JP3587224B2 - オーミック電極 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体層に対するオーミック電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮまたはＢＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、バンドギャップＥｇを１．８ｅＶから６．２ｅＶまで変化させることができることから、赤色ないし紫外線を発光可能な発光素子を構成する材料として有望視されている。また、ワイドギャップ半導体の性質を利用した耐環境素子としてのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ；電界効果トランジスタ）を構成する材料としても注目されている。
【０００３】
これらの素子においては、安定した動作を確保する上でオーミック電極に関する技術がきわめて重要となる。例えば、ｐ型のＧａＮ層に対するオーミック電極としては、従来、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とを積層したものが用いられていた（特開平６−２７５８６８）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のオーミック電極では、接触比抵抗の値が１×１０−２Ωｃｍ２ 程度であり、他の一般的な半導体素子のオーミック電極における接触比抵抗の値（例えば、ｐ型のＧａＡｓ層に対するオーミック電極においては１×１０−５Ωｃｍ２ 程度）に比べてかなり大きいものであった。その上、従来のオーミック電極は、４００℃以上の温度においてアニールすると接触比抵抗の値が大きくなってしまうという特性を有していた。そのため、これらの素子の駆動時に半導体層と金属層との接触部において発生するジュール熱や雰囲気温度の上昇により接触比抵抗の値が大きくなってしまい、素子特性が劣化してしまうという問題があった。
【０００５】
なお、ｐ型のＧａＮ層に対するオーミック電極における接触比抵抗の値が他の一般的な半導体素子のオーミック電極における接触比抵抗の値に比べて大きいのは、ＧａＮの価電子帯の頂上と真空準位とのエネルギー差ＥＶ −φＶ （７．８ｅＶａｔＲＴ）が電極を構成する金属の仕事関数φ（例えば金は５．２ｅＶ）に比べて大きいために半導体層と金属層との界面に正孔に対する大きな障壁ができてしまうからであると考えられる。
【０００６】
また、従来のオーミック電極において高温のアニールにより接触比抵抗の値が大きくなるのは、アニールにより金がＧａＮ層へ拡散することが原因の一つであると考えられる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、接触比抵抗を小さくすると共にその熱的安定性を高めることにより、素子を長期間に渡って安定動作させることができるオーミック電極を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るオーミック電極は、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体層に対するものであって、金と、白金と、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種とを含む複合体よりなる電極層と、電極層とｐ型化合物半導体層との間に、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体よりなりかつｐ型化合物半導体層よりも高い正孔濃度を有するコンタクト層とを備えたものである。
【０００９】
本発明に係るオーミック電極は、ｐ型化合物半導体層の上に、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体よりなりかつｐ型化合物半導体層よりも高い正孔濃度を有するコンタクト層を形成したのち、このコンタクト層上に、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種を含む遷移金属層を形成し、その上に白金よりなる白金層を形成し、更にその上に金よりなる金層を形成したのち、アニールすることにより作製される。なお、アニールにより遷移金属層，白金層および金層のうちの一部において反応が起こり、遷移金属含有層，白金含有層および金含有層となる場合もある。このとき、白金含有層は金がｐ型化合物半導体層の方に拡散するのを防止すると共に、遷移金属含有層は白金含有層をｐ型化合物半導体層に密着させる。
【００１０】
本発明のオーミック電極は、電極層を介してｐ型化合物半導体層に配線を接続するものであり、この配線および電極層を介してｐ型化合物半導体層に電圧を印加すると正孔が電極層からコンタクト層を介してｐ型化合物半導体層に注入される。ここにおいて、電極層とｐ型化合物半導体層との間では、電極層が金と白金と金または白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種とを含む複合体により形成されているので、正孔に対する障壁が小さくなり、接触比抵抗の値が小さくなっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態に係るオーミック電極の構成を表すものである。このオーミック電極は、ＩＩＩ族元素としてガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），ホウ素（Ｂ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群のうちの少なくとも１種と窒素（Ｎ）とを含むｐ型化合物半導体層（例えばｐ型のＧａＮ層）１に対してオーミック接触するためのものである。なお、このｐ型化合物半導体層１は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法によって図示しない基板の上に形成されている。
