JPH11274567A

JPH11274567A - 半導体素子の電極の形成方法

Info

Publication number: JPH11274567A
Application number: JP7968198A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Miki; 久幸三木; Akira Fukizawa; 朗蕗澤; Mineo Okuyama; 峰夫奥山; Masaharu Oshima; 正治尾嶋; Hiroshi Fujioka; 洋藤岡; Kanta Ono; 寛太小野
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体
層の表面に電極を形成する半導体素子の電極の形成方法
において、大気中の酸素や水との反応で生成する半導体
層表面の酸化膜の除去の方法を確立し、半導体層と電極
との直接の接触を実現することによって、電極と半導体
とのオーミック接触あるいはショットキー接触を所望の
ように制御する。【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体からなる半
導体層の表面に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群
から選ばれた少なくとも１種類の元素からなる保護層を
形成し、該保護層上に前記電極の材料を積層して電極を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体（Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ：但し、０≦ｘ
＜１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を用いた半導体素
子の電極の形成方法に係わり、特に電極と半導体とのオ
ーミック接触あるいはショットキー接触を所望のように
制御することができる半導体素子の電極の形成方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、短波長光発光素子用の半導体材料
として窒化ガリウム系化合物半導体材料が注目を集めて
いる。窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体層
は、サファイア単結晶を始めとする種々の酸化物単結晶
やIII −Ｖ族化合物単結晶を基板として、その上に有機
金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や水素化物気相エ
ピタキシー法（ＨＶＰＥ法）、分子線エピタキシー法
（ＭＢＥ法）等によって積層される。

【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導
体素子を作製する場合、半導体の表面に電極を形成する
必要がある。特に発光素子やレーザー素子などのよう
に、電極を通じて半導体に効率的に電流を注入すること
を必要とする半導体素子を作製する場合は、電極と窒化
ガリウム系化合物半導体との電気的な接触は、オーミッ
ク接触をなしていることが必要であり、さらにそのオー
ミック接触の抵抗値が小さいことが望ましい。また、Ｆ
ＥＴ等の電子デバイスに用いる半導体素子を作製する場
合には、電極と窒化ガリウム系化合物半導体との電気的
な接触としてショットキー接触を実現することが必要な
場合がある。このように、電極と窒化ガリウム系化合物
半導体との間の電気的な接触を所望のように適正に制御
することは、半導体素子を製造する上で非常に重要な技
術である。

【０００４】一般に、電極と半導体との接触を適正に制
御するためには、電極を接触させる半導体層の表面を非
常に清浄にしておく必要がある。通常、半導体層の表面
は空気中のゴミやほこり、あるいはハンドリング時に付
着する微量の有機物などで汚染される。また、このよう
な付着した汚れの他にも、半導体層の表面には、空気中
の酸素や水との反応によって半導体の表面が酸化されて
形成される酸化膜が存在する。一般に、前者の付着した
汚れは、有機溶媒や酸を用いた湿式処理によって除去す
ることができるが、後者の酸化膜は半導体結晶あるいは
半導体基板を空気中でハンドリングする限り、防ぐこと
はできない。そしてこの酸化膜は、半導体表面に薄膜と
して存在して、電極材料と半導体との直接の接触を阻害
する。

【０００５】これまで、窒化ガリウム系化合物半導体か
らなる半導体層の表面に電極を形成する場合、電極を形
成する直前に行う湿式の表面処理によって表面の汚れや
酸化膜を除去する方法が一般的であった。例えば、有機
物等の汚れを除去するためには、アセトンやエタノール
などの有機溶剤に半導体を浸して超音波洗浄を行う方法
や、有機溶剤の温度を上げて煮沸洗浄を行う方法などが
用いられていた。また、表面の酸化膜を除去する方法と
しては、塩酸溶液や緩衝フッ酸溶液を用いて含浸処理や
煮沸処理などを行う方法が多く用いられていた。しかし
ながら、上記の方法により半導体層表面に形成された有
機物等の汚れや酸化膜を除去しても、その後半導体層を
大気中に曝すと、大気中に含まれる酸素や水と半導体と
が反応して、半導体層表面には再び酸化膜が形成され
る。酸化膜が存在する半導体層表面に電極を形成する
と、半導体層の表面と電極との間に酸化膜が挟まれて、
半導体と電極が直接接触することができない。

【０００６】そこで、電極を形成する半導体層表面を不
活性ガスを用いてスパッタリングすることで、酸化膜を
破壊して除去し、半導体層の表面の清浄化する技術が公
開されている（特開平８−２６４４７８）。この方法に
よれば、電極を形成する半導体層表面を電極を形成する
直前にアルゴン（Ａｒ）イオン等でスパッタリング処理
することにより、表面の汚染物質に由来すると思われる
炭素（Ｃ）や酸素（Ｏ）を効果的に除去することができ
るため、形成された電極はオーミック接触で抵抗値を小
さくすることができると記載されている。しかしなが
ら、Ａｒイオンスパッタリングは高エネルギーの粒子を
半導体結晶の表面に照射する方法であるため、半導体層
の最表面には結晶性の乱れたアモルファスまたは多結晶
に近い結晶からなる、いわゆるダメージ層が形成され
る。一般に、このようなダメージ層を残したままでは、
電極と半導体との良好なオーミック接触を得ることは通
常困難である。

【０００７】上記のように、電極と半導体との接触を適
正に制御するためには、電極を接触させる半導体層の表
面を非常に清浄にしておく必要があり、特に大気との反
応によって形成される半導体層表面の酸化膜の効果的な
除去方法が従来求められていた。しかしながら、半導体
層の表面に電極を形成する際に、酸化膜のない清浄な半
導体層表面を実現するための方法はいまだ確立していな
かった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、窒化ガリウム系
化合物半導体からなる半導体と電極との直接の接触を実
現することが困難である主な原因は、大気中の酸素や水
との反応で生成する半導体層表面の酸化膜の除去の方法
が確立しておらず、半導体層の表面の清浄性を実現でき
ていないことであった。そこで本発明は、窒化ガリウム
系化合物半導体からなる半導体層の表面に電極を形成す
る半導体素子の電極の形成方法において、大気中の酸素
や水との反応で生成する半導体層表面の酸化膜の除去の
方法を確立し、半導体層と電極との直接の接触を実現す
ることによって、電極と半導体とのオーミック接触ある
いはショットキー接触を所望のように制御することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、窒化ガリウム
系化合物半導体（Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ：但し、０
≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）からなる半導
体層の表面に電極を形成する半導体素子の電極の形成方
法において、前記窒化ガリウム系化合物半導体からなる
半導体層の表面に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる
群から選ばれた少なくとも１種類の元素からなる保護層
を形成し、該保護層上に前記電極の材料を積層して電極
を形成することを特徴とする。

【００１０】本発明は、前記保護層が、１〜５原子層の
厚さであることが好ましい。また本発明は、前記窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる半導体層が、ｐ型の導電
性を有する場合に特に有効に用いることができる。

【００１１】また本発明は、前記保護層を、前記窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる半導体層の表面に、Ｐ、
Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から選ばれた少なくと
も１種類の元素を蒸着することにより形成することがで
きる。更に本発明は、前記窒化ガリウム系化合物半導体
からなる半導体層が、分子線エピタキシャル成長装置内
で分子線エピタキシー法により積層され、該半導体層の
積層に引き続き、前記分子線エピタキシャル成長装置内
で、前記窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体層
の表面に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から選
ばれた少なくとも１種類の元素を蒸着することにより、
前記保護層を形成するのが特に好ましい。

【００１２】また本発明は、前記保護層を、Ｐ、Ａｓ、
Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から選ばれた少なくとも１種
類の元素を含む化合物を熱分解し、該元素を前記窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる半導体層の表面に堆積さ
せることにより形成することができる。更に本発明は、
前記窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体層が、
有機金属化学気相成長装置内で有機金属化学気相成長法
により積層され、該半導体層の積層に引き続き、前記有
機金属化学気相成長装置内で、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓ
ｅよりなる群から選ばれた少なくとも１種類の元素を含
む化合物を熱分解し、該元素を前記窒化ガリウム系化合
物半導体からなる半導体層の表面に堆積させることによ
り、前記保護層を形成するのが特に好ましい。

