JP3462717B2 - 化合物半導体の電極構造及びその形成方法 - Google Patents
化合物半導体の電極構造及びその形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザダイ
オードをはじめとするＧａＮ系化合物半導体デバイスに
おけるｎ型オーミック性を有する化合物半導体の電極構
造とその形成方法に関する。
オードをはじめとするＧａＮ系化合物半導体デバイスに
おけるｎ型オーミック性を有する化合物半導体の電極構
造とその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただしｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）で表わされるＧａＮ系化合
物半導体は大きなエネルギーバンドギャップや高い熱安
定性を有し、発光素子や高温デバイスを初めとして様々
な応用展開が可能な材料系として期待されている。中で
も発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄ
ｉｏｄｅ；ＬＥＤ）としては青〜緑の波長域で数ｃｄ級
のデバイスが既に開発・実用化され、今後は更に長波長
発光を狙うことによるフルカラー化や、同材料系を用い
たレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ；ＬＤ）
の実現が、研究開発のターゲットとなりつつある。
＝１、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）で表わされるＧａＮ系化合
物半導体は大きなエネルギーバンドギャップや高い熱安
定性を有し、発光素子や高温デバイスを初めとして様々
な応用展開が可能な材料系として期待されている。中で
も発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄ
ｉｏｄｅ；ＬＥＤ）としては青〜緑の波長域で数ｃｄ級
のデバイスが既に開発・実用化され、今後は更に長波長
発光を狙うことによるフルカラー化や、同材料系を用い
たレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ；ＬＤ）
の実現が、研究開発のターゲットとなりつつある。
【０００３】これまでｎ型ＧａＮ系化合物半導体に対す
るオーミック電極としてＡｌ電極や、Ａｌ／Ｔｉ電極、
Ａｕ／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ電極などの開発が進められてき
た。Ａｌ電極には十分なオーミック特性が得にくいこと
や電極形成後の熱処理工程により電極が変質することな
どの問題点があったが、特開平７−４５８６７号公報に
示されるようにｎ型ＧａＮとのコンタクトにＴｉを用い
Ａｌ／Ｔｉ電極とすることによりこれらの問題点はある
程度解決された。
るオーミック電極としてＡｌ電極や、Ａｌ／Ｔｉ電極、
Ａｕ／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ電極などの開発が進められてき
た。Ａｌ電極には十分なオーミック特性が得にくいこと
や電極形成後の熱処理工程により電極が変質することな
どの問題点があったが、特開平７−４５８６７号公報に
示されるようにｎ型ＧａＮとのコンタクトにＴｉを用い
Ａｌ／Ｔｉ電極とすることによりこれらの問題点はある
程度解決された。
【０００４】また、電極の低抵抗化という観点からは、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６８，Ｎ
ｏ．１２，ｐｐ．１６７２〜１６７４に記載されるよう
に、Ａｕ／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ電極により１０-8Ω／ｃｍ
2台後半の極めて低いコンタクト抵抗（Ｓｐｅｃｉｆｉ
ｃ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の値が得
られている。
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６８，Ｎ
ｏ．１２，ｐｐ．１６７２〜１６７４に記載されるよう
に、Ａｕ／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ電極により１０-8Ω／ｃｍ
2台後半の極めて低いコンタクト抵抗（Ｓｐｅｃｉｆｉ
ｃ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の値が得
られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ａ
ｌ／Ｔｉ電極では、ＡｌやＴｉの仕事関数が４．３〜
４．４ｅＶであり、約４．１ｅＶの仕事関数を有するｎ
型ＧａＮ（参考：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖ
ｏｌ．２５，Ｎｏ．１，ｐｐ．５３〜５６）と接触した
ときにその界面にショットキー障壁が形成されるため、
電極の高抵抗化あるいはオーミック性が損なわれること
がある、といった不安定要因が存在している。またＡｕ
／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ電極では低いコンタクト抵抗値が得
られてはいるが、電極構造中に４種もの異なる金属が用
いられ、デバイスのコストアップにつながるとともに形
成工程が複雑になるという問題点がある。
ｌ／Ｔｉ電極では、ＡｌやＴｉの仕事関数が４．３〜
