JP2000294824A - 窒化物半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents
窒化物半導体デバイス及びその製造方法Info
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Abstract
ク接触の電極を形成可能な半導体素子構造を有する窒化
物半導体デバイス、受光素子、火炎センサを提供する。 【解決手段】 p−Alx Ga1-x N層(x>0)から
なるp型半導体層1を有し、p型半導体層1は、その表
面近傍部分に、表面近傍部分の下層側より不純物濃度が
高く、その不純物としてBeを少なくとも含む高不純物
濃度層7を形成してなり、その高不純物濃度層7の表面
に金属電極8が形成されている。また、更に好ましく
は、高不純物濃度層7の不純物濃度が1018cm-3以上
である。
Description
1-x N層(x>0)からなるp型半導体層の表面に金属
電極を形成してなる窒化物半導体デバイスに関し、更
に、かかる窒化物半導体デバイスで構成された受光素
子、特に、火炎からの放射光の特定波長成分を、半導体
紫外線センサを用いて認識する火炎センサに関する。更
に詳しくは、火炎の発光波長範囲から太陽光や室内光と
いった雑音源となる光の波長範囲を除外した、概ね20
0nm乃至290nmの波長成分の紫外線を検出する火
炎センサの電極形成技術に関する。
nmの波長成分の紫外線を検出する半導体紫外線センサ
として、Alの組成比xが0.3以上のAlx Ga1-x
Nが知られている。また、具体的なセンサ構造とするた
めに、PN構造、PIN構造、フォトトランジスタ構
造、フォトFET構造、フォトコンダクタ構造等の種々
の半導体素子構造が採用されている。また、かかる半導
体素子では、外部端子との電気的接続を形成するため
に、夫々の素子構造に対応した電極を半導体表面に形成
する必要がある。一般に、半導体と金属の接触は、金属
の仕事関数と半導体の電子親和力等の関係で、界面にシ
ョットキー障壁が形成されてショットキー接触となる場
合と、当該障壁が形成されずオーミック接触となる場合
が有り、半導体素子として構成する場合、仕事関数の適
当な電極金属を選択して整流性のないオーミック接触と
する必要がある。また、ショットキー接触となる電極金
属の場合であっても、電極金属との界面近傍をドーピン
グ量の多い半導体を用いることでオーミック接触を得る
ことができる。
組成比xが約0.2或いはそれ以下のAlx Ga1-x N
の場合は1018cm-3までアクセプタ不純物をドーピン
グできる。PN接合を形成する場合、p−Alx Ga
1-x Nのキャリア濃度は1018cm-3程度が望まれる場
合が多いが、Niを蒸着して熱処理するだけでは、p−
Alx Ga1-x Nの表面に良好なオーミック接触の電極
は形成されない。このため、表面から20〜50nm程
度の深さまでの領域にp−Alx Ga1-x Nより多い不
純物量をドーピングした高濃度層を設けることで、金属
コンタクト−半導体界面のエネルギバンドを曲げること
によるコンタクト形成を実施し、更に、薄いNi層上に
Au層を形成し、熱処理によりAuを半導体中に拡散さ
せるという方法によりオーミック接触を得ている。
p−Alx Ga1-x Nに対するオーミック接触形成方法
では、どうしても金属コンタクト付近はGaNに近い組
成(x<0.2、通常は0)が必要になるという問題が
生じる。特に、受光素子では、短波長の光を選択的に検
出するという目的の場合、例えば、組成比xが0.2以
上の場合は、表面近傍の高濃度層の組成比xの値が小さ
くなるため、表面近傍において本来の検出波長域より長
波長側に検出感度を持ってしまうという問題が生じる。
有するPN構造、PIN構造等の素子構造の火炎センサ
を構成しようとすると、上述の如く、p−Alx Ga
1-x Nの吸収スペクトルの長波長限界(hν/Eg=1
240/Eg(nm)で与えられる。)を280或いは
290nm付近に設定するために、バンドギャップEg
が概ね4.2〜4.5eVとなるAlの組成比xを選択
しなければならない。かかるAlの組成比xは少なくと
も0.3、より好ましくは約0.35〜約0.5となる
が、当該組成比xのp−Alx Ga1-x Nに対しては、
アクセプタとしてMgを1018cm-3以上、好ましくは
1019cm-3まで高濃度に注入できず、電極金属との接
触面でのアクセプタ濃度が良好なオーミック接触を得ら
れる程度まで高くならず、良好なオーミック接触の電極
が形成できないという問題がある。
点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Alの組
成比xが0.2以上であっても、p−Alx Ga1-x N
層に良好なオーミック接触の電極を形成可能な半導体素
子構造を有する窒化物半導体デバイス、受光素子、火炎
センサを提供することにある。
