JP2841717B2 - ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミツク電極 - Google Patents
ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミツク電極Info
- Publication number
- JP2841717B2 JP2841717B2 JP13472090A JP13472090A JP2841717B2 JP 2841717 B2 JP2841717 B2 JP 2841717B2 JP 13472090 A JP13472090 A JP 13472090A JP 13472090 A JP13472090 A JP 13472090A JP 2841717 B2 JP2841717 B2 JP 2841717B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- boron nitride
- cubic boron
- semiconductor
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
本発明はｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミック電
極に関する。
極に関する。
半導体立方晶窒化ホウ素はダイオード、トランジス
タ、センサなどの半導体デバイスの新しい材料として注
目されている。立方晶窒化ホウ素は絶縁体のものが広く
知られているが、ここで対象にするのは比抵抗の低い半
導体立方晶窒化ホウ素である。 立方晶窒化ホウ素は広い禁制帯幅（7.0eV）を持ち、
耐熱温度が高く（1300℃）、化学的にも安定である。こ
のため半導体立方晶窒化ホウ素は優れた耐環境、パワー
用デバイス、或いは青色発光素子の材料として強い期待
が寄せられている。 立方晶窒化ホウ素は天然には存在せず、高圧合成によ
って形成することが出来る。また、近年気相合成による
薄膜の形成も報告されている。 ｐ型立方晶窒化ホウ素は、ベリリウム（Be）をドープ
することによって得られる。 一方、ｎ型立方晶窒化ホウ素はイオウ（Ｓ）、シリコ
ン（Si）をドープすることによって得られる。現在のと
ころ、高圧合成法を用いて、ｐ型立方晶窒化ホウ素を種
結晶としてさらにｎ型立方晶窒化ホウ素を連続成長させ
ることにより、pn接合ダイオードが試作されている。こ
のpn接合ダイオードは650℃までダイオード特性を示
す。さらに電流注入により340nmを中心に紫外〜青色光
の発光を示すことが報告されている。 金属と半導体の接合面はショットキー接合であるかオ
ーミック接合であるかである。ショットキー接合は整流
性があって、逆方向に電流が流れない。 半導体デバイスを作る場合、オーミック接続できる電
極の形成は極めて重要である。オーミック電極というの
は、ここを通る電流、電圧特性がオームの法則に従い順
逆方向に対称であるものを意味する。またできるだけ接
触抵抗が小さいほうがよい。接触抵抗というのは単位接
触面を単位電流が流れるために印加すべき電圧として定
義される。単位はΩ・cm2である。 ｎ型立方晶窒化ホウ素の電極としては、銀（Ag）電
極、銀ペーストなどが用いられているが（R.H.Wentor
f、Jr.:J.of Chem.Phys.Vol.36（1962）1990O.Mishim
a,etc.:Seience Vol.238（1987）181、現在のところオ
ーミック接続が得られたという報告はない。
タ、センサなどの半導体デバイスの新しい材料として注
目されている。立方晶窒化ホウ素は絶縁体のものが広く
知られているが、ここで対象にするのは比抵抗の低い半
導体立方晶窒化ホウ素である。 立方晶窒化ホウ素は広い禁制帯幅（7.0eV）を持ち、
耐熱温度が高く（1300℃）、化学的にも安定である。こ
のため半導体立方晶窒化ホウ素は優れた耐環境、パワー
用デバイス、或いは青色発光素子の材料として強い期待
が寄せられている。 立方晶窒化ホウ素は天然には存在せず、高圧合成によ
って形成することが出来る。また、近年気相合成による
薄膜の形成も報告されている。 ｐ型立方晶窒化ホウ素は、ベリリウム（Be）をドープ
することによって得られる。 一方、ｎ型立方晶窒化ホウ素はイオウ（Ｓ）、シリコ
ン（Si）をドープすることによって得られる。現在のと
ころ、高圧合成法を用いて、ｐ型立方晶窒化ホウ素を種
結晶としてさらにｎ型立方晶窒化ホウ素を連続成長させ
ることにより、pn接合ダイオードが試作されている。こ
