JPH10303407A

JPH10303407A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH10303407A
Application number: JP10478797A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Nishitsuji; 充西辻; Isao Kidoguchi; 勲木戸口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】コンタクト層と該コンタクト層の上に形成さ
れるオーミック電極とのオーミック性接触のコンタクト
抵抗を低減する。【解決手段】ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０
以上で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ型の窒
化アルミニウムガリウム層１１の上に、該窒化アルミニ
ウムガリウム層１１とオーミック性接触するように、モ
リブデン（仕事関数：４．１２ｅＶ、融点：２５２３
℃）よりなるモリブデン層１２が堆積されている。モリ
ブデン層１２の上には、該モリブデン層１２の酸化を防
止する金層１３が堆積されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ｎ型の化合物半導
体層よりなるコンタクト層と、該コンタクト層の上に形
成されたオーミック電極とを有する半導体装置、特に、
高温動作又は高出力動作が可能な電界効果型トランジス
タや半導体レーザ装置等の半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ｎ型の化合物半導体層よりなるコンタク
ト層と、該コンタクト層の上に形成されたオーミック電
極とを有する半導体装置としては、ｎ型のＡｌ_xＧａ
_1-xＮ（但し、ｘは０以上で且つ０．５以下である。）
で表わされるｎ型窒化アルミニウムガリウム又はｎ型窒
化ガリウムよりなるコンタクト層の上にオーミック電極
が形成されたものが知られている。

【０００３】以下、図１３を参照しながら、前記従来の
半導体装置について説明する。

【０００４】まず、図１３（ａ）に示すように、コンタ
クト層としてのｎ型窒化アルミニウムガリウム層１の上
に、第１のチタン層２、アルミニウム層３及び第２のチ
タン層４及び金層５が順次形成された積層構造からなる
オーミック電極が形成されている。この場合、第２のチ
タン層４及び金層５はアルミニウム層３の酸化を防止す
るために形成されており、第２のチタン層４はアルミニ
ウム層３と金層５との密着性を高める働きを有してい
る。

【０００５】次に、図１３（ａ）に示す積層構造体に対
して、例えば６００℃の温度下における３０秒間の短時
間の熱処理を行なう。このようにすると、ｎ型窒化アル
ミニウムガリウム層１を構成するＡｌＧａＮと第１のチ
タン層２を構成するＴｉとの間に、ＡｌＧａＮ＋Ｔｉ→ＡｌＧａ＋窒素空孔＋ＴｉＮの反応が起こって、図１３（ｂ）に示すように、ｎ型窒
化アルミニウムガリウム層１における第１のチタン層２
との界面に、窒素空孔による高濃度ｎ型不純物層６が形
成されると共に、第１のチタン層２におけるｎ型窒化ア
ルミニウムガリウム層１との界面に窒化チタン層７が形
成される。この場合、ｎ型窒化アルミニウムガリウム層
１において窒素の空孔が形成され、該窒素の空孔が浅い
ドナーレベルになるので、ｎ型窒化アルミニウムガリウ
ム層１における第１のチタン層２との界面に高濃度ｎ型
不純物層６が形成されるのである。

【０００６】図１４は、ｎ型窒化アルミニウムガリウム
層１と第１のチタン層２との界面におけるエネルギーバ
ンド図を示しており、図１４において、太い一点鎖線は
熱処理前のショトキー障壁高さを示し、太い実線は熱処
理後のバンドギャップ及びショトキー障壁高さを示して
いる。仕事関数が４．２０ｅＶであるアルミニウム層３
と高濃度ｎ型不純物層６との距離が短くなるため、図１
４に示すように、表面空乏層の幅が狭くなり、電子ｅが
ショットキー障壁をトンネリングにより通過し易くなる
ので、コンタクト層とオーミック電極とが良好なオーミ
ック性接触をする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ｎ型窒化ア
ルミニウムガリウム層１よりなるコンタクト層は、広い
バンドギャップを有しているため、高温動作又は高出力
動作が可能な電界効果型トランジスタ等において用いら
れている。このため、高温における信頼性を確保するた
めに、通常、高温における比較的長時間の熱処理が行な
われる。

【０００８】ところが、オーミック電極としてアルミニ
ウムを用いた場合、数百℃の高温環境下においては、図
１５に示すように、オーミック電極を構成するアルミニ
ウム層３のアルミニウムがｎ型窒化アルミニウムガリウ
ム層１内に熱拡散して反応するため、ｎ型窒化アルミニ
ウムガリウム層１中のアルミニウム組成が増加して、高
Ａｌ組成のＡｌＧａＮ層９が形成されるので、図１６に
示すように、ｎ型窒化アルミニウムガリウム層１のバン
ドギャップがさらに拡がる。

【０００９】このため、コンタクト層とオーミック電極
とのオーミック性接触が劣化するという問題がある。こ
れは、アルミニウムの融点（６６０℃）が比較的低いた
めアルミニウム層３のアルミニウムが第１の窒化チタン
層２の窒化チタンと熱反応して、チタンと高抵抗な窒化
アルミニウムとの混晶層８が形成されると共に、高Ａｌ
組成のＡｌＧａＮ層９において、前述した窒素空孔によ
ってドナーレベルが深くなるためコンタクト層における
活性化した電子の数が減少してしまうためである。従っ
て、低抵抗のオーミック接触を得ることは困難になる。

【００１０】さらに、窒化チタン層７の窒化チタンとア
ルミニウム層３のアルミニウムとが再反応して、高抵抗
な窒化アルミニウム層が形成されることにより、オーミ
ック接触のコンタクト抵抗の増加を引き起こしてしまう
という問題も生じる。

