JP3413102B2 - ｐ型半導体層用電極 - Google Patents
ｐ型半導体層用電極Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はｐ型半導体層用電極
に関し、更に詳しくは、III−Ｖ族窒化物系化合物半導
体から成るｐ型層に形成され、高温下においても優れた
オーミック特性を示し、前記ｐ型層との密着性も優れ、
またＡｕリード線との接触抵抗も小さいｐ型半導体層用
電極に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，Ａｌ
ＩｎＧａＮなどに代表されるIII−Ｖ族窒化物系化合物
半導体は、その禁止帯幅が大きく、かつ直接遷移型であ
り、しかも高温動作が優れているということから、これ
らの材料を用いて、発光ダイオードやレーザダイオード
などの発光素子、フォトダイオードやフォトトランジス
タなどの受光素子、更にはバイポーラトランジスタ（Ｈ
ＢＴ），電界効果トランジスタ（ＦＥＴ），高移動度ト
ランジスタ（ＨＥＭＴ）などの電子デバイスの研究開発
が進められている。 【０００３】それらのデバイスを製造する一連の過程で
は、基板の上に、所定のIII−Ｖ族窒化物系化合物半導
体をエピタキシャル成長させて、ｎ型層，ｉ型層，ｐ型
層から成る目的層構造を形成し、例えば、ｎ型層にはｎ
型電極を形成し、ｐ型層にはｐ型電極を形成する作業が
行われる。 【０００４】その場合、デバイス動作におけるパワーロ
スの発生などを極力抑制するためには、ｎ型層とｎ型電
極、およびｐ型層とｐ型電極間ではオーミック接触を確
実に実現させることが要件となる。 【０００５】しかしながら、III−Ｖ族窒化物系化合物
半導体の場合、量子化学的な物性がいまだ完全に解明さ
れているわけではないので、オーミック接触状態を実現
するための必要条件であるφm＜φs（ｎ型電極の場
合）、またはφm＞φs（ｐ型電極の場合）を満足する電
極材料については、試行錯誤で検索が続けられていると
いう現状にある。 【０００６】とくに、ｐ型電極の材料に関しては、あま
りに不明な点が多く、現在では、Ｎｉ，Ａｕ，Ｎｉ／Ａ
ｕ２層構造のものが知られているにすぎない。これらの
うち、Ｎｉ／Ａｕ２層構造のｐ型電極は、ｐ型層とのオ
ーミック接触の点では好適であるとされており、事実、
発光素子用電極として製品化も行われている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たＮｉ／Ａｕ２層構造のｐ型電極の場合、オーミック特
性への熱影響に関しては不明確であるため、高温動作を
特徴とするIII−Ｖ族窒化物系化合物半導体のデバイス
のｐ型電極として使用し得るか否かは不明である。 【０００８】本発明は、III−Ｖ族窒化物系化合物半導
体から成るｐ型層に装荷されるｐ型電極における上記し
た問題に鑑み、上記したＮｉ／Ａｕ２層構造の電極より
も、高温下において優れたオーミック特性を示し、また
ｐ型層との密着性も優れている新規なｐ型半導体層用電
極の提供を目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、III−Ｖ族窒化物系化合物
半導体から成るｐ型層の上に形成され、Ｐｔ層とＮｉ層
とＡｕ層とをこの順序で積層して成ることを特徴とする
ｐ型半導体層用電極が提供される。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１に、本発明の電極が装荷され
ているデバイスの層構造例を示す。図１において、例え
ばＳｉ基板１の上に、絶縁層とバッファ層（いずれも図
示しない）を介して例えばＧａＮのようなIII−Ｖ族窒
化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させ、そこに
Ｍｇのようなｐ型不純物をドーピングすることにより例
えばｐ型ＧａＮ層２が形成されている。 【００１１】そして、上記ＧａＮ層２の上には、オーミ
ック接触した状態で後述する構造の２個のｐ型電極３.
