JP2746241B2 - アロイ・オーミック・コンタクト電極及びその形成方法 - Google Patents
アロイ・オーミック・コンタクト電極及びその形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＡｓ半導体に
対するオーミック・コンタクト電極に関し、特に、オー
ミック・コンタクト形成用の各層を積層してから合金
（アロイ）化を行うことによって形成されるアロイ・オ
ーミック・コンタクト電極とその形成方法に関する。
対するオーミック・コンタクト電極に関し、特に、オー
ミック・コンタクト形成用の各層を積層してから合金
（アロイ）化を行うことによって形成されるアロイ・オ
ーミック・コンタクト電極とその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ｎ型ＧａＡｓ半導体に対して熱的に安定
なオーミック・コンタクトを形成する各種の技術が検討
されており、例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジックス(JOURNAL OF APPLIED PHYSICS),第７２巻,
第９号（１９９２年１１月）,第４１８３頁〜第４１９
０頁には、Ｎｉ／Ｇｅ系のアロイ・オーミック・コンタ
クト電極の構造が開示されている。図４(A),(B)は、そ
れぞれ、従来のＮｉ／Ｇｅ系アロイ・オーミック・コン
タクト電極におけるアロイ前とアロイ後のエネルギ・バ
ンド構造を示すダイヤグラムである。まず、図４(A)に
示すように、ｎ-ＧａＡｓ領域２０上に、Ｎｉ層２１と
Ｇｅ層２２とを順次蒸着する。この状態では、金属であ
るＮｉ層２１との界面近傍で、ｎ-ＧａＡｓ領域２０に
比較的厚い空乏層が生じている。そして、６００℃でア
ロイ化を実行すると、図４(B)に示すようにｎ-ＧａＡｓ
領域２０に向けてＧｅがドープし、界面にｎ++-ＧａＡ
ｓ層２３が生じ、空乏層の厚みが減少する。その結果、
トンネル電流２５が流れるようになり、このコンタクト
はオーミック伝導特性を示すようになる。また、この
時、オーミック・コンタクト界面に、８５０℃の融点を
有するＮｉＧｅ合金層２４が形成され、これがオーミッ
ク・コンタクトの６００℃程度までの熱的安定性に寄与
する。なお、各図において、図示一点鎖線はフェルミレ
ベルを示している。
なオーミック・コンタクトを形成する各種の技術が検討
されており、例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジックス(JOURNAL OF APPLIED PHYSICS),第７２巻,
第９号（１９９２年１１月）,第４１８３頁〜第４１９
０頁には、Ｎｉ／Ｇｅ系のアロイ・オーミック・コンタ
クト電極の構造が開示されている。図４(A),(B)は、そ
れぞれ、従来のＮｉ／Ｇｅ系アロイ・オーミック・コン
タクト電極におけるアロイ前とアロイ後のエネルギ・バ
ンド構造を示すダイヤグラムである。まず、図４(A)に
示すように、ｎ-ＧａＡｓ領域２０上に、Ｎｉ層２１と
Ｇｅ層２２とを順次蒸着する。この状態では、金属であ
るＮｉ層２１との界面近傍で、ｎ-ＧａＡｓ領域２０に
比較的厚い空乏層が生じている。そして、６００℃でア
ロイ化を実行すると、図４(B)に示すようにｎ-ＧａＡｓ
領域２０に向けてＧｅがドープし、界面にｎ++-ＧａＡ
ｓ層２３が生じ、空乏層の厚みが減少する。その結果、
トンネル電流２５が流れるようになり、このコンタクト
はオーミック伝導特性を示すようになる。また、この
時、オーミック・コンタクト界面に、８５０℃の融点を
有するＮｉＧｅ合金層２４が形成され、これがオーミッ
ク・コンタクトの６００℃程度までの熱的安定性に寄与
する。なお、各図において、図示一点鎖線はフェルミレ
ベルを示している。
【０００３】また、アロイ・オーミック・コンタクトで
はないが、特開昭６４−５７６６３号公報に示されるよ
うに、ノン・アロイ・オーミック・コンタクト構造を用
いても、熱的に安定なオーミック・コンタクトを形成す
ることができる。図５は、グレーデッドＩｎＧａＡｓ層
を用いた従来のノン・アロイ・オーミック・コンタクト
を示すエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。
はないが、特開昭６４−５７６６３号公報に示されるよ
うに、ノン・アロイ・オーミック・コンタクト構造を用
いても、熱的に安定なオーミック・コンタクトを形成す
ることができる。図５は、グレーデッドＩｎＧａＡｓ層
を用いた従来のノン・アロイ・オーミック・コンタクト
を示すエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。
【０００４】ｎ-ＧａＡｓ領域１７上にｎ+-グレーデッ
ドＩｎＧａＡｓ層１８を積層し、さらに金属層１９を堆
積する。ｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層１８では、膜
厚方向にＩｎとＧａの組成比が変化している。例えば、
金属層１９との接触界面でのｎ+-グレーデッドＩｎＧａ
Ａｓ層１８のＩｎＡｓ組成が０.５であるとすると、金
属層１９とｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ１８層とのシ
ョットキ障壁の高さは０.２３ｅＶとなるから、図示さ
れるように、トンネル電流２６と同時に、ショットキ障
壁を越えて流れるサーミオニック電流２７が十分流れる
ようになる。また、ｎ-ＧａＡｓ領域１７との界面にお
けるｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層１８のＩｎＡｓ組
成を０としてあるので、ｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ
層１８とｎ-ＧａＡｓ１７との界面には伝導帯（コンダ
クション・バンド）のエネルギ不連続が生じることがな
く、この界面での抵抗の上昇も避けられる。その結果、
この構造によって、低抵抗のオーミック・コンタクトが
得られる。このノン・アロイ・オーミック・コンタクト
ではアロイ化を行わないので、ｎ+-グレーデッドＩｎＧ
ａＡｓ層１８に接触させる金属として、熱的に安定で、
かつｎ+-ＩｎＧａＡｓと反応しにくい金属、例えば、Ｗ
ＳｉやＭｏを用いることによって、やはり６００℃程度
まで熱的に安定なオーミック・コンタクトが得られる。
ドＩｎＧａＡｓ層１８を積層し、さらに金属層１９を堆
積する。ｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層１８では、膜
厚方向にＩｎとＧａの組成比が変化している。例えば、
金属層１９との接触界面でのｎ+-グレーデッドＩｎＧａ
Ａｓ層１８のＩｎＡｓ組成が０.５であるとすると、金
属層１９とｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ１８層とのシ
ョットキ障壁の高さは０.２３ｅＶとなるから、図示さ
れるように、トンネル電流２６と同時に、ショットキ障
壁を越えて流れるサーミオニック電流２７が十分流れる
ようになる。また、ｎ-ＧａＡｓ領域１７との界面にお
けるｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層１８のＩｎＡｓ組
成を０としてあるので、ｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ
層１８とｎ-ＧａＡｓ１７との界面には伝導帯（コンダ
クション・バンド）のエネルギ不連続が生じることがな
く、この界面での抵抗の上昇も避けられる。その結果、
この構造によって、低抵抗のオーミック・コンタクトが
得られる。このノン・アロイ・オーミック・コンタクト
ではアロイ化を行わないので、ｎ+-グレーデッドＩｎＧ
ａＡｓ層１８に接触させる金属として、熱的に安定で、
かつｎ+-ＩｎＧａＡｓと反応しにくい金属、例えば、Ｗ
ＳｉやＭｏを用いることによって、やはり６００℃程度
まで熱的に安定なオーミック・コンタクトが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＮｉ／
Ｇｅ系アロイ・オーミック・コンタクトでは、オーミッ
ク特性は、主として、ＧａＡｓ領域中に形成される空乏
層を通過するトンネル電流によって得られる。しかし、
Ｎｉ／Ｇｅ系アロイ・オーミック・コンタクトでは、ｎ
-ＧａＡｓ領域へのｎ型ドーパントとしてのＧｅの高濃
度ドーピングが不十分になりやすいため、コンタクト界
面のｎ-ＧａＡｓの空乏層が十分に薄くならず、トンネ
ル電流が不十分になりやすい。その結果、接触抵抗が
０.８Ωｍｍ程度と大きく、低抵抗のオーミック・コン
タクトを得にくいという問題がある。
Ｇｅ系アロイ・オーミック・コンタクトでは、オーミッ
ク特性は、主として、ＧａＡｓ領域中に形成される空乏
