JPH0645588A - オーミック電極及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＺｎＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型
結晶層に設けられた、低い接触比抵抗値、安定した特
性、均一なオーミック性を有するオーミック電極及びそ
の形成方法を提供する。 【構成】ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層にオー
ミック電極を形成する方法は、（イ）ＩＩ−ＶＩ族のｎ
型結晶層上に、タリウム層、あるいはタリウムを含む金
属層を堆積させる工程と、（ロ）タリウムから成る層、
あるいはタリウムを含む金属層を合金化処理する工程、
から成る。オーミック電極２２は、ＩＩ−ＶＩ族の化合
物半導体ｎ型結晶層２０上に形成され、タリウム層、あ
るいはタリウムを含む金属層から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＩ−ＶＩ族の化合物
半導体ｎ型結晶層上に設けられたオーミック電極及びそ
の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＺｎＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
が、青色発光素子材料として有望視されている。ＺｎＳ
ｅを用いたＬＥＤ構造は、例えば、ｐ⁺−ＧａＡｓ又は
ｐ⁺−ＺｎＳｅ基板の上に形成された、ｐ−ＺｎＳｅ
層、ｎ−ＺｎＳｅ層から成る。また、ＺｎＳｅを用いた
半導体レーザ構造は、例えば、ｐ⁺−基板、ｐ−クラッ
ド層、活性層、ｎ−クラッド層、ｎ−ＺｎＳｅ等から成
るキャップ層から成る。そして、ｎ−ＺｎＳｅ等から成
るキャップ層には、低い接触比抵抗値を有し信頼性の高
いオーミック電極を形成する必要がある。

【０００３】通常、金属層をｎ−ＺｎＳｅ層上に形成し
た後、合金化処理を行い、ｎ−ＺｎＳｅ層にオーミック
電極を形成する。この場合、合金化処理時の温度を５０
０゜Ｃ以上にすると、ｎ−ＺｎＳｅ層に結晶欠陥が発生
し、ｎ−ＺｎＳｅ層が高抵抗になるという問題がある。
従って、合金化処理は出来る限り低い温度で行う必要が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在、オーミック電極
の材料として、ＩｎあるいはＩｎ−Ｈｇ等のＩｎ系金属
が主に検討されている。ｎ−ＺｎＳｅ層上にＩｎ層を真
空蒸着法にて形成した後、Ｉｎ層に３００゜Ｃ程度で合
金化処理を施し、オーミック電極を形成した場合、Ｉｎ
の融点が１５６．６゜Ｃと低温であるために、合金層が
粒状となり、均一な厚さを有する合金層が形成されな
い。その結果、均一なオーミック性が得られないという
問題がある。

【０００５】また、オーミック電極の接触比抵抗値が５
×１０^-2Ω・ｃｍ²もある。この値は、ｎ型ＧａＡｓ化
合物半導体層に形成されたオーミック電極の接触比抵抗
値（ｎ型ＧａＡｓ化合物半導体層の電子密度が１０¹⁹〜
１０¹⁵ｃｍ^-3のとき、１０^-7〜１０^-3Ω・ｃｍ²）と比
べて、極めて高い。更に、このように高い接触比抵抗値
を有する電極に電流が流れると、電極が局部的に加熱さ
れることによって、合金層が破壊され、電極が劣化し高
抵抗になるという問題もある。

【０００６】従って、本発明の第１の目的は、ＺｎＳｅ
等のＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層に、低い接
触比抵抗値、安定した特性、及び均一なオーミック性を
有するオーミック電極を形成する方法を提供することに
ある。更に、本発明の第２の目的は、ＺｎＳｅ等のＩＩ
−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層に対して、低い接触
比抵抗値、安定した特性、及び均一なオーミック性を有
するオーミック電極を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的は、Ｉ
Ｉ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層にオーミック電極
を形成する方法であって、（イ）ＩＩ−ＶＩ族のｎ型結
晶層上に、タリウム層、あるいはタリウムを含む金属層
を堆積させる工程と、（ロ）タリウムから成る層、ある
いはタリウムを含む金属層を合金化処理する工程、から
成ることを特徴とする本発明のオーミック電極の形成方
法によって達成することができる。

