JP2005026389A - Electrode structure on p-type iii-group nitride semiconductor layer and method of forming the same - Google Patents

Electrode structure on p-type iii-group nitride semiconductor layer and method of forming the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode structure having a stable low resistance and a high adhesive strength on a p-type III-group nitride semiconductor layer. <P>SOLUTION: The electrode structure on the p-type III-group nitride semiconductor layer includes first, second, third, and fourth electrode layers (102, 103, 104, and 105) stacked in this order on the semiconductor layer. The first electrode layer (102) contains at least one kind of metal selected from among a first metal group consisting of Ti, Hf, Zr, V, Nb, Ta, Cr, W, and Sc. The second metal layer (103) contains at least one kind of metal selected from among a second metal group consisting of Ni, Pd, and Co. The third metal layer (104) contains at least one kind of metal selected from among a third metal group consisting of Mo, Ru, Rh, W, and Ir. And, the fourth electrode layer (105) contains at least one kind of metal selected from among a fourth metal group consisting of Au and Al. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば半導体レーザダイオードに代表されるようなIII族窒化物半導体装置における電極構造の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
III族窒化物半導体であって、たとえばInGaAlN(ただし、x+y+z=1、0≦x<1、0<y≦1、0≦z<1)で表わされるGaN系化合物半導体は、大きなエネルギーバンドギャップや高い熱的安定性を有し、またその組成を調節することによってバンドギャップ幅を制御することも可能である。したがって、GaN系半導体は、発光素子や高温デバイスをはじめとして、さまざまな半導体デバイスに応用可能な材料として期待されている。なかでも、GaN系材料を用いた発光ダイオード(LED)では、青から緑の光波長域で数cd級の光度を有するデバイスが既に開発されて実用化されている。今後は、さらに長波長の光用のLEDを得て、LEDディスプレイをフルカラー化することや、GaN系材料を用いたレーザダイオード(LD)の実用化が、研究開発の目標になりつつある。
【0003】
図15は、GaN系材料を用いた半導体デバイスにおいて、従来から用いられているp型電極の構造を模式的な断面図で示している。このp型電極においては、p型GaNコンタクト層501上にNi層502を堆積して窒素雰囲気中で500℃において10分間アニールすることによって、p型GaNコンタクト層501とNi層502との拡散反応による中間層504が形成されている。Ni層502上には、さらに、ワイヤボンディングまたはデバイスの装着のための表面電極層503が積層されている。この表面電極層503の材料としては、Auなどが用いられる場合が多い。
【0004】
このような電極構造において、中間層504は、p型GaNコンタクト層501とNi層502が直接接触した場合に界面に生じるショットキー障壁を緩和させる効果をもたらす。
【0005】
【特許文献1】特開2001−15852号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図15に例示されているような従来技術によるp型GaN系コンタクト層上のp型電極においては、そのオーミック特性に不安定性があり、比コンタクト抵抗値も比較的高くて約10−2Ωcm程度の範囲内にあるという課題がある。たとえば、半導体レーザのp型電極に必要とされる比コンタクト抵抗値は約10−3Ωcm程度以下であり、これを従来技術で達成することは困難である。
【0007】
そこで本発明者は従来技術によるp型電極構造を詳細に検討した。
【0008】
まず、図15において形成される中間層504の主な成分はGaとNiの化合物(Ga−Ni化合物;以下、元素Xと元素Yの化合物をX−Y化合物と表記する)からなることがわかった。
【0009】
また、中間層504の形成は、p型GaNコンタクト層501の表面状態やアニール温度による影響を受けやすく、p型GaNコンタクト層501とNi層502との間の界面反応の進行具合にウェハ面内で不均一性が生じることが明らかになった。このような不均一性は、中間層504の厚さや元素構成比のばらつき、あるいは、p型GaNコンタクト層501とNi層502の接触具合のばらつきにつながり、その結果として、本来電極面内で一様であるはずの電極のコンタクト抵抗が部分的に極めて大きくなるといった特性分布が生じ、電極全体として捉えた場合にコンタクト抵抗を増大させてしまうことがあることが分かった。
【0010】
また、この不均一性は、電極表面に凹凸を生じさせる原因となっていることも確認された。先に述べたp型GaNコンタクト層501とNi層502との間の界面反応の不均一性により、この界面に凹凸、あるいは形成される中間層504の厚さに変動が生じ、この凹凸を起源として、電極表面に凹凸が形成されてしまう。通常、半導体素子の電極に対する給電方法としてはAl線やAu線を電極表面に圧着するワイヤボンディングや、電極表面を直接ステムに溶着するステムマウントといった手法がよく用いられるが、電極表面に凹凸が存在すると、このボンディングの容易性(ボンダビリティ)が低下してしまうという問題につながり、最終的に製品の歩留まりを下げるという弊害をもたらしていることが明らかになった。
【0011】
さらに、中間層504の内部には、主要成分としてのGa−Niの化合物以外にNi−Nの化合物も形成されていることもわかった。このNi−N化合物のためのNの供給源は、p型GaNコンタクト層501である。すなわち、p型GaNコンタクト層501中のN原子が中間層504中に吸出され、p型GaNコンタクト層501の表面近傍が高抵抗層(またはn型層)に変質し、その結果としてp型電極構造の高抵抗化を引き起こすことも明らかになった。
【0012】
本発明者が明らかにした上述のような先行技術における課題に鑑み、本発明は、p型のIII族窒化物半導体層上で安定した低抵抗と高い密着強度を有する電極構造を高い歩留まりで提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明のp型のIII族窒化物半導体層上の電極構造は、前記半導体層に接触する側から順に、第1電極層、第2電極層、第3電極層からなる構成を含み、該第1電極層はTi、Hf、Zr、V、Nb、Ta、Cr、WおよびScからなる第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含み、該第2電極層はNi、PdおよびCoからなる第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含み、該第3電極層はMo、Ru、Rh、WおよびIrからなる第3金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含むことを特徴とする。
【0014】
前記第1電極層は混合層であり、前記第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素とNとの化合物を含むことを特徴とする。
【0015】
前記第1電極層は混合層であり、前記第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素とGaとの化合物を含むことを特徴とする。
【0016】
前記第1電極層の厚さは、1〜1000nmの範囲内にあることを特徴とする。
【0017】
前記第2電極層の厚さは、1〜1000nmの範囲にあることを特徴とする。
【0018】
また、本発明のp型のIII族窒化物半導体層上の電極構造は、前記半導体層に接触する側から順に、第5電極層、第3電極層からなる構成を含み、該第5電極層は前記第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素と、前記第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含み、該第3電極層は前記第3金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含むことを特徴とする。
【0019】
前記第5電極層は混合層であり、前記第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素とNとの化合物を含むことを特徴とする。
【0020】
前記第5電極層は混合層であり、前記第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素とGaとの化合物を含むことを特徴とする。
【0021】
前記第5電極層の厚さは、1〜1000nmの範囲内にあることを特徴とする。
【0022】
前記第3電極層の厚さは、3〜500nmの範囲内にあることを特徴とする。
【0023】
前記第3電極層の上に、Au、Alのいずれかを含む第4電極層が積層されていることを特徴とする。
【0024】
前記第4電極層の厚さが50nm以上であることを特徴とする。
【0025】
本発明のp型のIII族窒化物半導体層上の電極構造の形成方法は、Ti、Hf、Zr、V、Nb、Ta、Cr、WおよびScからなる第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素からなる第6電極層を該半導体層上に堆積し、Ni、Pd、およびCoからなる第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素からなる第7電極層を該第6電極層上に堆積し、Mo、Ru、Rh、WおよびIrからなる第3金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素からなる第3電極層を該第7電極層上に堆積する工程を含むことを特徴とする。
【0026】
堆積される前記第6電極層の厚さが1〜500nmの範囲内にあることを特徴とする。
【0027】
堆積される前記第7電極層の厚さが5nm〜1000nmの範囲内にあることを特徴とする。
【0028】
堆積される前記第3電極層の厚さが3〜500nmの範囲内にあることを特徴とする。
【0029】
前記第3電極層の上に、さらにAu、Alのいずれかを含む第4電極層を堆積する工程を含むことを特徴とする。
【0030】
前記第4電極層の厚さが50nm以上であることを特徴とする。
【0031】
前記第6電極層、第7電極層、第3電極層、第4電極層が堆積された後にN雰囲気中、Ar雰囲気中、または真空中で300〜700℃の範囲内の温度のもとで前記電極構造を熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする。
【0032】
次に、本発明の構造による電極構造の作用について説明する。
【0033】
本発明によれば、p型のIII族化合物半導体層上の電極構造は、半導体層上に順次積層された第1、第2、第3および第4の電極層を含み、第1電極層はTi、Hf、Zr、V、Nb、Ta、Cr、W、およびScからなる第1金属グループから選択された少なくとも1種類を含み、第2電極層はNi、Pd、およびCoからなる第2金属グループから選択された少なくとも1種類を含み、第3電極層はMo、Ru、Rh、WおよびIrからなる第3金属グループから選択された少なくとも1種類を含み、そして第4電極層はAu、Alのいずれかを含むことを特徴としている。
【0034】
このような電極構造において、第1電極層に含まれる例えばHfはn型GaN層に対するn型電極構造において用いられる金属であり、p型GaN層上にHf層を単体で形成すれば、それはショットキー電極としてふるまう。しかし、例えばNiを含む第2電極層とp型GaN層との界面に第1電極層としてHfを均一に少量用いることによって、この少量のHfがほとんどショットキー効果を生じることなく界面反応促進剤として作用することが明らかになった。
【0035】
この界面反応促進作用の結果、p型電極構造において、良好なオーミックコンタクトを得るために施されるアニール温度が従来に比べて100〜200℃程度低温化され得るとともに、小さな比コンタクト抵抗値と高い密着強度が得られることがわかった。
【0036】
また、第2電極層とp型GaN層との界面における反応では、反応により形成される中間層の厚さがばらついたり元素構成比がばらつくなどの不均一性が生じることがあるが、第3電極層を第2電極層上に形成することにより、界面反応の均一性が高められることがわかった。
【0037】
第3電極層に使用される金属のうち例えばMoを例にとると、この金属は融点が約2600℃と高く、熱的に安定している。また、第2電極層に用いられる金属群や第4電極層に用いられる金属群とは、容易には化合物や中間層を形成し難い。このことから、熱処理工程などを経ても第2電極層より下方の構造と第4電極層とは第3電極層により遮断され、互いに混合することなく積層構造を保つことができる。
【0038】
他方、第2電極層に用いられる例えばPdなどは、熱処理工程を経ることなどによりp型GaN層側へ拡散し、Pd−Ga化合物層を形成するが、その形成はPdの拡散方向が電極下方に限定されるためにMo層がない場合に比べて均一化される。この結果、Pd−Ga化合物層の厚さや元素構成比を一様に形成することが可能になるのである。
【0039】
このように、本発明において第3電極層を電極構造内に含むことにより、第2電極層とp型のIII族化合物半導体層との界面反応を均一にすることができ、ひいては電極面内のコンタクト抵抗も一様に低く保つことができる。また、界面反応に起因する凹凸も極めて小さく抑制できるようになるので、電極表面の凹凸も小さくすることができ、ボンダビリティの低下を防ぎ、生産歩留まりを高く保つことができる。
【0040】
第1電極層の厚さは1〜500nmの範囲内にあり、第2電極層の厚さは5nm以上であり、第3電極層の厚さは3〜500nmの範囲内にあり、そして第4電極層の厚さが50nm以上であることが好ましい。
【0041】
また本発明によれば、p型のIII族化合物半導体層上の電極構造は、半導体層上に順次積層された第5、第3および第4の電極層を含み、第5電極層は前記第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素と、前記第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含み、第3電極層は前記第3金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含み、そして第4電極層はAu、Alのいずれかを含むことを特徴としている。
【0042】
このような電極構造において、第5電極層は混合層であり、第1金属グループおよび前記第2金属グループに属する金属単体の他にも、第1金属グループに属する金属とGaとの化合物、前記第2金属グループに属する金属とNとの化合物を含んでいる。このことにより、第1金属グループに属する金属による界面反応促進の効果、第2金属グループに属する金属によるオーミック電極形成の効果を同時に得ることができる。
【0043】
また、第3電極層の存在により、上方の第4電極層と下方の第5電極層の混合が抑止されて積層構造が保たれるとともに、第2金属グループに属する金属元素とp型III族窒化物半導体層との反応が均一化され、電極面内のコンタクト抵抗を一様に低く保つことができる。同時に、界面反応に起因する凹凸を起源とする電極表面の凹凸も小さくなり、ボンダビリティが向上し、生産歩留まりの向上に寄与することができる。
【0044】
第5電極層の厚さは1〜1000nmの範囲内にあり、第3電極層の厚さは3〜500nmの範囲内にあり、そして第4電極層の厚さが50nm以上であることが好ましい。
【0045】
また、本発明におけるp型のIII族化合物半導体層上の電極構造の形成方法は、前記第1金属グループに属する金属元素からなる第6電極層を半導体層上に堆積し、前記第2金属グループに属する金属元素からなる第7電極層を第6電極層上に堆積し、前記第3金属グループに属する金属元素からなる第3電極層を第7電極層上に堆積し、前記第4金属グループに属する金属元素を含む第4電極層を第3電極層上に堆積する工程を含んでいることを特徴としている。
【0046】
ここで第6電極層および第7電極層は、前記の電極構造に関する記載における第1電極層および第2電極層との間に、次のような関係がある。即ち、前記のように第6電極層、第7電極層、第3電極層、第4電極層を順次堆積した積層構造に熱処理工程を施すと、前記第6電極層と半導体層が化合物反応を生じ、第6電極層の金属の窒化物が形成され、前記第7電極層の一部と半導体層も化合物反応を生じて第7電極層の金属のGa化合物が形成される。これにより、これらの窒化物および化合物を含んだ層として第1電極層が形成される。この際、反応せずに残った第7電極層はそのまま第2電極層を構成する。つまり、第6電極層および第7電極層は、熱処理により第1電極層および第2電極層を形成する前段階の積層構造という関係を有している。
【0047】
熱処理による反応の進み具合、第6電極層と第7電極層の膜厚比、第6電極層と第7電極層の元素の選択によっては、前記の第1電極層と第2電極層が渾然一体に混合し、前記第5電極層を形成する場合もあるが、第5電極層には第1電極層および第2電極層の両方が含まれているためにそれぞれの性質を具備しており、本発明の効果が発揮されることに変わりはない。
【0048】
上記のような電極構造を形成するための熱処理工程としては、N雰囲気中、Ar雰囲気中、または真空中で300〜700℃の範囲内の温度のもとでの工程が適当である。
【0049】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の具体例として以下の実施例1〜実施例14が試みられるとともに、それらに関連する事項およびそれらを実装した半導体素子も検討された。実施例1はp型GaNコンタクト層上に順次積層されたHf層、Ni層、Mo層およびAu層を含むAu/Mo/Ni/Hf電極構造に関するものであり、実施例2は実施例1のNi層の代わりにPd層を用いたAu/Mo/Pd/Hf電極構造に関するものである。
【0050】
