JP2000012831A - Ohmic electrode and formation thereof - Google Patents
Ohmic electrode and formation thereofInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
駆動電極として当該デバイスに装荷されるオーミック電
極とその形成方法に関し、更に詳しくは、III−V族窒
化物系化合物半導体から成るn型層に装荷され、高温下
においても優れたオーミック特性を示し、前記n型層と
の密着性も優れ、またAuリード線との接触抵抗も小さ
いオーミック電極とその形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ohmic electrode loaded on a semiconductor device as a drive electrode of the device and a method of forming the same, and more particularly, to an n-type layer made of a group III-V nitride compound semiconductor. The present invention relates to an ohmic electrode which is loaded, exhibits excellent ohmic characteristics even at high temperatures, has excellent adhesion to the n-type layer, and has low contact resistance with an Au lead wire, and a method for forming the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、GaAs系化合物半導体で電界
効果トランジスタ(FET)を製造する場合、所定基板
の上に、GaAs系化合物半導体をエピタキシャル成長
させてn型層,i型層,p型層を含む目的の層構造を形
成し、n型層の所定箇所には例えばAuGe/Au,A
uGeNi/Au,Inのような電極材料を蒸着してn
型電極を形成し、またp型層の所定箇所には例えばTi
/Au,Ti/Pt/Auのような電極材料を蒸着して
p型電極が形成される。2. Description of the Related Art For example, when manufacturing a field effect transistor (FET) using a GaAs compound semiconductor, a GaAs compound semiconductor is epitaxially grown on a predetermined substrate and includes an n-type layer, an i-type layer, and a p-type layer. A target layer structure is formed, and AuGe / Au, A
depositing an electrode material such as uGeNi / Au, In
Type electrode, and a predetermined portion of the p-type layer
An electrode material such as / Au, Ti / Pt / Au is deposited to form a p-type electrode.
【0003】その場合、FET動作時におけるパワーロ
スの発生などを極力抑制するためには、n型層とn型電
極の間、またp型層とp型電極の間ではオーミック接触
を実現させることが要件になる。とくに、n型層とn型
電極の間では必要とされる。ところで、GaAs系FE
Tの場合、そのn型層に上記したような電極材料を蒸着
してn型電極を形成すると、n型層の電極との接触界面
にはショットキー障壁ハイトが形成されてしまい、駆動
電流が充分円滑に流れないという問題が生ずる。このよ
うな問題に対しては、n型電極の形成後に、例えばN2
雰囲気下において約380℃の温度域で3分程度の熱処
理を施してオーミック特性を向上させるという処置が採
られている。しかしながら、上記した熱処理時の温度が
高温であったり、また低温であっても処理時間が長時間
に及ぶ場合には、蒸着されている金属材料がn型層に熱
拡散し、その結果、電極とn型層の接触抵抗は大きくな
ってオーミック特性の低下という問題も生じている。In this case, in order to minimize the occurrence of power loss during the operation of the FET, ohmic contact must be realized between the n-type layer and the n-type electrode and between the p-type layer and the p-type electrode. Becomes a requirement. In particular, it is required between the n-type layer and the n-type electrode. By the way, GaAs-based FE
In the case of T, when the above-described electrode material is deposited on the n-type layer to form an n-type electrode, a Schottky barrier height is formed at the contact interface with the electrode of the n-type layer, and the driving current is reduced. A problem arises in that the flow is not sufficiently smooth. To solve such a problem, for example, N 2
In order to improve ohmic characteristics, a heat treatment is performed in an atmosphere at a temperature of about 380 ° C. for about 3 minutes. However, when the temperature during the heat treatment is high or the processing time is long even at a low temperature, the deposited metal material thermally diffuses into the n-type layer, and as a result, the electrode And the contact resistance between the n-type layer and the n-type layer is increased, thereby causing a problem that ohmic characteristics are deteriorated.
【0004】一方、III−V族化合物半導体のうち、G
aN,AlGaN,InGaN,AlInGaNに代表
されるIII−V族窒化物系化合物半導体は、その禁止帯
福が大きく、かつ直接遷移型であり、しかも高温動作も
優れているということから、これらの材料を用いて、発
光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子、フォ
トダイオードやフォトトランジスタなどの受光素子、更
にはバイポーラトランジスタ(HBT),電界効果トラ
ンジスタ(FET),高移動度トランジスタ(HEM
T)などの電子デバイスの研究開発が進められている。On the other hand, among III-V group compound semiconductors, G
III-V nitride-based compound semiconductors typified by aN, AlGaN, InGaN, and AlInGaN have a large forbidden band, are direct transition type, and are excellent in high-temperature operation. Light-emitting elements such as light-emitting diodes and laser diodes, light-receiving elements such as photodiodes and phototransistors, as well as bipolar transistors (HBTs), field-effect transistors (FETs), and high mobility transistors (HEMs)
Research and development of electronic devices such as T) are underway.
【0005】しかしながら、III−V族窒化物系化合物
半導体の場合、その量子化学的な物性がいまだ完全に解
明されているわけではないので、オーミック接触状態を
実現するための必要条件であるφm<φs(n型電極の場
合)、またはφm>φs(p型電極の場合)を満足する電
極材料については、試行錯誤で検索が続けられていると
いう現状にある。However, in the case of a group III-V nitride-based compound semiconductor, its quantum chemical properties have not yet been completely elucidated, so that φm <, which is a necessary condition for realizing an ohmic contact state, is not satisfied. At present, search for electrode materials satisfying φs (in the case of n-type electrode) or φm> φs (in the case of p-type electrode) is continued by trial and error.