【００１１】前記に鑑み、本発明は、コンタクト層と該
コンタクト層の上に形成されるオーミック電極とのオー
ミック性接触のコンタクト抵抗を低減することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の半導
体装置は、ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０以上
で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ型の窒化ア
ルミニウムガリウム又は窒化ガリウムよりなるコンタク
ト層と、該コンタクト層の上に該コンタクト層とオーミ
ック性接触するように形成された仕事関数が４．２ｅＶ
以下の高融点金属よりなる高融点金属層からなるオーミ
ック電極とを備えている。

【００１３】第１の半導体装置によると、オーミック電
極は仕事関数が４．２ｅＶ以下の金属からなるため、オ
ーミック性接触領域のショトキー障壁の高さが低いの
で、電子がショトキー障壁を透過又は乗り越え易くな
る。

【００１４】また、オーミック電極が高融点金属よりな
るため、高温における比較的長時間の熱処理を行なって
も、オーミック電極を構成する金属がコンタクト層に熱
拡散し難いので、オーミック電極を構成する金属がコン
タクト層内に拡散してオーミック性接触のコンタクト抵
抗が高くなる事態を回避することができる。

【００１５】本発明に係る第２の半導体装置は、ｎ型の
Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０以上で且つ０．５以下
である。）で表わされるｎ型の窒化アルミニウムガリウ
ム又は窒化ガリウムよりなるコンタクト層と、該コンタ
クト層の上に該コンタクト層とオーミック性接触するよ
うに形成されたチタン層と該チタン層の上に形成された
仕事関数が４．２ｅＶ以下の高融点金属よりなる高融点
金属層とからなるオーミック電極とを備えている。

【００１６】第２の半導体装置によると、オーミック電
極は仕事関数が４．２ｅＶ以下の金属からなるため、オ
ーミック性接触領域のショトキー障壁の高さが低いの
で、電子がショトキー障壁を透過又は乗り越え易い。

【００１７】また、オーミック電極が高融点金属よりな
るため、高温における比較的長時間の熱処理を行なって
も、オーミック電極を構成する金属はコンタクト層に熱
拡散し難い。

【００１８】また、コンタクト層と高融点金属層との間
にチタン層が介在しているため、チタン層とコンタクト
層とをオーミック接触させるための短時間の熱処理が必
要になるが、この熱処理によって、コンタクト層におけ
るチタン層との界面に高濃度ｎ型不純物層が形成され
る。

【００１９】第２の半導体装置において、チタン層の厚
さは２０ｎｍ以下であることが好ましい。

【００２０】第１又は第２の半導体装置において、高融
点金属は、モリブデン、タンタル、モリブデンを含有す
る金属化合物又はタンタルを含有する金属化合物である
ことが好ましい。

【００２１】本発明に係る第３の半導体装置は、ｎ型の
Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０よりも大きく且つ１．
０よりも小さい。）で表わされるｎ型の窒化インジウム
ガリウムよりなるコンタクト層と、コンタクト層の上に
該コンタクト層とオーミック性接触するように形成され
たオーミック電極とを備えている。

【００２２】第３の半導体装置によると、コンタクト層
をｎ型の窒化インジウムガリウムにより形成したため、
つまり、コンタクト層にインジウムが含まれているた
め、コンタクト層のバンドギャップが小さくなるので、
オーミック性接触領域のショトキー障壁の高さが小さく
なる。

【００２３】第３の半導体装置によると、オーミック性
接触領域のショトキー障壁の高さが小さくなるので、オ
ーミック電極を構成する金属の種類は特に限定されない
が、オーミック電極は、仕事関数が４．５ｅＶ以下の高
融点金属よりなる高融点金属層からなることが好まし
い。

【００２４】本発明に係る第４の半導体装置は、ｎ型の
Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０よりも大きく且つ１．
０よりも小さい。）で表わされるｎ型の窒化インジウム
ガリウムよりなるコンタクト層と、コンタクト層の上に
該コンタクト層とオーミック性接触するように形成され
たチタン層と該チタン層の上に形成された仕事関数が
４．５ｅＶ以下の高融点金属よりなる高融点金属層とか
らなるオーミック電極とを備えている。

【００２５】第４の半導体装置によると、コンタクト層
をｎ型の窒化インジウムガリウムにより形成したため、
つまり、コンタクト層にインジウムが含まれているた
め、コンタクト層のバンドギャップが小さくなるので、
オーミック性接触領域のショトキー障壁の高さが小さく
なる。

【００２６】また、コンタクト層と高融点金属層との間
にチタン層が介在しているため、チタン層とコンタクト
層とをオーミック接触させるための短時間の熱処理が必
要になるが、この熱処理によって、コンタクト層におけ
るチタン層との界面に高濃度ｎ型不純物層が形成される
ため、電子がショットキー障壁をトンネリングにより通
過し易くなる。

【００２７】第３又は第４の半導体装置において、高融
点金属は、モリブデン、タングステン、タンタル、モリ
ブデンを含有する金属化合物、タングステンを含有する
金属化合物又はタンタルを含有する金属化合物であるこ
とが好ましい。

【００２８】本発明に係る第５の半導体装置は、ｎ型の
Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０以上で且つ０．５以下
である。）で表わされるｎ型の窒化アルミニウムガリウ
ム若しくは窒化ガリウム、又はｎ型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ
（但し、ｘは０よりも大きく且つ１．０よりも小さ
い。）で表わされるｎ型の窒化インジウムガリウムより
なるコンタクト層と、該コンタクト層の上に該コンタク
ト層とオーミック性接触するように形成されたモリブデ
ン層と該モリブデン層の上に形成された白金層とからな
るオーミック電極とを備えている。