【００１４】
このオーミック電極は、ｐ型化合物半導体層１の上に形成されたコンタクト層２と、このコンタクト層２の上に形成された電極層３とから構成されている。
【００１５】
コンタクト層２は、成長時に水素ガス（Ｈ２ ）を用いないＭＢＥ法により成長させたｐ型化合物半導体により形成されている。このｐ型化合物半導体は、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むものであり、ｐ型化合物半導体層１の構成元素と同一となっている。例えば、ｐ型化合物半導体層１がｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したＧａＮにより形成されている場合には、コンタクト層２もｐ型不純物としてマグネシウムを添加したＧａＮにより形成される。
【００１６】
但し、コンタクト層２は成長時に水素ガスを用いないＭＢＥ法により形成されたものであるので水素（Ｈ）を含有していない。この点において、水素ガスを一般にキャリヤガスとして用いるＭＯＣＶＤ法により形成されたｐ型化合物半導体層１が水素を含有しているのとは異なる。ｐ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族半導体では水素が取り込まれるとアクセプタが補償されてしまうので、ＭＯＣＶＤ法により形成した場合、形成した直後は抵抗値が大きく、電子線照射や熱アニールなどのキャリア活性化処理を行う必要がある（キャリア活性化処理についてはＨ． Ａｍａｎｏ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２８ （１９８９） Ｌ２１１２． ，Ｓ． Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． ３１ （１９９２） Ｌ１３９．を参照）。従って、ｐ型化合物半導体層１は、このようなキャリア活性化処理を行うことにより、はじめて１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３程度の正孔濃度となる。
【００１７】
一方、ＭＢＥ法においては一般に水素ガスを用いないので、ＭＢＥ法により形成した場合にはキャリア活性化処理を行う必要がなく、正孔濃度もＭＯＣＶＤ法により形成した場合よりも高い１×１０１９ｃｍ−３程度の値が得られる（Ｍ．Ｓ． Ｂｒａｎｄｔ ｅｔ ａｌ．， Ａｏｏｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ６４ （１９９４） ２２６４． 参照）。本実施の形態におけるコンタクト層２も、ｐ型化合物半導体層１に比べて高い正孔濃度（１×１０１９ｃｍ−３程度）を有している。
【００１８】
このように本実施の形態においては、ｐ型化合物半導体層１よりも高い正孔濃度を有するコンタクト層２をｐ型化合物半導体層１と電極層３との間に設けることにより、接触比抵抗を小さくするようになっている。すなわち、電極層３からｐ型化合物半導体層１に流れる電流は主としてトンネル電流であることから、正孔濃度の高いコンタクト層２を介してｐ型化合物半導体層１と電極層３とを接続することによりその間の障壁を小さくしトンネル電流を流しやすくしているものである。
【００１９】
電極層３は、金と、白金（Ｐｔ）と、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種とを含む複合体により形成されている。この複合体としては、例えば、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種を含む遷移金属層３ａと、白金よりなる白金層３ｂと、金よりなる金層３ｃとがｐ型化合物半導体層１の側から順に積層された構造を有するものや、これらの遷移金属層３ａ，白金層３ｂ，金層３ｃを順次積層したのちアニールしたものが好ましい。
【００２０】
なお、遷移金属層３ａ，白金層３ｂおよび金層３ｃは、アニールすることによりそれらの各層のうちの一部が反応すると考えられる。よって、ここでは、アニールした後の各層を、図示しないが金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種を含む遷移金属含有層、白金を含む白金含有層、金を含む金含有層として説明する。ちなみに、これら遷移金属含有層，白金含有層，金含有層は互いに反応が起こっていることもあるので、それぞれを明確に分離できるものではない。
【００２１】
遷移金属層３ａは、例えばニッケルやパラジウム（Ｐｄ）やコバルト（Ｃｏ）やチタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）により形成されている。同様に、遷移金属含有層は、例えばニッケルやパラジウムやコバルトやチタンやモリブデンを含んでいる。これらの遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層は、ニッケルなどの遷移元素が窒素と容易に反応して侵入型窒化物を形成するという特性を利用して、コンタクト層２と白金層３ｂもしくは白金含有層とを強く密着させ、これらの間に存在する正孔に対する障壁を小さくするようになっている。従って、遷移金属層３ａの厚さは、例えば１０ｎｍ程度と白金層３ｂや金層３ｃに比べて薄いものである。
【００２２】
また、ニッケルやパラジウムを遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層に用いる場合には、ニッケルやパラジウムの仕事関数φは比較的大きいので、コンタクト層２の価電子帯との不連続を小さくすることができて好ましい。更に、パラジウムは水素を吸着する性質を有しているので、コンタクト層２を介さずにｐ型化合物半導体層１と電極層３とを直接接触させる場合には、ｐ型化合物半導体層１の表面の水素を吸着して表面の正孔濃度を高くすることができて好ましい。
【００２３】
