JPH0758059A - オーミック電極およびその形成方法ならびに半導体装置 - Google Patents

オーミック電極およびその形成方法ならびに半導体装置

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JPH0758059A
JPH0758059A JP5237122A JP23712293A JPH0758059A JP H0758059 A JPH0758059 A JP H0758059A JP 5237122 A JP5237122 A JP 5237122A JP 23712293 A JP23712293 A JP 23712293A JP H0758059 A JPH0758059 A JP H0758059A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 GaAs系半導体などのIII-V族化合物半導
体に対する実用的に満足しうる特性を有するオーミック
電極を実現する。 【構成】 n+ 型GaAs基板1上に、このn+ 型Ga
As基板1より再成長したn++型再成長GaAs層2お
よびα´−AuGaから成る析出物4を含むNiGe薄
膜3が順次積層された構造を有するオーミック電極を形
成する。このオーミック電極は、n+ 型GaAs基板1
上にNi薄膜、Au薄膜およびGe薄膜を順次形成し、
これらの薄膜をリフトオフなどによりパターニングした
後、400〜750℃の温度で数秒〜数分間熱処理を行
うことにより形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、オーミック電極およ
びその形成方法ならびに半導体装置に関し、特に、III-
V族化合物半導体に対するオーミック電極およびその形
成方法ならびにそのオーミック電極を用いた半導体装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体を用いたFETなどのデバ
イスの高性能化や信頼性の向上を図る上で、オーミック
電極の接触抵抗の低減や熱安定性の向上は重要な課題で
ある。しかしながら、化合物半導体、特にGaAs系半
導体などのIII-V族化合物半導体に対するオーミック電
極は、上記の要求を満足するものが得られていないのが
現状である。
【0003】現在、GaAs系半導体に対するオーミッ
ク電極として実用化または提案されているものを大きく
分けると次の3通りに分類することができる。すなわ
ち、分類1のオーミック電極は、オーミック金属として
GaAs系半導体に対してドナー不純物となる元素を含
むものを用い、熱処理によりその元素を半導体中に拡散
させて高不純物濃度のn型領域を電極金属と半導体との
界面に形成し、トンネル効果などによりオーミック接触
を得るものである。分類2のオーミック電極は、オーミ
ック金属として、低エネルギー障壁の中間層を形成する
元素を含むものを用い、熱処理により電極金属と半導体
との間に低エネルギー障壁の中間層を形成し、キャリア
が流れる部分のエネルギー障壁の高さを低下させること
によりオーミック接触を得るものである。分類3のオー
ミック電極は、オーミック金属として、熱処理によりG
aAs系半導体と反応し、かつ半導体の再成長層を形成
する元素とGaAs系半導体に対してドナー不純物とな
る元素とを含むものを用い、熱処理により再成長層を形
成するとともにその再成長層を高不純物濃度のn型化
し、トンネル効果などによりオーミック接触を得るもの
である。
【0004】分類1のオーミック電極の代表的な例を図
8に示す。この例においては、図8Aに示すように、n
+ 型GaAs基板101上にオーミック金属としてAu
Ge/Ni薄膜102を形成した後、400〜500℃
で熱処理を行うことにより、図8Bに示すようにオーミ
ック電極を形成する。図8Bにおいて、符号103はn
++型GaAs層、104はNiAsとβ−AuGaとが
混在する層を示す。
【0005】しかしながら、この図8Bに示すオーミッ
ク電極は、熱安定性が悪いという問題がある。すなわ
ち、この場合には、オーミック金属としてのAuGe/
Ni薄膜102中に多量に含まれているAu(通常用い
られるAuGe中には88%のAuが含まれている)が
400℃以上の温度の熱処理によりn+ 型GaAs基板
101と反応することにより層104中にβ−AuGa
(六方最密(HCP)構造で融点Tm =375℃)が形
成されることから、オーミック電極の接触抵抗は低下す
るが、熱安定性は劣化する。その結果、オーミック電極
形成後に行われる化学気相成長(CVD)などの高温プ
ロセスによりデバイス特性の劣化が引き起こされる。ま