４．４ｅＶであり、約４．１ｅＶの仕事関数を有するｎ
型ＧａＮ（参考：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖ
ｏｌ．２５，Ｎｏ．１，ｐｐ．５３〜５６）と接触した
ときにその界面にショットキー障壁が形成されるため、
電極の高抵抗化あるいはオーミック性が損なわれること
がある、といった不安定要因が存在している。またＡｕ
／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ電極では低いコンタクト抵抗値が得
られてはいるが、電極構造中に４種もの異なる金属が用
いられ、デバイスのコストアップにつながるとともに形
成工程が複雑になるという問題点がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するため、ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
に対する電極構造において、該電極構造が前記ＧａＮ系
化合物半導体から順に、第１の金属とＮの化合物からな
る第１層、前記第１層上に前記第１の金属あるいは前記
第１の金属を含む合金からなる第２層を含む多層構造体
により形成され、前記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、
Ｌａ、Ｈｆのうち少なくとも一種類以上の金属であり、
前記ＧａＮ系化合物半導体表面のストイキメオトリが保
たれていることを特徴とする化合物半導体の電極構造を
提供する。
解決するため、ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
に対する電極構造において、該電極構造が前記ＧａＮ系
化合物半導体から順に、第１の金属とＮの化合物からな
る第１層、前記第１層上に前記第１の金属あるいは前記
第１の金属を含む合金からなる第２層を含む多層構造体
により形成され、前記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、
Ｌａ、Ｈｆのうち少なくとも一種類以上の金属であり、
前記ＧａＮ系化合物半導体表面のストイキメオトリが保
たれていることを特徴とする化合物半導体の電極構造を
提供する。
【０００７】一般に電極金属が半導体層上に形成される
場合には、電極金属と半導体層の間に中間層が形成され
ることで、機械的強度の向上や、熱的安定性の改善、電
気的特性の向上・安定化を達成することができる。本発
明ではこの中間層を積極的に導入することにより、これ
らの利点をｎ型電極にもたらす。
場合には、電極金属と半導体層の間に中間層が形成され
ることで、機械的強度の向上や、熱的安定性の改善、電
気的特性の向上・安定化を達成することができる。本発
明ではこの中間層を積極的に導入することにより、これ
らの利点をｎ型電極にもたらす。
【０００８】
【０００９】電極金属としてのＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｚｒ、
Ｈｆは融点が約１５００℃以上と高く、熱的安定性に優
れるとともに、Ｎと化合物を形成して安定し易いという
性質がある。このため中間層として用いられるこれらの
金属のＮ化合物層との親和性・密着性が極めて高く、ま
た電極形成後の様々な熱サイクルの過程でも変質しにく
い。また中間層、つまり上記金属のＮ化合物自体も化学
的・物理的特性に優れており、やはり電極形成後も変質
しにくい。したがってこれらの電極金属及び中間層をｎ
型ＧａＮに対する電極として用いることで、電極の熱的
安定性、機械的強度の向上を達成することができるので
ある。
Ｈｆは融点が約１５００℃以上と高く、熱的安定性に優
れるとともに、Ｎと化合物を形成して安定し易いという
性質がある。このため中間層として用いられるこれらの
金属のＮ化合物層との親和性・密着性が極めて高く、ま
た電極形成後の様々な熱サイクルの過程でも変質しにく
い。また中間層、つまり上記金属のＮ化合物自体も化学
的・物理的特性に優れており、やはり電極形成後も変質
しにくい。したがってこれらの電極金属及び中間層をｎ
型ＧａＮに対する電極として用いることで、電極の熱的
安定性、機械的強度の向上を達成することができるので
ある。
【００１０】また、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｈｆの仕事
関数はＴｉやＡｌのそれよりも小さく、さらにはｎ型Ｇ
ａＮのそれよりも小さい。したがってこれらの金属群と
ｎ型ＧａＮが接触した場合の界面には、電子の通過を妨
げるショットキー障壁は形成されない。
関数はＴｉやＡｌのそれよりも小さく、さらにはｎ型Ｇ
ａＮのそれよりも小さい。したがってこれらの金属群と
ｎ型ＧａＮが接触した場合の界面には、電子の通過を妨
げるショットキー障壁は形成されない。
【００１１】さらに、本発明のｎ型不純物を含む化合物
半導体に対する電極構造の形成方法では、ｎ型不純物を
含むＧａＮ系化合物半導体上に、第１の金属とＮの化合
物を有する第１層を形成する工程と、前記第１層上に前
記第１の金属あるいは前記第１の金属を含む合金からな
る層を形成する工程を有し、前記第１の金属は、Ｓｃ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｈｆのうち一種類以上の金属であるこ
とを特徴とする。
半導体に対する電極構造の形成方法では、ｎ型不純物を
含むＧａＮ系化合物半導体上に、第１の金属とＮの化合
物を有する第１層を形成する工程と、前記第１層上に前
記第１の金属あるいは前記第１の金属を含む合金からな
