DE69835986T2

DE69835986T2 - Elektrode eines halbleitenden Nitrids vom N-Typ, ein Halbleiterbauelement mit einer solchen Elektrode und ein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69835986T2
Application number: DE69835986T
Authority: DE
Inventors: Kunio Moriguchi-shi Takeuchi; Nobuhiko Moriguchi-shi Hayashi; Yasuhiko Moriguchi-shi Nomura; Kouji Moriguchi-shi Tominaga
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP3462720B2; KR100548860B1; DE69835986D1; EP0892443A3; KR19990013897A; JPH1140852A; EP0892443B1; EP1710848A1; US6130446A; EP0892443A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode eines Nitridhalbleiter vom N-Typ, eine Halbleitervorrichtung mit der Elektrode und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Ein Halbleiter aus einer auf Galliumnitrid basierenden Verbindung (beispielsweise GaN) wird als ein Halbleiter von P-Typ, wenn P-Verunreinigungen (Mg, Zn, Cd, Be, Li etc.) zugesetzt sind, während er als ein N-Halbleiter dient, wenn N-Verunreinigungen (Si, Sn, Ge, etc.) zugesetzt sind, und wird als Halbleiterschicht einer optischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer blaues Licht emittierenden Diode (LED), einer Laserdiode oder eines lichtempfangenden Elements verwendet.
Es wurde gefordert, dass die Leistung der optischen Vorrichtung bezüglich des Treibens mit niedriger Spannung und Erhöhung der Luminanz zu verbessern ist. Um diese Anforderung zu realisieren ist es jedoch notwendig, den Kontakt eines Metallfilms, der als eine Elektrode verwendet wird, mit einem Halbleiterfilm gut zu gestalten. Das heißt, es ist ein guter ohmscher Kontakt erforderlich. Der Stand der Technik einer Elektrode eines Halbleiters vom N-Typ, der aus einer auf Galliumnitrid basierenden Verbindung besteht, ist eine Struktur, bei der Titan (Ti) und Gold (Au) laminiert sind. Die Elektrode wird durch Elektronenstrahlverdampfung hergestellt und wird dann einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von nicht unter 600°C unterzogen, um einen guten ohmschen Kontakt zu erzielen (siehe beispielsweise JP-A-7-254733). Obwohl eine Elektrode, die eine Struktur verwen det, bei der Titan (Ti) und Aluminium (Al) laminiert sind, ebenfalls vorgeschlagen worden ist, wird die Elektrode ebenfalls durch Elektronenstrahlverdampfung gebildet und dann einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von annähernd 600°C unterzogen, um einen guten ohmschen Kontakt zu erzielen (siehe B. Luther u. a., Applied Physical Letter 70(1) 6 Januar 1997, Seiten 57–59).
Andererseits ist ein Beispiel einer Elektrode eines Halbleiters vom P-Typ aus einer auf Galliumnitrid basierenden Verbindung ein Beispiel, das eine Struktur hat, bei der zwei Arten von dünnen Metallfilmen aus Nickel (Ni) und Gold (Au), die höhere Leitfähigkeitseigenschaften als Nickel haben, laminiert sind. Die dünnen Metallfilme werden als eine ganze transparente Metalloberfläche verwendet, indem bewirkt wird, dass sie durch Senken der Dicke eine Transparenz erhalten. Auch in diesem Fall wird die Elektrode einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von annähernd 400°C unterzogen, um einen guten ohmschen Widerstand zu erhalten (siehe beispielsweise die JP-A-7-094782).
Wie im Vorstehenden beschrieben, hat die Elektrode eines auf Galliumnitrid basierenden N-Halbleiters herkömmlicherweise eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur nicht unter 600°C erfordert, um einen guten ohmschen Kontakt zu erzielen. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur 600°C überschreitet, funktionieren jedoch Nickel (Ni) und Gold (Au), die als eine transparente Elektrode des auf Galliumnitrid basierenden P-Halbleiters verwendet worden sind, nicht als eine Elektrode, weil sie schlechtere Leitfähigkeitseigenschaften und einen höheren Flächenwiderstand haben, weil Gold auf der oberen Schicht durch Aggregation infolge der schlechteren Netzbarkeit zwischen Gold und Nickel partiell nicht existiert. Um die Funktion als eine transparente Elektrode zu benutzen und einen ohmschen Kontakt mit einer Elektrode vom N-Typ zu erzielen, wurde daher ein Verfahren zum Ausbilden einer Elektrode von N-Typ, Unterziehen der Elektrode von N-Typ einer Wärmebehandlung und nachfolgendem Ausbilden einer transparenten Elektrode verwendet.