また、実施例3はp型GaNコンタクト層上に順次積層されたTi層、Ni層、Mo層、およびAu層を含むAu/Mo/Ni/Ti電極構造に関するものであり、実施例4は実施例3のNi層の代わりにPd層を用いたAu/Mo/Pd/Ti電極構造に関するものである。
【0051】
また、実施例5はp型GaNコンタクト層上に順次積層されたHf層、Ni層、Mo層およびAl層を含むAl/Mo/Ni/Hf電極構造に関するものであり、実施例6は実施例5のNi層の代わりにPd層を用いたAl/Mo/Pd/Hf電極構造に関するものである。
【0052】
また、実施例7はp型GaNコンタクト層上に順次積層されたTi層、Ni層、Mo層およびAl層を含むAl/Mo/Ni/Ti電極構造に関するものであり、実施例8は実施例7のNi層の代わりにPd層を用いたAl/Mo/Pd/Ti電極構造に関するものである。
【0053】
また、実施例9はp型GaNコンタクト層上に順次積層されたHf層、Ni層、Ir層およびAl層を含むAl/Ir/Ni/Hf電極構造に関するものであり、実施例10は実施例9のNi層の代わりにPd層を用いたAl/Ir/Pd/Hf電極構造に関するものである。
【0054】
また、実施例11はp型GaNコンタクト層上に順次積層されたTi層、Ni層、Ir層およびAl層を含むAl/Ir/Ni/Ti電極構造に関するものであり、実施例12は実施例11のNi層の代わりにPd層を用いたAl/Ir/Ni/Hf電極構造に関するものである。
【0055】
また、実施例13はp型GaNコンタクト層上に順次積層されたHf層、Ni層、Ir層およびAu層を含むAu/Ir/Ni/Hf電極構造に関するものであり、実施例14は実施例13のNi層の代わりにPd層を用いたAu/Ir/Pd/Hf電極構造に関するものである。
【0056】
また、実施例15〜実施例18は、実施例1および実施例2に示した電極構造を実装したAlGaN系半導体レーザ素子に関するものである。
(実施例1)
図1の模式的な断面図を参照して、実施例1を説明する。
【0057】
まず、任意の半導体デバイスに含まれるp型のIII族窒化物半導体のコンタクト層101として、サファイア基板上にp型GaN層が形成された。このp型GaN101を形成するために、有機金属気相成長(MOCVD)法によって、MgをドープしたGaN層がエピタキシャル成長された。p型GaN層101には1019/cmのMgが添加されており、N雰囲気下でのアニールによるp型化処理後に、p型GaN層101は1.5×1017/cmのキャリア濃度を示した。
【0058】
その後、サファイア基板は電子ビーム(EB)真空蒸着装置内に配置され、p型GaNコンタクト層101上に厚さ5nmのHfからなる第6電極層102、厚さ15nmのNiからなる第7電極層103、厚さ15nmのMoからなる第3電極層104および厚さ200nmのAuからなる第4電極層105がそれぞれ堆積された。最後に、サファイア基板上の電極構造全体をN雰囲気下において約450℃でアニールすることによって、第1実施例による電極構造が完成された。
【0059】
図2において、本発明を利用して完成された電極構造が模式的な断面図で示されている。実施例1において450℃でアニールされた後の電極構造を詳細に調べたところ、サファイア基板上では下から順にp型GaN層101、Hf−N化合物とNi−Ga化合物との混合物層からなる第1電極層102A、Niからなる第2電極層103(=第7電極層)、Moからなる第3電極層104、そしてAuからなる第4電極層105からなっていることが明らかになった。
【0060】
混合物層の厚さは約10nm程度となっており、熱処理前のHf層の厚さのおよそ2倍であった。他方、アニール前の電極断面構造では、Hf−N化合物とNi−Ga化合物はほとんど検出されなかった。このことから、これらHf−NとNi−Gaの2種類の化合物は、アニール工程中の反応によって形成されているものであると考えられる。
【0061】
前述のように、図15に示した従来の電極構造においてp型GaNコンタクト層501とNi層502との間に形成されるNi−N化合物は、その電極構造の高抵抗化や不安定性の要因となる。しかし、実施例1においてはアニール工程の前にHf層(第6電極層102)が存在しているので、そのアニール工程の初期において、まずp型GaN層101とHf層との間でHf−N化合物が形成される。このHf−N化合物のためのNは主としてp型GaN層101から供給されるので、p型GaN層101の表面はGaが過剰な状態になっている。そして、過剰になったフリーのGaとNi層(第7電極層103)からのNiとが直接反応することによって、混合物層(第1電極層102A)中のNi−Ga化合物が形成される。このような反応過程を経ることによって、実施例1ではp型GaN層101の表面の化学量論的組成比を損なうことなく、そしてNi−N化合物の形成に伴う高抵抗層(またはn型層)を形成することなく、p型GaNコンタクト層101と金属電極との間のオーミック化反応を促進させることができると考えられる。
【0062】
ところで、HfとNは相互に反応しやすいため、上述の混合物からなる第1電極層102Aに含まれているHf−N化合物は、図15におけるようなp型GaN層501とNi層502との反応によって生じるNi−Ga化合物からなる中間層504と比較して、より低温のアニールによって生じる。そして、HfによってNが奪われてフリーになったGaの存在下において、Ni−Ga化合物の形成反応も、NiがGaとNとの結合を切ってGaと反応するに要する温度より低いアニール温度で生じやすくなる。すなわち、実施例1の電極構造がオーミック性を得るために必要ときれるアニールは、図15に示された従来の電極構造に比べて低温で行なうことが可能である。
【0063】
図3は、このような事実を立証するグラフである。このグラフにおいて、横紬のアロイ温度(℃)は電極構造をオーミック化するためのアニール温度を表わし、縦軸のコンタクト抵抗(Ωcm)はオーミック化処理後の抵抗を表わしている。
【0064】
図3から理解されるように、従来のAu/Ni電極構造においては黒丸印で表わされているように400℃のアニール温度からp型GaNコンタクト層501とNi層502との界面反応によるコンタクト抵抗の顕著な低下が生じ始めるのに対し、実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極構造では白丸印で表わされているように350℃のアニール温度からコンタクト抵抗の顕著な低下が開始しており、従来より低温で第6電極層のHfとp型GaNコンタクト層101の中のNの反応、さらにはp型GaNコンタクト層101の中のGaと第7電極層103のNiとの反応が生じ始めていることがわかる。このように比較的低温のアニールによってオーミック化され得ることは、電極製造プロセス中の温度制御精度の向上やそのプロセスの簡便化を可能にし、生産工程上で非常に有益な利点となる。
【0065】
同じく図3からわかるように、実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極構造は、従来のAu/Ni電極構造に比べて、350〜600℃のアニール温度範囲内で小さなコンタクト抵抗を有している。また、最小のコンタクト抵抗の得られるアニール温度についても従来のAu/Ni電極構造では500℃であるのに対して、実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極構造ではそれより低い450℃である。これらの理由としては、実施例1ではHf層が介在するので、従来の電極構造で見られたp型GaN層501の表面における化学量論的組成比のずれやNi−N化合物の生成に起因する高抵抗層(またはn型層)の形成が抑制された効果によると考えられる。
【0066】
図4は、実施例1のアニ−ル処理前のAu/Mo/Ni/Hf電極構造において、Hf層とNi層のそれぞれの厚さを種々に変化させてアニール処理した後のオーミック性を判定した結果を示している。この図4のグラフにおいて、横軸はHf層の膜厚(nm)を表わし、縦軸はNi層の膜厚(nm)を表わしている。黒丸印は従来のAu/Ni電極より小さなコンタクト抵抗が安定して得られた場合を表わし、×印は従来に比べて明らかな改善効果が得られなかった場合を示している。
【0067】
図4に示されているように、Hf層の膜厚に関しては、それが約1〜500nmの範囲内にある場合に、Au/Mo/Ni/Hf電極構造において従来のAu/Ni電極構造に比べて小さなコンタクト抵抗が安定して得られた。しかし、Hf層が1nmより薄くてたとえば0.5nmの場合、Au/Mo/Ni/Hf電極構造のアニール後のコンタクト抵抗は、従来のAu/Ni電極構造に比べてほとんど改善されなくなつた。これは、Hf層が薄すぎるために、p型GaN層101との界面反応においてHf−N化合物を形成するための絶対量が不足し、Ni層からのNiとp型GaN層101との間の反応が支配的になるためと考えられる。他方、Hf層が500nmより厚い場合には、Au/Mo/Ni/Hf電極構造はアニールの温度を高くしたり時間を長くしてもオーミック特性を示さず、ショットキー特性しか示さなかった。これは、Hf層が厚すぎるためにNi層とp型GaN層101とが完全に遮断され、Niが反応に寄与し得ないためであると考えられる。
【0068】
Ni層の膜厚に関しては、それが約5nm以上の場合に、Au/Mo/Ni/Hf電極構造において従来のAu/Ni電極構造に比べて小さいコンタクト抵抗が安定して得られた。しかし、Ni層が5nmより薄くてたとえば1nmの場合、Au/Mo/Ni/Hf電極構造はアニール後においてもオーミック特性が不十分であった。これは、Ni層の厚さが十分でないために、Ni層の全量がGaと化合物を形成することに消費されてしまうためであると考えられる。他方、Ni層の膜厚の上限に関しては、それを1μm程度まで厚くしてもAu/Mo/Ni/Hf電極構造の電気的特性に対する悪影響は見られなかつたが、1μmを超える厚さでは電極構造が剥がれやすくなる傾向のあることが観察された。したがって、電極構造を実際の半導体デバイスに使用するうえで重要なその密着強度を考慮すれば、Ni層の好ましい厚さの上限は約1μmであると考えられる。
【0069】
また、Mo層(第3電極層104)の膜厚に関しては、約3nm以上にすることで、Hf層の役割であるp型GaNコンタクト層101とNi層の間の界面反応促進効果をより均一化することができた。Mo層の膜厚が3nmより薄い場合には、Hf層の形成条件やp型GaN層101の表面状態によっては、該界面反応促進効果が2次元的に不均一になる傾向がみられた。他方、Mo層の膜厚を500nm以上にした場合には、電極構造が剥れるなどMoの膜応力に起因するとみられる問題が生じた。従ってMo層の好ましい厚さの範囲は3nm〜500nmの範囲であると考えられる。
【0070】
さらに、実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極構造の特性をより詳細に調べるために、Au層を含まない比較例としてのMo/Ni/Hf電極構造も試作された。しかし、このMo/Ni/Hf電極構造を大気中に放置しておくとMo層表面に自然酸化膜が形成された。電極の最表面にこういった酸化膜が存在すると、ボンダビリティが低下する場合があり、半導体素子の電極として量産する場合に歩留まりの低下を招くなど好ましくない場合が多い。実施例1におけるAu層(第4電極層105)の積層は、上記の酸化物層の形成を防ぐのに有効であり、Au層の厚さは約50nm以上であれば十分であることがわかった。
【0071】
他方、Au層の厚さの上限については、電極の電気的特性からは何ら制限がない。しかし、Au層が杓5μmより厚くなれば、電極のパターニングにリフトオフ工程が利用される場合にそのリフトオフの容易性が低下する。また、ボンディング工程の接着性の観点からもAu層の厚さが5μmあれば十分であり、それ以上厚くしても高価なAuの使用量が増えるだけであって好ましくない。したがって、Au層の厚さの好ましい上限は、約5μmであると考えられる。
【0072】
さらに、実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極構造に対する比較例としてAu/Mo/Hf/Ni電極構造とAu/Mo/(HfNi合金)電極構造も試作されたが、いずれの比較例においても実施例1におけるような良好な電気的特性を得ることができなかった。これらの事実が、図3のグラフと同様な図5と図6のグラフに示されている。
【0073】
図5のグラフにおいて、白丸印と黒丸印は、それぞれ比較例のAu/Mo/Hf/Ni電極構造と従来のAu/Ni電極構造におけるコンタクト抵抗のアニール温度依存性を表わしている。このグラフに示されているように、比校例のAu/Mo/Ti/Ni電極構造は、いずれの温度によるアニール後においても、従来のAu/Ni電極構造に比べて、ほとんどコンタクト抵抗の改善をもたらしはしない。これは、Au/Mo/Hf/Ni電極構造においても従来と同様にNi層がp型GaN層に直接接触しているのでその界面にNi−N化合物を生成し、高抵抗の界面層が生じるからであると考えられる。
【0074】
図6のグラフにおいては、黒丸印と白丸印が、それぞれ比較例のAu/Mo/(HfNi合金)電極構造と実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極構造におけるコンタクト抵抗のアニール温度依存性を表わしている。比較例のAu/Mo/(HfNi合金)電極構造においては、やはりHfNi合金層中のNiまたはNiの濃度の高い部分とp型GaNコンタクト層とが部分的に直接接触反応して、NiN化合物を生成する傾向がある。したがって、比較例のAu/Mo/(HfNi合金)電極構造ではアニール後に部分的に高抵抗領域が形成され、その結果として、電極全体として平均化したコンタクト抵抗も高くなると考えられる。
【0075】
他方、実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極構造では、Hf層がp型GaN層101とNi層の間にほぼ均一に存在し、両者の界面反応を均一に促進するため、図6に示されているように比較例のAu/Mo/(HfNi合金)電極構造に比べて小さなコンタクト抵抗値を安定して得ることができる。すなわち、実施例1の電極構造における電気的特性の改善効果に関して、Ni層とp型GaNのコンタクト層101との間に形成されたHf層が重要な役割を果たしていることがわかる。
【0076】
なお、実施例1において、p型GaNのコンタクト層101に含まれるMg濃度に関しては1.0×1018〜1.0×1020/cmの範囲で変化させたが、いずれのMg濃度のp型GaNコンタクト層に対してもAu/Mo/Ni/Hf電極構造によって良好なオーミック特性を得ることができた。
【0077】
また、実施例1では電極構造のオーミック化のためのアニール処理をN雰囲気中で行なったが、Ar雰囲気中または真空中でアニール処理を行ってもよい。その場合には、最適なアニール温度がN雰囲気を用いる場合に比べて少し変化するが、従来のAu/Ni電極構造の最適アニール温度に比べて低くなることに変わりはない。
【0078】
さらに、実施例1においては、アニール時の界面反応が従来例に比べて低温で、かつ温度などの条件に影響されにくくて確実に生じるので、従来の電極においてしばしば見られた界面の密着強度不足による剥がれの問題を生じることもない。
(実施例2)
実施例2では、実施例1の第7電極層103をNiからPdに変えた。
【0079】
図1を参照して、実施例2においても、実施例1と同様にサファイア基板上にMgがドープされたp型GaNコンタクト層101が形成された。このコンタクト層101上には、厚さ5nmのHfからなる第6電極層102、厚さ15nmのPdからなる第7電極層103、厚さ15nmのMoからなる第3電極層104および厚さ200nmのAuからなる第4電極層105がEB蒸着法によって堆積された。そして、サファイア基板上の電極構造全体をN雰囲気下において約550℃でアニールすることによって、実施例2による電極構造が完成させられた。
【0080】
図2を参照して、この実施例2によって完成した電極構造において、サファイア基板上では下から順にp型GaNコンタクト層101、Hf−N化合物とPd−Ga化合物との混合物からなる第1電極層102A、Pdの第2電極層103(=第7電極層)、Moの第3電極層104、そしてAuの第4電極層105からなっていることが明らかになった。混合物からなる第1電極層102Aの厚さは約10nm程度となっており、熱処理前のHf層(第6電極層102)の厚さのおよそ2倍であった。なお、アニール前の電極断面構造では、Hf−N化合物とPd−Ga化合物はほとんど検出されなかった。このことから、これらのHf−NとPd−Gaの2種類の化合物は、アニール工程中の反応によって形成されるものであると考えられる。
【0081】
Hf層を含まない比較例としてのAu/Pd電極構造の場合、アニール処理後においてPd層とGaNコンタクト層との間にPd−N化合物が形成される。このPd−N化合物は、従来のAu/Ni電極構造におけるNi−N化合物と同様に、電極構造の高抵抗化や不安定性の要因となる。しかし、実施例2においてはアニール工程の前に存在するHf層が実施例1の場合と同じ役割を果たすので、p型GaNのコンタクト層101の表面の化学量論的組成比を損なうことなく、そしてPd−N化合物の形成に伴う高抵抗層(またはn型層)を形成することなく、p型GaNのコンタクト層101と金属電極との間のオーミック化反応を促進させることができると考えられる。
【0082】
図3のグラフと同様な図7のグラフにおいて、白丸印と黒丸印は、それぞれ実施例2のアニ−ル処理前のAu/Mo/Pd/Hf電極構造と比較例のAu/Pd電極構造におけるコンタクト抵抗のアニール温度依存性を表わしている。このグラフに示されているように、450〜700℃の温度範囲において実施例2のAu/Mo/Pd/Hf電極構造は比較例のAu/Pd電極構造に比べて小さなコンタクト抵抗を有している。また、界面反応によってコンタクト抵抗が顕著に低減し始めるアニール温度や、最も低いコンタクト抵抗が得られるアニール温度に関しても、比較例のAu/Pd電極構造に対して実施例2のAu/Mo/Pd/Hf電極構造では約50℃低下している。このようにより低い温度のアニールによってオーミック化され得ることは、実施例1に関しても述べられたように、電極製造工程において非常に有益な利点となり得る。
【0083】
実施例2の各金属層の厚さに関して実施例1と同様の検討及び考察を行った結果、各層の好ましい厚さは、Hf層102が1nm〜500nm、Pd層(第7電極層103)が5nm〜1μm、Mo層(第3電極層104)が3nm〜1μm、Au層(第4電極層105)が50nm〜5μmであることが分かった。
【0084】
なお、実施例1の場合と同様に、実施例2においてもp型GaNのコンタクト層に含まれるMgの濃度を1.0×1018〜1.0×1020/cmの範囲で変化さたが、いずれのMg濃度のp型GaNコンタク層に対してもAu/Mo/Pd/Hf電極構造によって良好なオーミック特性を得ることができた。
【0085】
また、実施例1の場合と同様に、上述の実施例2の電極構造のオーミック化のためのアニール処理はN雰囲気中で行なわれたが、Ar雰囲気中または真空中でアニール処理を行ってもよい。その場合にも、最適なアニール温度がN雰囲気を用いる場合に比べて少し変化するが、比較例のAu/Pd電極構造の最適アニール温度に比べて低くなることに変わりはない。
【0086】
さらに、実施例1の場合と同様に実施例2においても、アニール時の界面反応が比較例のAu/Pd電極に比べて低温でかつ温度などの条件に影響されにくくて確実に生じるので、比較例の電極においてしばしば見られた界面の密着強度不足による剥がれの問題を生じることもない。
【0087】