のpn接合ダイオードは650℃までダイオード特性を示
す。さらに電流注入により340nmを中心に紫外〜青色光
の発光を示すことが報告されている。 金属と半導体の接合面はショットキー接合であるかオ
ーミック接合であるかである。ショットキー接合は整流
性があって、逆方向に電流が流れない。 半導体デバイスを作る場合、オーミック接続できる電
極の形成は極めて重要である。オーミック電極というの
は、ここを通る電流、電圧特性がオームの法則に従い順
逆方向に対称であるものを意味する。またできるだけ接
触抵抗が小さいほうがよい。接触抵抗というのは単位接
触面を単位電流が流れるために印加すべき電圧として定
義される。単位はΩ・cm2である。 ｎ型立方晶窒化ホウ素の電極としては、銀（Ag）電
極、銀ペーストなどが用いられているが（R.H.Wentor
f、Jr.:J.of Chem.Phys.Vol.36（1962）1990O.Mishim
a,etc.:Seience Vol.238（1987）181、現在のところオ
ーミック接続が得られたという報告はない。
オーミック接続形成技術は半導体デバイスを製作する
上で、必要不可欠の重要な技術である。さらにオーミッ
ク接続が得られたならば、できるだけオーミック接続部
の接触抵抗が小さいことが望ましい。通常の電子デバイ
スの接触抵抗としては10-2Ω・cm2以下が用いられてお
り、高速、高周波デバイスではさらに小さい10-4Ω・cm
2以下の接触抵抗が要求されている。 作成した接続がオーミック的ではなくショットキー的
ならば、作製したデバイスに電流を流そうとしても、接
続電極部のショットキー隔壁のため有効に電流が注入で
きず、デバイスへの電流注入効率が低い。また、接触電
極部での抵抗も大きいため電圧降下が著しく、デバイス
にかかる実効印加電圧が小さくなる。これらのためデバ
イスとして充分な特性が得られない。さらに、接続電極
部での発熱の問題も大きな難点となる。 従って、半導体立方晶窒化ホウ素を半導体デバイスの
材料として活用できるためには、オーミック電極の形成
が必要不可欠である。 本発明の課題はオーミック接続電極をｎ型半導体立方
晶窒化ホウ素上に形成する事である。
上で、必要不可欠の重要な技術である。さらにオーミッ
ク接続が得られたならば、できるだけオーミック接続部
の接触抵抗が小さいことが望ましい。通常の電子デバイ
スの接触抵抗としては10-2Ω・cm2以下が用いられてお
り、高速、高周波デバイスではさらに小さい10-4Ω・cm
2以下の接触抵抗が要求されている。 作成した接続がオーミック的ではなくショットキー的
ならば、作製したデバイスに電流を流そうとしても、接
続電極部のショットキー隔壁のため有効に電流が注入で
きず、デバイスへの電流注入効率が低い。また、接触電
極部での抵抗も大きいため電圧降下が著しく、デバイス
にかかる実効印加電圧が小さくなる。これらのためデバ
イスとして充分な特性が得られない。さらに、接続電極
部での発熱の問題も大きな難点となる。 従って、半導体立方晶窒化ホウ素を半導体デバイスの
材料として活用できるためには、オーミック電極の形成
が必要不可欠である。 本発明の課題はオーミック接続電極をｎ型半導体立方
晶窒化ホウ素上に形成する事である。
本発明のｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミック電
極は、ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素上にIV a族金属ある
いはIV a族金属を含む合金によって電極を形成したもの
である。ここで、IV a族金属とはチタン（Ti）、ジルコ
ニュウム（Zr）、ハフニュウム（Hf）である。
極は、ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素上にIV a族金属ある
いはIV a族金属を含む合金によって電極を形成したもの
である。ここで、IV a族金属とはチタン（Ti）、ジルコ
ニュウム（Zr）、ハフニュウム（Hf）である。
本発明においては、IV a族金属（Ti、Zr、Hf）あるい
はIV a族金属を含む合金ｎを型立方晶窒化ホウ素上に電
極として形成するので、オーミックイ電極が得られる。 これは本発明者が実験を重ねて見いだしたものであ
り、なぜIV a族金属あるいはIV a族金属を含む合金を用
いるとオーミックになるのかということは未だ明らかで
はないが、いくつかの可能性が考えられる。 Ti、Zr、Hf、TiC、ZrNiなどのIV a族金属あるいはIV
a族金属を含む合金を電極としてｎ型立方晶窒化ホウ素
