DE69718999T2

DE69718999T2 - Halbleitervorrichtung auf Basis einer Galliumnitrid-Halbleiterverbindung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69718999T2
Application number: DE69718999T
Authority: DE
Inventors: Toshiya Tsushima-shi Uemura; Naoki Bisai-shi Shibata; Shizuyo Inazawa-shi Noiri; Jun Inazawa-shi Ito; Masanori Kyotanabe-shi Murakami; Yasuo Kyoto-shi Koide
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2017-11-29
Also published as: KR100456656B1; US20010018226A1; KR100338452B1; EP0845818A2; EP0845818A3; CN1553478A; US6500689B2; US6573117B2; TW362292B; KR100416170B1; KR100436102B1; CN1189701A; US6291840B1; EP1251567A2; DE69718999D1; KR19980042947A; EP1251567A3; EP0845818B1; CN1271681C; US20020072204A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die eine lichtdurchlässige Elektrode und eine Kontaktelektrode aufweist, die auf einer Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung ausgebildet sind.
Bei herkömmlichen Verbindungshalbleitern wird ein ohmscher Kontakt durch Abscheiden von Metallen auf der Halbleiteroberfläche und Erhitzen der Metalle zur Umwandlung derselben in eine Legierung und zum Verursachen einer Metalldiffusion in den Halbleiter erhalten, da ein ohmscher Kontakt durch die bloße Abscheidung des Metalls nicht erhältlich ist.
Selbst wenn Halbleiter des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung einer Behandlung zur Verminderung des Widerstands unterworfen werden, z. B. einer Bestrahlung mit Elektronenstrahlen, dann weisen die so behandelten Halbleiter immer noch höhere spezifische Widerstände auf als Halbleiter des n-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung. Folglich weist die Schicht des p-Typs in solchen Halbleitern des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung nahezu keinen Stromfluss in lateralen Richtungen auf und nur der Teil der Schicht, der direkt unterhalb der Elektrode liegt, emittiert Licht.
Unter diesen Umständen wurde eine stromdiffundierende Elektrode vorgeschlagen, die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften und ohmsche Eigenschaften aufweist und die durch Abscheiden einer Nickelschicht (Ni-Schicht) und einer Goldschicht (Au-Schicht), die jeweils eine Dicke von mehreren zehn Angstrom (Å) aufweist, wobei diese Einheit, wie sie in dieser Beschreibung verwendet wird, 1 × 10^–10 m entspricht, und Erhitzen der Metallschichten ausgebildet wird (vgl. das japanische ungeprüfte Patent mit der Veröffentlichungsnummer Hei 6-314822).
Die Elektrode, die durch Abscheiden von Nickel (Ni) und Gold (Au), die jeweils eine Dicke von mehreren zehn Angstrom aufweist, und Erhitzen der Metalle ausgebildet wird, weist jedoch ein Problem dahingehend auf, dass sich die Qualität des Lichtemissionsmusters mit der Zeit verschlechtert, was zu einer erhöhten Steuerspannung führt. Die Elektrode weist jedoch anfänglich zufrieden stellende optische und elektrische Eigenschaften auf.
Es wird vermutet, dass der Grund für die Verschlechterung der Qualität darin liegt, dass ein Teil des Nickels (Ni) während der Wärmebehandlung durch Gold (Au) ersetzt wird, und dass das Nickel (Ni), das auf der Elektrodenoberfläche freiliegt, unter Bildung von NiO oxidiert, da die abgeschiedenen Nickelschichten (Ni-Schichten) und Goldschichten (Au-Schichten) extrem dünn sind. Wenn in diesem Zustand ein Strom durch die Elektroden fließengelassen wird, reagiert das NiO mit einer OH^–-Gruppe des Wassers, das in der umgebenden Atmosphäre vorliegt, gemäß dem nachstehenden Schema (1) unter Bildung einer Substanz, die NiOOH umfasst. Da NiOOH eine schlechte Benetzbarkeit durch Gold (Au) und durch den Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung aufweist, aggregiert das NiOOH. Als Folge davon verschlechtert sich die Qualität des Lichtemissionsmusters mit der Zeit und der Kontaktwiederstand der Elektrode nimmt zu. Folglich zeigt sich, dass sich herkömmliche Vorrichtungen, bei denen die vorgeschlagene Elektrode eingesetzt wird, bezüglich der optischen und elektrischen Eigenschaften verschlechtern. NiO + OH^– → NiOOH + e^– (1)
Da ferner diese stromdiffundierende Elektrode dünn ist, wird eine Kontaktelektrode, die aus Ni/Au oder Au hergestellt ist, zum Bonden darauf ausgebildet.
Die vorstehend beschriebene herkömmliche Vorrichtung weist jedoch ein unzureichendes Haftvermögen zwischen der Kontaktelektrode und der stromdiffundierenden Elektrode auf. Folglich besteht dann, wenn die Oberfläche der stromdiffundierenden Elektrode, auf der eine Kontaktelektrode ausgebildet werden soll, verschmutzt worden ist, ein Problem dahingehend, dass die schließlich erhaltene Vorrichtung Probleme wie z. B. des Ablösens der Kontaktelektrode und ein schlechtes Lichtemissionsmuster aufweist. Darüber hinaus kann selbst dann, wenn die Kontaktelektrode ein zufrieden stellendes Haftvermögen an der stromdiffundierenden Elektrode aufweist, die Lichtemission, die im Schatten des Bondingkontakts auftritt, nicht direkt beobachtet werden, was unvermeidlich zu einem Verlust an Lichtemission führt.
Ferner besteht das folgende Problem:
Bei herkömmlichen Halbleitern aus einer GaN-artigen Verbindung ist eine Leitung des p-Typs mit niedrigem spezifischen Widerstand lediglich durch Dotieren mit einem Fremdatom des p-Typs nicht erreichbar. Es wurde daher vorgeschlagen, bei einem Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung, der mit einem Fremdatom des p-Typs dotiert ist, durch Bestrahlen des dotierten Halbleiters mit Elektronenstrahlen (vgl. das japanische ungeprüfte Patent mit der Veröffentlichungsnummer Hei 2-257679) oder durch thermisches Tempern (vgl. das japanische ungeprüfte Patent mit der Veröffentlichungsnummer Hei 5-183189) einen niedrigen spezifischen Widerstand des p-Typs zu erzeugen. Es wurde auch vorgeschlagen, das thermische Tempern zum Erzeugen eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs gleichzeitig mit einer Legierungsbildung zur Ausbildung einer Elektrode durchzuführen (vgl. das japanische ungeprüfte Patent mit der Veröffentlichungsnummer Hei 8-51253).
Bei dem Verfahren, in dem das in dem japanischen ungeprüften Patent mit der Veröffentlichungsnummer Hei 5-183189 beschriebene thermische Tempern eingesetzt wird, sollte die Wärmebehandlung jedoch bei einer Temperatur durchgeführt werden, die nicht unter 700°C liegt, um einen gesättigten niedrigen spezifischen Widerstand zu erhalten. Obwohl bei dieser Art von Halbleiter herkömmlich Aluminium als Hauptelektrodenmaterial verwendet worden ist, erzeugt der Einsatz einer Temperatur von nicht unter 700°C für den Elektrodenlegierungsvorgang Probleme, wie z. B. die Bildung von Aluminiumkügelchen, die aus dem Schmelzen des Aluminiums resultieren, einen beeinträchtigten Oberflächenzustand, einen erhöhten Kontaktwiderstand der Elektrode und ein Versagen beim Drahtbonden.
Folglich sollte die Wärmebehandlung für den Elektrodenlegierungsvorgang bei einer relativ niedrigen Temperatur von 500 bis 600°C durchgeführt werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Wärmebehandlung zum Erzeugen eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs nicht zu einem ausreichend niedrigen spezifischen Widerstand führt, wenn sie bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 600°C durchgeführt wird. Es war folglich erforderlich, die Wärmebehandlung zum Erzeugen eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs und die Wärmebehandlung zum Legieren der Elektrode als getrennte Schritte durchzuführen.
Andererseits schlägt die japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 8-51235 vor, das Erzeugen des niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs gleichzeitig mit dem Legieren der Elektrode durch die Durchführung einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 400 bis 800°C durchzuführen. Dieses Verfahren weist jedoch die folgenden Probleme auf: Das Erzeugen eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs ist in dem Temperaturbereich unzureichend, bei dem das Legieren der Elektrode zufrieden stellend erreicht wird. In dem Hochtemperaturbereich, der für das Erzeugen eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs geeignet ist, kann das Legieren der Elektrode nicht zufrieden stellend durchgeführt werden, was zu einem erhöhten Kontaktwiderstand und schlechten ohmschen Eigenschaften führt.
Die JP 7-249795 (A) beschreibt eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung, die eine Schicht des p-Typs und eine Elektrode umfasst, die auf der Schicht des p-Typs fixiert ist und die Au/Cr/Pd umfasst.
.Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung, die Lichtdurchlässgkeitseigenschaften und ohmsche Eigenschaften aufweist und die ein stabiles Lichtemissionsmuster und eine konstante Steuerspannung über einen langen Zeitraum beibehält, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zu verwirklichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 3 gelöst.
Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Damit kann das Erzeugen eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs bei einer niedrigeren Temperatur verwirklicht werden, wodurch ein niedriger spezifischer Widerstand des p-Typs in ausreichender Weise erzeugt wird und eine Elektrode erhalten wird, die einen niedrigen Kontaktwiderstand und zufrieden stellende ohmsche Eigenschaften aufweist, und zwar selbst dann, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs und die Wärmebehandlung für das Legieren der Elektrode im gleichen Schritt durchgeführt werden.
Ferner ist es möglich, das Haftvermögen zwischen einer Kontaktelektrode und einer stromdiffundierenden Elektrode zu verbessern, um dadurch ein Ablösen der Kontaktelektrode zu verhindern und gleichzeitig einen Bereich mit hohem spezifischen Widerstand unter dem Kontakt auszubilden, so dass ein Strom in der stromdiffundierenden Elektrode selektiv durch Bereiche fließt, die von den Bereichen unter dem Kontakt verschieden sind, so dass die Lichtemission unter dem Kontakt vermindert und eine effektive Nutzung der Lichtemission erreicht wird.