【０００８】合金化処理の温度は１００乃至５００゜Ｃ
であることが好ましい。本発明の方法の好ましい態様に
おいては、タリウムを含む金属層は、タリウムと金属と
の合金層、又はタリウムと金属とを積層した層である。
ここで、金属として、金、白金、銀、銅、アルミニウム
を挙げることができるが、中でも、金が最も好ましい。
タリウムを含む金属層がタリウムと金との合金層又はタ
リウムと金とを積層した層である場合、タリウムが４０
乃至９９重量％含有されていることが望ましい。

【０００９】上記の第２の目的は、ＩＩ−ＶＩ族の化合
物半導体ｎ型結晶層上に形成され、タリウム層、あるい
はタリウムを含む金属層から成ることを特徴とする本発
明のオーミック電極によって達成することができる。

【００１０】本発明のオーミック電極の好ましい態様に
おいては、タリウムを含む金属層には、金、白金、銀、
銅、アルミニウムが含まれていることが望ましく、中で
も、金が最も好ましい。

【００１１】

【作用】本発明においては、オーミック電極にはタリウ
ム（Ｔｌ）が含まれている。タリウムの融点は３０３゜
Ｃである。従って、タリウムは３００゜Ｃ程度の比較的
低温でＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層中のセレ
ン（Ｓｅ）や硫黄（Ｓ）と容易に反応する。タリウムは
ＩＩＩ族元素であるので、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体中
においてＩＩ族元素の位置を占める。その結果、ＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体のｎ型結晶層の表面層を更にｎ⁺層
化することができる。

【００１２】また、タリウムを含む金属層に金が含まれ
ている場合、金の融点は１０６３゜Ｃ、タリウムの融点
は３０３゜Ｃである。しかるに、Ａｕ−Ｔｌの共晶点は
１４７゜Ｃであり、金あるいはタリウムの融点よりも低
い。Ａｕ−Ｔｌ合金層あるいはＡｕ／Ｔｌが積層された
層には低温で合金化処理を施すことができ、しかも、合
金化処理中にタリウムはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体中に
拡散してｎ⁺層を形成し、オーミック電極の表面は高融
点のＡｕリッチとなる。Ａｕは熱的に安定である。それ
故、合金化処理後、オーミック電極に多少の温度上昇が
あっても、Ａｕは安定しており、Ｉｎ系金属のように粒
状になり膜厚が不均一になるという問題が生じることを
防ぎ得る。

【００１３】更には、タリウムを用いることによって、
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のｎ型結晶層の表面層を更に
ｎ⁺層にすることができる。その結果、オーミック電極
形成前のｎ型結晶層の電子密度が１０¹⁵〜１０²⁰ｃｍ^-3
程度であっても、化合物半導体ｎ型結晶層とオーミック
電極との間で良好なオーミック特性を得ることができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明を実施例に基
づき説明する。

【００１５】（実施例−１）図１に、化合物半導体レー
ザ１０の模式的断面図を示す。実施例−１においては、
ＩＩ−ＶＩ族のｎ型結晶層はｎ−ＺｎＳｅから成る。

【００１６】この化合物半導体レーザ１０は、ｐ⁺−Ｇ
ａＡｓ基板１２上に形成された、ｐ−ＺｎＳｅから成る
ｐ−クラッド層１４、活性層１６、ｎ−クラッド層１
８、ｎ−ＺｎＳｅ等から成るキャップ層（ＩＩ−ＶＩ族
の化合物半導体ｎ型結晶層）２０から構成されている。
そして、ｎ型結晶層２０上には、タリウム層から成るオ
ーミック電極２２が形成されている。ｐ⁺−ＧａＡｓ基
板１２の下側には、下部電極２４が形成されている。

【００１７】オーミック電極２２の形成方法を、以下説
明する。先ず、従来の方法で、ｐ⁺−ＧａＡｓ基板１２
上に、ｐ−ＺｎＳｅから成るｐ−クラッド層１４、活性
層１６、ｎ−クラッド層１８、ｎ−ＺｎＳｅ等から成る
キャップ層（ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層）
２０を形成する。

【００１８】次いで、ｎ型結晶層２０の表面に形成され
た酸化膜を除去するために、このｎ型結晶層２０の表層
をエッチングすることが望ましい。エッチングの条件
は、例えば、ＨＣｌ：Ｈ₂Ｏ＝１：１のエッチング液を
使用し、室温で約１０分間とすることができる。エッチ
ング後、純水でｎ型結晶層２０の表面を洗浄し、乾燥さ
せることが好ましい。

