DE10048196A1 - Verbindungshalbleiter-Bauteil und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents
Verbindungshalbleiter-Bauteil und Verfahren zum Herstellen desselbenInfo
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Abstract
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiter-Bauteils der III-V-Gruppe auf Galliumnitrid-Basis mit den folgenden Schritten geschaffen: DOLLAR A - Herstellen einer Halbleiter-Stapelstruktur auf einem Substrat (1), die über eine Verbindungshalbleiterschicht (3) der III-V-Gruppe auf n-Galliumnitird-Basis eine aktive Schicht und eine Verbindungshalbleiterschicht der III-V-Gruppe auf p-Galliumnitrid-Basis verfügt; DOLLAR A - Ätzen der Halbleiter-Stapelstruktur zum Freilegen eines Teils der n-Halbleiterschicht (3); DOLLAR A - Herstellen einer ersten Elektrode (8A) auf der n-Halbleiterschicht, wobei diese erste Elektrode eine Ohmsche Kontaktschicht (81), eine Sperrschicht (83) auf der Ohmschen Kontaktschicht und eine Kontaktfleckschicht (84) auf der Sperrschicht aufweist; DOLLAR A - Ausführen eines Temperprozesses zum Senken des Kontaktwiderstands zwischen der ersten Elektrode und der n-Halbleiterschicht und zum gleichzeitigen Aktivieren der p-Halbleiterschicht und; DOLLAR A - Herstellen einer zweiten Elektrode (8B) auf der p-Halbleiterschicht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verbindungshalbleiter-Bauteil aus
der III-V-Gruppe auf Galliumnitrid-Basis sowie ein Verfahren
zum Herstellen desselben.
Seit Epitaxieschichten aus der III-V-Gruppe auf Nitridbasis,
wie Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), In
diumgalliumnitrid (InGaN) und Aluminiumindiumgalliumnitrid
(AlInGaN) das erste Mal erfolgreich gezüchtet wurden, wurden
sie zu vielversprechenden Materialien zur Verwendung in
elektronischen Bauteilen für Betrieb bei hoher Temperatur/
hoher Leistung sowie in optoelektronischen Bauteilen, und
zwar wegen ihrer direkten, großen Bandlücke, ihrer hohen
Sättigungs-Driftgeschwindigkeit, ihres hohen Durchbruchfelds
und ihrer chemischen Inertheit. Jüngere Verbesserungen bei
der Kristallqualität von Epitaxieschichten bei erhöhten Do
tierstoffkonzentrationen haben zu Laserdioden, Licht emit
tierenden Dioden, Fotodetektoren und Mikrowellen-Feldeffekt
transistoren, die auf Grundlage dieser epitaktischen Nitrid
strukturen aus der III-V-Gruppe entwickelt wurden, hoher
Qualität geführt.
Im Allgemeinen ist das Funktionsvermögen eines Bauteils aus
der III-V-Gruppe auf Nitridbasis durch den Kontaktwiderstand
beschränkt. Daher besteht eine Schlüsseltechnologie zum Er
zielen eines höheren Funktionsvermögens von Bauteilen der
III-V-Gruppe auf Nitridbasis in der Realisierung zuverlässi
gerer Metallkontakte. Obwohl über eine große Anzahl von als
Kontakte zu GaN verwendeten Metallen berichtet wurde, wird
die metallische Titan/Aluminium(Ti/Al)-Doppelschicht am ver
breitetsten als herkömmlicher Ohmscher Kontakt für n-GaN
verwendet. Jedoch neigt eine derartige Ti/Al-Doppelschicht
während des Herstellprozesses und des Betriebs zu Oxidation,
was seinerseits zu einem hohen Ohmschen Widerstand führt.
Um die Oxidationsneigung bei hohen Temperaturen zu senken,
sollte eine Gold(Au)schicht mit geringem spezifischem Wider
stand zum Passivieren einer Ti/Al-Doppelschicht wirkungsvoll
sein. Jedoch würde Gold in die GaN-Halbleiterschicht eindif
fundieren und diese durchdringen, was zu einer Beeinträchti
gung der thermischen Stabilität und der Eigenschaften be
treffend Ohmsche Kontakte des Halbleiterbauteils führen
würde.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen typischen Aufbau
eines Lichtemissions-Bauteils (LED) 100 aus einem Verbin
dungshalbleiter der III-V-Gruppe auf GaN-Basis zeigt.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, verfügt eine LED 100 über
ein isoliertes Substrat 1 aus z. B. Saphir. Das Substrat 1
verfügt über eine erste Hauptfläche 1a und eine zweite
Hauptfläche 1b. Auf der ersten Hauptfläche 1a des Substrats
1 ist eine GaN-Pufferschicht 2 hergestellt. Auf dieser Puf
ferschicht 2 ist eine Verbindungshalbleiterschicht 3 der
III-V-Gruppe auf GaN-Basis hergestellt. Die n-Halbleiter
schicht 3 ist mit n-Dotierstoffen wie Germanium (Ge), Selen
(Se), Schwefel (S) oder Tellur (Te) dotiert. Außerdem kann
die n-Halbleiterschicht 3 mit Silicium (Si) dotiert sein.
