JPWO2005083761A1 - 窒化物半導体装置のオーム性電極構造 - Google Patents
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Abstract
Description
また、接触抵抗の経時変化が大きく、室温で低接触抵抗が得られていても、動作中に時間と共に接触抵抗が悪化するという問題があった。
さらに、例えば、上記特許文献1では、AlとTiが300℃付近の低温からゆっくり反応が進む。このため、高温動作時に徐々に電極が変化してしまい、コンタクト抵抗が劣化するという問題があった。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、高温保管に耐え、かつ動作時にも接触抵抗が劣化することのない窒化物半導体装置のオーム性電極を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明の第1の態様では、窒化物半導体を有する窒化物半導体装置のオーム性電極構造において、窒化物半導体上に形成された第1の金属膜と、第1の金属膜上に形成された第2の金属膜とを有し、第1の金属膜は、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、第2の金属膜は、第1の金属膜と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されている。
前記窒化物半導体は、GaN,AlN,InN及びその混合物を主成分とする半導体であることが好ましい。
前記第1の金属膜と前記窒化物半導体の間には、Si層が形成されていることが好ましい。このSi層は、前記窒化物半導体に対してn型ドーパントとして作用する。
また、本発明の第2の態様では、窒化物半導体を有する窒化物半導体装置のオーム性電極構造において、窒化物半導体上に形成された第1の金属膜と、第1の金属膜上に形成された第2の金属膜と、第2の金属膜上に形成された第3の金属膜とを有し、第1の金属膜は、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、第2の金属膜は、第1の金属膜と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、第3の金属膜は、第2の金属膜と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されている。
前記窒化物半導体は、GaN,AlN,InN及びその混合物を主成分とする半導体であることが好ましい。
前記第1の金属膜と前記窒化物半導体の間には、Si層が形成されていることが好ましい。このSi層は、前記窒化物半導体に対してn型ドーパントとして作用する。
本発明の窒化物半導体装置のオーム性電極は、Auの融点以上の融点を持つ金属を主成分として構成されており、高温動作時もしくは高温保管時に表面形状が変化しにくい。また、AlとTiが300℃付近の低温からゆっくり反応が進むのに対し、本発明の電極構造では、融点の低いAlを用いていないため合金化も進みにくく安定である。そのため、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できるオーミック電極が得られる。このように、高温でも安定な電極構造を用いることで、実際に通電して電極付近の温度が高くなっても、低コンタクト抵抗を維持でき、優れた素子特性を実現することができる。特に、高出力素子では素子の温度が高くなるため、その効果は顕著である。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
図3は、本発明の第3の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態を図1に示す。図1は本発明の第1の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
本発明のオーム性電極は、GaN系半導体等の窒化物半導体101上に第1の金属膜102、第2の金属膜103を順次形成する。その後、500℃以上の熱処理を行うことで形成される。
本実施の形態の窒化物半導体101は、例えば、GaN、AlN、InN及びその混合物を主成分とする半導体である。
また、第1の金属膜102は、例えば、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrのいずれか一つを含む金属膜である。
また、第2の金属膜103は、例えば、第1の金属膜102と異なるV、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auのいずれか一つを含む金属膜である。
本発明のオーム性電極は、窒化物半導体101としてAlGaN(例えばAl組成比0.3)を用いる。そして、第1の金属膜102としてNb層(例えば膜厚30nm)を、第2の金属膜103としてAu層(例えば膜厚200nm)をスパッタ蒸着し、1000℃の熱処理を行うことにより作製される。
このような電極構造とすることで、Nbの融点が2477℃と非常に高く、またAuの融点も1064℃と高いため、熱処理温度では溶解しない。また、合金化も進みにくく安定である。そのため、通電時に電極付近の温度が500℃まで上がっても3Ωmm以下の低コンタクト抵抗を実現できた。
なお、本実施例では第1の金属膜102としてNbを用いたが、第1の金属膜102としてはV、Mo、Ti、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrのいずれか一つを含む金属膜でもよく、もしくはSi、Nを混合しても良い。ただし、Siの混入比率によっては融点が低下する金属があるため、Siの混入比率は合金の融点が1000℃以上となる比率とすることが好ましい。