【００１３】本発明は、前記電極の最も半導体側に形成
される層が金属からなる場合に特に好適に用いることが
できる。特に本発明は、前記金属が、パラジウム（Ｐ
ｄ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）からなる群から選ばれ
た少なくとも１種類の金属からなる場合、電極と半導体
との接触を良好なオーミック接触とすることができる。
また本発明は、前記金属が、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｌ
（アルミニウム）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔ
ｉ）からなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属か
らなる場合、電極と半導体との接触を良好なショットキ
ー接触とすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者らは、前記の目的を達成
するために、大気中の酸素や水との反応で生成する半導
体層表面の酸化膜の除去の方法について鋭意検討を行っ
た結果、窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体層
の表面に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から選
ばれた少なくとも１種類の元素からなる保護層を形成
し、該保護層上に電極の材料を積層して電極を形成する
ことにより、半導体層表面の酸化膜を効果的に除去する
ことができることを見出した。

【００１５】すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体か
らなる半導体層が積層され、該半導体層の積層の工程に
引き続き、該半導体層の積層工程をおこなった成長装置
内で、すなわち半導体層を大気中に曝さずに、該半導体
層の表面に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から
選ばれた少なくとも１種類の元素からなる保護層を形成
した場合は、保護層が窒化ガリウム系化合物半導体層の
表面を覆っているため、半導体層表面はその後大気中に
曝された場合も空気と直接には接触せず、半導体層表面
に酸化膜が形成されるのを効果的に抑制することができ
た。

【００１６】さらに、窒化ガリウム系化合物半導体から
なる半導体層を積層し、一旦該半導体層を大気中に曝し
た場合であっても、その後該半導体層の表面に、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から選ばれた少なくとも
１種類の元素からなる保護層を形成することにより、半
導体層表面の酸化膜を効果的に除去することが可能であ
った。これは、大気中に曝すことにより窒化ガリウム系
化合物半導体層の表面に形成される酸化膜をなすＡｌ、
ＧａあるいはＩｎ（以下Ｇａ等という）の酸化物が、該
酸化膜上にＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から選
ばれた少なくとも１種類の元素からなる保護層を形成す
ることにより、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、ＳあるいはＳｅと反応
し、Ｇａ等と結合した酸素がＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓあるい
はＳｅと置換することにより、半導体層表面の酸化膜が
破壊されるためであると考えられる。

【００１７】本発明に係わるＶ族元素であるＰ、Ａｓ、
ＳｂあるいはVI族元素であるＳ、Ｓｅからなる保護層
は、１〜５原子層の厚さで、半導体層表面の酸化膜を効
果的に除去することができる。この場合、保護層をなす
Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、ＳあるいはＳｅは、窒化ガリウム系化
合物半導体層との接触界面において、窒化ガリウム系化
合物半導体層の窒素（Ｎ）の位置を占めるように配置
し、Ｇａ等と結合を形成すると考えられる。つまり、窒
化ガリウム系化合物半導体層の表面がＧａ等で終端され
ている面である場合は、保護層をなすＰ、Ａｓ、Ｓｂ、
ＳあるいはＳｅはＧａ等に結合して表面を覆う。また、
窒化ガリウム系化合物半導体層の表面がＮで終端されて
いる面である場合には、保護層をなすＰ、Ａｓ、Ｓｂ、
ＳあるいはＳｅはＮと置き換わってＧａ等との結合を形
成し表面を覆う。

【００１８】保護層をなすＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓあるいは
Ｓｅは、その上に電極材料、特に金属からなる電極材料
を蒸着することによって、半導体層表面から容易に除去
することができる。すなわち、保護層上に金属からなる
電極材料を蒸着した場合、保護層をなすＰ、Ａｓ、Ｓ
ｂ、ＳあるいはＳｅは、蒸着した金属の層に取り込まれ
て、金属層の表面に浮き出す。この結果、蒸着された金
属は窒化ガリウム系化合物半導体層に直接接触すること
になる。特に保護層を１〜５原子層の厚さとした場合に
は、保護層が非常に薄いため、電極材料、特に金属から
なる電極材料を蒸着した場合に、上記のようにして半導
体層表面から保護層を除去し、蒸着された金属と窒化ガ
リウム系化合物半導体層とを直接接触させることは極め
て容易である。

【００１９】本発明の保護層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法
による窒化ガリウム系化合物半導体層の成長の工程が終
了した後に、引き続き同じ有機金属化学気相成長装置
（ＭＯＣＶＤ装置）内に、ＰＨ₃ 、ＡｓＨ₃ 、ＳｂＨ
₃ 、Ｈ₂ Ｓ、Ｈ₂ Ｓｅなどの化合物を流通し、該化合物
を熱分解することにより、窒化ガリウム系化合物半導体
層表面に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から選
ばれた少なくとも１種類の元素を堆積させることによ
り、形成することができる。あるいは、ＭＢＥ法による
窒化ガリウム系化合物半導体層の成長の工程の終了した
後に、引き続き同じ分子線エピタキシャル成長装置（Ｍ
ＢＥ装置）内で、窒化ガリウム系化合物半導体層の表面
に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から選ばれた
少なくとも１種類の元素を蒸着することにより、保護層
を形成することができる。

【００２０】また、窒化ガリウム系化合物半導体層を形
成した後、一旦該半導体層を大気に曝した場合でも、そ
の後例えばＭＢＥ装置やＭＯＣＶＤ装置を用いて上記と
同様な方法で、該半導体層上に本発明の保護層を形成す
ることができる。この場合、保護層の形成に先立って、
半導体層は湿式の表面処理を行うことが望ましい。

【００２１】保護層上に金属層を蒸着する前の表面処理
として、あるいは、上記のように半導体層上に保護層を
形成する前の表面処理として、湿式の表面処理を行うこ
とができる。湿式の表面処理は、有機溶剤処理、酸処理
を含むことができる。有機溶剤処理に用いる有機溶剤と
しては、アセトン、メタノール、エタノール、トリクレ
ン、などを用いることができる。また酸処理用の酸とし
ては、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、フッ酸、過酸化水
素、などを用いることができる。また、各処理に使う薬
液は以上に述べた２種類以上の薬品の混合物であっても
良い。更に、各処理は２回以上行っても良い。ここでい
う処理としては、揺動しながらの含浸の他に超音波を照
射しながらの含浸や煮沸をも含んで用いてもよい。この
ようなアセトンやエタノールなどの有機洗浄を行った
後、硫酸と過酸化水素の混合溶液で処理し、その後塩酸
で処理する方法を用いることが特に好ましい。

【００２２】本発明に係わる保護層を形成する場合、形
成する温度は３００度から７００度の間の温度を用いる
ことが好ましい。保護層の形成温度が３００度よりも低
いと、保護層をなすＰ、Ａｓ、Ｓｂ、ＳあるいはＳｅ
は、Ｎの位置に置き換わって、Ｇａ等との結合を形成す
ることができない。また、保護層の形成温度が７００度
よりも高温では、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、ＳあるいはＳｅから
なる保護層の形成速度よりも窒化ガリウム系化合物半導
体のエッチング速度が優位となり、半導体表面を荒ら
す。

【００２３】図１に、サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ
法で成長したＧａＮからなる層について、湿式の表面処
理を行っただけで測定した表面の真空紫外光光電子分光
法（ＵＰＳ）スペクトル１と、ＧａＮからなる層上にＡ
ｓからなる保護層を形成した後に測定した表面のＵＰＳ
スペクトル２を示す。測定に用いた試料は、本明細書の
実施例１で作製したものである。いずれのスペクトルで
も、５ｅＶ近くにＧａＮの価電子帯からの電子の放出に
由来するブロードなピーク３、４が検出される。これに
加えて、湿式の表面処理を行っただけの試料のスペクト
ル１では、８ｅＶ近辺に酸素の２ｐ軌道からの電子の放
出に由来するピーク５が検出され、表面に酸化膜が存在
していることを示している。一方、Ａｓからなる保護層
を形成した試料のスペクトル２では、酸素のピーク６は
弱くなっており酸化膜が除去されていることを示してい
る。