Wenn durch dieses Verfahren eine Vorrichtung wird, müssen jedoch die Elektroden vom P-Typ und N-Typ separat wärmebehandelt werden. Darüber hinaus ist die Anzahl der photolithographischen Vorgänge erhöht, was zu einer komplizierten Arbeit führt.
Die US 5,369,289 beschreibt eine LED mit einem Substrat, einer auf GaN basierenden Schicht vom N-Typ und einer Elektrode, die auf dieser ausgebildet ist, wobei die Elektrode aus einer Aluminiumschicht, einer Nickelschicht und einer Goldschicht besteht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Probleme durchgeführt und hat zur Aufgabe einen ohmschen Kontakt der Elektrode mit einem Nitridhalbleiter vom N-Typ zu schaffen, ohne dass eine Wärmebehandlung mit hoher Temperatur erforderlich ist, sowie eine Halbleitervorrichtung mit der Elektrode und ein Verfahren zur Herstellung derselben zu schaffen.
Eine Elektrode eines Nitridhalbleiters vom N-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Nitridhalbleiter vom N-Typ eine Aluminiumschicht und eine Siliziumschicht in der genannten Reihenfolge vorgesehen sind und auf der Siliziumschicht eine Schicht aus einem hochtemperaturbeständigen Metall und eine Goldschicht in der genannten Reihenfolge vorgesehen sind.
Für die hochtemperaturbeständige Metallschicht kann Nickel, Platin, Titan oder Molybdän verwendet werden.
Durch Verwendung der vorstehend genannten Elektrodenstruktur eines Mehrschichtfilms wird eine Elektrode, die mit einem auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter vom N-Typ einen guten ohmschen Kontakt bildet, erhalten, ohne dass eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur erforderlich ist.
Die Aluminiumschicht ist dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer Inselform auf dem Nitridhalbleiter vom N-Typ ausgebildet ist.
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die vorstehende Elektrode eines Nitridhalbleiters vom N-Typ hat.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode eines Nitridhalbleiters vom N-Typ, gekennzeichnet durch eine Aluminiumschicht, eine Siliziumschicht, eine Nickelschicht, und eine Goldschicht, die in der genannten Reihenfolge auf dem Nitridhalbleiter vom N-Typ ausgebildet sind, wobei die Elektrode bei einer Temperatur von 30 bis 70°C durch Elektronenstrahlverdampfung ausgebildet wird.
Die Dicke der Aluminiumschicht kann nicht mehr als 10 nm betragen. Die Elektrode kann auf dem Nitridhalbleiter vom N-Typ durch einen Lift-off-Prozess ausgebildet sein.
Gemäß dem vorstehend angegebenen Herstellungsverfahren ist es möglich, eine Elektrode herzustellen, die mit dem Nitridhalbleiter vom N-Typ einen guten ohmschen Kontakt bildet. Ferner kann das Abschälen der Elektrode verhindert werden, indem sie unter Verwendung eines Lift-off-Prozesses ausgebildet wird.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben und Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine erläuternde Ansicht einer Vorrichtungsstruktur zum Messen des Kontaktwiderstandes (Rc) einer Elektrode vom N-Typ in der vorliegenden Erfindung;
2 u. 3 sind charakteristische Ansichten, die die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und dem Kontaktwiderstand jeweils einer n-GaN-Schicht und einer Elektrodenschicht nach dem reaktiven Ionenätzen (RIE) zeigen; und
4A u. 4E sind Ansichten im Längsschnitt, die die Schritte des Herstellungsverfahrens einer blauen LED mit einer Elektrode vom N-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wie in der 1 gezeigt, ist auf einem Saphirsubstrat 1 durch ein MOCVD-(metallorganische chemische Abscheidung aus der Dampfphase)-Verfahren, ein GaN-Film 2 vom N-Typ mit einer Dicke von 3,9 μm mit einer Trägerkonzentration von ∼ 3 × 10¹⁸ cm^–3 und einem Flächenwiderstand von 22 bis 26 Ω/☐ ausgebildet. Der GaN-Film 2 vom N-Typ wird durch ein Reinigungsfluid aus einem HCl-System, einem H₂SO₄-System oder einem BHF-System gereinigt, wonach auf dem GaN-Film 2 vom N-Typ zur Erzielung eines ohmschen Kontaktes bei Zimmertemperatur mittels einer Elektronenstrahlverdampfung unter Verwendung einer Metallmaske eine Elektrode 15 ausgebildet wird, die aus einem Mehrschichtfilm besteht, dessen Zusammensetzung variiert wird.