【００２９】本発明に係る第６の半導体装置は、ｎ型の
Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０以上で且つ０．５以下
である。）で表わされるｎ型の窒化アルミニウムガリウ
ム若しくは窒化ガリウム、又はｎ型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ
（但し、ｘは０よりも大きく且つ１．０よりも小さ
い。）で表わされるｎ型の窒化インジウムガリウムより
なるコンタクト層と、該コンタクト層の上に該コンタク
ト層とオーミック性接触するように形成されたモリブデ
ン層と該モリブデン層の上に形成されたチタン層と、該
チタン層の上に形成された白金層とからなるオーミック
電極とを備えている。

【００３０】本発明に係る第７の半導体装置は、ｎ型の
Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０以上で且つ０．５以下
である。）で表わされるｎ型の窒化アルミニウムガリウ
ム若しくは窒化ガリウム、又はｎ型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ
（但し、ｘは０よりも大きく且つ１．０よりも小さ
い。）で表わされるｎ型の窒化インジウムガリウムより
なるコンタクト層と、該コンタクト層の上に該コンタク
ト層とオーミック性接触するように形成されたチタン層
と該チタン層の上に形成されたモリブデン層と、該モリ
ブデン層の上に形成された白金層とからなるオーミック
電極とを備えている。

【００３１】本発明に係る第８の半導体装置は、ｎ型の
Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０以上で且つ０．５以下
である。）で表わされるｎ型の窒化アルミニウムガリウ
ム若しくは窒化ガリウム、又はｎ型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ
（但し、ｘは０よりも大きく且つ１．０よりも小さ
い。）で表わされるｎ型の窒化インジウムガリウムより
なるコンタクト層と、該コンタクト層の上に該コンタク
ト層とオーミック性接触するように形成された第１のチ
タン層と該第１のチタン層の上に形成されたモリブデン
層と、該モリブデン層の上に形成された第２のチタン層
と該第２のチタン層の上に形成された白金層とからなる
オーミック電極とを備えている。

【００３２】第５〜第８の半導体装置によると、オーミ
ック電極の上層部に形成され該オーミック電極の酸化を
防止する金属層として白金層が形成されているため、高
温における信頼性を確保するために高温での比較的長時
間の熱処理を行なっても、白金は金に比べて融点が高い
ので、白金が白金層の下側に堆積されているモリブデン
層やチタン層を透過して、オーミック電極とコンタクト
層との間のオーミック接触界面に到達しない。このた
め、金層を構成する金がモリブデン層やチタン層を透過
してオーミック性接触の界面に到達し、オーミック性接
触の劣化を引き起こす事態を回避できる。

【００３３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図１は第１の実施形態に係る半導体
装置の断面構造を示している。図１に示すように、ｎ型
のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０以上で且つ０．５以
下である。）で表わされるｎ型の窒化アルミニウムガリ
ウム層（但し、前記一般式において、ｘが０のときには
窒化ガリウム層となるが、以下の説明においては、便宜
上、窒化アルミニウムガリウム層と称する。）１１より
なるコンタクト層の上に、仕事関数が４．２ｅＶ以下の
高融点金属、例えばモリブデン（仕事関数：４．１２ｅ
Ｖ、融点：２５２３℃）よりなるモリブデン層１２が蒸
着法により堆積され、該モリブデン層１２の上に金層１
３が堆積されており、モリブデン層１２と金層１３とに
よってオーミック電極が構成されている。金層１３はモ
リブデン層１２の酸化を防止するために形成されてい
る。

【００３４】図６（ａ）、（ｂ）は、ｎ型の窒化アルミ
ニウムガリウム層１１とモリブデン層１２とがオーミッ
ク性接触するときのエネルギーバンド図を示しており、
図６（ａ）はオーミック電極を構成する金属の仕事関数
が小さい場合であり、図６（ｂ）はオーミック電極を構
成する金属の仕事関数が大きい場合である。図６（ｂ）
に示すように、仕事関数が大きい金属によってオーミッ
ク電極を形成する場合、ショトキー障壁の高さが高いた
め、電子がショトキー障壁を通過又は乗り越え難いの
で、オーミック性接触の抵抗が大きくなるが、図６
（ａ）に示すように、仕事関数が小さい金属によってオ
ーミック電極を形成すると、ショトキー障壁の高さが低
いため、電子がショトキー障壁を透過又は乗り越え易い
ので、オーミック性接触の抵抗が小さくなる。第１の実
施形態においては、仕事関数が４．２ｅＶ以下の金属に
よってオーミック電極を形成したため、ショトキー障壁
の高さが低いので、オーミック性接触の抵抗は小さくな
る。

【００３５】第１の実施形態においては、熱処理を施さ
なくても、ｎ型の窒化アルミニウムガリウム層１１とモ
リブデン層１２とがオーミック性接触するので、熱処理
工程を行なう手間が省ける。

【００３６】また、第１の実施形態においては、１００
０℃程度の温度では殆ど反応しない高融点金属例えばモ
リブデンによってオーミック電極を形成したため、高温
における比較的長時間の熱処理を行なっても、高融点金
属例えばモリブデンが窒化アルミニウムガリウム層１１
内に熱拡散し難いので、金属の窒化アルミニウムガリウ
ム層１１内への拡散に起因してオーミック性接触のコン
タクト抵抗が高くなる事態を回避できる。

【００３７】さらに、ｎ型の窒化アルミニウムガリウム
層１１とモリブデン層１２との間に、他の金属層が介在
しないので、高温における信頼性を確保するために高温
での比較的長時間の熱処理を行なっても、他の金属層を
構成する金属が熱拡散してオーミック性接触を劣化させ
る恐れがない。

【００３８】尚、仕事関数が４．２ｅＶ以下の高融点金
属としては、モリブデンのほかに、タンタル（仕事関
数：４．０５ｅＶ、融点：３０２０℃）、モリブデンを
含有する金属化合物（例えば、ＭｏＮ、ＭｏＳｉ等）又
はタンタルを含有する金属化合物（例えば、ＴａＳｉ、
ＴａＮ）等が挙げられる。

