JP2002057321A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 オーム接触の熱安定耐久性が素晴らしく、製
造方法は簡単であり、コストが下げられ、歩留まりが向
上される窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体装置及
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板の上にｎ型半導体層、アクティブ
層、及びｐ型半導体層を含む半導体積層構造を形成する
工程と、前記半導体積層構造をエッチングして、前記ｎ
型半導体層の一部を露出させる工程と、前記ｎ型半導体
層の上にオーム接触、障壁層、及びパッド層を含む第1
電極を形成する工程と、前記第1電極とｎ型半導体層と
の間の接触抵抗を下げる同時にｐ型半導体層を活性化す
るためのアニール工程と、前記ｐ型半導体層の上に第2
電極を形成する工程と、を備える。
造方法は簡単であり、コストが下げられ、歩留まりが向
上される窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体装置及
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板の上にｎ型半導体層、アクティブ
層、及びｐ型半導体層を含む半導体積層構造を形成する
工程と、前記半導体積層構造をエッチングして、前記ｎ
型半導体層の一部を露出させる工程と、前記ｎ型半導体
層の上にオーム接触、障壁層、及びパッド層を含む第1
電極を形成する工程と、前記第1電極とｎ型半導体層と
の間の接触抵抗を下げる同時にｐ型半導体層を活性化す
るためのアニール工程と、前記ｐ型半導体層の上に第2
電極を形成する工程と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系III
−Ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
−Ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム（GaＮ）、G8BIn、InGaN、
InAlGaN等のようなIII−Ｖ族窒化物のエピタキシャル層
が初めて順調に生成される以来、直接バンドギャップが
高いこと、飽和ドリフト速度が高いこと、降伏電圧が高
いこと、及び化学不活性等の特性を具有するため、高温
／高電力の電子装置及び光電装置の製造に最も有望な材
料になった。最近は、高ドープのエピタキシャル層結晶
の品質の改善により、III−Ｖ族窒化物エピタキシャル
構造で作られた高品質のレーザ・ダイオード、発光ダイ
オード、光電検出器、及びマイクロ波電界効果トランジ
スタも発展した。
InAlGaN等のようなIII−Ｖ族窒化物のエピタキシャル層
が初めて順調に生成される以来、直接バンドギャップが
高いこと、飽和ドリフト速度が高いこと、降伏電圧が高
いこと、及び化学不活性等の特性を具有するため、高温
／高電力の電子装置及び光電装置の製造に最も有望な材
料になった。最近は、高ドープのエピタキシャル層結晶
の品質の改善により、III−Ｖ族窒化物エピタキシャル
構造で作られた高品質のレーザ・ダイオード、発光ダイ
オード、光電検出器、及びマイクロ波電界効果トランジ
スタも発展した。
【０００３】一般に、III−Ｖ族窒化物装置の性能はそ
の接触抵抗に制限される。従って、高性能のIII−Ｖ族
窒化物装置を作るため、信頼性の高い金属接触を作らな
ければならない。GaNを例に、いろいろな金属がその接
触として利用することができるが、ｎ型GaNのオーム接
触としては、チタン／アルミニウム（Ti／Al）２層が最
も広く使われている。しかし、このTi／Al２層は酸化し
やすいし、後工程及び作業期間中にオーム接触抵抗が上
昇しやすいとの課題がある。
の接触抵抗に制限される。従って、高性能のIII−Ｖ族
窒化物装置を作るため、信頼性の高い金属接触を作らな
ければならない。GaNを例に、いろいろな金属がその接
触として利用することができるが、ｎ型GaNのオーム接
触としては、チタン／アルミニウム（Ti／Al）２層が最
も広く使われている。しかし、このTi／Al２層は酸化し
やすいし、後工程及び作業期間中にオーム接触抵抗が上
昇しやすいとの課題がある。
【０００４】高温下にTi／Al２層の酸化傾向を抑えるた
め、パッシベーションとしてその上方に低抵抗の金（A
u）を覆って表面を不活性化する。しかし、金は中のチ
タン層、アルミニウム層に拡散し、GaN層にしみ込ん
で、半導体装置の熱安定性、信頼性及びオーム接触特性
の劣化をもたらす。
め、パッシベーションとしてその上方に低抵抗の金（A
u）を覆って表面を不活性化する。しかし、金は中のチ
タン層、アルミニウム層に拡散し、GaN層にしみ込ん
で、半導体装置の熱安定性、信頼性及びオーム接触特性
の劣化をもたらす。
【０００５】図１は、GaN系のIII−Ｖ族化合物半導体発
光ダイオード（LED）１００の典型的な構造を示す断面
図である。
光ダイオード（LED）１００の典型的な構造を示す断面
図である。
【０００６】発光ダイオード１００は、サファイアで作
られた透明かつ絶縁の基板１を有する。この基板１は、
第１主表面1aと第2主表面1bを有する。GaN製の緩衝層２
は基板１の第1主表面1aの上に形成される。GaN系のｎ型
のIII−Ｖ族化合物半導体層３は緩衝層２の上に形成さ
れる。このn型半導体層３は、例えばゲルマニウム（G
e）、セレン（Se）、硫黄（S）、またはテルル（Te）等
のｎ型不純物でドーピングするものである。また、この
ｎ型半導体層３はシリコン（Ｓｉ）でドーピングするこ
ともできる。
られた透明かつ絶縁の基板１を有する。この基板１は、
第１主表面1aと第2主表面1bを有する。GaN製の緩衝層２
は基板１の第1主表面1aの上に形成される。GaN系のｎ型
のIII−Ｖ族化合物半導体層３は緩衝層２の上に形成さ
れる。このn型半導体層３は、例えばゲルマニウム（G
e）、セレン（Se）、硫黄（S）、またはテルル（Te）等
のｎ型不純物でドーピングするものである。また、この
ｎ型半導体層３はシリコン（Ｓｉ）でドーピングするこ
ともできる。
【０００７】ｎ型AlGaN層４は、ｎ型半導体層３の上に