(実施例3)
図1を参照して、実施例3においても、実施例1と同様にサファイア基板上にMgがドープされたp型GaNコンタクト層101が形成された。このGaNコンタクト層101上には、厚さ3nmのTiの第6電極層102、厚さ15nmのNiの第7電極層103、厚さ15nmのMoの第3電極層104および厚さ200nmのAuの第4電極層105がEB蒸着法によって堆積された。そして、サファイア基板上の電極構造全体をN雰囲気下において約400℃でアニールすることによって、実施例3による電極構造が完成させられた。
【0088】
図2を参照して、この実施例3によって完成した電極構造において、サファイア基板上では下から順にp型GaNコンタクト層101、Ti−N化合物とNi−Ga化合物との混合物からなる第1電極層102A、Niの第2電極層103、Moの第3電極層104、そしてAuの第4電極層105からなっていることが明らかになった。なお、アニール前の電極断面構造では、Ti−N化合物とNi−Ga化合物はほとんど検出されなかった。このことから、これらのTi−NとNi−Gaの2種類の化合物は、アニール工程中の反応によって形成されるものであると考えられる。
【0089】
本実施例3は、実施例1に示した電極構造において第1電極層であったHf層の代わりにTi層を用いたものである。Tiは、Hfと同様に、GaNとの反応に際してはNと反応してTi−N化合物を形成しやすい元素である。この性質により、本実施例において実施例1のHf層をTi層に置き換えても、本発明がもたらす効果に本質的な変化はない。
【0090】
図3のグラフと同様な図8のグラフにおいて、白丸印と黒丸印は、それぞれ実施例3のアニール処理前のAu/Mo/Ni/Ti電極構造と比較例のAu/Ni電極構造におけるコンタクト抵抗のアニール温度依存性を表わしている。このグラフに示されているように、300〜600℃の温度範囲において実施例3のAu/Mo/Ni/Ti電極構造は比較例のAu/Ni電極構造に比べて小さなコンタクト抵抗を有している。また、界面反応によってコンタクト抵抗が顕著に低減し始めるアニール温度や、最も低いコンタクト抵抗が得られるアニール温度に関しても、比較例のAu/Ni電極構造に対して実施例3のAu/Mo/Pd/Hf電極構造では約100℃低下している。このようにより低い温度のアニールによってオーミック化され得ることは、すでに実施例1及び実施例2に関して述べてきたのと同様に、電極製造工程において非常に有益な利点となり得る。
【0091】
実施例3の各金属層の厚さに関して実施例1及び実施例2と同様の検討及び考察を行った結果、各層の好ましい厚さは、Ti層(第6電極層102)が1nm〜500nm、Ni層(第7電極層103)が5nm〜1μm、Mo層(第3電極層104)が3nm〜1μm、Au層(第4電極層105)が50nm〜5μmであることが分かった。
【0092】
なお、実施例1及び実施例2の場合と同様に、実施例3においてもp型GaNコンタクト層に含まれるMgの濃度を1.0×1018〜1.0×1020/cmの範囲で変化させたが、いずれのMg濃度のp型GaNコンタクト層に対してもAu/Mo/Ni/Ti電極構造によって良好なオーミック特性を得ることができた。
【0093】
また、実施例1及び実施例2の場合と同様に、上述の実施例3の電極構造のオーミック化のアニール処理はN雰囲気中で行なったが、Ar雰囲気中または真空中でアニール処理を行ってもよい。その場合にも、最適なアニール温度がN雰囲気を用いる場合に比べて少し変化するが、比較例のAu/Ni電極構造の最適アニール温度に比べて低くなることに変わりはない。
【0094】
さらに、実施例1及び実施例2の場合と同様に実施例3においても、アニール時の界面反応が比較例のAu/Niに電極に比べて低温でかつ温度などの条件に影響されにくくて確実に生じるので、比較例の電極においてしばしば見られた界面の密着強度不足による剥がれの問題を生じることもない。
【0095】
(実施例4)
図1を参照して、実施例4においても、実施例1と同様にサファイア基板上にMgがドープされたp型GaNコンタクト層101が形成された。このGaNコンタクト層101上には、厚さ3nmのTiの第6電極層102、厚さ15nmのPdの第7電極層103、厚さ15nmのMoの第3電極層104および厚さ200nmのAuの第4電極層105がEB蒸着法によって堆積された。そして、サファイア基板上の電極構造全体をN雰囲気下において約500℃でアニールすることによって、実施例4による電極構造が完成させられた。
【0096】
図2を参照して、この実施例4によって完成した電極構造において、サファイア基板上では下から順にp型GaN層コンタクト層101、Ti−N化合物とPd−Ga化合物との混合物からなる第1電極層102A、Pdの第2電極層103、Moの第3電極層104、そしてAuの第4電極層105からなっていることが明らかになった。なお、アニール前の電極断面構造では、Ti−N化合物とPd−Ga化合物はほとんど検出されなかった。このことから、これらのTi−NとPd−Gaの2種類の化合物は、アニール工程中の反応によって形成されるものであると考えられる。
【0097】
本実施例4は、実施例2に示した電極構造において第1電極層であったHf層の代わりにTi層を用いたものである。Tiは、Hfと同様に、GaNとの反応に際してはNと反応してTi−N化合物を形成しやすい元素である。この性質により、本実施例において実施例2のHf層をTi層に置き換えても、本発明がもたらす効果に本質的な変化はない。
【0098】
図3のグラフと同様な図9のグラフにおいて、白丸印と黒丸印は、それぞれ実施例4のアニール処理前のAu/Mo/Pd/Ti電極構造と比較例のAu/Pd電極構造におけるコンタクト抵抗のアニール温度依存性を表わしている。このグラフに示されているように、400〜650℃の温度範囲において実施例4のAu/Mo/Pd/Ti電極構造は比較例のAu/Pd電極構造に比べて小さなコンタクト抵抗を有している。また、界面反応によってコンタクト抵抗が顕著に低減し始めるアニール温度や、最も低いコンタクト抵抗が得られるアニール温度に関しても、比較例のAu/Pd電極構造に対して実施例4のAu/Mo/Pd/Hf電極構造で約100℃低下している。このようにより低い温度のアニールによってオーミック化され得ることは、すでに実施例1〜実施例3に関して述べてきたのと同様に、電極製造工程において非常に有益な利点となり得る。
【0099】
実施例4の各金属層の厚さに関して実施例1〜実施例3と同様の検討及び考察を行った結果、各層の好ましい厚さは、Ti層が1nm〜500nm、Pd層が5nm〜1μm、Mo層が3nm〜1μm、Au層が50nm〜5μmであることが分かった。
【0100】
なお、実施例1〜実施例3の場合と同様に、実施例4においてもp型GaNコンタクト層に含まれるMgの濃度を1.0×1018〜1.0×1020/cmの範囲で変化させたが、いずれのMg濃度のp型GaNコンタクト層に対してもAu/Mo/Pd/Ti電極構造によって良好なオーミック特性を得ることができた。また、実施例1〜実施例3の場合と同様に、上述の実施例4の電極構造のオーミック化のアニール処理はN雰囲気中で行なったが、Ar雰囲気中または真空中でアニール処理を行ってもよい。その場合にも、最適なアニール温度がN雰囲気を用いる場合に比べて少し変化するが、比較例のAu/Pd電極構造の最適アニール温度に比べて低くなることに変わりはない。
【0101】
さらに、実施例1〜実施例3の場合と同様に実施例4においても、アニール時の界面反応が比較例のAu/Pd電極に比べて低温でかつ温度などの条件に影響されにくくて確実に生じるので、比較例の電極においてしばしば見られた界面の密着強度不足による剥がれの問題を生じることもない。
(実施例5〜14)
ここまで述べてきた実施例1〜実施例4では、第4の電極層としてAu層を使用してきたが、第4の電極層をAl層に変更しても本発明の効果に何ら影響するものではない。このことは、実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極から変更した実施例5としてAl/Mo/Ni/Hf電極、実施例2のAu/Mo/Pd/Hf電極から変更した実施例6としてAl/Mo/Pd/Hf電極、実施例3のAu/Mo/Ni/Ti電極から変更した実施例7としてAl/Mo/Ni/Ti電極、そして実施例4のAu/Mo/Pd/Ti電極から変更した実施例8としてAl/Mo/Pd/Ti電極を製作することにより、それぞれ確認することができた。
【0102】
また、上述の実施例1〜実施例8では第3の電極層としてすべてMo層を使用しているが、第3の電極層をIr層に変更しても、前記の第3の電極層による効果に変化はない。このことは、実施例5のAl/Mo/Ni/Hf電極から変更した実施例9としてAl/Ir/Ni/Hf電極、実施例6のAl/Mo/Pd/Hf電極から変更した実施例10としてAl/Ir/Pd/Hf電極、実施例7のAl/Mo/Ni/Ti電極から変更した実施例11としてAl/Ir/Ni/Ti電極、そして実施例8のAl/Mo/Pd/Ti電極から変更した実施例12としてAl/Ir/Pd/Ti電極を製作することにより、それぞれ確認することができた。また、第4の電極層としてAuを使用した場合も同様に、実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極から変更した実施例13としてAu/Ir/Ni/Hf電極、実施例2のAu/Mo/Pd/Hf電極から変更した実施例14としてAu/Ir/Pd/Hf電極を製作し、前記の第3の電極層による効果に変化がないことを確認した。
【0103】
また、上述の実施例1〜実施例14では、p型GaNコンタクト層と直接接する第1の金属層(第6電極層)としてHfもしくはTiを用いたが、さらに検討した結果、Hf、TiのみならずZr、V、Nb、Ta、Cr、W、Scなどの金属単体またはこれらの合金を用いても、HfもしくはTiを用いた場合と同様の効果が得られることが分かった。
【0104】
さらに、上述の実施例1〜実施例14では、第1の金属層(第6電極層)上に積層される第2の金属層(第7電極層)としてNiもしくはPdを用いたが、これらの金属ばかりでなくCoを含めた3種類の金属単体およびこれらの合金を用いても、NiもしくはPdを用いた場合と同様の効果が得られることが分かった。
【0105】
さらに、上述の実施例1〜実施例14では第2の金属層(第7電極層)上に積層される第3の金属層(第3電極層)としてMoもしくはIrを用いたが、さらに検討を重ねた結果、Mo、IrのみならずRu、Rh、Wなどの金属単体またはこれらの合金を用いても、MoもしくはPtを用いた場合と同様の効果が得られることが分かった。
【0106】
さらにまた、実施例1〜実施例14において、形成条件によって、第5電極層が形成された場合がある。例えば、実施例1に第1電極層、第2電極層の代わりに、Hf、Ni、Hf−Ga化合物、Ni−N化合物を含んだ第5電極層が形成された。この場合も、実施例1と同様の効果が得られた。実施例2〜14においても同様である。
【0107】
さらにまた、実施例1〜実施例14では各金属層の堆積にEB蒸着法を用いたが、金属層の堆積法に関しては、スパッタリング法やCVD法のように他の方法が用いられてもよいことは言うまでもない。
(関連事項の検討)
上述の実施例1〜実施例14の電極構造をAlGaInN系半導体レーザ素子に適用したところ、従来の電極構造に比べて電極部における電圧降下を低く抑えることができ、半導体レーザ素子全体の消費電力を低減し得ることが確認された。たとえば、5μmのストライプ幅と500μmの共振器長の寸法を有する半導体レーザに実施例1のAu/Mo/Ni/Hf電極と従来のAu/Ni電極を適用した場合、20mA通電時の電極部における電圧降下はそれぞれ約0.8Vと約4Vであり、本発明による優れた効果を明確に確認することができた。また、実施例2におけるようにNi層の代わりにPd層を用いることによってコンタクト抵抗のより低抵抗化を図ることができ、それに伴って半導体レーザ素子の電極部分における電圧降下もさらに低減し得ることが確認された。
【0108】
(実施例15)
以下に、本発明の第15の実施例を素子断面を模式的に示した図10〜図12を参照しながら説明する。本実施例は、実施例1で説明した電極構造を実際のレーザ素子構造に適用した例である。このレーザ素子は、以下の方法により作製される。
【0109】
最初に、図10に示すように、C面の結晶面を有するサファイア基板200上にGaNバッファ層201、n型GaNコンタクト層202、n型AlGaNクラッド層203、n型GaN光ガイド層204、InGaN多重量子井戸活性層205、p型GaN光ガイド層206、p型AlGaN層207、p型GaNコンタクト層208をMOCVD法により順次エピタキシャル成長させ、GaN系半導体積層構造を製作する。
【0110】
続いて、図11に示すように、GaN系半導体積層構造上にドライエッチングマスク209を作製した後、ドライエッチングマスク209で被覆されていない部分を、リアクティブイオンエッチング(RIE)法によりn型GaNコンタクト層202まで掘り下げ、メサ構造を形成する。
【0111】
次に、ドライエッチングマスク209を完全に除去した後、図12に示すようにメサ上部に絶縁膜210によるストライプパターンを形成する。
【0112】
次に、メサ上部にAu/Mo/Ni/Hfからなるp型電極211、メサ底部にあたるn型GaNコンタクト層202上にAl/Tiからなるn型電極212を形成する。尚、各電極金属の積層膜厚はp型電極211では、Auが200nm、Moが15nm、Niが5nm、Hfが5nm、n型電極ではAlが150nm、Tiが30nmである。最後に、レーザ素子構造全体をN雰囲気下において、約450℃でアニールし、レーザ素子を完成させる。
【0113】
このようにして作製された本実施例のレーザ素子では、Au/Niからなるp型電極を有する従来のレーザ素子に比べて、p型電極の密着強度のレーザ素子ごとのばらつきが抑制され、良品のとれる歩留去りが向上した。また、p型電極形成後に行うアニール処理温度も450℃と従来より50℃程度低くなり、これにより製造プロセスの温度制御精度の向上や製造プロセスの簡便化に寄与した。
【0114】
なお、本実施例に適用するp型電極構造を実施例1の電極構造から実施例3の電極構造に変更することで、p型電極形成後に行うアニール処理温度を400℃と更に50℃程度低くすることができ、製造プロセスの温度制御精度の向上や製造プロセスの簡便化により効果がある。
【0115】
また、p型電極が全面に渡り均一にp型GaNコンタクト層208との界面反応が生じることによって、電極−コンタクト層における良好なオーミック特性が得られる接触面積が大きくでき、結果的にp型電極のコンタクト抵抗が低減される。これにより、従来のAu/Ni電極をp型電極に使用したレーザ素子に比べて、動作電圧の低減が現れた。
【0116】
(実施例16)
以下に、本発明の第16の実施例を素子断面を模式的に示した図10〜図12を参照しながら説明する。本実施例は、実施例15で説明したレーザ素子構造と比較すると、p型電極に実施例2の電極構造を適用した以外は同じ構造である。
【0117】
実施例15と同様に、図10に示すGaN系半導体積層構造を製作する。続いて、図11に示すメサ構造、ストライプパターンを形成する。次に、図12に示すように、メサ上部にAu/Mo/Pd/Hfからなるp型電極211、メサ底部にあたるn型GaNコンタクト層212上にAl/Tiからなるn型電極212を形成する。尚、各電極金属の積層膜厚はp型電極211では、Auが200nm、Moが15nm、Pdが5nm、Hfが5nm、n型電極212ではAlが150nm、Tiが30nmである。最後に、レーザ素子構造全体をN雰囲気下において、約550℃でアニールし、レーザ素子を完成させる。
【0118】
このようにして作製された本実施例のレーザ素子では、実施例3で示すレーザ素子と同様に、p型電極の密着強度のレーザ素子ごとのばらつきが抑制され、良品のとれる歩留まりが向上した。また、p型電極形成後に行うアニール処理温度もHfをp型電極に含まない場合と比較して50℃ほど低くなり、これにより製造プロセスの温度制御精度の向上や製造プロセスの簡便化に寄与した。
【0119】
なお、本実施例に適用するp型電極構造を実施例2の電極構造から実施例4の電極構造に変更することで、p型電極形成後に行うアニール処理温度を500℃と更に50℃程度低くすることができ、製造プロセスの温度制御精度の向上や製造プロセスの簡便化により効果がある。
【0120】
また、本実施例では、Au/Pd電極をp型電極として用いた場合に比べて、p型電極部の電圧降下及びレーザ素子全体の動作電圧が減少する。また、NiのかわりにPdを用いることによって、実施例15に示すレーザ素子よりもp型電極部の動作電圧及びレーザ素子全体の動作電圧を低減することができた。
【0121】
(実施例17)
次に、本発明の第17の実施例を素子断面を模式的に示した図13〜図14を参照しながら説明する。本実施例は、実施例1で説明した電極構造を実際のレーザ素子構造に適用したまた別の例である。このレーザ素子は、以下の方法により作製される。
【0122】
最初に、図13に示すように、[0001]面の面方位を有するn型GaN基板300上にn型GaNバッファ層301、n型AlGaNクラッド層302、n型GaN光ガイド層303、InGaN多重量子井戸活性層304、p型GaN光ガイド層105、p型AlGaN層306、p型GaNコンタクト層307をMOCVD法により順次エピタキシャル成長させ、GaN系半導体積層構造を製作する。
【0123】
続いて、図14に示すようにp型GaNコンタクト層307の上面に絶縁膜308によるストライプパターンを形成する。次に、p型GaNコンタクト層307上にAu/Mo/Ni/Hfからなるp型電極309、及びn型GaN基板300裏面にAl/Tiからなるn型電極310を形成する。尚、各電極金属の積層膜厚はp型電極309では、Auが200nm、Moが5nm、Niが15nm、Hfが5nm、n型電極310ではAlが150nm、Ti30nmである。最後に、レーザ素子構造全体をN雰囲気下において、約450℃でアニールし、レーザ素子を完成させる。
【0124】
本実施例では、半導体層をエピタキシャル成長させる基板として、n型GaN基板を使用した。このことによって、実施例15、実施例16に説明したサファイア基板を用いたレーザ素子に比べ、欠陥密度の低減などのエピタキシャル層の結晶性が向上し、ひいては、本実施例のレーザ素子の特性が向上する。このようなGaN基板を用いた場合でも、本願発明の電極構造を用いることによって、サファイア基板上のレーザ素子と同様な効果を示し、従来のAu/Ni電極をp型電極に使用したレーザ素子に比べて、p型電極の密着強度の向上、また、p型電極部での電圧降下及び素子全体の動作電圧の低減が図れた。
【0125】
また、本実施例に適用するp型電極構造を実施例1の電極構造から実施例3の電極構造に変更することで、p型電極形成後に行うアニール処理温度を400℃と更に50℃程度低くすることができ、製造プロセスの温度制御精度の向上や製造プロセスの簡便化により効果がある。
【0126】
(実施例18)
次に、本発明の第18の実施例を素子断面を模式的に示した図13〜図14を参照しながら説明する。本実施例は、p型電極に実施例2で説明した電極構造を適用した以外は実施例17と同様である。このレーザ素子は、以下の方法により作製される。
【0127】
最初に、実施例17と同様に図13に示すGaN系半導体積層構造を製作する。続いて、図14に示すようにp型GaNコンタクト層307の上面に絶縁膜308によるストライプパターンを形成する。次に、p型GaNコンタクト層307上にAu/Mo/Pd/Hfからなるp型電極309及びn型GaN基板300裏面にAl/Tiからなるn型電極310を形成する。尚、各電極金属の積層膜厚はp型電極309では、Auが200nm、Moが5nm、Pdが15nm、Hfが5nm、n型電極310ではAlが150nm、Tiが30nmである。最後に、レーザ素子構造全体をN雰囲気下において、約550℃でアニールし、レーザ素子を完成させる。