Die Elektroden 15 vom N-Typ mit einem Durchmesser von ∅ 170 μm werden in einem Rastermaß von 250 μm auf dem GaN-Film 2 vom N-Typ ausgebildet. Der Kontaktwiderstand Rc (=V/I) der Elektrode 15 vom N-Typ wurde durch ein Dreianschlussverfahren gemessen.
Als Beispiele für die N-Typ-Elektrode 15, die aus dem Mehrschichtfilm gebildet ist, werden die folgenden vier Arten von N-Typ-Elektroden bei Zimmertemperatur durch Elektronenstrahlverdampfung ausgebildet.
Die erste Elektrode vom N-Typ, welche lediglich zum Vergleich dient und keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, hat eine Struktur, bei der Aluminium (Al) mit einer Dicke von 30 nm auf der Seite eines GaN-Films 2 vom N-Typ abgeschieden ist und darauf Gold (Au) mit einer Dicke von 20 nm laminiert ist. Die zweite Elektrode vom N-Typ, die nur zum Vergleich dient und nicht Teil der vorliegenden Verbindung ist, hat eine Struktur, bei der Aluminium (Al) mit einer Dicke von 6 nm auf der Seite des GaN-Films 2 vom N-Typ abgeschieden ist, darauf Silizium (Si) mit einer Dicke von 1 nm vorgesehen ist und weiterhin darauf Gold (Au) mit einer Dicke von 20 nm laminiert ist. Die dritte Elektrode vom N-Typ, die nur zum Vergleich dient und nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, hat eine Struktur, bei der Aluminium (Al) mit einer Dicke von 6 nm auf der Seite eines GaN-Films 2 vom N-Typ abgeschieden ist, darauf Nickel (Ni) mit einer Dicke von 2 nm vorgesehen ist und weiter darauf Gold (Au) mit einer Dicke von 20 nm laminiert ist. Die vierte Elektrode vom N-Typ hat eine Struktur, bei der Aluminium (Al) mit einer Dicke von 6 nm auf der Seite eines GaN-Films 2 vom N-Typ abgeschieden ist, darauf aufeinander folgen Silizium (Si) mit einer Dicke von 1 nm und Nickel (Ni) mit einer Dicke von 6 nm laminiert sind und weiterhin darauf Gold (Au) mit einer Dicke von 20 nm laminiert ist. Die Dicke ist ein Wert, welcher während der Filmausbildung durch einen Quarzoszillatormonitor beobachtet wird.
Der Kontaktwiderstand jeder der vorstehend genannten vier Typen von Elektroden von N-Typ wurde durch das Dreianschlussverfahren nach der Abscheidung und nach der Wärmebehandlung bei entsprechenden Temperaturen, gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Als Kontaktwiderstand sind zwei Werte bei 1 mA und bei 10 mA gezeigt. Die Wärmebehandlung wurde drei Minuten in einer Stickstoff-(N₂)-Atmosphäre durchgeführt.
Tabelle 1
Je kleiner die Differenz zwischen dem Kontaktwiderstand bei 1 mA und dem Kontaktwiderstand bei 10 mA ist und je kleiner der absolute Wert dazwischen ist, umso besser werden die ohmschen Charakteristika.
Tabelle 2 zeigt die Wärmebehandlungstemperaturen und die Ergebnisse der Bewertung der Linearität von I–V Charakteristika bei jeder der vorstehend genannten Elektrodenstrukturen. Tabelle 2

Linearer minimaler Kontaktwiderstand,
O: linear (Rc10/bei 1mA) > 0,9,
Δ: nichtlinear (Rc10/bei 1 mA) < 0,9,
nichtlinear (Rc 10/bei 1 mA) < 0,6.