【００２４】また図２に、Ａｓからなる保護層を形成し
たＧａＮ試料の表面のＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）スペ
クトル７を示す。試料は実施例１で作製したものである
が、測定はＡｓからなる保護層を形成した反応炉から試
料を取り出し、大気に１日曝した後に行った。図２に示
したＸＰＳスペクトル７には、Ａｓの３ｄ軌道からの電
子の放出に由来するピーク８が、結合エネルギー４１．
４３ｅＶに現れている。このことより、ＭＢＥ装置内で
Ａｓビームを照射することにより、ＧａＮ半導体層の表
面にＡｓからなる層が形成されたことが判る。

【００２５】上記の試料を蒸着機に導入して、Ａｓから
なる保護層上にパラジウム（Ｐｄ）を蒸着した。Ｐｄは
窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体素子におい
て、電極材料として用いることができる金属である。Ｐ
ｄを蒸着した試料の表面で測定したＸＰＳスペクトル９
を図２に示した。スペクトル９において、Ａｓの３ｄ軌
道のピーク１０は４１．６３ｅＶに検出され、ピーク８
よりも高エネルギーの化学シフト値を示した。このこと
より、Ｐｄを蒸着した結果、Ａｓからなる保護層を形成
した状態で顕著であったイオン性のＡｓ−Ｇａ結合が破
壊され、共有性のＡｓ−Ａｓ結合性が強くなっているこ
とが推測される。また、形成したＰｄ層の膜厚は、測定
に用いた励起Ｘ線の浸透深さよりも厚い。ＡｓがＰｄ層
の下にあるならば、ピーク１０は検出されないはずであ
る。ピーク１０が検出されることより、ＡｓはＰｄ上に
存在することが示唆される。これらの考察より、ＧａＮ
層の表面に形成したＡｓの保護層は、Ｐｄの蒸着に伴っ
てＧａＮ表面から除去され、Ｐｄ層上に浮上したと考え
られる。尚、ここに示したＸＰＳスペクトルの強度は、
見やすいようにノーマライズしたものであり、ピークの
強度値には意味はない。上記の結果から、半導体層上に
形成した保護層は、該保護層上に電極材料である金属を
蒸着した際に金属層の表面に浮き出し、金属層が酸化膜
のない半導体表面に接触すると考えられる。この場合、
保護層の原子は窒化ガリウム系化合物半導体のＮの位置
に置き換わっているので、金属層は半導体層のＧａ層と
接触する。

【００２６】上記のようにして形成した電極において、
半導体層と金属からなる電極との界面に酸素が存在しな
いことは、界面の露出した試料についてＸＰＳを測定す
ることによって確認できる。上記の方法で作製した電極
のＧａＮとＰｄの界面で、ＸＰＳスペクトルを測定し
た。測定を行った５３０ｅＶ近辺のエネルギー領域に
は、もし酸素が存在すれば酸素の１ｓ軌道から放出され
る電子に由来するピークが検出される。しかしこの試料
では、ＸＰＳスペクトルにピークは検出されず、この界
面およびＰｄの層の中に存在する酸素の量はＸＰＳ測定
の検出下限以下であることが判った。

【００２７】このようにして形成されたＰｄからなる金
属の層とＧａＮからなる半導体の層とが直接接触した電
極は、電気的にも非常に良好なオーミック特性を示し
た。図３に、従来の湿式の表面処理を行ったｐ型ＧａＮ
層上に、図４に記載したような形状の異なる２つのＰｄ
電極を形成して測定した電流−電圧特性１１と、本発明
に係わるｐ型ＧａＮ層上にＡｓからなる保護層を形成
し、その上に図４に示したような、形状の異なる２つの
Ｐｄ電極を形成して測定した電流−電圧特性１２を示し
た。従来の方法によって形成した電極で測定された電流
−電圧特性１１はショットキー性の接触を示すが、本発
明によって形成した電極で測定された電流−電圧特性１
２はオーミック性の接触を示す。これは、従来の方法で
はＧａＮ層の表面に形成されている酸化膜が、本発明の
Ａｓからなる保護層の効果により除去され、電極である
金属と半導体結晶表面との間に直接の接触が実現されて
いることによると考えられる。

【００２８】一般に、ｐ型半導体と金属との直接の接触
が実現された場合、接触がショットキー性を示すか、オ
ーミック性を示すかは金属の仕事関数とｐ型半導体のバ
ンドの構造から一意に決まる。つまり、金属の仕事関数
が半導体の価電子帯よりも著しく小さいエネルギーであ
れば、金属から半導体に電子が流れ込み、半導体の正孔
を中和してしまうので、界面の半導体側にはショットキ
バリアが形成され、接触はショットキー性となる。ま
た、金属の仕事関数が半導体の価電子帯の近くにある場
合、逆に半導体側から金属の側に電子が流れ込み、ショ
ットキーバリアは形成されない。（深海登世司著、「半
導体工学」（１９８７）、東京電機大学出版局、８０〜
９３頁）従って、本発明により上記のように金属と半導
体との直接の接触が実現された場合、仕事関数に従って
金属を選択することだけで、半導体と金属の接触特性を
制御することができる。

【００２９】これまで、窒化ガリウム系化合物半導体、
特にｐ型の導電性を有する窒化ガリウム系化合物半導体
からなる半導体層に対しては、安定して接触特性を制御
することはできなかった。しかし本発明によれば、適当
な金属を電極材料として選ぶことにより、電極と半導体
とのオーミック接触あるいはショットキー接触を所望の
ように制御することができる。参考のため、表１にいく
つかの金属材料の仕事関数をまとめた。（須藤一著、
「電極および電極関連材料」（平成元年）、アイピーシ
ー出版部、１０７頁）

【００３０】

【表１】

【００３１】本発明では、電極材料である金属が、パラ
ジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）からなる群
から選ばれた少なくとも１種類の金属からなる場合、電
極と半導体との接触を良好なオーミック接触とすること
ができる。Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕなどの大きな仕事関数を持
つ金属はワイドバンドギャップ半導体のｐ型層に対する
オーミック性電極用金属として有効である。これら大き
な仕事関数を持つ金属が窒化ガリウム系化合物半導体と
直接に接触すると、窒化ガリウム系化合物半導体の価電
子帯よりも深いエネルギーに金属の仕事関数が位置する
ので金属と半導体の界面にバリアが形成されない。

【００３２】また本発明では、電極材料である金属が、
ニッケル（Ｎｉ）、Ａｌ（アルミニウム）、インジウム
（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）からなる群から選ばれた少な
くとも１種類の金属からなる場合、電極と半導体との接
触を良好なショットキー接触とすることができる。Ｎ
ｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉなどの小さな仕事関数を持つ金属
はワイドバンドギャップ半導体のｐ型層に対するショッ
トキー性電極用金属として有効である。これら小さな仕
事関数を持つ金属が酸化膜を挟まずに窒化ガリウム系化
合物半導体と直接に接触すると、窒化ガリウム系化合物
半導体の価電子帯よりも浅いエネルギーに金属の仕事関
数が位置するので金属と半導体の界面にバリアが形成さ
れ、効果的にショットキー接触を形成することができ
る。