【００１９】次に、ｎ型結晶層２０上にタリウム層を形
成する。タリウム層の形成は、例えば電子線加熱又は抵
抗加熱による真空蒸着法とすることができる。あるいは
又、金属タリウムをｎ型結晶層２０上に単に置くだけで
もよい。タリウム層の厚さは１乃至１０００ｎｍである
ことが好ましい。真空蒸着法においては、タリウム層
は、メタルマスク又はレジストマスクを用いて任意の形
状に形成することができる。また、下部電極２４は、従
来の方法で作製する。

【００２０】その後、タリウム層に合金化処理を施し、
タリウムをｎ型結晶層２０中に拡散させ、ｎ型結晶層２
０の表面にｎ⁺層を形成して、オーミック電極２２を完
成させる。この合金化処理は、例えば、窒素、アルゴン
等の不活性ガス、又はこれらのガスの混合ガス、これら
のガスと水素ガスの混合ガス、水素ガス等、各種ガス雰
囲気中で、１００〜５００゜Ｃにて数分間の熱処理、あ
るいは、１００〜５００゜ＣでのＲＴＡ（Rapid Therma
l Annealing）法とすることができる。ＲＴＡ法を用い
れば、合金化処理が短時間で行い得るため、次に述べる
ようなＶＩ族元素の蒸発を最小限に抑えることができ、
しかも、他の不純物の拡散を最小限に抑えることができ
る。

【００２１】尚、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は高温で特
にＶＩ族元素が蒸発し易いので、ｎ型結晶層を構成する
元素、特にＶＩ族元素を含むガス雰囲気中、あるいはこ
のようなガスと前述した各種ガスとの混合ガス中で合金
化処理を行うこともできる。合金化処理の温度が５００
゜Ｃを越えると、ｎ型結晶層に結晶欠陥が発生し高抵抗
となるので、５００゜Ｃ以下で合金化処理を行う必要が
ある。合金化処理の温度が１００゜Ｃを下回ると、タリ
ウムがｎ型結晶層に拡散しなくなるので、１００゜Ｃ以
上で合金化処理を行う必要がある。

【００２２】このような方法で、図２に模式的な一部断
面図を示すような評価用の電極を作製した。図２中の参
照番号は図１と同一である。半絶縁性ＧａＡｓ基板上に
厚さ２．８μｍのｎ−ＺｎＳｅから成る化合物半導体ｎ
型結晶層２０を形成した。このｎ型結晶層２０の電子密
度は、ホール測定の結果、ｎ＝５×１０¹⁶ｃｍ^-3であっ
た。尚、ｎ型結晶層２０にはＧａがドープされている。
このｎ型結晶層にエッチング等の表面処理を施すことな
くｎ型結晶層２０の上に金属タリウムを置き（タリウム
層の形成）、次いで、３１０゜Ｃ×５分の熱処理（合金
化処理）を行い、オーミック電極２２を形成した。オー
ミック電極間の距離を約１．５ｍｍとした。こうして得
られたオーミック電極の電流−電圧特性を調べたとこ
ろ、概ね直線関係が得られ、電極はオーミック特性を有
していることが解った。

【００２３】（実施例−２）実施例−２は、本発明のオ
ーミック電極を有するＬＥＤである。図３に、ＬＥＤ３
０の模式的断面図を示す。実施例−２においては、ＩＩ
−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層は、ｎ−ＺｎＳｅか
ら成る。

【００２４】このＬＥＤ３０は、ｐ⁺−ＧａＡｓ基板又
はｐ⁺−ＺｎＳｅ基板３２上に形成された、ｐ−ＺｎＳ
ｅ層３４、ｎ−ＺｎＳｅ層（ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導
体ｎ型結晶層）３８から構成されている。基板３２の下
側には、下部電極２４が形成されている。ｎ型結晶層３
８上には、タリウムから成るオーミック電極２２が形成
されている。オーミック電極２２の形成方法は実施例−
１と同様である。

【００２５】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層とし
て、実施例で説明したＺｎＳｅの他に、ＺｎＳ、ＺｎＴ
ｅ、（Ｚｎ，Ｍｇ）−（Ｓ，Ｓｅ）、（Ｚｎ，Ｃｄ）−
（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）を例示することができる。半導体レ
ーザあるいはＬＥＤ以外にも、例えば化合物半導体トラ
ンジスタや化合物半導体ダイオード等の各種デバイスに
おけるオーミック電極に本発明を適用することができ
る。