白金層３ｂもしくは白金含有層は、白金が高融点金属であることを利用して、温度の上昇により金がコンタクト層２へ拡散するのを抑制するためのものである。また、白金は伝導率の高い金属の中で最も大きな仕事関数φ（５．７ｅＶ；金の仕事関数５．２ｅＶよりも大きい）を有しているので、コンタクト層２（すなわちＰ型化合物半導体）の価電子帯との不連続を最小限に抑えるようになっている。なお、白金層３ｂの厚さは例えば１００ｎｍ程度である。
【００２４】
金層３ｃもしくは金含有層は、例えば金よりなる図示しない配線をボンディングにより電極層３に接合するためのものである。なお、金層３ｃの厚さは例えば２００ｎｍ程度である。
【００２５】
このような構成を有するオーミック電極は次のようにして形成することができる。
【００２６】
まず、ＭＯＣＶＤ法により形成され適宜なキャリア活性化処理がなされたｐ型化合物半導体層１の上に、ＭＢＥ法によりｐ型化合物半導体層１と同一の構成元素のｐ型化合物半導体を成長させる。なお、このＭＢＥ法による成長においては水素ガスを用いないで行う。これにより、コンタクト層２が形成される。
【００２７】
次いで、このコンタクト層２の上に、金または白金以外の遷移金属を例えば１０ｎｍ蒸着して遷移金属層３ａを形成する。そののち、この遷移金属層３ａの上に、白金を例えば１００ｎｍ蒸着して白金層３ｂを形成する。更に、この白金層３ｂの上に、金を例えば２００ｎｍ蒸着して金層３ｃを形成する。これにより、遷移金属層３ａと白金層３ｂと金層３ｃとを順次積層した電極層３が形成される。
【００２８】
また、これらの各層を形成したのち、更にアニールを行ってもよい。これにより、遷移金属層３ａ，白金層３ｂ，金層３ｃの各層は、それらのうちの一部が反応した遷移金属含有層，白金含有層，金含有層となる。
【００２９】
このようにして形成したオーミック電極は次のように作用する。
【００３０】
このオーミック電極では、コンタクト層２と電極層３を介してｐ型化合物半導体層１に配線を接続する。この配線および電極層３を介してｐ型化合物半導体層１に所定の電圧を印加すると正孔が電極層３からコンタクト層２を介してｐ型化合物半導体層１に注入される。すなわち、電流が電極層３からｐ型化合物半導体層１へ流れる。
【００３１】
ここにおいて、コンタクト層２と電極層３との界面では、コンタクト層２がｐ型化合物半導体層１よりも高い正孔濃度を有しているので、トンネル電流が流れやすくなっている。また、電極層３の遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層によりコンタクト層２と白金層３ｂもしくは白金含有層とを強く密着させているので、正孔に対する障壁が小さくなっている。更に、白金層３ｂもしくは白金含有層を薄い遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層を介してコンタクト層２に接続しているので、コンタクト層２の価電子帯との不連続が小さくなっている。すなわち、接触比抵抗は小さくなっている。
【００３２】
加えて、金層３ｃもしくは金含有層とコンタクト層２との間に白金層３ｂもしくは白金含有層を挿入しているので、電圧の印加によりジュール熱が発生し温度が高くなっったり雰囲気温度が上昇しても金がコンタクト層２の方へ拡散するのを抑制する。よって、温度が高くなっても接触比抵抗が大きくなることが抑制される。
【００３３】
このように本実施の形態に係るオーミック電極によれば、コンタクト層２，遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層および白金層３ｂもしくは白金含有層をｐ型化合物半導体層１の側から順に備えているので、接触比抵抗の値を小さくすることができる。また、遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層および白金層３ｂもしくは白金含有層をｐ型化合物半導体層１の側から順に備えているので、熱的安定性を高くすることができる。よって、素子を長期間に渡って安定動作させることができる。
【００３４】
また、本実施の形態に係るオーミック電極の形成方法によれば、遷移金属含有層３ａ，白金層３ｂ，金層３ｃを順次積層したのちアニールするようにしたので、白金層３ｂにより金がｐ型化合物半導体層１の方に拡散するのを防止しつつ、遷移金属層３ａにより白金層３ｂをｐ型化合物半導体層１に密着させることができる。よって、本実施の形態に係るオーミック電極を実現することができる。
【００３５】
【実施例】
更に、具体的な実施例を挙げて本発明の効果を説明する。
【００３６】
（第１の実施例）
図２は第１の実施例において作製した試料の電極層１３側から見た構成を表すものである。図３は図２に示した試料のＡ−Ａ線に沿った断面構造を表すものである。なお、図２においては電極層１３とｐ型化合物半導体層１１とを区別するために電極層１３の部分を斜線で表している。
【００３７】
この実施例では、まず、適宜なサファイア基板１０の上にｐ型化合物半導体層１１を形成したものを用意した。なお、このｐ型化合物半導体層１１は、ｐ型の不純物としてマグネシウムを添加したＧａＮをＭＯＣＶＤ成長により成長させて形成したものであり、成長させたのちに窒素ガス雰囲気中で８００℃，１０分間アニールしてキャリア活性化を行っってある。このｐ型化合物半導体層１１の正孔濃度は４×１０１７ｃｍ−３であり、厚さは約２μｍである。
【００３８】
次いで、電極層１３を形成するに先立ち、このｐ型化合物半導体層１１の上に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィによって図３に示した電極層１３の形状に対応するパターンを形成した。このパターンは、電極層１３の一部を環状に除去して第１の電極１４ａに対する電極間の距離が異なる複数の第２の電極１４ｂを形成するためのものである。そののち、ｐ型化合物半導体の表面酸化膜をフッ化アンモニウムとフッ酸（ＨＦ）との混合液で除去したのち、さらに純水で洗浄した。
【００３９】