た、n+ 型GaAs基板101とAuGe/Ni薄膜1
02中のAuとの反応によりβ−AuGaが形成される
ことにより、オーミック電極の表面の面荒れが生じ、こ
れが後の微細加工を行う上で問題となっている。
【0006】さらに、図8Bに示すオーミック電極は、
++型GaAs層103の薄層化やFETなどのデバイ
スの微細化に対応することができないという問題もあ
る。すなわち、n++型GaAs層103は熱処理時の拡
散によって形成されることにより、その深さや横方向
(基板に平行な方向)の広がりは熱処理の温度および時
間のみによって決まる。このため、このn++型GaAs
層103の深さや横方向の広がりを制御することはでき
ない。この結果、デバイスの高性能化や微細化のために
++型GaAs層103の薄層化やオーミック電極間の
距離の短縮を図ることは困難である。
【0007】分類2および分類3のオーミック電極は、
上述の分類1の代表例によるオーミック電極の形成にお
いてAuGe/Ni薄膜102を用いていることによる
問題点、すなわちオーミック電極の熱安定性や電極表面
の面荒れを改善するために提案されたものである。
【0008】分類2のオーミック電極の代表的な例を図
9に示す。この例においては、図9Aに示すように、n
+ 型GaAs基板201上にオーミック金属としてNi
In薄膜202およびW薄膜203を順次形成した後、
900℃程度の高温で1秒程度熱処理を行うことによ
り、図9Bに示すようにオーミック電極を形成する。図
9Bにおいて、符号204はInGaAs(より正確に
はInx Ga1-x Asと書かれるがこのように略記する
ものとする。以下同様。)層、205はNi3 In薄膜
を示す。この場合には、熱処理によりn+ 型GaAs基
板201とNiIn薄膜202中のInとの反応が起き
て低エネルギー障壁の中間層としてInGaAs層20
4が形成されることにより、エネルギー障壁の実効的な
高さが低下してオーミック接触が得られる。この図9B
に示すオーミック電極は、図8Bに示す分類1のオーミ
ック電極におけるβ−AuGaのような低融点の化合物
を含まないことにより、400℃、100時間程度の熱
処理によってもオーミック電極の接触抵抗が安定である
ことが報告されている。
【0009】しかしながら、この図9Bに示すオーミッ
ク電極は、オーミック接触を得るために900℃程度の
高温の熱処理を必要とするため、JFET(接合ゲート
FET)やHEMT(高電子移動度トランジスタ)など
のような900℃以下の温度でゲートやチャネルを形成
するデバイスには用いることはできない。このため、こ
のオーミック電極は、プロセスウィンドウが小さく、適
用可能なデバイスが少ないという問題がある。
【0010】分類3のオーミック電極の代表的な例を図
10に示す。この例においては、図10Aに示すよう
に、n+ 型GaAs基板301上にオーミック金属とし
てPd薄膜302およびGe薄膜303を順次形成した
後、325〜375℃、30分程度の熱処理を行うこと
により、図10Bに示すようにオーミック電極を形成す
る。図10Bにおいて、符号304はn++型GaAs
層、305はPdGe薄膜を示す。この場合には、熱処
理中に、まずn+ 型GaAs基板301よりGaAsの
再成長層が形成され、この再成長層中にGe薄膜303
からGeが拡散することによりn++型GaAs層304
が形成され、オーミック接触が得られる。
【0011】この図10Bに示すオーミック電極は、再
成長したn++型GaAs層304の厚さはオーミック金
属としてのPd薄膜302やGe薄膜303の厚さを変
えることにより制御することができるため、このn++
GaAs層304の薄層化を図ることができるととも
に、オーミック電極間の距離の短縮を図ることも可能で
ある。しかしながら、この図10Bに示すオーミック電
極は、熱安定性に大きな問題を有している。
【0012】以上の分類1、分類2および分類3のオー
ミック電極の諸特性を表1にまとめて示す。
【0013】 表1 ────────────────────────────────── 分類 プロセス難易度 接触抵抗 熱安定性 表面平坦性 短拡散距離 ────────────────────────────────── 1 〇 〇 × × × 2 × 〇 〇 〇 〇 3 〇 〇 × 〇 〇 ────────────────────────────────── 本発明 〇 〇 〇 〇 〇 ──────────────────────────────────
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