Auf der n-Halbleiterschicht 3 ist eine n-AlGaN-Schicht 4
hergestellt, auf der wiederum eine aktive Schicht 5 ausge
bildet ist, die über Mehrfachquantentrog(MQW = Multiple
Quantum Well)struktur, Einzelquantentrog(SQW = Single Quan
tum Well)struktur oder Doppelheterostruktur (DH) aus z. B.
InGaN/GaN verfügt. Auf der aktiven Schicht 5 ist eine p-
AlGaN-Schicht 6 hergestellt, die mit p-Dotierstoffen wie
Beryllium (Be), Strontium (Sr), Barium (Ba), Zink (Zn) oder
Magnesium (Mg) dotiert ist.
Auf der p-AlGaN-Schicht 6 ist eine p-Verbindungshalbleiter
schicht 7 der III-V-Gruppe auf GaN-Basis hergestellt, die
mit p-Dotierstoffen wie Beryllium, Strontium, Barium, Zink
oder Magnesium dotiert ist.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, verfügt die LED 100 über
eine auf der n-Halbleiterschicht 3 hergestellte Elektrode
8A und eine auf der p-Halbleiterschicht 7 hergestellte Elek
trode 8B. Herkömmlicherweise verfügt die Elektrode 8A über
ein Metall wie Titan, Aluminium oder Gold, wie oben angege
ben. Die Elektrode 8B ist eine Art Ohmscher Elektrode, und
sie enthält ein Metall wie Nickel (Ni), Chrom (Cr), Gold
oder Platin.
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der Fig. 2 werden nun
Schritte eines herkömmlichen Herstellverfahrens für eine
Licht emittierende Diode 100 erläutert.
Als Erstes werden, wie es in einem Schritt 201 dargestellt
ist, die Pufferschicht 2, die n-Halbleiterschicht 3, die n-
AlGaN-Schicht 4, die aktive Schicht 5, die p-AlGaN-Schicht 6
und die p-Halbleiterschicht 7 in dieser Reihenfolge auf dem
Substrat 1 hergestellt.
Als Nächstes wird, wie es in einem Schritt 202 veranschau
licht ist, ein thermischer Prozess zum Aktivieren der p-
AlGaN-Schicht 6 und der p-Halbleiterschicht 7 ausgeführt. Da
dotierte Magnesiumatome in der p-AlGaN-Schicht 6 und der p-
Halbleiterschicht 7 Mg-H-Bindungen ausbilden, sind keine Lö
cher vorhanden. Der thermische Prozess dient zum Zerstören
der Mg-H-Bindungen und zum Aktivieren der p-AlGaN-Schicht 6
und der p-Halbleiterschicht 7. Der thermische Prozess wird
bei einer Temperatur im Bereich von 650 bis 780°C für 15 bis
60 Minuten ausgeführt.
Dann werden, wie es in einem Schritt 203 dargestellt ist,
die p-Halbleiterschicht 7, die p-AlGaN-Schicht 6, die aktive
Schicht 5 und die n-AlGaN-Schicht 4 teilweise abgeätzt, um
eine Fläche der n-Halbleiterschicht 3 freizulegen. Hierbei
wird auch ein Teil der n-Halbleiterschicht 3 abgeätzt.
Als Nächstes werden, wie es in einem Schritt 204 veranschau
licht ist, Elektroden 8A und 8B hergestellt, wobei die Elek
trode 8A auf der n-Halbleiterschicht 3 hergestellt wird und
die Elektrode 8B auf der p-Halbleiterschicht 7 hergestellt
wird. Die Elektroden 8A und 8B können durch bekannte Ab
scheidungsverfahren wie Verdampfen oder Sputtern hergestellt
werden.