層を通過するトンネル電流によって得られる。しかし、
Ｎｉ／Ｇｅ系アロイ・オーミック・コンタクトでは、ｎ
-ＧａＡｓ領域へのｎ型ドーパントとしてのＧｅの高濃
度ドーピングが不十分になりやすいため、コンタクト界
面のｎ-ＧａＡｓの空乏層が十分に薄くならず、トンネ
ル電流が不十分になりやすい。その結果、接触抵抗が
０.８Ωｍｍ程度と大きく、低抵抗のオーミック・コン
タクトを得にくいという問題がある。
【０００６】また、グレーデッドＩｎＧａＡｓ層を用い
た従来のノン・アロイ・オーミック・コンタクトは、低
いショットキ障壁高さとＧａＡｓ領域へのバンド連続と
を両立するために、ｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層を
用いているのであるが、このグレーデッドＩｎＧａＡｓ
層を成長させるためには、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）
法や有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法において、
Ｋセル（クヌーセン・セル）温度や基板温度、ガス流量
比を成長中に連続的に変化させなければならず、コンタ
クト作製に難しさを伴う。さらに、基板表面にＩｎ組成
比の高いＩｎＧａＡｓ層が表われるが、このＩｎ組成比
の高いＩｎＧａＡｓ層は酸化しやすく、金属−半導体界
面に酸化膜が介在してコンタクト抵抗を上昇させたり、
基板の保存時に、表面酸化によって有効なＩｎＧａＡｓ
膜厚が減少しやすいという問題も生じる。
た従来のノン・アロイ・オーミック・コンタクトは、低
いショットキ障壁高さとＧａＡｓ領域へのバンド連続と
を両立するために、ｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層を
用いているのであるが、このグレーデッドＩｎＧａＡｓ
層を成長させるためには、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）
法や有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法において、
Ｋセル（クヌーセン・セル）温度や基板温度、ガス流量
比を成長中に連続的に変化させなければならず、コンタ
クト作製に難しさを伴う。さらに、基板表面にＩｎ組成
比の高いＩｎＧａＡｓ層が表われるが、このＩｎ組成比
の高いＩｎＧａＡｓ層は酸化しやすく、金属−半導体界
面に酸化膜が介在してコンタクト抵抗を上昇させたり、
基板の保存時に、表面酸化によって有効なＩｎＧａＡｓ
膜厚が減少しやすいという問題も生じる。
【０００７】本発明の目的は、コンタクト抵抗が十分小
さく、作成が容易で、かつ熱的安定性に優れたアロイ・
オーミック・コンタクト電極とその形成方法を提供する
ことにある。
さく、作成が容易で、かつ熱的安定性に優れたアロイ・
オーミック・コンタクト電極とその形成方法を提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のアロイ・オーミ
ック・コンタクト電極は、アロイ処理を行って形成され
るアロイ・オーミック・コンタクト電極において、アロ
イ処理前の構造が、ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＩｎxＧ
ａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦１）層とＮｉ層と、さらに少なく
ともＧｅ層を順次積層した構造である。
ック・コンタクト電極は、アロイ処理を行って形成され
るアロイ・オーミック・コンタクト電極において、アロ
イ処理前の構造が、ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＩｎxＧ
ａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦１）層とＮｉ層と、さらに少なく
ともＧｅ層を順次積層した構造である。
【０００９】本発明のアロイ・オーミック・コンタクト
電極の形成方法は、アロイ処理を行うことによりｎ-Ｇ
ａＡｓ領域に対するオーミック・コンタクト電極を完成
させるアロイ・オーミック・コンタクト電極の形成方法
において、前記ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ（０＜ｘ≦１）層をエピタキシャル成長し、その上
にＮｉ層を堆積し、さらに少なくともＧｅ層を堆積し、
その後、ラピッド・サーマル・プロセスによるアロイ処
理を行って、ＧｅＮｉ合金層を形成するとともに、前記
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層からＩｎ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ領
域に拡散させ、Ｇｅ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ領域に向う
方向に拡散させる。
電極の形成方法は、アロイ処理を行うことによりｎ-Ｇ
ａＡｓ領域に対するオーミック・コンタクト電極を完成
させるアロイ・オーミック・コンタクト電極の形成方法
において、前記ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ（０＜ｘ≦１）層をエピタキシャル成長し、その上
にＮｉ層を堆積し、さらに少なくともＧｅ層を堆積し、
その後、ラピッド・サーマル・プロセスによるアロイ処
理を行って、ＧｅＮｉ合金層を形成するとともに、前記
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層からＩｎ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ領
域に拡散させ、Ｇｅ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ領域に向う
方向に拡散させる。
【００１０】本発明においては、ｎ-ＧａＡｓ領域上
に、ｎ-ＧａＡｓ層を挟んで積層された複数のｎ-Ｉｎx
Ｇａ1-xＡｓ層を配置し、その上にＮｉ層を設けるよう
にしてもよい。さらに、Ｉｎ組成の高いｎ-ＩｎxＧａ
1-xＡｓ層の酸化を防ぐため、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層と
Ｎｉ層との間にｎ-ＩｎyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜０.１、
ただしｙ＜ｘ）層を介在させるようにしてもよい。な
お、本発明のアロイ・オーミック・コンタクト電極の形
成方法においては、これらｎ-ＧａＡｓ層やｎ-ＩｎyＧ
ａ1-yＡｓ層は、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層と同様に、エピ
タキシャル成長によって形成される。
に、ｎ-ＧａＡｓ層を挟んで積層された複数のｎ-Ｉｎx
Ｇａ1-xＡｓ層を配置し、その上にＮｉ層を設けるよう
にしてもよい。さらに、Ｉｎ組成の高いｎ-ＩｎxＧａ
1-xＡｓ層の酸化を防ぐため、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層と
Ｎｉ層との間にｎ-ＩｎyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜０.１、
ただしｙ＜ｘ）層を介在させるようにしてもよい。な
お、本発明のアロイ・オーミック・コンタクト電極の形
成方法においては、これらｎ-ＧａＡｓ層やｎ-ＩｎyＧ
ａ1-yＡｓ層は、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層と同様に、エピ
タキシャル成長によって形成される。
【００１１】本発明は、Ｎｉ／Ｇｅ系アロイ・オーミッ
ク・コンタクト電極のアロイ処理の初期にＮｉが半導体
基板と固相反応し、その間に半導体基板の積層構造の急
峻性が失われる現象を利用している。すなわち、Ｎｉ原
子が、グレーデッドでないｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層やｎ-
ＧａＡｓ領域と固相反応する際に、固相反応の深さ範囲
内にｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層とｎ-ＧａＡｓ領域との界面
（さらには、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層とｎ-ＧａＡｓ層と
の界面など）が含まれており、これらの界面においてＩ
ｎ原子がｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層からｎ-ＧａＡｓ領域や
ｎ-ＧａＡｓ層に拡散する。このようなＩｎ原子の拡散