【００２６】実施例においては、金属タリウムを用いた
が、代わりに、タリウム−金属の合金、例えばタリウム
−金の合金、あるいは、タリウム層と金属層が積層され
た層、例えばタリウム層と金層が交互に積層された層を
用いることもできる。この場合、タリウム−金の合金組
成は、タリウムの含有率を４０〜９９重量％の間で適宜
変えることができる。タリウム層と金層が交互に積層さ
れた層を用いる場合、各層の厚さを制御して、全体とし
てタリウムの含有率を４０〜９９重量％とすることが好
ましい。また、例えば、ｎ型結晶層近傍のタリウム層を
厚くする等、厚さ方向のタリウム含有率を適宜変化させ
てもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明においては、オーミック電極には
タリウム（Ｔｌ）が含まれている。タリウムは低融点金
属であり、比較的低温で合金化処理を行うことができる
ので、化合物半導体ｎ型結晶層に結晶欠陥が生じること
を防止し得る。また、タリウムはセレンや硫黄と反応し
易く、タリウムはＩＩＩ族元素であることから、ＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体のＩＩ族元素の位置を占めること
で、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のｎ型結晶層の表面を更
にｎ⁺層化することができる。

【００２８】これによって、低接触比抵抗のオーミック
電極を形成することができるので、電極部分における電
流ロスや、ジュール熱の発生等による電極の劣化、化合
物半導体レーザやＬＥＤの特性劣化を防ぐことができ
る。しかも、ｎ型結晶層の電子密度が１０¹⁵〜１０¹⁶ｃ
ｍ^-3程度の低密度であっても、化合物半導体ｎ型結晶層
とオーミック電極との間で良好なオーミック特性を得る
ことができる。

【００２９】また、タリウムを含む金属層に金が含まれ
ている場合、低温で合金化処理を施すことができ、しか
も、合金化処理中にタリウムはＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体中に拡散してｎ⁺層を形成し、オーミック電極の表面
は高融点のＡｕリッチとなる。Ａｕは熱的に安定である
ため、Ｉｎ系金属のように粒状になり膜厚が不均一にな
るという問題が生じることを防ぎ得る。その結果、均一
なオーミック性が得られる。

【００３０】本発明のオーミック電極の形成方法におい
ては、メタルマスクあるいはレジストマスクを用いるこ
とができるので、任意の形状を有するオーミック電極を
形成できる。従って、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用い
た各種装置の構造の多様化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオーミック電極を備えた化合物半導体
レーザの模式的な断面図である。

【図２】本発明のオーミック電極の特性を測定するため
の評価用電極の模式的な一部断面図である。

【図３】本発明のオーミック電極を備えたＬＥＤの模式
的な断面図である。

【符号の説明】

１０ 化合物半導体レーザ １２ ｐ⁺−ＧａＡｓ基板 １４ ｐ−クラッド層 １６ 活性層 １８ ｎ−クラッド層 ２０ キャップ層（ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結
晶層） ２２ オーミック電極 ３０ ＬＥＤ ３２ ｐ⁺−ＧａＡｓ基板又はｐ⁺−ＺｎＳｅ基板 ３４ ｐ−ＺｎＳｅ層 ３８ ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層

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【手続補正書】

【提出日】平成５年２月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層に
   オーミック電極を形成する方法であって、 （イ）ＩＩ−ＶＩ族のｎ型結晶層上に、タリウム層、あ
   るいはタリウムを含む金属層を堆積させる工程と、 （ロ）タリウムから成る層、あるいはタリウムを含む金
   属層を合金化処理する工程、 から成ることを特徴とするオーミック電極の形成方法。
2. 【請求項２】合金化処理の温度は１００乃至５００゜Ｃ
   であることを特徴とする請求項１に記載のオーミック電
   極の形成方法。
3. 【請求項３】タリウムを含む金属層は、タリウムと金と
   の合金層、又はタリウムと金とを積層した層であること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオーミック
   電極の形成方法。
4. 【請求項４】ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体ｎ型結晶層上
   に形成され、タリウム層、あるいはタリウムを含む金属
   層から成ることを特徴とするオーミック電極。
5. 【請求項５】タリウムを含む金属層には金が含まれてい
   ることを特徴とする請求項４に記載のオーミック電極。