JP2009302259A - 酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸化ガリウム単結晶基板とのショットキー性に優れると共に簡便な方法で得ることができる酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極を提供する。
【解決手段】酸化ガリウム単結晶基板上にスピンコート法によりpoly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)を塗布し（Ｓ１）、溶媒を蒸発させる（Ｓ２）ことにより酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極を製造する。poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)にdimethyl sulfoxideを４〜６重量％添加したものを酸化ガリウム単結晶基板上に塗布して薄膜形成すれば、導電率が向上し、さらに良好なショットキー性を有する電極が形成される。
【選択図】図２
【解決手段】酸化ガリウム単結晶基板上にスピンコート法によりpoly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)を塗布し（Ｓ１）、溶媒を蒸発させる（Ｓ２）ことにより酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極を製造する。poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)にdimethyl sulfoxideを４〜６重量％添加したものを酸化ガリウム単結晶基板上に塗布して薄膜形成すれば、導電率が向上し、さらに良好なショットキー性を有する電極が形成される。
【選択図】図２
Description
この発明は、酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極及びその製造方法に係り、特に酸化ガリウム（β-Ga2O3）単結晶基板を、紫外線センサ及びフォトディテクタ等の受光素子、LED及びLD等の発光素子、あるいは電子デバイス等に用いる際に必要となるショットキー電極及びその製造方法に関する。
酸化ガリウム単結晶基板を用いて受光素子、発光素子等のデバイスを作製するには、ショットキー電極が必要となる。
従来、この種のショットキー電極としては、Niを下地層としたAl膜やAu膜が用いられており、これらNi、Al、Au等の電極膜は通常、真空蒸着法により製造されていた（例えば、下記特許文献１参照）。
従来、この種のショットキー電極としては、Niを下地層としたAl膜やAu膜が用いられており、これらNi、Al、Au等の電極膜は通常、真空蒸着法により製造されていた（例えば、下記特許文献１参照）。
しかしながら、電極膜を真空蒸着法で製造するには、真空を利用するため、製造工程が複雑になると共に大がかりな製造装置を必要とするだけでなく、マスキングや膜厚の制御など必ずしも処理は簡便であるとは言えない。そのため、製造工程の簡素化、製造コスト低減の観点からも、簡便でありながら高性能な電極の製造が求められていた。
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、酸化ガリウム単結晶基板とのショットキー性に優れると共に簡便な方法で得ることができる酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極を提供することを目的とする。
また、この発明は、このようなショットキー電極を製造することができる酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極の製造方法を提供することも目的としている。
また、この発明は、このようなショットキー電極を製造することができる酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極の製造方法を提供することも目的としている。
この発明に係る酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極は、酸化ガリウム単結晶基板の上に形成されたショットキー電極であって、有機透明導電膜からなるものである。
また、この発明に係る酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極の製造方法は、酸化ガリウム単結晶基板の上にスピンコート法によりpoly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)を塗布形成する方法である。
また、この発明に係る酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極の製造方法は、酸化ガリウム単結晶基板の上にスピンコート法によりpoly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)を塗布形成する方法である。
この発明によれば、酸化ガリウム単結晶基板の上に有機透明導電膜を形成してこれをショットキー電極としたので、真空蒸着法を用いることなく、簡便な方法で酸化ガリウム単結晶基板とのショットキー性に優れたショットキー電極を得ることが可能となる。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係る酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極の断面構造を示す。酸化ガリウム（β-Ga2O3）単結晶基板１の表面上に有機透明導電膜からなるショットキー電極２が形成されている。有機透明導電膜としては、導電性高分子poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)(以下、PEDOT:PSSとする)を用いることができる。