続いて、これを蒸着機に挿入し、１×１０−４Ｐａ程度の真空中でニッケルを１０ｎｍ，白金を１００ｎｍ，金を２００ｎｍ続けて蒸着することにより、遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを積層した電極層１３を形成した。そののち、図示しないフォトレジスト膜をその上に形成された遷移元素層１３ａ，白金層１３ｂ，金層１３ｃと共に除去し、図２および図３に示したように電極間の距離が４μｍ〜３６μｍの第１の電極１４ａと複数の第２の電極１４ｂが形成された試料を作製した。
【００４０】
このようにして試料を作製したのち、各電極間の抵抗値をそれぞれ測定した。そののち、この試料を窒素ガス雰囲気中でアニールし、各電極間の抵抗値の変化をそれぞれ測定した。アニール温度は、２００℃，３００℃，４００℃，５００℃，６００℃，７００℃，８００℃においてそれぞれ行った。アニール時間は、それぞれ３０秒間とした。
【００４１】
電極間距離が２４μｍのものについての結果を従来例と比較して図４に示す。なお、従来例というのは、本実施例の白金層１３ｂを除去し遷移金属層１３ａとしてＮｉを用いたものである。また、参照例としてｐ型化合物半導体層１１の上にコバルト層のみを形成したものについても参照例として図４に示した。
【００４２】
ちなみに、ここにおける抵抗値は接触抵抗値とｐ型化合物半導体層１１の抵抗値とを加えたものである。しかし、アニールをｐ型化合物半導体層１１におけるキャリア活性化の際のアニール温度（８００℃）以下で行っているので、ｐ型化合物半導体層１１の抵抗値の変化量は小さいものと考えられる。また、金属の拡散によって起こるｐ型化合物半導体層１１の表面の変化は接触抵抗値の変化として考える。よって、図４に示した抵抗値の変化は接触比抵抗の変化と同視することができる。
【００４３】
図４からわかるように、従来例ではアニールする前の抵抗値が一番小さかった。すなわち、従来例はアニールにより接触比抵抗が大きくなると考えられる。これに対して本実施例では、アニールすることで一時的に抵抗値が大きくなるが、７００℃のアニールにより抵抗値が一番小さくなった。更に、８００℃でアニールすると再び抵抗値が大きくなった。また、従来例のアニールする前の抵抗値と本実施例のアニールする前の抵抗値とでは本実施例の方が小さく、従来例で一番小さい抵抗値（アニールする前のもの）と本実施例で一番小さい抵抗値（７００℃でアニールしたもの）とでも本実施例の方が小さかった。
【００４４】
また、７００℃でアニールした時の接触比抵抗の値を見積もったところ、図５に示したように、３．２×１０−２Ωｃｍ２ と比較的小さい値であった。なお、接触比抵抗の見積もり方については、”Ｇ．Ｓ．Ｍａｒｌｏｗ ｅｔ ａｌ．， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２５ （１９８２） ９１” に示されている方法を用いた。ちなみに、この時のｐ型化合物半導体層１１のシート抵抗値は１４９００Ω／□であった。
【００４５】
従って、本実施例によれば、ニッケルよりなる遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを順次積層した電極層１３により、接触比抵抗の値を小さくすることができることがわかった。特に、７００℃でアニールすれば、熱的安定性も高くできることがわかった。
【００４６】
（第２の実施例）
第２の実施例では、第１の実施例の遷移金属層１３ａをパラジウムにより形成したことを除き、他は第１の実施例と同様にして試料を作製した。そののち、第１の実施例と同様にして、アニールによる抵抗値の変化を調べた。なお、第１の実施例と比較するために、サファイア基板１０の上に形成したｐ型化合物半導体層１１は、第１の実施例と同一のウェハから切り出したものを用いた。
【００４７】
電極間距離が２４μｍのものについての結果を第１の実施例と同様に図４に示す。図４からわかるように、本実施例では、８００℃のアニールにより抵抗値は小さくなるが、アニールする前の抵抗値が一番小さかった。また、従来例のアニールする前の抵抗値と本実施例のアニールする前の抵抗値とでは本実施例の方が小さかった。
【００４８】
従って、本実施例によれば、パラジウムよりなる遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを順次積層した電極層１３により、接触比抵抗の値を小さくすることができることがわかった。
【００４９】
（第３の実施例）
第３の実施例では、第１の実施例の遷移金属層１３ａをコバルトにより形成したことを除き、他は第１の実施例と同様にして試料を作製した。そののち、第１の実施例と同様にして、アニールによる抵抗値の変化を調べた。なお、第１の実施例と比較するために、サファイア基板１０の上に形成したｐ型化合物半導体層１１は、第１の実施例と同一のウェハから切り出したものを用いた。
【００５０】
電極間距離が２４μｍのものについての結果を第１の実施例と同様に図４に示す。図４からわかるように、本実施例では、アニール前の抵抗値は比較的大きかったが、７００℃のアニールにより抵抗値が一番小さくなった。また、従来例で一番小さい抵抗値（アニールする前のもの）と本実施例で一番小さい抵抗値（７００℃でアニールしたもの）とでは本実施例の方が小さかった。
【００５１】
従って、本実施例によれば、コバルトよりなる遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを順次積層した電極層１３を７００℃でアニールすることにより、接触比抵抗の値を小さくすることができ、かつ熱的安定性も高くできることがわかった。
【００５２】
（第４の実施例）
第４の実施例では、第１の実施例の遷移金属層１３ａをチタンにより形成したことを除き、他は第１の実施例と同様にして試料を作製した。そののち、第１の実施例と同様にして、アニールによる抵抗値の変化を調べた。なお、第１の実施例と比較するために、サファイア基板１０の上に形成したｐ型化合物半導体層１１は、第１の実施例と同一のウェハから切り出したものを用いた。
【００５３】