上に形成する。この場合電極形成時の基板加熱、電極蒸
着時の輻射熱、或は電極形成後のアニールなどによって
電極構成元素、並びにホウ素、窒素が活性化し、電極／
半導体界面で相互拡散が生じる。 一方、IV a族元素（Ti、Zr、Hf）はホウ素、窒素と反
応しやすく容易にオフ化物（ボライド:TiB2、ZrB2、HfB
2 etc.）や窒化物（ナイトライド:TiN、ZrN、HfN et
c.）を形成する。これは良く知られている。ゆえに、電
極構成元素、ならびにホウ素、窒素の相互拡散はより一
層加速される。また、相互拡散が生じる電極／半導体間
に金属化合物層が形成され、実質的な電極／半導体界面
は半導体層中にシフトし清浄な界面となる。 このとき、立方晶窒化ホウ素中に拡散したIN a族元素
（Ti、Zr、Hf）が立方晶窒化ホウ素のドナーとなる可能
性がある。又、ホウ素や窒素が拡散によってぬけた後の
空孔や欠陥がドナーとなる可能性もある。その結果、相
互拡散が生じた領域には、高濃度にドーピングされたｎ
層（n+層）が形成される。もともとこの立方晶窒化ホウ
素はｎ型であるが、この平均ドープ濃度よりもかなり高
ドープ濃度のｎ型となる。高濃度ドーピングにより障壁
層の厚さが薄くなり、トンネル電流によりオーミックと
なる。 理想的な場合、金属・半導体の接合がオーミックにな
るかショットキーになるかは金属の仕事関数（φｍ）と
半導体の電子新和力（XS）によって決まる。ｎ型半導体
の場合、金属・半導体接合の障壁高さφＢは φＢ＝φｍ−XS （１） で表され φＢ＜０ ：オーミック φＢ＞０ ：ショットキー となる。 しかし、現金の金属・半導体接合では金属・半導体接
合界面に欠陥が存在し、バンドギャップ中の中央付近に
局在準位（φO:表面準位とも呼ぶ）を形成する。欠陥が
多いと半導体のフェルミ準位はこのφＯにピン止めされ
る。その結果、φＢは、半導体のバンドギャップをEgと
すると φＢ＝Eg−φＯ （２） で表され、金属の種類にほとんど依存しなくなる。当然
φＢ＞０であるから金属・半導体接合はショットキーと
なる。この現象はピン止め効果として知られており、と
くにIII−Ｖ族化合物半導体では顕著である。また、φ
ＯはEgの1/3〜1/2程度である。立方晶窒化ホウ素の場合
も、単元素物質ではないため多種類の表面欠陥が存在し
うる。また、現状の一方晶窒化ホウ素結晶は完全とはい
いがたく欠陥も多い、などの理由から、表面欠陥が多く
ピン止め効果が起きていると考えられる。 ショットキー型の金属・ｎ型半導体接合のバンド図を
第１図に示す。外側の金属のフェミル準位１に半導体の
フェルミ準位２が連続する。半導体の中には電導帯と価
電子帯があり、３は伝導帯の下端、４は価電子帯の上端
である。ｎ型であるので伝導帯の下端３とフェルミ準位
２が近い。境界５でフェルミ単位は局在準位φＯにピン
止めされ、高さφＢの障壁ができる。境界５の近くで
は、ドナー密度が高いのでバンドが上向きに強く曲が
る。電子は伝導帯の下向きの湾曲部６に溜っているが、
これらがトンネル効果により金属中へ飛び出すことがで
きる。金属・半導体の境界の全てのドナーは電子を放出
しているので、ｅの正電荷である。これは境界近傍にほ
ぼ一様に分布しているので、電場、電荷に関するガウス
の式を積分して、次式が成立する。 ｄ＝〔２・εｓ・εｏ・（φＢ−Ｖ）／（ｅ・Nd）〕1/2 （３） d ：空乏層幅 εs ：半導体の比誘電率 εo ：真空中の誘電率 V ：印加電圧 e ：電荷素量 Nd ：半導体のドナー密度 これまでφＢはポテンシャルでエネルギーの次元が持つ
が以後これを電荷素量ｅで割った電圧の値として扱う。 この式から分かるように、半導体中のドナー密度が高
くなると、空乏層幅ｄが小さくなる。電子が薄い空乏層
を通過するのは容易であるので、この接触は低抵抗にな
るのである。 より詳しく説明する。単位面積当たりの電流Ｉはトン
ネル電流であるので、 と書くことができる、但しＵは伝導帯の底から測った伝
導電子のポテンシャルである。ガウスの式を積分してＵ
をｘの関数として、 Ｕ＝ｅ（φＢ−Ｖ）｛１−（x/d）｝２ （５） のように求められる。 Ａ＝４πemek2/h3 （６） ただしmeは半導体中の電子有効質量、ｈはプランク定
数、ｋはボルツマン定数Ｔは絶対温度である。自由電子
の場合、Ａは120A/cm2K2である。ｘについて積分する
と、 Ｉ＝AT2exp｛−（φＢ−Ｖ）/VOO｝ （７） ただし、 VOO＝hNd1/2/4π（εＯ・εｓ・εｅ）1/2 （８） である、Nd＝1021cm-3とし、meは自由電子質量、εｓ＝
１とすると、VOOは0.56Vとなる。先にφＢの定義を述べ
