JP2020027905A - Laminated body and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a laminate and a method for producing the same.
発光ダイオード及びレーザーダイオード等のように、窒化ガリウム半導体を用いる光素子(Photo−related devices)を実現するためには、半導体と電極との間に良質なオーミック接触を形成することが非常に重要である。
従来からp型窒化ガリウム半導体においては、ニッケル(Ni)を基本とする薄膜電極構造、即ち、ニッケル/金(Ni/Au)の金属薄膜が、オーミック接触を形成するための薄膜電極構造として広く使用されている。最近では、Ni/Pt/Au、Pt/Ni/Au、Pd/Au等、多様なオーミック接触金属システムが開発されている。
In order to realize an optical device (Photo-related devices) using a gallium nitride semiconductor such as a light emitting diode and a laser diode, it is very important to form a high-quality ohmic contact between the semiconductor and the electrode. is there.
Conventionally, in a p-type gallium nitride semiconductor, a thin film electrode structure based on nickel (Ni), that is, a metal thin film of nickel / gold (Ni / Au) has been widely used as a thin film electrode structure for forming an ohmic contact. Have been. Recently, various ohmic contact metal systems such as Ni / Pt / Au, Pt / Ni / Au, and Pd / Au have been developed.
しかしながら、現在でもp型窒化ガリウム半導体において良質なオーミック接触を形成するには、解決すべき課題がある。特に、p型窒化ガリウム半導体の形成時に使用される雰囲気ガスであるアンモニア(NH3)の水素(H)が、p型ドーパントであるMgと結合して電気的に絶縁性を有するMg−H複合体を形成するため、実効キャリア濃度が低下し、表面抵抗値が上昇する。その結果、良質なオーミック接触を形成することが困難となるという問題がある。また、キャリア(ホール)注入が低下するために、高品位の光素子を製造することが困難となる。
そのため、良質なオーミック接触を実現する方法が求められていた。
However, even now, there is a problem to be solved in order to form a high-quality ohmic contact in a p-type gallium nitride semiconductor. In particular, hydrogen (H) of ammonia (NH 3 ), which is an atmospheric gas used when forming a p-type gallium nitride semiconductor, is combined with Mg, which is a p-type dopant, to provide an electrically insulating Mg—H composite. Since the body is formed, the effective carrier concentration decreases and the surface resistance increases. As a result, there is a problem that it is difficult to form a high-quality ohmic contact. In addition, since carrier (hole) injection is reduced, it becomes difficult to manufacture a high-quality optical device.
Therefore, a method for realizing high-quality ohmic contact has been required.
特許文献1には、p型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体を、Zrのような水素を吸蔵する能力を有する金属又は合金と共に熱処理することによって、高いキャリア濃度を有するp型窒化ガリウム系化合物半導体とし、半導体のキャリア濃度を高めることによって、金属とのオーミック接触を形成することが記載されている。しかしながら、半導体を400℃以上で熱処理することが必須であるため、半導体へ熱によるダメージが入る懸念があった。 Patent Document 1 discloses that a p-type gallium nitride-based compound semiconductor doped with a p-type impurity is subjected to a heat treatment together with a metal or an alloy capable of absorbing hydrogen, such as Zr, to thereby provide a p-type gallium nitride-based compound having a high carrier concentration. It is described that a semiconductor is formed and an ohmic contact with a metal is formed by increasing the carrier concentration of the semiconductor. However, since it is essential to heat-treat the semiconductor at 400 ° C. or higher, there is a concern that the semiconductor may be damaged by heat.