形成される。アクティブ層５は、ｎ型AlGaN層４の上に
形成され、例えば、InGaN／GaNで構成するマルチ量子ウ
ェル（Multi Quantum Well, MQW）、シングル量子ウェ
ル（Single Quantum Well, SQW）、または2重異構造（D
ouble Heterostructure, DH）の構造である。ｐ型AlGaN
層６は、アクティブ層５の上に形成される。
形成される。アクティブ層５は、ｎ型AlGaN層４の上に
形成され、例えば、InGaN／GaNで構成するマルチ量子ウ
ェル（Multi Quantum Well, MQW）、シングル量子ウェ
ル（Single Quantum Well, SQW）、または2重異構造（D
ouble Heterostructure, DH）の構造である。ｐ型AlGaN
層６は、アクティブ層５の上に形成される。
【０００８】ｐ型のGaN系III−Ｖ族化合物半導体層７
は、p型AlGaN層６の上に形成される。このp型半導体層
７は、例えば、ベリリウム（Be）、ストロンチウム（S
r）、バリウム（Ba）、亜鉛（Zn）、またはマグネシウ
ム（Mg）等のp型不純物でドーピングする。
は、p型AlGaN層６の上に形成される。このp型半導体層
７は、例えば、ベリリウム（Be）、ストロンチウム（S
r）、バリウム（Ba）、亜鉛（Zn）、またはマグネシウ
ム（Mg）等のp型不純物でドーピングする。
【０００９】図1に示すように、発光ダイオード１００
は、n型半導体層３の上に形成される電極８Aと、p型半
導体層７の上に形成される電極８Bと、を備える。電極
８Aの材料は、前述のチタン、アルミニウム、金等を含
む金属である。電極８Bはオーム電極であり、その材料
は例えば、ニッケル（Ni）、クロム（Cr）、金、白金
（Pt）、またはチタン等の金属である。
は、n型半導体層３の上に形成される電極８Aと、p型半
導体層７の上に形成される電極８Bと、を備える。電極
８Aの材料は、前述のチタン、アルミニウム、金等を含
む金属である。電極８Bはオーム電極であり、その材料
は例えば、ニッケル（Ni）、クロム（Cr）、金、白金
（Pt）、またはチタン等の金属である。
【００１０】次は、図2のフローチャートを参考して、
従来の発光ダイオード１００の製造工程を説明する。
従来の発光ダイオード１００の製造工程を説明する。
【００１１】まず、ステップ２０１に示すように、緩衝
層２、ｎ型半導体層３、ｎ型AlGaN層４、アクティブ層
５、p型AlGaN層６、及びp型半導体層７を順番に基板１
の上に形成する。
層２、ｎ型半導体層３、ｎ型AlGaN層４、アクティブ層
５、p型AlGaN層６、及びp型半導体層７を順番に基板１
の上に形成する。
【００１２】次は、ステップ２０２に示すように、p型A
lGaN層６とp型半導体層７を活性化するための熱処理を
行う。ｐ型AlGaN層６とp型半導体層７の中にドーピング
されたマグネシウムがMg−H結合を成すため、正孔を提
供できなくなる。ここに熱処理を行う目的は、Mg−H結
合を破ってp型AlGaN層６とp型半導体層７を活性化す
る。普通、この熱処理の条件は、６５０〜７８０℃で１
５〜６０分間に加熱する。
lGaN層６とp型半導体層７を活性化するための熱処理を
行う。ｐ型AlGaN層６とp型半導体層７の中にドーピング
されたマグネシウムがMg−H結合を成すため、正孔を提
供できなくなる。ここに熱処理を行う目的は、Mg−H結
合を破ってp型AlGaN層６とp型半導体層７を活性化す
る。普通、この熱処理の条件は、６５０〜７８０℃で１
５〜６０分間に加熱する。
【００１３】次は、ステップ２０３に示すように、エッ
チングでp型半導体層７、p型AlGaN層６、アクティブ層
５、及びｎ型AlGaN層４を部分的に取り除いてｎ型半導
体層３の表面を露出させる。ここで、ｎ型半導体層３の
表面の一部もエッチングによって取り除かれる。
チングでp型半導体層７、p型AlGaN層６、アクティブ層
５、及びｎ型AlGaN層４を部分的に取り除いてｎ型半導
体層３の表面を露出させる。ここで、ｎ型半導体層３の
表面の一部もエッチングによって取り除かれる。
【００１４】続いては、ステップ２０４に示すように、
電極８Aと８Bを形成する。電極８Aはｎ型半導体層３の
上に、電極８Bはp型半導体層７の上に形成される。形成
方法としては、例えば、真空蒸着方式またはスパッタリ
ング方式が採用される。
電極８Aと８Bを形成する。電極８Aはｎ型半導体層３の
上に、電極８Bはp型半導体層７の上に形成される。形成
方法としては、例えば、真空蒸着方式またはスパッタリ
ング方式が採用される。
【００１５】最後に、ステップ２０５に示すように、ア
ニール工程を施す。本ステップの目的は、電極８Aと電
極８Bとのオーム接触の抵抗を下げる。普通、このアニ
ール工程の条件は、３００〜４００℃で行う。
ニール工程を施す。本ステップの目的は、電極８Aと電
極８Bとのオーム接触の抵抗を下げる。普通、このアニ
ール工程の条件は、３００〜４００℃で行う。
【００１６】電極８Aと８Bは、ステップ２０４に示すよ
うに、同時に形成される場合と、そうでない場合があ
る。例えば、先に電極８Aを形成してアニールを施して
から、電極８Bを形成する場合ある。
うに、同時に形成される場合と、そうでない場合があ
る。例えば、先に電極８Aを形成してアニールを施して
から、電極８Bを形成する場合ある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる化合物半
導体装置の製造方法は、下記の工程からなる。（１）第
1及び第2の主表面を持つ基板を提供する工程；（２）ｎ
型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体層と、アク
ティブ層と、ｐ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半
導体層と、を有する半導体積層構造を前記基板の第1主
表面の上方に形成する工程；（３）前記半導体積層構造
をエッチングして前記ｎ型半導体層の一部を露出させる
工程；（４）オーム接触と、前記オーム接触の上方にあ
る障壁層と、前記障壁層の上方にあるパッド層と、を有
する第1電極を前記ｎ型半導体層の上に形成する工程；
（５）前記第1電極と前記ｎ型半導体との間の接触抵抗