【0006】例えば、III−V族窒化物系化合物半導体
から成るn型層に装荷されるn型電極の材料としては、
In,Al,Tiなどが知られている。For example, as a material of an n-type electrode loaded on an n-type layer made of a group III-V nitride compound semiconductor,
In, Al, Ti and the like are known.
【0007】これら材料のうち、Alは蒸着後の前記し
た熱処理を施さなくてもIII−V族窒化物系化合物半導
体との間でオーミック特性を示す材料として知られてい
る。[0007] Among these materials, Al is known as a material that exhibits ohmic characteristics with a III-V group nitride-based compound semiconductor without performing the above-described heat treatment after vapor deposition.
【0008】しかしながら、Alの融点は約640℃と
低く、また酸化を受けやすい金属であるため、蒸着後に
おける電極としての取り扱いが非常に難しくなる。However, since Al has a low melting point of about 640 ° C. and is a metal which is easily oxidized, it becomes very difficult to handle it as an electrode after vapor deposition.
【0009】例えば、Al電極の厚みを200nm以上に
した場合、温度が600℃以上になると、Alの突沸現
象や表面酸化が起こって電極表面の荒れも起こり、オー
ミック特性が低下してしまうのである。すなわち、Al
単独ではIII−V族窒化物系化合物半導体で構成され、
高温動作を1つの特徴とするデバイスのn型電極の材料
として採用するには不適切である。For example, when the thickness of the Al electrode is 200 nm or more, if the temperature becomes 600 ° C. or more, bumping of Al and surface oxidation occur, and the electrode surface is roughened, and the ohmic characteristics are degraded. . That is, Al
It is composed of a group III-V nitride compound semiconductor alone.
It is unsuitable for use as a material for an n-type electrode of a device that features high-temperature operation as one feature.
【0010】そのため、従来は、Al層のこの表面酸化
を防ぐために、更にこの上にTi層を積層して成るAl
/Ti層構造をn型電極としているのが実状である。Therefore, conventionally, in order to prevent this surface oxidation of the Al layer, an Al layer formed by further laminating a Ti layer thereon is used.
In reality, the / Ti layer structure is an n-type electrode.
【0011】この電極構造の場合、温度が400℃近辺
まではn型層との密着性も良好であり、また上層のTi
層に接続されている例えばAuリード線との接触抵抗も
小さい。しかしながら、温度がそれよりも高くなる、具
体的には550℃より高くなると、表面変色が起こりは
じめ、更に600℃より高くなると表面酸化が起こっ
て、n型層との密着性が悪くなると同時にオーミック特
性は著しく劣化してしまう。In the case of this electrode structure, the adhesion to the n-type layer is good up to a temperature around 400 ° C., and the Ti
The contact resistance with, for example, an Au lead wire connected to the layer is also small. However, when the temperature is higher than that, specifically, when the temperature is higher than 550 ° C., surface discoloration starts to occur. The characteristics are significantly deteriorated.
【0012】これは、Tiが酸化してTiO2のような
絶縁体に転化していくことに基づく現象である。This phenomenon is based on the fact that Ti is oxidized and converted into an insulator such as TiO 2 .
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、III−V族
窒化物系化合物半導体から成るn型層に装荷されていた
前記Al/Ti層構造のn型電極における上記した問題
を解決し、温度が600℃より高い場合であっても、n
型層との間でオーミック特性の劣化は起こらず、n型層
との密着性も良好で、更にはAuリード線との接触抵抗
も小さいオーミック電極とn型層へのその形成方法の提
供を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems in the Al / Ti layer structure n-type electrode loaded on the n-type layer made of a group III-V nitride compound semiconductor. Even if the temperature is higher than 600 ° C., n
The present invention provides an ohmic electrode which does not deteriorate the ohmic characteristics between the mold layer and the adhesiveness with the n-type layer and has a low contact resistance with the Au lead wire, and a method of forming the ohmic electrode on the n-type layer. Aim.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、III−V族窒化物系化合物
半導体から成るn型層の上に形成され、Al層とTi層
とAu層とをこの順序で積層して成ることを特徴とする
オーミック電極が提供され、とくに、前記Al層の厚み
が200nm未満であるオーミック電極が提供される。In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, an Al layer, a Ti layer and an Au layer are formed on an n-type layer made of a group III-V nitride compound semiconductor. And an ohmic electrode having a thickness of less than 200 nm, wherein the thickness of the Al layer is less than 200 nm.