Wie aus der Tabelle 1 und der Tabelle 2 zu ersehen ist, wird, wenn wenigstens eine einer Silizium-(Si)-Schicht und einer Nickel-(Ni)-Schicht zwischen einer Aluminium-(Al)-Schicht und einer Gold-(Au)-Schicht angeordnet ist, eine Elektrode vom N-Typ bei Wärmebehandlungstemperaturen nicht höher als 300°C mit linearen Charakteristika erhalten. Daraus folgt, dass eine Elektrodenstruktur eines Mehrfachschichtfilms, bei dem eine Aluminium-(Al)-Schicht auf einem auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter vom N-Typ vorgesehen ist und darauf eine Gold-(Au)-Schicht mit wenigstens einer Silizium-(Si)-Schicht oder Nickel-(Ni)-Schicht dazwischen verwendet wird, um eine Elektrode zu erzielen, die mit einem auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter vom N-Typ einen ohmschen Kontakt bildet, ohne dass eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur erforderlich ist. Wenn der GaN-Film 2 vom N-Typ, der einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, untersucht wurde, wurde keine Diffusion von Silizium (Si) von der Elektrode 15 beobachtet.
Die Tabelle 1 zeigt Proben, die durch Aufwachsen des GaN-Films 2 vom N-Typ auf das Saphirsubstrat 1 und Ausbildenden der Elektrode 15 durch beispielsweise Abscheidung d. h. Erzeugen der Elektrode 15 auf dem GaN-Film 2 vom N-Typ in einem wie aufgewachsenen Zustand gebildet wurden. Bei der tatsächlichen Vorrichtung wird jedoch ein GaN-Film vom P-Typ auf den GaN-Film vom N-Typ aufgewachsen, und der GaN-Film vom P-Typ wird durch R.I.E. (reaktives Ionenätzen) geätzt, wonach eine Elektrode ausgebildet wird. Daher sind Ergebnisse, die durch Ausbilden einer Elektrode auf einem GaN-Film vom N-Typ, der durch R.I.E. geätzt worden ist, und Messen des Kontaktwiderstandes desselben in der Tabelle 3 gezeigt. Die R.I.E.-Bedingungen sind Ätzgas CF₄ mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 sccm (Standardkubikzentimeter) und Ätzgas O₂ mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,5 sccm, Leistung 300 W, eine Zeitdauer von 50 Minuten und ein Gasdruck von 3 Pa. Der GaN-Film wurde kontinuierlich ohne Reinigen der Kammer in der Ätzausrüstung geätzt.
Tabelle 3
Als Kontaktwiderstand Rc sind zwei Werte bei 1 mA und bei 10 mA, die durch das vorstehend genannte Dreianschlussverfahren gemessen worden sind, gezeigt. Die Dicke der Elektrode ist ein Wert, der während der Filmausbildung durch einen Quarzoszillatormonitor überwacht wurde.
Wenn, wie aus der Tabelle 3 zu ersehen ist, der GaN-Film vom N-Typ in einem wie Gewachsen-Zustand ist, ist der Kontaktwiderstand (Rc) der Elektrode selbst dann nicht geändert, wenn die Dicke des Aluminiums (Al) erhöht ist. Wenn der GaN-Film vom N-Typ nach R.I.E. verwendet wird, werden jedoch gute ohmsche Charakteristiken durch Tempern bei einer Temperatur von nicht niedriger als 300°C erzielt, wenn die Dicke von Aluminium (Al) gleich 6 nm ist. Andererseits können gute ohmsche Charakteristika selbst dann nicht durch Tempern bei einer Temperatur von 500°C erzielt werden, wenn die Dicke des Aluminiums (Al) 60 nm beträgt. Wenn die Proben durch ein Abtastelektronenmikroskop (SEM) betrachtet wurden, hat Aluminium (Al), das an dem GaN-Film vom N-Typ anhaftet, eine Inselform, wenn die Nenndicke von Aluminium (Al) gleich 6 nm ist, während eine kontinuierliche Anhaftung an dem GaN-Film vom N-Typ bei einer Dicke des Aluminiums (Al) von 60 nm auftritt. Wenn der GaN-Film 2 vom N-Typ, der einer Wärmebehandlung unterzogen worden ist, untersucht wurde, wurde keine Diffusion von Silizium (Si) aus der Elektrode beobachtet.