る層を形成する工程を有し、前記第１の金属は、Ｓｃ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｈｆのうち一種類以上の金属であるこ
とを特徴とする。
【００１２】また、化合物半導体の電極構造の形成方法
であって、ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体の表
面に、第１の金属を含む金属層を形成する工程と、４０
０〜７００℃のアニーリングを行うことにより前記第１
の金属と前記ＧａＮ系化合物半導体との間に前記第１の
金属の窒化物からなる第１層を形成する工程を有し、前
記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆのうち一種類以
上の金属であることを特徴とする。
であって、ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体の表
面に、第１の金属を含む金属層を形成する工程と、４０
０〜７００℃のアニーリングを行うことにより前記第１
の金属と前記ＧａＮ系化合物半導体との間に前記第１の
金属の窒化物からなる第１層を形成する工程を有し、前
記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆのうち一種類以
上の金属であることを特徴とする。
【００１３】上記の工程においてアニール温度が低すぎ
ると中間層を形成せず、また高すぎると中間層形成にと
もなうＧａＮ表面からのＮの吸い出しが過度に進み、Ｇ
ａＮ表面付近でストイキオメトリが崩れ電極自体の熱的
安定性及び電気的特性に悪影響を与えるため、アニール
は４００〜９００℃の範囲で行われなければならない。
ると中間層を形成せず、また高すぎると中間層形成にと
もなうＧａＮ表面からのＮの吸い出しが過度に進み、Ｇ
ａＮ表面付近でストイキオメトリが崩れ電極自体の熱的
安定性及び電気的特性に悪影響を与えるため、アニール
は４００〜９００℃の範囲で行われなければならない。
【００１４】
（実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係る電極
構造を示す断面図である。最初に、有機金属気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法によりサファイアウェハ（図示しな
い）上にエピタキシャル成長された５×１０18ｃｍ-3の
キャリア濃度を有するｎ型ＧａＮ層１０１の表面を、ア
セトン及びエタノール中で超音波洗浄し、表面の脱脂を
行う。次に、ＨＣｌと脱イオン水を体積比１：１で混合
したエッチャントに約３分間浸漬し、表面に吸着した酸
素及び表面に形成された酸化物層を除去する。
構造を示す断面図である。最初に、有機金属気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法によりサファイアウェハ（図示しな
い）上にエピタキシャル成長された５×１０18ｃｍ-3の
キャリア濃度を有するｎ型ＧａＮ層１０１の表面を、ア
セトン及びエタノール中で超音波洗浄し、表面の脱脂を
行う。次に、ＨＣｌと脱イオン水を体積比１：１で混合
したエッチャントに約３分間浸漬し、表面に吸着した酸
素及び表面に形成された酸化物層を除去する。
【００１５】続いて、ＨＦと脱イオン水を体積比１：１
で混合したエッチャントに約３分間浸漬し、表面に付着
した炭素を含む不純物を除去する。以上の手順でｎ型Ｇ
ａＮ層１０１の表面を清浄化した後、ウェハを電子ビー
ム（ＥＢ）蒸着装置のメインチャンバ内にセットし、チ
ャンバ内を高真空（１〜２×１０-6Ｔｏｒｒ以下）に排
気する。
で混合したエッチャントに約３分間浸漬し、表面に付着
した炭素を含む不純物を除去する。以上の手順でｎ型Ｇ
ａＮ層１０１の表面を清浄化した後、ウェハを電子ビー
ム（ＥＢ）蒸着装置のメインチャンバ内にセットし、チ
ャンバ内を高真空（１〜２×１０-6Ｔｏｒｒ以下）に排
気する。
【００１６】真空度が到達後、ウェハの温度を２００℃
程度まで加熱し、ＥＢ蒸着法によりＺｒ窒化物層１０
２、Ｚｒ層１０３をそれぞれ２０ｎｍ、１００ｎｍ成膜
する。ここでウェハの加熱は各金属の付着強度を高める
ために行うもので、特に２００℃に限定されるものでは
ない。
程度まで加熱し、ＥＢ蒸着法によりＺｒ窒化物層１０
２、Ｚｒ層１０３をそれぞれ２０ｎｍ、１００ｎｍ成膜
する。ここでウェハの加熱は各金属の付着強度を高める
ために行うもので、特に２００℃に限定されるものでは
ない。
【００１７】以上のような工程で制作された電極構造の
コンタクト抵抗をＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ）法により測定したところ、およ
そ１×１０-6Ωｃｍ2という低抵抗値を得ることができ
た。また、この低抵抗値はサンプルによるばらつきが少
なく、安定して同様の特性を示す電極を形成することが
できた。これにはＺｒ窒化物をｎ型ＧａＮ層と直接接触
する電極として用いたことによるＧａＮ表面の酸化物層
の破壊の効果が大きく寄与し、コンタクト抵抗を低減す
るとともに特性のばらつきを抑止しているものと考えら
れる。また、従来の電極構造ではしばしば問題になって
きた電極の付着強度に関しても、本実施例の電極構造で
はＧａＮ−Ｚｒ窒化物界面、Ｚｒ窒化物−Ｚｒ界面の各
付着強度が高いので、電極構造全体としての機械的強度
が十分高く保たれ、剥がれなどが生じることはなかっ
た。
コンタクト抵抗をＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ）法により測定したところ、およ