【0015】また、本発明においては、III−V族窒化
物系化合物半導体から成るn型層の上にAl層とTi層
とAu層とをこの順序で積層したのち、窒素雰囲気下に
おいて、温度400〜700℃で3分〜250時間の熱
処理を施すことを特徴とするオーミック電極の装荷方法
(以下、第1の形成方法という)、および、III−V族
窒化物系化合物半導体から成るn型層の上にAl層とT
i層とをこの順序で積層したのち、還元ガス雰囲気下に
おいて、温度300〜600℃で1分〜250時間の熱
処理を施し、ついで熱処理後のTi層の上にAu層を積
層することを特徴とするオーミック電極の装荷方法(以
下、第2の形成方法という)が提供される。Further, in the present invention, an Al layer, a Ti layer, and an Au layer are laminated in this order on an n-type layer made of a III-V nitride-based compound semiconductor. A method of loading an ohmic electrode (hereinafter, referred to as a first formation method) characterized by performing a heat treatment at 400 to 700 ° C. for 3 minutes to 250 hours, and an n-type nitride III-V compound semiconductor Al layer and T on the layer
After laminating the i-layer in this order, a heat treatment is performed under a reducing gas atmosphere at a temperature of 300 to 600 ° C. for 1 minute to 250 hours, and then an Au layer is laminated on the Ti layer after the heat treatment. (Hereinafter, referred to as a second formation method).
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】図1に、本発明のオーミック電極
が形成されているデバイスの層構造例を示す。図1にお
いて、例えばSi基板1の上に、絶縁層とバッファ層
(いずれも図示しない)を介して例えばGaNのような
III−V族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長
させ、そこにSiのようなn型不純物をドーピングする
ことにより例えばn型GaN層2が形成されている。FIG. 1 shows an example of a layer structure of a device on which an ohmic electrode of the present invention is formed. In FIG. 1, for example, such as GaN, on an Si substrate 1 via an insulating layer and a buffer layer (both not shown)
For example, an n-type GaN layer 2 is formed by epitaxially growing a group III-V nitride compound semiconductor and doping it with an n-type impurity such as Si.
【0017】そして、n型GaN層2の所定箇所には、
後述する本発明のオーミック電極3が形成され、それ以
外の表面は例えばSiO2膜のような絶縁膜4で被覆さ
れている。Then, at a predetermined portion of the n-type GaN layer 2,
An ohmic electrode 3 of the present invention to be described later is formed, and the other surface is covered with an insulating film 4 such as a SiO 2 film.
【0018】ここでオーミック電極3は、Al層3aと
Ti層3bとAu層3cをこの順序で積層した3層構造
(Al/Ti/Au)になっている。Here, the ohmic electrode 3 has a three-layer structure (Al / Ti / Au) in which an Al layer 3a, a Ti layer 3b, and an Au layer 3c are stacked in this order.
【0019】Al層3aは、電極3の全体をn型GaN
層2との間でオーミック接触させるための層であり、そ
の厚みは200nmより薄いことが好ましい。厚みを20
0nmより厚くすると、温度が600℃より高くなったと
きにAl層の突沸現象や酸化が進んで、オーミック特性
が劣化すると同時に、電極3の表面荒れが起こり、Au
リード線との接触抵抗も大きくなってしまうからであ
る。The Al layer 3a is made of n-type GaN
This is a layer for making ohmic contact with the layer 2, and its thickness is preferably smaller than 200 nm. 20 thickness
If the thickness is greater than 0 nm, when the temperature is higher than 600 ° C., the bumping phenomenon and oxidation of the Al layer are advanced, and the ohmic characteristics are deteriorated, and at the same time, the surface of the electrode 3 is roughened.
This is because the contact resistance with the lead wire also increases.
【0020】また、Ti層3bは、Al層3aとAu層
3cとの密着性を確保すると同時に、Al層3aの酸化
を防止するために設けられた層であり、その厚みは50
〜150nmであることが好ましい。厚みを50nmより薄
くすると、Al層3aに対する酸化防止効果や密着性が
劣るようになり、また厚みを150nmより厚くすると、
縦方向の接触抵抗が高くなるという問題が引き起こされ
るからである。The Ti layer 3b is a layer provided to ensure the adhesion between the Al layer 3a and the Au layer 3c and to prevent the Al layer 3a from being oxidized.
Preferably it is ~ 150 nm. If the thickness is less than 50 nm, the antioxidant effect and adhesion to the Al layer 3a will be poor, and if the thickness is more than 150 nm,
This is because a problem of increasing the contact resistance in the vertical direction is caused.
【0021】Au層3cは、Ti層3bの酸化防止に資
するとともに、ここに接続されるAuリード線との接触
抵抗を小さくするための層であり、その厚みは20〜5
0nmであることが好ましい。厚みを50nmより厚くする
と、その使用量が増加して経済的に不利となるからであ
る。The Au layer 3c serves to prevent oxidation of the Ti layer 3b and to reduce the contact resistance with the Au lead wire connected to the Au layer 3b.
Preferably, it is 0 nm. If the thickness is more than 50 nm, the amount of use is increased, which is economically disadvantageous.
【0022】本発明では、このオーミック電極3は次の
ようにしてn型層2の上に形成される。In the present invention, the ohmic electrode 3 is formed on the n-type layer 2 as follows.
【0023】まず、電極の形成に先立ち、基板1の上
に、III−V族窒化物系化合物半導体を用いて所定のエ
ピタキシャル成長層を順次積層し、最表層がn型層2に
なっている積層構造を形成し、次いで、この積層構造に
対し、常用のフォトリソグラフィーとエッチング処理を
行い、n型層2の表面のうち、オーミック電極3が形成
されるべき箇所を表出させる。First, prior to the formation of the electrodes, predetermined epitaxially grown layers are sequentially laminated on the substrate 1 using a group III-V nitride compound semiconductor, and the outermost layer is an n-type layer 2. After the structure is formed, ordinary photolithography and etching are performed on the laminated structure to expose a portion of the surface of the n-type layer 2 where the ohmic electrode 3 is to be formed.