【００３９】（第２の実施形態）図２（ａ）は第２の実
施形態に係る半導体装置の断面構造を示している。図２
（ａ）に示すように、ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、
ｘは０以上で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ
型の窒化アルミニウムガリウム層（但し、前記一般式に
おいて、ｘが０のときには、窒化ガリウム層となるが、
以下の説明においては、便宜上、窒化アルミニウムガリ
ウム層と称する。）２１よりなるコンタクト層の上に蒸
着法によりチタン層２２が堆積され、該チタン層２２の
上に仕事関数が４．２ｅＶ以下の高融点金属、例えばモ
リブデン（仕事関数：４．１２ｅＶ、融点：２５２３
℃）よりなるモリブデン層２３が蒸着法により堆積さ
れ、該モリブデン層２３の上に金層２４が堆積され、チ
タン層２２とモリブデン層２３と金層２４とによってオ
ーミック電極が構成されている。金層２４はモリブデン
層２３の酸化を防止するために形成されている。

【００４０】図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す積層構造
体に対して、例えば６００℃の温度下における３０秒間
の熱処理を行なって、ｎ型の窒化アルミニウムガリウム
層２１とチタン層２２とをオーミック性接触させたとき
の構造を示している。この短時間の熱処理によって、チ
タン層２２のチタンと窒化アルミニウムガリウム層２１
の窒素とが熱反応するが、この際、窒化アルミニウムガ
リウム層２１に窒素の空孔が生成され、これにより、窒
化アルミニウムガリウム層２１の表面部に、窒素空孔に
よるｎ型の高濃度不純物層２５が形成されると共に、チ
タン層２２のチタンが窒化アルミニウムガリウム層２１
の窒素と反応し、これにより、チタン層２２における窒
化アルミニウムガリウム層２１との界面に窒化チタン層
２６が形成される。

【００４１】第２の実施形態においては、ｎ型の窒化ア
ルミニウムガリウム層２１とモリブデン層２３との間に
チタン層２２が介在しているため、チタン層２２と窒化
アルミニウムガリウム層２１との熱反応によるｎ型の高
濃度不純物層２５の形成メカニズムにより、第１の実施
形態に比べて、オーミック性接触の抵抗は小さくなる。
すなわち、従来例の項で説明したように、ＡｌＧａＮ＋Ｔｉ→ＡｌＧａ＋窒素空孔＋ＴｉＮの反応が起こって、図２（ｂ）に示すように、ｎ型窒化
アルミニウムガリウム層２１におけるチタン層２２との
界面に高濃度ｎ型不純物層２５が形成されると共に、チ
タン層２２におけるｎ型窒化アルミニウムガリウム層２
１との界面に窒化チタン層２６が形成される。この場
合、ｎ型窒化アルミニウムガリウム層２１において窒素
の空孔が形成され、該窒素の空孔が浅いドナーレベルに
なるので、ｎ型窒化アルミニウムガリウム層２１におけ
るチタン層２２との界面に高濃度ｎ型不純物層２５が形
成されるのである。このため、仕事関数が４．２０ｅＶ
であるモリブデン層２３と高濃度ｎ型不純物層２５との
距離が短くなるので、表面空乏層の幅が狭くなって、電
子ｅがショットキー障壁をトンネリングにより通過し易
くなり、これにより、オーミック性接触の抵抗が小さく
なるのである。

【００４２】また、第２の実施形態においても、第１の
実施形態と同様、１０００℃程度の温度では殆ど反応し
ない高融点金属例えばモリブデンによってオーミック電
極を形成したため、高温における信頼性を確保するため
に高温での比較的長時間の熱処理を行なっても、高融点
金属は窒化アルミニウムガリウム層２１内に熱拡散し難
いので、窒化アルミニウムガリウム層２１の抵抗値が高
くならない。

【００４３】図８は、オーミック電極として、チタン層
２２及びモリブデン層２３の積層構造を用いた場合と、
従来例に係るチタン層及びアルミニウム層の積層構造を
用いた場合とにおける、熱処理温度（横軸）と規格化し
たオーミック性接触のコンタクト抵抗値（縦軸）との関
係を示している。この場合、短時間の熱処理によってオ
ーミック性接触を得た素子に対して、１００℃〜８００
℃の間で１００℃毎に１時間の熱処理を行ない、この熱
処理によるオーミック性接触のコンタクト抵抗値の劣化
を測定したものである。また、規格化したオーミック性
接触のコンタクト抵抗値とは、熱処理温度毎のオーミッ
ク性接触のコンタクト抵抗を、初期状態のコンタクト抵
抗を１として規格化したものである。

【００４４】図８から明らかなように、従来例のもの
は、３００℃程度から劣化が始まり、６００℃ではオー
ミック性接触が得られなくなっている。また、従来例の
ものでは、７００℃以上では、アルミニウム層自体の溶
融及び昇華現象が発生し、電極形状自体が初期の形状を
保持することができなかった。このため、従来例におい
ては、７００℃以上のデータが得られなかった。これに
対して、第２の実施形態のように、チタン層２２及びモ
リブデン層２３の積層構造のオーミック電極を有する場
合には、高温領域で若干のコンタクト抵抗値の増加が見
られるが、従来例に比べて、極めて優れた耐熱性を有し
ていることが分かる。尚、高温領域におけるコンタクト
抵抗値の増加は、高濃度ｎ型不純物層２５におけるオー
ミック電極との接触領域の不純物濃度が低下したためと
推測される。