GaAs系半導体に対するオーミック電極はいずれも不
満足なものであるため、実用上満足しうる特性を有する
オーミック電極の実現が望まれていた。
【0015】従って、この発明の目的は、GaAs系半
導体その他のIII-V族化合物半導体に対する、実用的に
満足しうる特性を有するオーミック電極を提供すること
にある。
【0016】この発明の他の目的は、GaAs系半導体
その他のIII-V族化合物半導体に対する、実用的に満足
しうる特性を有するオーミック電極を容易に形成するこ
とができるオーミック電極の形成方法を提供することに
ある。
【0017】この発明のさらに他の目的は、GaAs系
半導体その他のIII-V族化合物半導体基体上に半導体素
子を有し、そのオーミック電極が実用的に満足しうる特
性を有する半導体装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によるオーミック電極は、III-V族化合物
半導体基体(1)より再成長した再成長III-V族化合物
半導体層(2)と、再成長III-V族化合物半導体層
(2)上に形成された、Au、Pt、PdおよびAgか
ら成る群より選ばれた少なくとも一種の元素とIII-V族
化合物半導体基体(1)を構成する III族元素との化合
物であって融点が400℃以上のものから成る析出物
(4)を含むNiGe薄膜(3)とを有する。
【0019】ここで、III-V族化合物半導体基体には、
例えばGaAs、AlGaAs、InGaAsなどから
成る基板または層が含まれる。また、このIII-V族化合
物半導体基体がn型である場合、このIII-V族化合物半
導体基体中にはドナー不純物として、例えばSi、G
e、Te、Snなどが含まれる。これらのドナー不純物
は、例えばイオン注入、液相エピタキシー(LPE)、
分子線エピタキシー(MBE)、有機金属気相エピタキ
シー(MOVPE)などの方法によりIII-V族化合物半
導体基体中に導入される。
【0020】再成長III-V族化合物半導体層には、例え
ばGaAs、AlGaAs、InGaAsなどから成る
層が含まれる。III-V族化合物半導体基体がn型である
場合には、この再成長III-V族化合物半導体層もn型で
ある。この発明によるオーミック電極の好適な一実施形
態において、この再成長III-V族化合物半導体層はIII-
V族化合物半導体基体よりも高不純物濃度である。この
再成長III-V族化合物半導体層がIII-V族化合物半導体
基体よりも高不純物濃度であることは、この再成長III-
V族化合物半導体層がIII-V族化合物半導体基体よりも
低抵抗率であることを意味する。また、この発明による
オーミック電極の好適な一実施形態において、この再成
長III-V族化合物半導体層はIII-V族化合物半導体基体
と結晶格子が整合している。
【0021】NiGe薄膜中に含まれる析出物は、典型
的には、微粒子状の形状を有し、NiGe薄膜中に分散
して存在する。この析出物は、良好なオーミック特性を
得る見地からは、NiGe薄膜と再成長III-V族化合物
半導体層との界面の近傍における存在確率が小さい方が
好ましく、具体的にはその界面における存在確率は例え
ば50%以下であるのが好ましい。この析出物は、場合
によっては再成長III-V族化合物半導体層中にも存在す
ることがあり、その場合にも再成長III-V族化合物半導
体層とIII-V族化合物半導体基体との界面の近傍におけ
る存在確率は例えば50%以下であるのが好ましい。な
お、NiGe薄膜中には、上記の析出物以外の他の物質
(例えば、NiGaAs)が多少含まれていてもよい。
【0022】この発明によるオーミック電極の好適な一
実施形態においては、III-V族化合物半導体基体はn型
GaAs基板であり、再成長III-V族化合物半導体層は
n型GaAs層であり、Au、Pt、PdおよびAgか
ら成る群より選ばれた少なくとも一種の元素はAuであ
り、化合物はα´−AuGaである。
【0023】この発明によるオーミック電極の形成方法
は、III-V族化合物半導体基体(1)より再成長した再
成長III-V族化合物半導体層(2)と、再成長III-V族
化合物半導体層(2)上に形成された、Au、Pt、P
dおよびAgから成る群より選ばれた少なくとも一種の
元素とIII-V族化合物半導体基体(1)を構成する III
族元素との化合物であって融点が400℃以上のものか
ら成る析出物(4)を含むNiGe薄膜(3)とを有す
るオーミック電極の形成方法であって、III-V族化合物
半導体基体(1)上に、Ni薄膜(6)、Au、Pt、
PdおよびAgから成る群より選ばれた少なくとも一種
の元素から成る金属薄膜(7)およびGe薄膜(8)を
