JP2001196574A - ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方法 - Google Patents
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方法Info
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- JP2001196574A JP2001196574A JP2000002326A JP2000002326A JP2001196574A JP 2001196574 A JP2001196574 A JP 2001196574A JP 2000002326 A JP2000002326 A JP 2000002326A JP 2000002326 A JP2000002326 A JP 2000002326A JP 2001196574 A JP2001196574 A JP 2001196574A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体
層表面に形成されたｎ型電極に関して、接触抵抗が小さ
く、良好なオーミック特性が再現性よく得られる。 【解決手段】 ｎ型電極の形成方法は、ＧａＮコンタク
ト層１の上に、初めにＴｉ層２を蒸着し、その後Ａｌ層
３、Ａｌよりも高融点の金属層を順次蒸着する。Ａｌよ
りも高融点の金属層の例としてはＡｕ層５等がある。そ
の後熱処理をする。熱処理温度は２０℃〜９００℃であ
る。あるいは、２５０℃〜９００℃である。あるいは、
第一段目として２０℃〜４００℃、二段目として４００
℃〜９００℃の２段階の熱処理をする。この際、二段目
は一段目よりも必ず温度は高い。あるいは、第一段目と
して２５０℃〜４００℃、二段目として４００℃〜９０
０℃の２段階の熱処理をする。この際、二段目は一段目
よりも必ず温度は高い。
層表面に形成されたｎ型電極に関して、接触抵抗が小さ
く、良好なオーミック特性が再現性よく得られる。 【解決手段】 ｎ型電極の形成方法は、ＧａＮコンタク
ト層１の上に、初めにＴｉ層２を蒸着し、その後Ａｌ層
３、Ａｌよりも高融点の金属層を順次蒸着する。Ａｌよ
りも高融点の金属層の例としてはＡｕ層５等がある。そ
の後熱処理をする。熱処理温度は２０℃〜９００℃であ
る。あるいは、２５０℃〜９００℃である。あるいは、
第一段目として２０℃〜４００℃、二段目として４００
℃〜９００℃の２段階の熱処理をする。この際、二段目
は一段目よりも必ず温度は高い。あるいは、第一段目と
して２５０℃〜４００℃、二段目として４００℃〜９０
０℃の２段階の熱処理をする。この際、二段目は一段目
よりも必ず温度は高い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はｎ型窒化ガリウム系
化合物半導体を用いた半導体素子の電極の形成方法に関
する。
化合物半導体を用いた半導体素子の電極の形成方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、Ｉｎ
ＧａＡｌＮなどの窒化ガリウム（GａＮ）系化合物半導
体は、組成を選択することでバンドギャップを広範囲に
変化させることができ、特に他の組成で実現が困難であ
る青系統の短波長発光を得ることが出来ることから、半
導体発光ダイオードや半導体レーザなどの発光素子への
応用が検討されている。また窒化ガリウム系化合物半導
体は、高温での組成安定性に優れており、高温で動作可
能なトランジスタなどの半導体材料として期待されてい
る。
ＧａＡｌＮなどの窒化ガリウム（GａＮ）系化合物半導
体は、組成を選択することでバンドギャップを広範囲に
変化させることができ、特に他の組成で実現が困難であ
る青系統の短波長発光を得ることが出来ることから、半
導体発光ダイオードや半導体レーザなどの発光素子への
応用が検討されている。また窒化ガリウム系化合物半導
体は、高温での組成安定性に優れており、高温で動作可
能なトランジスタなどの半導体材料として期待されてい
る。
【０００３】これらの窒化ガリウム系材料を用いた半導