の本発明の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項1に記載した通り、p−Alx Ga1-x N層(x>
0)からなるp型半導体層を含む窒化物半導体デバイス
であって、前記p型半導体層は、その表面近傍部分に、
前記表面近傍部分の下層側より不純物濃度が高く、その
不純物としてBeを少なくとも含む高不純物濃度層を形
成してなり、その高不純物濃度層表面に金属電極が形成
されている点にある。
の請求項2に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加
えて、前記高不純物濃度層の不純物濃度が1018cm-3
以上である点にある。
の請求項3に記載した通り、上述の第一または第二の特
徴構成に加えて、前記p型半導体層の一部または全部
に、前記p−Alx Ga1-x N層のAlまたはGaの一
部をInで置換したもの、若しくは、前記p−Alx G
a1-x N層のNの一部をP(リン)で置換したもの、ま
たは、これら両置換を施したものであって、バンドギャ
ップが3.42eV以上6.2eV以下の範囲内にある
ものを含む点にある。
の請求項4に記載した通り、上述の第一、第二または第
三の特徴構成に加えて、前記金属電極が、Ni、Au、
PtまたはWの単層金属膜、或いは、Ni、Au、P
t、Wの内の2種以上からなる多層金属膜または合金層
である点にある。
の請求項5に記載した通り、上述の第一、第二、第三ま
たは第四の特徴構成を備えた窒化物半導体デバイスで構
成された受光素子であって、前記p型半導体層の少なく
とも前記表面近傍部分のAl組成比xが吸収スペクトル
の長波長限界で決定されるバンドギャップとなるAl組
成比である点にある。
の請求項6に記載した通り、上述の第一、第二、第三ま
たは第四の特徴構成を備えた窒化物半導体デバイスで構
成された火炎センサであって、前記p型半導体層の少な
くとも前記表面近傍部分のAl組成比xが0.3以上で
ある点にある。
の請求項7に記載した通り、上述の第一、第二、第三ま
たは第四の特徴構成を備えた窒化物半導体デバイスの製
造方法であって、前記高不純物濃度層を、前記p型半導
体層の前記表面近傍部分の結晶成長後に、前記表面近傍
部分にBeまたはBeと他のp型不純物を少なくとも含
む不純物イオンを注入またはドーピングして形成する点
にある。
の請求項8に記載した通り、上述の第一、第二、第三ま
たは第四の特徴構成を備えた窒化物半導体デバイスの製
造方法であって、前記高不純物濃度層を、前記p型半導
体層の前記表面近傍部分の結晶成長時にBeまたはBe
と他のp型不純物を少なくとも含む原料を添加すること
により同時に形成する点にある。
の請求項9に記載した通り、上述の第八の特徴構成に加
えて、前記p−Alx Ga1-x N層の結晶成長をMOC
VD法、ハイドライドVPE法、MOVPE法、MBE
法、または、レーザアブレーション法で行い、前記Be
またはBeと他のp型不純物を少なくとも含む原料が、
Beを含む有機金属化合物である点にある。
の請求項10に記載した通り、上述の第七、第八または
第九の特徴構成に加えて、前記金属電極を前記高不純物
濃度層上に蒸着した後、300〜1200℃の熱処理を
行う点にある。
第一または第二の特徴構成によれば、Beのイオン半径
がMgのイオン半径より小さいため、例えば、Alの組
成比xが0.3以上のAlNモル分率の高いp−Alx
Ga1-x Nに対してアクセプタとしてBeを含むp型不
純物(Be−Mg、Be−P等)が高濃度注入可能であ
るとの本願発明者の新知見に基づいて、p−Alx Ga
1-x N層の表面近傍部分のアクセプタ濃度を選択的に高
くした高不純物濃度層の存在により、その表面に電極金
属を蒸着形成するだけで良好なオーミック接触電極を形
成することができるのである。その結果、電極とp−A
lx Ga1-x N間の寄生抵抗を低減でき、良好な電気的
特性を備えたp−Alx Ga1-x Nを有するPN構造、
PIN構造、フォトトランジスタ構造、フォトFET構
造、フォトコンダクタ構造等の種々の半導体素子構造の
窒化物半導体デバイスを提供することができるのであ
る。
ドギャップが3.42であり、AlNのバンドギャップ
が6.2であることから、Alの組成比xをp−Alx
Ga 1-x Nと同様に調節することで、p型半導体層のバ
ンドギャップをp−Alx Ga1-x Nのバンドギャップ
と同様に設定でき、p型半導体層がp−Alx Ga1- x
Nからなる上記第一の特徴構成の窒化物半導体デバイス
と同じ作用効果並びに同等の特性を有する窒化物半導体
デバイスを得ることができる。
高不純物濃度層の表面と良好なオーミック接触する電極
を形成することができる。
半導体デバイス自体の作用効果に加えて、かかる窒化物
半導体デバイスを受光素子に適用した場合、p型半導体
層の表面近傍のバンドギャップを高くしても良好なオー
ミック接触が形成されるため、p型半導体層の表面近傍
に受光範囲の波長より長波長(低エネルギ)の光に反応