を下げる同時に、前記ｐ型半導体層を活性化するための
アニール工程を行う工程；（６）前記ｐ型半導体層の上
に第2電極を形成する工程。
導体装置の製造方法は、下記の工程からなる。（１）第
1及び第2の主表面を持つ基板を提供する工程；（２）ｎ
型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体層と、アク
ティブ層と、ｐ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半
導体層と、を有する半導体積層構造を前記基板の第1主
表面の上方に形成する工程；（３）前記半導体積層構造
をエッチングして前記ｎ型半導体層の一部を露出させる
工程；（４）オーム接触と、前記オーム接触の上方にあ
る障壁層と、前記障壁層の上方にあるパッド層と、を有
する第1電極を前記ｎ型半導体層の上に形成する工程；
（５）前記第1電極と前記ｎ型半導体との間の接触抵抗
を下げる同時に、前記ｐ型半導体層を活性化するための
アニール工程を行う工程；（６）前記ｐ型半導体層の上
に第2電極を形成する工程。
【００１８】本発明に係わる化合物半導体装置の実施の
形態１は、ｎ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導
体層と、前記ｎ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半
導体層の上方にある電極と、を含む窒化ガリウム系III
−Ｖ族化合物半導体装置である。前記電極は、オーム接
触層と、前記オーム接触層の上方にある障壁層と、前記
障壁層の上方にあるパッド層と、を有する。
形態１は、ｎ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導
体層と、前記ｎ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半
導体層の上方にある電極と、を含む窒化ガリウム系III
−Ｖ族化合物半導体装置である。前記電極は、オーム接
触層と、前記オーム接触層の上方にある障壁層と、前記
障壁層の上方にあるパッド層と、を有する。
【００１９】本発明に係わる化合物半導体装置の実施の
形態２は、窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体装置
であり、第1及び第2の主表面を持つ基板と、前記基板の
第1主表面の上方に形成され、ｎ型の窒化ガリウム系III
−Ｖ族化合物半導体層と、アクティブ層と、ｐ型の窒化
ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体層と、を有する半導
体積層構造と、前記ｎ型半導体層の上にあり、オーム接
触層と、前記オーム接触層の上方にある障壁層と、前記
障壁層の上方にあるパッド層と、を含む第1電極と、前
記ｐ型半導体層の上にある第2電極と、を含む。
形態２は、窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体装置
であり、第1及び第2の主表面を持つ基板と、前記基板の
第1主表面の上方に形成され、ｎ型の窒化ガリウム系III
−Ｖ族化合物半導体層と、アクティブ層と、ｐ型の窒化
ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体層と、を有する半導
体積層構造と、前記ｎ型半導体層の上にあり、オーム接
触層と、前記オーム接触層の上方にある障壁層と、前記
障壁層の上方にあるパッド層と、を含む第1電極と、前
記ｐ型半導体層の上にある第2電極と、を含む。
【００２０】本発明に係わるｎ型GaNのオーム接触の熱
安定耐久性（thermal stability endurance）は、従来
のTi／Al／Au多層の熱安定耐久性よりずっと優れてい
る。このことにより、本発明に係わる化合物半導体装置
の製造方法は、従来の方法より簡単であり、コストを下
げ、歩留まりを向上することができる。
安定耐久性（thermal stability endurance）は、従来
のTi／Al／Au多層の熱安定耐久性よりずっと優れてい
る。このことにより、本発明に係わる化合物半導体装置
の製造方法は、従来の方法より簡単であり、コストを下
げ、歩留まりを向上することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本明細書の中、“窒化ガリウム系
III−Ｖ族化合物半導体”という言葉は、ガリウムのIII
族元素を含む窒化物半導体、例えば、GaN、G8BIN、IｎG
aN、またはInAlGaN等を意味する。
III−Ｖ族化合物半導体”という言葉は、ガリウムのIII
族元素を含む窒化物半導体、例えば、GaN、G8BIN、IｎG
aN、またはInAlGaN等を意味する。
【００２２】以下、図面を参照して本発明の実施の形態
を詳しく説明する。本発明は、オーム接触と、障壁層
と、パッド層と、を備える電極を提出した。前記オーム
接触は、例えば窒化チタン、チタン、アルミニウム、ク
ロム、インジウム、パラジウム、または前記金属の合
金、を含む。前記障壁層は、前記オーム接触の上方にあ
り、例えば白金、タングステン（W）、またはニッケ
ル、を含む。前記パッド層は、前記障壁層の上方にあ
り、例えば金、を含む。本発明に係わる電極は、障壁層
を有するため、パッド層の金が中に拡散して半導体装置
の内部にしみ込む現象を防止できる。
を詳しく説明する。本発明は、オーム接触と、障壁層
と、パッド層と、を備える電極を提出した。前記オーム
接触は、例えば窒化チタン、チタン、アルミニウム、ク
ロム、インジウム、パラジウム、または前記金属の合
金、を含む。前記障壁層は、前記オーム接触の上方にあ
り、例えば白金、タングステン（W）、またはニッケ
ル、を含む。前記パッド層は、前記障壁層の上方にあ
り、例えば金、を含む。本発明に係わる電極は、障壁層
を有するため、パッド層の金が中に拡散して半導体装置
の内部にしみ込む現象を防止できる。
【００２３】本発明に係わる電極の構造の一例を図３に
示す。図３には、図１と同じ構造を同じ番号で表記す
る。図３に示すように、GaN製の緩衝層２が基板１の上
に形成される。ｎ型半導体層３が緩衝層２の上に形成さ
れる。このｎ型半導体層３は、シリコンをドーピングす