【0128】
本実施例でも、半導体層をエピタキシャル成長させる基板として、n型GaN基板を使用した。また、本実施例では、Au/Pd電極をp型電極として用いた場合に比べて、p型電極部の電圧降下及びレーザ素子全体の動作電圧が減少する。また、NiのかわりにPdを用いることによって、実施例17に示すレーザ素子よりもp型電極部の動作電圧及びレーザ素子全体の動作電圧を低減することができた。
【0129】
また、本実施例に適用するp型電極構造を実施例2の電極構造から実施例4の電極構造に変更することで、p型電極形成後に行うアニール処理温度を500℃と更に50℃程度低くすることができ、製造プロセスの温度制御精度の向上や製造プロセスの簡便化により効果がある。
【0130】
尚、実施例17及び実施例18では、基板として{0001}面の面方位を有するGaN基板を用いたが、基板はこれに限られるものではなく、{0001}面の他に{0−100}面、{11−20}面、{1−101}面、{01−12}面で実施例17、18と同等の特性を有するレーザ素子を作製できる。また、本発明は活性層としてInGaN多重量子井戸構造を用いたが、例えば活性層としてGaN系半導体にAsやPなどが含まれる構造を用いてもよい。また、レーザ素子ではp型GaNコンタクト層の電流注入部は電極ストライプ構造を使用しているが、リッジ構造やその他の構造を用いても構わない。また、レーザ素子に限るものではなく、発光素子(LED)にも本発明は適用できる。
【0131】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電極構造によれば、p型GaNコンタクト層に対する電極構造の高抵抗化要因を抑制して低抵抗で良好なオーミック特性を有する電極構造を実現することができるとともに、コンタクト層と電極構造との間の密着強度も改善され、半導体デバイスの生産歩留まりを大幅に向上させることができる。また、本発明の副次的な効果として、電極構造のオーミック化に必要なアニール温度を従来に比べて低くすることができるので、半導体デバイスの製造プロセスにおける簡便化や制御の容易化に大きく貢献することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電極構造において、III族窒化物半導体コンタクト層上に複数の金属層が堆積された直後の状態を示す模式的な断面図である。
【図2】本発明の電極構造において、オーミック化アニール処理後の状態を示す模式的な断面図である。
【図3】実施例1による電極構造のオーミック化アニールとしてのアロイ温度とコンタクト抵抗の関係を示すグラフである。
【図4】実施例1の電極構造において、Hf層とNi層の好ましい厚さ範囲を示すグラフである。
【図5】比較例のAu/Mo/Hf/Ni電極構造と従来のAu/Ni電極構造におけるオーミック化アロイ温度とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。
【図6】比較例のAu/Mo/(HfNi合金)電極構造におけるオーミック化アロイ温度とコンタクト抵抗との関係を実施例1との対比において示すグラフである。
【図7】実施例2による電極構造において、オーミック化アロイ温度とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである
【図8】実施例2による電極構造において、オーミック化アロイ温度とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである
【図9】実施例2による電極構造において、オーミック化アロイ温度とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである
【図10】サファイア基板上に形成した本発明の電極構造を有したレーザ素子の作製工程を示す図である。
【図11】サファイア基板上に形成した本発明の電極構造を有したレーザ素子の作製工程を示す図である。
【図12】サファイア基板上に形成した本発明の電極構造を有したレーザ素子の作製工程を示す図である。
【図13】GaN基板上に形成した本発明の電極構造を有したレーザ素子の作製工程を示す図である。
【図14】GaN基板上に形成した本発明の電極構造を有したレーザ素子の作製工程を示す図である。
【図15】従来例の電極構造を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
101…コンタクト層
102…第6電極層
102A…第1電極層
103…第2電極層もしくは第7電極層
104…第3電極層
105…第4電極層
200…サファイア基板
201…GaNバッファ層
202…n型GaNコンタクト層
203…n型AlGaNクラッド層
204…n型GaN光ガイド層
205…InGaN多重量子井戸活性層
206…p型GaN光ガイド層
207…p型AlGaN層
208…p型GaNコンタクト層
209…ドライエッチングマスク
210…絶縁膜
211…p型電極
212…n型電極
300…n型GaN基板
301…GaNバッファ層
302…n型AlGaNクラッド層
303…n型GaN光ガイド層
304…InGaN多重量子井戸活性層
305…p型GaN光ガイド層
306…p型AlGaN層
307…p型GaNコンタクト層
308…絶縁膜
309…p型電極
310…n型電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of an electrode structure in a group III nitride semiconductor device represented by a semiconductor laser diode, for example.
[0002]
[Prior art]
Group III nitride semiconductor, for example, In x Ga y Al z A GaN-based compound semiconductor represented by N (where x + y + z = 1, 0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1, 0 ≦ z <1) has a large energy band gap and high thermal stability, and It is also possible to control the band gap width by adjusting the composition. Accordingly, GaN-based semiconductors are expected as materials applicable to various semiconductor devices including light-emitting elements and high-temperature devices. In particular, for a light emitting diode (LED) using a GaN-based material, a device having a light intensity of several cd level in a blue to green light wavelength region has already been developed and put into practical use. In the future, obtaining LEDs for light with a longer wavelength and making LED displays full color, and practical application of laser diodes (LD) using GaN-based materials are becoming the goals of research and development.
[0003]
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a p-type electrode conventionally used in a semiconductor device using a GaN-based material. In this p-type electrode, a Ni layer 502 is deposited on the p-type GaN contact layer 501 and annealed at 500 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere, whereby a diffusion reaction between the p-type GaN contact layer 501 and the Ni layer 502 is achieved. An intermediate layer 504 is formed. A surface electrode layer 503 for wire bonding or device mounting is further laminated on the Ni layer 502. As the material of the surface electrode layer 503, Au or the like is often used.
[0004]
In such an electrode structure, the intermediate layer 504 has an effect of relaxing the Schottky barrier generated at the interface when the p-type GaN contact layer 501 and the Ni layer 502 are in direct contact.
[0005]
[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2001-15852
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the p-type electrode on the p-type GaN-based contact layer according to the prior art as illustrated in FIG. 15 has instability in ohmic characteristics, and has a relatively high specific contact resistance value of about 10 -2 Ωcm 2 There is a problem that it is within the range of the degree. For example, the specific contact resistance value required for a p-type electrode of a semiconductor laser is about 10 -3 Ωcm 2 It is difficult to achieve this with the prior art.
[0007]
Therefore, the present inventor has examined the p-type electrode structure according to the prior art in detail.
[0008]
First, it is understood that the main component of the intermediate layer 504 formed in FIG. 15 is composed of a compound of Ga and Ni (Ga—Ni compound; hereinafter, a compound of element X and element Y is expressed as an XY compound). It was.
[0009]
In addition, the formation of the intermediate layer 504 is easily influenced by the surface state of the p-type GaN contact layer 501 and the annealing temperature, and the in-wafer surface in accordance with the progress of the interface reaction between the p-type GaN contact layer 501 and the Ni layer 502. It became clear that non-uniformity occurred. Such non-uniformity leads to variations in the thickness and element composition ratio of the intermediate layer 504, or variations in the contact condition between the p-type GaN contact layer 501 and the Ni layer 502. It has been found that there is a characteristic distribution in which the contact resistance of the electrode that should be partially increased becomes extremely large, and the contact resistance may be increased when viewed as the whole electrode.
[0010]
It was also confirmed that this non-uniformity was a cause of unevenness on the electrode surface. Due to the non-uniformity of the interfacial reaction between the p-type GaN contact layer 501 and the Ni layer 502 described above, unevenness occurs at the interface or the thickness of the intermediate layer 504 to be formed. As a result, irregularities are formed on the electrode surface. Generally, wire bonding that crimps Al or Au wire to the electrode surface or stem mount that directly welds the electrode surface to the stem is often used as the power supply method for the electrode of the semiconductor element. Then, it became clear that it led to the problem that the bondability of the bonding was lowered, and finally caused the adverse effect of lowering the product yield.
[0011]
Furthermore, it was also found that Ni—N compounds were formed inside the intermediate layer 504 in addition to Ga—Ni compounds as main components. A source of N for the Ni—N compound is a p-type GaN contact layer 501. That is, N atoms in the p-type GaN contact layer 501 are absorbed into the intermediate layer 504, and the vicinity of the surface of the p-type GaN contact layer 501 is transformed into a high-resistance layer (or n-type layer). As a result, the p-type electrode It has also been revealed that it causes high resistance of the structure.
[0012]
In view of the above-mentioned problems in the prior art revealed by the present inventor, the present invention provides an electrode structure having a stable low resistance and high adhesion strength on a p-type group III nitride semiconductor layer at a high yield. The purpose is to do.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The electrode structure on the p-type group III nitride semiconductor layer of the present invention includes a structure including a first electrode layer, a second electrode layer, and a third electrode layer in order from the side in contact with the semiconductor layer. The one electrode layer includes at least one metal element selected from the first metal group consisting of Ti, Hf, Zr, V, Nb, Ta, Cr, W and Sc, and the second electrode layer includes Ni, Pd and At least one metal element selected from the second metal group consisting of Co, and the third electrode layer is at least one metal selected from the third metal group consisting of Mo, Ru, Rh, W and Ir It contains an element.