Ferner wurde die Temperatur, bei der die Elektrode bestehend aus Au/Ni/Si/Al (200/6/1/6 nm) abgeschieden wurde, geändert, um die ohmschen Charakteristika zu messen. Gute ohmsche Charakteristika wurden erzielt, wenn die Elektrode bei einer Abscheidetemperatur im Bereich von 30 bis 70°C gebildet wurde, während diese bei einer Abscheidetemperatur von 100°C schlechter wurden. Wenn die Proben zu diesem Zeitpunkt durch SEM untersucht wurden, haftete Aluminium (Al) an dem GaN-Film vom N-Typ bei der Abscheidetemperatur von 30 bis 70°C in Inselform an, während bei einer Abscheidetemperatur von 100°C ein kontinuierliches Anhaften an den GaN-Film vom N-Typ auftrat.
Aus dem Vorstehenden ist zu berücksichtigen, dass Aluminium (Al) in Inselform anhaften sollte, um bei einem GaN-Film vom N-Typ, der durch R.I.E. geätzt worden ist, gute ohmsche Charakteristika zu erhalten. Dies erfordert eine geeignete Steuerung der Abscheidetemperatur und der Dicke von Aluminium (Al). Die Ergebnisse der Versuche zeigten, dass Aluminium (Al) in Inselform anhaften kann, indem die Dicke von Al auf nicht mehr als 10 nm bei einer Abscheidetemperatur von 30 bis 70°C gesetzt wird.
In dem Fall, bei dem die Elektrode eine laminierte Struktur von Au/Ni/Si/Al hat, dient Nickel (Ni) dazu zu verhindern, dass darauf ausgebildetes Gold (Au) diffundiert. Selbst wenn ein hochtemperaturbeständiges Metall, beispielsweise Titan (Ti), Platin (Pt) oder Molybdän (Mo), anstatt von Nickel (Ni) als Material, welches die gleiche Funktion ausfüllt, verwendet wird, kann davon ausgegangen werden, dass eine Elektrode, die die gleiche Wirkung hat, welche einen ohmschen Kontakt mit dem GaN vom N-Typ bildet, erzielt werden kann.
Dann wurde ein GaN-Film 2 vom N-Typ durch Ändern des R.I.E.-Gases geätzt, um die Elektrodencharakteristika einer Elektrode vom N-Typ, die auf der Oberfläche derselben ausgebildet worden war, zu untersuchen. Bezüglich der Elektrodencharakteristika wurden die folgenden zwei Arten von Elektroden auf demselben Substrat ausgebildet und einer Wärmebehandlung unterzogen, um die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und dem Kontaktwiderstand zu untersuchen. Als Elektroden wurden eine Elektrode, die durch Abscheiden von Titan (Ti) mit einer Dicke von 30 nm auf der Seite des GaN-Films 2 N-Typ und Laminieren von Aluminium (Al) mit einer Dicke von 500 nm darauf erhalten, eine Elektrode durch Abscheiden von Aluminium (Al) mit einer Dicke von 6 nm auf der Seite des GaN-Films 2 vom N-Typ und darauffolgendem Laminieren von Silizium (Si) mit einer Dicke von 2 nm, Nickel (Ni) mit einer Dicke von 10 nm und Gold (Au) mit einer Dicke von 200 nm hergestellt.
Als die entsprechenden Proben wurde der GaN-Film 2 vom N-Typ durch Ersetzen des R.I.E.-Gases durch CF₄/H₂ und CF₄/O₂ geätzt, um die vorstehend genannten zwei Arten von Elektroden auf dem GaN-Film 2 vom N-Typ auszubilden. Die entsprechenden Charakteristika der Elektroden wurden verglichen.
Der Kontaktwiderstand jeder der zwei Arten von Elektroden vom N-Typ wurde nach dem Abscheiden und nach der Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen durch das vorstehend genannte Dreianschlussverfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 und Tabelle 5 gezeigt. Die Wärmebehandlung wurde für 10 Minuten unter einer Stickstoffatmosphäre (N₂) durchgeführt. Die R.I.E.-Bedingungen sind Ätzgas CF₄/H₂ mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 sccm/2,5 sccm und Ätzgas CF₄/O₂ mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 sccm/2,5 sccm, Leistung 300 W, eine Zeitspanne von 50 Minuten und ein Gasdruck von 3 bis 4 Pa. Jede Probe wurde nach dem Reinigen der Klammer geätzt.