そ１×１０-6Ωｃｍ2という低抵抗値を得ることができ
た。また、この低抵抗値はサンプルによるばらつきが少
なく、安定して同様の特性を示す電極を形成することが
できた。これにはＺｒ窒化物をｎ型ＧａＮ層と直接接触
する電極として用いたことによるＧａＮ表面の酸化物層
の破壊の効果が大きく寄与し、コンタクト抵抗を低減す
るとともに特性のばらつきを抑止しているものと考えら
れる。また、従来の電極構造ではしばしば問題になって
きた電極の付着強度に関しても、本実施例の電極構造で
はＧａＮ−Ｚｒ窒化物界面、Ｚｒ窒化物−Ｚｒ界面の各
付着強度が高いので、電極構造全体としての機械的強度
が十分高く保たれ、剥がれなどが生じることはなかっ
た。
【００１８】さらに、本実施例においては、電極金属の
形成方法としてＥＢ蒸着法が用いたが、本発明は特にこ
れに限定されるものではなく、高周波スパッタ法や化学
気相成長法など他の成膜方法が用いられても構わない。
形成方法としてＥＢ蒸着法が用いたが、本発明は特にこ
れに限定されるものではなく、高周波スパッタ法や化学
気相成長法など他の成膜方法が用いられても構わない。
【００１９】また、本実施例と同様の構成を有する電極
構造において各種の金属を検討した結果、本実施例に上
げたＺｒ以外に、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆを用いた場合に
も５×１０-6Ωｃｍ2以下の低いコンタクト抵抗を実現
できることが分かった。また、本実施例ではＺｒを単体
で電極金属として用いたが、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈ
ｆのうち少なくとも１つを含む合金、例えばＡｕとの合
金、Ａｌとの合金を電極金属としても構わない。
構造において各種の金属を検討した結果、本実施例に上
げたＺｒ以外に、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆを用いた場合に
も５×１０-6Ωｃｍ2以下の低いコンタクト抵抗を実現
できることが分かった。また、本実施例ではＺｒを単体
で電極金属として用いたが、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈ
ｆのうち少なくとも１つを含む合金、例えばＡｕとの合
金、Ａｌとの合金を電極金属としても構わない。
【００２０】（実施例２）図２は、本発明の第２の実施
例に係る電極構造を示す断面図である。第２の実施例で
は最終的に得られる電極構造は第１の実施例と同じであ
るが、第１の実施例がＺｒ窒化物層１０２を独立した層
として形成したのに対し、第２の実施例では適切な条件
下でのアニールによりＺｒ窒化物層を形成する。本実施
例は詳細には以下の方法にて形成する。
例に係る電極構造を示す断面図である。第２の実施例で
は最終的に得られる電極構造は第１の実施例と同じであ
るが、第１の実施例がＺｒ窒化物層１０２を独立した層
として形成したのに対し、第２の実施例では適切な条件
下でのアニールによりＺｒ窒化物層を形成する。本実施
例は詳細には以下の方法にて形成する。
【００２１】最初に、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法に
よりＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された５×１０
18ｃｍ-3のキャリア濃度を有するｎ型ＧａＮ層２０１の
表面を、アセトン及びエタノール中で超音波洗浄し、表
面の脱脂を行う。
よりＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された５×１０
18ｃｍ-3のキャリア濃度を有するｎ型ＧａＮ層２０１の
表面を、アセトン及びエタノール中で超音波洗浄し、表
面の脱脂を行う。
【００２２】次に、ウェハをＲＩＥ装置に投入し、Ｃｌ
2やＢＣｌ3などの塩素系ガスによりｎ型ＧａＮ層２０１
表面に２００Ｗの電力で約３０秒間プラズマ照射し、ｎ
型ＧａＮ層２０１表面に吸着した酸素及び表面に形成さ
れた酸化物層やその他の不純物層を除去する。
2やＢＣｌ3などの塩素系ガスによりｎ型ＧａＮ層２０１
表面に２００Ｗの電力で約３０秒間プラズマ照射し、ｎ
型ＧａＮ層２０１表面に吸着した酸素及び表面に形成さ
れた酸化物層やその他の不純物層を除去する。
【００２３】以上の手順でｎ型ＧａＮ層２０１の表面を
清浄化した後、ウェハをＲＦスパッタリング装置のメイ
ンチャンバ内にセットし、チャンバ内を高真空（１〜２
×１０-6Ｔｏｒｒ以下）に排気する。真空度が所定値に
到達後、ウェハの温度を２００℃程度まで加熱し、Ａｒ
プラズマによるスパッタリングでＺｒ層２０３を１５０
ｎｍ成膜する（図２（ａ））。ここでウェハの加熱は各
金属の付着強度を高めるために行うもので、特に２００
℃に限定されるものではない。
清浄化した後、ウェハをＲＦスパッタリング装置のメイ
ンチャンバ内にセットし、チャンバ内を高真空（１〜２
×１０-6Ｔｏｒｒ以下）に排気する。真空度が所定値に
到達後、ウェハの温度を２００℃程度まで加熱し、Ａｒ
プラズマによるスパッタリングでＺｒ層２０３を１５０
ｎｍ成膜する（図２（ａ））。ここでウェハの加熱は各
金属の付着強度を高めるために行うもので、特に２００
℃に限定されるものではない。
【００２４】電極の成膜終了後、ウェハを真空チャンバ
より取り出し、大気圧のＮ2雰囲気下で、約６００℃で
約１５０秒間アニールする。これによりＺｒ層２０３と
ｎ型ＧａＮ層２０１の界面でＺｒ窒化物層２０２が形成
され、結果として図２（ｂ）に示すようなＺｒ層／Ｚｒ