【0024】そして、表出しているn型層2の上に、次
のようにして本発明のオーミック電極3が形成される。
まず、第1の装荷方法に関して説明する。The ohmic electrode 3 of the present invention is formed on the exposed n-type layer 2 as follows.
First, the first loading method will be described.
【0025】最初に、例えば真空蒸着装置を用いて、n
型層2の上に、Al,Ti,Auを順次蒸着して所定厚
みのAl層3a,Ti層3b,Au層3cの積層構造を
形成する。First, for example, using a vacuum evaporation apparatus, n
On the mold layer 2, Al, Ti, and Au are sequentially deposited to form a laminated structure of an Al layer 3a, a Ti layer 3b, and an Au layer 3c having a predetermined thickness.
【0026】ついで、処理物を装置から取り出し、N2
雰囲気炉に移し、そこで加熱処理が施される。なお、N
2雰囲気炉内は、処理中や処理後にN2を流す(フローす
る)ことに加え、稼働に先立って室温下で充分にN2置
換を行っておくことが好ましい。Next, the processing object is taken out of the apparatus and N 2
It is transferred to an atmosphere furnace where heat treatment is performed. Note that N
In the 2- atmosphere furnace, in addition to flowing (flowing) N 2 during or after the treatment, it is preferable to sufficiently perform N 2 substitution at room temperature prior to operation.
【0027】しかしながら、処理温度が低く成りすぎる
と良好なオーミック特性が得られず、また、処理時間を
短くしてかつ長時間処理したとしても、やはり良好なオ
ーミック特性は得られない。However, if the processing temperature is too low, good ohmic characteristics cannot be obtained, and even if the processing time is shortened and the processing is performed for a long time, good ohmic characteristics cannot be obtained.
【0028】良好なオーミック特性を得るためには、処
理温度を400〜700℃に設定し、かつ処理時間を3
分〜250時間に設定することが必要である。In order to obtain good ohmic characteristics, the processing temperature is set to 400 to 700 ° C. and the processing time is set to 3 hours.
It is necessary to set the time between minutes and 250 hours.
【0029】なお、処理時間は、処理温度や半導体層の
電気特性によって適切な値が変わってくるが、一般に、
処理温度が高温であれば処理時間は短時間であってもよ
くなる傾向を示す。The appropriate value of the processing time varies depending on the processing temperature and the electrical characteristics of the semiconductor layer.
If the processing temperature is high, the processing time tends to be short.
【0030】次に、第2の形成方法は、n型層2の上に
Al層3aとTi層3bを形成した時点で還元雰囲気中
で加熱処理を施し、ついで処理後のTi層の上にAu層
を形成する方法である。Next, in a second forming method, when the Al layer 3a and the Ti layer 3b are formed on the n-type layer 2, a heat treatment is performed in a reducing atmosphere, and then the heat treatment is performed on the Ti layer after the treatment. This is a method for forming an Au layer.
【0031】還元雰囲気としては、例えばH2ガス雰囲
気、COガス雰囲気などを好適例とする。As the reducing atmosphere, for example, an H 2 gas atmosphere, a CO gas atmosphere, or the like is a preferred example.
【0032】このときの処理温度は300〜600℃に
設定され、かつ、処理時間は1分〜250時間に設定さ
れる。At this time, the processing temperature is set at 300 to 600 ° C., and the processing time is set at 1 minute to 250 hours.
【0033】この条件が同時に満足していないと、前記
した第1の形成方法の場合と同じように、最終的に得ら
れた電極は良好なオーミック特性を示さなくなるからで
ある。If these conditions are not satisfied at the same time, the finally obtained electrode will not exhibit good ohmic characteristics, as in the case of the above-described first forming method.
【0034】この方法の場合には、第1の方法の場合の
ようにTi層の窒化という問題やTi層の酸化という問
題も起こらず、その上にAuが積層されるので、第1の
方法に比べると、高温下でも優れたオーミック特性を実
現することができる。In this method, the problem of nitridation of the Ti layer and the problem of oxidation of the Ti layer do not occur as in the case of the first method, and Au is laminated thereon. As a result, excellent ohmic characteristics can be realized even at a high temperature.
【0035】[0035]
【実施例】実施例1,2,比較例1〜4 n型電極の形成が可能である状態にある基板の前記n型
電極形成箇所に以下の条件で各種の電極材料を蒸着し
た。なお、このときのn型層2はn型GaN層とした。Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 Various electrode materials were vapor-deposited under the following conditions on the above-mentioned n-type electrode formation portion of the substrate in a state where the n-type electrode can be formed. In this case, the n-type layer 2 was an n-type GaN layer.