[0014]
The first electrode layer is a mixed layer and includes a compound of N and at least one metal element selected from the first metal group.
[0015]
The first electrode layer is a mixed layer and includes a compound of Ga and at least one metal element selected from the second metal group.
[0016]
The thickness of the first electrode layer is in the range of 1 to 1000 nm.
[0017]
The thickness of the second electrode layer is in the range of 1 to 1000 nm.
[0018]
Further, the electrode structure on the p-type group III nitride semiconductor layer of the present invention includes a structure including a fifth electrode layer and a third electrode layer in order from the side in contact with the semiconductor layer, and the fifth electrode layer Includes at least one metal element selected from the first metal group and at least one metal element selected from the second metal group, and the third electrode layer is selected from the third metal group. And at least one metal element.
[0019]
The fifth electrode layer is a mixed layer and includes a compound of N and at least one metal element selected from the first metal group.
[0020]
The fifth electrode layer is a mixed layer and includes a compound of Ga and at least one metal element selected from the second metal group.
[0021]
The fifth electrode layer has a thickness in the range of 1 to 1000 nm.
[0022]
The third electrode layer has a thickness in the range of 3 to 500 nm.
[0023]
A fourth electrode layer containing either Au or Al is laminated on the third electrode layer.
[0024]
The fourth electrode layer has a thickness of 50 nm or more.
[0025]
The method for forming an electrode structure on a p-type group III nitride semiconductor layer of the present invention includes at least one selected from the first metal group consisting of Ti, Hf, Zr, V, Nb, Ta, Cr, W, and Sc. A sixth electrode layer made of a kind of metal element is deposited on the semiconductor layer, and a seventh electrode layer made of at least one kind of metal element selected from the second metal group made of Ni, Pd, and Co is formed on the semiconductor layer. Depositing on the seventh electrode layer a third electrode layer deposited on at least one metal element selected from the third metal group consisting of Mo, Ru, Rh, W and Ir. It is characterized by including.
[0026]
The sixth electrode layer to be deposited has a thickness in the range of 1 to 500 nm.
[0027]
The seventh electrode layer to be deposited has a thickness in the range of 5 nm to 1000 nm.
[0028]
The deposited third electrode layer has a thickness in the range of 3 to 500 nm.
[0029]
The method further includes the step of depositing a fourth electrode layer containing either Au or Al on the third electrode layer.
[0030]
The fourth electrode layer has a thickness of 50 nm or more.
[0031]
N is deposited after the sixth electrode layer, the seventh electrode layer, the third electrode layer, and the fourth electrode layer are deposited. 2 The method further includes a step of heat-treating the electrode structure at a temperature within a range of 300 to 700 ° C. in an atmosphere, an Ar atmosphere, or a vacuum.
[0032]
Next, the operation of the electrode structure according to the structure of the present invention will be described.
[0033]
According to the present invention, the electrode structure on the p-type group III compound semiconductor layer includes first, second, third, and fourth electrode layers sequentially stacked on the semiconductor layer, and the first electrode layer includes: Including at least one selected from the first metal group consisting of Ti, Hf, Zr, V, Nb, Ta, Cr, W, and Sc, and the second electrode layer is a second metal made of Ni, Pd, and Co The third electrode layer includes at least one selected from the group, the third electrode layer includes at least one selected from the third metal group consisting of Mo, Ru, Rh, W, and Ir, and the fourth electrode layer includes Au, Al It is characterized by including either.
[0034]
In such an electrode structure, for example, Hf contained in the first electrode layer is a metal used in the n-type electrode structure for the n-type GaN layer, and if the Hf layer is formed alone on the p-type GaN layer, it is shot. Act as a key electrode. However, for example, by using a small amount of Hf uniformly as the first electrode layer at the interface between the second electrode layer containing Ni and the p-type GaN layer, this small amount of Hf causes almost no Schottky effect, and the interfacial reaction accelerator. It became clear that it acts as.
[0035]
As a result of this interfacial reaction promoting action, in the p-type electrode structure, the annealing temperature applied to obtain a good ohmic contact can be lowered by about 100 to 200 ° C. compared to the conventional case, and the specific contact resistance value is small and high. It was found that adhesion strength can be obtained.
[0036]
Further, in the reaction at the interface between the second electrode layer and the p-type GaN layer, non-uniformity such as variation in the thickness of the intermediate layer formed by the reaction or variation in the element composition ratio may occur. It was found that the uniformity of the interfacial reaction can be improved by forming the electrode layer on the second electrode layer.
[0037]
Taking Mo as an example of the metal used for the third electrode layer, this metal has a high melting point of about 2600 ° C. and is thermally stable. Moreover, it is difficult to form a compound or an intermediate layer easily with the metal group used for the second electrode layer and the metal group used for the fourth electrode layer. Therefore, even after a heat treatment step or the like, the structure below the second electrode layer and the fourth electrode layer are blocked by the third electrode layer, and the laminated structure can be maintained without being mixed with each other.
[0038]
On the other hand, for example, Pd used for the second electrode layer diffuses to the p-type GaN layer side through a heat treatment step or the like to form a Pd—Ga compound layer, but the formation of the Pd diffusion direction is below the electrode. It is made uniform compared with the case where there is no Mo layer. As a result, the Pd—Ga compound layer can be formed uniformly in thickness and elemental composition ratio.
[0039]
As described above, by including the third electrode layer in the electrode structure in the present invention, the interface reaction between the second electrode layer and the p-type group III compound semiconductor layer can be made uniform. Contact resistance can also be kept uniformly low. Further, since the unevenness caused by the interfacial reaction can be suppressed to be extremely small, the unevenness of the electrode surface can be reduced, the deterioration of bondability can be prevented, and the production yield can be kept high.
[0040]
The thickness of the first electrode layer is in the range of 1 to 500 nm, the thickness of the second electrode layer is 5 nm or more, the thickness of the third electrode layer is in the range of 3 to 500 nm, and the fourth The thickness of the electrode layer is preferably 50 nm or more.
[0041]
According to the invention, the electrode structure on the p-type group III compound semiconductor layer includes fifth, third, and fourth electrode layers sequentially stacked on the semiconductor layer, and the fifth electrode layer is the first electrode layer. At least one metal element selected from one metal group and at least one metal element selected from the second metal group, and the third electrode layer is at least one selected from the third metal group And the fourth electrode layer is characterized by containing either Au or Al.
[0042]
In such an electrode structure, the fifth electrode layer is a mixed layer, and besides the simple metal belonging to the first metal group and the second metal group, the compound of the metal belonging to the first metal group and Ga, The compound of the metal and N which belong to a 2nd metal group is included. As a result, the effect of promoting the interface reaction by the metal belonging to the first metal group and the effect of forming the ohmic electrode by the metal belonging to the second metal group can be obtained at the same time.
[0043]
In addition, the presence of the third electrode layer suppresses mixing of the upper fourth electrode layer and the lower fifth electrode layer, thereby maintaining the laminated structure, and the metal elements belonging to the second metal group and the p-type group III The reaction with the nitride semiconductor layer is made uniform, and the contact resistance in the electrode surface can be kept uniformly low. At the same time, the unevenness of the electrode surface originating from the unevenness caused by the interfacial reaction is also reduced, which improves bondability and contributes to an improvement in production yield.
[0044]
The thickness of the fifth electrode layer is preferably in the range of 1 to 1000 nm, the thickness of the third electrode layer is preferably in the range of 3 to 500 nm, and the thickness of the fourth electrode layer is preferably 50 nm or more. .
[0045]
In the method for forming an electrode structure on a p-type group III compound semiconductor layer according to the present invention, a sixth electrode layer made of a metal element belonging to the first metal group is deposited on the semiconductor layer, and the second metal group is formed. A seventh electrode layer made of a metal element belonging to the third metal layer is deposited on the sixth electrode layer, a third electrode layer made of a metal element belonging to the third metal group is deposited on the seventh electrode layer, and the fourth metal group The method includes a step of depositing a fourth electrode layer containing a metal element belonging to the third electrode layer on the third electrode layer.
[0046]
Here, the sixth electrode layer and the seventh electrode layer have the following relationship between the first electrode layer and the second electrode layer in the description relating to the electrode structure. That is, when a heat treatment process is performed on the stacked structure in which the sixth electrode layer, the seventh electrode layer, the third electrode layer, and the fourth electrode layer are sequentially deposited as described above, the sixth electrode layer and the semiconductor layer undergo a compound reaction. As a result, a metal nitride of the sixth electrode layer is formed, and a part of the seventh electrode layer and the semiconductor layer also undergo a compound reaction to form a metal Ga compound of the seventh electrode layer. Thereby, a 1st electrode layer is formed as a layer containing these nitrides and compounds. At this time, the seventh electrode layer remaining without reacting constitutes the second electrode layer as it is. That is, the sixth electrode layer and the seventh electrode layer have a relationship of a laminated structure in the previous stage in which the first electrode layer and the second electrode layer are formed by heat treatment.
[0047]
Depending on the progress of the reaction by the heat treatment, the film thickness ratio between the sixth electrode layer and the seventh electrode layer, and the selection of the elements of the sixth electrode layer and the seventh electrode layer, the first electrode layer and the second electrode layer are stunned. In some cases, the fifth electrode layer is formed by mixing together, but the fifth electrode layer includes both the first electrode layer and the second electrode layer, and thus has the respective properties. The effect of the present invention is still exhibited.
[0048]
As a heat treatment step for forming the electrode structure as described above, N 2 A process under a temperature in the range of 300 to 700 ° C. in an atmosphere, an Ar atmosphere, or a vacuum is suitable.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As specific examples of the embodiment of the present invention, the following Examples 1 to 14 were tried, and the matters related to them and the semiconductor elements mounted with them were also examined. Example 1 relates to an Au / Mo / Ni / Hf electrode structure including an Hf layer, a Ni layer, a Mo layer, and an Au layer sequentially stacked on a p-type GaN contact layer. The present invention relates to an Au / Mo / Pd / Hf electrode structure using a Pd layer instead of a Ni layer.
[0050]
Example 3 relates to an Au / Mo / Ni / Ti electrode structure including a Ti layer, a Ni layer, a Mo layer, and an Au layer sequentially stacked on a p-type GaN contact layer. The present invention relates to an Au / Mo / Pd / Ti electrode structure using a Pd layer instead of the Ni layer in Example 3.
[0051]
Example 5 relates to an Al / Mo / Ni / Hf electrode structure including an Hf layer, a Ni layer, a Mo layer, and an Al layer sequentially stacked on a p-type GaN contact layer, and Example 6 is an example. 5 relates to an Al / Mo / Pd / Hf electrode structure in which a Pd layer is used instead of the Ni layer.
[0052]
Example 7 relates to an Al / Mo / Ni / Ti electrode structure including a Ti layer, a Ni layer, a Mo layer, and an Al layer sequentially stacked on a p-type GaN contact layer. Example 8 is an example. 7 relates to an Al / Mo / Pd / Ti electrode structure in which a Pd layer is used instead of the Ni layer.
[0053]
Example 9 relates to an Al / Ir / Ni / Hf electrode structure including an Hf layer, an Ni layer, an Ir layer, and an Al layer sequentially stacked on a p-type GaN contact layer. Example 10 is an example. The present invention relates to an Al / Ir / Pd / Hf electrode structure in which a Pd layer is used instead of the 9 Ni layer.
[0054]
Example 11 relates to an Al / Ir / Ni / Ti electrode structure including a Ti layer, a Ni layer, an Ir layer, and an Al layer sequentially stacked on a p-type GaN contact layer. Example 12 is an example. The present invention relates to an Al / Ir / Ni / Hf electrode structure using a Pd layer instead of the 11 Ni layer.
[0055]
Example 13 relates to an Au / Ir / Ni / Hf electrode structure including an Hf layer, a Ni layer, an Ir layer, and an Au layer sequentially stacked on a p-type GaN contact layer. Example 14 is an example. The present invention relates to an Au / Ir / Pd / Hf electrode structure using a Pd layer instead of 13 Ni layers.
[0056]
Examples 15 to 18 relate to an AlGaN-based semiconductor laser device on which the electrode structure shown in Example 1 and Example 2 is mounted.
(Example 1)
Example 1 will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG.
[0057]
First, a p-type GaN layer was formed on a sapphire substrate as a contact layer 101 of a p-type group III nitride semiconductor included in an arbitrary semiconductor device. In order to form the p-type GaN 101, a GaN layer doped with Mg was epitaxially grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). The p-type GaN layer 101 has 10 19 / Cm 3 Mg is added and N 2 After the p-type treatment by annealing in the atmosphere, the p-type GaN layer 101 is 1.5 × 10 6 17 / Cm 3 The carrier concentration was shown.
[0058]
Thereafter, the sapphire substrate is placed in an electron beam (EB) vacuum deposition apparatus, and a sixth electrode layer 102 made of Hf having a thickness of 5 nm and a seventh electrode layer made of Ni having a thickness of 15 nm are formed on the p-type GaN contact layer 101. 103, a third electrode layer 104 made of Mo with a thickness of 15 nm and a fourth electrode layer 105 made of Au with a thickness of 200 nm were deposited. Finally, the entire electrode structure on the sapphire substrate is N 2 By annealing at about 450 ° C. in an atmosphere, the electrode structure according to the first embodiment was completed.
[0059]
In FIG. 2, the electrode structure completed using the present invention is shown in a schematic cross-sectional view. When the electrode structure after annealing at 450 ° C. in Example 1 was examined in detail, a p-type GaN layer 101 and a mixture layer of a Hf—N compound and a Ni—Ga compound were sequentially formed on the sapphire substrate from the bottom. It was revealed that the first electrode layer 102A, the second electrode layer 103 (= seventh electrode layer) made of Ni, the third electrode layer 104 made of Mo, and the fourth electrode layer 105 made of Au were made.
[0060]
The thickness of the mixture layer was about 10 nm, which was about twice the thickness of the Hf layer before the heat treatment. On the other hand, almost no Hf—N compound and Ni—Ga compound were detected in the electrode cross-sectional structure before annealing. From this, it is considered that these two types of compounds of Hf—N and Ni—Ga are formed by a reaction during the annealing process.
[0061]
As described above, the Ni—N compound formed between the p-type GaN contact layer 501 and the Ni layer 502 in the conventional electrode structure shown in FIG. 15 causes the resistance and instability of the electrode structure. It becomes. However, in Example 1, since the Hf layer (sixth electrode layer 102) exists before the annealing process, first, in the initial stage of the annealing process, the Hf − is between the p-type GaN layer 101 and the Hf layer. N compounds are formed. Since N for the Hf—N compound is mainly supplied from the p-type GaN layer 101, the surface of the p-type GaN layer 101 is in an excessive state of Ga. The excess free Ga and Ni from the Ni layer (seventh electrode layer 103) directly react to form a Ni—Ga compound in the mixture layer (first electrode layer 102A). By passing through such a reaction process, the high resistance layer (or n-type layer) associated with the formation of the Ni—N compound is obtained in Example 1 without impairing the stoichiometric composition ratio of the surface of the p-type GaN layer 101. It is considered that the ohmic reaction between the p-type GaN contact layer 101 and the metal electrode can be promoted without forming a).