Da die Elemente, welche die Elektrode ausbilden, gegenüber einer Oxidation unempfindlich sind, wird die Elektrode nicht nur davor bewahrt, einer Änderung des Lichtemissionsmusters im Laufe der Zeit zu unterliegen, das durch eine Oxidation der Elektrode verursacht wird, wodurch ein stabiles Lichtemissionsmuster über einen langen Zeitraum erhalten wird, sondern die Elektrode weist auch einen verminderten Kontaktwiderstand auf, so dass eine konstante Steuerspannung über einen langen Zeitraum ermöglicht wird. Da darüber hinaus Cobalt (Co) ein Element ist, das eine große Austrittsarbeit aufweist, werden auch zufrieden stellende ohmsche Eigenschaften erhalten.
Die Metallschicht, die eine Cobaltlegierung (Co-Legierung) umfasst, kann aus einem Element ausgebildet werden, das aus der Gruppe bestehend aus einer Zweischicht-Struktur, die eine erste Metallschicht, die aus Cobalt (Co) hergestellt ist, und eine zweite Metallschicht umfasst, die aus Gold (Au) hergestellt und auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, einer Zweischicht-Struktur, die eine erste Metallschicht, die aus Gold (Au) hergestellt ist, und eine zweite Metallschicht umfasst, die aus Cobalt (Co) hergestellt und auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, und einer Legierungsschicht ausgewählt ist, die aus Cobalt (Co) und Gold (Au) hergestellt ist, und zwar durch Legieren des einen Elements durch eine Wärmebehandlung. Diese Metallschicht weist nicht das Problem von Elektroden auf, die aus Cobalt (Co) allein hergestellt sind, dass sich das Lichtemissionsmuster aufgrund der Oxidationsempfindlichkeit von Cobalt (Co) mit der Zeit ändert. Insbesondere wird bei einer Elektrode, die durch Erwärmen einer Zweischicht-Struktur, die eine aus Cobalt (Co) hergestellte Schicht und eine aus Gold (Au) hergestellte Schicht umfasst, oder durch Erwärmen einer Schicht aus einer Legierung von Cobalt (Co) mit Gold (Au) hergestellt wird, die Oxidation von Cobalt (Co) verhindert. Ferner weist eine solche Elektrode einen verminderten Kontaktwiderstand auf, sie ermöglicht ein stabiles Lichtemissionsmuster über einen langen Zeitraum und sie weist hervorragende Lichtdurchlässigkeitseigenschaften auf.
Eine Elektrode, die einen verminderten Kontaktwiderstand aufweist, ein stabiles Lichtemissionsmuster über einen langen Zeitraum ermöglicht und hervorragende Lichtdurchlässigkeitseigenschaften aufweist, wird auch aus einer Dreischicht-Struktur erhalten, die eine erste Metallschicht, die aus Cobalt (Co) hergestellt ist, eine zweite Metallschicht, die aus einem Element der Gruppe II hergestellt und auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, und eine dritte Metallschicht umfasst, die aus Gold (Au) hergestellt ist und die auf der zweiten Metallschicht ausgebildet ist, die durch Legieren der Dreischicht-Struktur durch eine Wärmebehandlung erhalten wird, oder aus einer Zweischichtstruktur, die eine erste Metallschicht, die aus Cobalt (Co) hergestellt ist, und eine zweite Metallschicht, die aus einer Legierung aus Palladium (Pd) mit Platin (Pt) hergestellt ist und die auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, umfasst, die durch Legieren der Zweischicht-Struktur durch eine Wärmebehandlung erhalten wird. Beispiele für effektive Elemente der Gruppe II umfassen Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba), Zink (Zn) und Cadmium (Cd).
Eine Metallschicht kann auf einer Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung durch eine Wärmebehandlung ausgebildet werden, die bei einer Temperatur von 400 bis 700°C durchgeführt werden kann. Die ausgebildete Metallschicht kann eine in ausreichender Weise legierte Schicht sein. So kann eine Elektrode erhalten werden, die stabile Lichtemissionseigenschaften und stabile elektrische Eigenschaften aufweist.
Eine Metallschicht mit einem vermindertem Kontaktwiderstand kann durch eine Wärmebehandlung ausgebildet werden, die unter Grobvakuumbedingungen durchgeführt wird. Der hier verwendete Begriff „Grobvakuumbedingungen" steht für einen Druck von 1,33 kPa (10 Torr) oder darunter.
Eine Metallschicht, die einen verminderten Kontaktwiderstand aufweist, kann durch eine Wärmebehandlung ohne Verminderung der Qualität des Lichtemissionsmusters durch die Durchführung der Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die mindestens Sauerstoff (O₂ ) oder ein Sauerstoff-enthaltendes (O-enthaltendes) Gas umfasst, oder durch die Durchführung der Wärmebehandlung in einer Inertgasatmosphäre ausgebildet werden. Der hier verwendete Ausdruck „Atmosphäre, die Sauerstoff (O₂ ) umfasst" umfasst 100% Sauerstoff (O₂). Der Ausdruck „Sauerstoff-enthaltendes (O-enthaltendes) Gas" steht für CO, CO₂, usw. Beispiele für ein effektives Inertgas, das in der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, umfassen Stickstoff (N₂), Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar) und Krypton (Kr).
Das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung kann das Unterwerfen eines Halbleiters aus einer GaN-artigen Verbindung, der mit einem Fremdatom des p-Typs dotiert ist, einer Wärmebehandlung in einem Gas umfassen, das mindestens Sauerstoff umfasst.
Der Ausdruck „Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung" steht für eine Verbindung, die auf GaN basiert und ein oder mehrere Elemente der Gruppe III enthält, z. B. In und Al, durch die ein Teil des Ga ersetzt worden ist. Ein Beispiel für den Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung ist eine Vier-Element-Verbindung der allgemeinen Formel (Al_xGa_1– _x)_yIn₁__yN(0 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1).
Das Sauerstoff-umfassende Gas, das in jedem der erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, kann mindestens ein Gas sein, das aus O₂, O₃, CO, CO₂, NO, N₂O, NO₂ und H₂O oder einem Mischgas ausgewählt ist, das zwei oder mehr dieser Gase umfasst. Das Sauerstoffumfassende Gas kann auch ein Mischgas sein, das mindestens eines von O₂, O₃, CO, CO₂, NO, N₂O, NO₂ und H₂O und ein oder mehrere Inertgase umfasst, oder ein Mischgas, das ein Gemisch aus zwei oder mehr von O₂, O₃, CO, CO₂, NO, N₂O, NO₂ und H₂O und ein oder mehrere Inertgase umfasst. Das Sauerstoff-umfassende Gas kann folglich ein Gas sein, das Sauerstoffatome oder ein Gas von Molekülen enthält, die Sauerstoffatome enthalten.
Der Druck der Atmosphäre, in der die Wärmebehandlung durchgeführt wird, ist nicht besonders beschränkt, so lange der Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung bei der für die Wärmebehandlung eingesetzten Temperatur nicht pyrolysiert wird. Wenn O₂-Gas allein als Sauerstoff-umfassendes Gas eingesetzt wird, kann das Gas mit einem Druck eingeführt werden, der höher ist als der Zersetzungsdruck für den Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung. Wenn ein Gemisch von O₂ mit einem Inertgas verwendet wird, dann wird der Druck des gesamten Mischgases auf einen Wert eingestellt, der höher ist als der Zersetzungsdruck für den Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung. In diesem Fall ist ein O₂-Gasanteil ausreichend, der bezogen auf das gesamte Mischgas nicht niedriger als etwa 10^–6 ist, d. h. eine extrem kleine Menge Sauerstoff ist für das Sauerstoff-umfassende Gas ausreichend, wobei die Gründe dafür später genannt werden. Für die Menge des eingeführten Sauerstoffumfassenden Gases gibt es für die Erzeugung eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs und für das Legieren der Elektrode keine spezielle Obergrenze. Jeglicher hohe Druck ist einsetzbar, so lange eine Herstellung möglich ist.
Der am meisten bevorzugte Bereich der Temperatur für die Wärmebehandlung liegt bei 500 bis 600°C. Wie es später beschrieben wird, kann ein Halbleiter des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung mit einem vollständig gesättigten spezifischen Widerstand bei Temperaturen von nicht unter 500°C erhalten werden. Bei Temperaturen von nicht höher als 600°C kann die Legierungsbehandlung einer Elektrode zufrieden stellend durchgeführt werden.
Bevorzugte Temperaturbereiche liegen bei 450 bis 650°C, bei 400 bis 600°C und bei 400 bis 700°C. Je niedriger die Temperatur, desto höher der spezifische Widerstand des p-Typs. Je höher die Temperatur, desto schlechter sind die Elektrodeneigenschaften und desto höher ist die Wahrscheinlichkeit für eine thermische Verschlechterung der Kristalle.
Die erste Elektrode umfasst vorzugsweise eine Metallschicht, die eine Cobaltlegierung (Co-Legierung) umfasst und Lichtdurchlässigkeitseigenschaften und ohmsche Eigenschaften aufweist. Diese Metallschicht, die eine Cobaltlegierung (Co-Legierung) umfasst, ist eine Schicht, die aus einer Zweischicht-Struktur, die eine erste Metallschicht, die aus Cobalt (Co) hergestellt ist, und eine zweite Metallschicht umfasst, die aus Gold (Au) hergestellt und auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, aus einer Zweischicht-Struktur, die eine erste Metallschicht, die aus Gold (Au) hergestellt ist, und eine zweite Metallschicht umfasst, die aus Cobalt (Co) hergestellt und auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, oder aus einer Schicht, die aus einer Legierung von Cobalt (Co) mit Gold (Au) ausgebildet wird, und zwar durch Legieren derselben durch eine Wärmebehandlung. Alternativ ist die Metallschicht, die eine Cobaltlegierung (Co-Legierung) umfasst, eine Schicht, die aus einer Dreischicht-Struktur, die eine erste Metallschicht, die aus Cobalt (Co) hergestellt ist, eine zweite Metallschicht, die aus einem Element der Gruppe II hergestellt ist und die auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, und eine dritte Metallschicht umfasst, die aus Gold (Au) hergestellt ist und die auf der zweiten Metallschicht ausgebildet ist, die durch Legieren der Dreischicht-Struktur durch eine Wärmebehandlung ausgebildet wird.
