DE19721458A1 - Elektrodenmaterial für Halbleiter - Google Patents

Elektrodenmaterial für Halbleiter

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrodenmaterial und eine Elektrode eines III-V Halbleiters des p-Typs, der für eine UV-Licht oder blaues Licht emittierende Diode oder eine Laserdiode verwendet wird. Insbesondere betrifft sie ein Elektrodenma­ terial und eine Elektrode, die zum Erhalt eines ohmschen Kontakts fähig ist.
Als Material von lichtemittierenden Vorrichtungen, wie eine UV-Licht oder blau­ es Licht emittierende Diode oder Laserdiode, ist ein Nitrid-Halbleiter der allgemeinen Formel InxGayAlzN (mit der Maßgabe, daß x + y + z = 1, 0 x 1, 0 y 1 und 0 z 1) bekannt. Elektroden mit guten Stromeinspeiseigenschaften zum Inkon­ taktbringen mit entweder Schichten des p-Typs oder n-Typs sind zur Herstellung der lichtemittierenden Vorrichtung entscheidend.
Als Elektrodenmaterial für einen Halbleiter des n-Typs waren Al und eine Ti-Al- Legierung bis jetzt als gutes Elektrodenmaterial bekannt.
Als Elektrodenmaterial für einen III-V Halbleiter des p-Typs sind Au, eine Ni- Au-Legierung, eine Mg-Au-Legierung und eine Zn-Au-Legierung bekannt. Jedoch ist der Kontaktwiderstand größer als der des Elektrodenmaterials für einen III-V Halbleiter des n-Typs, was zu einer Erhöhung der Betriebsspannung einer lichtemittierenden Vorrichtung führt. Insbesondere in einem Halbleiterlaser, in dem hoher Strom eingespeist wird, besteht das Problem, daß die Betriebsspannung wegen des großen Kon­ taktwiderstands viel größer wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Elektrodenmaterial für einen III-V Halbleiter bereitzustellen, der mit einer Verunreinigung des p-Typs dotiert ist und zum Erhalt guten Ohmschen Kontakts fähig ist, und eine Elektrode unter Verwendung desselben bereitzustellen, wobei es ermöglicht wird, die Betriebsspannung einer Vor­ richtung unter Verwendung des Halbleiters zu vermindern.
Diese Aufgabe wurde durch den überraschenden Befund gelöst, daß eine Schichtstruktur oder eine Legierung eines bestimmten Metalls gute Stromeinspeiseigenschaften gegenüber einem III-V-Halbleiter des p-Typs zeigt.
Das heißt die vorliegende Erfindung betrifft [1] ein Elektrodenmaterial für einen III-V Halbleiter der allgemeinen Formel InxGayAlzN (mit der Maßgabe, daß x + y + z - 1, 0 x 1, 0 y 1 und 0 z 1), der mit einer Verunreinigung des p- Typs dotiert ist, wobei das Elektrodenmaterial ein Metall ist, das mindestens Ca und ein Edelmetall umfaßt, wobei die Gesamtmenge des Gewichts an Ca und des Edelmetalls nicht geringer als 50 Gew.-% und nicht mehr als 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Elektrodenmaterials, ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch [2] ein Elektrode für einen III-V Halb­ leiter der allgemeinen Formel InxGayAlzN (mit der Maßgabe, daß x + y + z = 1, 0 x 1, 0 y 1 und 0 z 1), der mit einer Verunreinigung des p-Typs dotiert ist, wobei die Elektrode auf einen Halbleiter unter Verwendung des Elektrodenmaterials gemäß [1] gebildet wird.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt, der die Ausführungsform der Elek­ trode veranschaulicht, wobei andere Elektroden auf der erfindungsgemäßen Elektrode laminiert sind.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das das in Beispiel 1 hergestellte Elek­ trodenmuster veranschaulicht.
Fig. 3 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Glühtemperatur und des Stroms der Elektroden von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 veranschaulicht.
Die in den Figuren verwendeten Bezeichnungen sind folgende:
1 III-V Halbleiter des p-Typs
2 Erste Elektrode aus Elektrodenmaterial gemäß der Erfindung
3 Zweite Elektrode
4 Elektrodenanschluß
5 Nicht abgeschiedener Teil der Elektrode.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im einzelnen beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung ist der III-V Halbleiter ein III-V Halbleiter der allgemeinen Formel InxGayAlzN (mit der Maßgabe, daß x + y + z = 1, 0 x 1, O y 1 und 0 z 1).