【００４５】尚、第２の実施形態において、チタン層２
２の膜厚は２０ｎｍ以下であることがより好ましい。そ
の理由は以下の通りである。すなわち、チタン層２２の
膜厚が２０ｎｍ以下であると、熱処理によりチタン層２
２と窒化アルミニウムガリウム層２１との熱反応が起こ
って、図２（ｃ）に示すように、チタン層２２が全て窒
化チタン層２６に変化する。これにより、ｎ型窒化アル
ミニウムガリウム層２１とモリブデン層２３との間に
は、膜厚が２０ｎｍ以下の窒化チタン層２６が介在する
のみであり、電子ｅがショットキー障壁をトンネリング
により一層通過し易くなるため、ショトキー障壁がオー
ミック性接触に影響を及ぼさなくなるので、オーミック
性接触のコンタクト抵抗が一層小さくなる。

【００４６】図１１は、チタン膜２２の膜厚が１５ｎｍ
の場合と３０ｎｍの場合とにおいて、６００℃の温度下
における１時間の熱処理を施したときのオーミック電極
における電圧−電流特性を示しており、図１１から明ら
かなように、チタン膜２２の膜厚が１５ｎｍの場合には
良好なオーミック性接触が得られることを確認した。

【００４７】尚、仕事関数が４．２ｅＶ以下の高融点金
属としては、モリブデンのほかに、タンタル（仕事関
数：４．０５ｅＶ、融点：３０２０℃）、モリブデンを
含有する金属化合物（例えば、ＭｏＮ、ＭｏＳｉ）又は
タンタルを含有する金属化合物（例えば、ＴａＳｉ、Ｔ
ａＮ）等が挙げられる。

【００４８】（第３の実施形態）図３は第３の実施形態
に係る半導体装置の断面構造を示しており、ｎ型のＩｎ
_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０よりも大きく且つ１．０
よりも小さい。）で表わされるｎ型の窒化インジウムガ
リウム層３１よりなるコンタクト層の上に、仕事関数が
４．５ｅＶ以下の高融点金属、例えばモリブデン（仕事
関数：４．１２ｅＶ、融点：２５２３℃）よりなるモリ
ブデン層３２が蒸着法により堆積され、該モリブデン層
３２の上に金層３３が堆積されており、モリブデン層３
２及び金層３３によってオーミック電極が構成されてい
る。金層３３はモリブデン層３２の酸化を防止するため
に形成されている。

【００４９】図７（ａ）はコンタクト層にインジウムが
含有されている場合のエネルギーバンド図を示し、図７
（ｂ）はコンタクト層にインジウムが含有されていない
場合のエネルギーバンド図を示している。コンタクト層
にインジウムが含有されている場合には、インジウムが
含有されていない場合に比べて、コンタクト層（半導体
層）のバンドギャップが小さくなるため、ショトキー障
壁の高さが低くなるので、電子がショトキー障壁を透過
又は乗り越え易くなる。このため、オーミック性接触の
コンタクト抵抗が小さくなって良好なオーミック性接触
が得られる。

【００５０】第３の実施形態は、コンタクト層自体のエ
ネルギーバンドを小さくすることにより、オーミック性
接触のコンタクト抵抗値の低減を図るものであるから、
オーミック電極としては、必ずしも高融点金属を用いる
必要はない。オーミック電極として高融点金属を用いる
場合には、高温における比較的長時間の熱処理を行なっ
ても、高融点金属が窒化インジウムガリウム層３１内に
熱拡散し難いので、金属の窒化インジウムガリウム層３
１内への拡散に起因してオーミック性接触のコンタクト
抵抗が高くなる事態を回避することができる一方、オー
ミック電極として高融点金属を用いない場合には、融点
が高いためにオーミック電極の形成に手間がかかるとい
う問題を回避することができる。

【００５１】また、第３の実施形態においては、第１又
は第２の実施形態に比べて、コンタクト層自体のエネル
ギーバンドが小さいため、オーミック電極を構成する高
融点金属の仕事関数が第１又は第２の実施形態に比べて
大きくてもよく、仕事関数が４．５ｅＶ以下であればコ
ンタクト層とオーミック性接触をする。仕事関数が４．
５ｅＶ以下の高融点金属としては、モリブデン、タンタ
ル（仕事関数：４．０５ｅＶ、融点：３０２２℃）、タ
ングステン（仕事関数：４．５ｅＶ、融点：３４２２
℃）、モリブデンを含有する金属化合物（例えば、Ｍｏ
Ｎ、ＭｏＳｉ）、タンタルを含有する金属化合物（例え
ば、ＴａＳｉ、ＴａＮ）又はタングステンを含有する金
属化合物（例えば、ＷＳｉ、ＷＡｌ、ＷＮ）等が挙げら
れる。

【００５２】また、第３の実施形態においては、熱処理
を施さなくても、ｎ型の窒化インジウムガリウム層３１
とモリブデン層３２とがオーミック性接触するので、熱
処理工程を行なう手間が省ける。

【００５３】図９は、いずれもオーミック電極としては
チタン層及びアルミニウムの積層構造を用い、コンタク
ト層としては、第３の実施形態のように窒化インジウム
ガリウム層を用いた場合と、従来例のように窒化アルミ
ニウムガリウム層を用いた場合とにおける、熱処理温度
（横軸）と規格化したオーミック性接触のコンタクト抵
抗値（縦軸）との関係を示している。この場合、短時間
の熱処理によってオーミック性接触を得た素子に対し
て、１００℃〜６００℃の間で１００℃毎に１時間の熱
処理を行ない、この熱処理によるオーミック性接触のコ
ンタクト抵抗値の劣化を測定したものである。