Als Nächstes wird, wie es in einem Schritt 205 veranschau
licht ist, ein Temperprozess ausgeführt. Die Aufgabe dieses
Schritts besteht im Senken des Ohmschen Kontaktwiderstands
der Elektroden 8A und 8B. Der Temperprozess wird im Allge
meinen bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 600°C
ausgeführt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Elektroden 8A und 8B
nicht gleichzeitig herzustellen sind, wie es für den Schritt
204 angegeben ist, sondern dass zuerst die Elektrode 8A und
nach dem Temperprozess die Elektrode 8B hergestellt werden
können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungs
halbleiter-Bauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung
zu schaffen, bei denen der Ohmsche Kontakt an n-GaN bessere
thermische Beständigkeit als eine herkömmliche Ti/Al/Au-
Mehrfachschicht aufweist.
Diese Aufgabe ist hinsichtlich des Verfahrens durch die Leh
re des beigefügten Anspruchs 1 und hinsichtlich des Bauteils
durch die Lehre der beigefügten unabhängigen Ansprüche 7 und
8 gelöst.
Da der genannte Ohmsche Kontakt thermisch stabiler ist, kann
das Herstellverfahren gegenüber dem herkömmlichen Verfahren
vereinfacht werden, wodurch die Kosten gesenkt und die Aus
beute erhöht werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren ver
anschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine herkömmliche Licht
emittierende Verbindungshalbleiter-Diode der III-V-Gruppe
auf GaN-Basis zeigt;
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen von Her
stellschritten für die Licht emittierende Diode 100 der Fig.
1;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die den Elektrodenaufbau bei
der Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des spezifi
schen Kontaktwiderstands von der Temperungszeit bei ver
schiedenen Temperungstemperaturen für eine Ti/Al/Pt/Au-Elek
trode in Kontakt mit n-GaN zeigt;
Fig. 5 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des spezifi
schen Kontaktwiderstands von der Temperungszeit bei ver
schiedenen Temperungstemperaturen für eine Ti/Al/Pt/Au-Elek
trode in Kontakt mit n-GaN mit nicht erholtem implantiertem
Si zeigt;
Fig. 6 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des spezifi
schen Kontaktwiderstands von der Temperungszeit bei ver
schiedenen Temperungstemperaturen für eine Ti/Al/Pt/Au-Elek
trode in Kontakt mit n-GaN mit erholtem, implantiertem Si
zeigt;
Fig. 7 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des spezifi
schen Kontaktwiderstands von der Temperungszeit bei ver
schiedenen Temperungstemperaturen für eine Ti/Al/Au-Elektro
de in Kontakt mit n-GaN zeigt;
Fig. 8 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des spezifi
schen Kontaktwiderstands von der Temperungszeit bei ver
schiedenen Temperungstemperaturen für eine Ti/Al/Au-Elektro
de in Kontakt mit n-GaN mit nicht erholtem implantiertem Si
zeigt;
Fig. 9 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des spezifi
schen Kontaktwiderstands von der Temperungszeit bei ver
schiedenen Temperungstemperaturen für eine Ti/Al/Au-Elektro
de in Kontakt mit n-GaN mit erholtem, implantiertem Si
zeigt; und
Fig. 10 ist ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen von Her
stellschritten für eine erfindungsgemäße Licht emittierende
Diode.
Bei der Beschreibung der Erfindung bedeutet der Begriff
"Verbindungsleiter der III-V-Gruppe auf Galliumnitrid-Basis"
einen Nitridhalbleiter eines Elements der Gruppe III, wozu
Gallium gehört, wie GaN, AlGaN, InGaN oder InAlGaN.
Durch die Erfindung ist eine Struktur einer Elektrode 8A ge
schaffen, die Folgendes aufweist: eine Ohmsche Kontakt
schicht wie aus Titannitrid, Titan, Aluminium, Chrom, Indi
um, Palladium oder einer Legierung aus den vorstehend ange
gebenen Metallen; eine Sperrschicht über der Ohmschen Kon
taktschicht aus z. B. Platin, Wolfram (W) oder Nickel; und
eine Kontaktfleckschicht auf der Sperrschicht aus z. B.