窒化物層／ｎ型ＧａＮ層からなる構造の電極が完成す
る。
より取り出し、大気圧のＮ2雰囲気下で、約６００℃で
約１５０秒間アニールする。これによりＺｒ層２０３と
ｎ型ＧａＮ層２０１の界面でＺｒ窒化物層２０２が形成
され、結果として図２（ｂ）に示すようなＺｒ層／Ｚｒ
窒化物層／ｎ型ＧａＮ層からなる構造の電極が完成す
る。
【００２５】以上のような工程で制作された電極構造の
コンタクト抵抗を測定したところ、第１の実施例とほぼ
同等の値（〜１×１０-6Ωｃｍ2）を得ることができ
た。また、第１の実施例と同様にサンプルごとの抵抗値
のばらつきが少なく、安定して同様の特性を示す電極を
形成することができた。
コンタクト抵抗を測定したところ、第１の実施例とほぼ
同等の値（〜１×１０-6Ωｃｍ2）を得ることができ
た。また、第１の実施例と同様にサンプルごとの抵抗値
のばらつきが少なく、安定して同様の特性を示す電極を
形成することができた。
【００２６】さらに、本構成においてアニーリング温度
を３００〜８００℃の温度範囲で５０℃ごとに検討した
結果、３００℃、３５０℃及び７５０℃、８００℃のア
ニール温度ではコンタクト抵抗が１０-5Ωｃｍ2台以上
にまで悪化した。これは３５０℃以下の温度でのアニー
リングではＺｒ層／ｎ型ＧａＮ層界面での反応が十分に
進まないためであり、また７５０℃以上の温度でアニー
ルを行うと界面での反応が過度に進み、ｎ型ＧａＮ表面
付近でストイキオメトリが崩れ高抵抗化するためである
ことが分かった。
を３００〜８００℃の温度範囲で５０℃ごとに検討した
結果、３００℃、３５０℃及び７５０℃、８００℃のア
ニール温度ではコンタクト抵抗が１０-5Ωｃｍ2台以上
にまで悪化した。これは３５０℃以下の温度でのアニー
リングではＺｒ層／ｎ型ＧａＮ層界面での反応が十分に
進まないためであり、また７５０℃以上の温度でアニー
ルを行うと界面での反応が過度に進み、ｎ型ＧａＮ表面
付近でストイキオメトリが崩れ高抵抗化するためである
ことが分かった。
【００２７】また、アニール時間に関しては、再現性良
くＺｒ窒化物層２０２を形成するためには３分以上の時
間が必要であり、かつ界面反応が進みすぎてストイキオ
メトリを崩し高抵抗化しないようにするにはアニール時
間を３０分以下とするべきであることが分かった。
くＺｒ窒化物層２０２を形成するためには３分以上の時
間が必要であり、かつ界面反応が進みすぎてストイキオ
メトリを崩し高抵抗化しないようにするにはアニール時
間を３０分以下とするべきであることが分かった。
【００２８】したがって、ｎ型ＧａＮの上にＺｒを成膜
した後アニーリングし、中間層としてＺｒ窒化物を形成
して１×１０-6Ωｃｍ2程度の低いコンタクト抵抗値を
得るための最適なアニーリング条件は、アニール温度が
４００〜７００℃で、アニール時間は３〜３０分である
ことが明らかになった。
した後アニーリングし、中間層としてＺｒ窒化物を形成
して１×１０-6Ωｃｍ2程度の低いコンタクト抵抗値を
得るための最適なアニーリング条件は、アニール温度が
４００〜７００℃で、アニール時間は３〜３０分である
ことが明らかになった。
【００２９】また、本実施例と同様の構成を有する電極
構造において各種の金属を検討した結果、本実施例に上
げたＺｒ以外に、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆが、材料ごとに
上下はあるが概ね４００〜９００℃の範囲で５×１０-6
Ωｃｍ2以下の低いコンタクト抵抗を実現できることが
分かった。
構造において各種の金属を検討した結果、本実施例に上
げたＺｒ以外に、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆが、材料ごとに
上下はあるが概ね４００〜９００℃の範囲で５×１０-6
Ωｃｍ2以下の低いコンタクト抵抗を実現できることが
分かった。
【００３０】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
に係る電極構造を示す断面図である。最初に、ＭＯＣＶ
Ｄ法によりサファイア基板上にエピタキシャル成長され
た５×１０18ｃｍ-3のキャリア濃度を有するｎ型ＧａＮ
層３０１の表面を、アセトン及びエタノール中で超音波
洗浄し、表面の脱脂を行う。
に係る電極構造を示す断面図である。最初に、ＭＯＣＶ
Ｄ法によりサファイア基板上にエピタキシャル成長され
た５×１０18ｃｍ-3のキャリア濃度を有するｎ型ＧａＮ
層３０１の表面を、アセトン及びエタノール中で超音波
洗浄し、表面の脱脂を行う。
【００３１】次に、ＨＣｌと脱イオン水を体積比１：１
で混合したエッチャントに約３分間浸漬し、表面に吸着
した酸素及び表面に形成された酸化物層を除去する。続
いて、ＨＦと脱イオン水を体積比１：１で混合したエッ
チャントに約３分間浸漬し、表面に付着した炭素を含む
不純物を除去する。
で混合したエッチャントに約３分間浸漬し、表面に吸着
した酸素及び表面に形成された酸化物層を除去する。続
いて、ＨＦと脱イオン水を体積比１：１で混合したエッ
チャントに約３分間浸漬し、表面に付着した炭素を含む
不純物を除去する。
【００３２】以上の手順でｎ型ＧａＮ３０１層の表面を
清浄化した後、該ウェハを電子ビーム（ＥＢ）蒸着装置
のメインチャンバ内にセットし、チャンバ内を高真空
（１〜２×１０-6Ｔｏｒｒ以下）に排気する。真空度到
達後、ウェハの温度を２００℃程度まで加熱し、ＥＢ蒸
着法によりＨｆ層３０３、ボンディング用Ａｕ電極３０
４をそれぞれ１５０ｎｍ、２００ｎｍ成膜する（図３
（ａ））。ここでウェハの加熱は各金属の付着強度を高