ることができる。電極８Aは、このｎ型半導体層３の上
に形成され、チタン層８１と、チタン層８１の上に形成
されるアルミニウム層８２と、アルミニウム層８２の上
に形成される白金層８３と、白金層８３の上に形成され
る金層８４と、を含む。以下には、この電極８Aを例に
してｎ型GaNとしてのオーム接触の素晴らしい性質を説
明する。
示す。図３には、図１と同じ構造を同じ番号で表記す
る。図３に示すように、GaN製の緩衝層２が基板１の上
に形成される。ｎ型半導体層３が緩衝層２の上に形成さ
れる。このｎ型半導体層３は、シリコンをドーピングす
ることができる。電極８Aは、このｎ型半導体層３の上
に形成され、チタン層８１と、チタン層８１の上に形成
されるアルミニウム層８２と、アルミニウム層８２の上
に形成される白金層８３と、白金層８３の上に形成され
る金層８４と、を含む。以下には、この電極８Aを例に
してｎ型GaNとしてのオーム接触の素晴らしい性質を説
明する。
【００２４】[例１]サファイア基板上に５２０℃で３０
０ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD法(M
etal Organic Chemical Vapor Deposition)で１１００
℃で緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型GaN層を成長させ
る。不純物濃度と移動度は、おのおの6.7×１０17ｃｍ
-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。
０ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD法(M
etal Organic Chemical Vapor Deposition)で１１００
℃で緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型GaN層を成長させ
る。不純物濃度と移動度は、おのおの6.7×１０17ｃｍ
-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。
【００２５】続いて、本発明に係わる電極Ti／Al／Pt／
Au（25／100／50／200ｎｍ）をｎ型GaN層の上に形成す
る。窒素環境の中に、各温度（750℃、850℃、と950
℃）及び各時間にておのおののサンプルに対してアニー
ルを施し、その固有接触抵抗（specific contact resis
tance; ρc）を測定する。結果は図4に示す。
Au（25／100／50／200ｎｍ）をｎ型GaN層の上に形成す
る。窒素環境の中に、各温度（750℃、850℃、と950
℃）及び各時間にておのおののサンプルに対してアニー
ルを施し、その固有接触抵抗（specific contact resis
tance; ρc）を測定する。結果は図4に示す。
【００２６】[例２]サファイア基板上に５２０℃で３０
０ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD法に
よって１１００℃でGaN緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型G
aN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おのおの6.
7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。続いて、
５０KeVのエネルギー、５×１０15ｃｍ-2のドーズでｎ
型GaN層にシリコン注入を行う。
０ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD法に
よって１１００℃でGaN緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型G
aN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おのおの6.
7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。続いて、
５０KeVのエネルギー、５×１０15ｃｍ-2のドーズでｎ
型GaN層にシリコン注入を行う。
【００２７】次は、シリコン注入が行われたｎ型GaN層
の上に本発明の電極Ti／Al／Pt／Au（25／100／50／200
ｎｍ）を形成する。窒素環境の中に、各温度（750℃、8
50℃、と950℃）及び各時間にておのおののサンプルに
対してアニールを施し、その固有接触抵抗（ρc）を測
定する。結果は図５に示す。
の上に本発明の電極Ti／Al／Pt／Au（25／100／50／200
ｎｍ）を形成する。窒素環境の中に、各温度（750℃、8
50℃、と950℃）及び各時間にておのおののサンプルに
対してアニールを施し、その固有接触抵抗（ρc）を測
定する。結果は図５に示す。
【００２８】[例３]サファイア基板上に５２０℃で３０
０ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD法に
よって１１００℃でGaN緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型G
aN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おのおの6.
7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。続いて、
５０KeVのエネルギー、５×１０15ｃｍ-2のドーズでｎ
型GaN層にシリコン注入を行う。引き続き、窒素環境の
中に、１０５０℃でアニールを３０分間行い、ｎ型GaN
層結晶の回復（recovery）を手助けて、同時に注入され
たシリコンを活性化する。
０ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD法に
よって１１００℃でGaN緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型G
aN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おのおの6.