が起こると、再結晶化の際に、これら界面が元の急峻な
ヘテロ構造からグレーデッド構造に変化し、オーミック
・コンタクト電極として好ましい界面状態となる。ま
た、アロイによって化合物半導体層（ｎ-ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層など）側にＧｅ原子がドープされるから、化合物
半導体層の表面に存在していた空乏層の厚みが減少し、
接触抵抗が小さくなる。
ク・コンタクト電極のアロイ処理の初期にＮｉが半導体
基板と固相反応し、その間に半導体基板の積層構造の急
峻性が失われる現象を利用している。すなわち、Ｎｉ原
子が、グレーデッドでないｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層やｎ-
ＧａＡｓ領域と固相反応する際に、固相反応の深さ範囲
内にｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層とｎ-ＧａＡｓ領域との界面
（さらには、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層とｎ-ＧａＡｓ層と
の界面など）が含まれており、これらの界面においてＩ
ｎ原子がｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層からｎ-ＧａＡｓ領域や
ｎ-ＧａＡｓ層に拡散する。このようなＩｎ原子の拡散
が起こると、再結晶化の際に、これら界面が元の急峻な
ヘテロ構造からグレーデッド構造に変化し、オーミック
・コンタクト電極として好ましい界面状態となる。ま
た、アロイによって化合物半導体層（ｎ-ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層など）側にＧｅ原子がドープされるから、化合物
半導体層の表面に存在していた空乏層の厚みが減少し、
接触抵抗が小さくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１３】《第１の実施の形態》図１(A)は、本発明
の第１の実施の形態のアロイ・オーミック・コンタクト
電極におけるアロイ前のエネルギ・バンド・ダイヤグラ
ムであり、図１(B)は、アロイ後のエネルギ・バンド・
ダイヤグラムである。ここでは、ｎ-ＧａＡｓ領域１に
対してオーミック・コンタクトを形成するものとする。
の第１の実施の形態のアロイ・オーミック・コンタクト
電極におけるアロイ前のエネルギ・バンド・ダイヤグラ
ムであり、図１(B)は、アロイ後のエネルギ・バンド・
ダイヤグラムである。ここでは、ｎ-ＧａＡｓ領域１に
対してオーミック・コンタクトを形成するものとする。
【００１４】この電極を作成するには、まず、ＭＢＥ装
置を用いて、オーミック・コンタクトをとりたい基板上
に、４×１０18ｃｍ-3だけＳｉをドープしたｎ-ＧａＡ
ｓ領域１を形成し、さらに、２×１０19ｃｍ-3だけＳｉ
をドープしたｎ+-Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２を厚さ１０ｎ
ｍで積層する。ここでｎ+-Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２は、
グレーデッドではないように、すなわち膜厚方向にＩｎ
組成が意図的に変化することがないようにする。このよ
うにＭＢＥ成長を行った基板上に、フォトレジストを用
いて電極形成用のマスクを形成した後、モノクロロベン
ゼン中に３０分間浸漬することによって、フォトレジス
ト層にステンシル加工を施す。塩酸（ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ＝
１：１）に基板を１分間浸漬し、水洗することによっ
て、基板表面の酸化膜を除去し、ただちに蒸着装置の真
空チャンバ内に搬入する。
置を用いて、オーミック・コンタクトをとりたい基板上
に、４×１０18ｃｍ-3だけＳｉをドープしたｎ-ＧａＡ
ｓ領域１を形成し、さらに、２×１０19ｃｍ-3だけＳｉ
をドープしたｎ+-Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２を厚さ１０ｎ
ｍで積層する。ここでｎ+-Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２は、
グレーデッドではないように、すなわち膜厚方向にＩｎ
組成が意図的に変化することがないようにする。このよ
うにＭＢＥ成長を行った基板上に、フォトレジストを用
いて電極形成用のマスクを形成した後、モノクロロベン
ゼン中に３０分間浸漬することによって、フォトレジス
ト層にステンシル加工を施す。塩酸（ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ＝
１：１）に基板を１分間浸漬し、水洗することによっ
て、基板表面の酸化膜を除去し、ただちに蒸着装置の真
空チャンバ内に搬入する。
【００１５】１×１０-6Ｐａ程度以下の真空度におい
て、電子銃加熱装置を用いて、基板上にＮｉ層３を厚さ
８０ｎｍ、続いてＧｅ層４を厚さ１２０ｎｍ蒸着する。
メチルエチルケトンやエタノールなどの有機溶剤を用い
てフォトレジスト上の金属をリフトオフすることによ
り、電極金属の堆積を完了する。この状態では、図１
(A)に示すように、ｎ-ＧａＡｓ領域１上に、ｎ+-Ｉｎ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２、Ｎｉ層３及びＧｅ層４がこの順で
積層した構成となっている。
て、電子銃加熱装置を用いて、基板上にＮｉ層３を厚さ
８０ｎｍ、続いてＧｅ層４を厚さ１２０ｎｍ蒸着する。
メチルエチルケトンやエタノールなどの有機溶剤を用い
てフォトレジスト上の金属をリフトオフすることによ
り、電極金属の堆積を完了する。この状態では、図１
(A)に示すように、ｎ-ＧａＡｓ領域１上に、ｎ+-Ｉｎ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２、Ｎｉ層３及びＧｅ層４がこの順で
積層した構成となっている。
【００１６】次に、６００℃、５秒間のラピッド・サー
マル・プロセス（ＲＴＰ）を実施してアロイ化を行うこ
とにより、アロイ・オーミック・コンタクト電極が完成
する。
マル・プロセス（ＲＴＰ）を実施してアロイ化を行うこ
とにより、アロイ・オーミック・コンタクト電極が完成
する。
【００１７】アロイ前には、図１(A)に示すように、ｎ-
ＧａＡｓ領域１とｎ+-ＩｎＧａＡｓ層２との界面にコン
ダクション・バンドの底の急峻な変化が存在するが、ラ
ピッド・サーマル・プロセスによってＮｉ層３とｎ-Ｇ
ａＡｓ領域１／ｎ+-Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２とが固相反
応する最中に、ｎ+-ＩｎＧａＡｓ層２のＩｎ原子がｎ-
ＧａＡｓ領域１側に拡散する、その結果、アロイ工程後
半で再結晶化した際に、図１(B)に示すように、ｎ++-グ
レーデッドＩｎＧａＡｓ層５が形成され、これによっ
て、コンダクション・バンドの底の急峻な変化は、緩や
かな変化に変わる。また、アロイ前にｎ+-ＩｎＧａＡｓ
層２の表面（Ｎｉ層３側の界面）にある空乏層（図１
(A)参照）は、ラピッド・サーマル・プロセスによって
ｎ+-ＩｎＧａＡｓ層２にＧｅ層４からＧｅがｎ型ドーパ
ントとしてドープされ、ｎ型ドーパント濃度がより高い
ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層６を生じるため、図１(B)に示すよ
うに、より薄い空乏層へと変わる。
ＧａＡｓ領域１とｎ+-ＩｎＧａＡｓ層２との界面にコン
ダクション・バンドの底の急峻な変化が存在するが、ラ
ピッド・サーマル・プロセスによってＮｉ層３とｎ-Ｇ
ａＡｓ領域１／ｎ+-Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２とが固相反
応する最中に、ｎ+-ＩｎＧａＡｓ層２のＩｎ原子がｎ-
ＧａＡｓ領域１側に拡散する、その結果、アロイ工程後
半で再結晶化した際に、図１(B)に示すように、ｎ++-グ
レーデッドＩｎＧａＡｓ層５が形成され、これによっ
て、コンダクション・バンドの底の急峻な変化は、緩や
かな変化に変わる。また、アロイ前にｎ+-ＩｎＧａＡｓ
層２の表面（Ｎｉ層３側の界面）にある空乏層（図１
(A)参照）は、ラピッド・サーマル・プロセスによって
ｎ+-ＩｎＧａＡｓ層２にＧｅ層４からＧｅがｎ型ドーパ
ントとしてドープされ、ｎ型ドーパント濃度がより高い
ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層６を生じるため、図１(B)に示すよ
うに、より薄い空乏層へと変わる。
【００１８】また、Ｎｉ層３とＧｅ層４はアロイ後にＧ
ｅＮｉ合金層７となるため、図１(A)で存在したＧｅ／