【００３３】なお本発明では、特にオーミック性電極を
形成する場合、半導体層表面に電極を形成後、電極と半
導体との密着性を向上する目的で、熱処理を行うことが
できる。熱処理を行うことによって半導体表面と金属と
の間の反応が進行し、より強固な結合を形成するため、
電極の密着性が向上する。熱処理は、金属を酸化させな
いように、窒素やアルゴンガスなどを用いて、不活性雰
囲気中で行うことが望ましい。また、熱処理の温度は、
２００度以上、７００度以下とすることが望ましい。２
００度以下の温度では、密着性の向上をもたらす反応が
充分には進行せず、７００度以上の温度では、金属のボ
ールアップが生じることが多い。

【００３４】

【作用】窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体層
の表面に電極を形成する半導体素子の電極の形成方法に
おいて、前記窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導
体層の表面に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群か
ら選ばれた少なくとも１種類の元素からなる保護層を形
成し、該保護層上に前記電極の材料を積層して電極を形
成することにより、半導体層表面の酸化膜を効果的に除
去することができる。さらに保護層を構成する原子は、
その上に電極、特に金属からなる電極を蒸着した時に金
属層の上に浮き出し、窒化ガリウム系化合物半導体層と
金属からなる電極とは直接に接触する。

【００３５】上記のように半導体層表面の酸化膜を効果
的に除去し、電極と半導体との界面に酸素が存在しない
接触を実現することにより、電極として接触させる金属
を仕事関数に従って選択することにより、半導体層と電
極の電気的な接触を制御することができる。すなわち、
Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、などの仕事関数の小さい金属
を電極材料として用いることにより、ショットキー性接
触を実現し、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕなどの仕事関数の大きい
金属を電極材料として用いることによりオーミック性接
触を実現することが可能である。

【００３６】

【実施例】（実施例１）ＭＯＣＶＤ法で成長したｐ型Ｇ
ａＮ基板上に、成長を行ったのとは異なるＭＢＥ装置内
でＡｓからなる保護層を形成して、該保護層の上にＰｄ
電極を形成した例について記述する。ｐ型ＧａＮ基板の
成長には、III 族原料であるトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、およびドーパント源であるビスシクロペンタジエ
ニルマグネシウム（Ｃｐ₂ Ｍｇ）のバブラと、各バブラ
の温度を制御するための恒温槽、バブリングによって発
生した各化合物の蒸気を反応炉に導入するための配管
系、流量を制御するためのマスフローコントローラー、
および、Ｖ族原料であるアンモニア（ＮＨ₃ ）、キャリ
アガスであるアルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ₂ ）のボン
ベ、各ガスを反応炉に導入するための配管系、流量を制
御するためのマスフローコントローラーを装備したＭＯ
ＣＶＤ装置を用いた。

【００３７】ＭＯＣＶＤ法によるｐ型ＧａＮ基板の成長
は以下のように行った。まず、サファイア基板を、加熱
用のｒｆコイルの中に設置された石英製の反応炉の中に
導入した。サファイア基板は、加熱用のカーボン製サセ
プター上に載置した。試料を導入後、反応炉内を真空引
きして空気を排出した後、Ａｒガスを流通して反応炉内
をパージした。Ａｒガスを３０分間に渡って流通した
後、ｒｆ加熱装置を作動させ、１時間をかけて基板温度
を１１００度に昇温した。基板温度を１１００度に保っ
たまま、Ｈ₂ ガスとＡｒガスを流通させながら３０分間
放置して、基板のサーマルクリーニングを行った。サー
マルクリーニングを行っている間に、反応炉に接続され
たＴＭＧ、Ｃｐ₂Ｍｇのバブラの温度を調整するための
恒温槽に通電して、各バブラの温度を調整すると同時
に、バブラの配管にＨ₂ キャリアガスを流通して、バブ
リングを開始した。バブリングによって発生した化合物
の蒸気は、成長工程が始まるまでは、キャリアガスと一
緒に除害装置への配管へ流通させ、除害装置を通して大
気中へ放出した。サーマルクリーニングの終了後、ｒｆ
加熱装置を調節して基板の温度を５００度に降温し、Ａ
ｒとＨ₂ の混合ガスからなるキャリアガスのバルブを切
り替え、反応炉内への供給を開始した。その１０分間後
に、ＴＭＧの配管系およびＮＨ₃の配管系のバルブを切
り替え、これらの化合物の反応炉内への流通を開始し
た。約５分間に渡ってバッファ層の成長を行ったあと、
ＴＭＧの配管系のバルブを切り替えて、ＴＭＧの供給を
停止し、バッファ層の成長を終了した。

【００３８】バッファ層形成後、基板温度を１１５０度
に昇温させた。昇温中、バッファ層が昇華しないよう
に、キャリアガスであるＡｒとＨ₂ に加えてＮＨ₃ の流
通を続けた。温度が安定したのを確認した後、ＴＭＧ、
Ｃｐ₂ Ｍｇの配管系のバルブを切り替え、これら化合物
の蒸気を含む気体を反応炉内へ流通させて、Ｍｇドープ
ＧａＮの成長を開始した。約１時間に渡って成長を行っ
たあと、ＴＭＧ、Ｃｐ₂ Ｍｇの配管系のバルブを切り替
え、反応炉への流通を終了して成長を停止した。成長を
終了後、ｒｆ加熱装置を制御して、基板の温度を室温ま
で降温した。降温中は、ＮＨ₃ の供給を行っていたが、
４５０度以下に温度が下がったのを確認後、供給を停止
した。その後、Ａｒガスを流通しながら試料温度を室温
まで降温し、試料を大気中に取り出した。

【００３９】以上の工程により、電極を形成する試料で
ある、サファイア基板上に膜厚５０ｎｍのＧａＮバッフ
ァ層を形成後、７×１０¹⁹ｃｍ^-3のＭｇをドープして形
成した３μｍの膜厚のＧａＮ層を有するＧａＮ基板を得
た。上記の成長後、ＭＯＣＶＤ反応炉から大気中に試料
を取り出し、熱処理用の炉に導入して、窒素雰囲気中で
８００度において３０分間の熱処理を行い、ｐ型キャリ
アを活性化させた。上記のサファイア基板上に形成した
ｐ型ＧａＮ層の一部を用いて、Ｈａｌｌ効果測定を行っ
たところ活性化処理後の正孔濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3で
あった。

【００４０】続いて、上記のｐ型ＧａＮ基板上にＡｓか
らなる保護層の成長を行った。保護層の成長は、導入用
のチャンバー、ＸＰＳの励起Ｘ線源と検出器を装備した
分析室、および基板加熱用の赤外線加熱装置とＡｓのセ
ルを搭載した反応用チャンバーを装備したＭＢＥ装置を
用いて行った。

【００４１】サファイア基板上に形成したｐ型ＧａＮ層
の試料を、表面に付着した有機物を除去するために、硫
酸と過酸化水素の１：１の混合溶液に１０分間含浸し
た。その後、イオン交換水の流水で５分間洗浄した。続
いて、表面に形成された酸化物を除去する目的で、同試
料を濃塩酸に１０分間含浸して、同様にイオン交換水の
流水で５分間洗浄した。洗浄終了後、乾燥させた窒素ガ
スで表面をブローして水滴を除去し、赤外線ランプで加
熱して３０分間乾燥させた。湿式の表面処理の終了した
試料を、導入用のチャンバーからＭＢＥ装置内に導入し
た。導入用のチャンバーから反応用のチャンバーに移送
した後、ＭＢＥの真空チャンバの圧力が１×１０^-11 Ｔ
ｏｒｒとなるまで真空引きした。真空度を確認した後、
赤外線加熱装置に通電して、１時間をかけて基板温度が
５５０度となるまで昇温した。

【００４２】試料の温度を昇温する間、Ａｓのセルの温
度を７００度となるように昇温して、Ａｓセル中にＡｓ
の蒸気を充満させておいた。試料の温度が安定するのを
１０分間待ってから、セルの射出口を遮っていたシャッ
タを開けて、Ａｓのビームの照射を開始した。基板温度
を保ったまま、１０分間にわたってシャッタを解放して
基板表面へのＡｓ照射を行ったのち、シャッタを閉じて
Ａｓの照射を停止した。