体素子のｎ型電極は、多層電極あるいは合金電極とｎ型
ＧａＮコンタクト層により比較的低い接触抵抗のものが
得られている。電極の例としては、ＴｉとＡｌの合金ま
たはＴｉとＡｌの多層膜がある。図３に従来例１の電極
構造の断面図を示す。ｎ型電極はｎ型ＧａＮコンタクト
層１表面に、Ｔｉ層２とＡｌ層３を順に積層した構造に
なっている。この電極構造では電極蒸着後、４００℃以
上の温度の熱処理で良好なオーミック特性が得られてい
る。
体素子のｎ型電極は、多層電極あるいは合金電極とｎ型
ＧａＮコンタクト層により比較的低い接触抵抗のものが
得られている。電極の例としては、ＴｉとＡｌの合金ま
たはＴｉとＡｌの多層膜がある。図３に従来例１の電極
構造の断面図を示す。ｎ型電極はｎ型ＧａＮコンタクト
層１表面に、Ｔｉ層２とＡｌ層３を順に積層した構造に
なっている。この電極構造では電極蒸着後、４００℃以
上の温度の熱処理で良好なオーミック特性が得られてい
る。
【０００４】また、従来例１の電極を改良した電極構造
として、ｎ型ＧａＮコンタクト層１表面にＴｉ層２とＡ
ｌ層３を順に積層した後、Ａｌよりも高融点の金属を積
層した電極構造が提案されている。Ａｌよりも高融点の
金属としては、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｃｕが挙げられており、特にＡｕ、Ｔｉ、Ｎｉがよ
いとされている。
として、ｎ型ＧａＮコンタクト層１表面にＴｉ層２とＡ
ｌ層３を順に積層した後、Ａｌよりも高融点の金属を積
層した電極構造が提案されている。Ａｌよりも高融点の
金属としては、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｃｕが挙げられており、特にＡｕ、Ｔｉ、Ｎｉがよ
いとされている。
【０００５】図４に従来例２のｎ型電極の構造を示す。
図４において、ｎ型電極はｎ型ＧａＮコンタクト層１表
面に順次積層されたＴｉ層２、Ａｌ層３、Ｎｉ層４、Ａ
ｕ層５とからなっている。この場合も従来例１の場合と
同じく、４００℃以上の温度の熱処理で良好なオーミッ
ク特性が得られる。
図４において、ｎ型電極はｎ型ＧａＮコンタクト層１表
面に順次積層されたＴｉ層２、Ａｌ層３、Ｎｉ層４、Ａ
ｕ層５とからなっている。この場合も従来例１の場合と
同じく、４００℃以上の温度の熱処理で良好なオーミッ
ク特性が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】我々の実験結果を以下
に述べる。図６にｎ型電極構造の断面図を示す。ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層１表面にＴｉ層２、Ａｌ層３、Ａｕ層
５の順で電極を積層した。その後４００℃以上で熱処理
した。コンタクト特性（電流Ｉ−電圧Ｖ特性）を測定し
た結果を図９に示す。このようにオーミック特性を得る
ことは難しかった。
に述べる。図６にｎ型電極構造の断面図を示す。ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層１表面にＴｉ層２、Ａｌ層３、Ａｕ層
５の順で電極を積層した。その後４００℃以上で熱処理
した。コンタクト特性（電流Ｉ−電圧Ｖ特性）を測定し
た結果を図９に示す。このようにオーミック特性を得る
ことは難しかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来の電極形成方法では
ＧａＮコンタクト層１の上に、初めにＴｉ層２を蒸着し
ている。その後Ａｌ層３、Ａｕ層５の順に蒸着してい
る。我々の実験結果でオーミック特性が再現性良く得ら
れなかった原因として以下のことを考えた。
ＧａＮコンタクト層１の上に、初めにＴｉ層２を蒸着し
ている。その後Ａｌ層３、Ａｕ層５の順に蒸着してい
る。我々の実験結果でオーミック特性が再現性良く得ら
れなかった原因として以下のことを考えた。
【０００８】酸化膜を除去する目的で前処理を行い、さ
らに蒸着は真空状態で行う。しかしながら、ＧａＮコン
タクト層１表面とＴｉ層２の界面には、ある程度のＴｉ
の酸化物が生成する。熱処理工程後にＴｉ酸化物はこの
界面に残留し、これによりオーミック特性が再現性良く