Gold. Da die Elektrode 8A bei der Erfindung über eine Sperr
schicht verfügt, ist verhindert, dass das Gold der Kontakt
fleckschicht in das Halbleiterbauteil eindiffundiert und
dieses durchdringt.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, die ein Beispiel für
die Elektrode 8A bei der Erfindung zeigt. Schichten der in
Fig. 3 dargestellten Struktur sind mit denselben Bezugszah
len gekennzeichnet, die entsprechende Schichten in Fig. 1
kennzeichnen. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist auf ei
nem Substrat 1 eine GaN-Pufferschicht 2 hergestellt, auf der
wiederum eine n-Halbleiterschicht 3 ausgebildet ist, die mit
Silicium dotiert sein kann. Auf dieser Halbleiterschicht 3
ist eine Elektrode 8A ausgebildet, die eine Titanschicht 81,
eine auf dieser hergestellte Aluminiumschicht 82, eine auf
dieser hergestellte Platinschicht 83 und eine auf dieser
hergestellte Goldschicht 84 aufweist. Die Elektrode 8A
(Ti/Al/Pt/Au) als Beispiel wird unten mit ihren hervorragen
den Eigenschaften als Ohmscher Kontakt für n-GaN veranschau
licht.
Auf ein Saphirsubstrat wird bei 520°C eine 300 nm dicke GaN-
Pufferschicht aufgewachsen. Als Nächstes wird durch metall
organische chemische Dampfniederschlagung (MOCVD) bei 1100°C
eine 2 µm dicke n-GaN-Schicht auf der GaN-Pufferschicht her
gestellt, wobei die Konzentration und die Beweglichkeit der
Ladungsträger 6,7 × 1017 cm-3 bzw. 367 cm2/Vs betragen.
Als Nächstes wird die Elektrode aus Ti/Al/Pt/Au (25/100/50/200 nm)
gemäß der Erfindung auf der n-GaN-Schicht herge
stellt. So hergestellte Proben wurden in Stickstoffatmosphä
re (N2) bei verschiedenen Temperaturen (750, 850 und 950°C)
für verschiedene Zeiten getempert, und es wurde der spezifi
sche Kontaktwiderstand (ρc) gemessen. Versuchsergebnisse
sind in Fig. 4 dargestellt.
Eine 300 nm dicke GaN-Pufferschicht wird bei 520°C auf ein
Saphirsubstrat aufgewachsen. Als Nächstes wird auf dieser
GaN-Pufferschicht durch MOCVD bei 1100°C eine 2 µm dicke n-
GaN-Schicht hergestellt, wobei die Konzentration und die Be
weglichkeit der Ladungsträger 6,7 × 1017 cm-3 bzw. 367 cm2/Vs
betragen. Dann wird Si mit einer Energie von 50 keV und
einer Dosis von 5 × 1015 cm-2 in die n-GaN-Schicht implan
tiert.
Als Nächstes wird auf der n-GaN-Schicht mit implantiertem Si
eine Elektrode aus Ti/Al/Pt/Au (25/100/50/200 nm) gemäß der
Erfindung hergestellt. So hergestellte Proben wurden in N2-
Atmosphäre bei verschiedenen Temperaturen (750, 850 und
950°C) für verschiedene Zeiten getempert, und es wurden spe
zifische Kontaktwiderstände (ρc) gemessen. Versuchsergebnis
se sind in Fig. 5 dargestellt.
Eine 300 nm dicke GaN-Pufferschicht wird bei 520°C auf ein
Saphirsubstrat aufgewachsen. Als Nächstes wird auf dieser
GaN-Pufferschicht durch MOCVD bei 1100°C eine 2 µm dicke n-
GaN-Schicht hergestellt, wobei die Konzentration und die Be
weglichkeit der Ladungsträger 6,7 × 1017 cm-3 bzw. 367 cm2/Vs
betragen. Dann wird Si mit einer Energie von 50 keV und
einer Dosis von 5 × 1015 cm-2 in die n-GaN-Schicht implan
tiert. Als Nächstes wird die n-GaN-Schicht mit implantiertem
Si in N2-Atmosphäre für 30 Minuten bei 1050°C getempert, um
die Erholung des Kristalls zu unterstützen und um das im
plantierte Si in der n-GaN-Schicht zu aktivieren.
Als Nächstes wird auf der n-GaN-Schicht mit implantiertem Si
und erholtem Si eine Elektrode aus Ti/Al/Pt/Au (25/100/50/200 nm)
gemäß der Erfindung hergestellt. So hergestellte
Proben wurden in N2-Atmosphäre bei verschiedenen Temperatu
ren (750, 850 und 950°C) für verschiedene Zeiten getempert,
und es wurden spezifische Kontaktwiderstände (ρc) gemessen.
Versuchsergebnisse sind in Fig. 6 dargestellt.