Als Kontaktwiderstand (Rc) sind zwei Werte bei 1 mA und bei 10 mA, die durch das Dreianschlussverfahren gemessen wurde, gezeigt. Der Flächenwiderstand (n-Rs: Ω/☐) wurde durch ein Vieranschlussverfahren bei einem Strom I von 10 mA mit einem Sondenabstand von 0,75 mm gemessen.
Tabelle 4
Tabelle 5
Wie aus den Tabellen 4 und 5 zu ersehen ist, werden bei der Elektrodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung bei beiden, dem Kontaktwiderstand und dem Flächenwiderstand, bessere Ergebnisse erzielt als verglichen mit der herkömmlichen Aluminium-(Al)-Elektrode, bei der Titan (Ti) auf der Seite des GaN-Films vom N-Typ bei einer Wärmebehandlungstemperatur von nicht höher als 450°C erzielt werden. Die 2 und 3 zeigen jeweils die Beziehungen zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und dem Kontaktwiderstandsverhältnis (Rc(10mA)/Rc(1mA)) für die Fälle, bei denen verschiedene Arten von R.I.E.-Ätzgas verwendet wurden. Wie aus den Tabellen zu ersehen ist, werden in der Elektrode, die die Elektrodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung hat, verglichen mit der herkömmlichen Elektrode bei einer Wärmebehandlungstemperatur von nicht höher als 450°C als Charakteristika mit besserer Linearität erzielt.
Bezüglich des R.I.E.-Ätzgases werden sowohl für den Flächenwiderstand N-Rs als auch den Kontaktwiderstand Rc im Fall, bei dem CF₄/H₂ verwendet wurde verglichen mit dem Fall, bei dem CF₄/O₂ verwendet wurde, kleinere Werte erhalten.
Der Vergleich der Rc-Werte wurde, wie in den Tabellen 3, 4 und 5 gezeigt, unter Verwendung der Au/Ni/Si/Al-Elektrode durchgeführt. Während die Rc-Werte nach der Abscheidung in den Tabellen 4 und 5 am Kleinsten sind, sind die Rc-Werte nach der Abscheidung in der Tabelle 3 am Größten.
Dies scheint, weil das Experiment unter der Bedingung der sauberen Kammer durchgeführt wurde, bei dem die Kammer in der Ätzausrüstung gereinigt worden war. Das heißt, die Wiederholung von R.I.E. in der Kammer verursacht vermutlich ein Anhaften von Resten des Ätzgases und Verunreinigungen, wie beispielsweise geätzte Substanzen, an der Innenseite der Kammer. Weiterhin haften diese Substanzen, die an der Innenseite der Kammer anhaften an der GaN-Schichtoberfläche an, wenn die GaN-Schicht vom N-Typ geätzt wurde, und daraus folgend hat sich wie in der Tabelle 3 gezeigt, der Kontaktwiderstand zwischen der GaN-Schichtung der Elektrode verringert.
In einem solchen Fall, bei dem Substanzen am Inneren der Kammer in der Ätzausrüstung anhaften, kann jedoch die vorliegende Erfindung eine Reduktion des Kontaktwiderstandes und gute ohmsche Charakteristika durch Tempern bei einer Temperatur von 300°C erzie len. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung bei der Massenproduktion sehr effektiv, bei der ein Ätzen aufeinanderfolgend durchgeführt wird.
Die 4A bis 4E sind Ansichten im Längschnitt, die die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Chips einer blauen LED zeigen, welcher die vorstehend beschriebene Elektrodenstruktur von Au/Ni/Si/Al/(GaN vom N-Typ) als Elektrode vom N-Typ verwenden. Ein Verfahren zur Herstellung des Chips wird unter Verwendung der 4A bis 4E beschrieben.