【0036】真空蒸着装置内の圧を1×10-5Paにし
て、まず、Alを厚み20nm蒸着し、真空度の回復をま
ってTiを厚み150nm蒸着し、更に真空度の回復を待
ってAuを厚み20nm蒸着したのち、N2雰囲気炉内に
おいて、温度400℃で200時間の熱処理を行い、A
l/Ti/Au構造のオーミック電極をn型GaN層の
上に形成した。これを実施例電極1とする。蒸着したA
lの厚みがそれぞれ100nm,300nmであったことを
除いては実施例電極と1と同様にしてAl/Ti/Au
構造のオーミック電極をn型GaN層の上に形成した。
前者を実施例電極2、後者を比較例電極1とする。真空
蒸着装置内の圧を1×10-5PaにしてAlを厚み20nm
蒸着してAl層のみのオーミック電極をn型GaN層の
上に形成した。これを比較例電極2とする。The pressure in the vacuum deposition apparatus was set to 1 × 10 −5 Pa, first, Al was deposited to a thickness of 20 nm, and after recovering the degree of vacuum, Ti was deposited to a thickness of 150 nm. After depositing Au to a thickness of 20 nm, a heat treatment was performed at a temperature of 400 ° C. for 200 hours in an N 2 atmosphere furnace.
An ohmic electrode having a l / Ti / Au structure was formed on the n-type GaN layer. This is designated as Example electrode 1. A deposited
Al / Ti / Au in the same manner as in Example electrode 1 except that the thicknesses of l and l were 100 nm and 300 nm, respectively.
An ohmic electrode having the structure was formed on the n-type GaN layer.
The former is referred to as Example electrode 2 and the latter as Comparative example electrode 1. The pressure in the vacuum evaporation apparatus was set to 1 × 10 −5 Pa and the thickness of Al was 20 nm.
An ohmic electrode having only an Al layer was formed on the n-type GaN layer by vapor deposition. This is designated as Comparative Example Electrode 2.
【0037】真空蒸着装置内の圧を1×10-5Paにして
Tiを厚み150nm蒸着してTi層のみのオーミック電
極をn型GaN層の上に形成した。これを比較例電極3
とする。Ti was deposited to a thickness of 150 nm at a pressure in the vacuum deposition apparatus of 1 × 10 −5 Pa to form an ohmic electrode having only a Ti layer on the n-type GaN layer. This is referred to as Comparative Example Electrode 3
And
【0038】真空蒸着装置内の圧を1×10-5Paにし
て、まずAlを厚み20nm蒸着し、真空度の回復をまっ
てTiを厚み150nm蒸着してAl/Ti構造のオーミ
ック電極をn型GaN層の上に形成した。これを比較例
電極4とする。なお、いずれの場合も蒸着終了後には、
温度90〜120℃で加熱したジクロルベンゼンを含む
剥離液とアセトンとの混合液でリフトオフを行い、電極
パターンを形成した。The pressure in the vacuum deposition apparatus was set to 1 × 10 −5 Pa, first, Al was deposited to a thickness of 20 nm, and after recovering the degree of vacuum, Ti was deposited to a thickness of 150 nm to form an ohmic electrode having an Al / Ti structure of n. Formed on the GaN layer. This is designated as Comparative Example Electrode 4. In each case, after the end of vapor deposition,
Lift-off was performed with a mixture of a stripping solution containing dichlorobenzene heated at a temperature of 90 to 120 ° C. and acetone to form an electrode pattern.
【0039】以上6種類の試料を電気炉に投入し、炉温
を高めながら電極表面の観察を行い、また、試料を取り
出したのち2個のオーミック電極間に順バイアス電圧
(V)を印加し、両極間に流れる電流(I)を測定して
オーミック特性を調べた。結果は以下の通りであった。The above six types of samples were put into an electric furnace, the electrode surface was observed while increasing the furnace temperature, and after taking out the samples, a forward bias voltage (V) was applied between the two ohmic electrodes. The current (I) flowing between the two electrodes was measured to check the ohmic characteristics. The results were as follows.
【0040】(1)実施例電極1の場合は、炉温が60
0℃近辺になってもn型GaN層との密着性も良好で表
面荒れも認められなかった。そして、温度600℃で熱
処理されたときのオーミック特性は、図2で示したよう
に、完全な直線性を示していた。(1) Example In the case of electrode 1, the furnace temperature was 60
Even at around 0 ° C., the adhesion to the n-type GaN layer was good, and no surface roughness was observed. The ohmic characteristics when heat-treated at a temperature of 600 ° C. showed perfect linearity as shown in FIG.
【0041】(2)実施例電極2の場合は、温度600
℃で若干の表面荒れが認められた。そして、その時点に
おけるオーミック特性は、図3で示したように、実施例
電極1の場合の直線性とはやや劣るものの、ほぼ良好な
直線性を示した。(2) Example In the case of the electrode 2, the temperature was 600
At ℃, slight surface roughness was observed. Then, as shown in FIG. 3, the ohmic characteristics at that time showed almost good linearity, although it was slightly inferior to the linearity in the case of the example electrode 1.
【0042】(3)比較例電極1の場合は、加熱温度が
600℃近辺であっても表面の変色などは起こらなかっ
たが、その時点におけるオーミック特性は、図4で示し
たように、直線性を示していない。すなわち、このAl
/Ti/Au電極の場合には、温度650℃近辺からオ
ーミック特性を消失している。(3) In the case of the comparative example electrode 1, no discoloration or the like of the surface occurred even when the heating temperature was around 600 ° C., but the ohmic characteristics at that time were, as shown in FIG. Does not show sex. That is, this Al
In the case of the / Ti / Au electrode, the ohmic characteristics disappeared at a temperature around 650 ° C.