得られることを難しくしている。図５に酸化物生成の標
準自由エネルギーの絶対値｜△Ｇ｜と温度との関係を示
す（Richard A. Swalin"固体の熱力学",コロナ社（１９
６５））。Ｔｉ酸化物とＡｌ酸化物の標準生成自由エネ
ルギーの絶対値を比較した場合、０℃〜１０００℃の温
度範囲でＴｉの酸化物の方が生成自由エネルギーは小さ
い。よってＴｉの酸化物の方が生成しやすい。すなわち
ｎ型ＧａＮコンタクト層１表面と接触する第一層をＡｌ
層３とした方が、界面に残留する酸化物は減少する。
らに蒸着は真空状態で行う。しかしながら、ＧａＮコン
タクト層１表面とＴｉ層２の界面には、ある程度のＴｉ
の酸化物が生成する。熱処理工程後にＴｉ酸化物はこの
界面に残留し、これによりオーミック特性が再現性良く
得られることを難しくしている。図５に酸化物生成の標
準自由エネルギーの絶対値｜△Ｇ｜と温度との関係を示
す（Richard A. Swalin"固体の熱力学",コロナ社（１９
６５））。Ｔｉ酸化物とＡｌ酸化物の標準生成自由エネ
ルギーの絶対値を比較した場合、０℃〜１０００℃の温
度範囲でＴｉの酸化物の方が生成自由エネルギーは小さ
い。よってＴｉの酸化物の方が生成しやすい。すなわち
ｎ型ＧａＮコンタクト層１表面と接触する第一層をＡｌ
層３とした方が、界面に残留する酸化物は減少する。
【０００９】熱処理をするとＴｉとＡｌは合金化するの
で、従来、電極蒸着時の積層順は問題としていなかっ
た。今回我々は上記考察から、この電極蒸着時の積層順
について注目し鋭意検討した。すなわち、従来例ではＧ
ａＮコンタクト層１表面の上にＴｉ層２を蒸着したが、
本発明では初めにＡｌ層３を蒸着することにした。その
後Ｔｉ層２、Ａｕ層５の順番で蒸着することにした。
で、従来、電極蒸着時の積層順は問題としていなかっ
た。今回我々は上記考察から、この電極蒸着時の積層順
について注目し鋭意検討した。すなわち、従来例ではＧ
ａＮコンタクト層１表面の上にＴｉ層２を蒸着したが、
本発明では初めにＡｌ層３を蒸着することにした。その
後Ｔｉ層２、Ａｕ層５の順番で蒸着することにした。
【００１０】本発明のｎ型電極の形成方法は、熱処理前
の電極蒸着工程において、窒化ガリウム系化合物半導体
のｎ型コンタクト層上にＡｌ層３、Ｔｉ層２、Ａｕ層５
の順に積層することを特徴とする。さらに前記電極金属
を形成した後、熱処理することを特徴とする。また前記
熱処理温度は、２０℃〜９００℃であることを特徴とす
る。２０℃では熱処理を施さないことと同じ意味であ
る。２０℃の室温において接触抵抗値は１×１０― 3Ω
ｃｍ2とやや高いが、良好なオーミック特性を確認して
いる。熱処理時間は３０分以内で十分である。９００℃
以上では、ＧａＮ系化合物半導体膜の結晶性は悪くな
り、半導体素子作成後の特性に悪影響を及ぼす。
の電極蒸着工程において、窒化ガリウム系化合物半導体
のｎ型コンタクト層上にＡｌ層３、Ｔｉ層２、Ａｕ層５
の順に積層することを特徴とする。さらに前記電極金属
を形成した後、熱処理することを特徴とする。また前記
熱処理温度は、２０℃〜９００℃であることを特徴とす
る。２０℃では熱処理を施さないことと同じ意味であ
る。２０℃の室温において接触抵抗値は１×１０― 3Ω
ｃｍ2とやや高いが、良好なオーミック特性を確認して
いる。熱処理時間は３０分以内で十分である。９００℃
以上では、ＧａＮ系化合物半導体膜の結晶性は悪くな
り、半導体素子作成後の特性に悪影響を及ぼす。
【００１１】あるいは、熱処理を短時間で行う場合は、
前記電極金属を蒸着した後、熱処理する際、２５０℃〜
９００℃の温度下で保持することを特徴とする。熱処理
時間は１５分以内で十分である。
前記電極金属を蒸着した後、熱処理する際、２５０℃〜
９００℃の温度下で保持することを特徴とする。熱処理
時間は１５分以内で十分である。
【００１２】あるいは、前記電極金属を蒸着した後熱処
理する際、一段目として２０℃〜４００℃の温度下で保
持した後、二段目として４００℃〜９００℃の温度下で
保持し、かつ二段目は一段目よりも必ず温度が高いこと
を特徴とする。熱処理時間は一段目は３０分以内、二段
目は１５分以内で十分である。一段目の熱処理では、ｎ