Die vorstehend beschriebenen Materialien der ersten Elektrode wurden so ausgewählt, dass sie zu zufriedenstellenden Eigenschaften bezüglich des Kontaktwiderstands mit Halbleitern des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung, einem zufriedenstellenden Lichtemissionsmuster, einer zufriedenstellenden Eigenschaftsänderung im Laufe der Zeit, Verbindungsfestigkeit und ohmschen Eigenschaften führen.
Die zweite Elektrode umfasst vorzugsweise Aluminium (Al) oder eine Aluminiumlegierung. Diese Elektrodenmaterialien wurden im Hinblick auf den Kontaktwiderstand mit Halbleitern des n-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung und die ohmschen Eigenschaften ausgewählt.
In dem Verfahren kann ein Sauerstoff-umfassendes Gas als Umgebungsgas für die Wärmebehandlung eingesetzt werden. Als Ergebnis wurde es möglich, zur Erzeugung eines Halbleiters aus einer GaN-artigen Verbindung mit einem niedrigen spezifischen Widerstand des p-Typs eine niedrigere Temperatur einzusetzen. Wie es später beschrieben wird, führte der Einsatz von Temperaturen von nicht weniger als 500°C zu einem gesättigten niedrigen Wert des spezifischen Widerstands. Der spezifische Widerstand begann bei etwa 400°C abzunehmen. Bei 450°C betrug der spezifische Widerstand etwa die Hälfte des Werts bei 400°C.
Die Wärmebehandlung zur Erzeugung eines niedrigen Widerstands des p-Typs und die Wärmebehandlung zum Legieren der Elektrode können in einem Schritt durchgeführt werden. Als Folge davon können Verfahren zur Erzeugung von Vorrichtungen vereinfacht werden. Darüber hinaus kann die thermische Verschlechterung der Vorrichtungen vermindert werden, da die Wärmebehandlung bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt werden kann.
Die Tatsache, dass die Wärmebehandlung in einem Sauerstoff-umfassenden Gas bei der Erzeugung eines niedrigen spezifischen Widerstands bei niedrigeren Temperaturen effektiv ist, wird von den Erfindern der vorliegenden Erfindung wie folgt erklärt. Ein Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung kann nicht dadurch so hergestellt werden, dass er einen niedrigen Widerstand des p-Typs aufweist, dass er lediglich mit einem Fremdatom des p-Typs, wie z. B. Magnesium, dotiert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Atome der Fremdatome des p-Typs an Wasserstoffatome gebunden werden und somit nicht als Akzeptor wirken. Es wird daher angenommen, dass nach der Entfernung der an die Fremdatome des p-Typs gebundenen Wasserstoffatome die Fremdatome ihre Funktion als Akzeptor entfalten können. Wenn eine Wärmebehandlung in einem Sauerstoff-umfassenden Gas durchgeführt wird, dann wird angenommen, dass die Trennung der Fremdatome von den Wasserstoffatomen durch den Sauerstoff katalysiert wird. Als Folge davon sind Halbleitervorrichtungen mit einem verminderten spezifischen Widerstand bei niedrigeren Temperaturen erhältlich.
In den beigefügten Zeichnungen ist
1 eine Schnittansicht, welche die Struktur einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer ersten eiindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
2 eine Schnittansicht, die diagrammartig die Struktur einer Elektrode veranschaulicht, die auf der Oberfläche einer p⁺-Schicht ausgebildet worden ist;
3 eine Darstellung, welche die Eigenschaften der legierten lichtdurchlässigen Elektroden der lichtemittierenden Vorrichtungen gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
4 eine diagrammartige Ansicht, die den Stromfluss um Elektroden in der Halbleitervorrichtung aus einer GaN-artigen Verbindung gemäß der in 10 gezeigten dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
5 eine Schnittsansicht, welche die Struktur von Proben veranschaulicht, die in dem Verfahren zum Erzeugen eines niedrigen Widerstands gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
6 eine graphische Darstellung, die Änderungen des spezifischen Widerstands bei sich ändernder Wärmebehandlungstemperatur in Proben zeigt, die mit dem Verfahren zum Erzeugen eines niedrigen Widerstands gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform erhalten worden sind;
7 eine graphische Darstellung, die eine Änderung des spezifischen Widerstands bei sich änderndem Sauerstoffgasdruck bei der Wärmebehandlung von Proben zeigt, die mit dem Verfahren zum Erzeugen eines niedrigen Widerstands gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform erhalten worden sind; 8 eine graphische Darstellung, die einen Vergleich zwischen einer Änderung des spezifischen Widerstands bei sich änderndem Sauerstoffpartialdruck in Proben zeigt, die mit dem Verfahren zum Erzeugen eines niedrigen Widerstands gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform erhalten worden sind, und einer Änderung des spezifischen Widerstands in Proben, die durch Wärmebehandlung in einer reinen Sauerstoffgasatmosphäre erhalten worden sind;
9 eine Schnittansicht, welche die Struktur einer lichtemittierenden Vorrichtung veranschaulicht, die mit einem Verfahren gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform hergestellt worden ist;
10 eine diagrammartige Ansicht, die den Aufbau einer Halbleitervorrichtung aus einer GaN-artigen Verbindung gemäß der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Ausführungsformen der Erfindung erläutert, die nicht beschränkend aufzufassen sind.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 veranschaulicht, die einen Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung aufweist, der über einem Saphirsubstrat 1 ausgebildet ist. Diese lichtemittierende Vorrichtung umfasst eine Pufferschicht 2, die AlN umfasst, das auf dem Saphirsubstrat 1 ausgebildet worden ist, und eine Silicium-dotierte (Si-dotierte) GaN-Schicht 3 des n-Typs (n⁺-Schicht), die auf der Pufferschicht 2 ausgebildet ist. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst ferner eine Siliciumdotierte (Si-dotierte) Al_0,1Ga_0,9N-Schicht 4 des n-Typs (n-Schicht) mit einer Dicke von 0,5 μm, die auf der n⁺-Schicht 3 ausgebildet ist, eine In_0,2Ga_0,8N-Schicht 5 (aktive Schicht) mit einer Dicke von 0,4 μm, die auf der n-Schicht 4 ausgebildet ist, und eine Magnesium-dotierte (Mgdotierte) Al_0,1Ga_0,9N-Schicht 6 des p-Typs (p-Schicht), die auf der aktiven Schicht 5 ausgebildet ist. Eine GaN-Schicht 7 des p-Typs (p⁺-Schicht), die stark mit Magnesium (Mg) dotiert ist, wurde auf der p-Schicht 6 ausgebildet. Eine lichtdurchlässige Elektrode 8A wurde auf der p⁺-Schicht 7 durch Metalldampfabscheidung ausgebildet, während eine Elektrode 8B auf der n⁺-Schicht 3 ausgebildet wurde. Die lichtdurchlässige Elektrode 8A ist aus Cobalt (Co), das an die p⁺-Schicht 7 bindet, und einem metallischen Element ausgebildet, wie z. B. Gold (Au), das an das Cobalt (Co) bindet (das metallische Element wird später beschrieben). Die Elektrode 8B ist aus Aluminium (Al) oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der lichtdurchlässigen Elektrode 8A dieser lichtemittierenden Vorrichtung 100 erläutert.
Die Schichten der Pufferschicht 2 bis zur p⁺-Schicht 7 werden mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) ausgebildet. Die vennrendbaren Gase sind Ammoniak (NH₃), Trägergase (H₂, N₂), Trimethylgallium (Ga(CH₃) ₃ ) (nachstehend als „TMG" bezeichnet), Trimethylaluminium (Al(CH₃) ₃ ) (nachstehend als „TMA" bezeichnet), Silan (SiH₄), Cyclopentadienylmagnesium (Mg(C₅H₅) ₂ ) (nachstehend als „CP₂Mg" bezeichnet) und Trimethylindium (In(CH₃) ₃ ) (nachstehend als „TMI" bezeichnet). Eine Maskenschicht (SiO₂ oder dergleichen) wird auf der p⁺-Schicht 7 ausgebildet und der vorbestimmte Bereich der Maskenschicht wird entfernt. Diejenigen Teile der p⁺-Schicht 7, der p-Schicht 6, der aktiven Schicht 5 und der n-Schicht 4, die von der resultierenden Maske nicht bedeckt sind, werden durch reaktives Ionenätzen mit einem Chlor-enthaltenden Gas entfernt, um eine Oberfläche der n⁺-Schicht freizulegen. Die Maske wird dann entfernt. Anschließend wird die lichtdurchlässige Elektrode 8A durch die Durchführung des folgenden Verfahrens ausgebildet.
Ein Photolack 9 wird gleichmäßig auf die Oberfläche aufgebracht. Der Teil des Photolacks 9, der dem Bereich entspricht, auf dem die Elektrode auf der p⁺-Schicht 7 ausgebildet werden soll, wird durch Photolithographie zur Bildung eines Fensterteils 9A entfernt, wie es in 2 gezeigt ist.
Unter Verwendung einer Aufdampfvorrichtung wird Cobalt (Co) in einer Dicke von 40 Å auf der freigelegten p⁺-Schicht 7 unter einem Hochvakuum in der Größenordnung von 1,33 × 10^–4 Pa (10^–6 Torr) oder weniger zur Bildung einer Metallschicht 81 abgeschieden, wie es in 2 gezeigt ist.
Gold (Au) wird dann auf der ersten Metallschicht 81 in einer Dicke von 60 A zur Bildung einer zweiten Metallschicht 82 abgeschieden, wie es in 2 gezeigt ist.
Anschließend wird die Probe aus der Aufdampfvorrichtung entnommen. Das Cobalt und das Gold, die auf dem Photolack 9 abgeschieden worden sind, werden mit dem Abhebeverfahren zur Bildung einer Elektrode 8A entfernt, die Licht an die p⁺-Schicht 7 durchlässt.