【0043】(4)比較例電極2の場合は、加熱温度が
400℃近辺から表面の変色が始まった。そして、その
時点におけるオーミック特性は図5で示したように、直
線性を示していない。すなわち、このAl電極の場合に
は、温度400℃近辺からオーミック特性が消失してい
る。(4) In the case of the comparative example electrode 2, discoloration of the surface started at a heating temperature of around 400 ° C. The ohmic characteristics at that time do not show linearity as shown in FIG. That is, in the case of this Al electrode, the ohmic characteristics disappear from a temperature around 400 ° C.
【0044】(5)比較例電極3の場合は、加熱温度が
550℃近辺から表面の変色が始まった。そして、その
時点におけるオーミック特性は図6で示したように、直
線性を示していない。すなわち、このTi電極の場合に
は、温度550℃近辺からオーミック特性を消失してい
る。(5) In the case of the comparative example electrode 3, discoloration of the surface started around a heating temperature of 550 ° C. The ohmic characteristics at that time do not show linearity as shown in FIG. That is, in the case of this Ti electrode, the ohmic characteristics disappear from around the temperature of 550 ° C.
【0045】(6)比較例電極4の場合は、加熱温度が
600℃近辺から表面の変色が始まった。そして、その
時点におけるオーミック特性は図7で示したように、直
線性を示していない。すなわち、このAl/Ti電極の
場合には、温度600℃近辺からオーミック特性を消失
している。(6) In the case of the comparative example electrode 4, discoloration of the surface started at a heating temperature of around 600 ° C. The ohmic characteristics at that time do not show linearity as shown in FIG. That is, in the case of the Al / Ti electrode, the ohmic characteristics disappear from a temperature around 600 ° C.
【0046】以上の結果から次のことが明らかである。
すなわち、オーミック電極としてはAl/Ti/Auの
3層構造にすべきことであり、そしてその場合には、A
l層の厚みを200nm未満に設定すべきことである。The following is clear from the above results.
That is, the ohmic electrode should have a three-layer structure of Al / Ti / Au.
The thickness of the l layer should be set to less than 200 nm.
【0047】実施例3,比較例5,6 n型電極の形成が可能である状態にある基板の前記n型
電極形成箇所に以下の条件で各種の電極材料を蒸着し
た。なお、このときのn型層2はn型GaN層とした。Example 3, Comparative Examples 5 and 6 Various electrode materials were deposited under the following conditions on the n-type electrode forming portion of the substrate in a state where the n-type electrode could be formed. In this case, the n-type layer 2 was an n-type GaN layer.
【0048】真空蒸着装置内の圧を1×10-5Paにし
て、まず、Alを厚み20nm蒸着し、真空度の回復をま
ってTiを厚み150nm蒸着し、更に真空度の回復を待
ってAuを厚み20nm蒸着して、Al/Ti/Au構造
のオーミック電極をn型GaN層の上に形成して試料と
した。The pressure in the vacuum deposition apparatus was set to 1 × 10 −5 Pa, first, Al was deposited to a thickness of 20 nm, and after recovering the degree of vacuum, Ti was deposited to a thickness of 150 nm. Au was deposited to a thickness of 20 nm, and an ohmic electrode having an Al / Ti / Au structure was formed on the n-type GaN layer to obtain a sample.
【0049】ついで、この試料を、室温下で10分間の
N2置換を行ったN2雰囲気炉の中にセットし、N2ガス
を流しながら400℃,500℃,600℃の各温度で
熱処理を行った。Next, this sample was set in an N 2 atmosphere furnace in which N 2 substitution was performed at room temperature for 10 minutes, and heat-treated at 400 ° C., 500 ° C., and 600 ° C. while flowing N 2 gas. Was done.
【0050】各処理温度における処理時間を変化させ、
そのときの電極表面の状態を観察した。By changing the processing time at each processing temperature,
The state of the electrode surface at that time was observed.
【0051】処理温度が400℃である場合、処理時間
が300時間を超えても表面荒れは認められなかった
が、部分的にオーミック特性の劣化が認められる箇所が
あった。処理時間が180〜240時間であったもの
は、表面荒れもなく、また、240時間の処理試料のオ
ーミック特性は、図8で示したように、優れた直線性を
示していた。When the processing temperature was 400 ° C., no surface roughness was observed even when the processing time exceeded 300 hours, but there were some places where the ohmic characteristics were partially deteriorated. When the treatment time was from 180 to 240 hours, the surface was not rough, and the ohmic characteristics of the treated sample for 240 hours showed excellent linearity as shown in FIG.
【0052】処理温度が500℃である場合、処理時間
が10時間程度までは表面荒れもなく、オーミック特性
も良好であった。しかし、処理時間が20時間以上にな
ると、Tiのわずかな揮発による表面の荒れが認められ
はじめ、その時点におけるオーミック特性も、図9で示
したように、その直線性が大幅に劣化していた。When the treatment temperature was 500 ° C., the surface was not rough and the ohmic characteristics were good until the treatment time was about 10 hours. However, when the treatment time was 20 hours or more, surface roughness due to slight volatilization of Ti began to be recognized, and the ohmic characteristics at that time also had significantly reduced linearity as shown in FIG. .