Eine 300 nm dicke GaN-Pufferschicht wird bei 520°C auf ein
Saphirsubstrat aufgewachsen. Als Nächstes wird auf dieser
GaN-Pufferschicht durch MOCVD bei 1100°C eine 2 µm dicke n-
GaN-Schicht hergestellt, wobei die Konzentration und die Be
weglichkeit der Ladungsträger 6,7 × 1017 cm-3 bzw. 367 cm2/Vs
betragen.
Als Nächstes wird auf der n-GaN-Schicht eine Vergleichselek
trode aus Ti/Al/Au (25/100/200 nm) hergestellt. So herge
stellte Proben wurden in N2-Atmosphäre bei verschiedenen
Temperaturen (750, 850 und 950°C) für verschiedene Zeiten
getempert, und es wurden spezifische Kontaktwiderstände (ρc)
gemessen. Versuchsergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt.
Eine 300 nm dicke GaN-Pufferschicht wird bei 520°C auf ein
Saphirsubstrat aufgewachsen. Als Nächstes wird auf dieser
GaN-Pufferschicht durch MOCVD bei 1100°C eine 2 µm dicke n-
GaN-Schicht hergestellt, wobei die Konzentration und die Be
weglichkeit der Ladungsträger 6,7 × 1017 cm-3 bzw. 367 cm2/Vs
betragen. Dann wird Si mit einer Energie von 50 keV und
einer Dosis von 5 × 1015 cm-2 in die n-GaN-Schicht implan
tiert.
Als Nächstes wird auf der n-GaN-Schicht mit implantiertem Si
eine Vergleichselektrode aus Ti/Al/Au (25/100/200 nm) herge
stellt. So hergestellte Proben wurden in N2-Atmosphäre bei
verschiedenen Temperaturen (750, 850 und 950°C) für ver
schiedene Zeiten getempert, und es wurden spezifische Kon
taktwiderstände (ρc) gemessen. Versuchsergebnisse sind in
Fig. 8 dargestellt.
Eine 300 nm dicke GaN-Pufferschicht wird bei 520°C auf ein
Saphirsubstrat aufgewachsen. Als Nächstes wird auf dieser
GaN-Pufferschicht durch MOCVD bei 1100°C eine 2 im dicke n-
GaN-Schicht hergestellt, wobei die Konzentration und die Be
weglichkeit der Ladungsträger 6,7 × 1017 cm-3 bzw. 367 cm2/Vs
betragen. Dann wird Si mit einer Energie von 50 keV und
einer Dosis von 5 × 1015 cm-2 in die n-GaN-Schicht implan
tiert. Als Nächstes wird die n-GaN-Schicht mit implantiertem
Si in N2-Atmosphäre für 30 Minuten bei 1050°C getempert, um
die Erholung des Kristalls zu unterstützen und um das im
plantierte Si in der n-GaN-Schicht zu aktivieren.
Als Nächstes wird auf der n-GaN-Schicht mit implantiertem Si
und erholtem Si eine Vergleichselektrode aus Ti/Al/Au (25/100/200 nm)
hergestellt. So hergestellte Proben wurden in
N2-Atmosphäre bei verschiedenen Temperaturen (750, 850 und
950°C) für verschiedene Zeiten getempert, und es wurden spe
zifische Kontaktwiderstände (ρc) gemessen. Versuchsergebnis
se sind in Fig. 9 dargestellt.
Die unten angegebene Tabelle 1 zeigt Einzelheiten jedes der
Beispiele der Erfindung.
Das Beispiel 1 gilt für die Elektrode Ti/Al/Pt/Au gemäß der
Erfindung in Kontakt mit n-GaN, und Fig. 4 ist ein Kurven
bild, das die Abhängigkeit des spezifischen Kontaktwider
stands ρc für Ti/Al/Pt/Au in Kontakt mit GaN von der Tempe
rungszeit bei verschiedenen Temperungstemperaturen zeigt.
Gemäß Fig. 4 beträgt der niedrigste spezifische Kontaktwi
derstand ρc ungefähr 8 × 10-6 Ωcm2 bei 750°C, 7 × 10-6 Ωcm2
bei 850°C und 7 × 10-6 Ωcm2 bei 950°C. Das Vergleichsbei
spiel 1 gilt für die Elektrode Ti/Al/Au in Kontakt mit n-
GaN, und Fig. 7 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des
spezifischen Kontaktwiderstands ρc für Ti/Al/Au in Kontakt
mit GaN von der Temperungszeit bei verschiedenen Temperungs
temperaturen zeigt. Wenn die Fig. 4 und 7 verglichen werden,
zeigt sich, dass Kontakte von Ti/Al/Pt/Au- und Ti/Al/Au-
Mehrfachschichten auf n-GaN ähnliche Werte des minimalen
spezifischen Kontaktwiderstands zeigen. Jedoch zeigt die
Ti/Al/Pt/Au-Mehrfachschicht viel bessere thermische Bestän
digkeit als die Ti/Al/Au-Mehrfachschicht.
