このため、アルミニウム(Al)膜から、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子%が、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に拡散する金原子の原子%よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。このとき、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、AlGaN層AGNLとオーミック電極OEとの接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができる。すなわち、本実施の形態3では、Au/Al膜厚比が1〜2の範囲内にあるように構成している。そして、本実施の形態3では、このように構成された積層体LABを、例えば、650℃〜850℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したソース電極SE(オーミック電極OE)およびドレイン電極DE(オーミック電極OE)を、AlGaN層AGNL上に形成することができる。   By performing the heat treatment as described above, aluminum (Al), molybdenum (Mo), and gold (Au) constituting each film constituting the laminated body LAB are interdiffused, and the ohmic electrode OE shown in FIG. It is formed. That is, it is possible to form the source electrode SE and the drain electrode DE composed of the ohmic electrode OE. At this time, at the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL, in Embodiment 3, the thickness of the aluminum (Al) film ALF is Y (nm) and the thickness of the gold (Au) film AUF is Z ( nm), the relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y is satisfied. Therefore, the atomic% of aluminum atoms diffusing from the aluminum (Al) film to the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL is more than the atomic% of gold atoms diffusing to the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL. It is considered that the number of cases will increase. At this time, as a result of increasing the influence of the contact with the aluminum atoms, the contact between the AlGaN layer AGNL and the ohmic electrode OE becomes an ohmic contact, and the contact resistance can be reduced. That is, the third embodiment is configured such that the Au / Al film thickness ratio is in the range of 1 to 2. And in this Embodiment 3, the laminated body LAB comprised in this way is heat-processed by the high temperature of 650 degreeC-850 degreeC, for example, and the source electrode which made the improvement of surface morphology and reduction of contact resistance compatible. SE (ohmic electrode OE) and drain electrode DE (ohmic electrode OE) can be formed on the AlGaN layer AGNL.

また、本実施の形態3では、第1モリブデン(Mo)膜MF1の膜厚をXnmとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たすように積層体LABを構成している。これにより、本実施の形態3では、前記実施の形態1の特徴と、前記実施の形態2の特徴の相乗効果によって、さらなるソース電極SEおよびドレイン電極DEの表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。この場合、オーミック電極OE(ソース電極SEおよびドレイン電極DE)とAlGaN層AGNLとの界面において、アルミニウム(Al)膜から、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子%が、オーミック電極OEとAlGaN層AGNLとの界面に拡散する金原子の原子%よりも大きくなる場合が多くなり、かつ、モリブデン原子の原子%よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。すなわち、半導体層とオーミック電極OEとの界面において、アルミニウム、モリブデン、および、金のうち、アルミニウムの原子%が最も大きくなる場合が多くなるものと考えられる。   In the third embodiment, when the thickness of the first molybdenum (Mo) film MF1 is X nm, the stacked body LAB is configured to satisfy the relationship of 2 nm ≦ X ≦ 10 nm. As a result, in the third embodiment, the surface morphology of the source electrode SE and the drain electrode DE is further improved and the contact resistance is reduced by the synergistic effect of the features of the first embodiment and the features of the second embodiment. Can be achieved. In this case, at the interface between the ohmic electrode OE (source electrode SE and drain electrode DE) and the AlGaN layer AGNL, atomic% of aluminum atoms diffusing from the aluminum (Al) film to the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL is In many cases, the atomic percentage is larger than the atomic% of gold atoms diffusing at the interface between the ohmic electrode OE and the AlGaN layer AGNL, and is larger than the atomic percentage of molybdenum atoms. That is, at the interface between the semiconductor layer and the ohmic electrode OE, it is considered that the atomic percentage of aluminum among aluminum, molybdenum, and gold is the largest.

次に、図39に示すように、AlGaN層AGNLの表面に、例えば、窒化シリコン膜からなる表面保護膜PRFを形成する。その後、図40に示すように、基板1S上にレジスト膜FR3を塗布し、このレジスト膜FR3に対して露光・現像処理を施してパターニングする。レジスト膜FR3のパターニングは、素子形成領域をレジスト膜FR3で覆う一方、素子形成領域間の絶縁形成領域を開口するように行われる。そして、パターニングしたレジスト膜FR3をマスクにしたイオン注入法により、例えば、ボロン(ホウ素)、窒素、または、ヘリウムを導入して絶縁領域を形成する。   Next, as shown in FIG. 39, a surface protective film PRF made of, for example, a silicon nitride film is formed on the surface of the AlGaN layer AGNL. Thereafter, as shown in FIG. 40, a resist film FR3 is applied on the substrate 1S, and the resist film FR3 is subjected to exposure / development processing and patterned. The patterning of the resist film FR3 is performed so that the element formation region is covered with the resist film FR3 while the insulating formation region between the element formation regions is opened. Then, for example, boron (boron), nitrogen, or helium is introduced by an ion implantation method using the patterned resist film FR3 as a mask to form an insulating region.