図１に実施の形態に係る酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極の断面構造を示す。酸化ガリウム（β-Ga2O3）単結晶基板１の表面上に有機透明導電膜からなるショットキー電極２が形成されている。有機透明導電膜としては、導電性高分子poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)(以下、PEDOT:PSSとする)を用いることができる。
この実施の形態に係るショットキー電極は、図２に示されるように、ステップＳ１で、β-Ga2O3単結晶基板上にスピンコート法によりPEDOT:PSSを塗布し、ステップＳ２で、溶媒を蒸発させることで製造することができる。
PEDOT:PSS薄膜は、透明導電膜として知られており、紫外・可視領域の内部透過率が90％以上、比抵抗はITO（Indium Tin Oxide）に少し劣る程度の10-3Ωcm、仕事関数はほぼ5.0eVと高く、水に溶けるがアセトンには溶けないためリソグラフィが可能であり、真空プロセスが不要なスピンコート法で薄膜形成でき、耐熱温度は300℃程度、という特徴を有している。
この発明では、このようなPEDOT:PSS薄膜をβ-Ga2O3単結晶基板上に形成することで、簡便にショットキー電極を作製する方法を見出したものである。
PEDOT:PSSについては、例えば、ZnOに対する電極として応用すると、良好なショットキー電極になることが、文献M.Nakano et al：Appl.Phys.Lett. 91（2007）142113に記載されている。しかしながら、β-Ga2O3単結晶基板のショットキー電極としてPEDOT:PSSを用いるという思想は何ら示されていなかった。
PEDOT:PSSについては、例えば、ZnOに対する電極として応用すると、良好なショットキー電極になることが、文献M.Nakano et al：Appl.Phys.Lett. 91（2007）142113に記載されている。しかしながら、β-Ga2O3単結晶基板のショットキー電極としてPEDOT:PSSを用いるという思想は何ら示されていなかった。
そこで、本発明者等は、このようなPEDOT:PSS薄膜をβ-Ga2O3単結晶基板上に形成することで、ショットキー性に優れた電極を簡便に作製することを実現化した。すなわち、PEDOT:PSS（商品名：BYTRON（登録商標）PH510、ティーエーケミカル株式会社製）をβ-Ga2O3単結晶基板上に塗布して薄膜形成することにより、良好なショットキー性を有する電極を製造することができる。
また、PEDOT:PSSにdimethyl sulfoxide（以下、DMSOとする）を４〜６重量％添加したものをGa2O3単結晶基板上に塗布して薄膜形成すれば、導電率が向上し、さらに良好なショットキー性を有する電極が実現される。
また、PEDOT:PSSにdimethyl sulfoxide（以下、DMSOとする）を４〜６重量％添加したものをGa2O3単結晶基板上に塗布して薄膜形成すれば、導電率が向上し、さらに良好なショットキー性を有する電極が実現される。
PEDOT:PSSは、真空を用いることなく、大気中でスピンコート法により簡便に塗布することができる。スピンコート法は、形成される薄膜へのダメージが少なく、電極としての特性にも優れる方法となる。β-Ga2O3単結晶基板上に形成するPEDOT:PSS薄膜の膜厚は、60〜100nmであることが好ましい。膜厚が60nmに満たないと、所望のショットキー特性が得られず、逆に100nmを超えても、それ以上のショットキー特性は見込めない。
β-Ga2O3単結晶基板の表面からショットキー電極を、裏面からオーミック電極をそれぞれ引き出す縦型構造のβ-Ga2O3フォトディテクタ等を作製する場合には、オーミック電極として、β-Ga2O3単結晶基板の裏面にInからなる電極材を圧着後、酸素雰囲気中で温度900〜1100℃、4〜6hの熱処理を施した電極を採用することが好ましい。これは、オーミック電極の作製にも、真空を用いず簡便に電極を得ることができるからである。
（実施例）
FZ（Floating Zone）法で作製したβ-Ga2O3単結晶の(100)面を切り出し、化学機械研磨法(CMP：Chemical Mechanical Polishing)により原子レベルの表面粗さでウエハ状に加工した。このウエハの裏面にInからなるオーミック電極用の電極材を圧着し、酸素雰囲気中で温度1000℃、5hの熱処理を行うことにより、図３（ａ）に示されるように、β-Ga2O3単結晶基板１の裏面にオーミック電極３を形成した。図３（ｂ）に示されるように、β-Ga2O3単結晶基板１の表面上にフォトリソグラフィで直径4mmの開口５を有するフォトレジスト４を形成し、図３（ｃ）に示されるように、開口５から露出するβ-Ga2O3単結晶基板１の表面上にスピンコート法により約80nmの厚さのPEDOT:PSS薄膜６を形成した。アセトンを用いてフォトレジスト４のリフトオフを行うことにより、図３（ｄ）に示されるように、直径4mmの透明なショットキー電極７を形成した。さらに、図３（ｅ）に示されるように、ショットキー電極７上にInに圧着して直径約1mmの配線用のパッド電極８を形成して、フォトディテクタを作製した。