たが、高濃度にｎ型不純物がドーピングされるとφＢ自
体が下がると考えられる。局材準位が増えて、φ０が上
がるからである。Egは7eVであるがφＢは６〜3V程度に
下がる。勿論これはドーピングの濃度が境界近傍で極め
て大きいということを仮定している。VOOが0.5Vだとす
れば（６）からこれはほぼオーミックと見なすことがで
きる。ただし、電圧は半導体側から金属電極に向かう方
向を正にとっている。 抵抗Rcは電流を電圧で偏微分して、Ｖ＝０として得ら
れる。 このときのRcは次式で表せる。 Rc＝（VOO/AT2）exp（φB/VOO） （９） もしもNd＝1021cm-3とし、自由電子の質量をmeとし、ε
Ｏ＝１、Ｔ＝300Kとすると、VOO＝0.56Vで、前の係数も
expの中にいれると、 Rc＝exp｛（φB/0・56）−16.77） （10） φＢを6Vとして、Rcは10-3Ωcm2、7Vとして10-2Ωcm2と
なる。 もしもNd＝1020cm-3と仮定すると、VOOは0.18Vとな
り、 Rc＝exp｛（φB/0.18−17.91） （11） 例えばφＢが3VとするとRcは10-1Ωcm2程度になる。φ
Ｂが2.5VとするとRcは10-2Ωcm2程度になる。 このようにｎ型不純物を高濃度にドーピングすると、
空乏層の厚みｄが減少する。また高濃度ドーピングによ
り表面の局在準位が増えφＯが上がり、φＢが下がると
いう効果もある。先にこれはバンドギャップ（7eV）の1
/2〜2/3程度と書いたがこれがもっと小さくなる可能性
もあるものと考えられる。 このように高濃度ドーピングを行い、ドナーの密度が
高くなればなるほど空乏層の厚みが減り、φＢが低下し
てトンネル電流が流れ易くなって、Rcが低くなり、オー
ミックとなる事が期待できる。しかしはっきりした事は
未だ分からない。不純物を高濃度ドーピングすればこの
ような効果が期待できるが、不純物の密度が多くなると
電極の抵抗が増えるのでかえって望ましくない。適当な
濃度範囲があるのであろう。 さらに次のような可能性も考えられる。金属半導体界
面にホウ化物層、窒化物層が形成されたことにより、界
面および界面近傍に欠陥が大量に導入された可能性も考
えられる。第２図に示すように、境界５近傍に高密度の
局在準位７が存在すると、この準位を介して金属・半導
体間で電子の移動が可能となり電流が流れうる。局在準
位密度が高ければ高いほど電子の移動は容易になるの
で、この接触は低抵抗となるのである。しかも遷移は双
方向に行われるからオーミックとなる。 この他にも、オーミックが得られるメカニズムとして
様々なものが考えられる。現在のところ、まだメカニズ
ムを特定するに至っていない。しかし本発明による電極
とすることによりｎ型立方晶窒化ホウ素上にオーミック
接続を形成することができる。
はIV a族金属を含む合金ｎを型立方晶窒化ホウ素上に電
極として形成するので、オーミックイ電極が得られる。 これは本発明者が実験を重ねて見いだしたものであ
り、なぜIV a族金属あるいはIV a族金属を含む合金を用
いるとオーミックになるのかということは未だ明らかで
はないが、いくつかの可能性が考えられる。 Ti、Zr、Hf、TiC、ZrNiなどのIV a族金属あるいはIV
a族金属を含む合金を電極としてｎ型立方晶窒化ホウ素
上に形成する。この場合電極形成時の基板加熱、電極蒸
着時の輻射熱、或は電極形成後のアニールなどによって
電極構成元素、並びにホウ素、窒素が活性化し、電極／
半導体界面で相互拡散が生じる。 一方、IV a族元素（Ti、Zr、Hf）はホウ素、窒素と反
応しやすく容易にオフ化物（ボライド:TiB2、ZrB2、HfB
2 etc.）や窒化物（ナイトライド:TiN、ZrN、HfN et
c.）を形成する。これは良く知られている。ゆえに、電
極構成元素、ならびにホウ素、窒素の相互拡散はより一
層加速される。また、相互拡散が生じる電極／半導体間
に金属化合物層が形成され、実質的な電極／半導体界面
は半導体層中にシフトし清浄な界面となる。 このとき、立方晶窒化ホウ素中に拡散したIN a族元素
（Ti、Zr、Hf）が立方晶窒化ホウ素のドナーとなる可能
性がある。又、ホウ素や窒素が拡散によってぬけた後の
空孔や欠陥がドナーとなる可能性もある。その結果、相
互拡散が生じた領域には、高濃度にドーピングされたｎ
層（n+層）が形成される。もともとこの立方晶窒化ホウ
素はｎ型であるが、この平均ドープ濃度よりもかなり高
ドープ濃度のｎ型となる。高濃度ドーピングにより障壁
層の厚さが薄くなり、トンネル電流によりオーミックと
なる。 理想的な場合、金属・半導体の接合がオーミックにな