7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。続いて、
５０KeVのエネルギー、５×１０15ｃｍ-2のドーズでｎ
型GaN層にシリコン注入を行う。引き続き、窒素環境の
中に、１０５０℃でアニールを３０分間行い、ｎ型GaN
層結晶の回復（recovery）を手助けて、同時に注入され
たシリコンを活性化する。
【００２９】次は、シリコンが注入されたｎ型GaN層の
上に本発明の電極Ti／Al／Pt／Au（25／100／50／200ｎ
ｍ）を形成させる。窒素環境の中に、各温度（750℃、8
50℃、と950℃）及び各時間にておのおののサンプルに
対してアニールを施し、その固有接触抵抗（ρc）を測
定する。結果は図６に示す。
上に本発明の電極Ti／Al／Pt／Au（25／100／50／200ｎ
ｍ）を形成させる。窒素環境の中に、各温度（750℃、8
50℃、と950℃）及び各時間にておのおののサンプルに
対してアニールを施し、その固有接触抵抗（ρc）を測
定する。結果は図６に示す。
【００３０】[比較例１]サファイア基板上に５２０℃で
３００ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD
法によって１１００℃でGaN緩衝層の上に２μｍ厚みの
ｎ型GaN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おの
おの6.7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。
３００ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD
法によって１１００℃でGaN緩衝層の上に２μｍ厚みの
ｎ型GaN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おの
おの6.7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。
【００３１】続いて、対照組の電極Ti／Al／Au（25／10
0／200ｎｍ）をｎ型GaN層の上に形成する。窒素環境の
中に、各温度（750℃、850℃、と950℃）及び各時間に
ておのおののサンプルに対してアニールを施し、その固
有接触抵抗（ρc）を測定する。結果は図７に示す。
0／200ｎｍ）をｎ型GaN層の上に形成する。窒素環境の
中に、各温度（750℃、850℃、と950℃）及び各時間に
ておのおののサンプルに対してアニールを施し、その固
有接触抵抗（ρc）を測定する。結果は図７に示す。
【００３２】[比較例２]サファイア基板上に５２０℃で
３００ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD
法によって１１００℃で緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型
GaN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おのおの
6.7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。続い
て、５０KeVのエネルギー、５×１０15ｃｍ-2のドーズ
でｎ型GaN層にシリコン注入を行う。
３００ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD
法によって１１００℃で緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型
GaN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おのおの
6.7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。続い
て、５０KeVのエネルギー、５×１０15ｃｍ-2のドーズ
でｎ型GaN層にシリコン注入を行う。
【００３３】次は、シリコンが注入されたｎ型GaN層の
上に対照組の電極Ti／Al／Au（25／100／200ｎｍ）を形
成する。窒素環境の中に、各温度（750℃、850℃、と95
0℃）及び各時間にておのおののサンプルに対してアニ
ールを施し、その固有接触抵抗（ρc）を測定する。結
果は図８に示す。
上に対照組の電極Ti／Al／Au（25／100／200ｎｍ）を形
成する。窒素環境の中に、各温度（750℃、850℃、と95
0℃）及び各時間にておのおののサンプルに対してアニ
ールを施し、その固有接触抵抗（ρc）を測定する。結
果は図８に示す。
【００３４】[比較例３]サファイア基板上に５２０℃で
３００ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD
法によって１１００℃で緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型
GaN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おのおの
6.7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。続い
て、５０KeVのエネルギー、５×１０15ｃｍ-2のドーズ
でｎ型GaN層にシリコン注入を行う。引き続きは、窒素
環境の中に、１０５０℃でアニールを３０分間施し、ｎ
型GaN層結晶の回復を手助けて、同時に注入されたシリ
コンを活性化する。
３００ｎｍ厚みのGaN緩衝層を成長させる。次は、MOCVD
法によって１１００℃で緩衝層の上に２μｍ厚みのｎ型
GaN層を成長させる。不純物濃度と移動度は、おのおの
6.7×１０17ｃｍ-3と３６７ｃｍ2／V−Sである。続い
て、５０KeVのエネルギー、５×１０15ｃｍ-2のドーズ
でｎ型GaN層にシリコン注入を行う。引き続きは、窒素
環境の中に、１０５０℃でアニールを３０分間施し、ｎ
型GaN層結晶の回復を手助けて、同時に注入されたシリ
コンを活性化する。
【００３５】次は、シリコンが注入されたｎ型GaN層の
上に対照組の電極Ti／Al／Au（25／100／200ｎｍ）を形
成する。窒素環境の中に、各温度（750℃、850℃、と95
0℃）及び各時間にておのおののサンプルに対してアニ