Wenn ein Bondelektrodenkontakt 20 auf einem Teil der lichtdurchlässigen Elektrode 8A ausgebildet werden soll, wird ein Photolack gleichmäßig aufgebracht und der Teil des Photolacks, der dem Teil zur Bildung des Kontakts entspricht, wird zur Bildung eines Fensters entfernt. Anschließend wird ein Film aus einer Legierung von Cobalt (Co) oder Nickel (Ni) mit Gold (Au), Aluminium (Al) oder beidem durch Aufdampfen in einer Dicke von etwa 1,5 μm ausgebildet. Der Legierungsfilm aus Cobalt oder Nickel mit Gold, Aluminium oder beidem, der auf den Photolack aufgedampft worden ist, wird mit dem Abhebeverfahren wie vorstehend erwähnt zur Ausbildung eines Elektrodenkontakts 20 entfernt.
Danach wird die Atmosphäre, welche die Probe umgibt, mit einer Vakuumpumpe evakuiert und ein Mischgas aus N₂ und O₂ (1%) wird in die Aufdampfvorrichtung eingeführt, so dass der Innendruck auf Atmosphärendruck eingestellt wird. Die Temperatur dieser Atmosphäre, welche die Probe umgibt, wird auf etwa 550°C angehoben, um die Probe etwa 3 min zu erhitzen. So werden die erste Metallschicht 81 und die zweite Metallschicht 82 legiert.
Diese Wärmebehandlung kann unter den folgenden Bedingungen durchgeführt werden. Ein umgebendes Gas, das eines oder mehrere von N₂, He, O₂, Ne, Ar und Kr enthält, ist verwendbar. Es kann jeglicher Druck eingesetzt werden, der von Vakuum bis zu Drücken von mehr als Atmosphärendruck reicht. Der Partialdruck von N₂, He, O₂, Ne, Ar oder Kr in dem umgebenden Gas beträgt 0,01 bis 1 atm. Das Erhitzen kann mit dem in der Vorrichtung eingeschlossenen umgebenden Gas oder unter Umwälzen des umgebenden Gases durch die Vorrichtung durchgeführt werden.
Als Folge der Wärmebehandlung nach der Abscheidung von Cobalt (Co) und Gold (Au) wird ein Teil des Golds (Au), das die zweite Metallschicht 82 bildet, die auf der ersten Metallschicht 81 abgeschieden und aus Cobalt (Co) hergestellt ist, durch die erste Metallschicht 81 auf der p⁺-Schicht 7 diffundieren gelassen, wodurch ein guter Kontakt mit GaN hergestellt wird, das in der p⁺-Schicht 7 enthalten ist.
Wenn ein Strom von 20 mA durch die so ausgebildete lichtdurchlässige Elektrode 8A fließen gelassen wurde, dann wurde eine Steuerspannung von 3,6 V erhalten. Es wurde so festgestellt, dass der Kontaktwiderstand ausreichend niedrig war. Die Oberfläche der p⁺-Schicht 7 war gleichmäßig mit der so ausgebildeten lichtdurchlässigen Elektrode 8A bedeckt, die einen zufrieden stellenden Oberflächenzustand aufwies.
Da die lichtdurchlässige Elektrode 8A aus einer Zweischicht-Struktur ausgebildet ist, welche die erste Metallschicht 81, die aus Cobalt (Co) hergestellt ist, und die zweite Metallschicht 82 darauf ausgebildet umfasst, wird eine Oxidation des Cobalt (Co) verhindert. Als Folge davon kann eine Änderung des Lichtemissionsmusters, eine Verminderung von Lichtdurchlässigkeitseigenschaften und eine Zunahme des Kontaktwiderstands, die alle durch eine Oxidation von Cobalt (Co) verursacht werden, verhindert werden. Da darüber hinaus die lichtdurchläs sige Elektrode 8A aus einer Legierung hergestellt ist, die Cobalt (Co) enthält, das eine große Austrittsarbeit aufweist, werden zufrieden stellende ohmsche Eigenschaften erhalten. Diese Elektrode 8A wurde durch Aussetzen derselben gegenüber einer Atmosphäre mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit über einen längeren Zeitraum getestet. Als Ergebnis zeigte sich, dass die Elektrode das ursprüngliche Lichtemissionsmuster und die ursprüngliche Steuerspannung selbst nach einem Aussetzen von 1000 Stunden stabil aufrechterhalten konnte.
Neben den Bedingungen, die für das Legieren der ersten Metallschicht 81, die aus Cobalt (Co) hergestellt ist, und der zweiten Metallschicht 82, die aus Gold (Au) hergestellt ist, verwendet worden sind, wurden für diese Ausführungsform auch die folgenden beiden Sätze von Bedingungen eingesetzt. Ein Satz von Bedingungen bestand darin, dass die Atmosphäre, welche die Probe umgab, mit einer Vakuumpumpe zur Bildung eines Grobvakuumzustands evakuiert wurde und dass die Temperatur dieser Atmosphäre, welche die Probe umgab, auf etwa 550°C angehoben wurde, um die Probe etwa 3 min zu erhitzen, um dadurch die erste Metallschicht 81 und die zweite Metallschicht 82 zu legieren. Der andere Satz von Bedingungen bestand darin, dass die Atmosphäre, welche die Probe umgab, zu einem Vakuum evakuiert wurde, worauf N₂ mit einer Geschwindigkeit von 3 Liter/min eingeführt wurde, um den Innendruck auf Atmosphärendruck einzustellen, und dass dann die Temperatur dieser Atmosphäre, welche die Probe umgab, auf etwa 550°C angehoben wurde, um die Probe etwa 3 min zu erhitzen, um dadurch die erste Metallschicht 81 und die zweite Metallschicht 82 zu legieren. Die Steuerspannung jeder erhaltenen Vorrichtung wurde gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in 3 unter Fall Nr. 1 gezeigt.
Die vorstehend beschriebenen drei Sätze von Atmosphärenbedingungen wurden zum Legieren einer Elektrodenvorstufe, die eine erste aus Gold (Au) hergestellte Metallschicht 81 und eine zweite aus Cobalt (Co) hergestellte Metallschicht 82 umfasst (Fall Nr. 2), einer Elektrodenvorstufe, die nur eine erste Metallschicht 81 umfasst, die eine Legierung aus Cobalt (Co) mit Gold (Au) umfasst (Fall Nr. 3), einer Dreischicht-Vorstufe für eine lichtdurchlässige Elektrode, die aus einer aus Cobalt (Co) hergestellten ersten Metallschicht 81, einer zweiten aus Magnesium (Mg) hergestellten Metallschicht 82 und einer dritten aus Gold (Au) hergestellten Metallschicht bestand, die auf der zweiten Metallschicht ausgebildet war (Fall Nr. 4), und einer Elektrodenvorstufe eingesetzt, die eine erste aus Cobalt (Co) hergestellte Metallschicht 81 und eine zweite aus einer Legierung von Palladium (Pd) mit Platin (Pt) hergestellte Metallschicht 82 umfasst (Fall Nr. 5). Die Steuerspannung jeder erhaltenen Vorrichtung wurde gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in 3 gezeigt.
Die in 3 angegebenen Bewertungsergebnisse basieren auf der Steuerspannung, die gemessen wurde, wenn ein Strom von 20 mA durch die lichtdurchlässige Elektrode 8A fließen gelassen wurde. In 3 zeigt O, dass die Steuerspannung niedriger als 4 V war und x, dass die Steuerspannung nicht niedriger als 5 V war. In 3 gibt die Zahl in Klammern die Filmdicke (Å) für jede Metallschicht an.
Alle vorstehend beschriebenen Vorrichtungsproben wurden einem kontinuierlichen 1000-Stunden-Ansteuerungstest in einer Atmosphäre mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit unterworfen. Die mit 0 bezeichneten Vorrichtungsproben hatten selbst nach dem 1000-Stunden-Ansteuerungstest jeweils die gleiche Steuerspannung und das gleiche Lichtemissionsmuster wie die ursprünglichen Vorrichtungsproben, und sie konnten optische und elektrisch stabile Eigenschaften während eines langen Zeitraums beibehalten.
In dem in 3 gezeigten Fall Nr. 1 wurde eine Vorrichtung, die eine Steuerspannung von nicht weniger als 5 V aufwies, bei einem Strom von 20 mA gemessen. Somit wurde ein erhöhter Kontaktwiderstand erhalten, wenn das Legieren in N₂ (allein) in Abwesenheit von O₂ durchgeführt wurde. Durch Legieren unter Grobvakuumbedingungen wurde eine Vorrichtung mit einer Steuerspannung von unter 4 V und somit einem verminderten Kontaktwiderstand erhalten. Wenn eine lichtdurchlässige Elektrode 8A wie im Fall Nr. 1 aus einer Zweischicht-Struktur hergestellt wird, die eine erste aus Cobalt (Co) hergestellte Metallschicht 81 und eine zweite aus Gold (Au) hergestellte Metallschicht 82 umfasst, wird ein Lichtemissionsmuster, das über einen langen Zeitraum stabil ist, und eine niedrige Steuerspannung durch Legieren der Zweischicht-Struktur entweder in der O₂-enthaltenden Atmosphäre oder unter den Grobvakuumbedingungen erhalten.
In dem in 3 gezeigten Fall Nr. 2 kann eine erste aus Gold (Au) hergestellte Metallschicht 81 mit einer Dicke von 40 Å ausgebildet werden, bevor eine zweite aus Cobalt (Co) hergestellte Metallschicht 82 darauf mit einer Dicke von 60 Å ausgebildet wird. Ein Lichtemissionsmuster, das über einen langen Zeitraum stabil ist, und eine niedrige Steuerspannung werden im Fall Nr. 2 wie im Fall Nr. 1 durch die Durchführung des Legierens entweder in der O₂-enthaltenden Atmosphäre oder unter den Grobvakuumbedingungen erhalten.
In dem in 3 gezeigten Fall Nr. 3 kann eine erste Metallschicht 81 durch gleichzeitiges Aufdampfen von Gold (Au) und Cobalt (Co) mit einer Dicke von 100 Å ausgebildet werden. Ein Lichtemissionsmuster, das über einen langen Zeitraum stabil ist, und eine niedrige Steuerspannung werden im Fall Nr. 3 wie in den Fällen Nr. 1 und 2 durch die Durchführung des Legierens entweder in der O₂-enthaltenden Atmosphäre oder unter den Grobvakuumbedingungen erhalten.