Das Beispiel 2 gilt für die Elektrode Ti/Al/Pt/Au in Kontakt
mit n-GaN mit implantiertem, nicht erholtem Si, und Fig. 5
ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des spezifischen
Kontaktwiderstands ρc für Ti/Al/Pt/Au in Kontakt mit GaN mit
implantiertem Si von der Temperungszeit bei verschiedenen
Temperungstemperaturen zeigt. Das Vergleichsbeispiel 2 gilt
für die Elektrode Ti/Al/Au in Kontakt mit n-GaN mit implant
iertem, nicht erholtem Si, und Fig. 8 ist ein Kurvenbild,
das die Abhängigkeit des spezifischen Kontaktwiderstands ρc
für Ti/Al/Au in Kontakt mit GaN mit implantiertem Si von der
Temperungszeit bei verschiedenen Temperungstemperaturen
zeigt. Wie es in den Fig. 5 und 8 dargestellt ist, zeigen
die zwei Arten von Elektroden bei einer Temperungstemperatur
von 750°C und einer Temperungszeit von 60 Minuten einen ähn
lichen spezifischen Kontaktwiderstand. Es ist zu beachten,
dass beim Vergleichsbeispiel 2 der minimale spezifische Kon
taktwiderstand bei 750°C nach 60 Minuten erhalten wird, wo
raufhin er jedoch mit zunehmender Zeit stark ansteigt. Je
doch nimmt beim Beispiel 2, wie es in Fig. 5 dargestellt
ist, der spezifische Kontaktwiderstand beim Tempern bei
750°C allmählich mit zunehmender Temperungszeit ab.
In Fig. 5 beträgt der minimale spezifische Kontaktwiderstand
ρc 7 × 10-4 Ωcm2 bei 750°C (jenseits von 600 Minuten),
7 × 10-5 Ωcm2 bei 850°C (bei 540 Minuten) und 2 × 10-5 Ωcm2
bei 950°C (bei 90 Minuten). Gemäß den in den Fig. 5 und 8
dargestellten Versuchsergebnissen zeigt die Elektrode aus
Ti/Al/Pt/Au gemäß der Erfindung eine Viel bessere thermische
Stabilität als die Vergleichselektrode aus Ti/Al/Au. Die
thermische Beständigkeit des Ohmschen Kontakts der bei 850
und 950°C getemperten Ti/Al/Pt/Au-Mehrfachschicht beträgt
ungefähr 540 bzw. ungefähr 60 Minuten, jedoch mehr als 600
Minuten, wenn bei 750°C getempert wird.
Das Beispiel 3 gilt für die Elektrode aus Ti/Al/Pt/Au in
Kontakt mit n-GaN mit implantiertem und erholtem Si, und
Fig. 6 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des spezifi
schen Kontaktwiderstands ρc für Ti/Al/Pt/Au in Kontakt mit
GaN mit implantiertem und erholtem Si von der Temperungszeit
bei verschiedenen Temperungstemperaturen zeigt. In Fig. 6
beträgt der minimale spezifische Kontaktwiderstand ρc für
Temperungstemperaturen von 750, 850 und 950°C ungefähr
3 × 10-6 Ωcm2. Das Vergleichsbeispiel 3 gilt für die Elektrode
aus Ti/Al/Au in Kontakt mit n-GaN mit implantiertem und er
holtem Si, und Fig. 9 ist ein Kurvenbild, das die Abhängig
keit des spezifischen Kontaktwiderstands ρc für Ti/Al/Au in
Kontakt mit GaN mit implantiertem und erholtem Si von der
Temperungszeit bei verschiedenen Temperungstemperaturen
zeigt. Wenn die in den Fig. 6 und 9 dargestellten Versuchs
ergebnisse verglichen werden, weisen die Vergleichselektrode
aus Ti/Al/Au und die Elektrode aus Ti/Al/Pt/Au gemäß der
Erfindung bei derselben Temperungstemperatur ähnlich minima
le spezifische Kontaktwiderstände auf. Jedoch zeigt die
Elektrode aus Ti/Al/Pt/Au gemäß der Erfindung viel bessere
thermische Beständigkeit als die Ti/Al/Au-Mehrfachschicht.