ールを施し、その固有接触抵抗（ρc）を測定する。結
果は図９に示す。
上に対照組の電極Ti／Al／Au（25／100／200ｎｍ）を形
成する。窒素環境の中に、各温度（750℃、850℃、と95
0℃）及び各時間にておのおののサンプルに対してアニ
ールを施し、その固有接触抵抗（ρc）を測定する。結
果は図９に示す。
【００３６】次の表１には本発明の各例の製造条件のま
とめを示す。
とめを示す。
【００３７】
【表１】 例１は本発明の電極Ti／Al／Pt／Auがｎ型GaNと接触す
る場合であり、図４は各アニール温度下でその固有接触
抵抗対アニール時間の関数図を示す。図４に示されるよ
うに、最小の固有接触抵抗ρｃは、おのおの750℃で８
×１０‐６Ω−ｃｍ２、850℃で７×１０‐６Ω−ｃｍ
２、950℃で７×１０‐６Ω−ｃｍ２、に現れる。比較
例１は電極Ti／Al／Auがｎ型GaNと接触する場合であ
り、図７は各アニール温度下でその固有接触抵抗対アニ
ール時間の関数図を示す。図４と図７を比較すればわか
るように、Ti／Al／Pt／Au多層及びTi／Al／Au多層がｎ
型GaNと接触する時に生成する最小固有接触抵抗は大体
等しい。しかし、Ti／Al／Pt／Au多層の熱安定耐久力が
Ti／Al／Au多層よりずっと優れている。
る場合であり、図４は各アニール温度下でその固有接触
抵抗対アニール時間の関数図を示す。図４に示されるよ
うに、最小の固有接触抵抗ρｃは、おのおの750℃で８
×１０‐６Ω−ｃｍ２、850℃で７×１０‐６Ω−ｃｍ
２、950℃で７×１０‐６Ω−ｃｍ２、に現れる。比較
例１は電極Ti／Al／Auがｎ型GaNと接触する場合であ
り、図７は各アニール温度下でその固有接触抵抗対アニ
ール時間の関数図を示す。図４と図７を比較すればわか
るように、Ti／Al／Pt／Au多層及びTi／Al／Au多層がｎ
型GaNと接触する時に生成する最小固有接触抵抗は大体
等しい。しかし、Ti／Al／Pt／Au多層の熱安定耐久力が
Ti／Al／Au多層よりずっと優れている。
【００３８】例２は電極Ti／Al／Pt／Auが未回復のシリ
コン注入のｎ型GaNと接触する場合であり、図５は各ア
ニール温度下でその固有接触抵抗対アニール時間の関数
図を示す。比較例２は電極Ti／Al／Auが未回復のシリコ
ン注入のｎ型GaNと接触する場合であり、図８は各アニ
ール温度下でその固有接触抵抗対アニール時間の関数図
を示す。図５と図８に示されるように、750℃のアニー
ル温度下、最初の６０分間までには、２種類の電極の固
有接触抵抗対アニール時間の関係が類似する。注意すべ
きことは、比較例２には、750℃下では６０分の時に最
小の固有接触抵抗が得られる。６０分を過ぎたら、固有
接触抵抗が時間の経過とともに大幅に増加する。一方、
図５に示すように、例２には、750℃でアニールを施す
と、アニール時間の増加とともに固有接触抵抗が段々に
減っていく。
コン注入のｎ型GaNと接触する場合であり、図５は各ア
ニール温度下でその固有接触抵抗対アニール時間の関数
図を示す。比較例２は電極Ti／Al／Auが未回復のシリコ
ン注入のｎ型GaNと接触する場合であり、図８は各アニ
ール温度下でその固有接触抵抗対アニール時間の関数図
を示す。図５と図８に示されるように、750℃のアニー
ル温度下、最初の６０分間までには、２種類の電極の固
有接触抵抗対アニール時間の関係が類似する。注意すべ
きことは、比較例２には、750℃下では６０分の時に最
小の固有接触抵抗が得られる。６０分を過ぎたら、固有
接触抵抗が時間の経過とともに大幅に増加する。一方、
図５に示すように、例２には、750℃でアニールを施す
と、アニール時間の増加とともに固有接触抵抗が段々に
減っていく。
【００３９】図５に示すように、最小の固有接触抵抗ρ
ｃは、おのおの750℃の場合（６００分以上）では７×
１０‐４Ω−ｃｍ２、８50℃の場合（５４０分）では７
×１０‐５Ω−ｃｍ２、９50℃の場合（６０分）では２
×１０‐５Ω−ｃｍ２、に現れる。図５と図８の実験結
果によると、本発明の電極Ti／Al／Pt／Auの熱安定性が
対照組の電極Ti／Al／Auよりずっと優れている。Ti／Al
／Pt／Au多層のオーミック性能の熱安定耐久力が、おの
おの850℃で540分、950℃で60分、750℃ではアニールを
施せば、６００分を超えることが可能である。
ｃは、おのおの750℃の場合（６００分以上）では７×
１０‐４Ω−ｃｍ２、８50℃の場合（５４０分）では７
×１０‐５Ω−ｃｍ２、９50℃の場合（６０分）では２
×１０‐５Ω−ｃｍ２、に現れる。図５と図８の実験結
果によると、本発明の電極Ti／Al／Pt／Auの熱安定性が
対照組の電極Ti／Al／Auよりずっと優れている。Ti／Al
／Pt／Au多層のオーミック性能の熱安定耐久力が、おの
おの850℃で540分、950℃で60分、750℃ではアニールを
施せば、６００分を超えることが可能である。
【００４０】例３は、電極Ti／Al／Pt／Auが回復したシ
リコン注入のｎ型GaNと接触する場合であり、各アニー
ル温度下でその固有接触抵抗対アニール時間の関数図を
図6示す。図6には、最小の固有接触抵抗がアニール温度
750℃、850℃及び950℃下、大体３×１０‐６Ω−ｃｍ
２に現れる。比較例３は電極Ti／Al／Auが回復したシリ
コン注入のｎ型GaNと接触する場合であり、各アニール
温度下での固有接触抵抗対アニール時間の関数図を図9
示す。図６と図９の実験結果を比較すればわかるよう
に、対照組の電極Ti／Al／Auと本発明の電極Ti／Al／Pt
／Auは、同じアニール温度下で得られる最小固有接触抵
抗が大体等しい。しかし、本発明の電極Ti／Al／Pt／Au
の熱安定耐久性がTi／Al／Au多層よりずっと優れてい
る。
リコン注入のｎ型GaNと接触する場合であり、各アニー
ル温度下でその固有接触抵抗対アニール時間の関数図を
図6示す。図6には、最小の固有接触抵抗がアニール温度
750℃、850℃及び950℃下、大体３×１０‐６Ω−ｃｍ
２に現れる。比較例３は電極Ti／Al／Auが回復したシリ
コン注入のｎ型GaNと接触する場合であり、各アニール
温度下での固有接触抵抗対アニール時間の関数図を図9
示す。図６と図９の実験結果を比較すればわかるよう
に、対照組の電極Ti／Al／Auと本発明の電極Ti／Al／Pt
／Auは、同じアニール温度下で得られる最小固有接触抵