【0053】処理温度が600℃である場合、処理時間
が40分程度までは表面荒れも少なくオーミック特性も
良好であった。しかし、処理時間が1時間20分以上に
なると、Tiの明白な揮発により表面荒れが激しくな
り、その時点においては、図10で示したように、電流
は流れなくなってしまった。When the treatment temperature was 600 ° C., the surface roughness was small and the ohmic characteristics were good until the treatment time was about 40 minutes. However, when the treatment time was 1 hour and 20 minutes or more, the surface became rough due to the apparent volatilization of Ti, and at that time, the current stopped flowing as shown in FIG.
【0054】このようなことから、Al/Ti/Auの
3層構造の電極にN2雰囲気中で熱処理を行う場合に
は、その処理温度を400〜700℃で、かつ処理時間
を3分〜250時間に設定すべきであることがわかる。From the above, when heat treatment is performed on an electrode having a three-layer structure of Al / Ti / Au in an N 2 atmosphere, the treatment temperature is 400 to 700 ° C. and the treatment time is 3 minutes to 3 minutes. It turns out that 250 hours should be set.
【0055】実施例4,比較例7 n型電極の形成が可能である状態にある基板の前記n型
電極形成箇所に以下の条件で各種の電極材料を蒸着し
た。なお、このときのn型層2はn型GaN層とした。Example 4 and Comparative Example 7 Various electrode materials were vapor-deposited under the following conditions on the n-type electrode forming portion of the substrate in a state where the n-type electrode can be formed. In this case, the n-type layer 2 was an n-type GaN layer.
【0056】ヒータを備えた水素チャンバと連結してい
る真空蒸着装置内の圧を1×10-5Paにして、まず、A
lを厚み20nm蒸着し、真空度の回復をまってTiを厚
み150nm蒸着した。ついで、水素チャンバに移送して
水素ガス中に10分間放置したのち温度300℃に昇温
して3分間放置した。室温まで冷却したのち、再び1×
10-5Paの真空蒸着装置に戻し、そこでAuを厚み20
nm蒸着してAl/Ti/Au構造のオーミック電極をn
型GaN層の上に形成した。これを実施例電極4とす
る。The pressure in the vacuum deposition apparatus connected to a hydrogen chamber equipped with a heater was set to 1 × 10 −5 Pa,
1 was deposited to a thickness of 20 nm, and after recovering the degree of vacuum, Ti was deposited to a thickness of 150 nm. Then, the wafer was transferred to a hydrogen chamber and left in hydrogen gas for 10 minutes, and then heated to 300 ° C. and left for 3 minutes. After cooling to room temperature,
It was returned to the 10 -5 Pa vacuum deposition apparatus, where Au was deposited to a thickness of 20 mm.
nm to form an ohmic electrode of Al / Ti / Au structure with n
Formed on the GaN layer. This is designated as Example electrode 4.
【0057】一方、水素ガス処理を行わなかったことを
除いては、実施例電極4と同じ構造の電極をn型GaN
層の上に形成した。これを比較例電極7とする。これら
を電気炉に投入して炉温を高め、電極表面の観察とオー
ミック特性を調べた。結果は以下の通りである。実施例
電極4の場合、炉温が750℃付近から電極表面の変色
は認められた。しかし、950℃になっても、そのオー
ミック特性は、図11で示したように、かなり良好な直
線性を示していた。On the other hand, an electrode having the same structure as that of the embodiment electrode 4 except that the hydrogen gas treatment was not performed was replaced with n-type GaN.
Formed on the layer. This is designated as Comparative Example Electrode 7. These were put into an electric furnace to raise the furnace temperature, and the electrode surface was observed and the ohmic characteristics were examined. The results are as follows. In the case of Example electrode 4, discoloration of the electrode surface was observed when the furnace temperature was around 750 ° C. However, even at 950 ° C., the ohmic characteristics showed fairly good linearity as shown in FIG.
【0058】一方、比較例電極7の場合は、同じく温度
750℃付近から電極表面の変色が始まるとともに、温
度850℃の時点におけるオーミック特性は、図12で
示したように、その直線性が悪くなっていた。On the other hand, in the case of the comparative example electrode 7, the discoloration of the electrode surface also starts around 750 ° C., and the ohmic characteristic at the temperature of 850 ° C. has poor linearity as shown in FIG. Had become.
【0059】以上の結果から明らかなように、Al/T
i/Au構造の電極を形成するときに、Al/Ti構造
を形成した時点で水素ガス処理を行うと、最終的に得ら
れる電極はそのオーミック特性が熱劣化を起こしづらい
ものになることがわかる。As is clear from the above results, Al / T
When an electrode having an i / Au structure is formed, if the hydrogen gas treatment is performed at the time when the Al / Ti structure is formed, it is understood that the finally obtained electrode has an ohmic characteristic that is unlikely to cause thermal deterioration. .
【0060】[0060]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、GaNに代表されるIII−V族窒化物系化合物
半導体の上に、密着性が優れ、しかも高温下においても
良好なオーミック特性を示すオーミック電極を形成する
ことができる。そして、このオーミック電極は最上層が
Au層であるためAuリード線との接触抵抗も小さい。
したがって、本発明のオーミック電極は、III−V族窒
化物系化合物半導体で構成されている各種の半導体デバ
イスの電極としてその工業的価値は大である。As is clear from the above description, according to the present invention, the adhesiveness is excellent on a III-V nitride-based compound semiconductor represented by GaN, and even at high temperatures. An ohmic electrode exhibiting ohmic characteristics can be formed. Since the uppermost layer of the ohmic electrode is an Au layer, the contact resistance with the Au lead wire is small.