型ＧａＮコンタクト層１表面とＡｌ層３の間の界面にわ
ずかに存在していたＡｌの酸化物が分解し、Ａｌは窒素
と結合し、酸化物は界面に存在しなくなる。分解して発
生した酸素は電極外部へ拡散する。この段階でＴｉ―Ａ
ｌ合金をＧａＮコンタクト層表面に形成する。二段目の
熱処理では、Ａｕと前記Ｔｉ―Ａｌ合金の界面にＡｕ―
Ｔｉ―Ａｌ合金を形成し、これらの金属をなじませる効
果をもつ。
理する際、一段目として２０℃〜４００℃の温度下で保
持した後、二段目として４００℃〜９００℃の温度下で
保持し、かつ二段目は一段目よりも必ず温度が高いこと
を特徴とする。熱処理時間は一段目は３０分以内、二段
目は１５分以内で十分である。一段目の熱処理では、ｎ
型ＧａＮコンタクト層１表面とＡｌ層３の間の界面にわ
ずかに存在していたＡｌの酸化物が分解し、Ａｌは窒素
と結合し、酸化物は界面に存在しなくなる。分解して発
生した酸素は電極外部へ拡散する。この段階でＴｉ―Ａ
ｌ合金をＧａＮコンタクト層表面に形成する。二段目の
熱処理では、Ａｕと前記Ｔｉ―Ａｌ合金の界面にＡｕ―
Ｔｉ―Ａｌ合金を形成し、これらの金属をなじませる効
果をもつ。
【００１３】あるいは、熱処理を短時間で行う場合は、
前記電極金属を蒸着した後、熱処理する際、一段目とし
て２５０℃〜４００℃の温度下で保持した後、二段目と
して４００℃〜９００℃の温度下で保持し、かつ二段目
は一段目よりも必ず温度が高いことを特徴とする。熱処
理時間は一段目は１５分以内、二段目は１５分以内で十
分である。
前記電極金属を蒸着した後、熱処理する際、一段目とし
て２５０℃〜４００℃の温度下で保持した後、二段目と
して４００℃〜９００℃の温度下で保持し、かつ二段目
は一段目よりも必ず温度が高いことを特徴とする。熱処
理時間は一段目は１５分以内、二段目は１５分以内で十
分である。
【００１４】また、２段階の熱処理方法においては、ま
ずＡｌとＴｉを蒸着した後、一段目の熱処理を行い、そ
の後Ａｕ層５を蒸着した後、二段目の熱処理を行っても
よい。このような構成をとることにより、良好なオーミ
ック特性が再現性よく得られ、本発明の目的を達成する
ことができる。
ずＡｌとＴｉを蒸着した後、一段目の熱処理を行い、そ
の後Ａｕ層５を蒸着した後、二段目の熱処理を行っても
よい。このような構成をとることにより、良好なオーミ
ック特性が再現性よく得られ、本発明の目的を達成する
ことができる。
【００１５】別の問題点として、高温で熱処理する場
合、チップ状（数ｍｍ角レベル）では特に問題とならな
いが、直径２インチ以上のウエハ状になると、ウエハの
割れ、そり等が発生するおそれがある。ウエハのそりが
大きいとその後の半導体素子作成工程で、ウエハの真空
吸着が出来ない等のトラブルが生じる。本発明によれ
ば、熱処理温度を４００℃以下に下げることができるの
で、上記問題に対しても効果がある。
合、チップ状（数ｍｍ角レベル）では特に問題とならな
いが、直径２インチ以上のウエハ状になると、ウエハの
割れ、そり等が発生するおそれがある。ウエハのそりが
大きいとその後の半導体素子作成工程で、ウエハの真空
吸着が出来ない等のトラブルが生じる。本発明によれ
ば、熱処理温度を４００℃以下に下げることができるの
で、上記問題に対しても効果がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明におけるｎ型窒化ガリウム
系化合物半導体層への電極形成方法の実施形態では、熱
処理開始前にｎ型ＧａＮコンタクト層１表面とＡｌ層３
が接触している構造である。さらに本発明におけるｎ型
窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方法の実施
形態では、熱処理温度が２０℃〜９００℃という広い温
度範囲においても、再現性良く良好なオーミック特性を
得ることが出来る。
系化合物半導体層への電極形成方法の実施形態では、熱
処理開始前にｎ型ＧａＮコンタクト層１表面とＡｌ層３
が接触している構造である。さらに本発明におけるｎ型
窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方法の実施