るかショットキーになるかは金属の仕事関数（φｍ）と
半導体の電子新和力（XS）によって決まる。ｎ型半導体
の場合、金属・半導体接合の障壁高さφＢは φＢ＝φｍ−XS （１） で表され φＢ＜０ ：オーミック φＢ＞０ ：ショットキー となる。 しかし、現金の金属・半導体接合では金属・半導体接
合界面に欠陥が存在し、バンドギャップ中の中央付近に
局在準位（φO:表面準位とも呼ぶ）を形成する。欠陥が
多いと半導体のフェルミ準位はこのφＯにピン止めされ
る。その結果、φＢは、半導体のバンドギャップをEgと
すると φＢ＝Eg−φＯ （２） で表され、金属の種類にほとんど依存しなくなる。当然
φＢ＞０であるから金属・半導体接合はショットキーと
なる。この現象はピン止め効果として知られており、と
くにIII−Ｖ族化合物半導体では顕著である。また、φ
ＯはEgの1/3〜1/2程度である。立方晶窒化ホウ素の場合
も、単元素物質ではないため多種類の表面欠陥が存在し
うる。また、現状の一方晶窒化ホウ素結晶は完全とはい
いがたく欠陥も多い、などの理由から、表面欠陥が多く
ピン止め効果が起きていると考えられる。 ショットキー型の金属・ｎ型半導体接合のバンド図を
第１図に示す。外側の金属のフェミル準位１に半導体の
フェルミ準位２が連続する。半導体の中には電導帯と価
電子帯があり、３は伝導帯の下端、４は価電子帯の上端
である。ｎ型であるので伝導帯の下端３とフェルミ準位
２が近い。境界５でフェルミ単位は局在準位φＯにピン
止めされ、高さφＢの障壁ができる。境界５の近くで
は、ドナー密度が高いのでバンドが上向きに強く曲が
る。電子は伝導帯の下向きの湾曲部６に溜っているが、
これらがトンネル効果により金属中へ飛び出すことがで
きる。金属・半導体の境界の全てのドナーは電子を放出
しているので、ｅの正電荷である。これは境界近傍にほ
ぼ一様に分布しているので、電場、電荷に関するガウス
の式を積分して、次式が成立する。 ｄ＝〔２・εｓ・εｏ・（φＢ−Ｖ）／（ｅ・Nd）〕1/2 （３） d ：空乏層幅 εs ：半導体の比誘電率 εo ：真空中の誘電率 V ：印加電圧 e ：電荷素量 Nd ：半導体のドナー密度 これまでφＢはポテンシャルでエネルギーの次元が持つ
が以後これを電荷素量ｅで割った電圧の値として扱う。 この式から分かるように、半導体中のドナー密度が高
くなると、空乏層幅ｄが小さくなる。電子が薄い空乏層
を通過するのは容易であるので、この接触は低抵抗にな
るのである。 より詳しく説明する。単位面積当たりの電流Ｉはトン
ネル電流であるので、 と書くことができる、但しＵは伝導帯の底から測った伝
導電子のポテンシャルである。ガウスの式を積分してＵ
をｘの関数として、 Ｕ＝ｅ（φＢ−Ｖ）｛１−（x/d）｝２ （５） のように求められる。 Ａ＝４πemek2/h3 （６） ただしmeは半導体中の電子有効質量、ｈはプランク定
数、ｋはボルツマン定数Ｔは絶対温度である。自由電子
の場合、Ａは120A/cm2K2である。ｘについて積分する
と、 Ｉ＝AT2exp｛−（φＢ−Ｖ）/VOO｝ （７） ただし、 VOO＝hNd1/2/4π（εＯ・εｓ・εｅ）1/2 （８） である、Nd＝1021cm-3とし、meは自由電子質量、εｓ＝
１とすると、VOOは0.56Vとなる。先にφＢの定義を述べ
たが、高濃度にｎ型不純物がドーピングされるとφＢ自
体が下がると考えられる。局材準位が増えて、φ０が上
がるからである。Egは7eVであるがφＢは６〜3V程度に
下がる。勿論これはドーピングの濃度が境界近傍で極め
て大きいということを仮定している。VOOが0.5Vだとす
れば（６）からこれはほぼオーミックと見なすことがで
きる。ただし、電圧は半導体側から金属電極に向かう方
向を正にとっている。 抵抗Rcは電流を電圧で偏微分して、Ｖ＝０として得ら
れる。 このときのRcは次式で表せる。 Rc＝（VOO/AT2）exp（φB/VOO） （９） もしもNd＝1021cm-3とし、自由電子の質量をmeとし、ε
Ｏ＝１、Ｔ＝300Kとすると、VOO＝0.56Vで、前の係数も
expの中にいれると、 Rc＝exp｛（φB/0・56）−16.77） （10） φＢを6Vとして、Rcは10-3Ωcm2、7Vとして10-2Ωcm2と
なる。 もしもNd＝1020cm-3と仮定すると、VOOは0.18Vとな
り、 Rc＝exp｛（φB/0.18−17.91） （11） 例えばφＢが3VとするとRcは10-1Ωcm2程度になる。φ
Ｂが2.5VとするとRcは10-2Ωcm2程度になる。 このようにｎ型不純物を高濃度にドーピングすると、