特許文献2には、窒化ガリウム上に、ニッケル、金−亜鉛合金、及び金(Ni/Au−Zn/Au)を順に薄膜蒸着させてオーミック接触を形成することが記載されている。しかしながら、本手法も金属の融点付近での熱処理が必須であるため、半導体へ熱によるダメージが入る懸念があった。
また、半導体と電極との間に形成されるオーミックコンタクト層として、例えば、ITO(indium tin oxide)、ZnO等の導電性酸化物や、TiN等の導電性窒化物を使用することが提案されている。しかしながら、導電性酸化物及び窒化物の仕事関数は小さく調節が難しいため、オーミックコンタクト層と半導体の界面で大きな電圧降下が生ずる(ショットキー接触:schottky contact)。その結果、半導体素子の動作電圧が高くなるという問題があった。 Further, it has been proposed to use a conductive oxide such as indium tin oxide (ITO) or ZnO, or a conductive nitride such as TiN as an ohmic contact layer formed between a semiconductor and an electrode. I have. However, since the work functions of conductive oxides and nitrides are small and difficult to adjust, a large voltage drop occurs at the interface between the ohmic contact layer and the semiconductor (Schottky contact). As a result, there has been a problem that the operating voltage of the semiconductor element is increased.
本発明の目的の1つは、抵抗の小さい良質なオーミック接触を有する電極−p型ガリウム系半導体の積層体を提供することである。 An object of the present invention is to provide a stacked body of an electrode and a p-type gallium-based semiconductor having low resistance and high quality ohmic contact.
本発明によれば、以下の積層体等が提供される。
1.ガリウムを含むp型III−V族化合物を含む半導体層と、電極と、前記半導体層と前記電極の間に、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物を含む接触抵抗低減層と、を有する、積層体。
2.前記半導体層がGaN又はGaNを含む混晶を含む、1に記載の積層体。
3.前記電極が、Ni、Pd、Pt、Rh、Zn、In、Sn、Ag、Au、Mo、Ti及びAlから選択される金属、ITO、SnO2、ZnO、In2O3、Ga2O3、RhO2、NiO、CoO、PdO、PtO、CuAlO2及びCuGaO2をから選択される酸化物、TiN、TaN及びSiNxから選択される窒化物、並びに、poly−Siからなる群より選択される少なくとも一つを含む、1又は2に記載の積層体。
4.前記電極が2層以上の積層構造を有し、前記積層構造の各層が、前記金属、前記酸化物及び前記窒化物からなる群より選択される少なくとも一つを含む、3に記載の積層体。
5.前記接触抵抗低減層の厚さが10nm以上1μm以下である、1〜4のいずれかに記載の積層体。
6.1〜5のいずれかに記載の積層体を含む、半導体装置。
7.ガリウムを含むp型III−V族化合物を含む半導体層上に、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物を含む接触抵抗低減層を形成し、次いで、前記接触抵抗低減層に接するように電極を形成する、積層体の製造方法。
8.前記半導体層がGaN又はGaNを含む混晶を含む、7に記載の製造方法。
9.前記電極が、Ni、Pd、Pt、Rh、Zn、In、Sn、Ag、Au、Mo、Ti及びAlから選択される金属、ITO、SnO2、ZnO、In2O3、Ga2O3、RhO2、NiO、CoO、PdO、PtO、CuAlO2及びCuGaO2をから選択される酸化物、TiN、TaN及びSiNxから選択される窒化物、並びに、poly−Siからなる群より選択される少なくとも一つを含む、7又は8に記載の製造方法。
10.前記接触抵抗低減層の成膜温度を600℃未満とする、7〜9のいずれかに記載の製造方法。
11.前記接触抵抗低減層を、O2、Ar及びN2から選択される少なくとも一つをスパッタガスに使用したスパッタ法で形成する、7〜10のいずれかに記載の製造方法。
12.前記電極を、O2、Ar及びN2から選択される少なくとも一つをスパッタガスに使用したスパッタ法で形成する、7〜11のいずれかに記載の製造方法。
According to the present invention, the following laminates and the like are provided.
1. A semiconductor layer containing a p-type III-V compound containing gallium, an electrode, and a contact resistance reducing layer containing an oxide containing Ru or an oxynitride containing Ru between the semiconductor layer and the electrode; A laminate.