Wie oben angegeben, wird, da in die p-AlGaN-Schicht 6 eindo
tierte Magnesiumatome und die p-Halbleiterschicht 7 Mg-H-
Bindungen ausbilden würden und keine Löcher vorhanden wären,
herkömmlicherweise nach dem Herstellen der p-Halbleiter
schicht 7 ein thermischer Prozess ausgeführt, um die Mg-H-
Bindungen aufzubrechen und die p-AlGaN-Schicht 6 und die
p-Halbleiterschicht 7 zu aktivieren. Der thermische Prozess
wird im Allgemeinen bei einer Temperatur im Bereich von 700
bis 750°C für 15 bis 60 Minuten ausgeführt. Da jedoch die
Ti/Al/Pt/Au-Mehrfachschicht bei der Erfindung hohe thermi
sche Beständigkeit aufweist, steht es außer Frage, dass der
Aktivierungseffekt der p-AlGaN-Schicht 6 und der p-Halblei
terschicht 7 gleichzeitig erzielt werden können, wenn im
Temperungsprozess ein Ohmscher Kontakt ausgebildet wird. Da
her kann der erfindungsgemäße Herstellprozess für ein Licht
emittierendes Bauteil gemäß der Erfindung den herkömmlichen
Aktivierungsschritt weglassen und in einem anschließenden
Herstellschritt denselben Effekt erzielen. Der erfindungsge
mäße Herstellprozess für ein Licht emittierendes Bauteil
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben.
Als Erstes werden, wie es in einem Schritt 101 dargestellt
ist, eine Pufferschicht 2, eine n-Halbleiterschicht 3, eine
n-AlGaN-Schicht 4, eine aktive Schicht 5, eine p-AlGaN-
Schicht 6 und eine p-Halbleiterschicht 7 in dieser Reihen
folge auf dem Substrat 1 hergestellt.
Als Nächstes werden, wie es in einem Schritt 102 dargestellt
ist, die p-Halbleiterschicht 7, die p-AlGaN-Schicht 6, die
aktive Schicht 5 und die n-AlGaN-Schicht 4 teilweise wegge
ätzt, um eine Oberfläche der n-Halbleiterschicht 3 freizule
gen, wobei auch ein Teil derselben abgeätzt wird.
Als Nächstes wird auf der n-Halbleiterschicht 3, wie es in
einem Schritt 103 dargestellt ist, eine Elektrode 8A herge
stellt. Elektroden 8A können durch bekannte Abscheidungsver
fahren wie Verdampfen oder Sputtern hergestellt werden. Au
ßerdem können, wie bei den oben genannten Beispielen be
schrieben, vor dem Herstellen der Elektrode 8A auf der n-
Halbleiterschicht 3 ein Schritt zum Implantieren von Sili
ciumatomen in die n-Halbleiterschicht und eine Erholung der
n-Halbleiterschicht ausgeführt werden.
Dann wird, wie es in einem Schritt 104 veranschaulicht ist,
ein Temperprozess ausgeführt. Die Aufgabe dieses Schritts
besteht darin, den Ohmschen Kontaktwiderstand der Elektrode
8A zu senken. Der Temperprozess wird bei einer Temperatur im
Bereich von 400 bis 950°C ausgeführt. Unter diesen Temper
bedingungen kann gleichzeitig ein Aktivierungseffekt für die
p-Halbleiterschicht 7 erzielt werden.
Als Nächstes wird, wie es in einem Schritt 105 veranschau
licht ist, die Elektrode 8B durch z. B. Verdampfen oder
Sputtern auf der p-Halbleiterschicht 7 hergestellt. Nach dem
Herstellen der Elektrode 8B kann ein Tempern bei einer nie
drigen Temperatur von unter 700°C ausgeführt werden, um den
Ohmschen Kontaktwiderstand der Elektrode 8B zu senken.
Wie oben angegeben, ist, da der Temperungs- und Aktivie
rungseffekt im Schritt 104 gleichzeitig erzielbar sind, das
erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Verbindungs
halbleiter-Bauteils einfacher als herkömmliche Herstellpro
zesse, wodurch die Kosten gesenkt und die Ausbeute erhöht
werden können.