Therefore, the industrial value of the ohmic electrode of the present invention is great as an electrode for various semiconductor devices composed of a group III-V nitride compound semiconductor.
【図1】本発明のオーミック電極が形成されているデバ
イス例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a device on which an ohmic electrode of the present invention is formed.
【図2】実施例電極1のオーミック特性を示すグラフで
ある。FIG. 2 is a graph showing ohmic characteristics of Example electrode 1.
【図3】実施例電極2のオーミック特性を示すグラフで
ある。FIG. 3 is a graph showing ohmic characteristics of an example electrode 2.
【図4】比較例電極1のオーミック特性を示すグラフで
ある。FIG. 4 is a graph showing ohmic characteristics of a comparative example electrode 1;
【図5】比較例電極2のオーミック特性を示すグラフで
ある。FIG. 5 is a graph showing ohmic characteristics of a comparative example electrode 2;
【図6】比較例電極3のオーミック特性を示すグラフで
ある。FIG. 6 is a graph showing ohmic characteristics of a comparative example electrode 3;
【図7】比較例電極4のオーミック特性を示すグラフで
ある。FIG. 7 is a graph showing ohmic characteristics of a comparative example electrode 4;
【図8】実施例電極3のオーミック特性を示すグラフで
ある。FIG. 8 is a graph showing ohmic characteristics of Example electrode 3.
【図9】比較例電極5のオーミック特性を示すグラフで
ある。FIG. 9 is a graph showing ohmic characteristics of a comparative example electrode 5;
【図10】比較例電極6のオーミック特性を示すグラフ
である。FIG. 10 is a graph showing ohmic characteristics of a comparative example electrode 6;
【図11】実施例電極4のオーミック特性を示すグラフ
である。FIG. 11 is a graph showing ohmic characteristics of Example electrode 4.
【図12】比較例電極7のオーミック特性を示すグラフ
である。FIG. 12 is a graph showing ohmic characteristics of a comparative example electrode 7;
1 基板 2 n型層(n型III−V族窒化物系化合物半導体
層) 3 オーミック電極 3a Al層 3b Ti層 3c Au層 4 絶縁膜REFERENCE SIGNS LIST 1 substrate 2 n-type layer (n-type III-V nitride compound semiconductor layer) 3 ohmic electrode 3 a Al layer 3 b Ti layer 3 c Au layer 4 insulating film
フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 AA04 BA03 BA05 BA17 BB02 BD02 CA01 EA01 GA01 GA05 HA00 4M104 AA01 AA04 AA07 BB02 CC01 DD07 DD34 DD68 DD78 DD79 FF13 FF22 GG04 GG06 GG11 GG12 HH08 HH15 HH20 Continued on the front page F term (reference) 4K029 AA04 BA03 BA05 BA17 BB02 BD02 CA01 EA01 GA01 GA05 HA00 4M104 AA01 AA04 AA07 BB02 CC01 DD07 DD34 DD68 DD78 DD79 FF13 FF22 GG04 GG06 GG11 GG12 HH08 HH15 HH20
Claims (5)
るn型層の上に形成され、Al層とTi層とAu層とを
この順序で積層して成ることを特徴とするオーミック電
極。1. An ohmic electrode formed on an n-type layer made of a group III-V nitride compound semiconductor, wherein an Al layer, a Ti layer, and an Au layer are laminated in this order.
請求項1のオーミック電極。2. The ohmic electrode according to claim 1, wherein said Al layer has a thickness of less than 200 nm.
るn型層の上にAl層とTi層とAu層とをこの順序で
積層したのち、窒素雰囲気下において、温度400〜7
00℃で3分〜250時間の熱処理を施すことを特徴と
するオーミック電極の形成方法。3. An Al layer, a Ti layer, and an Au layer are laminated in this order on an n-type layer made of a group III-V nitride compound semiconductor, and then heated to a temperature of 400 to 7 in a nitrogen atmosphere.
A method for forming an ohmic electrode, comprising performing heat treatment at 00 ° C. for 3 minutes to 250 hours.
るn型層の上にAl層とTi層とをこの順序で積層した
のち、還元ガス雰囲気下において、温度300〜600
℃で1分〜250時間の熱処理を施し、ついで熱処理後
のTi層の上にAu層を積層することを特徴とするオー
ミック電極の形成方法。4. An Al layer and a Ti layer are laminated in this order on an n-type layer made of a group III-V nitride-based compound semiconductor, and then, at a temperature of 300 to 600 in a reducing gas atmosphere.
A method for forming an ohmic electrode, comprising: performing heat treatment at 1 ° C. for 1 minute to 250 hours, and then laminating an Au layer on the Ti layer after the heat treatment.
ある請求項4のオーミック電極の形成方法。5. The method according to claim 4, wherein the reducing gas atmosphere is a hydrogen gas atmosphere.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003209067A (en) * | 2001-12-20 | 2003-07-25 | Fairchild Semiconductor Corp | Semiconductor device and method of forming electrical connection of semiconductor device |
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1998
- 1998-06-18 JP JP17126098A patent/JP3439123B2/en not_active Expired - Fee Related
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