In dem in 3 gezeigten Fall Nr. 4 kann eine lichtdurchlässige Elektrode 8A mit einer Dreischicht-Struktur durch Ausbilden einer Elektrodenvorstufe, die eine aus Cobalt (Co) hergestellte erste Metallschicht 81 mit einer Dicke von 20 Å, eine darauf ausgebildete zweite aus Magnesium (Mg) hergestellte Metallschicht 82 mit einer Dicke von 20 Å und eine 60 Å dicke Schicht aus Gold (Au) umfasst, die auf der zweiten Metallschicht 82 ausgebildet war, hergestellt werden. Im Fall Nr. 4 kann die Sauerstoff-enthaltende Atmosphäre, die Grobvakuumbedingungen oder die N₂-Atmosphäre zur Erzeugung eines Lichtemissionsmusters, das über einen lange Zeitraum stabil ist, und einer niedrigen Steuerspannung verwendet werden.
In dem in 3 gezeigten Fall Nr. 5 können Palladium (Pd) und Platin (Pt) gleichzeitig als zweite Metallschicht 82 mit einer Dicke von 80 Å auf einer aus Cobalt (Co) hergestellten ersten Metallschicht 81 mit einer Dicke von 40 Å aufgedampft werden. Ein Lichtemissionsmuster, das über einen langen Zeitraum stabil ist, und eine niedrige Steuerspannung werden im Fall Nr. 5 durch die Durchführung des Legierens entweder unter den Grobvakuumbedingungen oder in der N₂-Atmosphäre erhalten.
Wie vorstehend beschrieben kann die lichtdurchlässige Elektrode 8A aus einer Zweischicht-Struktur, die eine erste aus Cobalt (Co) hergestellte Metallschicht 81 und eine zweite darauf ausgebildete, aus Gold (Au) hergestellte Metallschicht 82 umfasst, oder aus einer Zweischicht-Struktur, die eine erste aus Gold (Au) hergestellte Metallschicht 81 und eine zweite darauf ausgebildete, aus Cobalt (Co) hergestellte Metallschicht 82 umfasst, oder aus einer Einschicht-Struktur ausgebildet werden, die eine erste aus einer Gold (Au) – Cobalt (Co)-Legierung hergestellte Metallschicht 81 umfasst.
Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform Magnesium (Mg) als Material einer Metallschicht im Fall Nr. 4 verwendet wurde, können auch andere Elemente der Gruppe II verwendet werden, wie z. B. Beryllium (Be), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba), Zink (Zn) und Cadmium (Cd).
Obwohl die Temperatur der Atmosphären, die zum Legieren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eingesetzt worden sind, auf etwa 550°C eingestellt wurde, sind verwendbare Legierungstemperaturen nicht darauf beschränkt. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 700°C durchgeführt, da Wärmebehandlungen, die bei Temperaturen unter 400°C durchgeführt werden, zu Elektro den führen, die keine ohmschen Eigenschaften zeigen, während Wärmebehandlungen, die bei Temperaturen über 700°C durchgeführt werden, zu Elektroden führen, die einen erhöhten Kontaktwiderstand und eine beeinträchtigte Oberflächenmorphologie aufweisen.
Die lichtemittierenden Vorrichtungen 100, die vorstehend als erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt worden sind, hatten jeweils eine Struktur, die eine aktive Schicht 5 enthielt, die aus einer einzelnen Schicht von In_0,2Ga_0,8N bestand. Die erfindungsgemäße lichtemittierende Vorrichtung kann jedoch auch eine lichtemittierende Schicht aufweisen, die aus einem Mischkristall hergestellt ist, der vier oder drei Elemente in einem beliebigen Anteil umfasst, wie z. B. AlInGaN, oder die eine Mehrfach-Quantenmuldenstruktur aufweist und z. B. aus In_0,2Ga_0,8N/GaN besteht, oder die eine Einfach-Quantenmuldenstruktur aufweist.
Bei der Herstellung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde eine Atmosphäre, die 1% O₂ enthielt, als Sauerstoff-enthaltende Atmosphäre eingesetzt. Es kann jedoch auch eine 100%-Sauerstoffatmosphäre oder eine Atmosphäre eingesetzt werden, die ein Gas wie z. B. CO oder CO₂ enthält.
Die Gesamtdicke der lichtdurchlässigen Elektrode 8A, einschließlich der ersten Metallschicht 81 und der zweiten Metallschicht 82 ist im Hinblick auf den Erhalt von Lichtdurchlässigkeitseigenschaften vorzugsweise nicht größer als 200 Å. Die Gesamtdicke liegt im Hinblick auf das Haftvermögen und die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften mehr bevorzugt im Bereich von 15 bis 200 Å.
Wie es vorstehend gezeigt worden ist, bewirkt die vorliegende Erfindung die folgenden Effekte: Durch Ausbilden einer Metallschicht, die eine Cobaltlegierung (Co-Legierung) umfasst, als lichtdurchlässige Elektrode auf einer Oberfläche eines Halbleiters des p-Typs, der eine GaN-artige Verbindung umfasst, kann nicht nur die Elektrode vor einer Oxidation bewahrt werden, wodurch verhindert wird, dass die Elektrode einen Abfall der Lichtdurchlässigkeitseigenschaften erfährt, sondern die Elektrode kann auch einen verminderten Kontaktwiderstand aufweisen, so dass ein Lichtemissionsmuster, das über einen langen Zeitraum stabil ist, und eine niedrige Steuerspannung ermöglicht wird.
Zweite Ausführungsform
Die vorliegende Endung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 5 bis 9 erläutert.
Es wurden viele Proben mit der in 5 gezeigten Struktur hergestellt. Jede Probe bestand aus einem Saphirsubstrat 1 und einer A1N-Pufferschicht 2 mit einer Dicke von 50 nm, einer nGaN-Schicht 103, die aus einem Silicium-dotierten (Si-dotierten) GaN hergestellt war, mit einer Dicke von etwa 4,0 μm, einer Elektronenkonzentration von 2 × 10¹⁸/cm³ und einer Siliciumkonzentration von 4 × 10¹⁸/cm³, und einer p-GaN-Schicht 104 mit einer Magnesiumkonzentration (Mg-Konzentration) von 5 × 10¹⁹/cm³, die darauf in dieser Reihenfolge ausgebildet sind.
Diese Proben wurden wie die vorstehend genannten lichtemittierenden Vorrichtungen 100 mittels MOVPE hergestellt.
Als erstes wurde ein Einkristall-Saphirsubstrat 1, das als Hauptobertläche eine Oberfläche aufwies, die durch Waschen mit einem organischen Lösungsmittel und eine Wärmebehandlung gereinigt worden ist, auf einem Heizer befestigt, der in der Reaktionskammer einer MOVPE-Vorrichtung platziert war. Das Saphirsubstrat 1 wurde bei 1100°C gebrannt, während N₂ mit einer Geschwindigkeit von 2 Liter/min bei Normaldruck etwa 30 min durch die Reaktionskammer geleitet wurde.
Nachdem die Temperatur des Substrats 1 auf etwa 400°C abgesenkt worden war, wurden H₂, NH₃ und TMA etwa 1,5 min mit einer Geschwindigkeit von 20 Liter/min, 10 Liter/min bzw. 1,8 x 10^–5 mol/min eingeführt, so dass sich eine AIN-Pufferschicht 2 mit einer Dicke von etwa 50 nm ausbildete.
Anschließend wurden H₂, NH₃, TMG und mit H₂-Gas auf 0,86 ppm verdünntes Silan 40 min mit einer Geschwindigkeit von 20 Liter/min, 10 Liter/min, 1,7 × 10^–4 mol/min bzw. 20 × 10^–8 mol/min eingeführt, während die Temperatur des Saphirsubstrats 1 bei 1150°C gehalten wurde, so dass eine n-GaN-Schicht 103 mit einer Dicke von etwa 4,0 μm, einer Elektronenkonzentration von 2 × 10¹⁸/cm³ und einer Siliciumkonzentration von 4 × 10¹⁸/cm³ ausgebildet wurde.
Danach wurden entweder N₂ oder H₂, NH₃, TMG und CP₂Mg 40 min mit einer Geschwindigkeit von 10 Liter/min, 10 Liter/min, 1,7 × 10^–4 mol/min bzw. 2 × 10^–5 mol/min eingeführt, während die Temperatur des Saphirsubstrats 1 bei 1100°C gehalten wurde, so dass eine p-GaN-Schicht 104 mit einer Dicke von etwa 4,0 μm und einer Magnesiumkonzentration (Mg-Konzentration) von 5 × 10¹⁹/cm³ ausgebildet wurde.
Viele der so hergestellten Proben wurden einer 20-minütigen Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen in einer 1-atm-Sauerstoffgasatmosphäre (nur O₂) unterworfen. Auf jede der so behandelten p-GaN-Schichten 104 wurden Nadelelektroden zur Messung des Stroms aufgesetzt, der beim Anlegen einer Spannung von 8 V floss, und die Beziehung zwischen diesem Stromwert und der eingesetzten Wärmebehandlungstemperatur wurde bestimmt. Andererseits wurden für Vergleichszwecke Halbleiterproben der gleichen Wärmebehandlung wie vorstehend unterworfen, mit der Ausnahme, dass wie in den herkömmlichen Verfahren 1-atm-Stickstoffgas (nur N₂) als Atmosphäre für die Wärmebehandlung eingesetzt wurde und die Beziehung zwischen dem Stromwert und der eingesetzten Wärmebehandlungstemperatur wurde auf die gleiche Weise bestimmt. Die Werte des spezifischen Widerstands wurden berechnet und die Beziehungen zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und dem spezifischen Widerstand sind in 6 gezeigt.