続いて、図41に示すように、パターニングしたレジスト膜FR3を除去した後、新たなレジスト膜FR4を基板1S上に塗布する。そして、このレジスト膜FR4に対して露光・現像処理を施してパターニングする。レジスト膜FR4のパターニングは、ゲート電極形成領域に開口部OP3を形成するように行なわれる。その後、パターニングしたレジスト膜FR4をマスクにしたエッチングにより、開口部OP3から露出する表面保護膜PRFを除去する。この結果、開口部OP3の底部にAlGaN層AGNLが露出する。   Subsequently, as shown in FIG. 41, after removing the patterned resist film FR3, a new resist film FR4 is applied on the substrate 1S. The resist film FR4 is subjected to exposure / development processing and patterned. The patterning of the resist film FR4 is performed so as to form the opening OP3 in the gate electrode formation region. Thereafter, the surface protective film PRF exposed from the opening OP3 is removed by etching using the patterned resist film FR4 as a mask. As a result, the AlGaN layer AGNL is exposed at the bottom of the opening OP3.

次に、図42に示すように、例えば、電子線蒸着法などを使用することにより、パターニングしたレジスト膜FR4を形成した基板1S上に積層膜を形成する。具体的に、積層膜は、ニッケル膜NIFと金膜AUF2から構成される。図42に示すように、この積層膜がレジスト膜FR4に形成された開口部OP3内およびレジスト膜FR4上に形成される。   Next, as shown in FIG. 42, for example, by using an electron beam evaporation method or the like, a laminated film is formed on the substrate 1S on which the patterned resist film FR4 is formed. Specifically, the laminated film is composed of a nickel film NIF and a gold film AUF2. As shown in FIG. 42, this laminated film is formed in the opening OP3 formed in the resist film FR4 and on the resist film FR4.

続いて、レジスト膜FR4を除去する。レジスト膜FR4を除去する際、レジスト膜FR4上に形成されている積層膜もリフトオフによって除去される。したがって、レジスト膜FR4を除去した後は、レジスト膜FR4の開口部OP3に形成されていた積層膜だけが残存し、これによって、図31に示すニッケル膜NIFと金膜AUFからなるゲート電極GEを形成することができる。以上のようにして、本実施の形態3におけるHEMTを製造することができる。   Subsequently, the resist film FR4 is removed. When removing the resist film FR4, the laminated film formed on the resist film FR4 is also removed by lift-off. Therefore, after the resist film FR4 is removed, only the laminated film formed in the opening OP3 of the resist film FR4 remains, whereby the gate electrode GE made of the nickel film NIF and the gold film AUF shown in FIG. Can be formed. As described above, the HEMT according to the third embodiment can be manufactured.

(実施の形態4)
<電界効果トランジスタの構成>
本実施の形態4では、前記実施の形態1や前記実施の形態2で説明したオーミック電極OEを絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor))に利用する例について説明する。
(Embodiment 4)
<Configuration of field effect transistor>
In the fourth embodiment, an example in which the ohmic electrode OE described in the first embodiment or the second embodiment is used for an insulated gate field effect transistor (MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)) will be described.

図43は、本実施の形態4におけるMISFETのデバイス構造を示す断面図である。図43に示すように、例えば、サファイア基板、SiC(炭化シリコン)基板、GaN基板、あるいは、シリコン(Si)基板から構成される基板1S上に、GaN層からなるバッファ層BUFが形成されている。そして、このバッファ層BUF上に、n型不純物が導入されたn型GaN層nGNLが形成されている。   FIG. 43 is a cross-sectional view showing the device structure of the MISFET according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 43, for example, a buffer layer BUF made of a GaN layer is formed on a substrate 1S formed of a sapphire substrate, a SiC (silicon carbide) substrate, a GaN substrate, or a silicon (Si) substrate. . An n-type GaN layer nGNL into which an n-type impurity is introduced is formed on the buffer layer BUF.