する層を作製せずにすむことから、急峻な吸収端を持っ
た受光素子を実現できるのである。
半導体デバイス自体の作用効果に加えて、火炎の発光波
長範囲から太陽光や室内光といった雑音源となる光の波
長範囲を除外した、概ね200nm乃至290nmの波
長成分の紫外線を検出する受光層を表面近傍に作製でき
るので、急峻な吸収端を持った高性能の火炎センサを実
現できるのである。
した本願発明者の新知見に基づいて、p型半導体層の表
面近傍部分のアクセプタ濃度を選択的に高くした高不純
物濃度層を形成できるため、その表面に電極金属を蒸着
形成するだけで高不純物濃度層と良好にオーミック接触
する電極を形成することができるのである。特に第八ま
たは第九の特徴構成によれば、p型半導体層全体を一連
の処理で作製でき処理効率を高めることができる。
ーミック抵抗値を更に低下し、また、金属電極と表面近
傍部分間の密着度も高まるため、より高性能化、高信頼
度化が図れるのである。
体デバイスの一実施の形態を、PIN構造の火炎センサ
を例に図面に基づいて説明する。図1に示すように、前
記PIN構造はAlの組成比xが夫々約0.35のp−
Alx Ga1-x N層1とi−Alx Ga1-x N層2とn
−Alx Ga1-x N層3の3層構造からなり、サファイ
ア等の基板4上にAlNバッファ層5、前記p−Alx
Ga1-x N層1、前記i−Alx Ga1-x N層2、前記
n−Alx Ga1- x N層3の順番で、MOCVD法、ハ
イドライドVPE法、MOVPE法、MBE法、また
は、レーザアブレーション法等の既存の半導体薄膜形成
技術により成膜積層して作製される。ここで、前記n−
Alx Ga1-x N層3は、添加不純物に例えばSiを使
用し、膜厚は250nmである。前記i−Alx Ga
1-x N層2の膜厚は280nmである。
物濃度層6の上に高不純物濃度層7を積層した2層構造
を有する。前記低不純物濃度層6は添加不純物にMgを
使用し、Mg濃度は1017〜1018cm-3であり、膜厚
は280nmである。また、前記高不純物濃度層7は添
加不純物にBeとMgを使用し、Be濃度は1019〜2
×1019cm-3、Mg濃度は1017〜1018cm-3、膜
厚は20〜50nmである。前記高不純物濃度層7は、
原料にBeまたはBeと他のp型不純物を少なくとも含
む原料を追加して前記低不純物濃度層6に連続して結晶
成長させながら作製する。尚、前記高不純物濃度層7の
作製は、結晶成長と並行して行わずに、前記高不純物濃
度層7となる部分を前記低不純物濃度層6と同様に成膜
した後に、表面から20〜50nmの深さまで前記高不
純物濃度層7となるようにBeのイオン注入または熱拡
散により行っても構わない。また、前記高不純物濃度層
7のアクセプタはBeだけであっても構わない。
れた後、その表面に電極金属8としてNiを所定膜厚に
蒸着し、所定の電極パターンにフォトエッチング等によ
りパターニングして電極を形成する。その後、300〜
1200℃、より好ましくは、約600℃の熱処理を行
う。このとき、前記p−Alx Ga1-x N層1の一部を
露出させて、概ね200nm〜290nmの波長範囲の
紫外線を受光する受光領域9を形成する。
る電極(図示せず)は、電極形成部分の前記p−Alx
Ga1-x N層1と前記i−Alx Ga1-x N層2をエッ
チング除去し、公知の手法で形成するものとする。ま
た、前記電極金属8と前記高不純物濃度層7間の層間絶
縁膜、或いは、前記電極金属8と前記高不純物濃度層7
上の表面保護膜等は、必要に応じて公知の材料のものを
公知の手法にて適宜必要に応じて作製する。尚、これら
の詳細は、本発明の要旨とは直接は関係がないので割愛
する。
係る火炎センサは、上記のPIN構造に限定されるもの
ではなく、p−Alx Ga1-x Nを有するPN構造、フ
ォトトランジスタ構造、フォトFET構造、フォトコン
ダクタ構造等の種々の半導体素子構造のものであっても
構わない。
5が好ましいが、火炎センサの使用環境に応じて吸収ス
ペクトルの長波長限界が長波長側に緩和できる場合等
は、上記実施形態の値より小さくすることができる。
上記実施の形態の値に限定されるものではなく、適宜最
適化されるものである。更に、前記基板4はサファイア
基板以外であっても構わないし、前記AlNバッファ層
5の代わりに例えばタングステン層等を使用しても構わ
ない。
は、火炎センサ以外の受光素子であっても、受光素子以
外のデバイスであっても構わない。また、受光素子の場
合、その吸収スペクトルの波長域、即ち、Alの組成比
xの値は上記実施形態のものに限定されるものではな
い。
濃度層7、前記低不純物濃度層6からなる積層構造によ
って、良好なオーミック接触の電極を得ることができ
る。
施形態の断面図
Claims (10)
- 【請求項1】 p−Alx Ga1-x N層(x>0)から
なるp型半導体層を含む窒化物半導体デバイスであっ
て、 前記p型半導体層は、その表面近傍部分に、前記表面近
傍部分の下層側より不純物濃度が高く、その不純物とし