[0062]
By the way, since Hf and N easily react with each other, the Hf—N compound contained in the first electrode layer 102A made of the above-mentioned mixture is formed between the p-type GaN layer 501 and the Ni layer 502 in FIG. Compared with the intermediate layer 504 made of a Ni—Ga compound generated by the reaction, it is generated by annealing at a lower temperature. And in the presence of Ga freed by depletion of N by Hf, the Ni-Ga compound formation reaction is also an annealing temperature lower than the temperature required for Ni to break the bond between Ga and N and react with Ga. It tends to occur. That is, the annealing necessary for obtaining the ohmic property of the electrode structure of Example 1 can be performed at a lower temperature than the conventional electrode structure shown in FIG.
[0063]
FIG. 3 is a graph that proves this fact. In this graph, the horizontal alloy temperature (° C.) represents the annealing temperature for making the electrode structure ohmic, and the vertical axis contact resistance (Ωcm 2 ) Represents the resistance after the ohmic treatment.
[0064]
As can be seen from FIG. 3, in the conventional Au / Ni electrode structure, as indicated by the black circles, the contact due to the interface reaction between the p-type GaN contact layer 501 and the Ni layer 502 from the annealing temperature of 400 ° C. While a significant decrease in resistance begins to occur, in the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure of Example 1, a significant decrease in contact resistance starts from an annealing temperature of 350 ° C. as represented by a white circle. The reaction between Hf of the sixth electrode layer and N in the p-type GaN contact layer 101 at a lower temperature than in the past, and further, Ga in the p-type GaN contact layer 101 and Ni in the seventh electrode layer 103 It can be seen that the reaction is starting to occur. Such being able to be ohmicized by annealing at a relatively low temperature enables improvement in temperature control accuracy during the electrode manufacturing process and simplification of the process, which is a very beneficial advantage in the production process.
[0065]
As can also be seen from FIG. 3, the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure of Example 1 has a smaller contact resistance in the annealing temperature range of 350 to 600 ° C. than the conventional Au / Ni electrode structure. ing. Also, the annealing temperature at which the minimum contact resistance can be obtained is 500 ° C. in the conventional Au / Ni electrode structure, whereas it is 450 ° C. lower than that in the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure of Example 1. is there. This is because the Hf layer is interposed in Example 1, which is caused by the deviation of the stoichiometric composition ratio on the surface of the p-type GaN layer 501 seen in the conventional electrode structure or the generation of Ni-N compounds. This is considered to be due to the effect of suppressing the formation of the high resistance layer (or n-type layer).
[0066]
FIG. 4 shows the ohmic properties after annealing in the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure before annealing in Example 1 by changing the thicknesses of the Hf layer and Ni layer in various ways. Shows the results. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis represents the film thickness (nm) of the Hf layer, and the vertical axis represents the film thickness (nm) of the Ni layer. A black circle mark represents a case where a contact resistance smaller than that of a conventional Au / Ni electrode was stably obtained, and a x mark represents a case where a clear improvement effect was not obtained as compared with the conventional case.
[0067]
As shown in FIG. 4, regarding the film thickness of the Hf layer, when it is in the range of about 1 to 500 nm, the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure is changed to the conventional Au / Ni electrode structure. In comparison, a small contact resistance was stably obtained. However, when the Hf layer is thinner than 1 nm, for example, 0.5 nm, the contact resistance after annealing of the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure is hardly improved as compared with the conventional Au / Ni electrode structure. This is because, since the Hf layer is too thin, the absolute amount for forming the Hf-N compound in the interface reaction with the p-type GaN layer 101 is insufficient, and the Ni between the Ni layer and the p-type GaN layer 101 is insufficient. It is thought that this reaction becomes dominant. On the other hand, when the Hf layer was thicker than 500 nm, the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure did not exhibit ohmic characteristics even when the annealing temperature was increased or the time was increased, and only Schottky characteristics were exhibited. This is considered to be because the Ni layer and the p-type GaN layer 101 are completely blocked because the Hf layer is too thick, and Ni cannot contribute to the reaction.
[0068]
Regarding the thickness of the Ni layer, when it was about 5 nm or more, a smaller contact resistance was stably obtained in the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure than in the conventional Au / Ni electrode structure. However, when the Ni layer is thinner than 5 nm and is, for example, 1 nm, the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure has insufficient ohmic characteristics even after annealing. This is presumably because the Ni layer is not thick enough so that the entire amount of the Ni layer is consumed to form a compound with Ga. On the other hand, regarding the upper limit of the thickness of the Ni layer, there was no adverse effect on the electrical characteristics of the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure even when the thickness was increased to about 1 μm. It was observed that the structure tends to peel off. Therefore, the upper limit of the preferable thickness of the Ni layer is considered to be about 1 μm, considering the adhesion strength which is important when the electrode structure is used in an actual semiconductor device.
[0069]
In addition, regarding the film thickness of the Mo layer (third electrode layer 104), the interface reaction promoting effect between the p-type GaN contact layer 101 and the Ni layer, which is the role of the Hf layer, is made more uniform by setting the film thickness to about 3 nm or more. I was able to. When the thickness of the Mo layer was less than 3 nm, the interface reaction promoting effect tended to be two-dimensionally non-uniform depending on the Hf layer formation conditions and the surface state of the p-type GaN layer 101. On the other hand, when the film thickness of the Mo layer was set to 500 nm or more, there was a problem that was attributed to the film stress of Mo such as peeling of the electrode structure. Therefore, the preferable thickness range of the Mo layer is considered to be in the range of 3 nm to 500 nm.
[0070]
Furthermore, in order to investigate the characteristics of the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure of Example 1 in more detail, a Mo / Ni / Hf electrode structure as a comparative example not including an Au layer was also prototyped. However, when this Mo / Ni / Hf electrode structure was left in the atmosphere, a natural oxide film was formed on the surface of the Mo layer. When such an oxide film is present on the outermost surface of the electrode, bondability may be lowered, and in many cases, it is not preferable, for example, when yielding as an electrode of a semiconductor element, the yield is reduced. It is understood that the lamination of the Au layer (fourth electrode layer 105) in Example 1 is effective for preventing the formation of the oxide layer, and it is sufficient that the thickness of the Au layer is about 50 nm or more. It was.
[0071]
On the other hand, the upper limit of the thickness of the Au layer is not limited by the electrical characteristics of the electrode. However, if the Au layer is thicker than 5 μm, the ease of lift-off decreases when a lift-off process is used for patterning the electrodes. Further, from the viewpoint of adhesiveness in the bonding process, it is sufficient that the thickness of the Au layer is 5 μm. Even if it is thicker than that, only the amount of expensive Au used is increased, which is not preferable. Therefore, the preferable upper limit of the thickness of the Au layer is considered to be about 5 μm.
[0072]
Further, as comparative examples for the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure of Example 1, an Au / Mo / Hf / Ni electrode structure and an Au / Mo / (HfNi alloy) electrode structure were also prototyped. However, good electrical characteristics as in Example 1 could not be obtained. These facts are illustrated in the graphs of FIGS. 5 and 6 similar to the graph of FIG.
[0073]
In the graph of FIG. 5, the white circle mark and the black circle mark represent the annealing temperature dependence of the contact resistance in the Au / Mo / Hf / Ni electrode structure of the comparative example and the conventional Au / Ni electrode structure, respectively. As shown in this graph, the Au / Mo / Ti / Ni electrode structure of the comparative example has almost improved contact resistance after annealing at any temperature compared to the conventional Au / Ni electrode structure. Will not bring. This is because, even in the Au / Mo / Hf / Ni electrode structure, since the Ni layer is in direct contact with the p-type GaN layer as in the conventional case, a Ni—N compound is generated at the interface, and a high resistance interface layer is generated. It is thought that it is from.
[0074]
In the graph of FIG. 6, black circles and white circles indicate the annealing temperature dependence of contact resistance in the Au / Mo / (HfNi alloy) electrode structure of the comparative example and the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure of Example 1, respectively. Represents. In the Au / Mo / (HfNi alloy) electrode structure of the comparative example, the Ni or Ni-concentrated portion in the HfNi alloy layer and the p-type GaN contact layer partially contact and react with each other to form the NiN compound. Tend to generate. Therefore, in the Au / Mo / (HfNi alloy) electrode structure of the comparative example, a high resistance region is partially formed after annealing, and as a result, the contact resistance averaged over the entire electrode is considered to be high.
[0075]
On the other hand, in the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure of Example 1, the Hf layer exists almost uniformly between the p-type GaN layer 101 and the Ni layer, and the interface reaction between the two is uniformly promoted. As shown in FIG. 4, a small contact resistance value can be stably obtained as compared with the Au / Mo / (HfNi alloy) electrode structure of the comparative example. That is, it can be seen that the Hf layer formed between the Ni layer and the p-type GaN contact layer 101 plays an important role with respect to the effect of improving the electrical characteristics in the electrode structure of Example 1.
[0076]
In Example 1, regarding the Mg concentration contained in the contact layer 101 of p-type GaN, 1.0 × 10 18 ~ 1.0 × 10 20 / Cm 3 However, it was possible to obtain good ohmic characteristics with the Au / Mo / Ni / Hf electrode structure for any Mg concentration p-type GaN contact layer.
[0077]
In Example 1, an annealing process for ohmic electrode structure is performed in N 2 Although it was performed in the atmosphere, the annealing treatment may be performed in an Ar atmosphere or in a vacuum. In that case, the optimum annealing temperature is N 2 Although it changes a little compared with the case of using an atmosphere, it is still lower than the optimum annealing temperature of the conventional Au / Ni electrode structure.
[0078]
Furthermore, in Example 1, since the interface reaction during annealing is reliably generated at a lower temperature than the conventional example and hardly affected by conditions such as temperature, the adhesion strength of the interface often observed in conventional electrodes is insufficient. There is no problem of peeling due to.
(Example 2)
In Example 2, the seventh electrode layer 103 of Example 1 was changed from Ni to Pd.
[0079]
Referring to FIG. 1, also in Example 2, similarly to Example 1, a p-type GaN contact layer 101 doped with Mg was formed on a sapphire substrate. On the contact layer 101, a sixth electrode layer 102 made of Hf with a thickness of 5 nm, a seventh electrode layer 103 made of Pd with a thickness of 15 nm, a third electrode layer 104 made of Mo with a thickness of 15 nm, and a thickness of 200 nm The fourth electrode layer 105 made of Au was deposited by EB vapor deposition. And the entire electrode structure on the sapphire substrate is N 2 The electrode structure according to Example 2 was completed by annealing at about 550 ° C. in an atmosphere.
[0080]
Referring to FIG. 2, in the electrode structure completed according to Example 2, on the sapphire substrate, a p-type GaN contact layer 101, a first electrode layer made of a mixture of an Hf—N compound and a Pd—Ga compound in order from the bottom. It was revealed that the second electrode layer 103 (= seventh electrode layer) of 102A and Pd, the third electrode layer 104 of Mo, and the fourth electrode layer 105 of Au were formed. The thickness of the first electrode layer 102A made of the mixture was about 10 nm, and was about twice the thickness of the Hf layer (sixth electrode layer 102) before the heat treatment. Note that the Hf—N compound and the Pd—Ga compound were hardly detected in the electrode cross-sectional structure before annealing. From this, it is considered that these two types of compounds of Hf—N and Pd—Ga are formed by the reaction during the annealing process.
[0081]
In the case of the Au / Pd electrode structure as a comparative example not including the Hf layer, a Pd—N compound is formed between the Pd layer and the GaN contact layer after the annealing treatment. This Pd—N compound causes high resistance and instability of the electrode structure, similarly to the Ni—N compound in the conventional Au / Ni electrode structure. However, in Example 2, the Hf layer existing before the annealing step plays the same role as in Example 1, so that the stoichiometric composition ratio of the surface of the p-type GaN contact layer 101 is not impaired. It is considered that the ohmic reaction between the p-type GaN contact layer 101 and the metal electrode can be promoted without forming a high resistance layer (or n-type layer) associated with the formation of the Pd—N compound. .
[0082]
In the graph of FIG. 7 similar to the graph of FIG. 3, the white circle mark and the black circle mark are respectively in the Au / Mo / Pd / Hf electrode structure before annealing of Example 2 and in the Au / Pd electrode structure of the comparative example. It represents the annealing temperature dependence of contact resistance. As shown in this graph, the Au / Mo / Pd / Hf electrode structure of Example 2 has a smaller contact resistance than the Au / Pd electrode structure of the comparative example in the temperature range of 450 to 700 ° C. Yes. Further, with respect to the annealing temperature at which the contact resistance starts to be significantly reduced by the interface reaction and the annealing temperature at which the lowest contact resistance is obtained, the Au / Mo / Pd / of Example 2 is compared with the Au / Pd electrode structure of the comparative example. In the Hf electrode structure, the temperature is lowered by about 50 ° C. This ability to be ohmicized by lower temperature annealing can be a very beneficial advantage in the electrode manufacturing process, as also described with respect to Example 1.
[0083]
As a result of examination and consideration similar to Example 1 regarding the thickness of each metal layer of Example 2, the preferable thickness of each layer is that Hf layer 102 is 1 nm to 500 nm, and Pd layer (seventh electrode layer 103) is It was found that the thickness was 5 nm to 1 μm, the Mo layer (third electrode layer 104) was 3 nm to 1 μm, and the Au layer (fourth electrode layer 105) was 50 nm to 5 μm.
[0084]
As in the case of Example 1, also in Example 2, the concentration of Mg contained in the p-type GaN contact layer is 1.0 × 10 6. 18 ~ 1.0 × 10 20 / Cm 3 However, good ohmic characteristics could be obtained by the Au / Mo / Pd / Hf electrode structure for any Mg-concentrated p-type GaN contact layer.
[0085]
Further, as in the case of Example 1, the annealing process for the ohmicization of the electrode structure of Example 2 described above is N 2 Although it was performed in an atmosphere, annealing may be performed in an Ar atmosphere or in a vacuum. Even in this case, the optimum annealing temperature is N 2 Although it changes a little compared with the case of using an atmosphere, it is still lower than the optimum annealing temperature of the Au / Pd electrode structure of the comparative example.
[0086]
Furthermore, in the same way as in Example 1, in Example 2, the interface reaction during annealing is reliably generated at a lower temperature and less affected by conditions such as temperature compared to the Au / Pd electrode of the comparative example. The problem of peeling due to insufficient adhesion strength at the interface, which is often observed in the electrode of the example, does not occur.
[0087]
(Example 3)
Referring to FIG. 1, also in Example 3, similarly to Example 1, a p-type GaN contact layer 101 doped with Mg was formed on a sapphire substrate. On the GaN contact layer 101, a Ti sixth electrode layer 102 having a thickness of 3 nm, a Ni seventh electrode layer 103 having a thickness of 15 nm, a third electrode layer 104 having a thickness of 15 nm, and an Au having a thickness of 200 nm are formed. The fourth electrode layer 105 was deposited by EB vapor deposition. And the entire electrode structure on the sapphire substrate is N 2 The electrode structure according to Example 3 was completed by annealing at about 400 ° C. in an atmosphere.
[0088]
Referring to FIG. 2, in the electrode structure completed according to Example 3, on the sapphire substrate, a p-type GaN contact layer 101, a first electrode layer made of a mixture of a Ti—N compound and a Ni—Ga compound, in order from the bottom. It has been clarified that it is composed of 102A, a second electrode layer 103 made of Ni, a third electrode layer 104 made of Mo, and a fourth electrode layer 105 made of Au. Note that the Ti—N compound and the Ni—Ga compound were hardly detected in the electrode cross-sectional structure before annealing. From this, it is considered that these two types of compounds of Ti—N and Ni—Ga are formed by a reaction during the annealing process.