次に、n型GaN層nGNL上には、互いに離間して配置されたソース電極SEとドレイン電極DEが形成されている。このソース電極SEおよびドレイン電極DEは、オーミック電極OEから構成されており、このオーミック電極OEは、前記実施の形態1や前記実施の形態2で説明した特徴を有している。したがって、本実施の形態4におけるMISFETによれば、本願発明の技術的思想が適用されたオーミック電極OEをソース電極SEやドレイン電極DEに使用しているので、ソース電極SEやドレイン電極DEにおける表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。具体的に、ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散したオーミック電極OEから形成されており、特に、オーミック電極OEとn型GaN層nGNLとの界面において、アルミニウム原子の原子%は、モリブデン原子の原子%や金原子の原子%よりも大きくなっている場合が多いと考えられる。   Next, on the n-type GaN layer nGNL, a source electrode SE and a drain electrode DE that are spaced apart from each other are formed. The source electrode SE and the drain electrode DE are composed of an ohmic electrode OE, and the ohmic electrode OE has the characteristics described in the first embodiment and the second embodiment. Therefore, according to the MISFET in the fourth embodiment, since the ohmic electrode OE to which the technical idea of the present invention is applied is used for the source electrode SE and the drain electrode DE, the surface of the source electrode SE and the drain electrode DE is used. It is possible to improve the morphology and reduce the contact resistance. Specifically, the source electrode SE and the drain electrode DE are formed of an ohmic electrode OE in which aluminum, molybdenum, and gold are interdiffused, and in particular, at the interface between the ohmic electrode OE and the n-type GaN layer nGNL, It is considered that the atomic% of atoms is often larger than the atomic% of molybdenum atoms and the atomic% of gold atoms.

そして、ソース電極SEとドレイン電極DEとの間のn型GaN層nGNL上には、ゲート絶縁膜GOXを介して、ゲート電極GEが形成されている。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化アルミニウム膜や酸化シリコン膜などから形成されている。また、ゲート電極GEは、ポリシリコン膜や金属膜から構成されている。さらに、本実施の形態4におけるMISFETでは、n型GaN層nGNLの表面に、例えば、窒化シリコン膜からなる表面保護膜PRFが形成されている。   A gate electrode GE is formed on the n-type GaN layer nGNL between the source electrode SE and the drain electrode DE via a gate insulating film GOX. The gate insulating film GOX is formed from, for example, an aluminum oxide film or a silicon oxide film. Further, the gate electrode GE is composed of a polysilicon film or a metal film. Furthermore, in the MISFET according to the fourth embodiment, a surface protective film PRF made of, for example, a silicon nitride film is formed on the surface of the n-type GaN layer nGNL.

<電界効果トランジスタの動作>
本実施の形態4におけるMISFETは上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。特に、本実施の形態4では、ノーマリオン型のMISFETを例に挙げて、その動作について説明する。
<Operation of field effect transistor>
The MISFET in the fourth embodiment is configured as described above, and its operation will be described below. In particular, in the fourth embodiment, the operation will be described using a normally-on MISFET as an example.

図44は、ゲート電極GEにしきい値電圧以下の負電圧が印加されてMISFETがオフしている状態を示す模式図である。図44に示すように、ゲート電極GEに負電圧を印加した場合、ゲート電極GE直下のn型GaN層nGNLに形成されている空乏層DPLが延びる。この結果、n型GaN層nGNLの底面にまで空乏層DPLが達する。この空乏層DPLは絶縁領域として機能することから、ソース電極SEとドレイン電極DEとの電気的な接続は、空乏層DPLによって遮断される。このため、ゲート電極GEにしきい値電圧以下の負電圧が印加された場合、MISFETはオフする。   FIG. 44 is a schematic diagram showing a state in which a negative voltage equal to or lower than the threshold voltage is applied to the gate electrode GE and the MISFET is turned off. As shown in FIG. 44, when a negative voltage is applied to the gate electrode GE, the depletion layer DPL formed in the n-type GaN layer nGNL immediately below the gate electrode GE extends. As a result, the depletion layer DPL reaches the bottom surface of the n-type GaN layer nGNL. Since the depletion layer DPL functions as an insulating region, the electrical connection between the source electrode SE and the drain electrode DE is blocked by the depletion layer DPL. For this reason, when a negative voltage lower than the threshold voltage is applied to the gate electrode GE, the MISFET is turned off.