めるために行うもので、特に２００℃に限定されるもの
ではない。
清浄化した後、該ウェハを電子ビーム（ＥＢ）蒸着装置
のメインチャンバ内にセットし、チャンバ内を高真空
（１〜２×１０-6Ｔｏｒｒ以下）に排気する。真空度到
達後、ウェハの温度を２００℃程度まで加熱し、ＥＢ蒸
着法によりＨｆ層３０３、ボンディング用Ａｕ電極３０
４をそれぞれ１５０ｎｍ、２００ｎｍ成膜する（図３
（ａ））。ここでウェハの加熱は各金属の付着強度を高
めるために行うもので、特に２００℃に限定されるもの
ではない。
【００３３】電極の成膜終了後、ウェハを真空チャンバ
より取り出し、大気圧のＮ２雰囲気下で、約６００℃で
約１５０秒間アニールする。これによりＨｆ層３０３と
ｎ型ＧａＮ層３０１の界面でＨｆ窒化物層３０２が形成
され、結果として図３（ｂ）のようなＡｕ電極／Ｈｆ層
／Ｈｆ窒化物層／ｎ型ＧａＮ層なる構造の電極が完成す
る。
より取り出し、大気圧のＮ２雰囲気下で、約６００℃で
約１５０秒間アニールする。これによりＨｆ層３０３と
ｎ型ＧａＮ層３０１の界面でＨｆ窒化物層３０２が形成
され、結果として図３（ｂ）のようなＡｕ電極／Ｈｆ層
／Ｈｆ窒化物層／ｎ型ＧａＮ層なる構造の電極が完成す
る。
【００３４】以上のような工程で制作された電極構造の
コンタクト抵抗を測定したところ、第１及び第２の実施
例とほぼ同等の値（〜１×１０-6Ωｃｍ2）を得ること
ができた。また、第１及び第２の実施例と同様に、サン
プルごとの抵抗値のばらつきが少なく、安定して同様の
特性を示す電極を形成することができた。これは、Ｈｆ
窒化物層３０２の形成によるｎ型ＧａＮ層３０３表面の
酸化物層破壊の効果が現れたものと考えられる。
コンタクト抵抗を測定したところ、第１及び第２の実施
例とほぼ同等の値（〜１×１０-6Ωｃｍ2）を得ること
ができた。また、第１及び第２の実施例と同様に、サン
プルごとの抵抗値のばらつきが少なく、安定して同様の
特性を示す電極を形成することができた。これは、Ｈｆ
窒化物層３０２の形成によるｎ型ＧａＮ層３０３表面の
酸化物層破壊の効果が現れたものと考えられる。
【００３５】さらに本構成においてアニーリング温度を
３００〜８００℃の温度範囲で５０℃ごとに検討した結
果、３００℃〜４００℃及び８００℃のアニール温度で
はコンタクト抵抗が１０-5Ωｃｍ2台以上にまで悪化し
た。これは４００℃以下の温度でのアニーリングではＨ
ｆ層／ｎ型ＧａＮ層界面での反応が十分に進まないため
であり、また８００℃以上の温度でアニールを行うと界
面での反応が過度に進み、ｎ型ＧａＮ表面付近でストイ
キオメトリが崩れると同時に、Ａｕ層３０４が拡散して
ＧａＮ層３０１にまで達してしまい、界面に高いエネル
ギー障壁が形成されて高抵抗化するためであることが分
かった。
３００〜８００℃の温度範囲で５０℃ごとに検討した結
果、３００℃〜４００℃及び８００℃のアニール温度で
はコンタクト抵抗が１０-5Ωｃｍ2台以上にまで悪化し
た。これは４００℃以下の温度でのアニーリングではＨ
ｆ層／ｎ型ＧａＮ層界面での反応が十分に進まないため
であり、また８００℃以上の温度でアニールを行うと界
面での反応が過度に進み、ｎ型ＧａＮ表面付近でストイ
キオメトリが崩れると同時に、Ａｕ層３０４が拡散して
ＧａＮ層３０１にまで達してしまい、界面に高いエネル
ギー障壁が形成されて高抵抗化するためであることが分
かった。
【００３６】またアニール時間に関しては、再現性良く
Ｈｆ窒化物層３０２を形成するためには３分以上の時間
が必要であり、かつ界面反応が進みすぎてストオイキオ
メトリを崩し高抵抗化しないようにするにはアニール時
間を３０分以下とするべきであることが分かった。
Ｈｆ窒化物層３０２を形成するためには３分以上の時間
が必要であり、かつ界面反応が進みすぎてストオイキオ
メトリを崩し高抵抗化しないようにするにはアニール時
間を３０分以下とするべきであることが分かった。
【００３７】したがって、ｎ型ＧａＮ層の上にＨｆ層を
成膜したあとアニーリングし、中間層としてＨｆ窒化物
を形成して１×１０-6Ωｃｍ2程度の低いコンタクト抵
抗値を得るための最適なアニーリング条件は、アニール
温度が４５０〜７５０℃で、アニール時間は３〜３０分
であることが明らかになった。
成膜したあとアニーリングし、中間層としてＨｆ窒化物
を形成して１×１０-6Ωｃｍ2程度の低いコンタクト抵
抗値を得るための最適なアニーリング条件は、アニール
温度が４５０〜７５０℃で、アニール時間は３〜３０分
であることが明らかになった。
【００３８】また、本実施例と同様の構成を有する電極
構造において各種の金属を検討した結果、本実施例に上
げたＨｆ以外に、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｚｒを用いた場合に
も材料ごとに上下はあるが、概ね４００℃〜９００℃の
範囲で５×１０-6Ωｃｍ2以下の低いコンタクト抵抗を
実現できることが分かった。
構造において各種の金属を検討した結果、本実施例に上
げたＨｆ以外に、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｚｒを用いた場合に
も材料ごとに上下はあるが、概ね４００℃〜９００℃の
範囲で５×１０-6Ωｃｍ2以下の低いコンタクト抵抗を
実現できることが分かった。
【００３９】尚、本実施例においては電極金属成膜前の
ｎ−ＧａＮ表面の清浄化にウェット系の処理を行った
が、第２の実施例と同様にドライ系の表面処理方法を用
いても構わない。また、電極金属の形成方法としてＥＢ
蒸着法が用いられたが、本発明は特にこれに限定される
ものではなく、ＲＦスパッタ法やその他の成膜方法が用