抗が大体等しい。しかし、本発明の電極Ti／Al／Pt／Au
の熱安定耐久性がTi／Al／Au多層よりずっと優れてい
る。
【００４１】前述のように、ｐ型AlGaN層６とp型半導体
層７の中にドーピングされたマグネシウムは、Mg−H結
合を形成して正孔を提供できなくなる現象が存在するた
め、p型半導体層７が形成された後、熱処理でこのMg−H
結合を破れて、p型AlGaN層６とp型半導体層７を活性化
する方法が使われている。この熱処理の使用条件は、普
通７００℃〜７５０℃で１５〜６０分間加熱する。しか
し、本発明のTi／Al／Pt／Au多層は熱安定の耐久性が高
いため、アニール工程中にオーム接触を形成する同時
に、p型AlGaN層６とp型半導体層７を活性化することが
できる。従って、本発明の発光ダイオードの製造工程
は、従来の活性化工程を省略できる。後工程において
は、同様の効果が得られる。以下は、図１０を参考して
本発明の発光ダイオードの製造工程を説明する。
層７の中にドーピングされたマグネシウムは、Mg−H結
合を形成して正孔を提供できなくなる現象が存在するた
め、p型半導体層７が形成された後、熱処理でこのMg−H
結合を破れて、p型AlGaN層６とp型半導体層７を活性化
する方法が使われている。この熱処理の使用条件は、普
通７００℃〜７５０℃で１５〜６０分間加熱する。しか
し、本発明のTi／Al／Pt／Au多層は熱安定の耐久性が高
いため、アニール工程中にオーム接触を形成する同時
に、p型AlGaN層６とp型半導体層７を活性化することが
できる。従って、本発明の発光ダイオードの製造工程
は、従来の活性化工程を省略できる。後工程において
は、同様の効果が得られる。以下は、図１０を参考して
本発明の発光ダイオードの製造工程を説明する。
【００４２】まず、ステップ１０１に示すように、緩衝
層２、ｎ型半導体層３、ｎ型AlGaN層４、アクティブ層
５、ｐ型AlGaN層６、及びp型半導体層７を順番に基板１
の上に形成する。
層２、ｎ型半導体層３、ｎ型AlGaN層４、アクティブ層
５、ｐ型AlGaN層６、及びp型半導体層７を順番に基板１
の上に形成する。
【００４３】次は、ステップ１０２に示すように、p型
半導体層７、p型AlGaN層６、アクティブ層５、及びｎ型
AlGaN層４をエッチングで部分的に取り除いて、ｎ型半
導体３の表面を露出させる。ここでは、ｎ型半導体層３
の表面もエッチングで部分的に取り除かれる。
半導体層７、p型AlGaN層６、アクティブ層５、及びｎ型
AlGaN層４をエッチングで部分的に取り除いて、ｎ型半
導体３の表面を露出させる。ここでは、ｎ型半導体層３
の表面もエッチングで部分的に取り除かれる。
【００４４】次は、ステップ１０３に示すように、電極
８Aをｎ型半導体層３の上に形成する。形成方法は、例
えば真空蒸着方式またはスパッタリング方式である。ま
た、前述した各例によってわかるように、電極８Aをｎ
型半導体層３の上に形成する前に、前記ｎ型半導体層に
シリコン原子注入を行い、前記ｎ型半導体層を回復させ
ることができる。
８Aをｎ型半導体層３の上に形成する。形成方法は、例
えば真空蒸着方式またはスパッタリング方式である。ま
た、前述した各例によってわかるように、電極８Aをｎ
型半導体層３の上に形成する前に、前記ｎ型半導体層に
シリコン原子注入を行い、前記ｎ型半導体層を回復させ
ることができる。
【００４５】引き続き、ステップ１０４に示すように、
アニール工程を行う。この工程の目的は、電極８Aのオ
ーム接触抵抗を下げる。このアニール工程は、４００〜
９５０℃で行う。この加熱条件下では、ｐ型半導体層７
を活性化することも可能である。
アニール工程を行う。この工程の目的は、電極８Aのオ
ーム接触抵抗を下げる。このアニール工程は、４００〜
９５０℃で行う。この加熱条件下では、ｐ型半導体層７
を活性化することも可能である。
【００４６】最後は、ステップ１０５に示すように、電
極８Bをp型半導体層７の上に形成する。形成方法は、例
えば真空蒸着方式またはスパッタリング方式である。電
極８Bを形成した後には、７００℃以下でアニールを行
い、電極８Bのオーム接触抵抗をさげることが可能であ
る。
極８Bをp型半導体層７の上に形成する。形成方法は、例
えば真空蒸着方式またはスパッタリング方式である。電
極８Bを形成した後には、７００℃以下でアニールを行
い、電極８Bのオーム接触抵抗をさげることが可能であ
る。
【００４７】
【発明の効果】以上で説明したように、ステップ１０４
においてアニール効果及び活性化の効果を同時に達成で
きるため、本発明が提供する化合物半導体装置の製造方
法は、従来の製造工程より簡単であり、コストを下げ、
歩留まりを向上することができる。
においてアニール効果及び活性化の効果を同時に達成で
きるため、本発明が提供する化合物半導体装置の製造方
法は、従来の製造工程より簡単であり、コストを下げ、
歩留まりを向上することができる。
【図１】本発明のGaN系のIII−Ｖ族化合物半導体発光ダ
イオードを示す断面図である。
イオードを示す断面図である。
【図２】従来の発光ダイオード１００の製造工程の各ス
テップを示すフローチャートである。
テップを示すフローチャートである。
【図３】本発明の電極の詳細構造を示す断面図である。
【図４】各アニール温度下の電極Ti／Al／Pt／Auがｎ型
GaNとの接触の固有接触抵抗対アニール時間の特性を示
す関数図である。
GaNとの接触の固有接触抵抗対アニール時間の特性を示
す関数図である。
【図５】各アニール温度下の電極Ti／Al／Pt／Auが未回
復のシリコン注入のｎ型GaNとの接触の固有接触抵抗対
アニール時間関係を示す関数図である。
復のシリコン注入のｎ型GaNとの接触の固有接触抵抗対
アニール時間関係を示す関数図である。
【図６】各アニール温度下の電極Ti／Al／Pt／Auが回復
したシリコン注入のｎ型GaNとの接触の固有接触抵抗対
アニール時間の特性を示す関数図である。
したシリコン注入のｎ型GaNとの接触の固有接触抵抗対
アニール時間の特性を示す関数図である。
【図７】各アニール温度下の電極Ti／Al／Auがｎ型GaN
との接触の固有接触抵抗対アニール時間の特性を示す関
数図である。
との接触の固有接触抵抗対アニール時間の特性を示す関
数図である。
【図８】各アニール温度下の電極Ti／Al／Auが未回復の
シリコン注入のｎ型GaNとの接触の固有接触抵抗対アニ
ール時間の特性を示す関数図である。