2. 2. The laminate according to 1, wherein the semiconductor layer includes GaN or a mixed crystal including GaN.
3. The electrodes, Ni, Pd, Pt, Rh , Zn, In, Sn, Ag, Au, Mo, metal selected from Ti and Al, ITO, SnO 2, ZnO , In 2
4. 4. The laminate according to 3, wherein the electrode has a laminate structure of two or more layers, and each layer of the laminate structure includes at least one selected from the group consisting of the metal, the oxide, and the nitride.
5. The laminate according to any one of claims 1 to 4, wherein the contact resistance reducing layer has a thickness of 10 nm or more and 1 μm or less.
A semiconductor device including the laminate according to any one of 6.1 to 5.
7. Forming a contact resistance reducing layer containing an oxide containing Ru or an oxynitride containing Ru on a semiconductor layer containing a p-type III-V compound containing gallium, and then contacting the contact resistance reducing layer. A method for manufacturing a laminate, which forms an electrode.
8. 8. The method according to 7, wherein the semiconductor layer contains GaN or a mixed crystal containing GaN.
9. The electrode is made of a metal selected from Ni, Pd, Pt, Rh, Zn, In, Sn, Ag, Au, Mo, Ti and Al, ITO, SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , RhO 2 , NiO, CoO, PdO, PtO, an oxide selected from CuAlO 2 and CuGaO 2 , a nitride selected from TiN, TaN and SiNx, and at least one selected from the group consisting of poly-Si 9. The production method according to 7 or 8, comprising:
10. The manufacturing method according to any one of 7 to 9, wherein a film forming temperature of the contact resistance reducing layer is set to less than 600 ° C.
11. The method according to any one of claims 7 to 10, wherein the contact resistance reducing layer is formed by a sputtering method using at least one selected from O 2 , Ar, and N 2 as a sputtering gas.
12. Said electrode is formed by a sputtering method using at least one sputtering gas selected from O 2, Ar and N 2, The process according to any one of 7-11.
本発明によれば、抵抗の小さい良質なオーミック接触を有する電極−p型ガリウム系半導体の積層体が提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laminated body of an electrode and a p-type gallium-based semiconductor which has a low resistance and good quality ohmic contact can be provided.
本発明の一実施形態に係る積層体は、ガリウムを含むp型III−V族化合物を含む半導体層と、電極と、有し、かつ、半導体層と電極の間に、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物を含む接触抵抗低減層を有する。
図1は、本発明の一実施形態に係る積層体の概略断面図である。
積層体1は、半導体層11と、接触抵抗低減層12と、電極13がこの順に積層した構成を有する。半導体層11と電極13の間に、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物を含む接触抵抗低減層12を介在させることにより、抵抗の小さい良好なオーミック接触を形成することができる。
The stacked body according to one embodiment of the present invention includes a semiconductor layer containing a p-type III-V compound containing gallium, an electrode, and an oxide containing Ru or between the semiconductor layer and the electrode. It has a contact resistance reduction layer containing an oxynitride containing Ru.
FIG. 1 is a schematic sectional view of a laminate according to one embodiment of the present invention.
The laminate 1 has a configuration in which a
本実施形態において、半導体層はガリウムを含むp型III−V族化合物を含む。該化合物としては、GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN、等が挙げられる。半導体層は、GaN又はGaNを含む混晶を含むことが好ましい。
p型ドーパントとしては、公知であるMg等が使用できる。
In this embodiment, the semiconductor layer contains a p-type group III-V compound containing gallium. Examples of the compound include GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN, and the like. The semiconductor layer preferably contains GaN or a mixed crystal containing GaN.
Known Mg and the like can be used as the p-type dopant.
