TW201125174A - Compound semiconductor device - Google Patents

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201125174 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種化合物半導體元件。 【先前技術】 於專利文獻1中，揭示有一種對向電極結構之氮化物半 導體元件。於該氮化物半導體之呈現η極性之面，至少具 有（000-1)面以外之傾斜面，且形成有電極。又，該氮化物 半導體之呈現η極性之面係包括凹凸階差。進而，上述 (000-1)面以外之傾斜面，係形成於凹凸階差之階差側面， 且上述（000-1)面以外之傾斜面，係與（0004)面所成之傾斜 角為0.2度以上90度以下。於專利文獻2中，揭示有一種半 導體裝置（HFET(Heterostructure field effect 的心伽，異 質接面場效電晶體））。該HFET，係包括介隔緩衝層而形成 於SiC基板上之第1氮化物半導體[形成於該第丄氮化物 半導體層上且於該第i氮化物半導體層之上部生成二維電 子氣體層之第2氮化物半導體層、選擇性形成於該第2氮化 物半導體層上且具備電阻性之兩個電極。第2氮化物半導 體層’係具有包括底面或者壁面相對基板面傾斜之傾斜部 之剖面凹狀之接觸部，且具有電阻性之上述兩個電極形： W寻刊文默 1 7股 < 虱極十兰 ’形成有接觸電阻較低之η電極之半導體元件 導體元件’係㈣4極相接之部分，具有（ιιι族原^ 數）/(V族原子數）之值大於族原子之空孔區域。於專 15188 丨.doc 201125174 利文獻4中，揭示有一種氮化物半導體裝置。該氮化物半 導體裝置，係包括η型GaN基板、形成於n型GaN基板之主 面且包含p型區域及η型區域之半導體積層結構、與包含於 半導體積層結構中之ρ型區域之一部分接觸之ρ側電極、以 及設置於η型GaN基板之背面之η側電極。該氮化物半導體 裝置’係η型GaN基板之背面包含氮面，且該背面與η側電 極之界面中之碳濃度調整為5原子％以下。 先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1 :日本專利特開2004-172568號公報 專利文獻2 ··日本專利特開2005-129696號公報 專利文獻3 :日本專利特開2007-116076號公報 專利文獻4 :國際公開第WO 2006/0982 15號手冊 【發明内容】 發明所欲解決之問題 如上所述，於專利文獻1〜4中揭示有於化合物半導體中 設置有電極之構成。然而，於專利文獻1〜4之情形時，電 極之導電型之選擇（η型或者ρ型之選擇），並未能夠充分降 低電極之接觸電阻。因而’本發明係鑒於上述情況研製而 成者，其目的在於提供一種與電極之接觸電阻經降低之化 合物半導體元件。 解決問題之技術手段 本發明之一態樣之化合物半導體元件之特徵在於包括： 化合物半導體層，其係具有第1面及位於該第1面之相反側 151881.doc 201125174 之第2面且包含六方晶系化合物半導體；第丨電極，其設置 於上述化合物半導體層之上述第丨面；積層體，其具有設 於上述化合物半導體層之上述第2面上之複數層半導體 層，且由該複數層半導體層積層而成；以及第2電極，其 設置於上述積層體上；纟’上述第!面中所含之陰離子原 子數大於上述第1面中所含之陽離子原子數，上述第丨電極 係為η電極，上述第丨面之氧濃度係為5原子百分比以下， 上述化合物半導體層係包含ΠΙ族氮化物半導體、或者 SiC。電極之導電型之選擇’必需考慮到設有該電極之化 合物半導體層之表面之陰離子原子數及陽離子原子數或表 面之氧化濃度。