Ｎｉ界面のショットキ・コンタクトはなくなる。これら
の変化によって、結局、アロイ後の電極部分のエネルギ
・バンド・ダイヤグラムは、グレーデッドＩｎＧａＡｓ
層を利用した低コンタクト抵抗のノン・アロイ・オーミ
ック・コンタクトと同様の構造となる。他方、Ｎｉ／Ｇ
ｅの蒸着されなかった部分は、上述のような固相反応中
のＩｎの拡散やＧｅのドーピングが起こらないため、Ｍ
ＢＥによる基板成長直後の基板構造をアロイ後も保持す
る。
ｅＮｉ合金層７となるため、図１(A)で存在したＧｅ／
Ｎｉ界面のショットキ・コンタクトはなくなる。これら
の変化によって、結局、アロイ後の電極部分のエネルギ
・バンド・ダイヤグラムは、グレーデッドＩｎＧａＡｓ
層を利用した低コンタクト抵抗のノン・アロイ・オーミ
ック・コンタクトと同様の構造となる。他方、Ｎｉ／Ｇ
ｅの蒸着されなかった部分は、上述のような固相反応中
のＩｎの拡散やＧｅのドーピングが起こらないため、Ｍ
ＢＥによる基板成長直後の基板構造をアロイ後も保持す
る。
【００１９】《第２の実施の形態》次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。図２(A)は、この第２
の実施の形態のアロイ・オーミック・コンタクト電極に
おけるアロイ前のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
り、図２(B)は、アロイ後のエネルギ・バンド・ダイヤ
グラムである。この実施の形態が上述の第１の実施の形
態と異なるところは、ｎ-ＧａＡｓ領域上に積層される
ＩｎＧａＡｓ層でのＩｎの組成比と不純物濃度であり、
この実施の形態では、ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層２９となっ
ている。
の実施の形態について説明する。図２(A)は、この第２
の実施の形態のアロイ・オーミック・コンタクト電極に
おけるアロイ前のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
り、図２(B)は、アロイ後のエネルギ・バンド・ダイヤ
グラムである。この実施の形態が上述の第１の実施の形
態と異なるところは、ｎ-ＧａＡｓ領域上に積層される
ＩｎＧａＡｓ層でのＩｎの組成比と不純物濃度であり、
この実施の形態では、ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層２９となっ
ている。
【００２０】この実施の形態によってオーミック電極を
形成する工程は、前述の第１の実施の形態とほぼ同じで
ある。すなわち、ＭＢＥ装置を用いて、オーミック・コ
ンタクトを設けたい基板上に、４×１０18ｃｍ-3だけＳ
ｉをドープしたｎ-ＧａＡｓ領域２８を形成し、引き続
いて、５×１０19ｃｍ-3だけＳｉをドープしたｎ++-Ｉ
ｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９を厚さ５ｎｍで積層する。次
に、この基板上に、フォトレジストをステンシル加工し
た電極形成用のマスクを形成し、塩酸（ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ
＝１：１）に基板を１分間浸漬し、水洗後、ただちに蒸
着装置の真空チャンバ内に搬入する。そして、Ｎｉ層３
０を厚さ８０ｎｍ、続いてＧｅ層３１を厚さ１２０ｎｍ
蒸着する。その後、フォトレジスト上の不要な金属をリ
フトオフすることにより、電極金属の堆積を完了する。
この状態では、ｎ-ＧａＡｓ領域２８上に、ｎ++-ＩｎＧ
ａＡｓ層２９、Ｎｉ層３０及びＧｅ層３１がこの順で積
層した構成となっている。そして、６００℃で５秒間の
ラピッド・サーマル・プロセスによるアロイ化をことに
よって、オーミック・コンタクト電極が完成する。図２
(A),(B)は、上述したように、それぞれ、アロイ前とア
ロイ終了後の電極部のエネルギー・バンド・ダイヤグラ
ムである。
形成する工程は、前述の第１の実施の形態とほぼ同じで
ある。すなわち、ＭＢＥ装置を用いて、オーミック・コ
ンタクトを設けたい基板上に、４×１０18ｃｍ-3だけＳ
ｉをドープしたｎ-ＧａＡｓ領域２８を形成し、引き続
いて、５×１０19ｃｍ-3だけＳｉをドープしたｎ++-Ｉ
ｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９を厚さ５ｎｍで積層する。次
に、この基板上に、フォトレジストをステンシル加工し
た電極形成用のマスクを形成し、塩酸（ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ
＝１：１）に基板を１分間浸漬し、水洗後、ただちに蒸
着装置の真空チャンバ内に搬入する。そして、Ｎｉ層３
０を厚さ８０ｎｍ、続いてＧｅ層３１を厚さ１２０ｎｍ
蒸着する。その後、フォトレジスト上の不要な金属をリ
フトオフすることにより、電極金属の堆積を完了する。
この状態では、ｎ-ＧａＡｓ領域２８上に、ｎ++-ＩｎＧ
ａＡｓ層２９、Ｎｉ層３０及びＧｅ層３１がこの順で積
層した構成となっている。そして、６００℃で５秒間の
ラピッド・サーマル・プロセスによるアロイ化をことに
よって、オーミック・コンタクト電極が完成する。図２
(A),(B)は、上述したように、それぞれ、アロイ前とア
ロイ終了後の電極部のエネルギー・バンド・ダイヤグラ
ムである。
【００２１】アロイ前には、図２(A)に示すように、ｎ-
ＧａＡｓ領域２８とｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９の
界面において、コンダクション・バンドの底の急峻な変
化が存在する。ラピッド・サーマル・プロセスでのＮｉ
層３０とｎ-ＧａＡｓ領域２８／ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａ
ｓ層２９との固相反応中に、ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ
層２９のＩｎ原子がｎ-ＧａＡｓ領域２８側に拡散する
ので、アロイ工程後半で再結晶化した際に、図２(B)に
示すようにｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層３２が形
成され、これによって、上述の急峻な変化は緩やかな変
化に変わる。
ＧａＡｓ領域２８とｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９の
界面において、コンダクション・バンドの底の急峻な変
化が存在する。ラピッド・サーマル・プロセスでのＮｉ
層３０とｎ-ＧａＡｓ領域２８／ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａ
ｓ層２９との固相反応中に、ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ
層２９のＩｎ原子がｎ-ＧａＡｓ領域２８側に拡散する
ので、アロイ工程後半で再結晶化した際に、図２(B)に
示すようにｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層３２が形
成され、これによって、上述の急峻な変化は緩やかな変
化に変わる。
【００２２】また、アロイ前のｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａ
ｓ層２９は、Ｉｎ組成が０.７と高いため、Ｎｉ層３０
に対するフェルミ・レベルのピニング位置がコンダクシ
ョン・バンドの中にある。そのため、ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ
0.3Ａｓ層２９とＮｉ層３０との界面にショットキ障壁
は形成されず、この界面での抵抗増加はない。しかし、
ｎ-ＧａＡｓ領域２８との格子不整合によるストレスの
ため、５ｎｍの厚さのｎ+ +-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９
中には転移が多く発生しており、アロイを行わないノン
アロイ・コンタクトの状態では、高いコンタクト抵抗の
原因となる。本実施の形態では、アロイ化を行っている
ので、加熱中にＮｉ層３０とｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ
層２９及びｎ-ＧａＡｓ領域２８との固相反応が起こ
り、ｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓ３２層として再結
晶化する過程で格子不整合によるストレスが緩和され
る。その結果、ｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層３２
中の転移密度は、ｎ型ドーパント濃度（５×１０19ｃｍ
-3以上）に比べて無視できるほど小さくなり、コンタク