【００４３】Ａｓの照射を停止した後、試料の温度を室
温になるまで、１時間をかけて徐々に降温した。試料温
度が室温まで降温したのを確認後、試料を分析室に移送
してＸＰＳスペクトルを測定した。Ａｓの３ｄ軌道に由
来するピークが検出され、ＧａＮ表面にはＡｓ層が形成
されていることが確認された。また、同時に測定したＧ
ａの３ｄ軌道に由来するピークの強度を、ＧａＮ層を形
成しただけの試料と上記のようにその上にＡｓビームを
照射した試料とで比較し、励起Ｘ線の浸透深さを用いて
計算すると、上記の試料でＡｓの存在する膜厚は約０．
１から０．２ｎｍ程度と計算できた。この膜厚はＧａＮ
結晶の１乃至２原子層に相当する。

【００４４】以上の工程によってＡｓからなる保護層を
形成した試料に、以下の手順に従って、電極と半導体と
の接触の電流−電圧特性を測定するのに一般的に用いら
れる、プラナー電極１３とドット電極１４の対からなる
電極のパターンを形成した。電極の形状を図４に示す。
プラナー電極１３とドット電極１４の材質は共にＰｄと
し、ドット電極１４は直径１００μｍであり、プラナー
電極１３との間隔は３μｍである。プラナー電極１３の
面積はドット電極１４の面積の１０倍以上とした。始め
に以下に述べる工程に従って、Ａｓからなる保護層を形
成したｐ型ＧａＮ層上にＰｄよりなる層を形成した。試
料を、真空蒸着機の電子線加熱方式の加熱装置がついた
真空チャンバーに導入し、３×１０^-6Ｔｏｒｒまで真空
引きした。真空度を確認後に電子線の発生を開始し、マ
グネシア（ＭｇＯ₂ ）製のカップに入れた、蒸着源であ
るＰｄ片に照射して、これを融解した。チャンバに付け
られた窓部から目視でＰｄの融解を確認した後、蒸着材
料と試料の間を遮っていたシャッターを開けてＰｄの蒸
着を開始した。水晶振動子式の膜厚計で蒸着膜の厚みを
モニターしながら蒸着を続け、５００ｎｍになったとこ
ろで、シャッターを閉じて蒸着を終了した。

【００４５】真空チャンバから取り出した試料に、一般
にフォトリソグラフィーと呼ばれる手法によって、レジ
スト製のマスクによって測定用の電極パターンを形成し
た。マスクはプラナー電極部分１３とドット電極部分１
４を保護し、その他の部分を露出した。基板を塩酸に１
０分間含浸した後、イオン交換水の流水で５分間洗浄し
た。洗浄後の基板では、マスクが存在しない部分、つま
り２つの電極の間に開いた間隔の部分のＰｄは除去され
ていた。その後、レジスト除去処理し、Ｐｄによる電極
が形成されたｐ型ＧａＮ層の試料を得た。

【００４６】このようにして電極を形成した試料におい
て、プラナー電極１３とドット電極１４の間の電流−電
圧特性を測定した。プラナー電極１３は大きな面積で形
成されているので、ドット電極１４の接触抵抗に比較す
ると無視することができる。よって、これらの電極の間
で測定した電流−電圧特性はドット電極１４の接触の特
性と見なすことが可能である。結果は図３に示すよう
に、電流−電圧特性１２はオーミック性を示し、その接
触抵抗は約１×１０^-4Ω・ｃｍ² であることが判った。

【００４７】電極の形成された試料を加工して電極と半
導体の界面が露出した断面試料を作製した。断面透過型
電子顕微鏡（ＴＥＭ）の観察を行ったところ、同試料で
は電極層と半導体層の界面周辺には、酸化物によると思
われる層は存在していなかった。また、上で作製した断
面の露出した試料についてＸＰＳ測定を行った。Ｐｄか
らなる電極層と半導体との界面からも、Ｐｄの層自体か
らも、酸素は検出されなかった。

【００４８】（比較例１）比較のため、従来方法の電極
を以下の様にして作製した。ｐ型ＧａＮ基板としては、
実施例１と同じ試料を用いた。熱処理によって活性化し
たｐ型ＧａＮ基板は、ｐ型ＧａＮ層上へのＡｓからなる
保護層の形成は行なわず、硫酸と過酸化水素の混合溶液
で湿式処理を行って水洗し、その後塩酸に含浸して水洗
した。この試料を蒸着装置に導入し、電子線加熱方式に
よって実施例１と同様の手順でＰｄを蒸着した。全面に
Ｐｄを蒸着された試料に、実施例１と同じ手法に従って
パターニング処理し、図４に示す形状の電極を形成し
た。電極を形成したｐ型ＧａＮ基板は、不活性ガス中で
５５０℃において、３０分間の熱処理を行った。この電
極で電流−電圧特性を測定したところ、図３に示すよう
に測定された電流−電圧特性１１は、ショットキー性の
接触を示した。

【００４９】比較例１で作製した試料について、実施例
１と同様に加工を行い電極と半導体の界面が露出した断
面試料を作製した。同試料で断面ＴＥＭの観察を行った
ところ、電極層と半導体層の界面には、膜厚１ｎｍ程度
の薄い層が存在する事が判った。またＸＰＳにより、こ
の界面近くからは微量の酸素が検出された。ＸＰＳでは
広い領域からの信号を検出しているのでＧａＮ層とＰｄ
層の界面にある１ｎｍの層の組成を厳密に分析すること
はできない。しかし得られたデータから、この薄い層が
酸化物の層であると考えるのが妥当である。すなわち上
記の結果より、本比較例ではＧａＮ層とＰｄ層の界面に
酸化膜が存在し、熱処理を行った後も、微量に残ってい
るものと思われる。

【００５０】（実施例２）ＭＯＣＶＤ法でサファイア基
板上に成長したｐ型ＡｌＧａＮ基板の上に、成長の工程
を行ったのと同じ反応炉内で、連続して形成した燐
（Ｐ）からなる保護層を用いて、実施例１と同様のＰｄ
電極を形成した。ｐ型ＡｌＧａＮ半導体層の成長には、
III 族原料であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）および
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ドーパント源であ
るビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂ Ｍ
ｇ）のバブラと、各バブラの温度を制御するための恒温
槽、バブリングによって発生した各化合物の蒸気を反応
炉に導入するための配管系、流量を制御するためのマス
フローコントローラー、および、Ｖ族原料であるアンモ
ニア（ＮＨ₃ ）、保護層の材料であるホスフィン（ＰＨ
₃ ）、キャリアガスであるアルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ
₂ ）のボンベ、各ガスを反応炉に導入するための配管
系、流量を制御するためのマスフローコントローラーを
装備したＭＯＣＶＤ装置を用いた。

【００５１】始めに、サファイア基板上に、膜厚２０ｎ
ｍのＡｌＮバッファ層を形成後、１×１０²⁰ｃｍ^-3のＭ
ｇをドープしたＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ膜を以下のようにし
て作製した。まず、サファイア基板を、加熱用のｒｆコ
イルの中に設置された石英製の反応炉の中に導入した。
サファイア基板は、加熱用のカーボン製サセプター上に
載置した。試料を導入後、反応炉内を真空引きして空気
を排出した後、Ａｒガスを流通して反応炉内をパージし
た。Ａｒガスを３０分間に渡って流通した後、ｒｆ加熱
装置を作動させ１時間をかけて、基板温度を１１００度
に昇温した。基板温度を１１００度に保ったまま、Ｈ₂
ガスとＡｒガスを流通させながら３０分間放置して、基
板のサーマルクリーニングを行った。サーマルクリーニ
ング中に、反応炉に接続されたＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ₂
Ｍｇのバブラの温度を調整するための恒温槽に通電し
て、各バブラの温度を調整すると同時に、バブラの配管
にＨ₂ キャリアガスを流通して、バブリングを開始し
た。バブリングによって発生した化合物の蒸気は、成長
工程が始まるまでは、キャリアガスと一緒に除害装置へ
繋がる配管へ流通させ、除害装置を通して大気中に放出
した。サーマルクリーニング後、ｒｆ加熱装置を調節し
て基板の温度を５５０度に降温し、ＡｒとＨ₂ の混合ガ
スからなるキャリアガスのバルブを切り替え、反応炉内
への供給を開始した。その１０分間後に、ＴＭＡの配管
系およびＮＨ₃ の配管系のバルブを切り替え、これらの
化合物の反応炉内への流通を開始した。約２分間に渡っ
てバッファ層の成長を行ったあと、ＴＭＡの配管系のバ
ルブを切り替えて、ＴＭＡの供給を停止し、バッファ層
の成長を停止した。