【００５４】図９から明らかなように、従来例のもの
は、３００℃程度から劣化が始まり、６００℃ではオー
ミック性接触が得られなくなっているが、第３の実施形
態のものは、５００℃及び６００℃の領域で若干のコン
タクト抵抗値の増加が見られるが、従来例に比べて優れ
た耐熱性を有していることが分かる。尚、前述したよう
に、７００℃以上では、オーミック電極を構成するアル
ミニウム層自体の溶融及び昇華現象が発生するため、デ
ータは得られなかった。

【００５５】（第４の実施形態）図４は第４の実施形態
に係る半導体装置の断面構造を示しており、ｎ型のＩｎ
_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０よりも大きく且つ１．０よ
りも小さい。）で表わされるｎ型の窒化インジウムガリ
ウム層４１よりなるコンタクト層の上に蒸着法によりチ
タン層４２が堆積され、該チタン層４２の上に仕事関数
が４．２ｅＶ以下の高融点金属層、例えばモリブデン
（仕事関数：４．１２ｅＶ、融点：２５２３℃）よりな
るモリブデン層４３が蒸着法により堆積され、該モリブ
デン層４３の上に金層４４が堆積され、チタン層４２と
モリブデン層４３と金層４４とによってオーミック電極
が構成されている。金層４４はモリブデン層４３の酸化
を防止するために形成されている。

【００５６】第４の実施形態は、第２の実施形態と第３
の実施形態とを組み合わせたものであるから、第２の実
施形態の効果と第３の実施形態の効果とを合わせて得る
ことができる。

【００５７】（第５の実施形態）図５（ａ）は第５の実
施形態に係る半導体装置の断面構造を示している。図５
（ａ）に示すように、ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、
ｘは０以上で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ
型の窒化アルミニウムガリウム層（但し、前記一般式に
おいて、ｘが０のときには、窒化ガリウム層となる。）
５１よりなるコンタクト層の上に、仕事関数が４．２ｅ
Ｖ以下の高融点金属、例えばモリブデン（仕事関数：
４．１２ｅＶ、融点：２５２３℃）よりなるモリブデン
層５２が蒸着法により堆積され、該モリブデン層５２の
上に白金層５３が堆積されており、モリブデン層５２と
白金層５３とによってオーミック電極が構成されてい
る。白金層５３はモリブデン層５２の酸化を防止するた
めに形成されている。

【００５８】第５の実施形態においては、モリブデン層
５２の上に白金層５３が堆積されているため、高温にお
ける信頼性を確保するために高温での比較的長時間の熱
処理を行なっても、白金層５３を構成する白金は、金に
比べて融点が高いため、白金層５３の下側に堆積されて
いるモリブデン層やチタン層を透過して、オーミック電
極とコンタクト層との間のオーミック接触界面に到達し
ない。このため、モリブデン層の上に金層を堆積する場
合に発生する問題、すなわち、図５（ｂ）において矢印
で示すような、金層１３を構成する金がモリブデン層１
２を透過してオーミック性接触の界面に到達し、オーミ
ック性接触の劣化を引き起こすという現象は発生しな
い。

【００５９】尚、第５の実施形態は、第１の実施形態に
おける金層１３に代えて白金層５３を堆積したものであ
るが、第３の実施形態における金層３３に代えて、白金
層を堆積してもよい。

【００６０】また、図示は省略しているが、第１又は第
３の実施形態における金層１３、３３に代えて白金層を
堆積すると共に、該白金層とモリブデン層１２、３２と
の間にチタン層を介在させてもよい。

【００６１】また、図示は省略しているが、第２又は第
４の実施形態における金層２４、４４に代えて白金層を
堆積すると共に、該白金層とモリブデン層２３、４３と
の間に、チタン層２２、４２と異なる他のチタン層を介
在させてもよい。

【００６２】さらに、図示は省略しているが、第５の実
施形態における白金層５３とモリブデン層５２との間に
チタン層を介在させてもよい。

【００６３】図１０は、オーミック電極として、チタン
層及びモリブデン層の積層構造を用いた場合と、従来例
に係るチタン層及びアルミニウム層の積層構造を用いた
場合とにおける、熱処理温度（横軸）と規格化したオー
ミック性接触のコンタクト抵抗値（縦軸）との関係を示
している。この場合、短時間の熱処理によってオーミッ
ク性接触を得た素子に対して、１００℃〜８００℃の間
で１００℃毎に１時間の熱処理を行ない、この熱処理に
よるオーミック性接触のコンタクト抵抗値の劣化を測定
したものである。

【００６４】図１０から明らかなように、従来例のもの
は、３００℃程度から劣化が始まり、６００℃ではオー
ミック性接触が得られなくなっている。これに対して、
チタン層及びモリブデン層の積層構造のオーミック電極
を有する場合には、高温領域においてもコンタクト抵抗
値の増加が殆ど見られず、従来例に比べて、極めて優れ
た耐熱性を有していることが分かる。

【００６５】また、図１２は、オーミック電極を構成す
るモリブデン層の酸化を防止する層として、金層を用い
た場合（第１の実施形態）と白金層を用いた場合（第５
の実施形態）とにおいて、６００℃の温度下における１
時間の熱処理を施したときのオーミック電極における電
圧−電流特性を示しており、図１２から明らかなよう
に、モリブデン層の酸化を防止する層として白金層を用
いた場合は、金層を用いた場合に比べて良好なオーミッ
ク性接触が得られている。

【００６６】

【発明の効果】第１の半導体装置によると、オーミック
電極が仕事関数が４．２ｅＶ以下の高融点金属からな
り、オーミック性接触領域のショトキー障壁の高さが低
いため、電子がショトキー障壁を透過又は乗り越え易い
と共に、高温における比較的長時間の熱処理を行なって
も、オーミック電極を構成する金属がコンタクト層に熱
拡散し難いので、オーミック性接触のコンタクト抵抗が
小さくなる。