順次形成する工程と、Ni薄膜(6)、金属薄膜(7)
およびGe薄膜(8)が形成されたIII-V族化合物半導
体基体(1)を熱処理する工程とを有することを特徴と
する。
【0024】ここで、III-V族化合物半導体基体には、
例えばGaAs、AlGaAsまたはInGaAsなど
から成る基板または層が含まれる。また、このIII-V族
化合物半導体基体がn型である場合、このIII-V族化合
物半導体基体中にはドナー不純物として、例えばSi、
Ge、Te、Snなどが含まれる。さらに、再成長III-
V族化合物半導体層には、例えばGaAs、AlGaA
sまたはInGaAsなどから成る基板または層が含ま
れる。この発明によるオーミック電極の形成方法の好適
な一実施形態において、再成長III-V族化合物半導体層
はIII-V族化合物半導体基体よりも高不純物濃度であ
る。
【0025】金属薄膜は、Au薄膜、Pt薄膜、Pd薄
膜およびAg薄膜のうちの一層のみから成る場合のほ
か、これらのうちの二層以上から成る場合もある。さら
に、この金属薄膜は、Au、Pt、PdおよびAgのう
ちの二種以上の元素の合金から成るものであってもよ
い。
【0026】この発明によるオーミック電極の形成方法
の好適な一実施形態においては、III-V族化合物半導体
基体はn型GaAs基板であり、再成長III-V族化合物
半導体層はn型GaAs層であり、Au、Pt、Pdお
よびAgから成る群より選ばれた少なくとも一種の元素
はAuであり、化合物はα´−AuGaであり、金属薄
膜はAu薄膜である。ここで、α´−AuGaは面心立
方(FCC)構造でその融点Tm はβ−AuGaよりも
40℃高い415℃である。
【0027】金属薄膜がAu薄膜である場合、すなわち
オーミック電極を形成するための材料としてNi薄膜、
Au薄膜およびGe薄膜を用いる場合、低い接触抵抗を
得る見地からは、Ge薄膜に対するNi薄膜の原子比X
Ni/XGe(XNi:Ni薄膜中の原子数、XGe:Ge薄膜
中の原子数)は〜1以下であるのが好ましく、良好な熱
安定性をも得る見地からは、XNi/XGeは〜0.8であ
るのが好ましい。
【0028】この発明によるオーミック電極の形成方法
において、熱処理の温度は、低い接触抵抗を得る見地か
ら、好適には400〜750℃の範囲内に選ばれる。ま
た、この熱処理は、場合によっては、二段階にわたって
行ってもよい。具体的には、一回目の熱処理を二回目の
熱処理の温度よりも低い温度、例えば200〜400℃
の温度で行い、その後、二回目の熱処理を400〜75
0℃の温度で行うようにしてもよい。
【0029】この発明による半導体装置は、III-V族化
合物半導体基体(1)上に半導体素子を有し、半導体素
子の電極は、III-V族化合物半導体基体(1)より再成
長した再成長III-V族化合物半導体層(2)と、再成長
III-V族化合物半導体層(2)上に形成された、Au、
Pt、PdおよびAgから成る群より選ばれた少なくと
も一種の元素とIII-V族化合物半導体基体(1)を構成
する III族元素との化合物であって融点が400℃以上
のものから成る析出物(4)を含むNiGe薄膜(3)
とを有する。
【0030】ここで、半導体素子は、MESFET、J
FET、HEMTなどのFETのほか、HBT(ヘテロ
接合バイポーラトランジスタ)、さらには半導体レーザ
ーや発光ダイオードなどであってよい。
【0031】この発明による半導体装置の好適な一実施
形態において、再成長III-V族化合物半導体層はIII-V
族化合物半導体基体よりも高不純物濃度である。また、
この発明による半導体装置の好適な一実施形態において
は、Au、Pt、PdおよびAgから成る群より選ばれ
た少なくとも一種の元素はAuであり、化合物はα´−
AuGaである。
【0032】
【作用】この発明によるオーミック電極によれば、Tm
=850℃と高融点のNiGe薄膜中に、Au、Pt、
PdおよびAgから成る群より選ばれた少なくとも一種
の元素とIII-V族化合物半導体基体を構成する III族元
素との化合物であって融点が400℃以上のもの、例え
ばα´−AuGaから成る析出物を含むものを有するこ
とにより、特に、β−AuGaのような低融点の化合物
を含む従来のオーミック電極に比べて良好な熱安定性を
得ることができる。さらに、III-V族化合物半導体基体
より再成長した再成長III-V族化合物半導体層上にその
ようなNiGe薄膜が形成されていることによる複合的
な効果により、熱安定性以外の諸特性、すなわち低接触
抵抗、低膜抵抗、表面の平坦性、短拡散距離などの特性
をも満足することができる。すなわち、実用上デバイス
に要求される特性を満足し、しかもその形成に必要なプ