３が装荷され、これら電極の形成箇所を除いたデバイス
表面は例えばＳｉＯ2膜のような絶縁膜４で被覆されて
いる。 【００１２】ここで、ｐ型電極３は、Ｐｔ層３ａとＮｉ
層３ｂとＡｕ層３ｃをこの順序で積層した３層構造（Ｐ
ｔ／Ｎｉ／Ａｕ）になっている。 【００１３】この構造の場合、Ｐｔ層３ａは耐高温特性
に優れるためｐ型ＧａＮ層２とのオーミック接触を実現
している。そして、最上部はＡｕ層３ｃになっているの
でＡｕリード線を接続したときの接触抵抗は小さくな
る。また、層構造の中間にＮｉ層３ｂが存在しているこ
とにより、この電極３は、低接触抵抗を保ち、ＰｔとＡ
ｕの双方に対する密着性が高くなっていて、全体の接触
抵抗は低く保持されるという効果を発揮する。 【００１４】ここで、Ｐｔ層３ａの厚みが薄すぎると充
分な耐高温特性を発揮することができず、高温領域にお
けるオーミック特性が不良となり、また厚すぎるとｐ型
ＧａＮ層２との密着性が悪くなって電極３の剥離などが
起こりはじめるので、通常は、５０〜１５０nmに設定す
ることが好ましい。Ｎｉ層３ｂの厚みが薄すぎると、Ｐ
ｔとＡｕの双方に対する密着性が低下して接触抵抗が高
くなってしまい、場合によっては剥離することもある。
また厚すぎると電極全体の縦方向の抵抗が高くなるとい
う問題が起こりはじめるので、通常は、３０〜１００nm
に設定することが好ましい。更に、Ａｕ層３ｃの厚みが
薄すぎるとＡｕリード線との接触抵抗が大きくなり、ま
た厚すぎるとその使用量が増加して経済的に不利となる
ので、通常は、２０〜５０nmに設定することが好まし
い。 【００１５】この電極３は、基板１の上にIII−Ｖ族窒
化物系化合物半導体を用いて所定のエピタキシャル成長
層を順次積層し、最表層がｐ型層２である積層構造を形
成し、次いで、この積層構造に対し、常用のフォトリソ
グラフィーとエッチング処理を行って表面加工し、ｐ型
層２の表面に電極３を装荷すべき箇所を形成する。 【００１６】そして、これを真空蒸着装置にセットし、
まず所定厚みのＰｔ層３ａをｐ型層の上に蒸着・形成
し、その上に所定厚みのＮｉ層３ｂを蒸着・形成し、更
にその上に所定厚みのＡｕ層３ｃを蒸着・形成する。 【００１７】最後に、表面全体にリフトオフ処理を行っ
て所定の電極パターンが形成される。 【００１８】 【実施例】ｐ型電極の形成が可能である状態になってい
る基板の前記ｐ型電極形成箇所に以下の条件で各種の電
極材料を蒸着した。なお、このときのｐ型層２はｐ型Ｇ
ａＮ層とした。 【００１９】Ａ：真空蒸着装置内の圧を１×１０-5Paに
して、まずＮｉを厚み１００nm蒸着し、真空度の回復を
まってＡｕを厚み５０nm蒸着してＮｉ／Ａｕ２層構造の
２個のｐ型電極を形成した。これを比較例電極とする。 Ｂ：真空蒸着装置内の圧を１×１０-5Paにして、まずＰ
ｔを厚み１００nm蒸着し、真空度の回復をまってＮｉを
厚み５００nm蒸着し、更に真空度の回復をまってＡｕを
厚み３００nm蒸着し、図１で示したように、Ｐｔ／Ｎｉ
／Ａｕ３層構造の電極３,３にした。これを実施例電極
とする。 【００２０】なお、いずれの場合も、蒸着終了後には温
度９０〜１２０℃で加熱したジクロルベンゼンを含む剥
離液とアセトンとの混合液でリフトオフを行い、電極パ
ターンを形成した。 【００２１】以上２種類の試料を、Ｎ2雰囲気炉に投入
して温度７００℃に加熱したのち取り出し、各電極３,
３との間に順バイアス電圧（Ｖ）を印加し、電極３,３
の間に流れる電流（Ｉ）を測定してオーミック特性を調
べた。 【００２２】結果は、以下の通りであった。 【００２３】（１）電極３,３が実施例電極である場合
は、加熱温度が７００℃になっても、電極３,３とｐ型
ＧａＮ層２との密着性は良好であり、そのときのオーミ
ック特性は図２で示したように完全な直線性を示してい
た。 【００２４】（２）一方、電極が比較例電極である場合
は、電極とｐ型ＧａＮ層との密着性は確保されていた
が、そのときのオーミック特性は、図３で示したよう
に、完全な直線性が得られなかった。すなわち、Ｎｉ／
Ａｕ２層構造の電極は７００℃以上の温度で特性劣化を
引き起こしていた。 【００２５】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ｐ型電極は、III−Ｖ族窒化物系化合物半導体から成る