また、第2の金属膜103としてNbを用いたが、第1の金属膜102と異なるV、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
表1に実施例1において適用可能な第1の金属とその厚さの一例および第2の金属とその厚さの一例を示す。また各金属の融点を元素記号の下に示す。
また、本実施例では、第1及び第2の金属膜102,103をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等の他の方法で積層することも可能である。
更に、本実施例では、熱処理温度を1000℃としたが、熱処理温度は使用金属によって所望の温度とすることも可能である。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、800℃以上の熱処理を行うことが好ましい。また、熱処理の後、別途積層する場合は、目的に応じて、所望の金属を所望の厚さに積層することが可能である。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態を図2に示す。
図2は本発明の第2の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
本発明のオーム性電極は、GaN系半導体等の窒化物半導体201上に第1の金属膜202、第2の金属膜203及び第3の金属膜204を順次形成する。その後、500℃以上の熱処理を行うことで形成される。
本実施の形態の窒化物半導体201は、例えば、GaN、AlN、InN及びその混合物を主成分とする半導体である。
また、第1の金属膜202は、例えば、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrのいずれか一つを含む金属膜である。
また、第2の金属膜203は、例えば、第1の金属膜202と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auのいずれか一つを含む金属膜である。
また、第3の金属膜204は、例えば、第2の金属膜203と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auのいずれか一つを含む金属膜である。
本発明のオーム性電極は、窒化物半導体201としてAlGaN(例えばAl組成比0.3)を用いる。そして、第1の金属膜202としてNb層(例えば膜厚30nm)、第2の金属膜203としてPt層(例えば膜厚35nm)、第3の金属膜204としてAu層(例えば膜厚200nm)をスパッタ蒸着し、1000℃の熱処理を行うことにより作製される。
このような電極構造とすることで、Nbの融点が2477℃、Ptの融点が1768℃と非常に高く、またAuの融点も1064℃と高いため、熱処理温度では溶解しない。また、NbとAuの間にPtを挟むことで更に合金化が進みにくく安定である。そのため、通電時に電極付近の温度が500℃まで上がっても3Ωmm以下の低コンタクト抵抗を実現できた。
なお、本実施例では、第1の金属膜202としてNbを用いたが、第1の金属膜202としてはV、Mo、Ti、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrのいずれか一つを含む金属膜を用いてもよく、もしくはSi、Nを混合しても良い。ただし、Siの混入比率によっては融点が低下する金属があるため、Siの混入比率は合金の融点が1000℃以上となる比率とすることが好ましい。
また、本実施例では、第2の金属膜203としてPtを用いたが、第1の金属膜202と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
また、第3の金属膜204としてAuを用いたが、第2金属膜203と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
表2に、実施例2において適用可能な第1の金属とその厚さの一例、第2の金属とその厚さの一例および第3の金属とその厚さの一例を示す。また各金属の融点を元素記号の下に示す。
また、本実施例では、第1、第2及び第3の金属膜202,203,204をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等他の方法で積層することも可能である。
更に、本実施例では、熱処理温度を1000℃としたが、熱処理温度は使用金属によって所望の温度とすることが可能である。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、800℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
また、熱処理の後、別途積層する場合は、目的に応じて、所望の金属を所望の厚さに積層することも可能である。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態を図3に示す。
図3は本発明の第3の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
本発明のオーム性電極は、GaN系半導体等の窒化物半導体301上にSi層302、第1の金属膜303及び第2の金属膜304を順次形成する。その後、500℃以上の熱処理を行うことで形成される。
本実施の形態の窒化物半導体301は、例えば、GaN、AlN、InN及びその混合物を主成分とする半導体である。
また、第1の金属膜303は、例えばV、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrのいずれか一つを含む金属膜である。