半導体層は、例えば、半導体層を形成するための支持基板上にエピタキシャル成長させることにより形成できる。支持基板は、半導体層を形成できれば、特に限定されないが、例えば、GaN、InGaN、AlGaN、AlN、InN、SiC、Si、サファイアを好適に用いることができる。
また、半導体層を異なる材料の上に形成することもできる。例えば、接触抵抗低減層に接する面にGaNを用い、その支持基板としてSiを用いることができる。
The semiconductor layer can be formed, for example, by epitaxial growth on a supporting substrate for forming the semiconductor layer. The support substrate is not particularly limited as long as it can form a semiconductor layer. For example, GaN, InGaN, AlGaN, AlN, InN, SiC, Si, and sapphire can be suitably used.
Further, the semiconductor layers can be formed over different materials. For example, GaN can be used for the surface in contact with the contact resistance reduction layer, and Si can be used for the supporting substrate.
半導体層の厚さは、所望の電気特性が得られるように、適宜調整することができる。例えば、10nm〜2mmの範囲が好ましい。 The thickness of the semiconductor layer can be appropriately adjusted so that desired electric characteristics can be obtained. For example, a range of 10 nm to 2 mm is preferable.
半導体層が、p型半導体又はn型半導体であるかは、ホール効果測定により判定する。高抵抗でホール効果測定が困難である場合は、フォトルミネッセンス(PL)によるアクセプタ由来のピーク(385〜400nm)の有無や、二次イオン質量分析法(SIMS)によって、アクセプタ元素(Mg等)及びドナー元素(Si等)の含有量を比較し、どちらが1桁以上多く含まれているか否かで判定する。 Whether the semiconductor layer is a p-type semiconductor or an n-type semiconductor is determined by Hall effect measurement. When the Hall effect measurement is difficult due to high resistance, the presence or absence of an acceptor-derived peak (385 to 400 nm) by photoluminescence (PL) and the acceptor element (Mg or the like) are determined by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The contents of the donor elements (such as Si) are compared, and a determination is made as to which of them contains one or more digits.
接触抵抗低減層は、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物を含む層であり、RuO2等のRuOxを含むことが好ましい。接触抵抗低減層は、半導体層の表面の一部又は全面に接するように、電極と半導体層の間に形成される。接触抵抗低減層が、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物を含んでいることは、例えば、SIMSにより確認することができる。
接触抵抗低減層は本質的に、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物からなることが好ましい。例えば、90%重量以上、95重量%以上、又は99重量%以上が、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物であってもよい。また、接触抵抗低減層は、接触抵抗低減層のみからなってもよい。この場合、不可避不純物を含んでもよい。
The contact resistance reducing layer is a layer containing an oxide containing Ru or an oxynitride containing Ru, and preferably contains RuOx such as RuO 2 . The contact resistance reducing layer is formed between the electrode and the semiconductor layer so as to be in contact with a part or the entire surface of the semiconductor layer. The fact that the contact resistance reducing layer contains an oxide containing Ru or an oxynitride containing Ru can be confirmed by, for example, SIMS.
It is preferable that the contact resistance reducing layer essentially consists of an oxide containing Ru or an oxynitride containing Ru. For example, at least 90% by weight, at least 95% by weight, or at least 99% by weight may be an oxide containing Ru or an oxynitride containing Ru. Further, the contact resistance reducing layer may consist of only the contact resistance reducing layer. In this case, it may contain unavoidable impurities.
接触抵抗低減層の厚さは、所望の接触抵抗低減効果が得られるように、適宜調整することができる。例えば、1nm〜10μmの範囲が好ましく、さらに、10nm以上1μm以下であることが好ましい。厚さ等の断面形状は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)により確認することができる。 The thickness of the contact resistance reducing layer can be appropriately adjusted so as to obtain a desired contact resistance reducing effect. For example, the range is preferably from 1 nm to 10 μm, and more preferably from 10 nm to 1 μm. The cross-sectional shape such as the thickness can be confirmed by, for example, a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM).