【００６７】また、コンタクト層の上に直接に高融点金
属よりなるオーミック電極を形成したため、コンタクト
層とオーミック電極とをオーミック性接触させるための
熱処理工程が不要になるので、工程の削減を図ることが
できる。さらに、コンタクト層と高融点金属層との間に
他の金属層が介在しないため、高温における信頼性を確
保するために高温での比較的長時間の熱処理を行なって
も、他の金属層を構成する金属がコンタクト層に熱拡散
してオーミック性接触を劣化させる恐れがない。

【００６８】第２の半導体装置によると、第１の半導体
装置と同様、オーミック電極が仕事関数が４．２ｅＶ以
下の高融点金属からなり、オーミック性接触領域のショ
トキー障壁の高さが低いため、電子がショトキー障壁を
透過又は乗り越え易いと共に、高温における比較的長時
間の熱処理を行なっても、オーミック電極を構成する金
属がコンタクト層に熱拡散し難いので、オーミック性接
触のコンタクト抵抗が小さくなる。

【００６９】また、コンタクト層と高融点金属層との間
にチタン層が介在しているため、チタン層とコンタクト
層とをオーミック接触させるための熱処理によって、コ
ンタクト層におけるチタン層との界面に高濃度ｎ型不純
物層が形成され、電子がショットキー障壁をトンネリン
グにより通過し易くなるので、オーミック性接触の抵抗
が小さくなる。

【００７０】第２の半導体装置において、チタン層の厚
さが２０ｎｍ以下であると、熱処理によりチタン層とコ
ンタクト層との熱反応が起こって、チタン層が全て窒化
チタン層に変化し、高融点金属層とコンタクト層との間
には膜厚が２０ｎｍ以下の窒化チタン層が介在するのみ
であるから、電子がショットキー障壁をトンネリングに
より一層通過し易くなるので、オーミック性接触の抵抗
が一層小さくなる。

【００７１】第１又は第２の半導体装置において、高融
点金属が、モリブデン、タンタル、モリブデンを含有す
る金属化合物又はタンタルを含有する金属化合物である
と、オーミック性接触のコンタクト抵抗を確実に低減す
ることができる。

【００７２】第３の半導体装置によると、コンタクト層
にインジウムが含まれているため、コンタクト層のバン
ドギャップが小さくなって、オーミック性接触領域のシ
ョトキー障壁の高さが小さくなるので、オーミック性接
触のコンタクト抵抗が小さくなる。

【００７３】第３の半導体装置において、オーミック電
極を、仕事関数が４．５ｅＶ以下の高融点金属により形
成すると、高温における比較的長時間の熱処理を行なっ
ても、オーミック電極を構成する金属がコンタクト層に
熱拡散し難いので、オーミック電極を構成する金属がコ
ンタクト層内に拡散してオーミック性接触のコンタクト
抵抗が高くなる事態を回避することができる。

【００７４】第４の半導体装置によると、コンタクト層
にインジウムが含まれているため、コンタクト層のバン
ドギャップが小さくなって、オーミック性接触領域のシ
ョトキー障壁の高さが小さくなるので、オーミック性接
触のコンタクト抵抗が小さくなる。

【００７５】また、コンタクト層と高融点金属層との間
にチタン層が介在しているため、チタン層とコンタクト
層とをオーミック接触させるための熱処理によって、コ
ンタクト層におけるチタン層との界面に高濃度ｎ型不純
物層が形成され、電子がショットキー障壁をトンネリン
グにより通過し易くなるので、オーミック性接触の抵抗
が小さくなる。

【００７６】第３又は第４の半導体装置において、高融
点金属が、モリブデン、タングステン、タンタル、モリ
ブデンを含有する金属化合物、タングステンを含有する
金属化合物又はタンタルを含有する金属化合物である
と、オーミック性接触のコンタクト抵抗を確実に低減す
ることができる。

【００７７】第５〜第８の半導体装置によると、オーミ
ック電極の上層部に従来の金層に代えて白金層が形成さ
れているため、高温における信頼性を確保するために高
温での比較的長時間の熱処理を行なっても、白金がモリ
ブデン層やチタン層を透過して、オーミック電極とコン
タクト層との間のオーミック接触界面に到達しないの
で、オーミック性接触の劣化を引き起こす事態を回避で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の断面図であ
る。

【図２】（ａ）は第２の実施形態に係る半導体装置の断
面図であり、（ｂ）は第２の実施形態に係る半導体装置
の熱処理後の断面図であり、（ｃ）はチタン層の膜厚が
２０ｎｍ以下であるときの第２の実施形態に係る半導体
装置の熱処理後の断面図である。

【図３】第３の実施形態に係る半導体装置の断面図であ
る。

【図４】第４の実施形態に係る半導体装置の断面図であ
る。

【図５】（ａ）は第４の実施形態に係る半導体装置の断
面図であり、（ｂ）は第１の実施形態に係る半導体装置
における金層の動作を説明する断面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態に係る半導体
装置におけるエネルギーバンドを示す図であり、（ａ）
はオーミック電極を構成する金属の仕事関数が小さい場
合を示し、（ｂ）はオーミック電極を構成する金属の仕
事関数が大きい場合を示している。

【図７】（ａ）はコンタクト層にインジウムが含有され
ている第３の実施形態に係る半導体装置のエネルギーバ
ンドを示す図であり、（ｂ）はコンタクト層にインジウ
ムが含有されていない従来の半導体装置のエネルギーバ
ンドを示す図である。