ロセスも容易なオーミック電極を実現することができ
る。
【0033】上述のように構成されたこの発明によるオ
ーミック電極の形成方法によれば、実用上デバイスに要
求される特性を満足するオーミック電極を容易に形成す
ることができる。
【0034】上述のように構成されたこの発明による半
導体装置によれば、半導体素子のオーミック電極が実用
上デバイスに要求される特性を満足するオーミック電極
であることにより、高性能の半導体装置を実現すること
ができる。
【0035】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。この一実施例においては、図1に
示すように、n+ 型GaAs基板1上に、このn+ 型G
aAs基板1より再成長したn++型再成長GaAs層2
およびNiGe薄膜3が順次積層された構造のオーミッ
ク電極が形成されている。ここで、NiGe薄膜3中に
は、α´−AuGaから成る微粒子状の析出物4が多数
分散して存在している。
【0036】図2にこの一実施例によるオーミック電極
のエネルギーバンド図を示す。図2において、Ec およ
びEv はそれぞれ伝導帯の下端のエネルギーおよび価電
子帯の上端のエネルギー、EF はフェルミエネルギーを
示す。
【0037】次に、上述のように構成されたこの一実施
例によるオーミック電極の形成方法について説明する。
【0038】まず、図3Aに示すように、n+ 型GaA
s基板1上にフォトレジストを塗布した後、このフォト
レジストをフォトリソグラフィー法によりパターニング
し、形成すべきオーミック電極に対応する部分に開口を
有するレジストパターン5を形成する。このフォトリソ
グラフィーにおける露光は、例えば縮小投影露光装置
(いわゆるステッパー)のような光学式露光装置を用い
て行われる。なお、このレジストパターン5の形成は、
電子線レジストと電子ビームリソグラフィー法とを用い
て行うようにしてもよい。
【0039】次に、図3Bに示すように、例えばスパッ
タや真空蒸着などの方法により、Ni薄膜6、Au薄膜
7およびGe薄膜8を順次全面に形成する。この場合、
レジストパターン5の厚さは、これらのNi薄膜6、A
u薄膜7およびGe薄膜8の合計の厚さよりも十分に大
きくなるように選ばれている。
【0040】次に、このようにしてNi薄膜6、Au薄
膜7およびGe薄膜8が形成されたn+ 型GaAs基板
1を例えばアセトンのような有機溶剤に浸けてレジスト
パターン2を溶解除去することにより、このレジストパ
ターン5上に形成されたNi薄膜6、Au薄膜7および
Ge薄膜8を除去する。これによって、図3Cに示すよ
うに、レジストパターン5の開口部に対応する部分にお
けるn+ 型GaAs基板1上にのみNi薄膜6、Au薄
膜7およびGe薄膜8が残される。
【0041】次に、このNi薄膜6、Au薄膜7および
Ge薄膜8が形成されたn+ 型GaAs基板1を、例え
ばRTA(Rapid Thermal Annealing)法や一般的な電気
炉による方法により、例えばN2 ガスや微量のH2 ガス
を添加したN2 ガスから成る雰囲気中において例えば4
00〜750℃の温度、好適には450〜550℃の温
度で、例えば数秒〜数分間熱処理を行う。この熱処理に
より、図1に示すように、n+ 型GaAs基板1よりG
aAs層が再成長するとともに例えばこのGaAs層に
Geが拡散することによりn++型再成長GaAs層2が
形成され、このn++型再成長GaAs層2上に、α´−
AuGaから成る微粒子状の析出物4を含むNiGe薄
膜3が形成される。
【0042】以上により、n++型再成長GaAs層2お
よびα´−AuGaから成る微粒子状の析出物4を含む
NiGe薄膜3から成るオーミック電極が形成される。
【0043】この一実施例においてオーミック電極形成
用のAu薄膜7およびGe薄膜8の厚さをそれぞれ5n
mおよび100nmに固定し、Ni薄膜6の厚さを36
〜60nmの範囲で4nmずつ変え、またこれらのNi
薄膜6、Au薄膜7およびGe薄膜8形成後の熱処理を
RTA法により温度を変えて5秒間行うことによりオー
ミック電極を形成し、その接触抵抗を測定したところ、
Ni薄膜6の厚さが40nmで熱処理温度が450℃で
あるときに接触抵抗は最も低くなって約0.2Ωmmと
なることがわかった。ただし、n+ 型GaAs基板1と
しては、(100)面方位の半絶縁性GaAs基板にS
iをイオン注入してn型化した、不純物濃度が2×10
18cm-3のものを用いた。また、n++型再成長GaAs
層2はGeドープで不純物濃度は1×1019cm-3程度
である。さらに、Ni薄膜6およびGe薄膜8は電子ビ