接触抵抗低減層は、非晶質層であってもよく、また、多結晶層であってもよい。さらに、非晶質成分と結晶成分が混在した層であってもよい。接触抵抗低減層の結晶性は、TEMの格子像から判別できる。 The contact resistance reducing layer may be an amorphous layer or a polycrystalline layer. Further, a layer in which an amorphous component and a crystalline component are mixed may be used. The crystallinity of the contact resistance reduction layer can be determined from a TEM lattice image.
接触抵抗低減層の電気抵抗率(25℃)は、1×10−1Ωm以下であることが好ましい。1×10−1Ωm以下であると、例えば、半導体装置の電極として使用した際に、導電性が十分であり、電流注入効率も高い。
尚、接触抵抗低減層の電気抵抗率とは、ガラス基板上に接触抵抗低減層単体を形成した試料の測定値である。電気抵抗率は、例えば、ホール効果測定装置で測定できる。
The electrical resistivity (25 ° C.) of the contact resistance reducing layer is preferably 1 × 10 −1 Ωm or less. When it is 1 × 10 −1 Ωm or less, for example, when used as an electrode of a semiconductor device, the conductivity is sufficient and the current injection efficiency is high.
The electric resistivity of the contact resistance reducing layer is a measured value of a sample in which a single contact resistance reducing layer is formed on a glass substrate. The electric resistivity can be measured by, for example, a Hall effect measuring device.
電極は、接触抵抗低減層の半導体層と接している反対側の面上に形成できれば、特に限定されない。例えば、Ni、Pd、Pt、Rh、Zn、In、Sn、Ag、Au、Mo、Ti、Al等の金属,ITO、SnO2、ZnO、In2O3、Ga2O3、RhO2、NiO、CoO、PdO、PtO、CuAlO2、CuGaO2等の酸化物,TiN、TaN、SiNx等の窒化物,poly−Si(ポリシリコン)が挙げられる。
電極を通過させて光を取り出す場合、電極は光透過性を有する透明導電性酸化物又は透明導電性窒化物であることが好ましい。
The electrode is not particularly limited as long as it can be formed on the surface of the contact resistance reduction layer on the side opposite to the semiconductor layer. For example, metals such as Ni, Pd, Pt, Rh, Zn, In, Sn, Ag, Au, Mo, Ti, and Al, ITO, SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , RhO 2 ,
When light is extracted through an electrode, the electrode is preferably a transparent conductive oxide or a transparent conductive nitride having light transmittance.
電極は、単層であってもよく、また、2層以上の積層であってもよい。例えば、接触抵抗低減層に接する方に、Niを含む層を形成し、Ni層上に酸化を防ぐために、Au層を積層することができる。また、電極を構成する各層が、上述した金属、酸化物及び窒化物からなる群より選択される少なくとも一つを含んでいてもよい。 The electrode may be a single layer or a laminate of two or more layers. For example, a layer containing Ni may be formed in contact with the contact resistance reduction layer, and an Au layer may be stacked on the Ni layer to prevent oxidation. Further, each layer constituting the electrode may include at least one selected from the group consisting of the above-mentioned metals, oxides, and nitrides.
電極の厚さは、所望の電気特性が得られるように適宜調整することができる。例えば、10nm〜10μmの範囲が好ましい。 The thickness of the electrode can be appropriately adjusted so as to obtain desired electric characteristics. For example, a range of 10 nm to 10 μm is preferable.
本実施形態の積層体は、例えば、ガリウムを含むp型III−V族化合物を含む半導体層上に、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物を含む接触抵抗低減層を形成し、次いで、接触抵抗低減層に接するように電極を形成する工程を有する製造方法によって得られる。 The laminate of this embodiment forms, for example, a contact resistance reduction layer containing an oxide containing Ru or an oxynitride containing Ru on a semiconductor layer containing a p-type III-V compound containing gallium, And a step of forming an electrode in contact with the contact resistance reducing layer.