Wie in der 4A gezeigt, sind auf einem Saphirsubstrat 1 durch ein MOCVD-Verfahren eine GaN-Schicht 2 vom N-Typ und eine GaN-Schicht von P-Typ 3 ausgebildet. Ein Teil der GaN-Schicht 3 vom P-Typ oder dergleichen wird mittels Mesa-Ätzens unter Verwendung von R.I.E. entfernt, um einen Teil der GaN-Schicht 2 vom N-Typ freizulegen. Eine lichtemittierende Schicht 10 aus InGaN wird zwischen der GaN-Schicht 2 vom N-Typ und der GaN-Schicht 3 vom P-Typ ausgebildet.
Wie in der 4B gezeigt wird weitgehend über der gesamten Oberfläche der GaN-Schicht 3 vom P-Typ eine transparente Elektrode 4 aus einem laminierten Film aus Ni (2 nm Dicke) und Au (4 nm Dicke) durch ein Verfahren wie beispielsweise Elektronenstrahlverdampfung ausgebildet, um eine Oberfläche zu bilden, an der eine Lichtemission zu beobachten ist. Beim Ausbilden der transparenten Elektrode 4 wird keine Wärmebehandlung durchgeführt. Das Programm geht dann weiter zum Schritt, der in 4C gezeigt ist.
Wie in der 4C gezeigt, wird eine Elektrode 5 vom N-Typ durch Laminieren von Aluminium (Al) mit einer Dicke von 6 nm, Silizium (Si) mit einer Dicke von 1 nm, Nickel (Ni) mit einer Dicke von 6 nm und Gold (Au) mit einer Dicke von 200 nm auf der Oberfläche der GaN-Schicht 2 vom N-Typ durch Elektronenstrahlverdampfung oder dergleichen ausgebildet, erhalten. Ein Beispiel der Strukturierung der Elektrode 5 vom N-Typ ist eine Strukturierung durch Ätzen oder einen Lift-off-Prozess. Als Strukturierung durch Ätzen wird ein laminierter Mehrschichtfilm, als Elektrode abgeschieden, und dann wird durch ein photolithographisches Verfahren eine Elektrodenstruktur ausgebildet, wonach die Elektro de durch Nassätzen gebildet wird. Das Ätzen wird unter Verwendung der folgenden Ätzmittel durchgeführt. Für Gold (Au) wird ein Lösungsgemisch aus Jod und Kaliumjod verwendet, für Nickel (Ni) wird eine Salpetersäurelösung verwendet, für Silizium (Si) wird ein Lösungsgemisch aus Flusssäure und Salpetersäurelösung verwendet, und für Aluminium (Al) wird eine Phosphorsäurelösung verwendet. Es wurde herausgefunden, dass sich die Elektrode leicht abschälte, wenn die Elektrode durch das vorstehend beschriebene Ätzen strukturiert worden war. Das heißt, in der Elektrodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Dicke von Al und Si klein, beispielsweise ungefähr 6 nm, so dass es schwierig ist, die Ätzrate zu steuern und das Ende des Ätzens zu beurteilen. Al wird unter Verwendung einer anderen Lösung als Phosphorsäurelösung geätzt und wird unter Verwendung eines Ätzmittels für Si oder Ni geätzt. Dies zeigt an, dass sich die Elektrode leicht abschält. In der Elektrodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass für die Strukturierung der Elektrode ein Lift-off-Prozess verwendet wird. In dem Lift-off-Prozess wird ein Überhangteil auf einem Resistfilm ausgebildet, und auf diesem wird der vorstehend genannte Mehrschichtfilm, der eine Elektrode wird, abgeschieden. Der abgeschiedene Film wird durch eine Stufe in dem Überhangteil geschnitten, und ein unnötiger Teil wird zusammen mit dem Resistfilm entfernt, wodurch die Elektrode gebildet wird. In diesem Prozess ist kein Ätzmittel oder dergleichen erforderlich, daher müssen die Ätzrate, die Selektivität oder dergleichen für andere Materialien nicht berücksichtigt werden. Die Elektrode schält sich nicht ab. Der Lift-off-Prozess ist daher für die Ausbildung der Elektrode aus dem Mehrschichtfilm geeignet.
