JP5837299B2 - コンタクトおよび作製方法 - Google Patents
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Description
(a)酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップ、および
(b)金属酸化物の層と酸化亜鉛材料との間で整流障壁の接合部(rectifying barrier junction)を形成するために、基板上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップ
からなる。
(a)酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップ、および
(b)金属酸化物の層と酸化亜鉛材料との間で整流障壁の接合部を形成するために、基板上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップ
からなる。この金属酸化物は、酸化銀ではない。
(a)p型の酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップ、および
(b)金属酸化物の層とp型の酸化亜鉛材料との間でオーミック接合部を形成するために、基板上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップ
からなる。
(a)p型の酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップ、および
(b)金属酸化物の層とp型の酸化亜鉛材料との間でオーミック接合部を形成するために、基板上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップ
からなる。この金属酸化物は、酸化銀ではない。
(a)酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップ、および
(b)金属酸化物の層と酸化亜鉛材料との間で整流障壁の接合部を形成するために、基板上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップ
からなる。
(a)酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップ、および
(b)金属酸化物の層と酸化亜鉛材料との間で整流障壁の接合部を形成するために、基板上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップ
からなる。この金属酸化物は、酸化銀ではない。
(a)酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップ、および
(b)金属酸化物の層と酸化亜鉛材料との間で整流障壁の接合部を形成するために、基板上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップ
からなる。
(a)酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップ、および
(b)金属酸化物の層と酸化亜鉛材料との間で整流障壁の接合部を形成するために、基板上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップ
からなる。この金属酸化物は、酸化銀ではない。
1.有機溶剤(例えば、アセトン、メタノールまたはイソプロプルアルコール)中で、超音波の助けを借りて酸化亜鉛のウェハを洗浄するステップ
2.スピンオン・フォトレジストを用いて、金属酸化物のコンタクトの幾何学的構造に対してリフトオフ・フォトリソグラフィ技術によるパターン形成および露光を行うステップ
3.テトラメチルアンモニウムの水酸化物および脱イオン化された水を用いて、金属酸化物のコンタクトの幾何学的構造に対して現像を行うステップ
4.反応性高周波(RF)スパッタリングおよびパルスレーザ・デポジションによって、金属酸化物のデポジションを行うステップ、および
5.アセトンおよび超音波かくはんを用いて、余分な金属酸化物のリフトオフを行うステップ
6.例えば、金属酸化物のコンタクトに対して使用される方法と同様のリフトオフ・フォトリソグラフィ技術による方法を用いて、オーミックコンタクトを作製するステップ