上記製法において、半導体層、接触抵抗低減層及び電極の形成方法は特に限定されない。例えば、有機金属気相成長法(MOVPE法)、抵抗線加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタ成膜、原子層堆積(ALD)成膜、熱CVD法、平行平板型プラズマCVD成膜、有磁場マイクロ波プラズマCVD成膜、誘導結合プラズマCVD成膜、スピンコート法を用いることができる。
スパッタ成膜の場合、酸素含入雰囲気下で、金属ターゲットの反応性スパッタも好適に用いることができる。これにより、絶縁体ターゲットを用いるスパッタに比べて成膜レートが向上する。
In the above manufacturing method, the method for forming the semiconductor layer, the contact resistance reducing layer, and the electrode is not particularly limited. For example, metal organic chemical vapor deposition (MOVPE), resistance heating evaporation, electron beam evaporation, sputter deposition, atomic layer deposition (ALD) deposition, thermal CVD, parallel plate plasma CVD deposition, magnetic field micro Wave plasma CVD film formation, inductively coupled plasma CVD film formation, and spin coating method can be used.
In the case of sputtering film formation, reactive sputtering of a metal target in an atmosphere containing oxygen can also be suitably used. Thereby, the film formation rate is improved as compared with sputtering using an insulator target.
半導体層の熱ダメージを低減する観点から、接触抵抗低減層の成膜温度は600℃未満とすることが好ましく、400℃以下とすることがより好ましい。 From the viewpoint of reducing thermal damage to the semiconductor layer, the deposition temperature of the contact resistance reduction layer is preferably lower than 600 ° C, more preferably 400 ° C or lower.
また、半導体層の熱ダメージを低減する観点から、接触抵抗低減層は、O2、Ar及びN2から選択される少なくとも一つをスパッタガスに使用したスパッタ法で形成することが好ましい。
同様に、電極も、O2、Ar及びN2から選択される少なくとも一つをスパッタガスに使用したスパッタ法で形成することが好ましい。
From the viewpoint of reducing thermal damage to the semiconductor layer, the contact resistance reducing layer is preferably formed by a sputtering method using at least one selected from O 2 , Ar, and N 2 as a sputtering gas.
Similarly, the electrode is preferably formed by a sputtering method using at least one selected from O 2 , Ar, and N 2 as a sputtering gas.
本実施形態の積層体は、発光ダイオード、レーザーダイオード等の半導体装置の構成部材に使用できる。例えば、窒化ガリウム半導体を用いた青・緑色及び紫外線を発する短波長発光ダイオード及びレーザーダイオードの電極と半導体層の界面に良好なオーミック接触を形成することができる。
以下、本実施形態の積層体を使用した半導体装置として、発光ダイオードの具体例を、図面を用いて説明する。尚、本発明の半導体装置は以下の例に限定されない。
The laminate of the present embodiment can be used as a constituent member of a semiconductor device such as a light emitting diode and a laser diode. For example, a good ohmic contact can be formed at the interface between the electrode of a short-wavelength light emitting diode and a laser diode using a gallium nitride semiconductor and emitting short wavelength light emitting diodes and laser diodes and a semiconductor layer.
Hereinafter, a specific example of a light emitting diode as a semiconductor device using the stacked body of the present embodiment will be described with reference to the drawings. Note that the semiconductor device of the present invention is not limited to the following example.
図2は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの概略構成図である。
発光ダイオード2では、基板20上に、n型GaN系半導体層21が積層され、該半導体層21上の端部付近の一部には電極23(陰極)が、n−GaN系半導体層21上の、電極23及びその周辺以外の箇所には、発光層22が形成されている。発光ダイオード2は、発光層22上に、本発明の積層体1(半導体層(p型GaN系半導体層)11、接触抵抗低減層12及び電極(陽極)13)が形成された構造を有する。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a light emitting diode according to one embodiment of the present invention.