【図８】第２の実施形態に係る半導体装置及び従来の半
導体装置における、熱処理温度と規格化したオーミック
性接触のコンタクト抵抗値との関係を示す図である。

【図９】第３の実施形態に係る半導体装置及び従来の半
導体装置における、熱処理温度と規格化したオーミック
性接触のコンタクト抵抗値との関係を示す図である。

【図１０】第５の実施形態に係る半導体装置及び従来の
半導体装置における、熱処理温度と規格化したオーミッ
ク性接触のコンタクト抵抗値との関係を示す図である。

【図１１】第２の実施形態に係る半導体装置において、
チタン膜の膜厚が１５ｎｍの場合と３０ｎｍの場合とに
おける熱処理後のオーミック電極における電圧−電流特
性図である。

【図１２】オーミック電極の上層部に白金層が形成され
た場合と金層が形成された場合とにおける熱処理後のオ
ーミック電極における電圧−電流特性図である。

【図１３】（ａ）は従来の半導体装置の断面図であり、
（ｂ）は熱処理後の従来の半導体装置の断面図である。

【図１４】従来の半導体装置のエネルギーバンドを示す
図である。

【図１５】従来の半導体装置の問題点を説明する断面図
である。

【図１６】従来の半導体装置の問題点を説明するエネル
ギーバンド図である。

【符号の説明】

１１ｎ型の窒化アルミニウムガリウム層１２モリブデン層１３金層２１ｎ型の窒化アルミニウムガリウム層２２チタン層２３モリブデン層２４金層２５ｎ型の高濃度不純物層２６窒化チタン層３１ｎ型の窒化インジウムガリウム層３２モリブデン層３３金層４１ｎ型の窒化インジウムガリウム層４２チタン層４３モリブデン層４４金層５１ｎ型の窒化アルミニウムガリウム層５２モリブデン層５３白金層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０
以上で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ型の窒
化アルミニウムガリウム又は窒化ガリウムよりなるコン
タクト層と、前記コンタクト層の上に該コンタクト層とオーミック性
接触するように形成された、仕事関数が４．２ｅＶ以下
の高融点金属よりなる高融点金属層からなるオーミック
電極とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０
以上で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ型の窒
化アルミニウムガリウム又は窒化ガリウムよりなるコン
タクト層と、前記コンタクト層の上に該コンタクト層とオーミック性
接触するように形成されたチタン層と、該チタン層の上
に形成された仕事関数が４．２ｅＶ以下の高融点金属よ
りなる高融点金属層とからなるオーミック電極とを備え
ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】前記チタン層の厚さは２０ｎｍ以下であ
ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】前記高融点金属は、モリブデン、タンタ
ル、モリブデンを含有する金属化合物又はタンタルを含
有する金属化合物であることを特徴とする請求項１又は
２に記載の半導体装置。
【請求項５】ｎ型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０
よりも大きく且つ１．０よりも小さい。）で表わされる
ｎ型の窒化インジウムガリウムよりなるコンタクト層
と、前記コンタクト層の上に該コンタクト層とオーミック性
接触するように形成されたオーミック電極とを備えてい
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】前記オーミック電極は、仕事関数が４．
５ｅＶ以下の高融点金属よりなる高融点金属層からなる
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】ｎ型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０
よりも大きく且つ１．０よりも小さい。）で表わされる
ｎ型の窒化インジウムガリウムよりなるコンタクト層
と、前記コンタクト層の上に該コンタクト層とオーミック性
接触するように形成されたチタン層と、該チタン層の上
に形成された仕事関数が４．５ｅＶ以下の高融点金属よ
りなる高融点金属層とからなるオーミック電極とを備え
ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】前記高融点金属は、モリブデン、タング
ステン、タンタル、モリブデンを含有する金属化合物、
タングステンを含有する金属化合物又はタンタルを含有
する金属化合物であることを特徴とする請求項６又は７
に記載の半導体装置。
【請求項９】ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０
以上で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ型の窒
化アルミニウムガリウム若しくは窒化ガリウム、又はｎ
型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０よりも大きく且つ
１．０よりも小さい。）で表わされるｎ型の窒化インジ
ウムガリウムよりなるコンタクト層と、前記コンタクト層の上に該コンタクト層とオーミック性
接触するように形成されたモリブデン層と、該モリブデ
ン層の上に形成された白金層とからなるオーミック電極
とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは
０以上で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ型の
窒化アルミニウムガリウム若しくは窒化ガリウム、又は
ｎ型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０よりも大きく且
つ１．０よりも小さい。）で表わされるｎ型の窒化イン
ジウムガリウムよりなるコンタクト層と、前記コンタクト層の上に該コンタクト層とオーミック性
接触するように形成されたモリブデン層と、該モリブデ
ン層の上に形成されたチタン層と、該チタン層の上に形
成された白金層とからなるオーミック電極とを備えてい
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは
０以上で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ型の
窒化アルミニウムガリウム若しくは窒化ガリウム、又は
ｎ型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０よりも大きく且
つ１．０よりも小さい。）で表わされるｎ型の窒化イン
ジウムガリウムよりなるコンタクト層と、前記コンタクト層の上に該コンタクト層とオーミック性
接触するように形成されたチタン層と、該チタン層の上
に形成されたモリブデン層と、該モリブデン層の上に形
成された白金層とからなるオーミック電極とを備えてい
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは
０以上で且つ０．５以下である。）で表わされるｎ型の
窒化アルミニウムガリウム若しくは窒化ガリウム、又は
ｎ型のＩｎ_xＧａ_1-xＮ（但し、ｘは０よりも大きく且
つ１．０よりも小さい。）で表わされるｎ型の窒化イン
ジウムガリウムよりなるコンタクト層と、前記コンタクト層の上に該コンタクト層とオーミック性
接触するように形成された第１のチタン層と、該第１の
チタン層の上に形成されたモリブデン層と、該モリブデ
ン層の上に形成された第２のチタン層と、該第２のチタ
ン層の上に形成された白金層とからなるオーミック電極
とを備えていることを特徴とする半導体装置。