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiter-
Bauteils der III-V-Gruppe auf Galliumnitrid-Basis, mit den
folgenden Schritten:
- - Bereitstellen eines Substrats (1) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche;
- - Herstellen einer Halbleiter-Stapelstruktur auf der ersten Hauptfläche des Substrats, die über eine Verbindungshalblei terschicht (3, 4) der III-V-Gruppe auf n-Galliumnitrid-Basis eine aktive Schicht (5) und eine Verbindungshalbleiter schicht (6, 7) der III-V-Gruppe auf p-Galliumnitrid-Basis verfügt;
- - Ätzen der Halbleiter-Stapelstruktur zum Freilegen eines Teils der n-Halbleiterschicht (3);
- - Herstellen einer ersten Elektrode (8A) auf der n-Halblei terschicht, wobei diese erste Elektrode über eine Ohmsche Kontaktschicht (81), eine Sperrschicht (83) auf der Ohmschen Kontaktschicht und eine Kontaktfleckschicht (84) auf der Sperrschicht aufweist;
- - Ausführen eines Temperprozesses zum Senken des Kontaktwi derstands zwischen der ersten Elektrode und der n-Halblei terschicht und zum gleichzeitigen Aktivieren der p-Halblei terschicht und;
- - Herstellen einer zweiten Elektrode (8B) auf der p-Halblei terschicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den
Schritt des Implantierens von Siliciumatomen in die n-Halb
leiterschicht vor dem Schritt des Herstellens einer ersten
Elektrode (8A) auf derselben.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den
Schritt des Ausführens eines Erholungsvorgangs für die n-
Halbleiterschicht nach dem Schritt des Implantierens von Si
liciumatomen in dieselbe.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (83) aus Platin,
Wolfram oder Nickel besteht.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (8A) aus Ti
tan/Aluminium/Platin/Gold besteht.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass der Temperprozess bei einer Tem
peratur im Bereich von 400 bis 950°C ausgeführt wird.
7. Verbindungshalbleiter-Bauteil der III-V-Gruppe auf Gal
liumnitrid-Basis, mit:
einer Verbindungshalbleiterschicht (4) der III-V-Gruppe auf n-Galliumnitrid-Basis und
einer Elektrode (8A) auf dieser Schicht, wobei die Elek trode eine Ohmsche Kontaktschicht (81), eine Sperrschicht (83) auf dieser und eine Kontaktfleckschicht (84) auf dieser aufweist.
einer Verbindungshalbleiterschicht (4) der III-V-Gruppe auf n-Galliumnitrid-Basis und
einer Elektrode (8A) auf dieser Schicht, wobei die Elek trode eine Ohmsche Kontaktschicht (81), eine Sperrschicht (83) auf dieser und eine Kontaktfleckschicht (84) auf dieser aufweist.
8. Verbindungshalbleiter-Bauteil der III-V-Gruppe auf Gal
liumnitrid-Basis, mit:
einem Substrat (1) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche;
einer auf der ersten Hauptfläche des Substrats hergestell ten Halbleiter-Stapelstruktur mit einer Verbindungshalblei terschicht (3, 4) der III-V-Gruppe auf n-Galliumnitrid-Ba sis, einer aktiven Schicht (5) und einer Verbindungshalblei terschicht (6, 7) der III-V-Gruppe auf p-Galliumnitrid-Ba sis;
einer ersten Elektrode (8A) auf der n-Halbleiterschicht (3), wobei diese Elektrode eine Ohmsche Kontaktschicht (81) eine Sperrschicht (83) auf dieser und eine Kontaktfleck schicht (84) auf dieser aufweist; und
einer zweiten Elektrode (8B) auf der p-Halbleiterschicht (7).
einem Substrat (1) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche;
einer auf der ersten Hauptfläche des Substrats hergestell ten Halbleiter-Stapelstruktur mit einer Verbindungshalblei terschicht (3, 4) der III-V-Gruppe auf n-Galliumnitrid-Ba sis, einer aktiven Schicht (5) und einer Verbindungshalblei terschicht (6, 7) der III-V-Gruppe auf p-Galliumnitrid-Ba sis;
einer ersten Elektrode (8A) auf der n-Halbleiterschicht (3), wobei diese Elektrode eine Ohmsche Kontaktschicht (81) eine Sperrschicht (83) auf dieser und eine Kontaktfleck schicht (84) auf dieser aufweist; und
einer zweiten Elektrode (8B) auf der p-Halbleiterschicht (7).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (83) aus Platin, Wolf
ram oder Nickel besteht.
10. Bauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Elektrode (8A) aus Titan/Aluminium/
Platin/Gold besteht.
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