いられても構わない。また、本実施例ではボンディング
電極用の金属としてＡｕを用いたが、Ａｌなど他の金属
が用いられても構わない。
ｎ−ＧａＮ表面の清浄化にウェット系の処理を行った
が、第２の実施例と同様にドライ系の表面処理方法を用
いても構わない。また、電極金属の形成方法としてＥＢ
蒸着法が用いられたが、本発明は特にこれに限定される
ものではなく、ＲＦスパッタ法やその他の成膜方法が用
いられても構わない。また、本実施例ではボンディング
電極用の金属としてＡｕを用いたが、Ａｌなど他の金属
が用いられても構わない。
【００４０】また、本実施例ではＧａＮ層をＧａＮ系化
合物半導体層としたが、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、
ＡｌＮ層、ＩｎＮ層を用いても同様の効果があった。
合物半導体層としたが、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、
ＡｌＮ層、ＩｎＮ層を用いても同様の効果があった。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、ｎ型ＧａＮ系化合物半
導体に対し、単純な積層構造と製作方法を用いて、十分
に低抵抗なオーミック電極を安定して形成することがで
き、このことにより例えばＬＥＤやＬＤなどの発光デバ
イスの動作電圧を低減することができる。
導体に対し、単純な積層構造と製作方法を用いて、十分
に低抵抗なオーミック電極を安定して形成することがで
き、このことにより例えばＬＥＤやＬＤなどの発光デバ
イスの動作電圧を低減することができる。
【図１】本発明の実施例１において、電極構造を示す断
面模式図である。
面模式図である。
【図２】本発明の実施例２において、アニール前後の電
極構造を示す工程断面模式図である。
極構造を示す工程断面模式図である。
【図３】本発明の実施例３において、アニール前後の電
極構造を示す工程断面模式図である。
極構造を示す工程断面模式図である。
１０１ ｎ型ＧａＮ層
１０２ Ｚｒ窒化物層
１０３ Ｚｒ層
２０１ ｎ型ＧａＮ層
２０２ Ｚｒ窒化物層
２０３ Ｚｒ層
３０１ ｎ型ＧａＮ層
３０２ Ｈｆ窒化物層
３０３ Ｈｆ層
３０４ Ａｕ電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (8)
- 【請求項１】 ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
に対する電極構造において、該電極構造が前記ＧａＮ系
化合物半導体から順に、 第１の金属とＮの化合物からなる第１層、 前記第１層上に前記第１の金属あるいは前記第１の金属
を含む合金からなる第２層を含む多層構造体により形成
され、 前記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｈｆのうち
一種類以上の金属であり、前記ＧａＮ系化合物半導体表
面のストイキメオトリが保たれていることを特徴とする
化合物半導体の電極構造。 - 【請求項２】 ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
に対する電極構造において、該電極構造が前記ＧａＮ系
化合物半導体から順に、 第１の金属とＮの化合物からなる第１層、 前記第１層上に前記第１の金属あるいは前記第１の金属
を含む合金からなる第２層、 前記第２層上にＡｕ層あるいはＡｌ層を有する多層構造
体により形成され、 前記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｈｆのうち
一種類以上の金属である ことを特徴とする化合物半導体
の電極構造。 - 【請求項３】 ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
に対する電極構造において、該電極構造が前記ＧａＮ系
化合物半導体から順に、 第１の金属とＮの化合物からなる第１層、 前記第１層上に前記第１の金属あるいは前記第１の金属
を含む合金からなる第２層を含む多層構造体により形成
され、 前記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｈｆのうち
一種類以上の金属であり、 前記第１の金属を含む合金
は、ＡｕあるいはＡｌとの合金であることを特徴とする
化合物半導体の電極構造。 - 【請求項４】 ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
上に、第１の金属とＮの化合物を有する第１層を形成す
る工程と、 前記第１層上に前記第１の金属あるいは前記第１の金属
を含む合金からなる層を形成する工程を有し、 前記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｈｆのうち
一種類以上の金属であることを特徴とする化合物半導体
の電極構造の形成方法。 - 【請求項５】 ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
の表面に第１の金属からなる層を形成する工程と、４００〜７００℃ の温度範囲で前記ＧａＮ計化合物半導
体表面のストイキメオトリが崩れないようにアニーリン
グを行う工程を有し、 前記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆのうち一種類
以上の金属であることを特徴とする化合物半導体の電極
構造の形成方法。 - 【請求項６】 ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