電極間距離が２４μｍのものについての結果を第１の実施例と同様に図４に示す。図４からわかるように、本実施例では、アニール前の抵抗値は比較的大きかったが、８００℃のアニールにより抵抗値が一番小さくなった。また、従来例で一番小さい抵抗値（アニールする前のもの）と本実施例で一番小さい抵抗値（８００℃でアニールしたもの）とでは本実施例の方が小さかった。
【００５４】
従って、本実施例によれば、チタンよりなる遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを順次積層した電極層１３を８００℃でアニールすることにより、接触比抵抗の値を小さくすることができ、かつ熱的安定性も高くできることがわかった。
【００５５】
（図５の実施例）
図６は第５の実施例において作成した試料の構成を表すものである。この実施例では、まず、第１の実施例と同様にして、サファイア基板２０の上にｐ型化合物半導体層２１を形成したものを用意した。次いで、その表面に形成されている酸化膜をフッ化アンモニウムとフッ酸との混合液で除去し、更に純水で洗浄して乾燥させたのち、これをＭＢＥ成長装置の成長室に挿入した。
【００５６】
そののち、基板温度を８５０℃まで上昇させ、窒素プラズマにより表面を窒化してから、ガリウムビームと窒素プラズマとマグネシウムビームとを照射してＧａＮを成長させコンタクト層２２を形成した。このとき、窒素は、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）セルまたはＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ）セルによって励起させた。また、ガリウムのセル温度は９００℃とし、マグネシウムのセル温度は２００℃〜５００℃とした。
【００５７】
このようにしてコンタクト層２２を形成したのち、第１の実施例と同様にしてニッケルよりなる遷移金属層２３ａと白金層２３ｂと金層２３ｃとを順次積層し電極層２３を形成した。
【００５８】
このようにして作製した試料について接触比抵抗を測定したところ、１０−３Ωｃｍ２ 以下であった。すなわち、コンタクト層２２をｐ型化合物半導体層２１と電極層２３との間に挿入することにより、接触比抵抗の値を小さくすることができることがわかった。
【００５９】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、コンタクト層２をｐ型化合物半導体層１と電極層３との間に挿入するようにしたが、第１ないし第４の実施例からもわかるように挿入しなくともよい。
【００６０】
また、上記各実施例においては、遷移金属層１３ａ，２３ａをニッケルやパラジウムなどの単体で形成するようにしたが、他の金属との合金により形成するようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るオーミック電極によれば、金と、白金と、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種とを含む複合体よりなる電極層と、電極層とｐ型化合物半導体層との間に、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体よりなりかつｐ型化合物半導体層よりも高い正孔濃度を有するコンタクト層とを備えるようにしたので、接触比抵抗の値を小さくすることができると共に熱的安定性を高くすることができる。よって、素子を長期間に渡って安定動作させることができるという効果を奏する。
【００６２】
また、本発明に係るオーミック電極を形成するに際し、ｐ型化合物半導体層の上に、遷移金属層，白金層，金層を順次形成したのちアニールすることにより、白金層により金がｐ型化合物半導体層の方に拡散するのを防止しつつ、遷移金属層により白金層をｐ型化合物半導体層に密着させることができる。よって、本発明に係るオーミック電極を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るオーミック電極を表す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例において作製した試料を電極層側から見た平面図である。
【図３】図２に示した試料の構成を表すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施例における電極間の抵抗値とアニール温度との関係を表す特性図である。
【図５】図２に示した試料における電極間の抵抗値と電極間距離との関係図である。
【図６】本発明の第５の実施例において作製した試料を表す構成図である。
【符号の説明】
１，１１，２１…ｐ型化合物半導体層、２，２２…コンタクト層、３，１３，２３…電極層、３ａ，１３ａ，２３ａ…遷移金属層、３ｂ，１３ｂ，２３ｂ…白金層、３ｃ，１３ｃ，２３ｃ…金層、１０，２０…サファイア基板、１４ａ…第１の電極、１４ｂ…第２の電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体層に対するオーミック電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮまたはＢＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、バンドギャップＥｇを１．８ｅＶから６．２ｅＶまで変化させることができることから、赤色ないし紫外線を発光可能な発光素子を構成する材料として有望視されている。また、ワイドギャップ半導体の性質を利用した耐環境素子としてのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ；電界効果トランジスタ）を構成する材料としても注目されている。
【０００３】