シリコン注入のｎ型GaNとの接触の固有接触抵抗対アニ
ール時間の特性を示す関数図である。
【図９】各アニール温度下の電極Ti／Al／Auが回復した
シリコン注入のｎ型GaNとの接触の固有接触抵抗対アニ
ール時間の特性を示す関数図である。
シリコン注入のｎ型GaNとの接触の固有接触抵抗対アニ
ール時間の特性を示す関数図である。
【図１０】本発明の発光ダイオードの製造工程の各ステ
ップを示すフローチャートである。
ップを示すフローチャートである。
１ 基板 １ａ 第1主表面 １ｂ 第2主表面 ２ 緩衝層 ３ ｎ型半導体層 ４ ｎ型AlGaN層 ５ アクティブ層 ６ ｐ型AlGaN層 ７ ｐ型半導体層 ８Ａ 電極 ８Ｂ 電極 ８１ チタン層 ８２ アルミニウム層 ８３ 白金層 ８４ 金層 １００ 発光ダイオード
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 AA04 BB02 BB04 BB07 BB13 BB14 BB30 DD26 DD78 DD79 FF16 GG04 HH04 HH15 5F041 AA41 AA42 CA05 CA34 CA40 CA46 CA49 CA53 CA56 CA57 CA65 CA71 CA73 CA74 CA82 CA83 5F073 AA74 CA07 CB05 CB07 CB19 CB22 DA14 DA16 DA35 EA28 EA29
Claims (12)
- 【請求項１】 第1及び第2の主表面を持つ基板を提供す
る工程と、 ｎ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体層と、ア
クティブ層と、ｐ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物
半導体層と、を有する半導体積層構造を前記基板の第1
主表面の上方に形成する工程と、 前記半導体積層構造をエッチングしてｎ型半導体層の一
部を露出させる工程と、 オーム接触層と、前記オーム接触層の上方にある障壁層
と、前記障壁層の上方にあるパッド層と、を有する第1
電極を前記ｎ型半導体層に形成する工程と、 前記第1電極と前記ｎ型半導体との間の接触抵抗を下げ
る同時に、前記ｐ型半導体層を活性化するため、アニー
ルを行う工程と、 前記ｐ型半導体層に第2電極を形成する工程と、を含む
窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体の製造方法。 - 【請求項２】 前記ｎ型半導体層に前記第1電極を形成
する前に、前記ｎ型半導体層にシリコン原子注入を行う
工程、を更に含む請求項１に記載の化合物半導体装置の
製造方法。 - 【請求項３】 前記ｎ型半導体層にシリコン原子注入を
行った後に、前記ｎ型半導体層の回復を行う工程、を更
に含む請求項２に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記障壁層は、白金、タングステン、ま
たはニッケルを含む、請求項１に記載の化合物半導体装
置の製造方法。 - 【請求項５】 前記第1電極は、チタン／アルミニウム
／白金／金から構成する、請求項１に記載の化合物半導
体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記アニール工程が４００〜９５０℃の
温度下で行われる、請求項１に記載の化合物半導体装置
の製造方法。 - 【請求項７】 ｎ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物
半導体層と、 オーム接触層、前記オーム接触層の上方にある障壁層、
及び前記障壁層の上方にあるパッド層、を有する前記ｎ
型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体層の上方に
設けられる電極と、を含む化合物半導体装置。 - 【請求項８】 前記障壁層は、白金、タングステン、ま
たはニッケルを含む、請求項７に記載の化合物半導体装
置。 - 【請求項９】 前記電極はチタン／アルミニウム／白金
／金から構成する、請求項７に記載の化合物半導体装
置。 - 【請求項１０】 第1及び第2の主表面を持つ基板と、 前記基板の第1主表面の上方に形成され、ｎ型の窒化ガ
リウム系III−Ｖ族化合物半導体層、アクティブ層、及
びｐ型の窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体層、を
有する半導体積層構造と、 前記ｎ型半導体層の上にあり、オーム接触層、前記オー
ム接触層の上方にある障壁層、及び前記障壁層の上方に
あるパッド層、を有する第1電極と、 前記ｐ型半導体層の上にある第2電極と、を含む化合物
半導体装置。 - 【請求項１１】 前記障壁層は、白金、タングステン、
またはニッケルを含む、請求項１０に記載の化合物半導
体装置。 - 【請求項１２】 前記電極はチタン／アルミニウム／白
金／金から構成する、請求項１０に記載の化合物半導体
装置。
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|---|---|---|---|
| TW089115205A TW451504B (en) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | Compound semiconductor device and method for making the same |
| TW089115205 | 2000-07-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002057321A true JP2002057321A (ja) | 2002-02-22 |
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|---|---|---|---|
| JP2000325170A Pending JP2002057321A (ja) | 2000-07-28 | 2000-10-25 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
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