形態では、熱処理温度が２０℃〜９００℃という広い温
度範囲においても、再現性良く良好なオーミック特性を
得ることが出来る。
【００１７】
【実施例】［実施例１］本発明の実施形態の実施例1に
ついて図１を用いて説明する。図１は本発明の実施例に
係るｎ型電極構造の断面図を示す。ＧａＮコンタクト層
１へまずＡｌ層３を２０ｎｍ真空蒸着する。次にＴｉ層
２を７０ｎｍ真空蒸着する。更にその上にＡｕ層５を１
０００ｎｍスパッタ蒸着した。次に４００℃で１５分間
熱処理した。このようにして作成した電極を用いて、ｎ
コンタクト層の特性を測定した。結果を図７に示す。良
好なオーミック特性が再現性よく得られ、接触抵抗値は
１×１０― 7Ωｃｍ2と十分に低い値であった。
ついて図１を用いて説明する。図１は本発明の実施例に
係るｎ型電極構造の断面図を示す。ＧａＮコンタクト層
１へまずＡｌ層３を２０ｎｍ真空蒸着する。次にＴｉ層
２を７０ｎｍ真空蒸着する。更にその上にＡｕ層５を１
０００ｎｍスパッタ蒸着した。次に４００℃で１５分間
熱処理した。このようにして作成した電極を用いて、ｎ
コンタクト層の特性を測定した。結果を図７に示す。良
好なオーミック特性が再現性よく得られ、接触抵抗値は
１×１０― 7Ωｃｍ2と十分に低い値であった。
【００１８】［実施例２］本発明の実施形態の実施例２
について以下に示す。ｎ型電極蒸着までは上記実施例１
と同じである。熱処理は１００℃で３０分とした。結果
は良好なオーミック特性が再現性よく得られた。
について以下に示す。ｎ型電極蒸着までは上記実施例１
と同じである。熱処理は１００℃で３０分とした。結果
は良好なオーミック特性が再現性よく得られた。
【００１９】［実施例３］本発明の実施形態の実施例３
について図２を用いて説明する。電極蒸着までは上記実
施例１と同じである。図２に２段階の熱処理方法を示
す。一段目の温度は４００℃で１５分、二段目の温度は
８５０℃で５分とした。このようにして作成した電極を
用いて、ｎコンタクト層の特性を測定した。結果を図８
に示す。良好なオーミック特性が再現性よく得られ、コ
ンタクト抵抗値は１×１０ ― 7Ωｃｍ2と十分に低い値で
あった。
について図２を用いて説明する。電極蒸着までは上記実
施例１と同じである。図２に２段階の熱処理方法を示
す。一段目の温度は４００℃で１５分、二段目の温度は
８５０℃で５分とした。このようにして作成した電極を
用いて、ｎコンタクト層の特性を測定した。結果を図８
に示す。良好なオーミック特性が再現性よく得られ、コ
ンタクト抵抗値は１×１０ ― 7Ωｃｍ2と十分に低い値で
あった。
【００２０】［実施例４］図１０にＧａＮ電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）の電極形成プロセスを示す。まずガ
スソース分子線エピタキシャル成長法を用いてＧａＮの
結晶成長を行った。成長室とパターニング室を有する超
高真空装置を用いる。
ンジスタ（ＦＥＴ）の電極形成プロセスを示す。まずガ
スソース分子線エピタキシャル成長法を用いてＧａＮの
結晶成長を行った。成長室とパターニング室を有する超
高真空装置を用いる。
【００２１】成長室においてまず、絶縁性のサファイア
基板６上に、ラジカル化した窒素（３×１０― 6 Ｔｏ
ｒｒ）とＧａ（５×１０― 7 Ｔｏｒｒ）を用いて分子
線エピタキシャル成長法により、成長温度６４０℃で５
０ｎｍの厚さのｎ-ＧａＮ バッファ層７を形成し、更に
その上にＧａ（１×１０― 6 Ｔｏｒｒ）とアンモニア
（５×１０― 5 Ｔｏｒｒ）を用い、成長温度８５０℃
でアンドープのＧａＮ アンドープ層８を１０００ｎｍ
成長した。次にその上に、Ｇａ（１×１０― 7 Ｔｏｒ
ｒ）とアンモニア（５×１０― 5 Ｔｏｒｒ）を用い、
ドーパントとしてＳｉ（１×１０― 9 Ｔｏｒｒ）を用
いて、成長温度８５０℃でＧａＮ ｎ層９を２００ｎｍ
形成する。この層のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ― 3
となるようにあらかじめホール測定などを用いて設定し
た。次にその上にＧａ（１×１０― 7 Ｔｏｒｒ）とア
ンモニア（５×１０― 5 Ｔｏｒｒ）、Ｓｉ（５×１０