これらの素子においては、安定した動作を確保する上でオーミック電極に関する技術がきわめて重要となる。例えば、ｐ型のＧａＮ層に対するオーミック電極としては、従来、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とを積層したものが用いられていた（特開平６−２７５８６８）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のオーミック電極では、接触比抵抗の値が１×１０−２Ωｃｍ２ 程度であり、他の一般的な半導体素子のオーミック電極における接触比抵抗の値（例えば、ｐ型のＧａＡｓ層に対するオーミック電極においては１×１０−５Ωｃｍ２ 程度）に比べてかなり大きいものであった。その上、従来のオーミック電極は、４００℃以上の温度においてアニールすると接触比抵抗の値が大きくなってしまうという特性を有していた。そのため、これらの素子の駆動時に半導体層と金属層との接触部において発生するジュール熱や雰囲気温度の上昇により接触比抵抗の値が大きくなってしまい、素子特性が劣化してしまうという問題があった。
【０００５】
なお、ｐ型のＧａＮ層に対するオーミック電極における接触比抵抗の値が他の一般的な半導体素子のオーミック電極における接触比抵抗の値に比べて大きいのは、ＧａＮの価電子帯の頂上と真空準位とのエネルギー差ＥＶ −φＶ （７．８ｅＶａｔＲＴ）が電極を構成する金属の仕事関数φ（例えば金は５．２ｅＶ）に比べて大きいために半導体層と金属層との界面に正孔に対する大きな障壁ができてしまうからであると考えられる。
【０００６】
また、従来のオーミック電極において高温のアニールにより接触比抵抗の値が大きくなるのは、アニールにより金がＧａＮ層へ拡散することが原因の一つであると考えられる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、接触比抵抗を小さくすると共にその熱的安定性を高めることにより、素子を長期間に渡って安定動作させることができるオーミック電極を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るオーミック電極は、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体層に対するものであって、金と、白金と、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種とを含む複合体よりなる電極層と、電極層とｐ型化合物半導体層との間に、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体よりなりかつｐ型化合物半導体層よりも高い正孔濃度を有するコンタクト層とを備えたものである。
【０００９】
本発明に係るオーミック電極は、ｐ型化合物半導体層の上に、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体よりなりかつｐ型化合物半導体層よりも高い正孔濃度を有するコンタクト層を形成したのち、このコンタクト層上に、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種を含む遷移金属層を形成し、その上に白金よりなる白金層を形成し、更にその上に金よりなる金層を形成したのち、アニールすることにより作製される。なお、アニールにより遷移金属層，白金層および金層のうちの一部において反応が起こり、遷移金属含有層，白金含有層および金含有層となる場合もある。このとき、白金含有層は金がｐ型化合物半導体層の方に拡散するのを防止すると共に、遷移金属含有層は白金含有層をｐ型化合物半導体層に密着させる。
【００１０】
本発明のオーミック電極は、電極層を介してｐ型化合物半導体層に配線を接続するものであり、この配線および電極層を介してｐ型化合物半導体層に電圧を印加すると正孔が電極層からコンタクト層を介してｐ型化合物半導体層に注入される。ここにおいて、電極層とｐ型化合物半導体層との間では、電極層が金と白金と金または白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種とを含む複合体により形成されているので、正孔に対する障壁が小さくなり、接触比抵抗の値が小さくなっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態に係るオーミック電極の構成を表すものである。このオーミック電極は、ＩＩＩ族元素としてガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），ホウ素（Ｂ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群のうちの少なくとも１種と窒素（Ｎ）とを含むｐ型化合物半導体層（例えばｐ型のＧａＮ層）１に対してオーミック接触するためのものである。なお、このｐ型化合物半導体層１は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法によって図示しない基板の上に形成されている。
【００１４】
このオーミック電極は、ｐ型化合物半導体層１の上に形成されたコンタクト層２と、このコンタクト層２の上に形成された電極層３とから構成されている。
【００１５】
コンタクト層２は、成長時に水素ガス（Ｈ２ ）を用いないＭＢＥ法により成長させたｐ型化合物半導体により形成されている。このｐ型化合物半導体は、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むものであり、ｐ型化合物半導体層１の構成元素と同一となっている。例えば、ｐ型化合物半導体層１がｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したＧａＮにより形成されている場合には、コンタクト層２もｐ型不純物としてマグネシウムを添加したＧａＮにより形成される。
【００１６】
但し、コンタクト層２は成長時に水素ガスを用いないＭＢＥ法により形成されたものであるので水素（Ｈ）を含有していない。この点において、水素ガスを一般にキャリヤガスとして用いるＭＯＣＶＤ法により形成されたｐ型化合物半導体層１が水素を含有しているのとは異なる。ｐ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族半導体では水素が取り込まれるとアクセプタが補償されてしまうので、ＭＯＣＶＤ法により形成した場合、形成した直後は抵抗値が大きく、電子線照射や熱アニールなどのキャリア活性化処理を行う必要がある（キャリア活性化処理についてはＨ． Ａｍａｎｏ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２８ （１９８９） Ｌ２１１２． ，Ｓ． Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． ３１ （１９９２） Ｌ１３９．を参照）。従って、ｐ型化合物半導体層１は、このようなキャリア活性化処理を行うことにより、はじめて１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３程度の正孔濃度となる。
【００１７】
一方、ＭＢＥ法においては一般に水素ガスを用いないので、ＭＢＥ法により形成した場合にはキャリア活性化処理を行う必要がなく、正孔濃度もＭＯＣＶＤ法により形成した場合よりも高い１×１０１９ｃｍ−３程度の値が得られる（Ｍ．Ｓ． Ｂｒａｎｄｔ ｅｔ ａｌ．， Ａｏｏｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ６４ （１９９４） ２２６４． 参照）。本実施の形態におけるコンタクト層２も、ｐ型化合物半導体層１に比べて高い正孔濃度（１×１０１９ｃｍ−３程度）を有している。
【００１８】
このように本実施の形態においては、ｐ型化合物半導体層１よりも高い正孔濃度を有するコンタクト層２をｐ型化合物半導体層１と電極層３との間に設けることにより、接触比抵抗を小さくするようになっている。すなわち、電極層３からｐ型化合物半導体層１に流れる電流は主としてトンネル電流であることから、正孔濃度の高いコンタクト層２を介してｐ型化合物半導体層１と電極層３とを接続することによりその間の障壁を小さくしトンネル電流を流しやすくしているものである。
【００１９】
電極層３は、金と、白金（Ｐｔ）と、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種とを含む複合体により形成されている。この複合体としては、例えば、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種を含む遷移金属層３ａと、白金よりなる白金層３ｂと、金よりなる金層３ｃとがｐ型化合物半導体層１の側から順に積層された構造を有するものや、これらの遷移金属層３ａ，白金層３ｂ，金層３ｃを順次積層したのちアニールしたものが好ましい。
【００２０】
なお、遷移金属層３ａ，白金層３ｂおよび金層３ｃは、アニールすることによりそれらの各層のうちの一部が反応すると考えられる。よって、ここでは、アニールした後の各層を、図示しないが金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種を含む遷移金属含有層、白金を含む白金含有層、金を含む金含有層として説明する。ちなみに、これら遷移金属含有層，白金含有層，金含有層は互いに反応が起こっていることもあるので、それぞれを明確に分離できるものではない。
【００２１】
遷移金属層３ａは、例えばニッケルやパラジウム（Ｐｄ）やコバルト（Ｃｏ）やチタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）により形成されている。同様に、遷移金属含有層は、例えばニッケルやパラジウムやコバルトやチタンやモリブデンを含んでいる。これらの遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層は、ニッケルなどの遷移元素が窒素と容易に反応して侵入型窒化物を形成するという特性を利用して、コンタクト層２と白金層３ｂもしくは白金含有層とを強く密着させ、これらの間に存在する正孔に対する障壁を小さくするようになっている。従って、遷移金属層３ａの厚さは、例えば１０ｎｍ程度と白金層３ｂや金層３ｃに比べて薄いものである。
【００２２】
また、ニッケルやパラジウムを遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層に用いる場合には、ニッケルやパラジウムの仕事関数φは比較的大きいので、コンタクト層２の価電子帯との不連続を小さくすることができて好ましい。更に、パラジウムは水素を吸着する性質を有しているので、コンタクト層２を介さずにｐ型化合物半導体層１と電極層３とを直接接触させる場合には、ｐ型化合物半導体層１の表面の水素を吸着して表面の正孔濃度を高くすることができて好ましい。
【００２３】
白金層３ｂもしくは白金含有層は、白金が高融点金属であることを利用して、温度の上昇により金がコンタクト層２へ拡散するのを抑制するためのものである。また、白金は伝導率の高い金属の中で最も大きな仕事関数φ（５．７ｅＶ；金の仕事関数５．２ｅＶよりも大きい）を有しているので、コンタクト層２（すなわちＰ型化合物半導体）の価電子帯との不連続を最小限に抑えるようになっている。なお、白金層３ｂの厚さは例えば１００ｎｍ程度である。
【００２４】
金層３ｃもしくは金含有層は、例えば金よりなる図示しない配線をボンディングにより電極層３に接合するためのものである。なお、金層３ｃの厚さは例えば２００ｎｍ程度である。
【００２５】
このような構成を有するオーミック電極は次のようにして形成することができる。
【００２６】
まず、ＭＯＣＶＤ法により形成され適宜なキャリア活性化処理がなされたｐ型化合物半導体層１の上に、ＭＢＥ法によりｐ型化合物半導体層１と同一の構成元素のｐ型化合物半導体を成長させる。なお、このＭＢＥ法による成長においては水素ガスを用いないで行う。これにより、コンタクト層２が形成される。
【００２７】