In the light-emitting
図3は、本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの概略構成図である。
発光ダイオード3は、電極23(陰極)と、基板20と、n型GaN系半導体層21と、発光層22と、本発明の積層体1(半導体層(p型GaN系半導体層)11、接触抵抗低減層12及び電極(陽極)13)が、この順に積層された構造を有する。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
The
図4は、本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの概略構成図である。
発光ダイオード4は、基板20と、電極23(陰極)と、n型GaN系半導体層21と、発光層22と、本発明の積層体1(半導体層(p型GaN系半導体層)11、接触抵抗低減層12及び電極(陽極)13)が、この順に積層された構造を有する。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
The light-emitting diode 4 includes a
上記発光ダイオード2〜4では、電極13と電極23間に電圧を印可すると、半導体層11にはホールが、n−GaN系半導体層21には電子が注入される。注入されたホール及び電子が発光層22で再結合することにより発光する。
In the
上述した各実施形態の構成部材は、特に制限はなく、公知のものを使用できる。また公知の成膜技術を適用することにより、製造することができる。
本発明では、優れた電流−電圧特性及び低い接触抵抗値を有する高品位のオーミック接触を有する半導体装置が得られる。
The constituent members of the above-described embodiments are not particularly limited, and known members can be used. Further, it can be manufactured by applying a known film forming technique.
According to the present invention, a semiconductor device having high-quality ohmic contact having excellent current-voltage characteristics and low contact resistance can be obtained.
実施例1
実施例及び比較例で作製した積層体の概略断面図を図5に示す。
支持基板30である単結晶n型GaN半導体基板上に、有機金属気相成長法(MOVPE法)により、p型GaN半導体層11を成膜した。p型GaN半導体層11を成膜した基板30を、超音波洗浄器(ultrasonic bath)中に入れ、トリクロロエチレンで5分間、アセトンで5分間、メタノールで5分間、最後に蒸留水で5分間洗浄した。その後、酸素雰囲気で750℃、5分間の活性化アニールを行った。
活性化アニールした基板30を、エリアマスクとともにスパッタリング装置(アネルバ社製:E−200−S)にセットし、直径2インチのRuターゲットを用い、スパッタガスにO2を用い、25℃で出力をDC50Wとして、p型GaN半導体層11上に接触抵抗低減層12であるルテニウム酸化物(RuOx)を100nm成膜した。
次いで、EB蒸着装置(アルバック社製)にエリアマスクとともにセットし、RuOx上に、電極13であるAuを200nm成膜して、p−GaN/RuOx/Auの積層体を作製した。尚、蒸着のため成膜中に輻射熱で温度が25℃から80℃に上昇した。
得られた積層体について、比抵抗/ホール測定システム(東陽テクニカ製:ResiTest8300)を使用して比抵抗を測定した。比抵抗は9.81×10−1Ωcmであった。
Example 1
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the laminates manufactured in the examples and the comparative examples.
A p-type
The activation-annealed
Then, the
About the obtained laminated body, the specific resistance was measured using the specific resistance / Hall measuring system (ResiTest8300 by Toyo Technica). The specific resistance was 9.81 × 10 −1 Ωcm.
また、実施例1で得た積層体を、急速加熱炉の中に入れ、空気又は酸素雰囲気下において、525℃で5分間加熱してアニールした。アニール後の比抵抗は1.69×10−1Ωcmであった。
積層体の構成及び比抵抗の測定結果を表1に示す。
In addition, the laminate obtained in Example 1 was placed in a rapid heating furnace, and was annealed by heating at 525 ° C. for 5 minutes in an air or oxygen atmosphere. The specific resistance after annealing was 1.69 × 10 −1 Ωcm.
Table 1 shows the structure of the laminate and the measurement results of the specific resistance.