【００５２】バッファ層形成後、基板温度を１１５０度
に昇温させた。昇温中、バッファ層が昇華しないよう
に、キャリアガスであるＡｒとＨ₂ に加えてＮＨ₃ の流
通を続けた。温度が安定したのを確認した後、ＴＭＧ、
ＴＭＡ、Ｃｐ₂ Ｍｇの配管系のバルブを切り替え、これ
ら化合物の蒸気を含む気体を反応炉内へ流通させて、Ｍ
ｇドープＡｌＧａＮの成長を開始した。約１時間に渡っ
て成長を行ったあと、ＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ₂ Ｍｇの配
管系のバルブを切り替え、反応炉への流通を終了して成
長を停止した。成長の工程を終了後、ｒｆ加熱装置を制
御して試料の温度を８００度まで降温した。降温中は、
ＮＨ₃ の供給を行っていたが、８００度の温度が安定し
たのを確認後、供給を停止した。その後、３０分間に渡
ってＡｒガスを流通しながら、試料温度を８００度に保
って、ｐ型キャリアの活性化をおこなった。

【００５３】次に、上記の工程によって作成したｐ型Ａ
ｌＧａＮ上に、同じ反応炉内で、燐（Ｐ）からなる保護
層を作製する工程を行った。活性化処理が終了した後、
ｒｆ加熱装置を制御して、基板温度を５００℃まで降温
した。降温中、ＮＨ₃ ガスとＡｒ、Ｈ₂ ガスを流通して
おいた。温度の安定を確認後、ＰＨ₃ の供給バルブを開
け、同時にＮＨ₃ の供給バルブを閉じた。その後、試料
をその温度に保持しながら１０分間に渡ってＰＨ₃ を流
通した。このＰＨ₃ の流通により、試料のｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層の表面にはＰからなる保護層が形成された。１０分
間に渡ってＰＨ₃ を流通した後、ｒｆ加熱装置を切っ
て、基板温度を室温まで降温した。試料温度が室温まで
降温したのを確認したあと、反応室内を真空引きし、Ａ
ｒガスでパージして、試料を大気中に取り出した。

【００５４】この試料上に実施例１と同様にしてＰｄを
蒸着し、実施例１と同様にしてパターニングを行った。
２種類の形状のＰｄ電極にプローブ針をあてて電流−電
圧特性を測定したところ、オーミック性の特性を示し
た。接触抵抗値は、１．５×１０^-4Ω・ｃｍ² であっ
た。

【００５５】（実施例３）実施例２と同じ、サファイア
基板上に形成されたｐ型のＡｌＧａＮ層上に、実施例２
に用いたのと同型のＭＯＣＶＤ装置において、ＰＨ₃ ガ
スの流通系に換えて、アンチモン化水素（ＳｂＨ₃ ）の
ガスボンベ、これを反応炉に流通させるための配管系、
流量を制御するためのマスフローコントローラーを装備
したＭＯＣＶＤ装置を用いて、アンチモン（Ｓｂ）から
なる保護層を形成した。形成する手順は、ほぼ実施例２
にならい、保護層を形成する工程における試料温度を４
５０度として、この工程において流通するガスをＰＨ₃
に換えてＳｂＨ₃ とした。Ｓｂからなる保護層を形成
後、大気中に試料を取り出し、蒸着機に導入して、Ｐｄ
からなる電極層を形成した。

【００５６】この試料上に、実施例２と同様にして電極
のパターニングを行った。２種類の形状のＰｄ電極にプ
ローブ針をあてて電流−電圧特性を測定したところ、オ
ーミック性の特性を示した。接触抵抗値は、１．７×１
０^-4Ω・ｃｍ² であった。

【００５７】（実施例４）ＭＢＥ法で形成したｐ型Ｇａ
Ｎ基板上に、成長を行ったのと同じＭＢＥ装置内で、硫
黄（Ｓ）からなる保護層を形成し、実施例１と同様にＰ
ｄの電極を形成した。成長に用いたＭＢＥ装置は、III
族原料であるＧａのセル、ドーパントであるＭｇのセ
ル、保護層の材料であるＳのセル、および、Ｖ族原料で
あるＮＨ₃ ガスのボンベと、これを反応用のチャンバー
に導入するための配管系とその導入口、および、ＮＨ₃
をＮラジカル化するためのｒｆクラッカーを装備したＭ
ＢＥ装置を用いた。

【００５８】まず、サファイア基板上に、膜厚５０ｎｍ
のＧａＮ低温バッファを形成した後、１μｍの膜厚のＧ
ａＮを成長させ、その上に膜厚が５００ｎｍでＭｇが７
×１０¹⁹ｃｍ^-3程度ドープされたＧａＮ膜を、以下の手
順に従って形成した。始めに、サファイア基板を導入用
のチャンバーからＭＢＥの真空装置内に導入した。試料
を導入用のチャンバーから反応用のチャンバーに移送し
た後、反応用のチャンバーの圧力を１×１０^-11 Ｔｏｒ
ｒとなるまで真空引きした。真空度を確認後、赤外線加
熱装置を作動させて基板温度を１１００度に昇温した。
基板温度を１１００度に保ったまま、３０分間放置し
て、基板のサーマルクリーニングを終えた。サーマルク
リーニング後、基板の温度を５００度に降温して、Ｇａ
セルの射出口を遮っていたシャッターを解放し、同時
に、ＮＨ₃ の流通を開始しｒｆクラッカーの出力を上げ
て発生するＮラジカルのビームを同基板に向けて照射
し、２０分間に渡ってサファイア基板上に膜厚５０ｎｍ
のバッファ層の形成を行った。バッファ層形成後、基板
温度を９５０度に昇温させてＧａビームとＮラジカルの
ビームを照射して、膜厚１μｍのＧａＮ層を成長した。
その後、温度を８５０度に降温して、Ｇａビーム、およ
びＮラジカルのビームを照射し、同時にドーパントであ
るＭｇのビームも照射して、膜厚が５００ｎｍのＧａＮ
を成長した。

【００５９】以上の工程によって、サファイア基板上に
ｐ型ＧａＮ層の成長が終了した試料上に、Ｓからなる保
護層を形成した。成長の工程が終了後、赤外線加熱装置
を制御して、試料の温度を６００度となるようにした。
ＭｇをドープしたＧａＮ成長が終了してから、ＭＢＥ装
置の反応用のチャンバーに装備されたＳのセルの加熱装
置に通電して９００度とし、Ｓの蒸気を発生させて、セ
ル中にＳの蒸気を充満させておいた。試料温度が安定し
たのを確認してから、Ｓのセルの射出口を遮っていたシ
ャッターを開放して、試料に向かってＳビームを照射し
た。１０分間に渡ってＳのビームを照射した後、シャッ
ターを閉じてビームの照射を終了した。その後、加熱装
置を制御して、試料温度を室温まで下げた。室温まで降
温したのを確認後、反応用のチャンバーから導入用のチ
ャンバーに試料を移送し、試料を大気中に取り出した。

【００６０】この試料上に実施例１と同様にしてＰｄを
蒸着し、実施例１と同様にしてパターニングを行った。
２種類の形状のＰｄ電極にプローブ針をあてて電流−電
圧特性を測定したところ、オーミック性の特性を示し
た。接触抵抗値は、２．４×１０^-4Ω・ｃｍ² であっ
た。