1.金属酸化物の成長および性能評価
(a)酸化銀
有機溶剤により洗浄された石英の基板(10mm×10mm×0.5mm)上に連続的な80nm(ナノメートル)の厚さの酸化銀の膜を成長させるために、反応性高周波(RF)スパッタリングが使用される。ターゲットの汚染を回避するために、このターゲットは、各々の酸化銀の膜を成長させる前に、アルゴン雰囲気で完全にプレスパッタリングされ、表面の約200nm(ナノメートル)の厚さの部分が除去される。
バルクの酸化亜鉛上にショットキーコンタクトと同種のコンタクトを作製するために、酸化イリジウムの膜は、酸素雰囲気中でクリプトン・フッ素(KrF)のエキシマーレーザ(波長λ=248nm(ナノメータ))を使用し、且つ、回転している高純度の金属ターゲットのアブレーション(ablation)を行うことによって、パルスレーザ・デポジション(PLD)により成長する。
ショットキーコンタクトと同種のコンタクトの作製に関しては、酸化白金の膜は、酸化イリジウムに対して使用される場合と同様のエクリプスPLD技術を用いて、バルクの酸化亜鉛上に成長する。高純度の白金のターゲットおよび100mTorr(ミリトル)(13.33パスカル)の周囲の酸素圧の使用を除いて、全ての成長条件およびパラメータは、前述の場合と同じである。酸化白金の膜は、1時間成長し、240nm(ナノメータ)(二乗平均平方根法(RMS)により算出された表面の粗さは約2.5〜3.0nm(ナノメートル))の厚さ(AFMステップの高さの解析による)を有する。
ショットキーコンタクトと同種のコンタクトの作製に関しては、酸化銅の膜は、酸化銀に対して使用される方法と同様に、酸素/アルゴン雰囲気中で高純度の銅のターゲットの反応性高周波(RF)スパッタリングを行うことによってバルクの酸化亜鉛上に作製される。5×10 -3 mbar(ミリバール)(0.5パスカル)の処理圧力で、それぞれ2.0sccmおよび10.0sccmの酸素ガスおよびアルゴンガスの流量が使用される。実効値(RMS)で100W(ワット)の高周波(RF)電力によって、酸化銅の膜が5分間成長する。この結果、約160nm(ナノメートル)の厚さ(二乗平均平方根法(RMS)により算出された表面の粗さは約3.5nm(ナノメートル))の茶色の酸化銅の膜が生成される。この酸化銅の膜上には、30nm(ナノメートル)の厚さの白金のキャッピング層が形成される。
円形の酸化銀によるショットキーコンタクトと同種のコンタクトと、チタン/アルミニウム/白金のオーミックコンタクトのリングとを有するような平面状のショットキー型ダイオードを作製するための一般的な処理は、反応性高周波(RF)スパッタリングおよびリフトオフ・フォトリソグラフィ技術を使用している。
酸化亜鉛上に形成された金属酸化物によるショットキーコンタクトと同種のコンタクトの性能は、室温での電流対電圧(I−V)の測定結果および静電容量対電圧(C−V)の測定結果によって特徴付けられる。このような測定は、HP4155Aのパラメータアナライザを用いて室温で行われ、且つ、光導電効果を回避するために暗状態で行われる。
HT−1:両方の側部が研摩され、且つ、水熱成長により作製されたc軸ウェハであって、Zn極面およびO極面を提供するために切断されているサンプル
HT−2:両方の側部が研摩され、且つ、水熱成長により作製されたm面ウェハであって、m面ウェハの1つの面が処理されているサンプル
MT−1:溶融成長によるc軸ウェハであって、Zn極面の一方の側部が研摩されているサンプル
MT−2:溶融成長によるc軸ウェハであって、O極面の一方の側部が研摩されているサンプル、および
MT−3:溶融成長によるc軸ウェハであって、a面の一方の側部が研摩されているサンプル
水熱成長により作製された酸化亜鉛のZn極面上に形成された酸化銀のショットキー型ダイオードの絶縁破壊電圧は、拡張された逆方向バイアスI−V特性により決定される。絶縁破壊電圧は、代表的に、−40V(ボルト)から−60V(ボルト)の範囲内にある。さらに、水熱成長により作製された酸化亜鉛のZn極面上に形成された直立した状態の幾何学的構造の酸化銀のショットキー型ダイオードに関しても、同じような絶縁破壊電圧の値が得られている(後述する)。
これらの調査においては、水熱成長により作製されたc軸の酸化亜鉛のZn極面上に形成された酸化銀のショットキー型ダイオードが使用されている。