Beispiele des Dotierungsmittels des p-Typs des erfindungsgemäßen Halbleiters schließen Mg, Zn, Cd, Be, Ca und Hg ein. Von ihnen sind Ca und Zn bevorzugt.
Das Elektrodenmaterial für den erfindungsgemäßen Halbleiter des p-Typs umfaßt mindestens Ca und ein Edelmetall. Ca ist ein Elektrodenmaterial, das wirksam ist, um die Stromeinspeiseigenschaften zu verbessern. Bei der Verwendung von nur Ca als Elektrode, wird die Elektrode leicht oxidiert und die Zuverlässigkeit der Elektrode ist manchmal vermindert. Jedoch kann die Oxidation durch Laminieren mit dem Edelmetall oder Legieren mit dem Edelmetall verhindert werden, wobei die Zuverlässigkeit der Elektrode erhöht wird.
Im erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial schließen Beispiele des mindestens Ca und ein Edelmetall umfassenden Metalls ein Metall mit laminierter Struktur, das minde­ stens eine Schicht aus Ca und eine Schicht eines Edelmetalls umfaßt, und eine minde­ stens Ca und ein Edelmetall umfassende Legierung ein.
Beispiele des Edelmetalls schließen Au, Pt, Ag, Ru, Ph, Pd, Os und Ir ein. Von ihnen sind Au und Pt bevorzugt, und Au ist am stärksten bevorzugt.
Im Fall des Elektrodenmaterials aus einer laminierten Struktur, das mindestens Schichten aus Ca und einem Edelmetall umfaßt, ist bei der vorliegenden Erfindung be­ vorzugt, daß Ca direkt in Kontakt mit dem III-V Halbleiter des p-Typs ist. Wenn Ca nicht direkt in Kontakt mit dem Halbleiter des p-Typs ist, wird die Wirkung der vorlie­ genden Erfindung nicht erreicht, daher ist das nicht bevorzugt.
Als Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials aus einer mindestens Ca und ein Edelmetall umfassenden Legierung gibt es bei der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der Hitzebehandlung einer laminierten Struktur, die mindestens Schichten aus Ca und einem Edelmetall in einer Inertgasatmosphäre umfaßt, und ein Verfahren des gleichzeitigen Vakuumabscheidens von Ca und einem Edelmetall.
Eine bevorzugte Ca-Konzentration des mindestens Ca und ein Edelmetall umfas­ senden Elektrodenmaterials der vorliegenden Erfindung ist nicht weniger als 0,01 Gew.-% und nicht mehr als 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Ca und dem Edelmetall. Wenn die Ca-Konzentration außerhalb des vorstehenden Bereichs liegt, wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht erreicht. Daher ist das nicht bevorzugt.
Im mindestens Ca und ein Edelmetall umfassenden Elektrodenmaterial der vor­ liegenden Erfindung kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung manchmal weiter durch Zugabe eines bestimmten dritten metallischen Materials zusätzlich zu Ca und dem Edelmetall verstärkt werden. Beispiele des dritten metallischen Materials schließen Mg, Zn, Ni und ähnliche Materialien ein.
Das Gewichtsverhältnis des dritten Elektrodenmaterials zum gesamten Elektro­ denmaterial beträgt vorzugsweise mehr als 0 Gew.-% bis weniger als 50 Gew. - %. Wenn das Gewichtsverhältnis größer als 50 Gew.-% ist, ist die Zuverlässigkeit der Elektrode vermindert. Daher ist das nicht bevorzugt.
Es ist möglich, die Stromeinspeiseigenschaften durch Bilden des erfindungsge­ mäßen Elektrodenmaterials auf dem III-V Halbleiter des p-Typs, gefolgt von einer Glüh­ behandlung, zu verbessern.