ト抵抗上昇の原因とはならない。さらに、Ｎｉ層３０と
Ｇｅ層３１は、アロイ後、ＧｅＮｉ合金層３３となるた
め、アロイ前に存在したＧｅ／Ｎｉ界面のショットキ・
コンタクトはなくなる。
ｓ層２９は、Ｉｎ組成が０.７と高いため、Ｎｉ層３０
に対するフェルミ・レベルのピニング位置がコンダクシ
ョン・バンドの中にある。そのため、ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ
0.3Ａｓ層２９とＮｉ層３０との界面にショットキ障壁
は形成されず、この界面での抵抗増加はない。しかし、
ｎ-ＧａＡｓ領域２８との格子不整合によるストレスの
ため、５ｎｍの厚さのｎ+ +-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９
中には転移が多く発生しており、アロイを行わないノン
アロイ・コンタクトの状態では、高いコンタクト抵抗の
原因となる。本実施の形態では、アロイ化を行っている
ので、加熱中にＮｉ層３０とｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ
層２９及びｎ-ＧａＡｓ領域２８との固相反応が起こ
り、ｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓ３２層として再結
晶化する過程で格子不整合によるストレスが緩和され
る。その結果、ｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層３２
中の転移密度は、ｎ型ドーパント濃度（５×１０19ｃｍ
-3以上）に比べて無視できるほど小さくなり、コンタク
ト抵抗上昇の原因とはならない。さらに、Ｎｉ層３０と
Ｇｅ層３１は、アロイ後、ＧｅＮｉ合金層３３となるた
め、アロイ前に存在したＧｅ／Ｎｉ界面のショットキ・
コンタクトはなくなる。
【００２３】これらの変化によって、結局、アロイ後の
電極部分のエネルギ・バンド・ダイヤグラムは、グレー
デッドＩｎＧａＡｓ層を利用した低コンタクト抵抗のノ
ンアロイ・オーミック・コンタクト電極と同様の構造と
なる。他方、Ｎｉ／Ｇｅの蒸着されなかった部分は、上
述のような固相反応中のＩｎの拡散やＧｅのドーピング
が起こらないため、ＭＢＥによる基板成長直後の基板構
造をアロイ後も保持する。
電極部分のエネルギ・バンド・ダイヤグラムは、グレー
デッドＩｎＧａＡｓ層を利用した低コンタクト抵抗のノ
ンアロイ・オーミック・コンタクト電極と同様の構造と
なる。他方、Ｎｉ／Ｇｅの蒸着されなかった部分は、上
述のような固相反応中のＩｎの拡散やＧｅのドーピング
が起こらないため、ＭＢＥによる基板成長直後の基板構
造をアロイ後も保持する。
【００２４】上述の第１の実施の形態及び第２の実施の
形態では、ＭＢＥで成長させる基板構造は、ｎ-ＧａＡ
ｓとｎ-ＩｎＧａＡｓとの単純な２層構造であったが、
本発明において、ｎ-ＧａＡｓとｎ-ＩｎＧａＡｓの繰り
返しの積層構造でも良いのは言うまでもない。また、基
板上にＮｉとＧｅのみを順次積層したが、Ｎｉに続い
て、アロイ後の耐熱性を損なわなずかつコンタクト抵抗
を下げる作用を有するＰｄやＳｎを例えば３ｎｍ積層し
た後、Ｇｅを堆積してもよい。本発明のポイントは、基
板成長中にはＩｎ組成の連続変化を伴わない（すなわ
ち、グレーデッドでない）ｎ-ＧａＡｓとｎ-ＩｎＧａＡ
ｓの積層基板に対し、Ｎｉ／Ｇｅ系アロイ・オーミック
・コンタクトを形成することにある。
形態では、ＭＢＥで成長させる基板構造は、ｎ-ＧａＡ
ｓとｎ-ＩｎＧａＡｓとの単純な２層構造であったが、
本発明において、ｎ-ＧａＡｓとｎ-ＩｎＧａＡｓの繰り
返しの積層構造でも良いのは言うまでもない。また、基
板上にＮｉとＧｅのみを順次積層したが、Ｎｉに続い
て、アロイ後の耐熱性を損なわなずかつコンタクト抵抗
を下げる作用を有するＰｄやＳｎを例えば３ｎｍ積層し
た後、Ｇｅを堆積してもよい。本発明のポイントは、基
板成長中にはＩｎ組成の連続変化を伴わない（すなわ
ち、グレーデッドでない）ｎ-ＧａＡｓとｎ-ＩｎＧａＡ
ｓの積層基板に対し、Ｎｉ／Ｇｅ系アロイ・オーミック
・コンタクトを形成することにある。
【００２５】《第３の実施の形態》一般に、Ｉｎ組成の
高いＩｎＧａＡｓは酸化しやすいため、ＩｎＧａＡｓ層
が基板表面に露出しているノン・アロイ・オーミック・
コンタクトでは、金属−半導体界面に酸化膜が介在して
コンタクト抵抗を上昇させる原因になることがある。上
述の第１の実施の形態や第２の実施の形態の場合には、
基板のＭＢＥ成長を終えた時点で、ｎ+-Ｉｎ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ層２やｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９が基板表面
に露出しているが、アロイ処理を行うため、たとえアロ
イ前に金属−半導体界面に酸化膜が残っていてもＮｉと
の固相反応時にその酸化膜は破壊され、コンタクト抵抗
の上昇の問題は生じない。しかし、基板の成長後にすぐ
にはＮｉ層を積層しないような場合、すなわち、比較的
長い時間の基板の保管が行われる場合には、ｎ+-Ｉｎ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２やｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９
のＩｎＧａＡｓ表面が長期間大気に触れることとなって
この表面が酸化して膜厚が減少してしまい、結果とし
て、アロイ後に十分な厚みのｎ++-グレーデッドＩｎＧ
ａＡｓ層５やｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層３２が
得られない、というもう一つの問題を生じる。このよう
な基板の長期保存を行わなければ、この問題は発生しな
いのであるが、やむを得ず基板を長期保存する場合もあ
る。
高いＩｎＧａＡｓは酸化しやすいため、ＩｎＧａＡｓ層
が基板表面に露出しているノン・アロイ・オーミック・
コンタクトでは、金属−半導体界面に酸化膜が介在して
コンタクト抵抗を上昇させる原因になることがある。上
述の第１の実施の形態や第２の実施の形態の場合には、
基板のＭＢＥ成長を終えた時点で、ｎ+-Ｉｎ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ層２やｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９が基板表面
に露出しているが、アロイ処理を行うため、たとえアロ
イ前に金属−半導体界面に酸化膜が残っていてもＮｉと
の固相反応時にその酸化膜は破壊され、コンタクト抵抗
の上昇の問題は生じない。しかし、基板の成長後にすぐ
にはＮｉ層を積層しないような場合、すなわち、比較的
長い時間の基板の保管が行われる場合には、ｎ+-Ｉｎ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２やｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層２９
のＩｎＧａＡｓ表面が長期間大気に触れることとなって
この表面が酸化して膜厚が減少してしまい、結果とし
て、アロイ後に十分な厚みのｎ++-グレーデッドＩｎＧ
ａＡｓ層５やｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層３２が
得られない、というもう一つの問題を生じる。このよう
な基板の長期保存を行わなければ、この問題は発生しな
いのであるが、やむを得ず基板を長期保存する場合もあ
る。
【００２６】第３の実施の形態では、基板のＭＢＥ成長
時に、ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層の上にｎ-ＧａＡｓ層を成長
させ、ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層のＩｎＧａＡｓが大気に曝
されないようにしている。図３(A)は、この第３の実施
の形態のアロイ・オーミック・コンタクト電極における
アロイ前のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであり、図
３(B)は、アロイ後のエネルギ・バンド・ダイヤグラム
である。
時に、ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層の上にｎ-ＧａＡｓ層を成長
させ、ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層のＩｎＧａＡｓが大気に曝
されないようにしている。図３(A)は、この第３の実施
の形態のアロイ・オーミック・コンタクト電極における
アロイ前のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであり、図