また、第2の金属膜304は、例えば、第1の金属膜303と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auのいずれか一つを含む金属膜である。
本発明のオーム性電極は、窒化物半導体301としてAlGaN(例えばAl組成比0.3)を用いる。そして、Si層302(例えば膜厚3nm)、第1の金属膜303としてNb層(例えば膜厚30nm)、第2の金属膜304としてAu層(例えば膜厚200nm)を電子銃蒸着し、1000℃の熱処理を行うことにより作製される。
このような電極構造とすることで、Nbの融点が2477℃、Ptの融点が1768℃と非常に高く、またAuの融点も1064℃と高いため、熱処理温度では溶解しない。また、合金化が進みにくく安定である。更に、SiがAlGaNに対しn型ドーパントとして働くため、よりいっそうの低コンタクト抵抗化が図れる。そのため、通電時に電極付近の温度が500℃まで上がっても2Ωmm以下の低コンタクト抵抗を実現できた。
なお、本実施例では第1の金属膜303としてNbを用いたが、第1の金属膜としてはV、Mo、Ti、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrのいずれか一つを含む金属膜を使用してもよく、もしくはSi、Nを混合しても良い。ただし、Siの混入比率によっては融点が低下する金属があるため、Siの混入比率は合金の融点が1000℃以上となる比率とすることが好ましい。
また、第2の金属膜304としてAuを用いたが、第1の金属膜303と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
表3に、実施例3において適用可能な第1の金属とその厚さの一例、第2の金属とその厚さの一例を示す。また各金属の融点を元素記号の下に示す。
また、本実施例では、第1及び第2の金属膜303,304を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
更に、本実施例では、熱処理温度を1000℃としたが、熱処理温度は使用金属によって所望の温度とすることが可能である。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、800℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
また、熱処理の後、別途積層する場合は、目的に応じて、所望の金属を所望の厚さに積層することも可能である。
(他の実施の形態)
上記第2の実施の形態では、第1の金属膜202と窒化物半導体201の間にはSi層は形成されていないが(図2参照)、上記第3の実施の形態(図3参照)と同様に、第1の金属膜202と窒化物半導体201の間にSi層を形成しても良い。この場合、Si層は、窒化物半導体201に対してn型ドーパントとして作用する。
Claims (8)
- 窒化物半導体を有する窒化物半導体装置のオーム性電極構造において、
窒化物半導体上に形成された第1の金属膜と、
第1の金属膜上に形成された第2の金属膜とを有し、
第1の金属膜は、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、
第2の金属膜は、第1の金属膜と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されていることを特徴とする窒化物半導体装置の電極構造。 - 前記窒化物半導体は、GaN,AlN,InN及びその混合物を主成分とする半導体であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
- 前記第1の金属膜と前記窒化物半導体の間には、Si層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
- 前記Si層は、前記窒化物半導体に対してn型ドーパントとして作用することを特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
- 窒化物半導体を有する窒化物半導体装置のオーム性電極構造において、
窒化物半導体上に形成された第1の金属膜と、
第1の金属膜上に形成された第2の金属膜と、
第2の金属膜上に形成された第3の金属膜とを有し、
第1の金属膜は、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zrから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、
第2の金属膜は、第1の金属膜と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、
第3の金属膜は、第2の金属膜と異なる、V、Mo、Ti、Nb、W、Fe、Hf、Re、Ta、Zr、Pt、Auから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されていることを特徴とする窒化物半導体装置の電極構造。 - 前記窒化物半導体は、GaN,AlN,InN及びその混合物を主成分とする半導体であることを特徴とする請求項5に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
- 前記第1の金属膜と前記窒化物半導体の間には、Si層が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
- 前記Si層は、前記窒化物半導体に対してn型ドーパントとして作用することを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
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