比較例1
実施例1の接触抵抗低減層12(RuOx)を形成せずに、電極をNi及びAuの積層とした。具体的に、実施例1と同様にして活性化アニールしたp型GaN半導体付き基板を、エリアマスクとともにEB蒸着装置(アルバック社製)にセットした。p型GaN半導体層上に、電極としてNiを20nm蒸着し、さらに、Ni上にAuを200nm成膜し、p−GaN/Ni/Auの積層体を作製した。尚、蒸着のため成膜中に輻射熱で温度が25℃から80℃に上昇した。
得られた積層体について、実施例1と同様に評価した。測定結果を表1に示す。
Comparative Example 1
The electrode was formed as a laminate of Ni and Au without forming the contact resistance reducing layer 12 (RuO x ) of Example 1. Specifically, the substrate with the p-type GaN semiconductor that had been activated and annealed in the same manner as in Example 1 was set together with an area mask in an EB vapor deposition apparatus (manufactured by ULVAC, Inc.). 20 nm of Ni was deposited as an electrode on the p-type GaN semiconductor layer, and 200 nm of Au was formed on Ni to form a p-GaN / Ni / Au laminate. The temperature rose from 25 ° C. to 80 ° C. due to radiant heat during the film formation for vapor deposition.
The obtained laminate was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the measurement results.
比較例2
実施例1の接触抵抗低減層12において、RuOxの代りにIrOxを使用した。具体的に、実施例1と同様にして、活性化アニールしたp型GaN半導体付き基板を、エリアマスクとともにスパッタリング装置(アネルバ社製:E−200−S)にセットし、直径2インチのIrターゲットを用いて、スパッタガスにO2を用い、25℃で出力をDC50Wとして、p型GaN半導体層上にIrOxを100nm成膜した。
次いで、EB蒸着装置(アルバック社製)にセットし、IrOx上に、Auを200nm成膜して、p−GaN/IrOx/Auの積層体を作製した。
得られた積層体について、実施例1と同様に評価した。測定結果を表1に示す。
Comparative Example 2
In the contact
Next, it was set in an EB vapor deposition apparatus (manufactured by ULVAC, Inc.), and a 200 nm film of Au was formed on IrO x to produce a p-GaN / IrO x / Au laminate.
The obtained laminate was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the measurement results.
接触抵抗低減層にRuOxを使用した実施例1では、電極にNi及びAuを使用した比較例1と比べて比抵抗が小さく、良質なオーミック接触を形成していることが確認できる。また、Ruと同じ白金族であるIrの酸化物を接触抵抗低減層に使用した比較例2と比べても、良質なオーミック接触を形成していることが確認できる。 In Example 1 using RuO x to the contact resistance reducing layer, small specific resistance as compared with Comparative Example 1 using Ni and Au in the electrode, it can be confirmed that by forming a high quality ohmic contact. Also, it can be confirmed that a high-quality ohmic contact is formed even in comparison with Comparative Example 2 in which an oxide of Ir which is the same platinum group as that of Ru for the contact resistance reducing layer is used.
本発明の一実施形態に係る積層体は、発光ダイオード、レーザーダイオード等の半導体装置の構成部材に使用できる。 The laminate according to one embodiment of the present invention can be used as a constituent member of a semiconductor device such as a light emitting diode and a laser diode.
1 積層体
11 半導体層(ガリウムを含むp型III−V族化合物を含む半導体層)
12 接触抵抗低減層
13 電極
2,3,4 発光ダイオード(半導体装置)
20 基板
21 n型GaN系半導体層
22 発光層
23 電極
30 支持基板
Reference Signs List 1
12 contact
Claims (12)
電極と、
前記半導体層と前記電極の間に、Ruを含む酸化物又はRuを含む酸窒化物を含む接触抵抗低減層と、を有する、積層体。 A semiconductor layer containing a p-type III-V compound containing gallium;
Electrodes and
A laminate comprising, between the semiconductor layer and the electrode, a contact resistance reduction layer containing an oxide containing Ru or an oxynitride containing Ru.
次いで、前記接触抵抗低減層に接するように電極を形成する、積層体の製造方法。 Forming a contact resistance reduction layer containing an oxide containing Ru or an oxynitride containing Ru on a semiconductor layer containing a p-type III-V compound containing gallium;
Next, an electrode is formed so as to be in contact with the contact resistance reducing layer.
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