ームを用いた真空蒸着法により形成し、Au薄膜7は抵
抗加熱による真空蒸着法により形成した。
【0044】すなわち、図4は、Ni薄膜6、Au薄膜
7およびGe薄膜8の厚さをそれぞれ40nm、5nm
および100nmに選び、これらのNi薄膜6、Au薄
膜7およびGe薄膜8形成後の熱処理を、RTA法によ
り、5%のH2 ガスが添加されたN2 ガス雰囲気中にお
いて400〜600℃の範囲で温度を変えて5秒間行う
ことにより形成されたオーミック電極の接触抵抗を測定
してその接触抵抗を熱処理温度の関数として示したもの
である。図4より、熱処理温度が450℃のときに接触
抵抗は最も低くなって約0.2Ωmmとなることがわか
る。なお、接触抵抗の測定はTLM(Transmission Lin
e Method) 法により行った。また、このオーミック電極
のシート抵抗を測定したところ、約2Ω/□と極めて低
い値であった。
【0045】図5は、この一実施例においてオーミック
電極形成用のAu薄膜7およびGe薄膜8の厚さをそれ
ぞれ5nmおよび100nmに固定し、Ni薄膜6の厚
さを変えたときのオーミック電極の接触抵抗の変化を示
す。ただし、オーミック電極を形成するための熱処理
は、RTA法により、5%のH2 ガスが添加されたN2
ガス雰囲気中において450℃で5秒間行った。図5よ
り、Ni薄膜6の厚さが40nm前後であるときに最も
低い接触抵抗(0.2Ωmm程度)が得られることがわ
かる。
【0046】また、上述の最も低い接触抵抗が得られた
オーミック電極を光学顕微鏡により観察したところ、極
めて平滑な表面が得られており、エッジもシャープであ
ることが判明した。さらに、このオーミック電極とn+
型GaAs基板1との界面の部分の断面を透過型電子顕
微鏡により観察したところ、この界面は均一であり、n
+ 型GaAs基板1中への金属の拡散深さも〜20nm
と浅かった。
【0047】なお、上述のようにNi薄膜6、Au薄膜
7およびGe薄膜8の厚さをそれぞれ40nm、5nm
および100nmに選んだときのこれらのNi薄膜6、
Au薄膜7およびGe薄膜8の全体に対するNi薄膜
6、Au薄膜7およびGe薄膜8の組成比はそれぞれ4
3.8原子%、3.5原子%および52.7原子%であ
り、このときのXNi/XGeは約0.83である。
【0048】図6は、上述の最も接触抵抗が低いオーミ
ック電極を形成した後に試料を400℃で熱処理したと
きのそのオーミック電極の接触抵抗の経時変化、すなわ
ちオーミック電極の熱安定性を測定した結果を示す。図
6から明らかなように、オーミック電極形成後に400
℃で3時間程度熱処理を行っても、接触抵抗の変化はほ
とんど見られず、良好な熱安定性が得られていることが
わかる。
【0049】図7は、この一実施例においてオーミック
電極形成用のNi薄膜6およびGe薄膜8の厚さをそれ
ぞれ60nmおよび100nmに固定し、Au薄膜7の
厚さを変えたときのオーミック電極の接触抵抗の変化を
示す。なお、オーミック電極を形成するための熱処理
は、RTA法により、5%のH2 ガスが添加されたN2
ガス雰囲気中において450℃で5秒間行った。図7か
らわかるように、Au薄膜7の厚さが2〜10nmの範
囲においては、Au薄膜7の厚さが大きくなるにつれ
て、すなわちNi薄膜6、Au薄膜7およびGe薄膜8
の全体に対するAu薄膜7の組成比が大きくなるにつれ
て、接触抵抗は低くなっている。
【0050】以上のように、この一実施例によれば、n
+ 型GaAs基板1上に、Ni薄膜6、Au薄膜7およ
びGe薄膜8を所定パターンで形成した後、400〜7
50℃の温度、好適には450〜550℃前後の温度で
熱処理を行うことにより、図1に示すように、n++型再
成長GaAs層2と、Tm =415℃のα´−AuGa
から成る微粒子状の析出物4を含むNiGe薄膜3とか
ら成るオーミック電極をn+ 型GaAs基板1上に容易
に形成することができる。そして、このオーミック電極
は、熱安定性や表面の平坦性やエッジのシャープさが良
好であり、低接触抵抗、低膜抵抗、短拡散距離であり、
さらにはその形成に必要なプロセスも簡単であり、Ga
Asに対するオーミック電極として極めて優れたもので
ある。
【0051】以上、この発明の一実施例につき具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。
【0052】例えば、上述の一実施例において説明した
オーミック電極の形成方法においては、オーミック電極
に対応した形状のNi薄膜6、Au薄膜7およびGe薄
膜8をいわゆるリフトオフ法により形成したが、このオ
ーミック電極に対応した形状のNi薄膜6、Au薄膜7