Als Atmosphäre zum Glühen kann ein Inertgas, wie ausreichend gereinigter Stickstoff oder Argon, verwendet werden. Die Glühtemperatur beträgt vorzugsweise nicht weniger als 200°C und nicht mehr als 1100°C, stärker bevorzugt nicht weniger als 300°C und nicht mehr als 1000°C. Wenn die Glühtemperatur zu gering ist, können aus­ reichende Stromeinspeiseigenschaften nicht erreicht werden. Andererseits tritt, wenn die Glühtemperatur zu hoch ist, eine Denaturierung des die Vorrichtung oder das Elektro­ denmaterial bildenden Materials auf, was manchmal eine Verschlechterung der Eigen­ schaften bewirkt. Daher ist das nicht bevorzugt.
Die bevorzugte Glühdauer variiert abhängig von der Glühtemperatur, beträgt aber nicht weniger als 1 Sekunde und nicht mehr als 2 Stunden, stärker bevorzugt nicht weniger als 2 Sekunden und nicht mehr als 30 Minuten. Wenn die Glühdauer zu kurz ist, kann eine ausreichende Wirkung nicht erzielt werden. Andererseits tritt, wenn sie zu lang ist, eine Denaturierung der das Material bildenden Vorrichtung auf, wobei eine Verschlechterung der Vorrichtungseigenschaften und Abnahme der Produktivität bewirkt wird. Daher ist das nicht bevorzugt.
Der bevorzugte Bereich der Filmdicke der erfindungsgemäßen Elektrode beträgt nicht weniger als 50 Å und nicht mehr als 50 µm. Wenn die Filmdicke kleiner als 50 Å ist, wird manchmal keine ausreichende Leitfähigkeit gezeigt. Daher ist das nicht bevor­ zugt. Andererseits benötigt sie, wenn sie größer als 50 µm ist, längere Zeit zur Bildung. Daher ist das nicht bevorzugt.
In der für die lichtemittierende Vorrichtung, wie LED, verwendeten Elektrode kann das von der Vorrichtung emittierte Licht durch die Elektrode dringen, wobei es nach außen tritt, indem der Elektrode lichtdurchlässige Eigenschaften verliehen werden. Daher kann der Wirkungsgrad der lichtemittierenden Vorrichtung erhöht werden. Um der Elektrode lichtdurchlässige Eigenschaften zu verleihen, ist erforderlich, die Filmdicke der Elektrode dünner zu machen. Die bevorzugte Filmdicke, wenn dem erfin­ dungsgemäßen Elektrodenmaterial lichtdurchlässige Eigenschaften verliehen werden, be­ trägt nicht weniger als 50 Å und nicht mehr als 2000 Å. Wenn die Dicke der Elektrode kleiner als 50 Å ist, wird manchmal keine ausreichende Leitfähigkeit gezeigt. Daher ist das nicht bevorzugt. Andererseits werden, wenn sie größer als 2000 Å ist, ausreichende lichtdurchlässige Eigenschaften nicht erhalten. Daher ist das nicht bevorzugt. Die licht­ durchlässigen Eigenschaften werden manchmal weiter verbessert, wenn eine lichtdurch­ lässige Elektrode in einer inerten Atmosphäre geglüht wird.
Es ist möglich, die Eigenschaften, wie mechanische Festigkeit, durch weiteres Laminieren des anderen Metalls auf der erfindungsgemäßen Elektrode in Kontakt mit dem Halbleiter im Bereich, bei dem die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht be­ einträchtigt wird, zu verbessern. Bestimmte Beispiele schließen jene ein, in denen die zweite Elektrode 3 in Kontakt mit der Oberfläche der ersten Elektrode 2 ist, die auf dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial auf dem Halbleiter 1 und der Oberfläche des Halbleiters gebildet werden. Beispiele des für die zweite Elektrode verwendeten Metalls schließen Al, Ti oder Cr ein. Von ihnen ist Al wegen den ausgezeichneten Hafteigen­ schaften besonders bevorzugt. Es ist bevorzugt, den Elektrodenanschluß mit dem Metall der zweiten Elektrode zu verbinden.
Beispiele
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung weiter im einzelnen, sind aber nicht als ihren Bereich einschränkend aufzufassen.