より高い温度においては、酸化銀のショットキー型ダイオードの逆方向漏れ電流特性は、HP4155Aのパラメータアナライザ(図8を参照のこと)のノイズレベルより電流が大きくなっているときに、正確に測定されることが可能である。これらの逆方向漏れ電流特性は、支配的な転送メカニズムを評価するために、熱電子放出のための理論的なモデルと比較され得る。
前述のような酸化銀のショットキー型ダイオードは、同一の結晶の面上に作製されるショットキーコンタクトと同種のコンタクトおよびオーミックコンタクトを含む平面状の幾何学的形態を有する。
300μm(ミクロン)の直径の酸化イリジウムを含む直立した状態の幾何学的形態のショットキー型ダイオードの別々のアレイが、50mTorr(ミリトル)(6.67パスカル)の酸素(O2)雰囲気中および100mTorr(ミリトル)(13.33パスカル)の酸素(O2)雰囲気中で、且つ、パルスレーザ・デポジションおよびリフトオフ・フォトリソグラフィ技術を用いて、水熱成長により作製された酸化亜鉛のウェハ上に形成される。
100mTorr(ミリトル)(6.67パスカル)の酸素(O 2 )雰囲気中で、水熱成長により作製された酸化亜鉛のウェハ上に形成された酸化イリジウムのショットキー型ダイオードのI−V特性が、このダイオードの製造時から6週間保存された後に室温で再測定されている。この再測定による障壁の高さ(φ B )対理想係数(η)のプロット(図15参照)は、障壁の高さの値が約60meV(ミリエレクトロン・ボルト)だけ増加し、且つ、対応するφ B hom* (鏡像力による低下が補正された均一な障壁の高さ)の値が1.11eV(エレクトロン・ボルト)にまで増加することを示している。上記のショットキー型ダイオードのI−V特性が、さらに10週間保存された後に、再度室温で再測定されている。この結果、上記のショットキー型ダイオードの大部分は、さらなる変化を示していないのに対し、上記のショットキー型ダイオードの幾つかに関する障壁の高さの値は、さらに30〜40meV(ミリエレクトロン・ボルト)だけ再度増加している。この時点で、100mTorr(ミリトル)(13.33パスカル)の酸素(O 2 )雰囲気中で製造されたコンタクトに関する障壁の高さの値は、50mTorr(ミリトル)(6.67パスカル)の酸素(O 2 )雰囲気中で製造されたコンタクトに関する障壁の高さの値に近くなっている。ほぼ理想的なコンタクトに関する障壁の高さの値の増加は、(a)酸素/イリジウム(O/Ir)の原子の比の値が増加し且つ仕事関数が増加した結果として,酸化イリジウムの膜のさらなる酸化が進行したことに起因するものであるか、または、(b)ショットキー界面において、酸素−イリジウム(O−Ir)結合を含む化学結合が増加したことに起因するものであると考えられる。
前述のような酸化イリジウムのショットキーコンタクトと同種のコンタクトに関して、約100V(ボルト)を超える絶縁破壊電圧が達成されている。
パルスレーザ・デポジション技術およびリフトオフ・フォトグラフィ技術を用いることによって、300μm(ミクロン)の直径で240nm(ナノメートル)の厚さを有する酸化白金のショットキーコンタクトと同種のコンタクトを含むような直立した状態の幾何学的形態のショットキー型ダイオードが、100mTorr(ミリトル)(13.33パスカル)の酸素(O 2 )雰囲気中で、水熱成長により作製されたc軸且つバルクの同一の酸化亜鉛のウェハのZn極面上およびO極面上に形成されている。このような酸化白金の膜は、低い値の横方向導電率を有しており、それゆえに、上記コンタクトを通過する電流の流れを改善するために、約30μm(ミクロン)の厚さの白金のキャッピング層が付加される。
反応性高周波(RF)スパッタリングおよびリフトオフ・フォトグラフィ技術を用いることによって、300μm(ミクロン)の直径で100nm(ナノメートル)の厚さを有する酸化銅のショットキーコンタクトと同種のコンタクトを含むような直立した状態の幾何学的形態のショットキー型ダイオードのアレイが、水熱成長により作製されたc軸且つバルクの酸化亜鉛のウェハのZn極面上およびO極面上に形成されている。上記コンタクトを通過する電流の流れを改善するために、30μm(ミクロン)の厚さの白金のキャッピング層が付加される。ここでは、比較のために、別の平面状の銅のコンタクトのアレイが、酸化銅のショットキーコンタクトと同種のコンタクトの側部に沿って形成される。