およびGe薄膜8は、n+ 型GaAs基板1の全面にN
i薄膜6、Au薄膜7およびGe薄膜8を順次形成した
後にこれらのNi薄膜6、Au薄膜7およびGe薄膜8
をエッチング法によりオーミック電極の形状にパターニ
ングすることにより形成するようにしてもよい。
【0053】また、上述の一実施例においては、n+
GaAs基板1に対するオーミック電極にこの発明を適
用した場合について説明したが、例えばエピタキシャル
成長などにより形成されたn+ 型GaAs層に対するオ
ーミック電極にこの発明を適用することも可能である。
【0054】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によるオー
ミック電極によれば、III-V族化合物半導体に対する、
実用的に満足しうる特性を有するオーミック電極を実現
することができる。また、この発明によるオーミック電
極の形成方法によれば、III-V族化合物半導体に対す
る、実用的に満足しうる特性を有するオーミック電極を
容易に形成することができる。さらに、この発明による
半導体装置によれば、III-V族化合物半導体基体上に形
成された半導体素子のオーミック電極が実用上デバイス
に要求される特性を有する高性能の半導体装置を実現す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるオーミック電極を示
す断面図である。
【図2】この発明の一実施例によるオーミック電極のエ
ネルギーバンド図である。
【図3】この発明の一実施例によるオーミック電極の形
成方法を説明するための断面図である。
【図4】この発明の一実施例によるオーミック電極の接
触抵抗の熱処理温度依存性の測定結果の一例を示すグラ
フである。
【図5】この発明の一実施例によるオーミック電極の接
触抵抗のオーミック電極形成用のNi薄膜の厚さ依存性
の測定結果の一例を示すグラフである。
【図6】この発明の一実施例によるオーミック電極の熱
安定性の測定結果の一例を示すグラフである。
【図7】この発明の一実施例によるオーミック電極の接
触抵抗のオーミック電極形成用のAu薄膜の厚さ依存性
の測定結果の一例を示すグラフである。
【図8】従来のオーミック電極の一例を説明するための
断面図である。
【図9】従来のオーミック電極の他の例を説明するため
の断面図である。
【図10】従来のオーミック電極のさらに他の例を説明
するための断面図である。
【符号の説明】
1 n+ 型GaAs基板 2 n++型再成長GaAs層 3 NiGe薄膜 4 析出物 6 Ni薄膜 7 Au薄膜 8 Ge薄膜

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 III-V族化合物半導体基体より再成長し
    た再成長III-V族化合物半導体層と、 上記再成長III-V族化合物半導体層上に形成された、A
    u、Pt、PdおよびAgから成る群より選ばれた少な
    くとも一種の元素と上記III-V族化合物半導体基体を構
    成する III族元素との化合物であって融点が400℃以
    上のものから成る析出物を含むNiGe薄膜とを有する
    オーミック電極。
  2. 【請求項2】 上記再成長III-V族化合物半導体層は上
    記III-V族化合物半導体基体よりも高不純物濃度である
    ことを特徴とする請求項1記載のオーミック電極。
  3. 【請求項3】 上記III-V族化合物半導体基体および上
    記再成長III-V族化合物半導体層はn型であることを特
    徴とする請求項1または2記載のオーミック電極。
  4. 【請求項4】 上記III-V族化合物半導体基体および上
    記再成長III-V族化合物半導体層は互いに結晶格子が整
    合していることを特徴とする請求項1、2または3記載
    のオーミック電極。
  5. 【請求項5】 上記III-V族化合物半導体基体はGaA
    s、AlGaAsまたはInGaAsから成ることを特
    徴とする請求項1、2、3または4記載のオーミック電
    極。
  6. 【請求項6】 上記再成長III-V族化合物半導体層はG
    aAs、AlGaAsまたはInGaAsから成ること
    を特徴とする請求項1、2、3、4または5記載のオー
    ミック電極。
  7. 【請求項7】 上記Au、Pt、PdおよびAgから成
    る群より選ばれた少なくとも一種の元素はAuであり、
    上記化合物はα´−AuGaであることを特徴とする請
    求項1、2、3、4、5または6記載のオーミック電
    極。
  8. 【請求項8】 上記再成長III-V族化合物半導体層は上