続いて、図45は、ゲート電極に0Vの電圧が印加されてMISFETがオンしている状態を示す模式図である。図45に示すように、ゲート電極GEに0Vが印加される場合、ゲート電極GEに負電圧を印加する場合よりも空乏層DPLが延びないため、図45に示すように、空乏層DPLの直下にn型GaN層nGNLからなるチャネルが形成される。これにより、ソース電極SEとドレイン電極DEとの間が電気的に接続される。すなわち、ソース電極SEからドレイン電極DEに向って電子が流れる。言い換えれば、ドレイン電極DEからソース電極SEに向って電流が流れる。このため、ゲート電極GEに0Vが印加された場合、MISFETはオンする。以上のようにして、本実施の形態4におけるMISFETでは、ゲート電極GEに印加する電圧を制御することにより、MISFETのオン/オフ動作を実現できることがわかる。   Subsequently, FIG. 45 is a schematic diagram showing a state in which a voltage of 0 V is applied to the gate electrode and the MISFET is turned on. As shown in FIG. 45, when 0 V is applied to the gate electrode GE, the depletion layer DPL does not extend more than when a negative voltage is applied to the gate electrode GE. A channel composed of the n-type GaN layer nGNL is formed. Thereby, the source electrode SE and the drain electrode DE are electrically connected. That is, electrons flow from the source electrode SE toward the drain electrode DE. In other words, a current flows from the drain electrode DE toward the source electrode SE. For this reason, when 0 V is applied to the gate electrode GE, the MISFET is turned on. As described above, in the MISFET according to the fourth embodiment, it can be seen that the on / off operation of the MISFET can be realized by controlling the voltage applied to the gate electrode GE.

(実施の形態5)
<青色発光ダイオードの構成>
本実施の形態5では、前記実施の形態1や前記実施の形態2で説明したオーミック電極OEを青色発光ダイオードに利用する例について説明する。
(Embodiment 5)
<Configuration of blue light emitting diode>
In the fifth embodiment, an example in which the ohmic electrode OE described in the first embodiment or the second embodiment is used for a blue light emitting diode will be described.

図46は、本実施の形態5における青色発光ダイオードのデバイス構造を示す断面図である。図46に示すように、サファイア基板SS上に、例えば、GaN層からなるバッファ層BUFが形成されており、このバッファ層BUF上にn型GaN層nGNLが形成されている。そして、このn型GaN層nGNL上には、n型GaN層nGNLとオーミック接触するn型オーミック電極OE(n)が形成されている。また、n型GaN層nGNL上の別領域にはn型AlGaN層nAGNLが形成され、このn型AlGaN層nAGNL上に、亜鉛(Zn)をドープしたInGaN層IGNLが形成されている。そして、InGaN層IGNL上にp型AlGaN層pAGNLが形成されており、このp型AlGaN層pAGNL上にp型GaN層pGNLが形成されている。さらに、p型GaN層pGNL上には、p型GaN層pGNLとオーミック接触するp型オーミック電極OE(p)が形成されている。   FIG. 46 is a cross-sectional view showing the device structure of the blue light-emitting diode according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 46, a buffer layer BUF made of, for example, a GaN layer is formed on the sapphire substrate SS, and an n-type GaN layer nGNL is formed on the buffer layer BUF. An n-type ohmic electrode OE (n) that is in ohmic contact with the n-type GaN layer nGNL is formed on the n-type GaN layer nGNL. An n-type AlGaN layer nAGNL is formed in another region on the n-type GaN layer nGNL, and an InGaN layer IGNL doped with zinc (Zn) is formed on the n-type AlGaN layer nAGNL. A p-type AlGaN layer pAGNL is formed on the InGaN layer IGNL, and a p-type GaN layer pGNL is formed on the p-type AlGaN layer pAGNL. Furthermore, a p-type ohmic electrode OE (p) that is in ohmic contact with the p-type GaN layer pGNL is formed on the p-type GaN layer pGNL.

上述した構成を有する青色発光ダイオードは、p型GaN層pGNLとn型GaN層nGNLで、p型AlGaN層pAGNL/InGaN層IGNL/n型AlGaN層nAGNLからなる2重ヘテロ構造を挟んだ構成をしており、極めて高輝度な青色発光ダイオードとなっている。   The blue light emitting diode having the above-described configuration has a p-type GaN layer pGNL and an n-type GaN layer nGNL sandwiching a double heterostructure consisting of a p-type AlGaN layer pAGNL / InGaN layer IGNL / n-type AlGaN layer nAGNL. It is a blue LED with extremely high brightness.