空乏層の厚みｄが減少する。また高濃度ドーピングによ
り表面の局在準位が増えφＯが上がり、φＢが下がると
いう効果もある。先にこれはバンドギャップ（7eV）の1
/2〜2/3程度と書いたがこれがもっと小さくなる可能性
もあるものと考えられる。 このように高濃度ドーピングを行い、ドナーの密度が
高くなればなるほど空乏層の厚みが減り、φＢが低下し
てトンネル電流が流れ易くなって、Rcが低くなり、オー
ミックとなる事が期待できる。しかしはっきりした事は
未だ分からない。不純物を高濃度ドーピングすればこの
ような効果が期待できるが、不純物の密度が多くなると
電極の抵抗が増えるのでかえって望ましくない。適当な
濃度範囲があるのであろう。 さらに次のような可能性も考えられる。金属半導体界
面にホウ化物層、窒化物層が形成されたことにより、界
面および界面近傍に欠陥が大量に導入された可能性も考
えられる。第２図に示すように、境界５近傍に高密度の
局在準位７が存在すると、この準位を介して金属・半導
体間で電子の移動が可能となり電流が流れうる。局在準
位密度が高ければ高いほど電子の移動は容易になるの
で、この接触は低抵抗となるのである。しかも遷移は双
方向に行われるからオーミックとなる。 この他にも、オーミックが得られるメカニズムとして
様々なものが考えられる。現在のところ、まだメカニズ
ムを特定するに至っていない。しかし本発明による電極
とすることによりｎ型立方晶窒化ホウ素上にオーミック
接続を形成することができる。
実施例によって本発明のオーミック電極をさらに詳し
く説明する。 高圧合成Siドープｎ型立方晶窒化ホウ素上に、本発明
による電極としてTi、TiAl、TiB2、TiC、TiCr、TiFe、T
iN、TiNb、TiNi、TiSi2、Zr、ZrAl、ZrB2、ZrC、ZrN、Z
rNb、ZrNi、ZrS2、ZrSi2、Hf、HfB2、HfC、HfN、HfS2、
HfSi2を形成し、オーミック性、接触抵抗を評価した。
電極は基板温度400℃で、材料によって真空蒸着、或は
スパッタ法を用いて形成した。 この時、メタルマスクを用いて第８図に示す電極パタ
ーンを立方晶窒化ホウ素上に形成した。電極の厚みは0.
2〜0.3μｍ程度である。電極は４本ある。それぞれ長さ
が0.8mm、幅が0.1mmである。平行に並んでおり、間隔は
0.1mm、0.2mm、0.3mmである。電極のオーミック性はこ
れらの任意の電極間の電流−電圧特性を、電圧−10V〜
＋10Vの範囲で測定して判定した。オーミック特性が得
られた電極については、第３図に示す電極パターンの２
電極間の抵抗と電極距離から伝送線路モデルを用いて接
触抵抗を求めた。 表１に実施例の結果をまとめる。 表１から分かるように,n型立方晶窒化ホウ素にたいし
て、Ti、Zr、Hf、TiC、ZrNiなどのIV a族金属あるいはI
V a族金属を含む合金を電鋸とすることにより、接触抵
抗は10-2〜10-1Ωcm2台ではあるがオーミック特性を得
ることができた。 この時、電極形成後に適度なアニールを行うことは有
効である。アニールの温度と時間は用いる電極材料によ
って最適値が異なるが、300℃〜1800℃程度の温度が好
ましい。 但し、電極材料によってはアニール時に電極の酸化な
どが進行するので、不活性ガス、N2、H2或は真空中での
アニールが望まれる。また、1000℃以上に昇温する場合
には、O2が存在すると立方晶窒化ホウ素の酸化や六方晶
窒化ホウ素化が進行するので、やはり不活性ガス、N2、
H2或は真空中でのアニールが好ましい。 また、このアニールの代わりに、電極形成時に適度に
昇温しておく事も有効である。この温度としては、電極
材料にもよるが300℃〜1800℃が望ましい。さらにｎ型
半導体立方晶窒化ホウ素に対して公知のドーパント（S
i、S etc.）IV a族元素（Ti、Zr、Hf）の金属合金を電
極とすれば、より一層有効である。また、本発明の電極
とAu、Agなどの抵抗の小さな金属電極との多層構造にす
ればさらに効果がある。
く説明する。 高圧合成Siドープｎ型立方晶窒化ホウ素上に、本発明
による電極としてTi、TiAl、TiB2、TiC、TiCr、TiFe、T
iN、TiNb、TiNi、TiSi2、Zr、ZrAl、ZrB2、ZrC、ZrN、Z
rNb、ZrNi、ZrS2、ZrSi2、Hf、HfB2、HfC、HfN、HfS2、
HfSi2を形成し、オーミック性、接触抵抗を評価した。
電極は基板温度400℃で、材料によって真空蒸着、或は
スパッタ法を用いて形成した。 この時、メタルマスクを用いて第８図に示す電極パタ
ーンを立方晶窒化ホウ素上に形成した。電極の厚みは0.