【００６１】（実施例５）実施例４と同じ、サファイア
基板上にｐ型ＧａＮ層を形成した試料上に、実施例４に
用いたのと同型のＭＢＥ装置において、Ｓのセルに換え
てセレン（Ｓｅ）のセルを装備したＭＢＥ装置を用い
て、Ｓｅからなる保護層を形成した。保護層を形成する
手順は、ほぼ実施例４にならい、保護層形成工程におけ
る試料温度を３５０度として、この工程において照射す
るビームをＳに換えてＳｅとした。保護層を形成後、大
気中に試料を取り出し、蒸着機に導入して、Ａｕからな
る電極層を形成した。

【００６２】この試料上に、実施例３と同様にして電極
のパターニングを行った。２種類の形状のＡｕ電極にプ
ローブ針をあてて電流−電圧特性を測定したところ、オ
ーミック性の特性を示した。接触抵抗値は、２．１×１
０^-4Ω・ｃｍ² であった。

【００６３】（実施例６）実施例１と同じサファイア基
板上に形成したｐ型ＧａＮ層上に、同じ方法に従ってＡ
ｓからなる保護層を形成し、Ｐｔからなる電極を形成し
た。Ｐｔ電極を形成する手順は、ほぼ実施例１になら
い、電極形成工程における蒸着源をＰｔとした。２種類
の形状のＰｔ電極にプローブ針をあてて電流−電圧特性
を測定したところ、良好なオーミック性の接触を示し
た。接触抵抗値は、２．２×１０^-4Ω・ｃｍ² であっ
た。

【００６４】（実施例７）実施例１と同じサファイア基
板上に形成したｐ型ＧａＮ層上に、同じ方法に従ってＡ
ｓからなる保護層を形成し、以下の手順に従って、Ｐｄ
製のプラナー電極１３とＮｉ製のドット電極１４からな
る電気特性の測定パターンを形成した。パターンの平面
図は図４に示したものと同じである。まず始めに、試料
にタングステン（Ｗ）製のメタルマスクを被せて、実施
例１と同様の手順に従ってＰｄを蒸着した。メタルマス
クは直径１０３μｍの円形を覆う形状であり、蒸着作業
が終了すると試料上には直径１０３μｍの円形を除い
て、ほぼ全面にＰｄ製のプラナー電極１３が形成され
た。続いて、一般のフォトリソグラフィーの手法を用い
て試料上にレジスト製のパターンを形成した。レジスト
は、上記の手順によって形成されたプラナー電極１３
の、電極が形成されていない円形の部分１５の中央に、
直径１００μｍの円形の形状を残してほぼ全面を覆うパ
ターンとした。これを再び蒸着器に入れ、Ｎｉを蒸着し
た。蒸着の手順はＰｄを蒸着したときと同様とし、蒸着
源をＮｉとした。Ｎｉを蒸着した後、一般にリフトオフ
と呼ばれる手順に従ってレジストと共に不要な部分のＮ
ｉを剥離した。

【００６５】Ｎｉ製のドット電極１４にプラス側の、Ｐ
ｄ製のプラナー電極１３にマイナス側のプローブをあて
て、接触界面の電流−電圧特性を測定した。Ｐｄ製のプ
ラナー電極は大きな面積で形成されている上にオーミッ
ク性の接触をすることが判っているＰｄで形成されてい
るので、ドット電極の接触抵抗に比較すると無視するこ
とができる。よって、これらの電極の間で測定した電流
−電圧特性はドット電極の接触の特性と見なすことが可
能である。測定の結果、電流−電圧特性はドット電極か
らプラナー電極に電流を流す方向で、１μＡの電流を流
すための電圧が２０Ｖ以上であるような、良好なショッ
トキー性の接触を示した。

【００６６】（実施例８）実施例１と同じサファイア基
板上に形成したｐ型ＧａＮ層上に、同じ方法に従ってＡ
ｓからなる保護層を形成し、実施例７と同様のＰｄ製の
プラナー電極１３とＡｌ製のドット電極１４からなる、
特性測定用のパターンを形成した。パターンを形成する
手順は、ほぼ実施例７にならい、ドット電極形成工程に
おける蒸着源をＡｌとした。Ａｌ製のドット電極１４に
プラス側の、Ｐｄ製のプラナー電極１３にマイナス側の
プローブをあてて、接触界面の電流−電圧特性を測定し
た。測定の結果、電流−電圧特性はドット電極からプラ
ナー電極に電流を流す方向で、１μＡの電流を流すため
の電圧が２０Ｖ以上であるような、良好なショットキー
性の接触を示した。

【００６７】（実施例９）実施例１と同じサファイア基
板上に形成したｐ型ＧａＮ層上に、同じ方法に従ってＡ
ｓからなる保護層を形成し、実施例７と同様のＰｄ製の
プラナー電極１３とＴｉ製のドット電極１４からなる、
特性測定用のパターンを形成した。パターンを形成する
手順は、ほぼ実施例７にならい、ドット電極形成工程に
おける蒸着源をＴｉとした。Ｔｉ製のドット電極１４に
プラス側の、Ｐｄ製のプラナー電極１３にマイナス側の
プローブをあてて、接触界面の電流−電圧特性を測定し
た。測定の結果、電流−電圧特性はドット電極からプラ
ナー電極に電流を流す方向で、１μＡの電流を流すため
の電圧が２０Ｖ以上であるような、良好なショットキー
性の接触を示した。

【００６８】（実施例１０）実施例１と同じサファイア
基板上に形成したｐ型ＧａＮ上に、同じ方法に従ってＡ
ｓからなる保護層を形成し、実施例７と同様のＰｄ製の
プラナー電極１３とＩｎ製のドット電極１４からなる、
特性測定用のパターンを形成した。パターンを形成する
手順は、ほぼ実施例７にならい、ドット電極形成工程に
おける蒸着源をＩｎとした。Ｉｎ製のドット電極１４に
プラス側の、Ｐｄ製のプラナー電極１３にマイナス側の
プローブをあてて、接触界面の電流−電圧特性を測定し
た。測定の結果、電流−電圧特性はドット電極からプラ
ナー電極に電流を流す方向で、１μＡの電流を流すため
の電圧が２０Ｖ以上であるような、良好なショットキー
性の接触を示した。

【００６９】（実施例１１）本発明に係わる電極を用い
て、発光素子を作製した。作製に用いたエピタキシャル
基板は、ＭＯＣＶＤ法を用いて成長を行った、サファイ
ア基板上に、膜厚２０ｎｍのＡｌＮをバッファ層とし
て、膜厚１μｍでキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型
ＧａＮ層、膜厚５ｎｍのＩｎ_0.3 Ｇａ_0.7 Ｎ単一量子井
戸層、Ｍｇをドープした膜厚２００ｎｍのｐ型Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎ層、膜厚５００ｎｍでキャリア濃度５×１０
¹⁷ｃｍ^-3のＭｇドープｐ型ＧａＮ層を、順に積層した基
板である。

【００７０】上記のエピタキシャル基板にｐ型の電極を
形成する作業の前に、以下の手順に従って、Ａｓからな
る保護層を形成した。このエピタキシャル基板を硫酸と
過酸化水素の１：１の混合溶液に１０分間含浸したの
ち、イオン交換水の流水で５分間洗浄した。続いて同試
料を濃塩酸に１０分間含浸し、同様にイオン交換水の流
水で５分間洗浄した。洗浄終了後、乾燥させた窒素ガス
で表面をブローして水滴を除去した。

【００７１】この試料を、加熱用の赤外線加熱装置とＡ
ｓのセルを搭載した反応用チャンバーを装備したＭＢＥ
装置の、導入用チャンバーに導入した。試料を導入用の
チャンバーから反応用のチャンバーに移送した後、ＭＢ
Ｅの真空チャンバの圧力を１×１０^-11 Ｔｏｒｒとなる
まで真空引きした。真空度を確認した後、赤外線加熱装
置に通電して、１時間をかけて試料温度が５３０度とな
るまで昇温した。