３(B)は、アロイ後のエネルギ・バンド・ダイヤグラム
である。
【００２７】この実施の形態においてオーミック・コン
タクト電極を形成する工程は、上述の第１の実施の形態
や第２の実施の形態とほぼ同様である。すなわち、ＭＢ
Ｅ装置を用いて、オーミック・コンタクトをとりたい基
板上に、４×１０18ｃｍ-3だけＳｉをドープしたｎ-Ｇ
ａＡｓ領域８を形成し、続いて、５×１０19ｃｍ-3だけ
Ｓｉをドープしたｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層９を厚さ
５ｎｍで堆積し、さらに４×１０18ｃｍ-3だけＳｉをド
ープしたｎ-ＧａＡｓ層１０を厚さ３ｎｍで積層する。
ＩｎＧａＡｓ層でもＩｎ組成が小さければ酸化しにくい
が、ｎ-ＧａＡｓ層１０は、低Ｉｎ組成ＩｎＧａＡｓの
Ｉｎ組成ゼロの場合の極限であり、基板表面の酸化速度
を抑えるキャップ層として導入されている。このｎ-Ｇ
ａＡｓ層１０は、たとえ酸化され、後で塩酸処理により
除去されて膜厚が減少しても、基板表面のＩｎ総量の減
少にはつながらないので、アロイ後のコンタクト抵抗の
増大は起こらない。
タクト電極を形成する工程は、上述の第１の実施の形態
や第２の実施の形態とほぼ同様である。すなわち、ＭＢ
Ｅ装置を用いて、オーミック・コンタクトをとりたい基
板上に、４×１０18ｃｍ-3だけＳｉをドープしたｎ-Ｇ
ａＡｓ領域８を形成し、続いて、５×１０19ｃｍ-3だけ
Ｓｉをドープしたｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層９を厚さ
５ｎｍで堆積し、さらに４×１０18ｃｍ-3だけＳｉをド
ープしたｎ-ＧａＡｓ層１０を厚さ３ｎｍで積層する。
ＩｎＧａＡｓ層でもＩｎ組成が小さければ酸化しにくい
が、ｎ-ＧａＡｓ層１０は、低Ｉｎ組成ＩｎＧａＡｓの
Ｉｎ組成ゼロの場合の極限であり、基板表面の酸化速度
を抑えるキャップ層として導入されている。このｎ-Ｇ
ａＡｓ層１０は、たとえ酸化され、後で塩酸処理により
除去されて膜厚が減少しても、基板表面のＩｎ総量の減
少にはつながらないので、アロイ後のコンタクト抵抗の
増大は起こらない。
【００２８】次に、このようにＭＢＥ成長を行った基板
上に、フォトをレジストをステンシル加工した電極形成
用のマスクを形成する。塩酸に基板を１分間浸漬し、水
洗後、ただちに蒸着装置の真空チャンバ内に搬入して、
Ｎｉ層１１を厚さ８０ｎｍ、続いてＧｅ層１２を厚さ１
２０ｎｍ蒸着する。続いて、フォトレジストによって不
要な金属層をリフトオフし、電極金属の堆積を完了す
る。この状態では、ｎ-ＧａＡｓ領域８上に、ｎ++-ｉｎ
ＧａＡｓ層９、ｎ-ＧａＡｓ層１０、Ｎｉ層１１及びＧ
ｅ層１２がこの順で積層した構成となっている。そし
て、６００℃で５秒間のラピッド・サーマル・プロセス
によるアロイ化を行うことによって、オーミック・コン
タクト電極が完成する。図３(A),(B)は、上述したよう
に、それぞれ、アロイ前とアロイ終了後の電極部のエネ
ルギー・バンド・ダイヤグラムである。
上に、フォトをレジストをステンシル加工した電極形成
用のマスクを形成する。塩酸に基板を１分間浸漬し、水
洗後、ただちに蒸着装置の真空チャンバ内に搬入して、
Ｎｉ層１１を厚さ８０ｎｍ、続いてＧｅ層１２を厚さ１
２０ｎｍ蒸着する。続いて、フォトレジストによって不
要な金属層をリフトオフし、電極金属の堆積を完了す
る。この状態では、ｎ-ＧａＡｓ領域８上に、ｎ++-ｉｎ
ＧａＡｓ層９、ｎ-ＧａＡｓ層１０、Ｎｉ層１１及びＧ
ｅ層１２がこの順で積層した構成となっている。そし
て、６００℃で５秒間のラピッド・サーマル・プロセス
によるアロイ化を行うことによって、オーミック・コン
タクト電極が完成する。図３(A),(B)は、上述したよう
に、それぞれ、アロイ前とアロイ終了後の電極部のエネ
ルギー・バンド・ダイヤグラムである。
【００２９】図３(A)に示すように、アロイ前には、ｎ-
ＧａＡｓ領域８とｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ 0.3Ａｓ層９との界
面、及び、ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層９とｎ-ＧａＡｓ
層１０との界面に、それぞれコンダクション・バンドの
底の急峻な変化が存在する。ところが、ラピッド・サー
マル・プロセスによってＮｉ層１１とｎ-ＧａＡｓ領域
８／ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層９／ｎ-ＧａＡｓ層１０
とが固相反応するうちに、ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層
９中のＩｎ原子がｎ-ＧａＡｓ領域８及びｎ-ＧａＡｓ層
１０に向って拡散する。そして、アロイ工程の後半で再
結晶化した際、図３(B)に示すように、ｎ++-ＩｎＧａＡ
ｓ層１４を挟んで２つのｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡ
ｓ層１３,１５が形成されることになる。その結果、上
述の各界面に存在したコンダクション・バンドの急峻な
変化は、緩やかな変化に変わる。また、アロイ前にｎ-
ＧａＡｓ層１０及びｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層９にあ
った空乏層は、ラピッド・サーマル・プロセスによって
ｎ-ＧａＡｓ層１０にＧｅ層１２からＧｅ原子がｎ型ド
ーパントとしてドープされ、ｎ型ドーパント濃度のより
高いｎ++-ＩｎＧａＡｓ１４層を生じるため、図３(B)に
示すように、より薄い空乏層へと変わる。
ＧａＡｓ領域８とｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ 0.3Ａｓ層９との界
面、及び、ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層９とｎ-ＧａＡｓ
層１０との界面に、それぞれコンダクション・バンドの
底の急峻な変化が存在する。ところが、ラピッド・サー
マル・プロセスによってＮｉ層１１とｎ-ＧａＡｓ領域
８／ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層９／ｎ-ＧａＡｓ層１０
とが固相反応するうちに、ｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層
９中のＩｎ原子がｎ-ＧａＡｓ領域８及びｎ-ＧａＡｓ層
１０に向って拡散する。そして、アロイ工程の後半で再
結晶化した際、図３(B)に示すように、ｎ++-ＩｎＧａＡ
ｓ層１４を挟んで２つのｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡ
ｓ層１３,１５が形成されることになる。その結果、上
述の各界面に存在したコンダクション・バンドの急峻な
変化は、緩やかな変化に変わる。また、アロイ前にｎ-
ＧａＡｓ層１０及びｎ++-Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層９にあ
った空乏層は、ラピッド・サーマル・プロセスによって
ｎ-ＧａＡｓ層１０にＧｅ層１２からＧｅ原子がｎ型ド
ーパントとしてドープされ、ｎ型ドーパント濃度のより
高いｎ++-ＩｎＧａＡｓ１４層を生じるため、図３(B)に
示すように、より薄い空乏層へと変わる。
【００３０】また、Ｎｉ層１１とＧｅ層１２は、アロイ
後、ＧｅＮｉ合金層１６となるため、アロイ前に存在し
たＧｅ／Ｎｉ界面のショットキ・コンタクトはなくな
る。これらの変化によって、結局、アロイ後の電極部分
のエネルギ・バンド・ダイヤグラムは、グレーデッドＩ
ｎＧａＡｓ層を利用した低コンタクト抵抗のノン・アロ
イ・オーミック・コンタクトと同様の構造となる。他
方、Ｎｉ／Ｇｅの蒸着されなかった部分は、上述のよう
な固相反応中のＩｎの拡散やＧｅのドーピングが起こら
ないため、ＭＢＥによる基板成長直後の基板構造をアロ
イ後も保持する。
後、ＧｅＮｉ合金層１６となるため、アロイ前に存在し
たＧｅ／Ｎｉ界面のショットキ・コンタクトはなくな
る。これらの変化によって、結局、アロイ後の電極部分
のエネルギ・バンド・ダイヤグラムは、グレーデッドＩ
ｎＧａＡｓ層を利用した低コンタクト抵抗のノン・アロ
イ・オーミック・コンタクトと同様の構造となる。他
方、Ｎｉ／Ｇｅの蒸着されなかった部分は、上述のよう
な固相反応中のＩｎの拡散やＧｅのドーピングが起こら
ないため、ＭＢＥによる基板成長直後の基板構造をアロ
イ後も保持する。
【００３１】上述したようにこの第３の実施の形態で
は、ｎ-ＧａＡｓ層１０は、低Ｉｎ組成のＩｎＧａＡｓ
層のＩｎ組成ゼロの場合の極限であって、基板表面の酸
化速度を抑えるキャップ層として導入されている。した
がって、ｎ-ＧａＡｓ層１０の代りに、Ｉｎ組成比が０.