ここで、n型オーミック電極OE(n)は、前記実施の形態1や前記実施の形態2で説明した特徴を有している。したがって、本実施の形態5における青色発光ダイオードによれば、本願発明の技術的思想が適用されたn型オーミック電極OE(n)を使用しているので、n型オーミック電極OE(n)における表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。具体的に、n型オーミック電極OE(n)は、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した電極から形成されており、特に、オーミック電極OE(n)とn型GaN層nGNLとの界面において、アルミニウム原子の原子%は、モリブデン原子の原子%や金原子の原子%よりも大きくなっている場合が多いと考えられる。   Here, the n-type ohmic electrode OE (n) has the characteristics described in the first embodiment and the second embodiment. Therefore, according to the blue light emitting diode in the fifth embodiment, since the n-type ohmic electrode OE (n) to which the technical idea of the present invention is applied is used, the surface of the n-type ohmic electrode OE (n) It is possible to improve the morphology and reduce the contact resistance. Specifically, the n-type ohmic electrode OE (n) is formed from an electrode in which aluminum, molybdenum, and gold are interdiffused, and particularly at the interface between the ohmic electrode OE (n) and the n-type GaN layer nGNL. In many cases, the atomic percent of aluminum atoms is larger than the atomic percent of molybdenum atoms and atomic percent of gold atoms.

<青色発光ダイオードの動作>
本実施の形態5における青色発光ダイオードは上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。
<Operation of blue light emitting diode>
The blue light-emitting diode in the fifth embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described below.

図47は、青色発光ダイオードがオフしている際のダブル・ヘテロ構造のバンド構造を示す図である。図47において、InGaN層を両側からp型AlGaN層とn型AlGaN層で挟んだ構造がダブル・ヘテロ構造である。図47に示すように、青色発光ダイオードがオフしている際には、それぞれの層のフェルミ準位は一致している。   FIG. 47 is a diagram showing a band structure of a double hetero structure when the blue light emitting diode is off. In FIG. 47, the structure in which the InGaN layer is sandwiched between the p-type AlGaN layer and the n-type AlGaN layer from both sides is a double heterostructure. As shown in FIG. 47, when the blue light emitting diode is off, the Fermi levels of the respective layers are the same.

次に、図48は、青色発光ダイオードがオンしている際のダブル・ヘテロ構造のバンド構造を示す図である。図48に示すように、青色発光ダイオードに順方向電圧(p型AlGaN層に正電圧を印加し、n型AlGaN層に負電圧を印加する)を印加する。すると、電子は、バンドギャップの大きなn型AlGaN層からバンドギャップの小さなInGaN層に高密度で注入される。同様に、正孔は、バンドギャップの大きなp型AlGaN層からバンドギャップの小さなInGaN層に高密度で注入される。この結果、InGaN層においては、電子および正孔の密度が熱平衡状態の密度よりも極めて高くなり、再結合の確率が大きくなる。そして、InGaN層において、伝導帯に存在する電子と、価電子帯に存在する正孔が再結合して、バンドギャップに相当するエネルギーを有する光(hν)が射出される。以上のようにして、本実施の形態5における青色発光ダイオードが動作することになる。   Next, FIG. 48 is a diagram showing a band structure of a double hetero structure when the blue light emitting diode is turned on. As shown in FIG. 48, a forward voltage (a positive voltage is applied to the p-type AlGaN layer and a negative voltage is applied to the n-type AlGaN layer) is applied to the blue light emitting diode. Then, electrons are injected at a high density from the n-type AlGaN layer having a large band gap into the InGaN layer having a small band gap. Similarly, holes are injected at high density from a p-type AlGaN layer with a large band gap into an InGaN layer with a small band gap. As a result, in the InGaN layer, the density of electrons and holes is much higher than the density in the thermal equilibrium state, and the probability of recombination increases. Then, in the InGaN layer, electrons existing in the conduction band and holes existing in the valence band recombine, and light (hν) having energy corresponding to the band gap is emitted. As described above, the blue light-emitting diode in the fifth embodiment operates.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

前記実施の形態では、窒化物半導体とオーミック接触するオーミック電極に本願発明の技術的思想を適用する例について説明し、特に、窒化物半導体の一例として、ガリウムを含む窒化物半導体を挙げて説明している。そして、ガリウムを含む窒化物半導体の具体的な例として、AlGaNやGaNを例に挙げて説明したが、本願発明の技術的思想は、これに限らず、例えば、InGaNやAlInGaNなどの窒化物半導体とオーミック接触するオーミック電極にも幅広く適用することができる。   In the above embodiment, an example in which the technical idea of the present invention is applied to an ohmic electrode that is in ohmic contact with a nitride semiconductor will be described. In particular, a nitride semiconductor containing gallium will be described as an example of a nitride semiconductor. ing. As a specific example of a nitride semiconductor containing gallium, AlGaN or GaN has been described as an example. However, the technical idea of the present invention is not limited to this, for example, a nitride semiconductor such as InGaN or AlInGaN. It can also be widely applied to ohmic electrodes that are in ohmic contact with each other.