Die nachstehenden Merkmale ergeben sich aus 6. 1) Sowohl die Wärmebehandlung in der Sauerstoffatmosphäre als auch die Wärmebehandlung in der Stickstoffatmosphäre führten zu einer Abnahme des spezifischen Widerstands [(spezifischer Widerstand vor der Wärmebehandlung)/( spezifischer Widerstand nach der Wärmebehandlung)] von 10⁴. Insbesondere gibt es zwischen den beiden Arten der Wärmebehandlung keinen Unterschied bezüglich des gesättigten spezifischen Widerstandswerte. 2) Der niedrige gesättigte spezifische Widerstandswert wird in der Sauerstoffatmosphäre durch eine Behandlung bei niedrigeren Temperaturen als in der Stickstoffatmosphäre erhalten. 3) Die Wärmebehandlung in der Sauerstoffatmosphäre führt zu einer abrupteren Änderung des spezifischen Widerstands bei der Änderung der Wärmebehandlungstemperatur als die Wärmebehandlung in der Stickstoffatmosphäre. 4) Die Wärmebehandlung in der Sauerstoffatmosphäre bei 500°C führt zu einem niedrigen gesättigten spezifischen Widerstandswert, wohingegen die Wärmebehandlung in der Stickstoffatmosphäre bei 500°C zu einer geringen Änderung des spezifischen Widerstands von etwa 10 führt. Insbesondere ist der spezifische Widerstand, der sich aus der Wärmebehandlung in der Sauerstoffatmosphäre bei 500°C ergibt, um 10³ niedriger als der spezifische Widerstand, der sich aus der Wärmebehandlung in der Stickstoffatmosphäre bei 500°C ergibt. 5) Bei 400°C führt sowohl die Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre als auch die Wärmebehandlung in der Stickstoffatmosphäre nahezu zu keiner Abnahme des spezifischen Widerstands. Bei Temperaturen über 400°C sind die Wärmebehandlungen zur Verminderung des spezifischen Widerstands effektiv.
Insgesamt ist in der Sauerstoffatmosphäre ein Erhitzen bei Temperaturen nicht unter 400°C zur Absenkung des spezifischen Widerstands effektiv. Die Wärmebehandlung wird vorzugs weise bei einer Temperatur nicht unter 500°C durchgeführt, da diese Behandlung einen vollständig gesättigten niedrigen spezifischen Widerstandswert liefert.
Anschließend wurde die Beziehung zwischen dem Druck des Sauerstoffgases und dem spezifischen Widerstand bestimmt. Bei einer Temperatur von 800°C wurden Halbleiterproben bei verschiedenen Sauerstoffgasdrücken wärmebehandelt. Auf jede der so behandelten p-GaN-Schichten 104 wurden Nadelelektroden zur Messung des Stroms aufgesetzt, der beim Anlegen einer Spannung von 8 V floss, und die Beziehung zwischen diesem Stromwert und dem Sauerstoffgasdruck wurde bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in 7 gezeigt.
Die nachstehenden Eigenschaften ergeben sich aus diesen Ergebnissen. 1) Der spezifische Widerstand fällt in einem Sauerstoffdruckbereich von etwa 3 bis 30 Pa abrupt ab. 2) Die Wärmebehandlung bei Sauerstoffgasdrücken nicht unter etwa 100 Pa führt zu einem gesättigten niedrigen spezifischen Widerstandswert.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass der Sauerstoff zur effektiven Verminderung des spezifischen Widerstands beiträgt. Sauerstoffgasdrücke von mindestens 3 Pa sind zur Verminderung des spezifischen Widerstands effektiv. Die Sauerstoffgasatmosphäre hat vorzugsweise einen Sauerstoffdruck von 30 Pa oder mehr, mehr bevorzugt von 100 Pa.
Anschließend wurden die Halbleiterproben bei einer Temperatur von 600°C in Mischgasatmosphären (1 atm) wärmebehandelt, die Sauerstoffgas und Stickstoffgas enthielten, um die Änderung des spezifischen Widerstands bei einer Änderung des Sauerstoffgaspartialdrucks in der gleichen Weise wie vorstehend zu bestimmen. Für Vergleichszwecke wurde die Änderung des spezifischen Widerstands bei sich änderndem Druck bei der Wärmebehandlung in Sauerstoffgas allein bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in 8 gezeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Sauerstoffgaspartialdrücken nicht unter etwa 10 Pa niedrige spezifische Widerstandswerte erhalten werden. Die Ergebnisse zeigen ferner, dass der spezifische Widerstand bei Drücken nicht unter 30 Pa, Idealerweise nicht unter 100 Pa gesättigt ist. Im Fall der Verwendung eines Mischgases, das Sauerstoffgas und ein oder mehrere anderes) Gase) enthält, ist der Sauerstoffgaspartialdruck, der bei der Verminderung des spezifischen Widerstands effektiv ist, 10 Pa oder höher, vorzugsweise 30 Pa oder höher, insbesondere 100 Pa oder höher.
Eine Schicht aus einem Halbleiter aus einer Magnesium-dotierten GaN-artigen Verbindung der Formel (Al_xGa₁__X)_yIn₁__yN(0 ≤ x, y ≤ 1) ergab bezüglich aller vorstehenden Eigenschaften die gleichen Ergebnisse. Es wird angenommen, dass der Sauerstoff zur Entfernung der an Magnesium gebundenen Wasserstoffatome dient und dadurch die Magnesiumatome aktiviert. Folglich kann neben reinem Sauerstoffgas jegliches Sauerstoffatome-enthaltende (O-Atome enthaltende) Gas, das an die an Magnesium gebundenen Wasserstoffatome binden kann, z. B. ein Mischgas, das Sauerstoff und ein Inertgas enthält, zur Erzeugung des gleichen Effekts verwendet werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Erzeugung einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 unter Bezugnahme auf 9 erläutert, bei dem das vorstehend beschriebene Verfahren zum Erzeugen eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs eingesetzt wird. 9 ist eine Schnittansicht, die diagrammartig die Struktur einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 veranschaulicht, bei der ein Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung auf einem Saphirsubstrat 1 ausgebildet ist. Diese lichtemittierende Vorrichtung 100 weist im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die vorstehend genannte Ausführungsform auf. In dieser Ausführungsform ist jedoch eine Plattierungsschicht 114, die aus Silicium-dotiertem (Si-dotiertem) GaN des n-Typs hergestellt ist, auf der n+-Schicht 3 mit hoher Ladungskonzentration ausgebildet.
Ferner wurde auf der Plattierungsschicht 114 eine lichtemittierende Schicht 115 mit einer Quantenmuldenstruktur (MQW) ausgebildet, die Barriereschichten 151, die aus GaN hergestellt sind und die jeweils eine Dicke von 35 Å aufweisen, und Muldenschichten 152 umfasst, die aus In_0,2Ga_0,8N hergestellt sind und jeweils eine Dicke von 35 Å aufweisen. Die Anzahl der Barriereschichten 151 ist sechs, während die Anzahl der Muldenschichten 152 fünf ist. Auf der lichtemittierenden Schicht 115 wurde eine aus Al_0,15Ga_0,85N des p-Typs hergestellte Plattierungsschicht 116 ausgebildet. Eine aus GaN des p-Typs hergestellte Kontaktschicht 117 ist auf der Plattierungsschicht 116 ausgebildet.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung dieser lichtemittierenden Vorrichtung 100 zusammen mit den Schritten erläutert, die nicht in der ersten Ausführungsform erläutert worden sind.
Die lichtemittierende Vorrichtung 100 wurde mittels MOVPE hergestellt. Die verwendeten Gase waren Ammoniak (NH₃), Trägergase (H₂, N₂), TMG, TMA, TMI, Silan und CP₂MG.
Als erstes wurde ein Einkristall-Saphirsubstrat 1, das als Hauptoberfläche eine Oberfläche aufwies, die durch Waschen mit einem organischen Lösungsmittel und einer Wärmebehandlung gereinigt worden ist, auf einem Heizer befestigt, der in der Reaktionskammer einer MOVPE-Vorrichtung platziert war. Das Saphirsubstrat 1 wurde bei 1100°C gebrannt, wäh rend N₂ mit einer Geschwindigkeit von 2 Liter/min bei Normaldruck etwa 30 min durch die Reaktionskammer geleitet wurde.
Nachdem die Temperatur des Substrats 1 auf etwa 400°C abgesenkt worden war, wurden H_Z, NH₃ und TMA etwa 1 min mit einer Geschwindigkeit von 20 Liter/min, 10 Liter/min bzw. 1,8 x 10^–5 mol/min eingeführt, so dass sich eine AlN-Pufferschicht 2 mit einer Dicke von etwa 25 nm ausbildete.
Anschließend wurden H₂, NH₃, TMG und mit H₂-Gas auf 0,86 ppm verdünntes Silan 40 min mit einer Geschwindigkeit von 20 Liter/min, 10 Liter/min, 1,7 × 10^–4 mol/min bzw. 20 × 10^–8 mol/min eingeführt, während die Temperatur des Saphirsubstrats 1 bei 1150°C gehalten wurde, so dass eine n+-Schicht 3 mit hoher Ladungsträgerkonzentration ausgebildet wurde, die aus GaN hergestellt war und eine Dicke von etwa 4,0 μm, eine Elektronenkonzentration von 2 × 10¹⁸/cm³ und eine Siliciumkorizentration von 4 × 10¹⁸/cm³ aufwies.
Danach wurden entweder N₂ oder H₂, NH₃, TMG, TMA und mit H₂-Gas auf 0,86 ppm verdünntes Silan 60 min mit einer Geschwindigkeit von 10 Liter/min, 10 Liter/min, 1,12 × 10^–4 mol/min, 0,47 × 10^–4 mol/min bzw. 5 × 10^–9 mol/min eingeführt, während die Temperatur des Saphirsubstrats 1 bei 1150°C gehalten wurde, so dass eine Plattierungsschicht 114 erhalten wurde, die aus GaN hergestellt war und eine Dicke von etwa 0,5 μm, eine Elektronenkonzentration von 1 × 10¹⁸/cm³ und eine Siliciumkonzentration von 2 × 10¹⁸/cm³ aufwies.