[0089]
In the third embodiment, a Ti layer is used in place of the Hf layer that is the first electrode layer in the electrode structure shown in the first embodiment. Ti, like Hf, is an element that easily forms a Ti—N compound by reacting with N when reacting with GaN. Due to this property, even if the Hf layer of Example 1 is replaced with a Ti layer in this example, there is no essential change in the effect brought about by the present invention.
[0090]
In the graph of FIG. 8 similar to the graph of FIG. 3, the white circle mark and the black circle mark indicate contact resistances in the Au / Mo / Ni / Ti electrode structure before annealing of Example 3 and the Au / Ni electrode structure of the comparative example, respectively. It shows the annealing temperature dependence. As shown in this graph, the Au / Mo / Ni / Ti electrode structure of Example 3 has a smaller contact resistance than the Au / Ni electrode structure of the comparative example in the temperature range of 300 to 600 ° C. Yes. Further, with respect to the annealing temperature at which the contact resistance starts to be significantly reduced by the interface reaction and the annealing temperature at which the lowest contact resistance is obtained, the Au / Mo / Pd / In the Hf electrode structure, the temperature is lowered by about 100 ° C. This ability to be ohmicized by lower temperature annealing can be a very beneficial advantage in the electrode manufacturing process, as already described with respect to Example 1 and Example 2.
[0091]
As a result of examination and consideration similar to Example 1 and Example 2 regarding the thickness of each metal layer of Example 3, the preferable thickness of each layer is that the Ti layer (sixth electrode layer 102) is 1 nm to 500 nm, It was found that the Ni layer (seventh electrode layer 103) was 5 nm to 1 μm, the Mo layer (third electrode layer 104) was 3 nm to 1 μm, and the Au layer (fourth electrode layer 105) was 50 nm to 5 μm.
[0092]
As in the case of Example 1 and Example 2, also in Example 3, the concentration of Mg contained in the p-type GaN contact layer is 1.0 × 10 18 ~ 1.0 × 10 20 / Cm 3 However, good ohmic characteristics could be obtained by the Au / Mo / Ni / Ti electrode structure for any Mg-concentrated p-type GaN contact layer.
[0093]
Further, as in the case of Example 1 and Example 2, the annealing process for the ohmicization of the electrode structure of Example 3 described above is N 2 Although it was performed in the atmosphere, the annealing treatment may be performed in an Ar atmosphere or in a vacuum. Even in this case, the optimum annealing temperature is N 2 Although it changes a little compared with the case where an atmosphere is used, it still remains lower than the optimum annealing temperature of the Au / Ni electrode structure of the comparative example.
[0094]
Further, in Example 3 as well as in Example 1 and Example 2, the interface reaction during annealing is lower than that of the comparative example of Au / Ni, and is less affected by conditions such as temperature, so it is reliable. Therefore, the problem of peeling due to insufficient adhesion strength at the interface often observed in the electrode of the comparative example does not occur.
[0095]
(Example 4)
Referring to FIG. 1, also in Example 4, similarly to Example 1, a p-type GaN contact layer 101 doped with Mg was formed on a sapphire substrate. On the GaN contact layer 101, a Ti sixth electrode layer 102 having a thickness of 3 nm, a Pd seventh electrode layer 103 having a thickness of 15 nm, a Mo third electrode layer 104 having a thickness of 15 nm, and an Au having a thickness of 200 nm are formed. The fourth electrode layer 105 was deposited by EB vapor deposition. And the entire electrode structure on the sapphire substrate is N 2 The electrode structure according to Example 4 was completed by annealing at about 500 ° C. in an atmosphere.
[0096]
Referring to FIG. 2, in the electrode structure completed according to Example 4, on the sapphire substrate, a p-type GaN layer contact layer 101, a first electrode made of a mixture of Ti—N compound and Pd—Ga compound in order from the bottom. It was revealed that the layer 102A, the second electrode layer 103 of Pd, the third electrode layer 104 of Mo, and the fourth electrode layer 105 of Au were formed. Note that the Ti—N compound and the Pd—Ga compound were hardly detected in the electrode cross-sectional structure before annealing. From this, it is considered that these two types of compounds of Ti—N and Pd—Ga are formed by a reaction during the annealing process.
[0097]
In the fourth embodiment, a Ti layer is used in place of the Hf layer that was the first electrode layer in the electrode structure shown in the second embodiment. Ti, like Hf, is an element that easily forms a Ti—N compound by reacting with N when reacting with GaN. Due to this property, even if the Hf layer of Example 2 is replaced with a Ti layer in this example, there is no essential change in the effect provided by the present invention.
[0098]
In the graph of FIG. 9 similar to the graph of FIG. 3, the white circle mark and the black circle mark indicate contact resistances in the Au / Mo / Pd / Ti electrode structure before annealing of Example 4 and the Au / Pd electrode structure of the comparative example, respectively. It shows the annealing temperature dependence. As shown in this graph, the Au / Mo / Pd / Ti electrode structure of Example 4 has a smaller contact resistance than the Au / Pd electrode structure of the comparative example in the temperature range of 400 to 650 ° C. Yes. Further, regarding the annealing temperature at which the contact resistance starts to be significantly reduced by the interface reaction and the annealing temperature at which the lowest contact resistance is obtained, the Au / Mo / Pd / of Example 4 is compared with the Au / Pd electrode structure of the comparative example. The temperature is lowered by about 100 ° C. in the Hf electrode structure. This ability to be ohmicized by lower temperature annealing can be a very beneficial advantage in the electrode manufacturing process, as has already been described with respect to Examples 1-3.
[0099]
As a result of examination and consideration similar to Example 1 to Example 3 regarding the thickness of each metal layer of Example 4, the preferred thickness of each layer is as follows: Ti layer is 1 nm to 500 nm, Pd layer is 5 nm to 1 μm, It was found that the Mo layer was 3 nm to 1 μm and the Au layer was 50 nm to 5 μm.
[0100]
As in the case of Example 1 to Example 3, also in Example 4, the concentration of Mg contained in the p-type GaN contact layer is 1.0 × 10 18 ~ 1.0 × 10 20 / Cm 3 However, good ohmic characteristics could be obtained by the Au / Mo / Pd / Ti electrode structure for any Mg-concentrated p-type GaN contact layer. Further, as in the case of Examples 1 to 3, the annealing process for the ohmicization of the electrode structure of Example 4 described above is N 2 Although it was performed in the atmosphere, the annealing treatment may be performed in an Ar atmosphere or in a vacuum. Even in this case, the optimum annealing temperature is N 2 Although it changes a little compared with the case of using an atmosphere, it is still lower than the optimum annealing temperature of the Au / Pd electrode structure of the comparative example.
[0101]
Furthermore, in the same manner as in Examples 1 to 3, in Example 4, the interface reaction during annealing is lower than that of the Au / Pd electrode of the comparative example and is less affected by conditions such as temperature, so that it is ensured. Therefore, the problem of peeling due to insufficient adhesion strength at the interface often observed in the electrode of the comparative example does not occur.
(Examples 5 to 14)
In Examples 1 to 4 described so far, the Au layer has been used as the fourth electrode layer. However, even if the fourth electrode layer is changed to the Al layer, the effect of the present invention is affected at all. is not. This is because Example 5 was changed from the Au / Mo / Ni / Hf electrode of Example 1 and Example 6 was changed from the Al / Mo / Ni / Hf electrode of Example 2 and Au / Mo / Pd / Hf electrode of Example 2. As an Al / Mo / Pd / Hf electrode, as an Example 7 modified from the Au / Mo / Ni / Ti electrode in Example 3, and as an Au / Mo / Pd / Ti electrode in Example 4. It was able to confirm each by producing the Al / Mo / Pd / Ti electrode as Example 8 changed from the electrode.
[0102]
Moreover, although the Mo layer is used as the third electrode layer in all of the above-described first to eighth embodiments, even if the third electrode layer is changed to the Ir layer, the third electrode layer depends on the third electrode layer. There is no change in effect. This is because the Al / Ir / Ni / Hf electrode was changed from the Al / Mo / Ni / Hf electrode in Example 5 and the Al / Mo / Pd / Hf electrode in Example 10 was changed as Example 9. As an Al / Ir / Pd / Hf electrode, as an Example 11 modified from the Al / Mo / Ni / Ti electrode in Example 7, and as an Al / Mo / Pd / Ti electrode in Example 8. It was able to be confirmed by fabricating an Al / Ir / Pd / Ti electrode as Example 12 which was changed from the electrode. Similarly, when Au is used as the fourth electrode layer, the Au / Ir / Ni / Hf electrode is changed from the Au / Mo / Ni / Hf electrode of Example 1, and the Au / Ir / Ni / Hf electrode of Example 2 is changed. An Au / Ir / Pd / Hf electrode was manufactured as Example 14 which was changed from the / Mo / Pd / Hf electrode, and it was confirmed that there was no change in the effect of the third electrode layer.
[0103]
In Examples 1 to 14, Hf or Ti was used as the first metal layer (sixth electrode layer) in direct contact with the p-type GaN contact layer. As a result of further investigation, only Hf and Ti were used. In other words, it has been found that the same effect as that obtained when Hf or Ti is used can be obtained by using a single metal such as Zr, V, Nb, Ta, Cr, W, or Sc or an alloy thereof.
[0104]
Furthermore, in Example 1 to Example 14 described above, Ni or Pd was used as the second metal layer (seventh electrode layer) laminated on the first metal layer (sixth electrode layer). It has been found that the same effect as that obtained when Ni or Pd is used can be obtained by using not only these metals but also three kinds of simple metals including Co and alloys thereof.
[0105]
In Examples 1 to 14, Mo or Ir was used as the third metal layer (third electrode layer) stacked on the second metal layer (seventh electrode layer). As a result, it was found that the same effect as that obtained when Mo or Pt is used can be obtained by using not only Mo and Ir but also a single metal such as Ru, Rh, and W or an alloy thereof.
[0106]
Furthermore, in Example 1 to Example 14, the fifth electrode layer may be formed depending on the formation conditions. For example, instead of the first electrode layer and the second electrode layer, the fifth electrode layer containing Hf, Ni, Hf—Ga compound, and Ni—N compound was formed in Example 1. In this case, the same effect as in Example 1 was obtained. The same applies to Examples 2 to 14.
[0107]
Furthermore, in Examples 1 to 14, the EB vapor deposition method is used for depositing each metal layer. However, other methods such as a sputtering method and a CVD method may be used for the metal layer deposition method. Needless to say.
(Examination of related matters)
When the electrode structures of Examples 1 to 14 described above are applied to an AlGaInN semiconductor laser element, the voltage drop in the electrode portion can be suppressed lower than the conventional electrode structure, and the power consumption of the entire semiconductor laser element can be reduced. It was confirmed that it could be reduced. For example, when the Au / Mo / Ni / Hf electrode of Example 1 and the conventional Au / Ni electrode are applied to a semiconductor laser having a stripe width of 5 μm and a resonator length of 500 μm, the electrode portion at the time of energizing 20 mA is used. The voltage drops were about 0.8 V and about 4 V, respectively, and the excellent effect of the present invention could be clearly confirmed. In addition, the contact resistance can be further reduced by using the Pd layer instead of the Ni layer as in the second embodiment, and accordingly, the voltage drop at the electrode portion of the semiconductor laser element can be further reduced. Was confirmed.
[0108]
(Example 15)
The fifteenth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 10 to 12 schematically showing the element cross section. In the present embodiment, the electrode structure described in the first embodiment is applied to an actual laser device structure. This laser element is manufactured by the following method.
[0109]
First, as shown in FIG. 10, a GaN buffer layer 201, an n-type GaN contact layer 202, an n-type AlGaN cladding layer 203, an n-type GaN light guide layer 204, an InGaN layer on a sapphire substrate 200 having a C-plane crystal plane. The multi-quantum well active layer 205, the p-type GaN light guide layer 206, the p-type AlGaN layer 207, and the p-type GaN contact layer 208 are sequentially epitaxially grown by MOCVD to produce a GaN-based semiconductor multilayer structure.
[0110]
Subsequently, as shown in FIG. 11, after a dry etching mask 209 is formed on the GaN-based semiconductor multilayer structure, a portion not covered with the dry etching mask 209 is formed by n-type GaN by a reactive ion etching (RIE) method. The contact layer 202 is dug down to form a mesa structure.
[0111]
Next, after the dry etching mask 209 is completely removed, a stripe pattern made of the insulating film 210 is formed on the mesa as shown in FIG.
[0112]
Next, a p-type electrode 211 made of Au / Mo / Ni / Hf is formed on the mesa, and an n-type electrode 212 made of Al / Ti is formed on the n-type GaN contact layer 202 corresponding to the mesa bottom. Note that the laminated film thickness of each electrode metal is 200 nm for Au, 15 nm for Mo, 5 nm for Ni, 5 nm for Hf for the n-type electrode, and 30 nm for Ti for the n-type electrode. Finally, the entire laser device structure is N 2 In the atmosphere, annealing is performed at about 450 ° C. to complete the laser element.
[0113]
In the laser element of this example manufactured as described above, the variation in the adhesion strength of the p-type electrode for each laser element is suppressed as compared with the conventional laser element having the p-type electrode made of Au / Ni, and the non-defective product. Improved yield of removal. In addition, the annealing temperature performed after the formation of the p-type electrode is 450 ° C., which is about 50 ° C. lower than the conventional temperature, thereby contributing to improvement in temperature control accuracy of the manufacturing process and simplification of the manufacturing process.
[0114]
By changing the p-type electrode structure applied to this example from the electrode structure of Example 1 to the electrode structure of Example 3, the annealing temperature performed after forming the p-type electrode is lowered to 400 ° C. and about 50 ° C. It is possible to improve the temperature control accuracy of the manufacturing process and simplify the manufacturing process.
[0115]
In addition, since the interface reaction between the p-type electrode and the p-type GaN contact layer 208 occurs uniformly over the entire surface, the contact area in which good ohmic characteristics in the electrode-contact layer can be obtained can be increased. As a result, the p-type electrode The contact resistance is reduced. As a result, the operating voltage was reduced compared to a laser element using a conventional Au / Ni electrode as a p-type electrode.
[0116]
(Example 16)
The sixteenth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 10 to 12 schematically showing the element cross section. Compared with the laser element structure described in Example 15, this example has the same structure except that the electrode structure of Example 2 is applied to the p-type electrode.
[0117]
Similar to Example 15, the GaN-based semiconductor multilayer structure shown in FIG. Subsequently, a mesa structure and a stripe pattern shown in FIG. 11 are formed. Next, as shown in FIG. 12, a p-type electrode 211 made of Au / Mo / Pd / Hf is formed on the top of the mesa, and an n-type electrode 212 made of Al / Ti is formed on the n-type GaN contact layer 212 on the bottom of the mesa. . Note that the laminated film thickness of each electrode metal is 200 nm for Au, 15 nm for Mo, 5 nm for Pd, 5 nm for Hf, and 5 nm for Hf for the n-type electrode 212 for the p-type electrode 211, and 30 nm for Ti. Finally, the entire laser device structure is N 2 In the atmosphere, annealing is performed at about 550 ° C. to complete the laser element.
[0118]
In the laser element of this example manufactured in this way, as in the laser element shown in Example 3, the variation in the adhesion strength of the p-type electrode for each laser element was suppressed, and the yield of good products was improved. Also, the annealing temperature after the formation of the p-type electrode is lower by about 50 ° C. compared to the case where Hf is not included in the p-type electrode, thereby contributing to the improvement of the temperature control accuracy of the manufacturing process and the simplification of the manufacturing process. .
[0119]
In addition, by changing the p-type electrode structure applied to this example from the electrode structure of Example 2 to the electrode structure of Example 4, the annealing temperature performed after the formation of the p-type electrode is lowered to about 500 ° C. and about 50 ° C. It is possible to improve the temperature control accuracy of the manufacturing process and simplify the manufacturing process.