― 8 Ｔｏｒｒ）を用い、ｎ型ＧａＮコンタクト層１を
形成した。このときのキャリア濃度は５×１０18ｃｍ―
3とした。
基板６上に、ラジカル化した窒素（３×１０― 6 Ｔｏ
ｒｒ）とＧａ（５×１０― 7 Ｔｏｒｒ）を用いて分子
線エピタキシャル成長法により、成長温度６４０℃で５
０ｎｍの厚さのｎ-ＧａＮ バッファ層７を形成し、更に
その上にＧａ（１×１０― 6 Ｔｏｒｒ）とアンモニア
（５×１０― 5 Ｔｏｒｒ）を用い、成長温度８５０℃
でアンドープのＧａＮ アンドープ層８を１０００ｎｍ
成長した。次にその上に、Ｇａ（１×１０― 7 Ｔｏｒ
ｒ）とアンモニア（５×１０― 5 Ｔｏｒｒ）を用い、
ドーパントとしてＳｉ（１×１０― 9 Ｔｏｒｒ）を用
いて、成長温度８５０℃でＧａＮ ｎ層９を２００ｎｍ
形成する。この層のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ― 3
となるようにあらかじめホール測定などを用いて設定し
た。次にその上にＧａ（１×１０― 7 Ｔｏｒｒ）とア
ンモニア（５×１０― 5 Ｔｏｒｒ）、Ｓｉ（５×１０
― 8 Ｔｏｒｒ）を用い、ｎ型ＧａＮコンタクト層１を
形成した。このときのキャリア濃度は５×１０18ｃｍ―
3とした。
【００２２】次に、上述のＧａＮエピタキシャル膜を用
いた電極作成プロセスを説明する。ＧａＮエピ表面全面
に保護膜としてＳiＯ2を熱化学堆積法で付けた。その後
フォトリソグラフィを用いパターニングを行い、電極と
なる部分に沸酸を用い開口部を設けた。次に電極となる
Ａｌ層３、Ｔｉ層２を真空蒸着装置で順次蒸着してい
く。まず、Ａｌ層３を２０ｎｍ蒸着する。次にＴｉ層２
を７０ｎｍ蒸着する。更にその上にＡｕ層５を１０００
ｎｍスパッタ蒸着する。次に４００℃で１５分熱処理し
て、Ｔｉ―Ａｌ系合金層１３を形成した。更に８５０℃
まで上げて５分間熱処理してＡｕ―Ｔｉ―Ａｌ系合金層
１４を形成した。２段階の熱処理方法を図２に示す。こ
うして作成したソース電極１１、ドレイン電極１２は良
好なオーミック特性であった。またＧａＮコンタクト層
１とこれらの電極１１、１２との接触抵抗を測定した。
その結果１×１０― 7Ωｃｍ2と十分に低い接触抵抗であ
った。
いた電極作成プロセスを説明する。ＧａＮエピ表面全面
に保護膜としてＳiＯ2を熱化学堆積法で付けた。その後
フォトリソグラフィを用いパターニングを行い、電極と
なる部分に沸酸を用い開口部を設けた。次に電極となる
Ａｌ層３、Ｔｉ層２を真空蒸着装置で順次蒸着してい
く。まず、Ａｌ層３を２０ｎｍ蒸着する。次にＴｉ層２
を７０ｎｍ蒸着する。更にその上にＡｕ層５を１０００
ｎｍスパッタ蒸着する。次に４００℃で１５分熱処理し
て、Ｔｉ―Ａｌ系合金層１３を形成した。更に８５０℃
まで上げて５分間熱処理してＡｕ―Ｔｉ―Ａｌ系合金層
１４を形成した。２段階の熱処理方法を図２に示す。こ
うして作成したソース電極１１、ドレイン電極１２は良
好なオーミック特性であった。またＧａＮコンタクト層
１とこれらの電極１１、１２との接触抵抗を測定した。
その結果１×１０― 7Ωｃｍ2と十分に低い接触抵抗であ
った。
【００２３】ＧａＮの成長には有機金属気相化学堆積法
（ＭＯＣＶＤ）を用いても良い。ＧａＮ膜形成には、窒
素源としてジメチルヒドラジン、モノメチルヒドラジ
ン、アンモニア等を用いる。またＧａ源としてはトリエ
チルガリウム、トリメチルガリウムなどの有機金属ガス
を用いる。又、ｎ型ドーパントとしてモノシラン、ジシ
ランなどを用いる。
（ＭＯＣＶＤ）を用いても良い。ＧａＮ膜形成には、窒
素源としてジメチルヒドラジン、モノメチルヒドラジ
ン、アンモニア等を用いる。またＧａ源としてはトリエ
チルガリウム、トリメチルガリウムなどの有機金属ガス
を用いる。又、ｎ型ドーパントとしてモノシラン、ジシ
ランなどを用いる。
【００２４】また、三層目の電極であるＡｕ層５は、Ｎ
ｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕにおいても同じ効果が
得られる。
ｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕにおいても同じ効果が