Nach der Ausbildung der Plattierungsschicht 114 wurden entweder N₂ oder H₂, NH₃ und TMG 1 min mit einer Geschwindigkeit von 20 Liter/min, 10 Liter/min bzw. 2,0 × 10^–4 mol/min eingeführt, so dass eine Barriereschicht 151 erhalten wurde, die aus GaN hergestellt war und eine Dicke von etwa 35 Å aufwies. Anschließend wurden TMG und TMI 1 min mit einer Geschwindigkeit von 7,2 × 10^–5 mol/min bzw. 0,19 × 10^–4 mol/min eingeführt, während entweder N_Z oder H_Z und NH₃ mit einer konstanten Geschwindigkeit eingeführt wurden, so dass eine Muldenschicht 152 erhalten wurde, die aus In_0,20Ga_0,80N hergestellt war und eine Dicke von etwa 35 Å aufwies. Unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend wurden insgesamt fünf Barriereschichten 151 abwechselnd mit fünf Muldenschichten 152 hergestellt. Ferner wurde darauf eine aus GaN hergestellte Barriereschicht 151 ausgebildet. So wurde eine lichtemittierende Schicht 115 mit einer 5-Zyklus-MQW-Struktur ausgebildet.
Danach wurden entweder N₂ oder H₂, NH₃, TMG, TMA und CP₂Mg 3 min mit einer Geschwindigkeit von 10 Liter/min, 10 Liter/min, 1,0 × 10^–4 mol/min, 1,0 × 10^–4 mol/min bzw. 2 × 10^–5 mol/min zugeführt, während die Temperatur des Saphirsubstrats 1 bei 1100°C gehalten wurde, so dass eine Plattierungsschicht 116 erhalten wurde, die aus Magnesium-dotiertem (Mg-dotiertem) Al_0,5Ga_0,85N des p-Typs hergestellt war und eine Dicke von etwa 50 nm und eine Magnesiumkonzentration (Mg-Konzentration) von 5 × 10¹⁹/cm³ aufwies.
Anschließend wurden entweder N₂ oder N₂, NH₃, TMG und CP₂Mg 30 Sekunden mit einer Geschwindigkeit von 20 Liter/min, 10 Liter/min, 1,12 × 10^–4 mol/min bzw. 2 × 10^–5 mol/min eingeführt, während die Temperatur des Saphirsubstrats 1 bei 1100°C gehalten wurde, so dass eine Kontaktschicht 117 erhalten wurde, die aus Magnesium-dotiertem (Mg-dotiertem) GaN des p-Typs hergestellt war und eine Dicke von etwa 100 nm und eine Magnesiumkonzentration (Mg-Konzentration) von 5 × 10¹⁹/cm³ aufwies.
In dieser Ausführungsform wird ein Fenster in einem vorbestimmten Bereich des Photolacks durch Photolithographie auf der Kontaktschicht 117 mit den vorstehend genannten Schritten der ersten Ausführungsform ausgebildet. Unter einem Hochvakuum in der Größenordnung von 1,33 × 10^–4 Pa (10^–6 Torr) oder darunter werden Vanadium (V) und Aluminium (Al) in einer Dicke von 200 A bzw. 1,8 μm aufgedampft. Der Photolack und die SiO₂-Maske werden dann entfernt.
Anschließend wird ein Photolack 9 gleichmäßig auf die Oberfläche aufgebracht. Der Teil des Photolacks 9, der dem Bereich entspricht, in dem die Elektrode auf der Kontaktschicht 117 ausgebildet werden soll, wird zur Ausbildung eines Fensterteils 9A durch Photolithographie entfernt, wie es in 2 gezeigt ist.
Unter Verwendung einer Aufdampfvorrichtung wird eine erste aus Cobalt (Co) hergestellte Metallschicht 81 in einer Dicke von 15 Å auf der freigelegten Kontaktschicht 117 unter einem Hochvakuum in der Größenordnung von 1,33 × 10^–4 Pa (10^–6 Torr) oder darunter ausgebildet und eine zweite aus Gold (Au) hergestellte Metallschicht 82 wird dann in einer Dicke von 60 Å auf der ersten Metallschicht 81 ausgebildet.
Anschließend werden die Elektrode 8A und der Elektrodenkontakt 20 mit den gleichen Verfahren wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet.
Danach wird die Atmosphäre, welche die Probe umgibt, mit einer Vakuumpumpe evakuiert und O₂-Gas wird in die Aufdampfvorrichtung eingeführt, so dass der Innendruck auf 100 Pa eingestellt wird. Die Temperatur dieser Atmosphäre, welche die Probe umgibt, wird auf etwa 550°C angehoben, um die Probe etwa 3 min zu erhitzen. So wird der Kontaktschicht 117 und der Plattierungsschicht 116 ein niedriger Widerstand des p-Typs verliehen und gleichzeitig wird das Legieren der Kontaktschicht 117, der ersten Metallschicht 81 und der zweiten Metallschicht 82 und das Legieren der Elektrode 8B und der n⁺-Schicht 3 durchgeführt.
Als Ergebnis dieser Wärmebehandlung erreichte der spezifische Widerstand der Kontaktschicht 117 und der spezifische Widerstand der Plattierungsschicht 116 einen Wert von 1 Ω cm bzw. 0,71 Ω·cm. Der am meisten bevorzugte Temperaturbereich für diese Wärmebehandlung liegt bei 500 bis 600°C. So lange die Wärmebehandlung bei einer Temperatur in diesem Bereich durchgeführt wird, erreicht die Schicht des p-Typs einen ausreichend niedrigen gesättigten spezifischen Widerstandswert und die Elektroden 8A und 8B werden am besten legiert. Als Folge davon kann nicht nur der Kontaktwiderstand der Elektroden oder der spezifische Schichtwiderstand der stromdiffundierenden Elektrode vermindert und die ohmschen Eigenschaften verbessert werden, sondern die lichtdurchlässige Elektrode 8A wird auch vor einer Oxidation bewahrt, wodurch die schließlich erhaltene lichtemittierende Vorrichtung kein ungleichmäßiges Lichtemissionsmuster aufweist und keiner Änderung des Lichtemissionsmusters im Laufe der Zeit unterliegt. Die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von 450 bis 650°C und in manchen Fällen selbst im Bereich von 400 bis 700°C durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung wurde ferner in einer Atmosphäre durchgeführt, die ein Gemisch aus N₂-Gas und 1% O₂-Gas enthielt und die einen O₂- Partialgasdruck von 100 Pa aufwies. Als Folge davon wurden die gleichen Effekte wie vorstehend erhalten. Alle vorstehend aufgezählten Gase, die als umgebendes Gas für die Wärmebehandlung bezüglich der Erzeugung eines niedrigen Widerstands des p-Typs verwendet worden sind, sind auch beim Legieren der Elektroden 8A und 8B effektiv, die in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist. Folglich kann neben reinem Sauerstoffgas ein Mischgas verwendet werden, das O₂ und mindestens eines von N₂, He, Ne, Ar und Kr enthält. Jeglicher Druck und jeglicher O₂-Partialdruck, die innerhalb der vorstehend genannten optimalen Bereiche für die Erzeugung eines niedrigen spezifischen Widerstands des p-Typs liegen, sind verwendbar.
Als Folge der Wärmebehandlung nach der Abscheidung von Cobalt (Co) und Gold (Au) wird ein Teil des Golds (Au), aus dem die zweite Metallschicht 82 besteht, die auf der aus Cobalt (Co) hergestellten ersten Metallschicht 81 ausgebildet ist, durch die erste Metallschicht 81 in die Kontaktschicht 117 diffundieren gelassen, wodurch ein guter Kontakt mit GaN entsteht, das in der Kontaktschicht 117 enthalten ist.
Es wurde festgestellt, dass die lichtemittierende Vorrichtung 100 in dieser Ausführungsform einen ausreichend niedrigen Kontaktwiderstand und eine Stabilität bezüglich des kontinuierlichen 1000-Stunden-Ansteuerungstests aufweist, wie dies bei den vorstehend genannten Ausführungsformen der Fall war.
Obwohl in einer vorstehend beschriebenen Metallschicht Magnesium (Mg) verwendet worden ist, kann es durch ein anderes Element der Gruppe II ersetzt werden, wie z. B. Beryllium (Be), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba), Zink (Zn) oder Cadmium (Cd).
Ferner ist es möglich, andere Strukturen oder Elemente für die lichtdurchlässige Elektrode 8A, die erste Metallschicht 81, die zweite Metallschicht 82, die lichtemittierende Schicht 115 einzusetzen, wie es in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist.
Dritte Ausführungsform
Nachstehend wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 10 und 4 erläutert.
10 ist eine Schnittansicht, die diagrammartig den Aufbau einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 mit einem Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung veranschaulicht, der über einem Saphirsubstrat 1 ausgebildet ist. Die lichtemittierende Vorrichtung 100 wurde wie in den vorstehend genannten Ausführungsformen mittels MOVPE hergestellt.
Diese lichtemittierende Vorrichtung 100 weist im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die zweite Ausführungsform auf. Auf einem Teil der Elektrode 8A wurde jedoch eine Kontaktelektrode 20 ausgebildet, die eine erste aus Vanadium (V) hergestellte Metallschicht 201 mit einer Dicke von etwa 300 Å und eine zweite Metallschicht 202 umfasste, die eine Zweischicht-Struktur aufwies, die eine Cobaltschicht mit einer Dicke von etwa 1000 Å und eine Goldschicht mit einer Dicke von etwa 1,5 μm umfasste. Die Ausbildung dieses Elektrodenkontakts 20 wird mit dem folgenden Verfahren durchgeführt.
Ein Vanadiumfilm mit einer Dicke von etwa 300 Å wird zur Bildung einer ersten Metallschicht 201 auf einem Teil dieser Elektrode 8A abgeschieden. Auf der ersten Metallschicht 201 werden zur Bildung einer zweiten Metallschicht 202 nacheinander ein Cobaltfilm mit einer Dicke von etwa 1000 Å und ein Goldfilm mit einer Dicke von etwa 1,5 μm abgeschieden. So wird der Elektrodenkontakt 20 ausgebildet.
Nach der Ausbildung der Elektroden 8A, 8B und des Kontakts 20 wird der Kontaktschicht 117 und der Plattierungsschicht 116 ein niedriger spezifischer Widerstand des p-Typs verliehen und das Legieren der Kontaktschicht 117, der Metallschichten 81 und 82, der ersten Metallschicht 201 und der zweiten Metallschicht 202 wurde gleichzeitig mit dem Legieren der Elekt rode 8B und der n⁺-Schicht 3 mit dem gleichen Verfahren durchgeführt, das in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist.