根據本發明之一態樣，可藉由使設置有η 型之第1電極之面，成為陰離子原子數大於陽離子原子數 且陰離子原子之空孔相對較大之面，而降低第】電極與化 σ物半導體層之接觸電阻值。可藉由使設置第1電極之 面，成為氧濃度相對較低之面，而進一步降低第丨電極與 化合物半導體層之接觸電阻值。 於該化合物半導體元件中，上述11電極可含有包含M、 Ti、In、Au元素中之至少一個元素之材料，且上述第1面 之晶面指數（h、i、j、k)中所含之第4指數k可為負整數， 上述第1面可為{20-2-1}面及{1(M_1}面之任一面。 該化合物半導體元件，其特徵在於包括：化合物半導體 層，其係具有第1面及位於該第丨面之相反側之第2面且包 3 /、方晶系化合物半導體；第丨電極，其設置於上述化合 物半導體層之上述第1面；積層冑，其具有設於上述化合 15)88Kdoc 201125174 物半導體層之上述第2面上之複數層半導體層，且由該複 數層半導體層積層而成；以及第2電極，其設置於上述積 層體上；且，上述第1面中所含之陰離子原子數小於上述 第1面中所含之陽離子原子數，上述第丨電極係為卩電極， 上述第1面之氧濃度係為5原子百分比以下，上述化合物半 導體層係包含in族氮化物半導體、或者Sic。電極之導電 型之選擇，必需考慮到設有該電極之化合物半導體層之表 面之陰離子原子數及陽離子原子數或表面之氧化濃度。根 據該化合物半導體元件，可藉由使設置有p型之第1電極之 面，成為陽離子原子數大於陰離子原子數且陽離子原子之 空孔相對較大之面，而降低第1電極與化合物半導體層之 接觸電阻值。可藉由使設置第丨電極之面，成為氧濃度相 對較低之面，而進一步降低第丨電極與化合物半導體層之 接觸電阻值》 於該化合物半導體元件中，上述？電極可含有包含M、 Pt、Ni、Au、W元素中之至少一個元素之材料，上述第】 面之晶面指數（h、i、j、k)中所含之第4指數让可為正整 數，上述第1面可為{2〇·21}面及{1〇11}面之任一面。又， 該化合物半導體元件中，上述積層體可包括活化層。 發明之效果 根據本發明之各態樣’可提供_種與電極之接觸電阻經 降低之化合物半導體元件。 【實施方式】 以下，參照圖式，對本發明之較佳實施形態進行詳細說 151881.doc 201125174 明。再者，於圖式說明尹，可能之情況下，對同一要素標 註同一符號，並省略重複之說明。圖丨係表示實施形態之 化合物半導體元件之構成。圖】所示之化合物半導體元件】 係為LED(light-emitting diode，發光二極體）。化合物半導 體兀件1，係包括n基板3、n被覆層5、活化層7、p被覆層 9、接觸層U、n電極13&p電極15〇 n基板3係具有表面 S1、及位於表面si之相反側之表面52，且包含作為六方晶 系化合物半導體之GaN ’但亦可包含⑽等其他職氮化 物半導體、或者SiC。η基板3之表面si，係陰離子原子數 大於陽灕子原子數。於如此之陰離子原子數較大之情形 時’陰離子原子之空孔亦變多。由於陰離子原子之空孔可 視作等同於施體，故而’相應於陰離子原子之空孔，表面 S1之施體濃度(cm’亦變高。由於η基板3包含_，故而 陰離子原子係、對應為N原子，陽離子原子係對應為以原 子。藉此，表面S1包含之N原子多於以原子，因此，表面 Ό斤含之N原子之空孔亦變多。由於⑽子之空孔可視 作等同於施體’因此’相應於N原子之空孔，表面^之施 體濃度（咖·2)亦變高。因此，於如此之陰離子原子數大於 子原子數之表面S1設置電極之情形時，n電極之接觸 電阻低於p電極’故歐姆性提昇。因此，設置於n基板3之 表面S1上之電極成為η電極13。 之 氧 再 表面S1之氧濃度為5原子百分比以下，表面“上 氧化膜之膜厚為± 馬埃以下。表面S1之氧濃度越低，以及 化膜之膜厚越小，Pi丨盘η φ 剜興η電極π之接觸電阻變得越低。 151881.doc 201125174 者，表面s〗之晶面指數、丨 係於表面81上陰離m人 所έ之第4指數k， 含量多㈣料料之情形時 成為負整數（h、i、丨為# 一敕去 J為任整數），例如為（20-2-〗）、⑴_2_ 2)、（10-1-1)、及（1〇小3)等。 ^ , 4尤八，表面S〗若考慮到晶格 之對稱性，則可為{20-2_1}面、及{1〇小1}面 一 面。 此處’圖2(A)中對表面81之每—晶面指數表示設置於表 面以上之η電極13之接觸電阻值之實測值。如圖2㈧所 不，於表面3丨之晶面指數為（^)、（ιι_2_2)、㈨小 1)、及（ΗΜ-3)之情形時，亦即，表面Sl之晶面指數（卜 1、j、k)中所含之第4指數k為負整數之情形時，n電極η之 接觸電阻值達m.〇x1(r4ncm2左右以下，與此相對，於表 面 S1 之晶面指數（2〇_21)、（11_22)、（l(Mi)、及（1〇 丨3)之 情形時，亦即，表面S1之晶面指數（h、丨、」·、k)中所含之 第4指數k為正整數之情形時，n電極13之接觸電阻值達到 2.0x10 4 QCm2左右以上。如此般，可知指數让為負情形 時’ η電極13之接觸電阻值小於其為正之情形。 再者’與包含GaN之η基板3之表面S1相同，即便包含 GaN以外之其他m族氮化物半導體（例如GaAsf)、或§ic 之半導體之表面，亦於陰離子原子數大於陽離子原子數之 情形時，陰離子原子之空孔亦變多，因此，η電極之接觸 電阻低於ρ電極，故歐姆性提昇。如此之表面之晶面指數 (h、i、j、k)，係例如（20-2-1)、（11-2-2)、（10-1-1)、及 (10-1-3)等般’（h、丨、j、k)中所含之第4指數]^成為負整 151881.doc 201125174 數。 返回圖1進行說明。於n基板3之表面S2，設置有包含11被 覆層5、活化層7、p被覆層9、及接觸層丨i之積層體。η被 覆層5、活化層7、Ρ被覆層9及接觸層11，係依次積層於η 基板3上。η被覆層5係包含η型之In(}aN。活化層7，係包含 一層或者複數層障壁層、及一層或者複數層井層。障壁層 係包含例如GaN，井層係包含例如InGaN ^ p被覆層9係包 a p型之AlGaN ,接觸層11係包含p型之。 接觸層11 ’係包括位於與p被覆層9之界面（接觸層丨丨之 表面S4)之相反側且設置有p電極15之作為接觸層u之面之 表面S3。於接觸層丨丨之表面S4，設置有包含p被覆層9、活 化層7、η被覆層5及η基板3之積層體。接觸層丨丨之表面 S3，係與η基板3之表面S1之情形相反，陽離子原子數大於 陰離子原子數。如此般，於陽離子原子數較大之情形時， 陽離子原子之空孔亦變多。由於陽離子原子之空孔可視作 等同於受體，故而’相應於陽離子原子之空孔，表面以之 爻體濃度(cm·2)亦變高。由於接觸層u包含㈣，故而陰 離子原子係對應為N原子’陽離子原子係對應為以原子： 藉此’表面S3包含之Ga原子多㈣原子，因此，表面⑽ 所含之Ga原子之空孔亦變多。由於以原子之空孔可視作 等同於受體，因此’相應於以原子之空孔，表面s3之受體 濃度⑻)亦變高。因巾，於以此方式在陽離子原子數大 於陰離子原子數之表面S3設置電極之情形時，？電極之接 觸電阻低於η電極，故歐姆性提昇。因此，設置於接觸層 151881.doc 201125174 u之表面S3上之電極成為p電極15。再者，表面幻之晶面 才曰數（】k)中所含之第4指數k，係於表面S3上陽離 子原子之含量多於陰離子原子之情形時成為正整數(h、i、j 為任一整數），例如為（2G·21)、⑴-22)、（1(M1)、及〇〇_ 13)等。尤其’表面S3若考慮到晶格之對稱性，則可為 {20-21}面及{10-Π}面之任一面。 又表面S3之氧，辰度為5原子百分比以下，表面S3上之 氧化膜之膜厚為5G埃以下。表面S3之氧濃度越低，以及氧 化膜之膜厚越小，則與p電極15之接觸電阻變得越低。 此處’圖2(B)t對表面幻之每一晶面指數表示設置於表 面S3上之p電極15之接觸電阻值之實測值。圖2(⑴所示之 實測值，係對包含GaN之接觸層丨丨所測定者。如圖2⑻所 示，於表面S3之晶面指數為（2〇_21)、（1122)、（i〇ii)、 及（10-13)之情形時，亦即，表面幻之晶面指數、丨、』、㈡ t所含之第4指數k為正整數之情形時，p電極15之接觸電 阻值達到l.OxlO·3 Qcm2左右以下’與此相對，於表面§3之 晶面指數為（20-2-1)、（11-2-2)、（10-1-1)、及（1(M_3)之情 形時，亦即，表面S3之晶面指數（h、i、j、k)中所含之第4 指數k為負整數之情形時，p電極15之接觸電阻值達到 4.〇xl〇·3 Qcm2左右以上。如此般，可知指數k為正之情形 時’ P電極15之接觸電阻值小於其為負之情形。 再者’與包含GaN之接觸層11之表面S3相同，即便包含 N以外之其他ΙΠ族乳化物半導體（例如GaAs等）、或§ic 之半導體之表面’亦於陽離子原子數大於陰離子原子數之 151881.doc 201125174 情形時’陽離子原子之空孔亦變多，因此，P電極之接觸 電阻低於η電極’故而歐姆性提昇。如此之表面之晶面指 數（h、i、j、k)，係例如（20-21)、（11-22)、（10_u)、及 (10-13)等般’（h、i、j、k)中所含之第4指數k成為正整 數。 返回圖1進行說明。η電極13係設置於η基板3之表面S1 上，且與表面Si接觸。η電極13，係包括含有Αΐ、τί、 In、Au元素中之至少一個元素之材料，但亦可包括含有例 如Al、Au元素之材料^ p電極15，係設置於接觸層u之表 面S3上，且與表面S3接觸。p電極15，係包括含有pd、 Pt、Ni、Au、W元素中之至少一個元素之材料，但亦可包 括含有例如Pd、Au元素之材料、或者含有pt、Au元素之 材料。 其次，對化合物半導體元件丨之製造方法進行說明。首 先’準備η基板3。接著’於n基板3上，使n被覆層5、活化 層7、ρ被覆層9以及接觸層丨丨磊晶成長。繼而，其後於接 觸層11之表面S3上形成ρ電極15，且於η基板3之表面“上 形成η電極13。η電極13，係藉由首先利用電子束蒸鍍裝置 對Α1進灯蒸鑛’其後’利用電阻過熱型蒸鍍裝置對Au進行 蒸鍍而形成。p電極！ 5，係藉由首先利用電子束蒸鍍裝置 對Pd(或者Pt)進行蒸鑛，其後，利用電阻過熱型蒸鍵裝置 對Au進行蒸鍍而形成。再者，於n電極以及p電極Η之形 成前’對表面S1與表面83,實施用以將形成於η基板3之表 面S1 乂及接觸層u之表面§3上之氧化膜去除之表面處理。 151881.doc 12 201125174 對表面si而言，係使用丙酮及異丙醇，對表面81進行有機 清洗之後’再使用硫酸及雙氧水之混合液、氫敦酸、王 水、鹽酸進行表面處理之後，對八丨及^^^進行蒸鍍而形成1) 電極13 ^對於表面S3而言，係使用丙酮及異丙醇對表面S1 進行有機清洗之後，再使用硫酸及雙氧水之混合液、氫敗 酸、王水、鹽酸進行表面處理之後，對pd&Au進行蒸鍍， 或者對Pt以及Au進行蒸鑛而形成p電極15。 以上，於較佳實施形態中，圖式說明了本發明之原理， 而業者須認識到本發明在不脫離如此原理之情況下可於配 置及詳細内容方面進行變更。本發明並不限定於本實施形 態揭示之特定之構成。因此，將根據請求項之範圍及其精 神範圍對所有之修正及變更要求權利。具體而言既可將 包含六方晶系化合物半導體之半導體層（例如n基板3)、及 設置於該半導體層之表面中陰離子原子數較多之表面⑽ :’陰離子原子之空孔較多且晶面指數（h、i、j、k)中所 含之第4指數k為負整數之面，例如表面si)之n型電極（例 如η電極13)之構成’應用於其他元件（例如，a、蕭特基 二極體、電晶體及麵T等），亦可將包含六方晶系化合二 丰導體之半導體層（例如接觸層u)、及設置於該半導體層 之表面中陽離子原子數較多之表面(亦即，陽離子原子之 =面多且中所含之第4指數k為正 歹，如面S3)之p型電極（例如p電極15)之構成， 其他元件(例如，LD、蕭特基二極體、電晶體及 HEMT等）。 电日日趙次 15188J.doc 13 201125174 產業上之可利用性 本發明係為一 #肖電極之接觸電阻經降低之化合物半導 體凡件。可藉由使設置有0型電極之面成為陰離子原子數 大於陽離子原子數且陰離子原子之空孔相對較大之面，而 降低該電極與化合物半導體層之接觸電阻值。可藉由使設 置有該電極之面成為氧濃度相對較低之面，而進一步降低 該電極與化合物半導體層之接觸電阻值。 【圖式簡單說明】 圖1係表示實施形態之化合物半導體元件之構成之圖；及 圖2(A)、圖2(B)係用以說明實施形態之化合物半導體元 件之效果之圖表。 【主要元件符號說明】 1 化合物半導體元件 3 η基板 5 η被覆層 7 活化層 9 Ρ被覆層 11 接觸層 13 η電極 15 Ρ電極 SI 、 S2 、 S3 、 S4 表面 151881.doc 14·

Claims (1)

1. 201125174 七、申請專利範圍： 1· 一種化合物半導體元件，其特徵在於包括： 化合物帛導體層’其係具有第1面及位於該第1面之相 反側之第2面且包含六方晶系化合物半導體； - 第1電極，其没置於上述化合物半導體層之上述第2面； - 積層體，其具有設於上述化合物半導體層之上述第2 面上之複數層半導體層，由該複數層半導體層積層而 成；以及 第2電極，其設置於上述積層體上； 且，上述第1面中所含之陰離子原子數大於上述第1面 中所含之陽離子原子數， 上述第1電極係為η電極， 上述第1面之氧濃度係為5原子百分比以下， 上述化合物半導體層係包含m族氮化物半導體或者 SiC。 2.如請求項1之化合物半導體元件，其中 上述η電極係含有包含八丨、Ti、In、Au元素中之至少 一個元素之材料。 • 3.如請求項丨或2之化合物半導體元件，其中 上述第1面之晶面指數（h、丨、j、k)中所含之第4指數k 係為負整數。 4_如請求項1至3中任一項之化合物半導體元件其中 上述第1面係為{20-2-1}面及{1(Μ·1}面之任一面。 5· —種化合物半導體元件，其特徵在於包括： I5I881.doc 201125174 化合物半導體層’其係具有第1面及位於該第1面之相 反側之第2面且包含六方晶系化合物半導體； 第1電極’其設置於上述化合物半導體層之上述第1 面； 積層體，其具有設於上述化合物半導體層之上述第2 面上之複數層半導體層，且由該複數層半導體層積層而 成；以及 第2電極，其設置於上述積層體上； 且，上述第1面令所含之陰離子原子數小於上述第1面 中所含之陽離子原子數， 上述第1電極係為P電極， 上述第1面之氧濃度係為5原子百分比以下， 上述化合物半導體層係包含m族氮化物半導體、 SiC。 一 6.如請求項5之化合物半導體元件，其中 上述P電極係含有包含Pd、Pt、Ni、Au、贾元素中之 至少一個元素之材料β 、 如凊求項5或6之化合物半導體元件，其中 上述第1面之晶面指數（h、i、j、k)中所含之第4 係為正整數。 双κ 8·如請求項5至7中任-項之化合物半導體元件，其令 上述第1面係為{20-21}面及{ΐ〇-ΐυ面之任一面。 9.如„月求項！至8中任一項之化合物半導體元件，其令 上述積層體係包括活化層。 15188I.doc