得られる。
【００２５】また、ＧａＮ以外にもＧａＡｌＮ、ＩｎＧ
ａＮ、ＩｎＧａＡｌＮなどの窒化ガリウム系半導体にお
いても同じ効果が得られる。
ａＮ、ＩｎＧａＡｌＮなどの窒化ガリウム系半導体にお
いても同じ効果が得られる。
【００２６】また、ＧａＮ電界効果トランジスタを実施
例４で示したが、発光ダイオード、レーザダイオード等
で利用されるｎ型電極においても同じ効果が得られる。
例４で示したが、発光ダイオード、レーザダイオード等
で利用されるｎ型電極においても同じ効果が得られる。
【００２７】
【比較例】本発明の比較例について図６を用いて説明す
る。図６は比較例のｎ型電極構造の断面図を示す。Ｇａ
Ｎコンタクト層１表面上に、まずＴｉ層２を２０ｎｍ真
空蒸着する。次にＡｌ層３を７０ｎｍ真空蒸着する。更
にその上にＡｕ層５を１０００ｎｍスパッタ蒸着した。
次に４００℃で１５分間熱処理した。このようにして作
成した電極を用いて、ｎコンタクト層の特性を測定し
た。結果を図９に示す。良好なオーミック特性が得られ
なかった。
る。図６は比較例のｎ型電極構造の断面図を示す。Ｇａ
Ｎコンタクト層１表面上に、まずＴｉ層２を２０ｎｍ真
空蒸着する。次にＡｌ層３を７０ｎｍ真空蒸着する。更
にその上にＡｕ層５を１０００ｎｍスパッタ蒸着した。
次に４００℃で１５分間熱処理した。このようにして作
成した電極を用いて、ｎコンタクト層の特性を測定し
た。結果を図９に示す。良好なオーミック特性が得られ
なかった。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
請求項１〜５に係るｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
表面に電極を形成する方法において、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層と電極との界面に残留する酸化物が抑制され、良
好なオーミック特性が再現性良く得られ、接触抵抗は十
分に小さい値が得られる。
請求項１〜５に係るｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
表面に電極を形成する方法において、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層と電極との界面に残留する酸化物が抑制され、良
好なオーミック特性が再現性良く得られ、接触抵抗は十
分に小さい値が得られる。
【００２９】また、直径２インチ以上のウエハ上に電極
を形成する場合、特に熱処理温度を低温領域に設定する
ことことができ、ウエハのワレ、そり等のトラブルの発
生を防止できる。
を形成する場合、特に熱処理温度を低温領域に設定する
ことことができ、ウエハのワレ、そり等のトラブルの発
生を防止できる。
【図１】 本発明の実施例１，２に係るｎ型電極構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】 本発明の実施例２、４に係る２段階の熱処理
方法である。
方法である。
【図３】 従来例１のｎ型電極構造を示す断面図であ
る。
る。
【図４】 従来例２のｎ型電極構造を示す断面図であ
る。
る。
【図５】 酸化物生成の標準自由エネルギーと温度との
関係
関係
【図６】 比較例のｎ型電極構造を示す断面図である。
【図７】 本発明の実施例１に係る電極の電流電圧特性
を示す図である。
を示す図である。
【図８】 本発明の実施例２に係る電極の電流電圧特性
を示す図である。
を示す図である。
【図９】 比較例１に係る電極の電流電圧特性を示す図
である。
である。
【図１０】 ＧａＮ ＦＥＴの電極形成プロセスを示す
図である。
図である。
１ ＧａＮ コンタクト層 ２ Ｔｉ層 ３ Ａｌ層 ４ Ｎｉ層 ５ Ａｕ層 ６ サファイア基板 ７ ＧａＮ バッファ層 ８ ＧａＮ アンドープ層 ９ ＧａＮ ｎ層 １０ ゲート電極 １１ ソース電極 １２ ドレイン電極 １３ Ｔｉ―Ａｕ系合金 １４ Ａｕ−Ｔｉ―Ａｌ系合金
Claims (5)
- 【請求項１】ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面に