１以下のＩｎＧａＡｓ層、すなわちｎ-ＩｎyＧａ1-yＡ
ｓ（０≦ｙ＜０.１）層をｎ++-ＩｎＧａＡｓ層９上に設
けるようにしてもよい。このとき、ｎ++-ＩｎＧａＡｓ
層９の組成をＩｎxＧａ1-xＡｓで表わすとして、ｙ＜ｘ
となるようにする。さらに、ｎ-ＧａＡｓ領域８上に、
ｎ-ＧａＡｓ層を挟むようにして複数のｎ-ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層を積層し、その上にｎ-ＩｎyＧａ1-yＡｓ（０≦
ｙ＜０.１）層をキャップ層として設けてから、Ｎｉ層
とＧｅ層を積層するようにしてもよい。このとき、Ｎｉ
層とＧｅ層との間に他の層が介在してもよい。
は、ｎ-ＧａＡｓ層１０は、低Ｉｎ組成のＩｎＧａＡｓ
層のＩｎ組成ゼロの場合の極限であって、基板表面の酸
化速度を抑えるキャップ層として導入されている。した
がって、ｎ-ＧａＡｓ層１０の代りに、Ｉｎ組成比が０.
１以下のＩｎＧａＡｓ層、すなわちｎ-ＩｎyＧａ1-yＡ
ｓ（０≦ｙ＜０.１）層をｎ++-ＩｎＧａＡｓ層９上に設
けるようにしてもよい。このとき、ｎ++-ＩｎＧａＡｓ
層９の組成をＩｎxＧａ1-xＡｓで表わすとして、ｙ＜ｘ
となるようにする。さらに、ｎ-ＧａＡｓ領域８上に、
ｎ-ＧａＡｓ層を挟むようにして複数のｎ-ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層を積層し、その上にｎ-ＩｎyＧａ1-yＡｓ（０≦
ｙ＜０.１）層をキャップ層として設けてから、Ｎｉ層
とＧｅ層を積層するようにしてもよい。このとき、Ｎｉ
層とＧｅ層との間に他の層が介在してもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ｎ-Ｇａ
Ａｓ領域上にｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層とＮｉ層を積層
し、アロイ処理を行うことによって、グレーデッドでな
いｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層を積層したにもかかわらず、
グレーデッドＩｎxＧａ1-xＡｓ層が形成され、結果とし
て、Ｎｉ／Ｇｅ系オーミック・コンタクト電極の持つ６
００℃程度までの高耐熱性を保ちながら、ｎ-ＧａＡｓ
領域に直接形成したＮｉ／Ｇｅ系オーミック・コンタク
トよりも低抵抗を得ることができるようになるという効
果がある。また、アロイ中にＧｅ原子のドーピングがあ
るため、ｎ-ＧａＡｓ領域にｎ++-グレーデッドＩｎＧａ
Ａｓを積層したり、ｎ-ＧａＡｓとｎ++-ＩｎＧａＡｓと
の多層膜によってｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓと同
様の効果を得たりするノンアロイ・オーミック電極に比
べて、基板の成長が容易であるとともに、十分低抵抗な
オーミック・コンタクトを得るのに必要なＩｎＧａＡｓ
膜厚を薄くできるという効果がある。
Ａｓ領域上にｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層とＮｉ層を積層
し、アロイ処理を行うことによって、グレーデッドでな
いｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層を積層したにもかかわらず、
グレーデッドＩｎxＧａ1-xＡｓ層が形成され、結果とし
て、Ｎｉ／Ｇｅ系オーミック・コンタクト電極の持つ６
００℃程度までの高耐熱性を保ちながら、ｎ-ＧａＡｓ
領域に直接形成したＮｉ／Ｇｅ系オーミック・コンタク
トよりも低抵抗を得ることができるようになるという効
果がある。また、アロイ中にＧｅ原子のドーピングがあ
るため、ｎ-ＧａＡｓ領域にｎ++-グレーデッドＩｎＧａ
Ａｓを積層したり、ｎ-ＧａＡｓとｎ++-ＩｎＧａＡｓと
の多層膜によってｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡｓと同
様の効果を得たりするノンアロイ・オーミック電極に比
べて、基板の成長が容易であるとともに、十分低抵抗な
オーミック・コンタクトを得るのに必要なＩｎＧａＡｓ
膜厚を薄くできるという効果がある。
【００３３】さらに、オーミック電極形成領域以外の領
域の基板表面のＩｎＧａＡｓ層のみを、例えばＣｌ2や
ＢＣｌ3などの塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチ
ングによってドライエッチングした場合を考えると、グ
レーデッドＩｎＧａＡｓ層を積層した場合と違って、電
極形成領域以外の領域でのＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層
のＩｎの組成変化が急峻であるため、エッチングガス中
のＩｎ濃度変化を四重極質量分析器でモニタしたり、プ
ラズマ中のＩｎに関連する発光の強度変化を分光器を用
いてモニタすることによって、ＧａＡｓ上のＩｎＧａＡ
ｓのみをエッチングすることが容易にできるようにな
る。
域の基板表面のＩｎＧａＡｓ層のみを、例えばＣｌ2や
ＢＣｌ3などの塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチ
ングによってドライエッチングした場合を考えると、グ
レーデッドＩｎＧａＡｓ層を積層した場合と違って、電
極形成領域以外の領域でのＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層
のＩｎの組成変化が急峻であるため、エッチングガス中
のＩｎ濃度変化を四重極質量分析器でモニタしたり、プ
ラズマ中のＩｎに関連する発光の強度変化を分光器を用
いてモニタすることによって、ＧａＡｓ上のＩｎＧａＡ
ｓのみをエッチングすることが容易にできるようにな
る。
【００３４】Ｉｎ組成の高いｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ層を
用いる場合には、この層とＮｉ層とに間にｎ-ＩｎyＧａ
1-yＡｓ（０≦ｙ＜０.１、ただしｙ＜ｘ）層を介在させ
ることにより、大気中での保管中の表面酸化膜の成長を
最小限にくい止めることができ、基板の長期保存とコン
タクト抵抗の再現性の向上を可能にするという効果があ
る。
用いる場合には、この層とＮｉ層とに間にｎ-ＩｎyＧａ
1-yＡｓ（０≦ｙ＜０.１、ただしｙ＜ｘ）層を介在させ
ることにより、大気中での保管中の表面酸化膜の成長を
最小限にくい止めることができ、基板の長期保存とコン
タクト抵抗の再現性の向上を可能にするという効果があ
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態のアロイ・オーミッ
ク・コンタクト電極を説明するエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラムであり、(A)はアロイ前、(B)はアロイ後を示し
ている。
ク・コンタクト電極を説明するエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラムであり、(A)はアロイ前、(B)はアロイ後を示し
ている。
【図２】本発明の第２の実施の形態のアロイ・オーミッ
ク・コンタクト電極を説明するエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラムであり、(A)はアロイ前、(B)はアロイ後を示し
ている。
ク・コンタクト電極を説明するエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラムであり、(A)はアロイ前、(B)はアロイ後を示し
ている。
【図３】本発明の第３の実施の形態のアロイ・オーミッ
ク・コンタクト電極を説明するエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラムであり、(A)はアロイ前、(B)はアロイ後を示し
ている。
ク・コンタクト電極を説明するエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラムであり、(A)はアロイ前、(B)はアロイ後を示し
ている。
【図４】従来のＮｉ／Ｇｅ系アロイ・オーミック・コン
タクト電極を示すエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
り、(A)はアロイ前、(B)はアロイ後を示している。
タクト電極を示すエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
り、(A)はアロイ前、(B)はアロイ後を示している。
【図５】従来のノン・アロイ・オーミック・コンタクト
電極の一例を示すエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
る。
電極の一例を示すエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
る。
１,８,１０,１７,２０,２８ ｎ-ＧａＡｓ領域 ２ ｎ+-ＩｎＧａＡｓ層 ３,１１,２１,３０ Ｎｉ層 ４,１２,２２,３１ Ｇｅ層 ５,１３,１５,３２ ｎ++-グレーデッドＩｎＧａＡ
ｓ層 ６,９,１４,２９ ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層 ７,１６,２４,３３ ＧｅＮｉ合金層 １８ ｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層 １９ 金属層 ２３ ｎ++-ＧａＡｓ層 ２５,２６ トンネル電流 ２７ サーミオニック電流