Beispiel 1
Mit Mg mit einem Normaldruck MOCVD-Verfahren dotiertes GaN ließ man auf der Oberfläche eines Saphirsubstrats wachsen. Nach dem Wachsen wurde eine Probe 20 Minuten einer Glühbehandlung in Stickstoff bei 800°C unterzogen. So erhaltenes mit Mg dotiertes GaN zeigte Leitfähigkeit des p-Typs und eine Akzeptorkonzentration von etwa 1 × 1019 cm-3.
Dann wurden Ca und Au in dieser Reihenfolge auf dem GaN-Film des p-Typs gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Muster abgeschieden, wobei eine Elektrode erhalten wurde. Die Dicke von Ca und Au wurde so eingestellt, daß die gesamte Dicke 1500 Å beträgt und das Gewicht von Ca 0,3 Gew.-% des Gesamtgewichts beträgt. In bezug auf die hergestellte Elektrode ist es die Durchlaßrichtung, im Fall daß eine kreisförmige Elektrode auf der Innenseite des Musters von Fig. 2 positiv wird.
Eine Beziehung zwischen der Glühtemperatur der erfindungsgemäßen Elektrode und dem Strom, der fließt, wenn 4 V in Durchlaßrichtung angelegt werden, ist in Fig. 3 gezeigt. Das Glühen wurde 90 Sekunden in Stickstoff durchgeführt. Es wurde festge­ stellt, daß dieses Beispiel gute Stromeinspeiseigenschaften zeigt, wenn die Glühtempe­ ratur nicht mehr als 500°C oder nicht weniger als 700°C und nicht mehr als 900°C zeigt.
Vergleichsbeispiel 1
Wie in Beispiel 1 beschrieben, außer daß Ni und Au in der Reihenfolge als übli­ ches Elektrodenmaterial statt Laminieren von Ca und Au laminiert wurden, wurde eine Elektrode hergestellt. Die Dicke von Ni und Au wurde so eingestellt, daß die Gesamt­ dicke 1500 Å beträgt und das Gewicht von Nil Gew.-% des Gesamtgewichts beträgt.
Eine Beziehung zwischen der Glühtemperatur der Elektrode in diesem Ver­ gleichsbeispiel und dem Strom, der fließt, wenn 4 V in Durchlaßrichtung angelegt wer­ den, ist in Fig. 3 aufgeführt. Das Glühen wurde 90 Sekunden in Stickstoff durchgeführt. Die Stromeinspeiseigenschaften änderten sich nicht wesentlich, wenn die Glühtempera­ tur weniger als 500°C betrug. Wenn sie nicht geringer als 600°C war, wurde der Strom vermindert. Der Strom war außer bei 600°C geringer als der von Beispiel 1.
Die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials erhaltene Elektrode zeigt kleinen Kontaktwiderstand gegenüber einem III-V Nitridhalbleiter des p- Typs. Daher kann unter Verwendung der Elektrode, die besser in den Stromeinspeisei­ genschaften ist, eine lichtemittierende Vorrichtung, wie LED und Laserdiode, hergestellt werden und ist zum Betreiben bei niedriger Spannung fähig. Demgemäß ist die vorlie­ gende Erfindung von Bedeutung, und ihr industrieller Wert ist hoch.

Claims (2)

1. Elektrodenmaterial für einen III-V Halbleiter der allgemeinen Formel InxGayAlzN (mit der Maßgabe, daß x + y + z = 1, 0 x 1, 0 y 1 und 0 z 1), der mit einer Verunreinigung des p-Typs dotiert ist, wobei das Elektrodenmaterial ein Metall ist, das mindestens Ca und ein Edelmetall umfaßt, wobei die Gesamtmenge des Gewichts von Ca und dem Edelmetall nicht weniger als 50 Gew.-% und nicht mehr als 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Elektrodenmaterials, ist.
2. Elektrode für III-V Halbleiter der allgemeinen Formel InxGayAlzN (mit der Maßgabe, daß x + y + z = 1, 0 x 1, 0 y 1 und 0 z 1), der mit einer Verunreinigung des p-Typs dotiert ist, wobei die Elektrode auf den Halbleiter unter Verwendung des Elektrodenmaterials von Anspruch 1 gebildet wird.
DE19721458A 1996-05-23 1997-05-22 Elektrodenmaterial für Halbleiter Ceased DE19721458A1 (de)

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