反応性高周波(RF)スパッタリング、または、金属ターゲットのパルスレーザ・アブレーションを用いることによって、反応性の酸素雰囲気中で形成される酸化銀、酸化銅、酸化イリジウムおよび酸化白金の膜は、バルクの酸化亜鉛に対する高性能のショットキーコンタクトと同種のコンタクトを一貫して製造している。
酸化銀、酸化イリジウムおよび酸化白金のショットキーコンタクトと同種のコンタクトは、特に、平面状の金属のコンタクトの対比物(counterpart)よりもはるかに性能が優れていることは明らかである。酸化銀、酸化イリジウムおよび酸化白金のショットキーコンタクトと同種のコンタクトにおける障壁の高さの値は、平面状の金属のコンタクトにおける障壁の高さの値よりもよりもはるかに高くなっている。さらに、酸化銀、酸化イリジウムおよび酸化白金のショットキーコンタクトと同種のコンタクトの理想係数は、鏡像力により制御される場合の限界値に非常に近い値になっている。このことは、これらの金属酸化物のショットキーコンタクトと同種のコンタクトが、優れた均一性を有しており、且つ、金属酸化物のショットキーコンタクトと同種のコンタクトを通して行われる電流輸送が、ほぼ純粋に熱電子によるものであることを示している。その上、これらの金属酸化物のショットキーコンタクトと同種のコンタクトにおける優れた整流特性が、高い歩留まりで堅実に再現されることが可能である。平面状の金属のコンタクトによって、このような優れた整流特性を達成することは困難であることがわかっている。このような優れた整流特性は、装置を作製する際に重要である。
金属酸化物のショットキーコンタクトと同種のコンタクトは、酸化銅のコンタクトを除いて、その酸素原子の割合が、化学量論的金属酸化物に対して予想される割合よりもはるかに低くなっている状態で、金属を豊富に含んでいる。金属酸化物のショットキーコンタクトと同種のコンタクトは全て、フェルミレベルの近傍に連続的な価電子帯の状態密度を有しており、それゆえに、金属と同様の性質を示している。金属酸化物の膜の大部分は、酸化イリジウムを除いて、低い値の横方向導電率を有しており、それゆえに、ショットキーコンタクトと同種のコンタクトを通過する良好な電流の流れを達成するために、金属のキャッピング層を使用することが必要になる。
好都合なことに、本発明のショットキーコンタクトと同種のコンタクトを含むダイオードは、非常に高い整流比の値、小さい値の理想係数、および、非常に小さい値の逆方向漏れ電流を有している。本発明のショットキーコンタクトと同種のコンタクトは、酸化亜鉛材料のバンドギャップの値よりも小さなエネルギを有する可視光および紫外(UV)光の放射線に対して良好な透明性を有すると共に、A領域の紫外光(UVA)およびB領域の紫外光(UVB)の放射線を検出するのに適している横方向に均一な空乏層を有している。それゆえに、本発明のショットキーコンタクトと同種のコンタクトは、A領域の紫外光(UVA)検出器およびB領域の紫外光(UVB)検出器に応用され得ると共に、紅班係数で重み付けされた(erythemally weighted)紫外(UV)光検出器に応用され得る。酸化イリジウムおよび酸化白金を含むような多くの金属酸化物は、優れた熱的安定性を有しており、高温および高電力の電子技術の応用に適している。金属酸化物のショットキーコンタクトと同種のコンタクトの優れた熱的安定性と、酸化亜鉛の耐放射性とを組み合わせることは、宇宙応用等の過酷な環境での作業に対して非常に有利である。
これまで説明してきた幾つかの例のみに本発明の範囲を限定することは、本発明が意図していることではない。当業者により認識されるように、本願の明細書に添付の特許請求の範囲の請求項に記載されている本発明の範囲を逸脱することなく、多くの変更が可能である。
Claims (21)
- 酸化亜鉛材料を含む基板と、
前記基板に接合される導電層であって、前記基板と前記導電層との接合部で整流障壁を規定する、導電層と
を備えるショットキー型コンタクトであって、
前記導電層は、導電性の金属酸化物を含み、
前記金属酸化物は、酸化銀ではなく、
前記導電性の金属酸化物において、金属原子の割合が化学量論的割合よりも高くなっている、
ショットキー型コンタクト。 - 酸化亜鉛材料を含む基板と、
前記基板に接合される導電層であって、前記基板と前記導電層との接合部で整流障壁を規定する、導電層と
を備えるショットキー型コンタクトであって、
前記導電層は、導電性の金属酸化物を含み、前記金属酸化物は、酸化銀ではなく、