2〜0.3μｍ程度である。電極は４本ある。それぞれ長さ
が0.8mm、幅が0.1mmである。平行に並んでおり、間隔は
0.1mm、0.2mm、0.3mmである。電極のオーミック性はこ
れらの任意の電極間の電流−電圧特性を、電圧−10V〜
＋10Vの範囲で測定して判定した。オーミック特性が得
られた電極については、第３図に示す電極パターンの２
電極間の抵抗と電極距離から伝送線路モデルを用いて接
触抵抗を求めた。 表１に実施例の結果をまとめる。 表１から分かるように,n型立方晶窒化ホウ素にたいし
て、Ti、Zr、Hf、TiC、ZrNiなどのIV a族金属あるいはI
V a族金属を含む合金を電鋸とすることにより、接触抵
抗は10-2〜10-1Ωcm2台ではあるがオーミック特性を得
ることができた。 この時、電極形成後に適度なアニールを行うことは有
効である。アニールの温度と時間は用いる電極材料によ
って最適値が異なるが、300℃〜1800℃程度の温度が好
ましい。 但し、電極材料によってはアニール時に電極の酸化な
どが進行するので、不活性ガス、N2、H2或は真空中での
アニールが望まれる。また、1000℃以上に昇温する場合
には、O2が存在すると立方晶窒化ホウ素の酸化や六方晶
窒化ホウ素化が進行するので、やはり不活性ガス、N2、
H2或は真空中でのアニールが好ましい。 また、このアニールの代わりに、電極形成時に適度に
昇温しておく事も有効である。この温度としては、電極
材料にもよるが300℃〜1800℃が望ましい。さらにｎ型
半導体立方晶窒化ホウ素に対して公知のドーパント（S
i、S etc.）IV a族元素（Ti、Zr、Hf）の金属合金を電
極とすれば、より一層有効である。また、本発明の電極
とAu、Agなどの抵抗の小さな金属電極との多層構造にす
ればさらに効果がある。
以上説明したように、ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素上
にIV a族金属（Ti、Zr、Hf）あるいはIV a族金属を含む
合金を電極として形成することによって、ｎ型半導体窒
素ホウ素に対してオーミック接続を得ることができる。 この技術は半導体立方晶窒化ホウ素デバイスを作製す
る上で必要不可欠であるから、あらゆるデバイス形成に
おいて有効である。
にIV a族金属（Ti、Zr、Hf）あるいはIV a族金属を含む
合金を電極として形成することによって、ｎ型半導体窒
素ホウ素に対してオーミック接続を得ることができる。 この技術は半導体立方晶窒化ホウ素デバイスを作製す
る上で必要不可欠であるから、あらゆるデバイス形成に
おいて有効である。
【図面の簡単な説明】 第１図はｎ型半導体立方晶窒化ホウ素にIV a族金属ある
いはIV a族金属を含む合金を電極として形成した時、金
属・半導体界面近傍に高濃度ドープ層が形成された場合
のバンド図。 第２図はｎ型半導体立方晶窒化ホウ素にIV a族金属ある
いはIV a族金属を含む合金を電極として形成した時、金
属・半導体界面近傍に高密度な局在準位が形成された場
合のバンド図。 第３図は半導体立方晶窒化ホウ素と電極の接触抵抗を測
定するときに用いた電極パターンの平面図である。斜線
部が電極である。 １……電極のフェルミ準位 ２……半導体のフェルミ準位 ３……半導体の伝導帯の下端 ４……半導体の価電子帯の上端 ５……電極・半導体接合界面
いはIV a族金属を含む合金を電極として形成した時、金
属・半導体界面近傍に高濃度ドープ層が形成された場合
のバンド図。 第２図はｎ型半導体立方晶窒化ホウ素にIV a族金属ある
いはIV a族金属を含む合金を電極として形成した時、金
属・半導体界面近傍に高密度な局在準位が形成された場
合のバンド図。 第３図は半導体立方晶窒化ホウ素と電極の接触抵抗を測
定するときに用いた電極パターンの平面図である。斜線
部が電極である。 １……電極のフェルミ準位 ２……半導体のフェルミ準位 ３……半導体の伝導帯の下端 ４……半導体の価電子帯の上端 ５……電極・半導体接合界面
Claims (1)
- 【請求項１】ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素上に、Ti、Z
r、Hfの内の少なくともひとつの金属によって、あるい
はTi、Zr、Hfの内の少なくともひとつを含む合金によっ
て電極を形成した事を特徴とするｎ型半導体立方晶窒化
ホウ素のオーミック電極。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13472090A JP2841717B2 (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミツク電極 |
| US07/705,594 US5285109A (en) | 1990-05-24 | 1991-05-24 | Ohmic contact electrodes for n-type semiconductor cubic boron nitride |
| EP91108451A EP0458353B1 (en) | 1990-05-24 | 1991-05-24 | Ohmic contact electrodes for n-type semiconductor cubic boron nitride |
| DE69122171T DE69122171T2 (de) | 1990-05-24 | 1991-05-24 | Ohmische Kontaktelektroden für N-Typ halbleitendes kubisches Bor-Nitrat |
| US07/734,561 US5298461A (en) | 1990-05-24 | 1991-07-23 | Method of forming ohmic contact electrodes for n-type semiconductor cubic boron nitride |
| US08/060,530 US5422500A (en) | 1990-05-24 | 1993-05-13 | Ohmic contact electrodes for N-type semiconductor cubic boron nitride |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13472090A JP2841717B2 (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミツク電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0429375A JPH0429375A (ja) | 1992-01-31 |