[0120]
In this embodiment, the voltage drop of the p-type electrode part and the operating voltage of the entire laser element are reduced as compared with the case where the Au / Pd electrode is used as the p-type electrode. Further, by using Pd instead of Ni, the operating voltage of the p-type electrode portion and the operating voltage of the entire laser device could be reduced as compared with the laser device shown in Example 15.
[0121]
(Example 17)
Next, a seventeenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 14, which schematically show element cross sections. The present embodiment is another example in which the electrode structure described in the first embodiment is applied to an actual laser device structure. This laser element is manufactured by the following method.
[0122]
First, as shown in FIG. 13, an n-type GaN buffer layer 301, an n-type AlGaN cladding layer 302, an n-type GaN light guide layer 303, an InGaN multiple layer on an n-type GaN substrate 300 having a [0001] plane orientation. The quantum well active layer 304, the p-type GaN light guide layer 105, the p-type AlGaN layer 306, and the p-type GaN contact layer 307 are sequentially epitaxially grown by MOCVD to produce a GaN-based semiconductor multilayer structure.
[0123]
Subsequently, as shown in FIG. 14, a stripe pattern made of the insulating film 308 is formed on the upper surface of the p-type GaN contact layer 307. Next, a p-type electrode 309 made of Au / Mo / Ni / Hf is formed on the p-type GaN contact layer 307, and an n-type electrode 310 made of Al / Ti is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 300. Note that the laminated film thickness of each electrode metal is 200 nm for Au, 5 nm for Mo, 15 nm for Ni, 5 nm for Hf for the n-type electrode 310 for the p-type electrode 309, and 30 nm for Ti for the n-type electrode 310. Finally, the entire laser device structure is represented by N 2 In the atmosphere, annealing is performed at about 450 ° C. to complete the laser element.
[0124]
In this example, an n-type GaN substrate was used as a substrate on which a semiconductor layer was epitaxially grown. This improves the crystallinity of the epitaxial layer such as reduction in defect density compared to the laser element using the sapphire substrate described in Example 15 and Example 16, and as a result, the characteristics of the laser element of this example are improved. improves. Even when such a GaN substrate is used, by using the electrode structure of the present invention, an effect similar to that of a laser element on a sapphire substrate is exhibited, and a conventional Au / Ni electrode is used as a p-type electrode. In comparison, it was possible to improve the adhesion strength of the p-type electrode, reduce the voltage drop at the p-type electrode portion, and reduce the operating voltage of the entire device.
[0125]
Further, by changing the p-type electrode structure applied to this example from the electrode structure of Example 1 to the electrode structure of Example 3, the annealing temperature after the formation of the p-type electrode is lowered to about 400 ° C. and about 50 ° C. It is possible to improve the temperature control accuracy of the manufacturing process and simplify the manufacturing process.
[0126]
(Example 18)
Next, an eighteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 14, which schematically show element cross sections. This example is the same as Example 17 except that the electrode structure described in Example 2 is applied to the p-type electrode. This laser element is manufactured by the following method.
[0127]
First, the GaN-based semiconductor multilayer structure shown in FIG. Subsequently, as shown in FIG. 14, a stripe pattern made of the insulating film 308 is formed on the upper surface of the p-type GaN contact layer 307. Next, a p-type electrode 309 made of Au / Mo / Pd / Hf is formed on the p-type GaN contact layer 307 and an n-type electrode 310 made of Al / Ti is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 300. The laminated thickness of each electrode metal is 200 nm for Au, 5 nm for Mo, 15 nm for Pd, 5 nm for Hf, and 5 nm for Hf for the n-type electrode 310 for the p-type electrode 309 and 150 nm for Ti and 30 nm for Ti. Finally, the entire laser device structure is represented by N 2 In the atmosphere, annealing is performed at about 550 ° C. to complete the laser element.
[0128]
Also in this example, an n-type GaN substrate was used as a substrate for epitaxially growing the semiconductor layer. Further, in this embodiment, the voltage drop of the p-type electrode portion and the operating voltage of the entire laser element are reduced as compared with the case where the Au / Pd electrode is used as the p-type electrode. Further, by using Pd instead of Ni, the operating voltage of the p-type electrode portion and the operating voltage of the entire laser device could be reduced as compared with the laser device shown in Example 17.
[0129]
Further, by changing the p-type electrode structure applied to the present embodiment from the electrode structure of the second embodiment to the electrode structure of the fourth embodiment, the annealing temperature after the formation of the p-type electrode is lowered to about 500 ° C. and about 50 ° C. It is possible to improve the temperature control accuracy of the manufacturing process and simplify the manufacturing process.
[0130]
In Example 17 and Example 18, a GaN substrate having a {0001} plane orientation was used as the substrate, but the substrate is not limited to this, and in addition to the {0001} plane, {0-100 } Plane, {11-20} plane, {1-101} plane, and {01-12} plane, laser elements having the same characteristics as those of Examples 17 and 18 can be produced. In the present invention, an InGaN multiple quantum well structure is used as the active layer. However, for example, a structure in which As or P is contained in a GaN-based semiconductor may be used as the active layer. In the laser element, the current injection portion of the p-type GaN contact layer uses an electrode stripe structure, but a ridge structure or other structure may be used. Further, the present invention is not limited to the laser element, and the present invention can also be applied to a light emitting element (LED).
[0131]
【The invention's effect】
As described above, according to the electrode structure of the present invention, it is possible to realize an electrode structure having a low resistance and good ohmic characteristics by suppressing a factor of increasing the resistance of the electrode structure with respect to the p-type GaN contact layer. The adhesion strength between the contact layer and the electrode structure is also improved, and the production yield of semiconductor devices can be greatly improved. Further, as a secondary effect of the present invention, the annealing temperature required for ohmic electrode structure can be lowered as compared with the conventional one, which greatly contributes to simplification and easy control in the semiconductor device manufacturing process. can do
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state immediately after a plurality of metal layers are deposited on a group III nitride semiconductor contact layer in the electrode structure of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state after an ohmic annealing treatment in the electrode structure of the present invention.
3 is a graph showing a relationship between an alloy temperature and contact resistance as ohmic annealing of an electrode structure according to Example 1. FIG.
4 is a graph showing a preferable thickness range of an Hf layer and an Ni layer in the electrode structure of Example 1. FIG.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between ohmic alloy temperature and contact resistance in an Au / Mo / Hf / Ni electrode structure of a comparative example and a conventional Au / Ni electrode structure.
6 is a graph showing the relationship between ohmic alloy temperature and contact resistance in a Au / Mo / (HfNi alloy) electrode structure of a comparative example in comparison with Example 1. FIG.
7 is a graph showing the relationship between ohmic alloy temperature and contact resistance in the electrode structure according to Example 2. FIG.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between ohmic alloy temperature and contact resistance in the electrode structure according to Example 2;
9 is a graph showing the relationship between the ohmic alloy temperature and the contact resistance in the electrode structure according to Example 2. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of a laser device having an electrode structure of the present invention formed on a sapphire substrate.
FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing process of a laser device having the electrode structure of the present invention formed on a sapphire substrate.
FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process of a laser device having the electrode structure of the present invention formed on a sapphire substrate.
FIG. 13 is a diagram showing a manufacturing process of a laser device having an electrode structure of the present invention formed on a GaN substrate.
FIG. 14 is a diagram showing a manufacturing process of a laser device having an electrode structure of the present invention formed on a GaN substrate.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a conventional electrode structure.
[Explanation of symbols]
101 ... Contact layer
102 ... Sixth electrode layer
102A ... first electrode layer
103 ... 2nd electrode layer or 7th electrode layer
104 ... Third electrode layer
105 ... Fourth electrode layer
200: Sapphire substrate
201: GaN buffer layer
202 ... n-type GaN contact layer
203 ... n-type AlGaN cladding layer
204... N-type GaN light guide layer
205 ... InGaN multiple quantum well active layer
206 ... p-type GaN optical guide layer
207 ... p-type AlGaN layer
208 ... p-type GaN contact layer
209 ... Dry etching mask
210: Insulating film
211 ... p-type electrode
212 ... n-type electrode
300 ... n-type GaN substrate
301 ... GaN buffer layer
302 ... n-type AlGaN cladding layer
303 ... n-type GaN optical guide layer
304 ... InGaN multiple quantum well active layer
305 ... p-type GaN optical guide layer
306 ... p-type AlGaN layer
307 ... p-type GaN contact layer
308 ... Insulating film
309 ... p-type electrode
310 ... n-type electrode

Claims (19)

p型のIII族窒化物半導体層上の電極構造であって、前記半導体層に接触する側から順に、第1電極層、第2電極層、第3電極層からなる構成を含み、
該第1電極層はTi、Hf、Zr、V、Nb、Ta、Cr、WおよびScからなる第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含み、
該第2電極層はNi、PdおよびCoからなる第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含み、
該第3電極層はMo、Ru、Rh、WおよびIrからなる第3金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含むことを特徴とする電極構造。
an electrode structure on a p-type group III nitride semiconductor layer, including a structure including a first electrode layer, a second electrode layer, and a third electrode layer sequentially from the side in contact with the semiconductor layer
The first electrode layer includes at least one metal element selected from the first metal group consisting of Ti, Hf, Zr, V, Nb, Ta, Cr, W, and Sc;
The second electrode layer includes at least one metal element selected from the second metal group consisting of Ni, Pd, and Co;
The electrode structure characterized in that the third electrode layer contains at least one metal element selected from the third metal group consisting of Mo, Ru, Rh, W and Ir.
前記第1電極層は混合層であり、前記第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素とNとの化合物を含むことを特徴とする、請求項1に記載の電極構造。2. The electrode structure according to claim 1, wherein the first electrode layer is a mixed layer and includes a compound of N and at least one metal element selected from the first metal group. 前記第1電極層は混合層であり、前記第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素とGaとの化合物を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の電極構造。3. The electrode structure according to claim 1, wherein the first electrode layer is a mixed layer and includes a compound of Ga and at least one kind of metal element selected from the second metal group. 前記第1電極層の厚さが、1〜1000nmの範囲内にあることを特徴とする、請求項1に記載の電極構造。2. The electrode structure according to claim 1, wherein the thickness of the first electrode layer is in a range of 1 to 1000 nm. 前記第2電極層の厚さが、1〜1000nmの範囲にあることを特徴とする、請求項1に記載の電極構造。2. The electrode structure according to claim 1, wherein a thickness of the second electrode layer is in a range of 1 to 1000 nm. p型のIII族窒化物半導体層上の電極構造であって、前記半導体層に接触する側から順に、第5電極層、第3電極層からなる構成を含み、
該第5電極層は前記第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素と、前記第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含み、
該第3電極層は前記第3金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素を含むことを特徴とする電極構造。
an electrode structure on a p-type group III nitride semiconductor layer, including a structure including a fifth electrode layer and a third electrode layer in order from the side in contact with the semiconductor layer;
The fifth electrode layer includes at least one metal element selected from the first metal group and at least one metal element selected from the second metal group;
The electrode structure, wherein the third electrode layer contains at least one metal element selected from the third metal group.
前記第5電極層は混合層であり、前記第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素とNとの化合物を含むことを特徴とする、請求項6に記載の電極構造。The electrode structure according to claim 6, wherein the fifth electrode layer is a mixed layer and includes a compound of N and at least one metal element selected from the first metal group. 前記第5電極層は混合層であり、前記第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素とGaとの化合物を含むことを特徴とする、請求項6または7のいずれかに記載の電極構造。The said 5th electrode layer is a mixed layer, It contains the compound of at least 1 type of metal element selected from the said 2nd metal group, and Ga, The Claim 6 or 7 characterized by the above-mentioned. Electrode structure. 前記第5電極層の厚さが、1〜1000nmの範囲内にあることを特徴とする、請求項6に記載の電極構造。The electrode structure according to claim 6, wherein the thickness of the fifth electrode layer is in a range of 1 to 1000 nm. 前記第3電極層の厚さが3〜500nmの範囲内にあることを特徴とする請求項1または6のいずれかに記載の電極構造。The thickness of the said 3rd electrode layer exists in the range of 3-500 nm, The electrode structure in any one of Claim 1 or 6 characterized by the above-mentioned. 前記第3電極層の上に、Au、Alのいずれかを含む第4電極層が積層されていることを特徴とする請求項1または6のいずれかに記載の電極構造。The electrode structure according to claim 1, wherein a fourth electrode layer containing either Au or Al is laminated on the third electrode layer. 前記第4電極層の厚さが50nm以上であることを特徴とする請求項11に記載の電極構造。The electrode structure according to claim 11, wherein the thickness of the fourth electrode layer is 50 nm or more. p型のIII族窒化物半導体層上の電極構造の形成方法であって、
Ti、Hf、Zr、V、Nb、Ta、Cr、WおよびScからなる第1金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素からなる第6電極層を該半導体層上に堆積し、
Ni、Pd、およびCoからなる第2金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素からなる第7電極層を該第6電極層上に堆積し、
Mo、Ru、Rh、WおよびIrからなる第3金属グループから選択された少なくとも1種類の金属元素からなる第3電極層を該第7電極層上に堆積する工程を含むことを特徴とする電極構造の形成方法。
A method for forming an electrode structure on a p-type group III nitride semiconductor layer, comprising:
Depositing on the semiconductor layer a sixth electrode layer made of at least one metal element selected from the first metal group consisting of Ti, Hf, Zr, V, Nb, Ta, Cr, W and Sc;
Depositing a seventh electrode layer comprising at least one metal element selected from the second metal group comprising Ni, Pd, and Co on the sixth electrode layer;
An electrode comprising a step of depositing on the seventh electrode layer a third electrode layer made of at least one metal element selected from the third metal group consisting of Mo, Ru, Rh, W and Ir. Structure formation method.
堆積される前記第6電極層の厚さが1〜500nmの範囲内にあることを特徴とする請求項13に記載の電極構造の形成方法。14. The method for forming an electrode structure according to claim 13, wherein the thickness of the sixth electrode layer to be deposited is in the range of 1 to 500 nm. 堆積される前記第7電極層の厚さが5nm〜1000nmの範囲内にあることを特徴とする請求項13に記載の電極構造の形成方法。14. The method of forming an electrode structure according to claim 13, wherein the thickness of the seventh electrode layer to be deposited is in the range of 5 nm to 1000 nm. 堆積される前記第3電極層の厚さが3〜500nmの範囲内にあることを特徴とする請求項13に記載の電極構造の形成方法。14. The method for forming an electrode structure according to claim 13, wherein the thickness of the third electrode layer to be deposited is in the range of 3 to 500 nm. 前記第3電極層の上に、さらにAu、Alのいずれかを含む第4電極層を堆積する工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の電極構造の形成方法。The method for forming an electrode structure according to claim 13, further comprising a step of depositing a fourth electrode layer containing either Au or Al on the third electrode layer. 前記第4電極層の厚さが50nm以上であることを特徴とする請求項17に記載の電極構造の形成方法。The method of forming an electrode structure according to claim 17, wherein the thickness of the fourth electrode layer is 50 nm or more. 前記第6電極層、第7電極層、第3電極層、第4電極層が堆積された後にN雰囲気中、Ar雰囲気中、または真空中で300〜700℃の範囲内の温度のもとで前記電極構造を熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の電極構造の形成方法。After the sixth electrode layer, the seventh electrode layer, the third electrode layer, and the fourth electrode layer are deposited, under a temperature in the range of 300 to 700 ° C. in an N 2 atmosphere, an Ar atmosphere, or a vacuum. The method for forming an electrode structure according to claim 17, further comprising a step of heat-treating the electrode structure.
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