前記酸化亜鉛材料は、三元酸化物であるか、または、三元酸化物を含む混合物である、
ショットキー型コンタクト。 - 前記酸化亜鉛材料は、三元酸化物、または、三元酸化物を含む混合物である、請求項1に記載のショットキー型コンタクト。
- 前記三元酸化物は、亜鉛カドミウム酸化物、亜鉛ベリリウム酸化物、亜鉛マグネシウム酸化物、亜鉛セレン酸化物、亜鉛テルル酸化物、亜鉛硫黄酸化物からなるグループから選択される、請求項2または3に記載のショットキー型コンタクト。
- 前記酸化亜鉛材料は、n型ドーピング半導体材料である、請求項1または2に記載のショットキー型コンタクト。
- 前記導電性の金属酸化物において、金属原子の割合が化学量論的割合よりも高くなっている、請求項2に記載のショットキー型コンタクト。
- 前記金属原子の割合は、前記導電性の金属酸化物の少なくとも68%である、請求項1または6に記載のショットキー型コンタクト。
- 前記導電性の金属酸化物は、酸化ニッケル;酸化ルテニウム;酸化イリジウム;酸化白金;酸化レニウム;酸化オスミウム;酸化ロジウム;酸化モリブデン;酸化バナジウム;酸化銅;酸化パラジウム;および、酸化タングステンからなるグループから選択される、請求項1または2に記載のショットキー型コンタクト。
- 前記導電性の金属酸化物は、酸化イリジウム、酸化白金および酸化銅からなるグループから選択される、請求項1または2に記載のショットキー型コンタクト。
- 前記酸化イリジウムのイリジウム原子の割合は、前記導電性の金属酸化物の少なくとも76%、
前記酸化白金の白金原子の割合は、前記導電性の金属酸化物の少なくとも83%、
または、
前記酸化銅の銅原子の割合は、前記導電性の金属酸化物の少なくとも68%である、
請求項9に記載のショットキー型コンタクト。 - 前記ショットキー型コンタクトの理想係数が、1.50以下である、請求項1または2に記載のショットキー型コンタクト。
- 有効障壁の高さが、少なくとも0.8eV(エレクトロン・ボルト)である、請求項1または2に記載のショットキー型コンタクト。
- (a)酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップと、
(b)金属酸化物の層と前記酸化亜鉛材料との間で整流障壁の接合部を形成するために、前記基板の上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップと
のステップを含むショットキー型コンタクトを形成する方法であって、
前記金属酸化物は、酸化銀ではなく、
前記導電性の金属酸化物において、金属原子の割合が化学量論的割合よりも高くなっている、方法。 - (a)酸化亜鉛材料を含む基板を提供するステップであって、前記酸化亜鉛材料は、三元酸化物、または、三元酸化物を含む混合物である、ステップと、
(b)金属酸化物の層と前記酸化亜鉛材料との間で整流障壁の接合部を形成するために、前記基板の上に導電性の金属酸化物を有する層を作製するステップであって、
前記金属酸化物は、酸化銀ではないステップ、
のステップを含むショットキー型コンタクトを形成する方法。 - 前記基板は、バルク成長による酸化亜鉛材料から成るか、または、酸化亜鉛材料の膜を堆積した基板である、請求項13または14に記載の方法。
- 前記酸化亜鉛材料は、三元酸化物、または、三元酸化物を含む混合物である、請求項13に記載の方法。
- 前記三元酸化物は、亜鉛カドミウム酸化物、亜鉛ベリリウム酸化物、亜鉛マグネシウム酸化物、亜鉛セレン酸化物、亜鉛テルル酸化物、亜鉛硫黄酸化物からなるグループから選択される、請求項14または16に記載の方法。
- 前記酸化亜鉛材料は、n型ドーピング半導体材料である、請求項13または14に記載の方法。
- 前記導電性の金属酸化物において、金属原子の割合が化学量論的割合よりも高くなっている、請求項14に記載の方法。
- 前記導電性の金属酸化物は、酸化ニッケル;酸化ルテニウム;酸化イリジウム;酸化プラチナ;酸化レニウム;酸化オスミウム;酸化ロジウム;酸化モリブデン;酸化バナジウム;酸化銅;酸化パラジウム;および、酸化タングステンからなるグループから選択される、請求項13または15に記載の方法。
- 前記導電性の金属酸化物は、酸化イリジウム、酸化白金および酸化銅からなるグループから選択される、請求項13または14に記載の方法。
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