の表面に第１の金属を含む電極金属を形成する工程と、４００〜７００℃ の温度範囲でアニーリングを行う工程
を有し、 前記第１の金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆのうち一種類
以上の金属であることを特徴とする化合物半導体の電極
構造の形成方法。 - 【請求項７】 ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
に対する電極構造の形成方法であって、 前記ＧａＮ系化合物半導体の表面に第１の金属を成膜す
る工程と、４００〜７００℃ のアニーリングを行うことにより前記
第１の金属と前記ＧａＮ系化合物半導体との間に前記第
１の金属の窒化物からなる第１層を形成する工程を有
し、 前記第１の金属がＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆのうち一種類以
上の金属であることを特徴とする化合物半導体の電極構
造の形成方法。 - 【請求項８】 ｎ型不純物を含むＧａＮ系化合物半導体
に対する電極構造の形成方法であって、 前記ＧａＮ系化合物半導体の表面に第１の金属を成膜す
る工程と、その後、 前記第１の金属上にＡｕあるいはＡｌを成膜す
る工程と、さらにその後、 ４００〜９００℃のアニーリングを行う
ことにより前記第１の金属と前記ＧａＮ系化合物半導体
との間に前記第１の金属の窒化物からなる第１層を形成
する工程を有し、 前記第１の金属がＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｈｆのうち一種類以
上の金属であることを特徴とする化合物半導体の電極構
造の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17082197A JP3462717B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 化合物半導体の電極構造及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17082197A JP3462717B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 化合物半導体の電極構造及びその形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1117226A JPH1117226A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3462717B2 true JP3462717B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=15911965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17082197A Expired - Fee Related JP3462717B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 化合物半導体の電極構造及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3462717B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4030534B2 (ja) * | 2003-07-25 | 2008-01-09 | 昭和電工株式会社 | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2007157853A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Sony Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP4856473B2 (ja) * | 2006-05-24 | 2012-01-18 | 豊田合成株式会社 | 電極形成方法、発光素子およびその製造方法 |
| JP4805887B2 (ja) * | 2007-09-05 | 2011-11-02 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ装置 |
| JP6151135B2 (ja) * | 2013-09-03 | 2017-06-21 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| CN111211202A (zh) * | 2020-03-04 | 2020-05-29 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 一种改性金锡电极、led芯片及其制备方法 |
-
1997
- 1997-06-27 JP JP17082197A patent/JP3462717B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｍａｔｅｒ．，１９９６年，Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．５，ｐ．８１１−８１８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1117226A (ja) | 1999-01-22 |
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