ｐ型層との間で、高温下においても優れたオーミック接
触状態を実現することができ、またｐ型層との密着性も
低下することがない。 【００２６】更に、最上層はＡｕ層になっているのでＡ
ｕリード線との接続時における接触抵抗も小さくなる。 【００２７】したがって、本発明の電極は、III−Ｖ族
窒化物系化合物半導体で構成された耐高温性を備えるデ
バイスのｐ型電極としてその工業的価値は大である。
に関し、更に詳しくは、III−Ｖ族窒化物系化合物半導
体から成るｐ型層に形成され、高温下においても優れた
オーミック特性を示し、前記ｐ型層との密着性も優れ、
またＡｕリード線との接触抵抗も小さいｐ型半導体層用
電極に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，Ａｌ
ＩｎＧａＮなどに代表されるIII−Ｖ族窒化物系化合物
半導体は、その禁止帯幅が大きく、かつ直接遷移型であ
り、しかも高温動作が優れているということから、これ
らの材料を用いて、発光ダイオードやレーザダイオード
などの発光素子、フォトダイオードやフォトトランジス
タなどの受光素子、更にはバイポーラトランジスタ（Ｈ
ＢＴ），電界効果トランジスタ（ＦＥＴ），高移動度ト
ランジスタ（ＨＥＭＴ）などの電子デバイスの研究開発
が進められている。 【０００３】それらのデバイスを製造する一連の過程で
は、基板の上に、所定のIII−Ｖ族窒化物系化合物半導
体をエピタキシャル成長させて、ｎ型層，ｉ型層，ｐ型
層から成る目的層構造を形成し、例えば、ｎ型層にはｎ
型電極を形成し、ｐ型層にはｐ型電極を形成する作業が
行われる。 【０００４】その場合、デバイス動作におけるパワーロ
スの発生などを極力抑制するためには、ｎ型層とｎ型電
極、およびｐ型層とｐ型電極間ではオーミック接触を確
実に実現させることが要件となる。 【０００５】しかしながら、III−Ｖ族窒化物系化合物
半導体の場合、量子化学的な物性がいまだ完全に解明さ
れているわけではないので、オーミック接触状態を実現
するための必要条件であるφm＜φs（ｎ型電極の場
合）、またはφm＞φs（ｐ型電極の場合）を満足する電
極材料については、試行錯誤で検索が続けられていると
いう現状にある。 【０００６】とくに、ｐ型電極の材料に関しては、あま
りに不明な点が多く、現在では、Ｎｉ，Ａｕ，Ｎｉ／Ａ
ｕ２層構造のものが知られているにすぎない。これらの
うち、Ｎｉ／Ａｕ２層構造のｐ型電極は、ｐ型層とのオ
ーミック接触の点では好適であるとされており、事実、
発光素子用電極として製品化も行われている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たＮｉ／Ａｕ２層構造のｐ型電極の場合、オーミック特
性への熱影響に関しては不明確であるため、高温動作を
特徴とするIII−Ｖ族窒化物系化合物半導体のデバイス
のｐ型電極として使用し得るか否かは不明である。 【０００８】本発明は、III−Ｖ族窒化物系化合物半導
体から成るｐ型層に装荷されるｐ型電極における上記し
た問題に鑑み、上記したＮｉ／Ａｕ２層構造の電極より
も、高温下において優れたオーミック特性を示し、また
ｐ型層との密着性も優れている新規なｐ型半導体層用電
極の提供を目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、III−Ｖ族窒化物系化合物
半導体から成るｐ型層の上に形成され、Ｐｔ層とＮｉ層
とＡｕ層とをこの順序で積層して成ることを特徴とする
ｐ型半導体層用電極が提供される。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１に、本発明の電極が装荷され
ているデバイスの層構造例を示す。図１において、例え
ばＳｉ基板１の上に、絶縁層とバッファ層（いずれも図
示しない）を介して例えばＧａＮのようなIII−Ｖ族窒
化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させ、そこに
Ｍｇのようなｐ型不純物をドーピングすることにより例
えばｐ型ＧａＮ層２が形成されている。 【００１１】そして、上記ＧａＮ層２の上には、オーミ
ック接触した状態で後述する構造の２個のｐ型電極３.