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。   The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

1S 基板
AGNL AlGaN層
ALF アルミニウム膜
AUF 金膜
AUF2 金膜
BUF バッファ層
DE ドレイン電極
DPL 空乏層
伝導帯
価電子帯
FR1 レジスト膜
FR2 レジスト膜
FR3 レジスト膜
FR4 レジスト膜
GE ゲート電極
GNL GaN層
GOX ゲート絶縁膜
HMF 高融点金属膜
IGNL InGaN層
LAB 積層体
LAB1 積層体
LAB2 積層体
MF1 第1モリブデン膜
MF2 第2モリブデン膜
nAGNL n型AlGaN層
nGNL n型GaN層
NIF ニッケル膜
OE オーミック電極
OE(n) n型オーミック電極
OE(p) p型オーミック電極
OP1 開口部
OP2 開口部
OP3 開口部
pAGNL p型AlGaN層
pGNL p型GaN層
PRF 表面保護膜
SE ソース電極
SS サファイア基板
TAF 合金膜
εFM フェルミ準位
εFS フェルミ準位
εFS2 フェルミ準位
Φ 仕事関数
Φ 仕事関数
1S substrate AGNL AlGaN layer ALF aluminum film AUF gold film AUF2 gold film BUF buffer layer DE drain electrode DPL depletion layer E c conduction band E v valence band FR1 resist film FR2 resist film FR3 resist film FR4 resist film GE gate electrode GE gate layer GOX Gate insulating film HMF refractory metal film IGNL InGaN layer LAB laminated body LAB1 laminated body LAB2 laminated body MF1 first molybdenum film MF2 second molybdenum film nAGNL n-type AlGaN layer nGNL n-type GaN layer NIF nickel film OE ohmic electrode OE ( ) N-type ohmic electrode OE (p) p-type ohmic electrode OP1 opening OP2 opening OP3 opening pAGNL p-type AlGaN layer pGNL p-type GaN layer PRF surface protective film SE source electrode S sapphire substrate TAF alloy film ε FM Fermi level ε FS Fermi level ε FS2 Fermi level Φ m work function Φ s work function

Claims (23)