ｓ層 ６,９,１４,２９ ｎ++-ＩｎＧａＡｓ層 ７,１６,２４,３３ ＧｅＮｉ合金層 １８ ｎ+-グレーデッドＩｎＧａＡｓ層 １９ 金属層 ２３ ｎ++-ＧａＡｓ層 ２５,２６ トンネル電流 ２７ サーミオニック電流
Claims (8)
- 【請求項１】 アロイ処理を行って形成されるアロイ・
オーミック・コンタクト電極において、アロイ処理前の
構造が、ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ
（０＜ｘ≦１）層とＮｉ層と、さらに少なくともＧｅ層
を順次積層した構造であることを特徴とするアロイ・オ
ーミック・コンタクト電極。 - 【請求項２】 アロイ処理を行って形成されるアロイ・
オーミック・コンタクト電極において、アロイ処理前の
構造が、ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＧａＡｓ層を挟んで
積層された複数のｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦１）
層と、Ｎｉ層と、さらに少なくともＧｅ層を順次積層し
た構造であることを特徴とするアロイ・オーミック・コ
ンタクト電極。 - 【請求項３】 アロイ処理を行って形成されるアロイ・
オーミック・コンタクト電極において、アロイ処理前の
構造が、ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ
（０＜ｘ≦１）層と、ｎ-ＩｎyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜
０.１、ただしｙ＜ｘ）層と、Ｎｉ層と、さらに少なく
ともＧｅ層を順次積層した構造であることを特徴とする
アロイ・オーミック・コンタクト電極。 - 【請求項４】 アロイ処理を行って形成されるアロイ・
オーミック・コンタクト電極において、アロイ処理前の
構造が、ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＧａＡｓ層を挟んで
積層された複数のｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦１）
層と、ｎ-Ｉｎ yＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜０.１、ただしｙ
＜ｘ）層と、Ｎｉ層と、さらに少なくともＧｅ層を順次
積層した構造であることを特徴とするアロイ・オーミッ
ク・コンタクト電極。 - 【請求項５】 アロイ処理を行うことによりｎ-ＧａＡ
ｓ領域に対するオーミック・コンタクト電極を完成させ
るアロイ・オーミック・コンタクト電極の形成方法にお
いて、 前記ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜
ｘ≦１）層をエピタキシャル成長し、その上にＮｉ層を
堆積し、さらに少なくともＧｅ層を堆積し、 その後、ラピッド・サーマル・プロセスによるアロイ処
理を行って、ＧｅＮｉ合金層を形成するとともに、前記
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層からＩｎ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ領
域に拡散させ、Ｇｅ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ領域に向う
方向に拡散させることを特徴とするアロイ・オーミック
・コンタクト電極の形成方法。 - 【請求項６】 アロイ処理を行うことによりｎ-ＧａＡ
ｓ領域に対するオーミック・コンタクト電極を完成させ
るアロイ・オーミック・コンタクト電極の形成方法にお
いて、 前記ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＧａＡｓ層を挟んで積層
された複数のｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦１）層を
エピタキシャル成長し、その上にＮｉ層を堆積し、さら
に少なくともＧｅ層を堆積し、 その後、ラピッド・サーマル・プロセスによるアロイ処
理を行って、ＧｅＮｉ合金層を形成するとともに、前記
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層からＩｎ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ領
域及び前記ｎ-ＧａＡｓ層に拡散させ、Ｇｅ原子を前記
ｎ-ＧａＡｓ領域に向う方向に拡散させることを特徴と
するアロイ・オーミック・コンタクト電極の形成方法。 - 【請求項７】 アロイ処理を行うことによりｎ-ＧａＡ
ｓ領域に対するオーミック・コンタクト電極を完成させ
るアロイ・オーミック・コンタクト電極の形成方法にお
いて、 前記ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜
ｘ≦１）層とｎ-ＩｎyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜０.１、た
だしｙ＜ｘ）層とを順次エピタキシャル成長し、その上
にＮｉ層を堆積し、さらに少なくともＧｅ層を堆積し、 その後、ラピッド・サーマル・プロセスによるアロイ処
理を行って、ＧｅＮｉ合金層を形成するとともに、前記
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層からＩｎ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ領
域及び前記ｎ-ＩｎyＧａ1-yＡｓ層に拡散させ、Ｇｅ原
子を前記ｎ-ＧａＡｓ領域に向う方向に拡散させること
を特徴とするアロイ・オーミック・コンタクト電極の形
成方法。 - 【請求項８】 アロイ処理を行うことによりｎ-ＧａＡ
ｓ領域に対するオーミック・コンタクト電極を完成させ
るアロイ・オーミック・コンタクト電極の形成方法にお
いて、 前記ｎ-ＧａＡｓ領域上に、ｎ-ＧａＡｓ層を挟んで積層
された複数のｎ-ＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦１）層と
ｎ-ＩｎyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜０.１、ただしｙ＜ｘ）
層とを順次エピタキシャル成長し、その上にＮｉ層を堆
積し、さらに少なくともＧｅ層を堆積し、 その後、ラピッド・サーマル・プロセスによるアロイ処
理を行って、ＧｅＮｉ合金層を形成するとともに、前記
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層からＩｎ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ、
前記ｎ-ＧａＡｓ層及び前記ｎ-ＩｎyＧａ1-yＡｓ層に拡
散させ、Ｇｅ原子を前記ｎ-ＧａＡｓ領域に向う方向に
拡散させることを特徴とするアロイ・オーミック・コン
タクト電極の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33317395A JP2746241B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | アロイ・オーミック・コンタクト電極及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33317395A JP2746241B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | アロイ・オーミック・コンタクト電極及びその形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09172160A JPH09172160A (ja) | 1997-06-30 |
| JP2746241B2 true JP2746241B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=18263122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33317395A Expired - Fee Related JP2746241B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | アロイ・オーミック・コンタクト電極及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2746241B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5674106B2 (ja) * | 2010-09-30 | 2015-02-25 | 国立大学法人 東京大学 | 半導体デバイス、その製造方法及び集積回路 |
-
1995
- 1995-12-21 JP JP33317395A patent/JP2746241B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09172160A (ja) | 1997-06-30 |
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