| JP2841717B2 true JP2841717B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=15135024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13472090A Expired - Fee Related JP2841717B2 (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミツク電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841717B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2942452B2 (ja) * | 1993-10-21 | 1999-08-30 | 財団法人地球環境産業技術研究機構 | ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオ−ミック電極およびその形成方法 |
| JP2013172076A (ja) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Sharp Corp | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
| US20200274024A1 (en) * | 2017-10-16 | 2020-08-27 | King Abdullah University Of Science And Technology | Iii-nitride semiconuctor devices having a boron nitride alloy contact layer and method of production |
-
1990
- 1990-05-24 JP JP13472090A patent/JP2841717B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0429375A (ja) | 1992-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5202571A (en) | Electron emitting device with diamond | |
| EP0458353B1 (en) | Ohmic contact electrodes for n-type semiconductor cubic boron nitride | |
| US5442200A (en) | Low resistance, stable ohmic contacts to silcon carbide, and method of making the same | |
| US4985742A (en) | High temperature semiconductor devices having at least one gallium nitride layer | |
| JPH08288071A (ja) | 光放射ダイオード用の導電性電子注入器 | |
| KR960019378A (ko) | 전계 방출 전자 총 및 그 제조 방법 | |
| JPH05291621A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の電極材料 | |
| US20070215885A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP4071833B2 (ja) | ダイヤモンド半導体デバイス | |
| Muhowski et al. | n-type anode layer, high-power MWIR superlattice LED | |
| US5210431A (en) | Ohmic connection electrodes for p-type semiconductor diamonds | |
| JP2841717B2 (ja) | ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミツク電極 | |
| JP2017216319A (ja) | ショットキーバリアダイオード及び電子装置 | |
| JP2841718B2 (ja) | ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミツク電極 | |
| Lee et al. | High work function MoO2 and ReO2 contacts for p-type Si and GaN by a room-temperature non-vacuum process | |
| JP2008244006A (ja) | ダイオード及びその製造方法 | |
| Hastas et al. | Electrical characterization of nanocrystalline carbon–silicon heterojunctions | |
| Magafas et al. | The influence of metal work function on electrical properties of metal/a-SiC: H Schottky diodes | |
| JP2000299479A (ja) | ショットキーダイオードおよびその製造方法 | |
| US6271544B1 (en) | SiC/Si heterostructure semiconductor switch and fabrication thereof | |
| JPH0964336A (ja) | 原子層ドーピングによる半導体のオーム性電極構造及びその形成方法 | |
| JP2765067B2 (ja) | Ｐ型半導体ダイヤモンドのオーミツク接続電極 | |
| JPH0429377A (ja) | ｎ型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミツク電極 | |
| TW569464B (en) | Light-emitting diode structure having low-resistance layer | |
| Smith et al. | Stable ohmic contacts to n-GaAs using ion-beam mixing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |