JP2967743B2 - ｎ型窒化ガリウム系半導体のコンタクト電極及びその形成方法 - Google Patents
ｎ型窒化ガリウム系半導体のコンタクト電極及びその形成方法Info
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系半導
体を用いたデバイスのコンタクト電極及びその形成方法
に関し、特に低い接触抵抗を持つｎ型コンタクト電極及
びその形成方法に関する。
体を用いたデバイスのコンタクト電極及びその形成方法
に関し、特に低い接触抵抗を持つｎ型コンタクト電極及
びその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系材料を用いたデバイスの
ｎ型コンタクトは、多層あるいは合金電極とｎ型ＧａＮ
コンタクト層により比較的低い接触抵抗のものが得られ
ている。電極の例としては、特開平７−４５８６７号公
報（従来例１）にＴｉとＡｌの合金またはＴｉとＡｌの
多層膜が好ましいということが開示されている。
ｎ型コンタクトは、多層あるいは合金電極とｎ型ＧａＮ
コンタクト層により比較的低い接触抵抗のものが得られ
ている。電極の例としては、特開平７−４５８６７号公
報（従来例１）にＴｉとＡｌの合金またはＴｉとＡｌの
多層膜が好ましいということが開示されている。
【０００３】図４に従来例１のｎ型電極構造を示す。図
４に示すようにｎ型コンタクトの構造は、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１０１表面にＴｉ層１０２とＡｌ層１０３を
順に積層した電極を形成した構造になっている。このコ
ンタクト構造では４００℃以上の温度でのアニールでオ
ーミック特性が得られている。
４に示すようにｎ型コンタクトの構造は、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１０１表面にＴｉ層１０２とＡｌ層１０３を
順に積層した電極を形成した構造になっている。このコ
ンタクト構造では４００℃以上の温度でのアニールでオ
ーミック特性が得られている。
【０００４】従来例１と同様の電極構造の形成方法の一
例を従来例２として図５に示す（A.T. Ping他、Journal
of Electronic Materials, vol. 25, p819-824、199
6）。
例を従来例２として図５に示す（A.T. Ping他、Journal
of Electronic Materials, vol. 25, p819-824、199
6）。
【０００５】初めにｎ型ＧａＮコンタクト層１のドライ
エッチングを行ない（図５（ａ））、酸素プラズマアッ
シャー処理をした後（図５（ｂ））、前処理として塩酸
水溶液を用いてエッチングを行ない（図５（ｃ））、次
にＴｉ層１０２とＡｌ層１０３を順次形成した電極を形
成し（図５（ｄ））、最後に６５０℃の温度で３０秒間
のrapid thermal annealing （ＲＴＡ）行なう。
エッチングを行ない（図５（ａ））、酸素プラズマアッ
シャー処理をした後（図５（ｂ））、前処理として塩酸
水溶液を用いてエッチングを行ない（図５（ｃ））、次
にＴｉ層１０２とＡｌ層１０３を順次形成した電極を形
成し（図５（ｄ））、最後に６５０℃の温度で３０秒間
のrapid thermal annealing （ＲＴＡ）行なう。
【０００６】この場合はコンタクト抵抗値としては、６
×１０-6Ωｃｍ2 が得られている。コンタクト抵抗値
は、ＲＴＡ温度が５５０℃から７５０℃の範囲では大き
く変わらないが、５５０℃より低い温度のＲＴＡを行な
った場合及びアニールを行なわない場合はオーミック特
性が得られていない。
×１０-6Ωｃｍ2 が得られている。コンタクト抵抗値
は、ＲＴＡ温度が５５０℃から７５０℃の範囲では大き
く変わらないが、５５０℃より低い温度のＲＴＡを行な
った場合及びアニールを行なわない場合はオーミック特
性が得られていない。
【０００７】一方、従来例１の電極を改良した電極構造
が特開平７−２２１１０３号公報（従来例３）に開示さ
れている。従来例３にはｎ型半導体層側から順にＴｉと
Ａｌの２層金属膜あるいはｎ型半導体層上にＴｉとＡｌ
の合金を形成した後、Ａｌよりも高融点の金属を積層し
た電極構造が考案されている。Ａｌよりも高融点の金属
としては、Ａｕ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，
Ｃｕが挙げられており、特にＡｕ，Ｔｉ，Ｎｉがよいと
している。
が特開平７−２２１１０３号公報（従来例３）に開示さ
れている。従来例３にはｎ型半導体層側から順にＴｉと
Ａｌの２層金属膜あるいはｎ型半導体層上にＴｉとＡｌ
の合金を形成した後、Ａｌよりも高融点の金属を積層し
た電極構造が考案されている。Ａｌよりも高融点の金属
としては、Ａｕ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，
Ｃｕが挙げられており、特にＡｕ，Ｔｉ，Ｎｉがよいと
している。
【０００８】図６に、従来例３のｎ型コンタクト電極の
構造を示す。図６において、ｎ型コンタクトはｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１０１表面に順次積層されたＴｉ層１０
２、Ａｌ層１０３、Ｎｉ層１０４、Ａｕ層１０５とから
なっている。
構造を示す。図６において、ｎ型コンタクトはｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１０１表面に順次積層されたＴｉ層１０
２、Ａｌ層１０３、Ｎｉ層１０４、Ａｕ層１０５とから
なっている。
【０００９】この場合も従来例１の場合と同じく、４０
０℃以上の温度でのアニールでオーミック特性が得られ
る。
０℃以上の温度でのアニールでオーミック特性が得られ
る。
【００１０】従来例３のコンタクト電極の構造では、Ａ
ｌ層１０３が表面に析出するのをＮｉ層１０４が防止し
Ａｌの酸化を抑制している。このため、Ａｕ層１０５に
形成するボンディングワイヤが剥がれにくいという長所
を持っている。
ｌ層１０３が表面に析出するのをＮｉ層１０４が防止し
Ａｌの酸化を抑制している。このため、Ａｕ層１０５に
形成するボンディングワイヤが剥がれにくいという長所
を持っている。
【００１１】この従来例３の電極構造の形成方法の一例
を従来例４として図７に示す（Z. Fan他、Applied Phys
ics Letters 68、p1672-1674、1996）。
を従来例４として図７に示す（Z. Fan他、Applied Phys
ics Letters 68、p1672-1674、1996）。
【００１２】図７において、初めにｎ型ＧａＮコンタク
ト層１０１のドライエッチングを行ない（図７
（ａ））、ドライエッチング後、Ｔｉ層１０２とＡｌ層
１０３、Ｎｉ層１０４、Ａｕ層１０５を順次形成した電
極を形成し（図７（ｂ））、最後に９００℃の温度で３
０秒間のＲＴＡ行なう。この電極構造ではコンタクト抵
抗値としては、８．９×１０-8Ωｃｍ2 という、従来例
２よりも低い値が得られている。この場合、Ｎｉ層１０
４及びＡｌ層１０３が厚いことが重要であり、またＮｉ
とＡｕがｎ型ＧａＮコンタクト層１０１まで拡散しない
ことが低コンタクト抵抗を得るための要件となってい
る。アニールを行なわない場合のコンタクト抵抗値とし
ては、３．３×１０-6Ωｃｍ2 が報告されている。
ト層１０１のドライエッチングを行ない（図７
（ａ））、ドライエッチング後、Ｔｉ層１０２とＡｌ層
１０３、Ｎｉ層１０４、Ａｕ層１０５を順次形成した電
極を形成し（図７（ｂ））、最後に９００℃の温度で３
０秒間のＲＴＡ行なう。この電極構造ではコンタクト抵
抗値としては、８．９×１０-8Ωｃｍ2 という、従来例
２よりも低い値が得られている。この場合、Ｎｉ層１０
４及びＡｌ層１０３が厚いことが重要であり、またＮｉ
とＡｕがｎ型ＧａＮコンタクト層１０１まで拡散しない
ことが低コンタクト抵抗を得るための要件となってい
る。アニールを行なわない場合のコンタクト抵抗値とし
ては、３．３×１０-6Ωｃｍ2 が報告されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例４において
は、８．９×１０-8Ωｃｍ2 と報告された中では最小の
コンタクト抵抗値が得られているが、９００℃という非
常に高温のアニールは、デバイスを製作する場合に他の
電極や半導体膜、絶縁膜等を劣化させるため、デバイス
工程が非常に制限される。従って、アニール温度の低温
化が必要である。
は、８．９×１０-8Ωｃｍ2 と報告された中では最小の
コンタクト抵抗値が得られているが、９００℃という非
常に高温のアニールは、デバイスを製作する場合に他の
電極や半導体膜、絶縁膜等を劣化させるため、デバイス
工程が非常に制限される。従って、アニール温度の低温
化が必要である。
【００１４】また従来例４においてアニールを行なわな
い場合のコンタクト抵抗値として３．３×１０-6Ωｃｍ
2 が報告されているが、従来例４と同じ方法を用いてｎ
型コンタクトを形成し、コンタクト特性を測定したとこ
ろ、４００℃以下のアニール温度、あるいはアニールな
しではオーミック特性が得られなかった。これは、図７
（ａ）におけるドライエッチングにおけるｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１０１表面のダメージの差によるものと考え
られ、４００℃以下のアニール温度、あるいはアニール
なしでオーミック特性を再現性良く得ることは難しいと
考えられる。またアニールすることなくコンタクト層に
ダメージを多く与えたままではデバイス特性にとって好
ましくない。
い場合のコンタクト抵抗値として３．３×１０-6Ωｃｍ
2 が報告されているが、従来例４と同じ方法を用いてｎ
型コンタクトを形成し、コンタクト特性を測定したとこ
ろ、４００℃以下のアニール温度、あるいはアニールな
しではオーミック特性が得られなかった。これは、図７
（ａ）におけるドライエッチングにおけるｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１０１表面のダメージの差によるものと考え
られ、４００℃以下のアニール温度、あるいはアニール
なしでオーミック特性を再現性良く得ることは難しいと
考えられる。またアニールすることなくコンタクト層に
ダメージを多く与えたままではデバイス特性にとって好
ましくない。
【００１５】従来例１、３の電極構造および従来例２の
電極形成方法のいずれも、４００℃より低い温度、ある
いはアニールなしではオーミック特性は得られていな
い。このためより低温のアニール温度で低抵抗ｎコンタ
クトを形成する技術が望まれている。
電極形成方法のいずれも、４００℃より低い温度、ある
いはアニールなしではオーミック特性は得られていな
い。このためより低温のアニール温度で低抵抗ｎコンタ
クトを形成する技術が望まれている。
【００１６】またｎコンタクトの面積が大きくとれる場
合、コンタクト抵抗値がそれ程低くなくてもアニールな
しでオーミック特性が再現性良く得られるｎ型コンタク
トの形成方法があれば、デバイス製作工程が簡略され、
また工程の自由度が大きくなる。
合、コンタクト抵抗値がそれ程低くなくてもアニールな
しでオーミック特性が再現性良く得られるｎ型コンタク
トの形成方法があれば、デバイス製作工程が簡略され、
また工程の自由度が大きくなる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明のコンタクト電極
は、窒化ガリウム系半導体のｎ型コンタクト層の表面近
傍に高濃度の酸素ドープ層が形成され、前記酸素ドープ
層上に電極金属が形成されていることを特徴とする。
は、窒化ガリウム系半導体のｎ型コンタクト層の表面近
傍に高濃度の酸素ドープ層が形成され、前記酸素ドープ
層上に電極金属が形成されていることを特徴とする。
【００１８】また前記電極金属はコンタクト層側をＴｉ
としたＴｉとＡｌの金属多層膜、あるいはコンタクト層
側をＴｉとしたＴｉとＡｌの合金を含む金属多層膜であ
ることを特徴とする。さらに前記金属多層膜上にＰｔ層
を形成したことを特徴とする。
としたＴｉとＡｌの金属多層膜、あるいはコンタクト層
側をＴｉとしたＴｉとＡｌの合金を含む金属多層膜であ
ることを特徴とする。さらに前記金属多層膜上にＰｔ層
を形成したことを特徴とする。
【００１９】本発明のコンタクト電極の形成方法は、窒
化ガリウム系半導体のｎ型コンタクト層を酸素プラズマ
雰囲気に曝し、前記ｎ型コンタクト層表面に酸素ドープ
層を形成した後、前記酸素ドープ層上に電極金属を形成
することを特徴とする。
化ガリウム系半導体のｎ型コンタクト層を酸素プラズマ
雰囲気に曝し、前記ｎ型コンタクト層表面に酸素ドープ
層を形成した後、前記酸素ドープ層上に電極金属を形成
することを特徴とする。
【００２０】さらに前記電極金属を形成した後アニール
することを特徴とする。また前記アニール温度が５００
℃〜６００℃であることを特徴とする。
することを特徴とする。また前記アニール温度が５００
℃〜６００℃であることを特徴とする。
【００２１】本発明のコンタクト電極の形成方法は、窒
化ガリウム系半導体のｎ型コンタクト層をドライエッチ
ングした後、酸素プラズマ雰囲気に曝し前記ｎ型コンタ
クト層表面に酸素ドープ層を形成し、前記酸素ドープ層
上に電極金属を形成した後アニールすることを特徴とす
る。また前記アニール温度が６００℃〜８００℃である
ことを特徴とする。
化ガリウム系半導体のｎ型コンタクト層をドライエッチ
ングした後、酸素プラズマ雰囲気に曝し前記ｎ型コンタ
クト層表面に酸素ドープ層を形成し、前記酸素ドープ層
上に電極金属を形成した後アニールすることを特徴とす
る。また前記アニール温度が６００℃〜８００℃である
ことを特徴とする。
【００２２】さらに前記電極金属が前記ｎ型コンタクト
層に接したＴｉ及びこれと接するＡｌを含む金属多層
膜、または前記ｎ型コンタクト層に接したＴｉとＡｌの
合金を含む金属多層膜を含むことを特徴とする。また前
記金属多層膜上にＰｔ層を形成したことを特徴とする。
層に接したＴｉ及びこれと接するＡｌを含む金属多層
膜、または前記ｎ型コンタクト層に接したＴｉとＡｌの
合金を含む金属多層膜を含むことを特徴とする。また前
記金属多層膜上にＰｔ層を形成したことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明のコンタクト電極の実施形
態１では、コンタクト層となるｎ型窒化ガリウム系半導
体層の表面近傍に酸素ドープ層を形成し、この酸素ドー
プ層上に電極金属を形成している。ｎ型窒化ガリウム系
半導体層を酸素プラズマ雰囲気に曝した場合、酸素がｎ
型窒化ガリウム系半導体層に侵入し、ｎ型コンタクト層
となる窒化ガリウム系半導体層表面近傍に高濃度の酸素
ドナーが形成される。このためｎ型窒化ガリウム系半導
体で良好なドナーを形成することができ、抵抗の低いｎ
型コンタクト層が得られる。
態１では、コンタクト層となるｎ型窒化ガリウム系半導
体層の表面近傍に酸素ドープ層を形成し、この酸素ドー
プ層上に電極金属を形成している。ｎ型窒化ガリウム系
半導体層を酸素プラズマ雰囲気に曝した場合、酸素がｎ
型窒化ガリウム系半導体層に侵入し、ｎ型コンタクト層
となる窒化ガリウム系半導体層表面近傍に高濃度の酸素
ドナーが形成される。このためｎ型窒化ガリウム系半導
体で良好なドナーを形成することができ、抵抗の低いｎ
型コンタクト層が得られる。
【００２４】次に実施形態１のコンタクト電極の形成方
法について説明する。ｎ型コンタクト層となる窒化ガリ
ウム系半導体層の酸素ドナーの形成は、ｎ型コンタクト
層表面を酸素プラズマ雰囲気に曝すことにより得られ
る。酸素プラズマによりｎ型コンタクト層表面に酸素ド
ープ層を形成した後、この酸素ドープ層上に電極金属を
形成する。
法について説明する。ｎ型コンタクト層となる窒化ガリ
ウム系半導体層の酸素ドナーの形成は、ｎ型コンタクト
層表面を酸素プラズマ雰囲気に曝すことにより得られ
る。酸素プラズマによりｎ型コンタクト層表面に酸素ド
ープ層を形成した後、この酸素ドープ層上に電極金属を
形成する。
【００２５】また実施形態１の電極形成方法ではｎ型コ
ンタクト層に酸素ドナーを形成するだけではなく、酸素
プラズマ処理により、電極を形成する窒化ガリウム系半
導体のｎ型コンタクト層表面のカーボンを除去すること
ができ、良好なコンタクト界面が得られるという効果も
有している。
ンタクト層に酸素ドナーを形成するだけではなく、酸素
プラズマ処理により、電極を形成する窒化ガリウム系半
導体のｎ型コンタクト層表面のカーボンを除去すること
ができ、良好なコンタクト界面が得られるという効果も
有している。
【００２６】ここで実施形態１ではコンタクト層表面に
酸素ドープ層を形成した後、この酸素ドープ層上に電極
金属を形成しているが、これは従来例２のように酸素プ
ラズマ処理の後、酸処理を行なうと酸素が除去されるた
め酸素ドナーが減少してしまうためである。
酸素ドープ層を形成した後、この酸素ドープ層上に電極
金属を形成しているが、これは従来例２のように酸素プ
ラズマ処理の後、酸処理を行なうと酸素が除去されるた
め酸素ドナーが減少してしまうためである。
【００２７】実施形態１のように酸素プラズマ処理の後
にｎ型コンタクト層に対する酸処理を行なわず、酸素ド
ープ層表面に電極を形成すれば、アニールを行なわなく
てもオーミック性のｎ型コンタクトが再現性良く形成で
きる。
にｎ型コンタクト層に対する酸処理を行なわず、酸素ド
ープ層表面に電極を形成すれば、アニールを行なわなく
てもオーミック性のｎ型コンタクトが再現性良く形成で
きる。
【００２８】本発明の電極形成方法の実施形態２では、
実施形態１の電極形成方法において、電極金属を形成し
た後アニールしている。実施形態２ではアニールを行な
うことによって実施形態２より低抵抗のｎ型コンタクト
が得られるようになる。アニール温度は５００℃から６
００℃が特に好ましい。
実施形態１の電極形成方法において、電極金属を形成し
た後アニールしている。実施形態２ではアニールを行な
うことによって実施形態２より低抵抗のｎ型コンタクト
が得られるようになる。アニール温度は５００℃から６
００℃が特に好ましい。
【００２９】次に本発明の電極形成方法の実施形態３で
は、実施形態１の酸素プラズマ処理前にｎ型コンタクト
層となる窒化ガリウム系半導体層にドライエッチングを
施し、その後、ｎ型コンタクト層を酸素プラズマ雰囲気
に曝している。実施形態３ではドライエッチングを行う
ため、ｎ型コンタクト層表面付近に結晶欠陥が生成さ
れ、実施形態１の電極形成方法とは異なり５００℃以上
のアニールを行なわないとオーミック特性が得られない
が、特に６００℃程度の温度でのアニールによって実施
形態２の電極形成方法を用いた場合よりも更に低いコン
タクト抵抗が得られる。これは、ドライエッチングによ
り生成される結晶欠陥により、アニールの際に電極とコ
ンタクト層のアロイが促進されるためである。
は、実施形態１の酸素プラズマ処理前にｎ型コンタクト
層となる窒化ガリウム系半導体層にドライエッチングを
施し、その後、ｎ型コンタクト層を酸素プラズマ雰囲気
に曝している。実施形態３ではドライエッチングを行う
ため、ｎ型コンタクト層表面付近に結晶欠陥が生成さ
れ、実施形態１の電極形成方法とは異なり５００℃以上
のアニールを行なわないとオーミック特性が得られない
が、特に６００℃程度の温度でのアニールによって実施
形態２の電極形成方法を用いた場合よりも更に低いコン
タクト抵抗が得られる。これは、ドライエッチングによ
り生成される結晶欠陥により、アニールの際に電極とコ
ンタクト層のアロイが促進されるためである。
【００３０】
【実施例】本発明の実施形態１の実施例について図１を
用いて説明する。図１は本発明の実施例１を示す電極形
成方法の工程図である。
用いて説明する。図１は本発明の実施例１を示す電極形
成方法の工程図である。
【００３１】図１において、ｎ型ＧａＮコンタクト層１
表面の酸素プラズマアッシャー処理を行ない（図１
（ａ））、次にＴｉ層２、Ａｌ層３、Ｐｔ層４、Ａｕ層
５を順次形成した電極を形成する（図１（ｂ））。酸素
プラズマアッシングは、酸素圧力０．８torr、プラズマ
パワー２００Ｗ、アッシング時間２分の条件で行なっ
た。こうして作製されたｎコンタクト層の特性を測定し
たところ、［アニールなし］でオーミック特性が再現性
良く得られ、コンタクト抵抗値は５×１０-5Ωｃｍ2で
あった。
表面の酸素プラズマアッシャー処理を行ない（図１
（ａ））、次にＴｉ層２、Ａｌ層３、Ｐｔ層４、Ａｕ層
５を順次形成した電極を形成する（図１（ｂ））。酸素
プラズマアッシングは、酸素圧力０．８torr、プラズマ
パワー２００Ｗ、アッシング時間２分の条件で行なっ
た。こうして作製されたｎコンタクト層の特性を測定し
たところ、［アニールなし］でオーミック特性が再現性
良く得られ、コンタクト抵抗値は５×１０-5Ωｃｍ2で
あった。
【００３２】本実施例１のように酸素プラズマ処理の後
にｎ型コンタクト層に対する酸処理を行なわず、酸素ド
ープ層表面に電極を形成すれば、アニールを行なわなく
てもオーミック性のｎ型コンタクトが形成できる。
にｎ型コンタクト層に対する酸処理を行なわず、酸素ド
ープ層表面に電極を形成すれば、アニールを行なわなく
てもオーミック性のｎ型コンタクトが形成できる。
【００３３】本発明の実施形態２の実施例について説明
する。実施例２は、実施例１の電極形成方法を行なった
後に［５００℃３０秒間のＲＴＡ］を加えたものであ
る。実施例２の例では、オーミック特性がさらに再現性
良く得られ、コンタクト抵抗値は１．４×１０-6Ωｃｍ
2 と実施例１よりも低い抵抗のコンタクトが得られた。
する。実施例２は、実施例１の電極形成方法を行なった
後に［５００℃３０秒間のＲＴＡ］を加えたものであ
る。実施例２の例では、オーミック特性がさらに再現性
良く得られ、コンタクト抵抗値は１．４×１０-6Ωｃｍ
2 と実施例１よりも低い抵抗のコンタクトが得られた。
【００３４】本発明の実施形態３の実施例について図２
を用いて説明する。図２は本発明の実施例３を示す電極
形成方法の工程図である。
を用いて説明する。図２は本発明の実施例３を示す電極
形成方法の工程図である。
【００３５】図２において、初めにｎ型ＧａＮコンタク
ト層１のドライエッチングを行ない（図２（ａ））、次
に酸素プラズマアッシャー処理を行なった（図２
（ｂ））後、Ｔｉ層２、Ａｌ層３、Ｐｔ層４、Ａｕ層５
を順次形成した電極を形成し（図２（ｃ））、アニール
を行なった。酸素プラズマアッシングは前述の実施例１
と同じ条件で行ない、アニール条件としては［６００℃
３０秒間のＲＴＡ］を行なった。実施例３ではオーミッ
ク特性が最も再現性良く得られ、コンタクト抵抗値は
１．２×１０-8Ωｃｍ2 と従来例４よりもさらに低い値
が得られた。
ト層１のドライエッチングを行ない（図２（ａ））、次
に酸素プラズマアッシャー処理を行なった（図２
（ｂ））後、Ｔｉ層２、Ａｌ層３、Ｐｔ層４、Ａｕ層５
を順次形成した電極を形成し（図２（ｃ））、アニール
を行なった。酸素プラズマアッシングは前述の実施例１
と同じ条件で行ない、アニール条件としては［６００℃
３０秒間のＲＴＡ］を行なった。実施例３ではオーミッ
ク特性が最も再現性良く得られ、コンタクト抵抗値は
１．２×１０-8Ωｃｍ2 と従来例４よりもさらに低い値
が得られた。
【００３６】実施例１〜３は電極金属がｎ型コンタクト
層に接したＴｉ及びこれと接するＡｌを含む金属多層
膜、または前記ｎ型コンタクト層に接したＴｉとＡｌの
合金を含む金属多層膜を含む電極材料を用いた。
層に接したＴｉ及びこれと接するＡｌを含む金属多層
膜、または前記ｎ型コンタクト層に接したＴｉとＡｌの
合金を含む金属多層膜を含む電極材料を用いた。
【００３７】本実施例では、電極構造において金属多層
膜上にＰｔ層を形成しているが、Ｐｔ層は、Ａｌ層が電
極表面に拡散して酸化されるのを防ぎ、かつＡｕ層がＡ
ｌ層以下の層に拡散するのを防ぐ機能がある。
膜上にＰｔ層を形成しているが、Ｐｔ層は、Ａｌ層が電
極表面に拡散して酸化されるのを防ぎ、かつＡｕ層がＡ
ｌ層以下の層に拡散するのを防ぐ機能がある。
【００３８】これは、従来例３と４におけるＮｉ層１０
４と同じ機能であるが、Ｎｉに比べてＰｔは融点が高
く、この様な拡散防止の機能はＮｉよりも優れている。
また、高温のアニールではＮｉ自身が拡散するが、Ｐｔ
はこの様な拡散が殆ど起きない。
４と同じ機能であるが、Ｎｉに比べてＰｔは融点が高
く、この様な拡散防止の機能はＮｉよりも優れている。
また、高温のアニールではＮｉ自身が拡散するが、Ｐｔ
はこの様な拡散が殆ど起きない。
【００３９】図３に各電極形成方法におけるアニール温
度とコンタクト抵抗の変化の関係を示す。電極金属は全
てＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕである。またＲＴＡの温度に
対する依存性も示してある。ＲＴＡ時間は全ての場合に
ついて３０秒で一定とした。
度とコンタクト抵抗の変化の関係を示す。電極金属は全
てＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕである。またＲＴＡの温度に
対する依存性も示してある。ＲＴＡ時間は全ての場合に
ついて３０秒で一定とした。
【００４０】図３に於いては、●印で上記実施例１，２
と同じ電極形成方法を用いた場合のコンタクト抵抗を示
している。アニール温度が２０℃（アニール無）の場合
が実施例１、５００℃の場合が実施例２である。実施例
１、２それぞれの場合について、コンタクト抵抗値は５
×１０-5Ωｃｍ2 、１．４×１０-6Ωｃｍ2 であった。
と同じ電極形成方法を用いた場合のコンタクト抵抗を示
している。アニール温度が２０℃（アニール無）の場合
が実施例１、５００℃の場合が実施例２である。実施例
１、２それぞれの場合について、コンタクト抵抗値は５
×１０-5Ωｃｍ2 、１．４×１０-6Ωｃｍ2 であった。
【００４１】比較例１として、実施例１，２と同じ電極
形成方法に加えて、電極形成直前にｎ型ＧａＮコンタク
ト層１表面を酸処理し、酸素ドナーを減少させたときの
コンタクト抵抗値を、図３において×印で示す。比較例
１では、アニールを行なわない場合はオーミック特性が
再現性良く得られず、５００℃のアニールを行なって
も、実施例２の場合に比較して２桁程度コンタクト抵抗
が高くなった。
形成方法に加えて、電極形成直前にｎ型ＧａＮコンタク
ト層１表面を酸処理し、酸素ドナーを減少させたときの
コンタクト抵抗値を、図３において×印で示す。比較例
１では、アニールを行なわない場合はオーミック特性が
再現性良く得られず、５００℃のアニールを行なって
も、実施例２の場合に比較して２桁程度コンタクト抵抗
が高くなった。
【００４２】各実施例と比較例１の差は、特に５００℃
以下の温度のアニールに於いて顕著であった。
以下の温度のアニールに於いて顕著であった。
【００４３】比較例１に於いてコンタクト抵抗が高くな
った原因は、ｎ型ＧａＮコンタクト層１表面の酸処理に
よって、酸素プラズマ処理によって形成されたコンタク
ト層表面の酸素ドープ層が除去されたためと考えられ
る。
った原因は、ｎ型ＧａＮコンタクト層１表面の酸処理に
よって、酸素プラズマ処理によって形成されたコンタク
ト層表面の酸素ドープ層が除去されたためと考えられ
る。
【００４４】以上に示したように、本発明の実施例１の
電極形成方法を用いれば、アニールを行なわなくてもオ
ーミック特性が再現性良く得られる。この場合のコンタ
クト抵抗値は比較的高い値であるが、デバイス構造を工
夫しコンタクト面積が大きくとれる場合は問題がなく、
低温のデバイスプロセスが行なえるという利点がある。
電極形成方法を用いれば、アニールを行なわなくてもオ
ーミック特性が再現性良く得られる。この場合のコンタ
クト抵抗値は比較的高い値であるが、デバイス構造を工
夫しコンタクト面積が大きくとれる場合は問題がなく、
低温のデバイスプロセスが行なえるという利点がある。
【００４５】また、本発明の実施例２の電極形成方法を
用いれば、５００℃のアニールが必要であるが、実施例
１に比べて１桁以上のコンタクト抵抗の低減ができる。
コンタクト面積が小さく、かつ５００℃程度のデバイス
プロセス温度が許容される場合はさらに低いコンタクト
抵抗が得られる。
用いれば、５００℃のアニールが必要であるが、実施例
１に比べて１桁以上のコンタクト抵抗の低減ができる。
コンタクト面積が小さく、かつ５００℃程度のデバイス
プロセス温度が許容される場合はさらに低いコンタクト
抵抗が得られる。
【００４６】本発明の実施例３の電極形成方法において
は、ｎ型ＧａＮコンタクト層１をドライエッチングし、
酸素プラズマ雰囲気に曝した後、ｎ型ＧａＮコンタクト
層１の酸処理を行なわずに電極を形成している。ドライ
エッチングを行なうと、ｎ型コンタクト層表面付近に結
晶欠陥が生成されるため、実施例１の電極形成方法とは
異なり５００℃以上のアニールを行なわないとオーミッ
ク特性が得られないが、特に６００℃程度の温度でのア
ニールによって実施例１、２の電極形成方法を用いた場
合よりも更に低いコンタクト抵抗が得られる。これはド
ライエッチングにより生成される結晶欠陥があるので、
アニール時に電極とコンタクト層のアロイが促進される
ためである。
は、ｎ型ＧａＮコンタクト層１をドライエッチングし、
酸素プラズマ雰囲気に曝した後、ｎ型ＧａＮコンタクト
層１の酸処理を行なわずに電極を形成している。ドライ
エッチングを行なうと、ｎ型コンタクト層表面付近に結
晶欠陥が生成されるため、実施例１の電極形成方法とは
異なり５００℃以上のアニールを行なわないとオーミッ
ク特性が得られないが、特に６００℃程度の温度でのア
ニールによって実施例１、２の電極形成方法を用いた場
合よりも更に低いコンタクト抵抗が得られる。これはド
ライエッチングにより生成される結晶欠陥があるので、
アニール時に電極とコンタクト層のアロイが促進される
ためである。
【００４７】図３にさらに比較例２として実施例３の電
極形成方法に加えて酸素プラズマ処理後に酸処理を行な
った場合のコンタクト抵抗の比較を示してある。
極形成方法に加えて酸素プラズマ処理後に酸処理を行な
った場合のコンタクト抵抗の比較を示してある。
【００４８】電極金属は全てＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕで
ある。ＲＴＡの温度に対する依存性も示してある。ＲＴ
Ａ時間は全ての場合について３０秒で一定とした。
ある。ＲＴＡの温度に対する依存性も示してある。ＲＴ
Ａ時間は全ての場合について３０秒で一定とした。
【００４９】図３に於いては、▲印で実施例３の電極形
成方法を用いた場合、■印で比較例２の電極形成方法を
用いた場合を示した。どちらの場合も、［アニールな
し］、または［５００℃よりも低いアニール温度］では
オーミック特性が得られないが、［５００℃以上のアニ
ール温度］でオーミック特性が得られる。［６００℃か
ら８００℃のアニール温度］では、実施例３の電極形成
方法を用いた場合は、比較例２の電極形成方法を用いた
場合に比べて１桁程度コンタクト抵抗が低くなってい
る。
成方法を用いた場合、■印で比較例２の電極形成方法を
用いた場合を示した。どちらの場合も、［アニールな
し］、または［５００℃よりも低いアニール温度］では
オーミック特性が得られないが、［５００℃以上のアニ
ール温度］でオーミック特性が得られる。［６００℃か
ら８００℃のアニール温度］では、実施例３の電極形成
方法を用いた場合は、比較例２の電極形成方法を用いた
場合に比べて１桁程度コンタクト抵抗が低くなってい
る。
【００５０】特に実施例３では［６００℃のアニール温
度］で、［９００℃のアニール温度］が必要な従来例４
よりも１桁近く低いコンタクト抵抗値１．２×１０-8Ω
ｃｍ2 が得られている。
度］で、［９００℃のアニール温度］が必要な従来例４
よりも１桁近く低いコンタクト抵抗値１．２×１０-8Ω
ｃｍ2 が得られている。
【００５１】このように、実施例３では、比較的低いア
ニール温度で、従来例よりも更に低いコンタクト抵抗が
得られる。実施例３では、６００℃程度のデバイスプロ
セス温度を許容し、かつコンタクト面積を小さくする工
程を必要とする場合に特に有用である。
ニール温度で、従来例よりも更に低いコンタクト抵抗が
得られる。実施例３では、６００℃程度のデバイスプロ
セス温度を許容し、かつコンタクト面積を小さくする工
程を必要とする場合に特に有用である。
【００５２】
【発明の効果】本発明の請求項１に係るのコンタクト電
極では、コンタクト層となるｎ型窒化ガリウム系半導体
層の表面近傍に酸素ドープ層が形成され、この酸素ドー
プ層上に電極金属を形成されているため、ｎ型コンタク
ト層表面近傍に高濃度の酸素ドナーが形成され抵抗の低
いｎ型コンタクト層が得られる。
極では、コンタクト層となるｎ型窒化ガリウム系半導体
層の表面近傍に酸素ドープ層が形成され、この酸素ドー
プ層上に電極金属を形成されているため、ｎ型コンタク
ト層表面近傍に高濃度の酸素ドナーが形成され抵抗の低
いｎ型コンタクト層が得られる。
【００５３】本発明の請求項４に係る電極の形成方法で
は窒化ガリウム系半導体層の酸素ドナーの形成は、ｎ型
コンタクト層表面を酸素プラズマ雰囲気に曝すことによ
り得られる。請求項４のように酸素プラズマ処理の後に
ｎ型コンタクト層に対する酸処理を行なわず、酸素ドー
プ層表面に電極を形成すれば、アニールを行なわなくて
もオーミック性のｎ型コンタクトが形成できる。
は窒化ガリウム系半導体層の酸素ドナーの形成は、ｎ型
コンタクト層表面を酸素プラズマ雰囲気に曝すことによ
り得られる。請求項４のように酸素プラズマ処理の後に
ｎ型コンタクト層に対する酸処理を行なわず、酸素ドー
プ層表面に電極を形成すれば、アニールを行なわなくて
もオーミック性のｎ型コンタクトが形成できる。
【００５４】本発明の請求項４に係る電極の形成方法で
はｎ型コンタクト層に酸素ドナーを形成するだけではな
く、酸素プラズマ処理により、電極を形成する窒化ガリ
ウム系半導体のｎ型コンタクト層表面のカーボンを除去
することができ、良好なコンタクト界面が得られるとい
う効果も有している。
はｎ型コンタクト層に酸素ドナーを形成するだけではな
く、酸素プラズマ処理により、電極を形成する窒化ガリ
ウム系半導体のｎ型コンタクト層表面のカーボンを除去
することができ、良好なコンタクト界面が得られるとい
う効果も有している。
【００５５】本発明の請求項５に係る電極の形成方法で
は、請求項４に係る電極の形成方法で電極金属を形成し
た後に、さらにアニール処理をしている。請求項５に係
る電極の形成方法ではアニールを行なうことによってさ
らなる低抵抗のｎ型コンタクトが得られるようになる。
は、請求項４に係る電極の形成方法で電極金属を形成し
た後に、さらにアニール処理をしている。請求項５に係
る電極の形成方法ではアニールを行なうことによってさ
らなる低抵抗のｎ型コンタクトが得られるようになる。
【００５６】本発明の請求項７に係る電極の形成方法で
は、酸素プラズマ処理前にｎ型コンタクト層となる窒化
ガリウム系半導体層にドライエッチングを施し、その
後、ｎ型コンタクト層を酸素プラズマ雰囲気に曝してい
る。ドライエッチングを行うため、ｎ型コンタクト層表
面付近に結晶欠陥が生成されるが、アニール時に電極と
コンタクト層のアロイが促進されるのでアニールによっ
て更に低いコンタクト抵抗が得られるようになる。
は、酸素プラズマ処理前にｎ型コンタクト層となる窒化
ガリウム系半導体層にドライエッチングを施し、その
後、ｎ型コンタクト層を酸素プラズマ雰囲気に曝してい
る。ドライエッチングを行うため、ｎ型コンタクト層表
面付近に結晶欠陥が生成されるが、アニール時に電極と
コンタクト層のアロイが促進されるのでアニールによっ
て更に低いコンタクト抵抗が得られるようになる。
【図１】本発明の実施例１，２にかかる電極形成方法を
示す工程図である。
示す工程図である。
【図２】本発明の実施例３にかかる電極形成方法を示す
工程図である。
工程図である。
【図３】電極形成方法によるコンタクト抵抗値の変化を
表す図である。
表す図である。
【図４】従来例１のｎ型電極構造を示す断面図である
【図５】従来例２の電極形成方法を示す工程図である。
【図６】従来例３のｎ型電極構造を示す断面図である。
【図７】従来例４の電極形成方法を示す工程図である。
１，１０１ ｎ型ＧａＮコンタクト層 ２，１０２ Ｔｉ層 ３，１０３ Ａｌ層 ４ Ｐｔ層 ５，１０５ Ａｕ層 １０４ Ｎｉ層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−139361（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−199752（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−154829（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−221103（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−45867（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−274081（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−108779（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−201569（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−264478（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/28
Claims (10)
- 【請求項１】 窒化ガリウム系半導体のｎ型コンタクト
層の表面近傍に高濃度の酸素ドープ層が形成され、前記
酸素ドープ層上に電極金属が形成されていることを特徴
とするコンタクト電極。 - 【請求項２】 前記電極金属はコンタクト層側をＴｉと
したＴｉとＡｌの金属多層膜、あるいはコンタクト層側
をＴｉとしたＴｉとＡｌの合金を含む金属多層膜である
ことを特徴とする請求項１記載のコンタクト電極。 - 【請求項３】 前記金属多層膜上にＰｔ層を形成したこ
とを特徴とする請求項２記載のコンタクト電極。 - 【請求項４】 窒化ガリウム系半導体のｎ型コンタクト
層を酸素プラズマ雰囲気に曝し、前記ｎ型コンタクト層
表面に酸素ドープ層を形成した後、前記酸素ドープ層上
に電極金属を形成することを特徴とするコンタクト電極
の形成方法。 - 【請求項５】 前記電極金属を形成した後アニールする
ことを特徴とする請求項４記載のコンタクト電極の形成
方法。 - 【請求項６】 前記アニール温度が５００℃〜６００℃
であることを特徴とする請求項５記載のコンタクト電極
の形成方法。 - 【請求項７】 窒化ガリウム系半導体のｎ型コンタクト
層をドライエッチングした後、酸素プラズマ雰囲気に曝
し前記ｎ型コンタクト層表面に酸素ドープ層を形成し、
前記酸素ドープ層上に電極金属を形成した後アニールす
ることを特徴とするコンタクト電極の形成方法。 - 【請求項８】 前記アニール温度が６００℃〜８００℃
であることを特徴とする請求項７記載のコンタクト電極
の形成方法。 - 【請求項９】 前記電極金属が前記ｎ型コンタクト層に
接したＴｉ及びこれと接するＡｌを含む金属多層膜、ま
たは前記ｎ型コンタクト層に接したＴｉとＡｌの合金を
含む金属多層膜を含むことを特徴とする請求項４又は５
又は７記載のコンタクト電極の形成方法。 - 【請求項１０】 前記金属多層膜上にＰｔ層を形成した
ことを特徴とする請求項９記載のコンタクト電極の形成
方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP440397A JP2967743B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | ｎ型窒化ガリウム系半導体のコンタクト電極及びその形成方法 |
| US09/006,937 US20010054763A1 (en) | 1997-01-14 | 1998-01-14 | Contact electrode for n-type gallium nitride-based compound semiconductor and method for forming the same |
| US09/006,937 US6329716B1 (en) | 1997-01-14 | 1998-01-14 | Contact electrode for N-type gallium nitride-based compound semiconductor and method for forming the same |
| US09/983,189 US6423562B1 (en) | 1997-01-14 | 2001-10-23 | Contact electrode for n-type gallium nitride-based compound semiconductor and method for forming the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP440397A JP2967743B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | ｎ型窒化ガリウム系半導体のコンタクト電極及びその形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10200161A JPH10200161A (ja) | 1998-07-31 |
| JP2967743B2 true JP2967743B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP440397A Expired - Fee Related JP2967743B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | ｎ型窒化ガリウム系半導体のコンタクト電極及びその形成方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US6329716B1 (ja) |
| JP (1) | JP2967743B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7582908B2 (en) | 2006-03-30 | 2009-09-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US7791097B2 (en) | 2006-07-25 | 2010-09-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Nitride semiconductor device and manufacturing method of the same |
| US9082834B2 (en) | 2012-04-11 | 2015-07-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor device |
| US9171947B2 (en) | 2012-02-15 | 2015-10-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor device |
| US9741578B2 (en) | 2014-02-12 | 2017-08-22 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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