３が装荷され、これら電極の形成箇所を除いたデバイス
表面は例えばＳｉＯ2膜のような絶縁膜４で被覆されて
いる。 【００１２】ここで、ｐ型電極３は、Ｐｔ層３ａとＮｉ
層３ｂとＡｕ層３ｃをこの順序で積層した３層構造（Ｐ
ｔ／Ｎｉ／Ａｕ）になっている。 【００１３】この構造の場合、Ｐｔ層３ａは耐高温特性
に優れるためｐ型ＧａＮ層２とのオーミック接触を実現
している。そして、最上部はＡｕ層３ｃになっているの
でＡｕリード線を接続したときの接触抵抗は小さくな
る。また、層構造の中間にＮｉ層３ｂが存在しているこ
とにより、この電極３は、低接触抵抗を保ち、ＰｔとＡ
ｕの双方に対する密着性が高くなっていて、全体の接触
抵抗は低く保持されるという効果を発揮する。 【００１４】ここで、Ｐｔ層３ａの厚みが薄すぎると充
分な耐高温特性を発揮することができず、高温領域にお
けるオーミック特性が不良となり、また厚すぎるとｐ型
ＧａＮ層２との密着性が悪くなって電極３の剥離などが
起こりはじめるので、通常は、５０〜１５０nmに設定す
ることが好ましい。Ｎｉ層３ｂの厚みが薄すぎると、Ｐ
ｔとＡｕの双方に対する密着性が低下して接触抵抗が高
くなってしまい、場合によっては剥離することもある。
また厚すぎると電極全体の縦方向の抵抗が高くなるとい
う問題が起こりはじめるので、通常は、３０〜１００nm
に設定することが好ましい。更に、Ａｕ層３ｃの厚みが
薄すぎるとＡｕリード線との接触抵抗が大きくなり、ま
た厚すぎるとその使用量が増加して経済的に不利となる
ので、通常は、２０〜５０nmに設定することが好まし
い。 【００１５】この電極３は、基板１の上にIII−Ｖ族窒
化物系化合物半導体を用いて所定のエピタキシャル成長
層を順次積層し、最表層がｐ型層２である積層構造を形
成し、次いで、この積層構造に対し、常用のフォトリソ
グラフィーとエッチング処理を行って表面加工し、ｐ型
層２の表面に電極３を装荷すべき箇所を形成する。 【００１６】そして、これを真空蒸着装置にセットし、
まず所定厚みのＰｔ層３ａをｐ型層の上に蒸着・形成
し、その上に所定厚みのＮｉ層３ｂを蒸着・形成し、更
にその上に所定厚みのＡｕ層３ｃを蒸着・形成する。 【００１７】最後に、表面全体にリフトオフ処理を行っ
て所定の電極パターンが形成される。 【００１８】 【実施例】ｐ型電極の形成が可能である状態になってい
る基板の前記ｐ型電極形成箇所に以下の条件で各種の電
極材料を蒸着した。なお、このときのｐ型層２はｐ型Ｇ
ａＮ層とした。 【００１９】Ａ：真空蒸着装置内の圧を１×１０-5Paに
して、まずＮｉを厚み１００nm蒸着し、真空度の回復を
まってＡｕを厚み５０nm蒸着してＮｉ／Ａｕ２層構造の
２個のｐ型電極を形成した。これを比較例電極とする。 Ｂ：真空蒸着装置内の圧を１×１０-5Paにして、まずＰ
ｔを厚み１００nm蒸着し、真空度の回復をまってＮｉを
厚み５００nm蒸着し、更に真空度の回復をまってＡｕを
厚み３００nm蒸着し、図１で示したように、Ｐｔ／Ｎｉ
／Ａｕ３層構造の電極３,３にした。これを実施例電極
とする。 【００２０】なお、いずれの場合も、蒸着終了後には温
度９０〜１２０℃で加熱したジクロルベンゼンを含む剥
離液とアセトンとの混合液でリフトオフを行い、電極パ
ターンを形成した。 【００２１】以上２種類の試料を、Ｎ2雰囲気炉に投入
して温度７００℃に加熱したのち取り出し、各電極３,
３との間に順バイアス電圧（Ｖ）を印加し、電極３,３
の間に流れる電流（Ｉ）を測定してオーミック特性を調
べた。 【００２２】結果は、以下の通りであった。 【００２３】（１）電極３,３が実施例電極である場合
は、加熱温度が７００℃になっても、電極３,３とｐ型
ＧａＮ層２との密着性は良好であり、そのときのオーミ
ック特性は図２で示したように完全な直線性を示してい
た。 【００２４】（２）一方、電極が比較例電極である場合
は、電極とｐ型ＧａＮ層との密着性は確保されていた
が、そのときのオーミック特性は、図３で示したよう
に、完全な直線性が得られなかった。すなわち、Ｎｉ／
Ａｕ２層構造の電極は７００℃以上の温度で特性劣化を
引き起こしていた。 【００２５】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ｐ型電極は、III−Ｖ族窒化物系化合物半導体から成る
ｐ型層との間で、高温下においても優れたオーミック接
触状態を実現することができ、またｐ型層との密着性も
低下することがない。 【００２６】更に、最上層はＡｕ層になっているのでＡ
ｕリード線との接続時における接触抵抗も小さくなる。 【００２７】したがって、本発明の電極は、III−Ｖ族
窒化物系化合物半導体で構成された耐高温性を備えるデ
バイスのｐ型電極としてその工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極を備えた半導体デバイスの層構造
例を示す断面図である。 【図２】実施例電極を備えた半導体デバイスのオーミッ
ク特性図である。 【図３】比較例電極を備えた半導体デバイスのオーミッ
ク特性図である。 【符号の説明】 １ 基板 ２ ｐ型層（ｐ型III−Ｖ族窒化物系化合物半導体
層） ３ ｐ型電極（ｐ型半導体層用電極） ３ａ Ｐｔ層 ３ｂ Ｎｉ層 ３ｃ Ａｕ層 ４ 絶縁膜
例を示す断面図である。 【図２】実施例電極を備えた半導体デバイスのオーミッ
ク特性図である。 【図３】比較例電極を備えた半導体デバイスのオーミッ
ク特性図である。 【符号の説明】 １ 基板 ２ ｐ型層（ｐ型III−Ｖ族窒化物系化合物半導体
層） ３ ｐ型電極（ｐ型半導体層用電極） ３ａ Ｐｔ層 ３ｂ Ｎｉ層 ３ｃ Ａｕ層 ４ 絶縁膜
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 III−Ｖ族窒化物系化合物半導体から成
るｐ型層の上に形成され、Ｐｔ層とＮｉ層とＡｕ層とを
この順序で積層して成ることを特徴とするｐ型半導体層
用電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18465998A JP3413102B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | ｐ型半導体層用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18465998A JP3413102B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | ｐ型半導体層用電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000021811A JP2000021811A (ja) | 2000-01-21 |
| JP3413102B2 true JP3413102B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=16157112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18465998A Expired - Lifetime JP3413102B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | ｐ型半導体層用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3413102B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100612832B1 (ko) * | 2003-05-07 | 2006-08-18 | 삼성전자주식회사 | 고성능의 질화갈륨계 광소자 구현을 위한 니켈계 고용체를 이용한 오믹 접촉 형성을 위한 금속박막 및 그 제조방법 |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP18465998A patent/JP3413102B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000021811A (ja) | 2000-01-21 |
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