(a)窒化物半導体層上に積層体を形成する工程と、
(b)前記(a)工程後、前記積層体に対して、熱処理を施すことにより、電極を形成する工程と、を備え、
前記積層体は、
前記窒化物半導体層上に形成された第1モリブデン膜と、
前記第1モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、
前記アルミニウム膜上に形成された第2モリブデン膜と、
前記第2モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、
前記第1モリブデン膜の膜厚をXとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たしている半導体装置の製造方法。
(A) forming a laminate on the nitride semiconductor layer;
(B) After the step (a), the laminate is subjected to a heat treatment to form an electrode, and
The laminate is
A first molybdenum film formed on the nitride semiconductor layer;
An aluminum film formed on the first molybdenum film;
A second molybdenum film formed on the aluminum film;
A gold film formed on the second molybdenum film,
A method of manufacturing a semiconductor device satisfying a relationship of 2 nm ≦ X ≦ 10 nm, where X is a thickness of the first molybdenum film.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記アルミニウム膜の膜厚をYとし、前記金膜の膜厚をZとした場合、Y≦Z≦2Yの関係を満たしている半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
A method of manufacturing a semiconductor device satisfying a relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y, where Y is a thickness of the aluminum film and Z is a thickness of the gold film.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(a)工程は、
(a1)前記窒化物半導体層上に、開口部を有するレジスト膜を形成する工程と、
(a2)前記開口部内を含む前記レジスト膜上に前記第1モリブデン膜を形成する工程と、
(a3)前記第1モリブデン膜上に前記アルミニウム膜を形成する工程と、
(a4)前記アルミニウム膜上に第2モリブデン膜を形成する工程と、
(a5)前記第2モリブデン膜上に金膜を形成する工程と、
(a6)前記(a5)工程後、前記レジスト膜を除去することにより、前記レジスト膜上に形成されている前記第1モリブデン膜、前記アルミニウム膜、前記第2モリブデン膜および前記金膜をリフトオフして、前記積層体を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The step (a)
(A1) forming a resist film having an opening on the nitride semiconductor layer;
(A2) forming the first molybdenum film on the resist film including the inside of the opening;
(A3) forming the aluminum film on the first molybdenum film;
(A4) forming a second molybdenum film on the aluminum film;
(A5) forming a gold film on the second molybdenum film;
(A6) After the step (a5), the resist film is removed to lift off the first molybdenum film, the aluminum film, the second molybdenum film, and the gold film formed on the resist film. And a step of forming the laminated body.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(a)工程の前に、基板上に前記窒化物半導体層を形成する工程をさらに有し、
前記基板は、サファイア基板、炭化シリコン基板、あるいは、シリコン基板のいずれかから形成されている半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
Before the step (a), further comprising the step of forming the nitride semiconductor layer on the substrate;
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the substrate is formed of any one of a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, and a silicon substrate.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体層は、ガリウムを含む窒化物半導体層である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the nitride semiconductor layer is a nitride semiconductor layer containing gallium.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体層は、GaN層、あるいは、AlGaN層である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the nitride semiconductor layer is a GaN layer or an AlGaN layer.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(b)工程で実施される熱処理の温度は、650℃以上850℃以下である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the temperature of the heat treatment performed in the step (b) is 650 ° C. or higher and 850 ° C. or lower.
請求項7に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(b)工程で実施される熱処理の温度は、700℃以上800℃以下である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein a temperature of the heat treatment performed in the step (b) is 700 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記電極は、前記熱処理を施すことにより、前記窒化物半導体層とオーミック接触する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the electrode is subjected to the heat treatment to make ohmic contact with the nitride semiconductor layer.
(a)窒化物半導体層上に積層体を形成する工程と、
(b)前記(a)工程後、前記積層体に対して、熱処理を施すことにより、電極を形成する工程と、を備え、
前記積層体は、
前記窒化物半導体層上に形成された第1モリブデン膜と、
前記第1モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、
前記アルミニウム膜上に形成された第2モリブデン膜と、
前記第2モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、
前記アルミニウム膜の膜厚をYとし、前記金膜の膜厚をZとした場合、Y≦Z≦2Yの関係を満たしている半導体装置の製造方法。
(A) forming a laminate on the nitride semiconductor layer;
(B) After the step (a), the laminate is subjected to a heat treatment to form an electrode, and
The laminate is
A first molybdenum film formed on the nitride semiconductor layer;
An aluminum film formed on the first molybdenum film;
A second molybdenum film formed on the aluminum film;
A gold film formed on the second molybdenum film,
A method of manufacturing a semiconductor device satisfying a relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y, where Y is a thickness of the aluminum film and Z is a thickness of the gold film.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(a)工程は、
(a1)前記窒化物半導体層上に、開口部を有するレジスト膜を形成する工程と、
(a2)前記開口部内を含む前記レジスト膜上に前記第1モリブデン膜を形成する工程と、
(a3)前記第1モリブデン膜上に前記アルミニウム膜を形成する工程と、
(a4)前記アルミニウム膜上に第2モリブデン膜を形成する工程と、
(a5)前記第2モリブデン膜上に金膜を形成する工程と、
(a6)前記(a5)工程後、前記レジスト膜を除去することにより、前記レジスト膜上に形成されている前記第1モリブデン膜、前記アルミニウム膜、前記第2モリブデン膜および前記金膜をリフトオフして、前記積層体を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10,
The step (a)
(A1) forming a resist film having an opening on the nitride semiconductor layer;
(A2) forming the first molybdenum film on the resist film including the inside of the opening;
(A3) forming the aluminum film on the first molybdenum film;
(A4) forming a second molybdenum film on the aluminum film;
(A5) forming a gold film on the second molybdenum film;
(A6) After the step (a5), the resist film is removed to lift off the first molybdenum film, the aluminum film, the second molybdenum film, and the gold film formed on the resist film. And a step of forming the laminated body.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(c)工程の前に、基板上に窒化物半導体層を形成する工程をさらに有し、