Nachdem die Elektrode 5 vom N-Typ so ausgebildet wurde, wurde eine Wärmebehandlung (Legierung) für drei Minuten bei einer Temperatur von ungefähr 400°C durchgeführt, um einen ohmschen Kontakt der Elektrode 5 vom N-Typ zu erhalten und einen ohmschen Kontakt der vorstehend genannten transparenten Elektrode 4 zu erhalten. Bei der Wärmebehandlung werden die Leiteigenschaften und die Haftkraft der transparenten Elektrode 4 die bereits ausgebildet ist, nicht verschlechtert. Bei der Wärmebehandlung wird eine Strömungsgeschwindigkeit von Stickstoffgas von 1,0 Liter pro Minute verwendet.
Danach wird ein Schutzfilm 6, bestehend aus SiO₂, Si₃O₄, SiN oder dergleichen, durch Aufschleudern eines Beschichtungsfilms mit Fluidität und nachfolgendes Backen des Beschichtungsfilms, wie in der 4D gezeigt, ausgebildet, beide Elektrodenteile des Schutzfilms 6 werden geöffnet, wie dies in der 4E gezeigt ist, und es werden Pad-Elektroden 7 und 8 bestehend aus Nickel (Ni) mit einer Dicke von ungefähr 30 nm und Gold (Au) mit einer Dicke von ungefähr 500 nm vorgesehen. Daraus folgend wird der Chip der blauen LED erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können daher die Elektrode 5 vom N-Typ und die transparente Elektrode 4 gleichzeitig wärmebehandelt werden, so dass die Schritte vereinfacht werden können. Metalle, welche die Elektrode vom N-Typ bilden, können in einigen Fällen während der Wärmebehandlung (Legierung) legiert werden. Selbstverständlich ist ein derartiger Fall in der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Obwohl in der vorstehenden Beschreibung GaN als eine Halbleiterverbindung basierend auf Galliumnitrid dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Beispielsweise ist auch Ga_XAl_1-XN (wobei 0 ≤ X ≤ 1 gilt) oder In_XAl_YGa_1-X-YN (wobei 0 ≤ X ≤ 1 und 0 ≤ Y ≤ gilt) enthalten. Es versteht sich von selbst, dass die auf Galliumnitrid basierende Halbleiterverbindung in einem Fall Nitrid sein kann, bei dem kein Ga enthalten ist, wie dies aus den Formeln zu ersehen ist.
Obwohl der blaue LED-Chip als eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung der Elektrode dargestellt worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese begrenzt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch für optische Vorrichtungen, wie beispielsweise einen Phototransistor (insbesondere für eine kurze Wellenlänge) und ein Halbleiterlaser, verwendet werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung auch bei Vorrichtungen (insbesondere für eine Umgebung mit bei hoher Temperatur) wie beispielsweise einen FET, einen Bipolartransistor und eine Diode zusätzlich zu den optischen Vorrichtungen anwendbar.
Wie im Vorstehenden beschrieben ist, es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Elektrode zu erzielen, die mit einem Galliumnitridhalbleiter vom N-Typ einen ohmschen Kontakt bildet, ohne dass eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur erforderlich ist.

Claims

Elektrode eines Nitridhalbleiters vom N-Typ, wobei eine Aluminiumschicht und eine Siliziumschicht in dieser Reihenfolge auf einem Nitridhalbleiter (2) vom N-Typ vorgesehen sind und einer Schicht aus hochtemperaturbeständigem Metall und eine Goldschicht in dieser Reihenfolge auf der Siliziumschicht vorgesehen sind.
Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Schicht aus hochtemperaturbeständigem Metall ausgewählt ist aus Nickel, Platin, Titan oder Molybdän.
Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumschicht in Inselform auf dem Nitrithalbleiter vom N-Typ ausgebildet ist.
Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Aluminiumschicht nicht mehr als 10 nm beträgt.
Halbleitervorrichtung mit einer Elektrode vom N-Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Halbleitervorrichtung eine optische Vorrichtung ist.
Verfahren zum Herstellen einer Elektrode eines Nitrithalbleiters vom N-Typ, wobei eine Aluminiumschicht, eine Siliziumschicht, eine Nickelschicht und eine Goldschicht in dieser Reihenfolge auf einem Nitrithalbleiter vom N-Typ vorgesehen sind, wobei die Elektrode bei einer Temperatur von 30 bis 70°C durch Elektrodenstrahlverdampfung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Dicke der Aluminiumschicht nicht mehr als 10 nm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Elektrode durch einen Lift-Off Prozess gebildet wird.