電極を形成する方法において、前記電極はｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層に接する側から順に、第一の薄膜
としてはアルミニウム、第二の薄膜としてはチタン、第
三の薄膜としてはアルミニウムよりも高融点の金属が、
それぞれ積層されていることを特徴とするｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層への電極形成方法。 - 【請求項２】前記第一、第二、第三の薄膜を積層したｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層を、２０℃〜９００℃
の温度下で保持することを特徴とした請求項１に記載の
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方法。 - 【請求項３】前記第一、第二、第三の薄膜を積層したｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層を、２５０℃〜９００
℃の温度下で保持することを特徴とした請求項２に記載
のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方
法。 - 【請求項４】前記第一、第二、第三の薄膜を積層したｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層を、一段目として２０
℃〜４００℃の温度下で保持した後、二段目として４０
０℃〜９００℃の温度下で保持し、かつ二段目は一段目
よりも必ず温度が高いことを特徴とした請求項１に記載
のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方
法。 - 【請求項５】前記第一、第二、第三の薄膜を積層したｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層を、一段目として２５
０℃〜４００℃の温度下で保持した後、二段目として４
００℃〜９００℃の温度下で保持し、かつ二段目は一段
目よりも必ず温度が高いことを特徴とした請求項４に記
載のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000002326A JP4494567B2 (ja) | 2000-01-11 | 2000-01-11 | ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000002326A JP4494567B2 (ja) | 2000-01-11 | 2000-01-11 | ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001196574A true JP2001196574A (ja) | 2001-07-19 |
| JP4494567B2 JP4494567B2 (ja) | 2010-06-30 |
Family
ID=18531447
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000002326A Expired - Lifetime JP4494567B2 (ja) | 2000-01-11 | 2000-01-11 | ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層への電極形成方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4494567B2 (ja) |
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-
2000
- 2000-01-11 JP JP2000002326A patent/JP4494567B2/ja not_active Expired - Lifetime
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