FZ（Floating Zone）法で作製したβ-Ga2O3単結晶の(100)面を切り出し、化学機械研磨法(CMP：Chemical Mechanical Polishing)により原子レベルの表面粗さでウエハ状に加工した。このウエハの裏面にInからなるオーミック電極用の電極材を圧着し、酸素雰囲気中で温度1000℃、5hの熱処理を行うことにより、図３（ａ）に示されるように、β-Ga2O3単結晶基板１の裏面にオーミック電極３を形成した。図３（ｂ）に示されるように、β-Ga2O3単結晶基板１の表面上にフォトリソグラフィで直径4mmの開口５を有するフォトレジスト４を形成し、図３（ｃ）に示されるように、開口５から露出するβ-Ga2O3単結晶基板１の表面上にスピンコート法により約80nmの厚さのPEDOT:PSS薄膜６を形成した。アセトンを用いてフォトレジスト４のリフトオフを行うことにより、図３（ｄ）に示されるように、直径4mmの透明なショットキー電極７を形成した。さらに、図３（ｅ）に示されるように、ショットキー電極７上にInに圧着して直径約1mmの配線用のパッド電極８を形成して、フォトディテクタを作製した。
PEDOT:PSSからなるショットキー電極７の透過率を測定したところ、図４に示されるような結果が得られた。図４には、β-Ga2O3単結晶基板１の透過率も併せて示されている。膜厚約80nmのショットキー電極７は、90％以上もの優れた透過率を有している。
ショットキー電極７の比抵抗をvan der pauw法により測定した結果、シート抵抗値5.2×102Ω、比抵抗値4.1×10-3Ωcmであり、十分な導電性を有することが確認された。
ショットキー電極７の比抵抗をvan der pauw法により測定した結果、シート抵抗値5.2×102Ω、比抵抗値4.1×10-3Ωcmであり、十分な導電性を有することが確認された。
作製したフォトディテクタのショットキー電極７側から波長254nmの光を照射した場合と光を遮蔽した場合のオーミック電極３とパッド電極８との間の電流電圧特性を測定したところ、図５に示されるような結果が得られた。なお、波長254nmの光強度はショットキー電極７上で2.1μWとした。図５から、暗電流に注目すると、その順方向特性が向上したことが分かる。また、逆方向でも流れる電流は微小であることから、良好なショットキー特性が得られているのが分かる。
作製したフォトディテクタの分光感度特性を測定した。分光感度をリニアスケールで表した結果を図６に、ログスケールで表した結果を図７にそれぞれ示す。これら図６及び７から分かるように、波長280nm以下で感度を有する太陽光ブラインドの特性を示しており、バイアス電圧が大きくなるほど、感度が良くなっている。すなわち、PEDOT:PSSからなるショットキー電極７を用いることにより、実用的なフォトディテクタを実現し得ることが確認された。
１ β-Ga2O3単結晶基板、２，７ ショットキー電極、３ オーミック電極、４ フォトレジスト、５ 開口、６ PEDOT:PSS薄膜、８ パッド電極。
Claims (6)
- 酸化ガリウム単結晶基板の上に形成されたショットキー電極であって、
有機透明導電膜からなることを特徴とする酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極。 - 前記有機透明導電膜は、poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)を用いて形成された請求項１に記載の酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極。
- 前記有機透明導電膜は、dimethyl sulfoxideが4〜6重量％添加されたpoly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)からなる請求項２に記載の酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極。
- 60〜100nmの膜厚を有する請求項２または３に記載の酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極。
- ショットキー電極とオーミック電極とを備えた受光素子に用いられる請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極。
- 酸化ガリウム単結晶基板の上にスピンコート法によりpoly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)を塗布形成することを特徴とする酸化ガリウム単結晶基板用ショットキー電極の製造方法。
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| CN108767048A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-06 | 北京镓族科技有限公司 | 一种柔性日盲探测器及其制备方法 |
| CN109698278A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-04-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种有机无机复合结构自驱动日盲紫外探测器及制备方法 |
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