前記基板は、サファイア基板、炭化シリコン基板、あるいは、シリコン基板のいずれかから形成されている半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10,
Before the step (c), further comprising a step of forming a nitride semiconductor layer on the substrate;
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the substrate is formed of any one of a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, and a silicon substrate.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体層は、ガリウムを含む窒化物半導体層である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the nitride semiconductor layer is a nitride semiconductor layer containing gallium.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体層は、GaN層、あるいは、AlGaN層である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the nitride semiconductor layer is a GaN layer or an AlGaN layer.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(b)工程で実施される熱処理の温度は、650℃以上850℃以下である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the temperature of the heat treatment performed in the step (b) is 650 ° C. or higher and 850 ° C. or lower.
請求項15に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(b)工程で実施される熱処理の温度は、700℃以上800℃以下である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein a temperature of the heat treatment performed in the step (b) is 700 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
(a)窒化物半導体層と、
(b)前記窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有する電極と、を備え、
前記電極は、前記窒化物半導体層上に形成された積層体に対して熱処理を施すことにより形成され、
前記積層体は、
(c1)前記窒化物半導体層上に形成された第1モリブデン膜と、
(c2)前記第1モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、
(c3)前記アルミニウム膜上に形成された第2モリブデン膜と、
(c4)前記第2モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、
前記第1モリブデン膜の膜厚をXとした場合、2nm≦X≦10nmの関係を満たしている半導体装置。
(A) a nitride semiconductor layer;
(B) an electrode formed on the nitride semiconductor layer and having a structure in which aluminum, molybdenum, and gold are interdiffused, and
The electrode is formed by performing a heat treatment on the stacked body formed on the nitride semiconductor layer,
The laminate is
(C1) a first molybdenum film formed on the nitride semiconductor layer;
(C2) an aluminum film formed on the first molybdenum film;
(C3) a second molybdenum film formed on the aluminum film;
(C4) a gold film formed on the second molybdenum film,
A semiconductor device satisfying a relationship of 2 nm ≦ X ≦ 10 nm, where X is a thickness of the first molybdenum film.
請求項17に記載の半導体装置であって、
前記アルミニウム膜の膜厚をYとし、前記金膜の膜厚をZとした場合、Y≦Z≦2Yの関係を満たしている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 17,
A semiconductor device satisfying a relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y, where Y is a thickness of the aluminum film and Z is a thickness of the gold film.
(a)窒化物半導体層と、
(b)前記窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有する電極と、を備え、
前記電極は、前記窒化物半導体層上に形成された積層体に対して熱処理を施すことにより形成され、
前記積層体は、
(c1)前記窒化物半導体層上に形成された第1モリブデン膜と、
(c2)前記第1モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、
(c3)前記アルミニウム膜上に形成された第2モリブデン膜と、
(c4)前記第2モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、
前記アルミニウム膜の膜厚をYとし、前記金膜の膜厚をZとした場合、Y≦Z≦2Yの関係を満たしている半導体装置。
(A) a nitride semiconductor layer;
(B) an electrode formed on the nitride semiconductor layer and having a structure in which aluminum, molybdenum, and gold are interdiffused, and
The electrode is formed by performing a heat treatment on the stacked body formed on the nitride semiconductor layer,
The laminate is
(C1) a first molybdenum film formed on the nitride semiconductor layer;
(C2) an aluminum film formed on the first molybdenum film;
(C3) a second molybdenum film formed on the aluminum film;
(C4) a gold film formed on the second molybdenum film,
A semiconductor device satisfying a relationship of Y ≦ Z ≦ 2Y, where Y is a thickness of the aluminum film and Z is a thickness of the gold film.
請求項17〜19のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記電極は、前記窒化物半導体層との間でオーミック接触している半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 17 to 19, wherein
The semiconductor device in which the electrode is in ohmic contact with the nitride semiconductor layer.
(a)窒化物半導体層と、
(b)前記窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有し、かつ、前記窒化物半導体層との間でオーミック接触をしているオーミック電極と、を備え、
前記窒化物半導体層と前記オーミック電極との界面において、前記アルミニウムの原子%は、前記モリブデンの原子%よりも大きい半導体装置。
(A) a nitride semiconductor layer;
(B) an ohmic electrode formed on the nitride semiconductor layer, having an interdiffused structure of aluminum, molybdenum, and gold, and in ohmic contact with the nitride semiconductor layer; With
A semiconductor device in which atomic% of the aluminum is larger than atomic% of the molybdenum at an interface between the nitride semiconductor layer and the ohmic electrode.
請求項21に記載の半導体装置であって、
前記窒化物半導体層と前記オーミック電極との界面において、アルミニウム、モリブデン、および、金のうち、アルミニウムの原子%が最も大きい半導体装置。
The semiconductor device according to claim 21, wherein
A semiconductor device having the largest atomic% of aluminum among aluminum, molybdenum, and gold at the interface between the nitride semiconductor layer and the ohmic electrode.
(a)窒化物半導体層と、
(b)前記窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有し、かつ、前記窒化物半導体層との間でオーミック接触をしているオーミック電極と、を備え、
前記窒化物半導体層と前記オーミック電極との界面において、前記アルミニウムの原子%は、前記金の原子%よりも大きい半導体装置。
(A) a nitride semiconductor layer;
(B) an ohmic electrode formed on the nitride semiconductor layer, having an interdiffused structure of aluminum, molybdenum, and gold, and in ohmic contact with the nitride semiconductor layer; With
A semiconductor device in which atomic% of the aluminum is larger than atomic% of the gold at an interface between the nitride semiconductor layer and the ohmic electrode.
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