Wie es in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gezeigt ist, besteht die erste Metallschicht 201 des Elektrodenkontakts 20, wobei diese Schicht an die Elektrode 8A gebunden ist, aus Vanadium, das eine Reaktivität gegenüber Stickstoff aufweist. Folglich reagiert das Vanadium in einer Legierungsbehandlungn mit GaN der Kontaktschicht 117, so dass die Haftung zwischen dem Elektrodenkontakt 20 und der Elektrode 8A verbessert wird, wodurch ein Ablösen des Elektrodenkontakts 20 verhindert werden kann.
Ferner werden als Folge der Reaktion von Vanadium mit GaN der Kontaktschicht 117 Stickstofflöcher innerhalb der Kontaktschicht erzeugt. Da der Donator, der diesen Löchern zuzuschreiben ist, einen Akzeptor kompensiert, was zu einer verminderten Lochkonzentration führt, wird unter dem Elektrodenkontakt 20 um die Verbindung der Kontaktschicht 117 mit der Elektrode 8A ein Bereich mit hohem spezifischen Widerstand 171 ausgebildet, wie es in 11 gezeigt ist. Aufgrund der Bildung dieses Bereichs mit hohem spezifischen Widerstand 171 fließt ein Strom von dem Elektrodenkontakt 20 nicht nach unten, sondern in lateralen Richtungen entlang der Elektrode 8A. Der Elektrodenkontakt 20 ist ein dicker Teil, der keine Lichtdurchlässigkeitseigenschaften aufweist und durch den Licht im Allgemeinen nicht hindurchtreten kann. Dadurch, dass der Strom, der durch den Elektrodenkontakt 20 hindurchgetreten ist, entlang der Elektrode 8A fließt, durch die Licht hindurchtreten kann, weist die Elektrode 8A eine erhöhte Stromdichte auf und es kann eine verbesserte Leuchtdichte erhalten werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde Vanadium als Material der ersten Metallschicht 201 verwendet. Es wurde jedoch gefunden, dass die Verwendung eines Chromfilms (Cr-Film) mit einer Dicke von etwa 300 Å als erste Metallschicht 201 zur Erzeugung eines sehr guten Haftvermögens und zum Fließenlassen eines Stroms von dem Elektrodenkontakt 20 nicht nach unten, sondern selektiv entlang der Elektrode 8A ebenso effektiv ist wie der Vanadiumfilm.
Obwohl Chrom oder Vanadium in der vorstehenden Ausführungsform für die erste Metallschicht 201 verwendet wurde, kann die Schicht 201 aus mindestens einem von Chrom, Vanadium, Titan (Ti), Niob (Nb), Tantal (Ta) und Zirkonium (Zr) aufgebaut sein. Obwohl Cobalt und Gold für die zweite Metallschicht 202 verwendet wurden, kann diese Schicht aus mindestens einem von Cobalt, Nickel, Aluminium und Gold aufgebaut sein. Zur Ausbildung eines -Elektrodenkontakts 20 einer Einschicht-Struktur durch gleichzeitiges Aufdampfen können auch zwei oder mehr dieser Materialien verwendet werden.
So lange diese Materialien verwendet werden, kann wie bei den vorstehend genannten Ausführungsformen die Elektrode 8A eine Einschicht-Struktur oder eine Mehrschicht-Struktur aufweisen, die drei oder mehr Schichten umfasst.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde das Erhitzen zum Legieren bei einer Temperatur von 550°C durchgeführt. Es können jedoch Temperaturen im Bereich von 400 bis 700°C eingesetzt werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde die Wärmebehandlung in einer O₂-Gasatmosphäre durchgeführt (wie es in der ersten und der dritten Ausführungsform beschrieben worden ist). Die Atmosphäre für die Wärmebehandlung kann jedoch aus mindestens einem Gas bestehen, das aus O₂, O₃, CO, CO₂, NO, N₂O, NO₂ und H₂O oder einem Mischgas ausgewählt ist, das zwei oder mehr dieser Gase enthält. Die Atmosphäre zur Wärmebehandlung kann auch ein Mischgas sein, das mindestens eines von O₂, O₃, CO, CO₂, NO, N₂O, NO₂ und H₂O und ein oder mehrere Inertgase enthält, oder ein Mischgas, das ein Gemisch aus zwei oder mehr von O₂, O₃, CO, CO₂, NO, N₂O, NO₂ und H₂O und ein oder mehrere Inertgase enthält. Die Atmosphäre für die Wärmebehandlung kann ein beliebiges Gas sein, das entweder Sauerstoffatome oder Moleküle enthält, die Sauerstoffatome aufweisen. Bei der Wärmebehandlung werden die Wasserstoffatome, die an Fremdatome des p-Typs in der Kontaktschicht 117 gebunden sind, in einem Sauerstoff-umfassenden Gas erhitzt und dadurch von den Fremdatomen des p-Typs getrennt. Als Folge davon kann die Kontaktschicht 117 einen niedrigeren Widerstand aufweisen.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde das Legieren in einer O₂-Gasatmosphäre mit einem Druck von 3 Pa durchgeführt. Der Druck der Atmosphäre für die Wärmebehandlung ist jedoch nicht besonders beschränkt, so lange der Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung besteht, die bei der für die Wärmebehandlung verwendeten Temperatur nicht pyrolysiert wird. Wenn nur O₂ als Sauerstoff-umfassendes Gas verwendet wird, dann kann das Gas mit einem Druck eingeführt werden, der höher ist als der Zersetzungsdruck für den Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung. Wenn ein Gemisch von O₂ mit einem Inertgas verwendet wird, dann wird der Druck des gesamten Mischgases auf einen Wert eingestellt, der höher ist als der Zersetzungsdruck für den Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung. In diesem Fall ist ein O₂-Gasanteil von nicht weniger als etwa 10^–6 bezogen auf das gesamte Mischgas ausreichend. Wenn die Wärmebehandlung beispielsweise in einer Atmosphäre durchgeführt worden ist, die aus N₂-Gas bestand, das 1% 0₂-Gas enthielt und die einen O₂-Partialgasdruck von 100 Pa aufwies, wurden die gleichen Effekte wie die vorstehenden Effekte erhalten. Für die Einführungsmenge des Sauerstoff-umfassenden Gases gibt es im Hinblick auf die Erzeugung des niedrigen Widerstands des p-Typs und des Legierens der Elektrode keine besondere Obergrenze. Es kann ein beliebiger hoher Druck eingesetzt werden, so lange eine Herstellung möglich ist.
Wie es vorstehend gezeigt wurde, stellt diese Ausführungsform die folgenden Effekte bereit. Durch die Ausbildung einer stromdiffundierenden Elektrode, die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften und ohmsche Eigenschaften auf einem Halbleiter aus einer GaN-artigen Verbindung vereinigt und ferner durch die Ausbildung eines Elektrodenkontakts auf der Elektrode, der ein Metall enthält, das gegenüber Stickstoff reaktiv ist, kann nicht nur ein Ablösen des Elektrodenkontakts 20 verhindert werden, sondern die stromdiffundierende Elektrode kann auch eine erhöhte Stromdichte und eine verbesserte Leuchtdichte aufweisen.
Die vorstehend beschriebene vorliegende Endung betrifft lichtemittierende Dioden mit einer lichtdurchlässigen Elektrode und einem Elektrodenkontakt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf die Herstellung von Laserdioden (LD), Licht-empfangenden Vorrichtungen und anderen elektronischen Vorrichtungen geeignet, bei denen davon ausgegangen werden kann, dass Halbleitervorrichtungen aus einer GaN-artigen Verbindung eingesetzt werden, wie z. B. Hochtemperaturvorrichtungen und Leistungsvorrichtungen.

Claims

Eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung aus einer GaN-artigen Verbindung, umfassend eine Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung (7, 104, 117); und eine Elektrode (8A), die auf der Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung fixiert ist und eine Lichtdurchlässigkeitseigenschaft und eine ohmsche Eigenschaft aufweist, wobei die Elektrode eine Metallschicht umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht aus einer Cobaltlegierung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Metallschicht aus einer Cobaltlegierung ausgebildet ist, welche die Strukturmerkmale aufweist, die erhältlich sind durch Legieren (a) einer Schicht, die eine erste Metallschicht (81), die aus Cobalt hergestellt ist und die auf der Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung fixiert ist, und eine zweite Metallschicht (82), die aus Gold hergestellt ist und die auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, umfasst, durch eine Wärmebehandlung; oder (b) einer Schicht, die eine erste Metallschicht (81), die aus Gold hergestellt ist und die auf der Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung fixiert ist, und eine zweite Metallschicht (82), die aus Cobalt hergestellt ist und die auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, umfasst, durch eine Wärmebehandlung; oder (c) einer einzelnen Schicht (81), die aus Cobalt und Gold hergestellt ist, durch eine Wärmebehandlung; oder (d) einer Schicht, die eine erste Metallschicht (81), die aus Cobalt hergestellt ist und die auf der Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung fixiert ist, eine zweite Metallschicht (82), die aus einem Element der Gruppe II hergestellt ist und die auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, und eine dritte Metallschicht, die aus Gold hergestellt ist und die auf der zweiten Metallschicht ausgebildet ist, umfasst, durch eine Wärmebehandlung; oder (e) einer Schicht, die eine erste Metallschicht (81), die aus Cobalt hergestellt ist und die auf der Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung fixiert ist, und eine zweite Metallschicht (82), die aus eine Legierung aus Palladium mit Platin hergestellt ist und die auf der ersten Metallschicht ausgebildet ist, umfasst, durch eine Wärmebehandlung.
Ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung aus einer GaN-artigen Verbindung, umfassend die Schritte: Herstellen einer Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung; Ausbilden einer Metallschicht unter Verwendung einer Cobaltlegierung auf der Halbleiterschicht des p-Typs aus einer GaN-artigen Verbindung; und Durchführen einer Wärmebehandlung für die Metallschicht bei einer Temperatur von 400 bis 700°C und/oder unter Grobvakuumbedingungen zur Ausbildung einer Elektrode.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Wärmebehandlung zum Legieren in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die mindestens Sauerstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die ein Inertgas enthält.