【００７２】試料の温度を昇温する間、Ａｓのセルの温
度を７００度となるように昇温して、Ａｓセル中にＡｓ
の蒸気を充満させておいた。試料の温度が安定したのを
確認した後、セルの射出口を遮っていたシャッタを開け
てＡｓのビームの照射を開始した。１０分間にわたって
シャッタを解放し、試料表面にＡｓを照射したのち、シ
ャッタを閉じてＡｓの照射を停止した。Ａｓの照射を停
止した後、加熱装置を制御して基板温度を室温になるま
で降温した。降温したのを確認した後、試料を反応用チ
ャンバーから導入用のチャンバーに移送し、大気中に取
り出した。

【００７３】Ａｓによる保護層の形成を行った基板に、
図５に電極側から見た平面図を示すような発光素子用の
電極を形成し、図６にフレームに載置した状態の断面図
を示すような発光素子とした。発光素子の作製は以下の
ように行った。上記のエピタキシャル基板を、真空蒸着
機の電子線加熱方式の加熱装置がついた真空チャンバー
に導入し、３×１０^-6Ｔｏｒｒまで真空引きした。真空
度を確認後に電子線の発生を開始し、蒸着源であるＰｄ
片に照射してこれを融解した。チャンバに付けられた窓
部から目視でＰｄの融解を確認した後、蒸着源と試料の
間を遮っていたシャッターを開けてＰｄの蒸着を開始し
た。水晶振動子式の膜厚計で蒸着膜の厚みをモニターし
ながら蒸着を続け、５００ｎｍになったところで、シャ
ッターを閉じて蒸着を終了した。

【００７４】真空チャンバから取り出した基板に、一般
にフォトリソグラフィーと呼ばれる手法によって、レジ
ストでできたマスクによるパターンを形成した。マスク
は電極を形成したい部分を保護し、その他の部分を露出
した。この基板を塩酸と硝酸の混合溶液に１０分間含浸
した後、イオン交換水の流水で５分間洗浄した。洗浄後
の基板では、マスクが存在しない部分のＰｄは除去され
ていた。この基板をレジスト除去処理し、Ｐｄによるｐ
側電極１６が形成された基板を得た。

【００７５】更にその後、ドライエッチングによってｎ
側電極を形成する部分のｎ層を露出させ、ｎ層が露出し
た部分１８に、Ａｌよりなるｎ側電極１７を形成した。
このようにして素子電極パターンを形成したウエハを裏
面を研削、研磨してミラー状の面とした。その後、３５
０μｍ角のチップに切断し、電極面が下になるように、
リードフレーム１９上に載置して発光素子とした。サフ
ァイア基板の裏面側から発光を観察したところ、電流２
０ｍＡにおける発光出力が１２０μＷ、順方向電圧は
２．０Ｖを示した。順方向電圧が２．０Ｖと小さく、良
好な直接接触が実現していることを示している。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、窒化ガリウム系化合物
半導体（Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ：但し、０≦ｘ＜
１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体層の
表面に電極を形成する半導体素子の電極の形成方法にお
いて、電極と半導体とのオーミック接触あるいはショッ
トキー接触を所望のように制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＧａＮ層表面の真空紫外光光電子分光法（ＵＰ
Ｓ）スペクトルを示す図。

【図２】Ａｓ保護層を形成したＧａＮ層表面のＸ線光電
子分光法（ＸＰＳ）スペクトルを示す図。

【図３】ＧａＮ層上に形成された電極の電流−電圧特性
を示す図。

【図４】電流−電圧特性の測定に用いた電極の形状を示
す図。

【図５】実施例１１に係わる発光素子の電極側から見た
平面図。

【図６】実施例１１に係わる発光素子のフレームに載置
した状態の断面図。

【符号の説明】

１湿式の表面処理を行っただけのＧａＮ層表面のＵＰ
Ｓスペクトル２Ａｓ保護層を形成したＧａＮ層表面のＵＰＳスペク
トル３ＧａＮの価電子帯に由来するピーク４ＧａＮの価電子帯に由来するピーク５酸素の２ｐ軌道に由来するピーク６酸素の２ｐ軌道に由来するピーク７Ａｓ保護層を形成したＧａＮ層表面のＸＰＳスペク
トル８Ａｓの３ｄ軌道に由来するピーク９Ａｓ保護層上にＰｄを蒸着したＧａＮ層表面のＸＰ
Ｓスペクトル１０Ａｓの３ｄ軌道に由来するピーク１１従来法で形成したＰｄ電極の電流−電圧特性１２本発明の方法で形成したＰｄ電極の電流−電圧特
性１３プラナー電極１４ドット電極１５電極が形成されていない間隔の部分１６ｐ側電極１７ｎ側電極１８ｎ層の露出した部分１９リードフレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾嶋正治東京都文京区本郷７丁目３番１号東京大学大学院工学系研究科内 (72)発明者藤岡洋東京都文京区本郷７丁目３番１号東京大学大学院工学系研究科内 (72)発明者小野寛太東京都文京区本郷７丁目３番１号東京大学大学院工学系研究科内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ_x Ｇ
ａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ：但し、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０
＜ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体層の表面に電極を形成す
る半導体素子の電極の形成方法において、前記窒化ガリ
ウム系化合物半導体からなる半導体層の表面に、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓｅよりなる群から選ばれた少なくとも
１種類の元素からなる保護層を形成し、該保護層上に前
記電極の材料を積層して電極を形成することを特徴とす
る半導体素子の電極の形成方法。
【請求項２】前記保護層が、１〜５原子層の厚さであ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の電極の
形成方法。
【請求項３】前記窒化ガリウム系化合物半導体からな
る半導体層が、ｐ型の導電性を有することを特徴とする
請求項１または２記載の半導体素子の電極の形成方法。
【請求項４】前記保護層が、前記窒化ガリウム系化合
物半導体からなる半導体層の表面に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、
Ｓ、Ｓｅよりなる群から選ばれた少なくとも１種類の元
素を蒸着することにより形成されることを特徴とする請
求項１乃至３記載の半導体素子の電極の形成方法。
【請求項５】前記窒化ガリウム系化合物半導体からな
る半導体層が、分子線エピタキシャル成長装置内で分子
線エピタキシー法（ＭＢＥ法）により積層され、該半導
体層の積層に引き続き、前記分子線エピタキシャル成長
装置内で、前記保護層が形成されることを特徴とする請
求項４記載の半導体素子の電極の形成方法。
【請求項６】前記保護層が、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｓ
ｅよりなる群から選ばれた少なくとも１種類の元素を含
む化合物を熱分解し、該元素を前記窒化ガリウム系化合
物半導体からなる半導体層の表面に堆積させることによ
り形成されることを特徴とする請求項１乃至３記載の半
導体素子の電極の形成方法。
【請求項７】前記窒化ガリウム系化合物半導体からな
る半導体層が、有機金属化学気相成長装置内で有機金属
化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により積層され、該半
導体層の積層に引き続き、前記有機金属化学気相成長装
置内で、前記保護層が形成されることを特徴とする請求
項６記載の半導体素子の電極の形成方法。
【請求項８】前記電極の最も半導体側に形成される層
が、金属からなることを特徴とする請求項１乃至７記載
の半導体素子の電極の形成方法。
【請求項９】前記金属が、パラジウム（Ｐｄ）、白金
（Ｐｔ）、金（Ａｕ）からなる群から選ばれた少なくと
も１種類の金属からなることを特徴とする請求項８記載
の半導体素子の電極の形成方法。
【請求項１０】前記金属が、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｌ
（アルミニウム）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔ
ｉ）からなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属か
らなることを特徴とする請求項８記載の半導体素子の電
極の形成方法。