    記III-V族化合物半導体基体よりも低抵抗率であること
    を特徴とする請求項1または2記載のオーミック電極。
  9. 【請求項9】 上記III-V族化合物半導体基体はn型G
    aAs基板であり、上記再成長III-V族化合物半導体層
    はn型GaAs層であり、上記Au、Pt、Pdおよび
    Agから成る群より選ばれた少なくとも一種の元素はA
    uであり、上記化合物はα´−AuGaであることを特
    徴とする請求項1または2記載のオーミック電極。
  10. 【請求項10】 III-V族化合物半導体基体より再成長
    した再成長III-V族化合物半導体層と、 上記再成長III-V族化合物半導体層上に形成された、A
    u、Pt、PdおよびAgから成る群より選ばれた少な
    くとも一種の元素と上記III-V族化合物半導体基体を構
    成する III族元素との化合物であって融点が400℃以
    上のものから成る析出物を含むNiGe薄膜とを有する
    オーミック電極の形成方法であって、 上記III-V族化合物半導体基体上に、Ni薄膜、上記A
    u、Pt、PdおよびAgから成る群より選ばれた少な
    くとも一種の元素から成る金属薄膜およびGe薄膜を順
    次形成する工程と、 上記Ni薄膜、上記金属薄膜および上記Ge薄膜が形成
    された上記III-V族化合物半導体基体を熱処理する工程
    とを有することを特徴とするオーミック電極の形成方
    法。
  11. 【請求項11】 上記再成長III-V族化合物半導体層は
    上記III-V族化合物半導体基体よりも高不純物濃度であ
    ることを特徴とする請求項10記載のオーミック電極の
    形成方法。
  12. 【請求項12】 上記III-V族化合物半導体基体および
    上記再成長III-V族化合物半導体層はn型であることを
    特徴とする請求項10または11記載のオーミック電極
    の形成方法。
  13. 【請求項13】 上記III-V族化合物半導体基体はGa
    As、AlGaAsまたはInGaAsから成ることを
    特徴とする請求項10、11または12記載のオーミッ
    ク電極の形成方法。
  14. 【請求項14】 上記再成長III-V族化合物半導体層は
    GaAs、AlGaAsまたはInGaAsから成るこ
    とを特徴とする請求項10、11、12または13記載
    のオーミック電極の形成方法。
  15. 【請求項15】 上記金属薄膜はAu薄膜であり、上記
    化合物はα´−AuGaであることを特徴とする請求項
    10、11、12、13または14記載のオーミック電
    極の形成方法。
  16. 【請求項16】 上記III-V族化合物半導体基体はn型
    GaAs基板であり、上記再成長III-V族化合物半導体
    層はn型GaAs層であり、上記Au、Pt、Pdおよ
    びAgから成る群より選ばれた少なくとも一種の元素は
    Auであり、上記化合物はα´−AuGaであり、上記
    金属薄膜はAu薄膜であることを特徴とする請求項10
    または11記載のオーミック電極の形成方法。
  17. 【請求項17】 上記熱処理の温度は400〜750℃
    であることを特徴とする請求項10、11、12、1
    3、14、15または16記載のオーミック電極の形成
    方法。
  18. 【請求項18】 III-V族化合物半導体基体上に半導体
    素子を有し、 上記半導体素子の電極は、 上記III-V族化合物半導体基体より再成長した再成長II
    I-V族化合物半導体層と、 上記再成長III-V族化合物半導体層上に形成された、A
    u、Pt、PdおよびAgから成る群より選ばれた少な
    くとも一種の元素と上記III-V族化合物半導体基体を構
    成する III族元素との化合物であって融点が400℃以
    上のものから成る析出物を含むNiGe薄膜とを有する
    半導体装置。
  19. 【請求項19】 上記再成長III-V族化合物半導体層は
    上記III-V族化合物半導体基体よりも高不純物濃度であ
    ることを特徴とする請求項18記載の半導体装置。
  20. 【請求項20】 上記Au、Pt、PdおよびAgから
    成る群より選ばれた少なくとも一種の元素はAuであ
    り、上記化合物はα´−AuGaであることを特徴とす
    る請求項18または19記載の半導体装置。
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