てBeを少なくとも含む高不純物濃度層を形成してな
り、その高不純物濃度層表面に金属電極が形成されてい
ることを特徴とする窒化物半導体デバイス。 - 【請求項2】 前記高不純物濃度層の不純物濃度が10
18cm-3以上である請求項1記載の窒化物半導体デバイ
ス。 - 【請求項3】 前記p型半導体層の一部または全部に、
前記p−Alx Ga 1-x N層のAlまたはGaの一部を
Inで置換したもの、若しくは、前記p−Alx Ga
1-x N層のNの一部をPで置換したもの、または、これ
ら両置換を施したものであって、バンドギャップが3.
42eV以上6.2eV以下の範囲内にあるものを含む
請求項1または2記載の窒化物半導体デバイス。 - 【請求項4】 前記金属電極が、Ni、Au、Ptまた
はWの単層金属膜、或いは、Ni、Au、Pt、Wの内
の2種以上からなる多層金属膜または合金層である請求
項1、2または3記載の窒化物半導体デバイス。 - 【請求項5】 請求項1、2、3または4記載の窒化物
半導体デバイスで構成された受光素子であって、前記p
型半導体層の少なくとも前記表面近傍部分のAl組成比
xが吸収スペクトルの長波長限界で決定されるバンドギ
ャップとなるAl組成比である受光素子。 - 【請求項6】 請求項1、2、3または4記載の窒化物
半導体デバイスで構成された火炎センサであって、前記
p型半導体層の少なくとも前記表面近傍部分のAl組成
比xが0.3以上である火炎センサ。 - 【請求項7】 請求項1、2、3または4記載の窒化物
半導体デバイスの製造方法であって、 前記高不純物濃度層を、前記p型半導体層の前記表面近
傍部分の結晶成長後に、前記表面近傍部分にBeまたは
Beと他のp型不純物を少なくとも含む不純物イオンを
注入またはドーピングして形成することを特徴とする窒
化物半導体デバイスの製造方法。 - 【請求項8】 請求項1、2、3または4記載の窒化物
半導体デバイスの製造方法であって、 前記高不純物濃度層を、前記p型半導体層の前記表面近
傍部分の結晶成長時にBeまたはBeと他のp型不純物
を少なくとも含む原料を添加することにより同時に形成
することを特徴とする窒化物半導体デバイスの製造方
法。 - 【請求項9】 前記p−Alx Ga1-x N層の結晶成長
をMOCVD法、ハイドライドVPE法、MOVPE
法、MBE法、または、レーザアブレーション法で行
い、前記BeまたはBeと他のp型不純物を少なくとも
含む原料が、Beを含む有機金属化合物である請求項8
記載の窒化物半導体デバイスの製造方法。 - 【請求項10】 前記金属電極を前記高不純物濃度層上
に蒸着した後、300〜1200℃の熱処理を行うこと
を特徴とする請求項7、8または9記載の窒化物半導体
デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11101217A JP2000294824A (ja) | 1999-04-08 | 1999-04-08 | 窒化物半導体デバイス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11101217A JP2000294824A (ja) | 1999-04-08 | 1999-04-08 | 窒化物半導体デバイス及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=14294749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11101217A Pending JP2000294824A (ja) | 1999-04-08 | 1999-04-08 | 窒化物半導体デバイス及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000294824A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018041967A (ja) * | 2010-12-16 | 2018-03-15 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | Pvdにより形成される窒化アルミニウム緩衝層を有する窒化ガリウムベースのledの製造 |
-
1999
- 1999-04-08 JP JP11101217A patent/JP2000294824A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018041967A (ja) * | 2010-12-16 | 2018-03-15 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | Pvdにより形成される窒化アルミニウム緩衝層を有する窒化ガリウムベースのledの製造 |
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