次いで、このコンタクト層２の上に、金または白金以外の遷移金属を例えば１０ｎｍ蒸着して遷移金属層３ａを形成する。そののち、この遷移金属層３ａの上に、白金を例えば１００ｎｍ蒸着して白金層３ｂを形成する。更に、この白金層３ｂの上に、金を例えば２００ｎｍ蒸着して金層３ｃを形成する。これにより、遷移金属層３ａと白金層３ｂと金層３ｃとを順次積層した電極層３が形成される。
【００２８】
また、これらの各層を形成したのち、更にアニールを行ってもよい。これにより、遷移金属層３ａ，白金層３ｂ，金層３ｃの各層は、それらのうちの一部が反応した遷移金属含有層，白金含有層，金含有層となる。
【００２９】
このようにして形成したオーミック電極は次のように作用する。
【００３０】
このオーミック電極では、コンタクト層２と電極層３を介してｐ型化合物半導体層１に配線を接続する。この配線および電極層３を介してｐ型化合物半導体層１に所定の電圧を印加すると正孔が電極層３からコンタクト層２を介してｐ型化合物半導体層１に注入される。すなわち、電流が電極層３からｐ型化合物半導体層１へ流れる。
【００３１】
ここにおいて、コンタクト層２と電極層３との界面では、コンタクト層２がｐ型化合物半導体層１よりも高い正孔濃度を有しているので、トンネル電流が流れやすくなっている。また、電極層３の遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層によりコンタクト層２と白金層３ｂもしくは白金含有層とを強く密着させているので、正孔に対する障壁が小さくなっている。更に、白金層３ｂもしくは白金含有層を薄い遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層を介してコンタクト層２に接続しているので、コンタクト層２の価電子帯との不連続が小さくなっている。すなわち、接触比抵抗は小さくなっている。
【００３２】
加えて、金層３ｃもしくは金含有層とコンタクト層２との間に白金層３ｂもしくは白金含有層を挿入しているので、電圧の印加によりジュール熱が発生し温度が高くなっったり雰囲気温度が上昇しても金がコンタクト層２の方へ拡散するのを抑制する。よって、温度が高くなっても接触比抵抗が大きくなることが抑制される。
【００３３】
このように本実施の形態に係るオーミック電極によれば、コンタクト層２，遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層および白金層３ｂもしくは白金含有層をｐ型化合物半導体層１の側から順に備えているので、接触比抵抗の値を小さくすることができる。また、遷移金属層３ａもしくは遷移金属含有層および白金層３ｂもしくは白金含有層をｐ型化合物半導体層１の側から順に備えているので、熱的安定性を高くすることができる。よって、素子を長期間に渡って安定動作させることができる。
【００３４】
また、本実施の形態に係るオーミック電極の形成方法によれば、遷移金属含有層３ａ，白金層３ｂ，金層３ｃを順次積層したのちアニールするようにしたので、白金層３ｂにより金がｐ型化合物半導体層１の方に拡散するのを防止しつつ、遷移金属層３ａにより白金層３ｂをｐ型化合物半導体層１に密着させることができる。よって、本実施の形態に係るオーミック電極を実現することができる。
【００３５】
【実施例】
更に、具体的な実施例を挙げて本発明の効果を説明する。
【００３６】
（第１の実施例）
図２は第１の実施例において作製した試料の電極層１３側から見た構成を表すものである。図３は図２に示した試料のＡ−Ａ線に沿った断面構造を表すものである。なお、図２においては電極層１３とｐ型化合物半導体層１１とを区別するために電極層１３の部分を斜線で表している。
【００３７】
この実施例では、まず、適宜なサファイア基板１０の上にｐ型化合物半導体層１１を形成したものを用意した。なお、このｐ型化合物半導体層１１は、ｐ型の不純物としてマグネシウムを添加したＧａＮをＭＯＣＶＤ成長により成長させて形成したものであり、成長させたのちに窒素ガス雰囲気中で８００℃，１０分間アニールしてキャリア活性化を行っってある。このｐ型化合物半導体層１１の正孔濃度は４×１０１７ｃｍ−３であり、厚さは約２μｍである。
【００３８】
次いで、電極層１３を形成するに先立ち、このｐ型化合物半導体層１１の上に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィによって図３に示した電極層１３の形状に対応するパターンを形成した。このパターンは、電極層１３の一部を環状に除去して第１の電極１４ａに対する電極間の距離が異なる複数の第２の電極１４ｂを形成するためのものである。そののち、ｐ型化合物半導体の表面酸化膜をフッ化アンモニウムとフッ酸（ＨＦ）との混合液で除去したのち、さらに純水で洗浄した。
【００３９】
続いて、これを蒸着機に挿入し、１×１０−４Ｐａ程度の真空中でニッケルを１０ｎｍ，白金を１００ｎｍ，金を２００ｎｍ続けて蒸着することにより、遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを積層した電極層１３を形成した。そののち、図示しないフォトレジスト膜をその上に形成された遷移元素層１３ａ，白金層１３ｂ，金層１３ｃと共に除去し、図２および図３に示したように電極間の距離が４μｍ〜３６μｍの第１の電極１４ａと複数の第２の電極１４ｂが形成された試料を作製した。
【００４０】
このようにして試料を作製したのち、各電極間の抵抗値をそれぞれ測定した。そののち、この試料を窒素ガス雰囲気中でアニールし、各電極間の抵抗値の変化をそれぞれ測定した。アニール温度は、２００℃，３００℃，４００℃，５００℃，６００℃，７００℃，８００℃においてそれぞれ行った。アニール時間は、それぞれ３０秒間とした。
【００４１】
電極間距離が２４μｍのものについての結果を従来例と比較して図４に示す。なお、従来例というのは、本実施例の白金層１３ｂを除去し遷移金属層１３ａとしてＮｉを用いたものである。また、参照例としてｐ型化合物半導体層１１の上にコバルト層のみを形成したものについても参照例として図４に示した。
【００４２】
ちなみに、ここにおける抵抗値は接触抵抗値とｐ型化合物半導体層１１の抵抗値とを加えたものである。しかし、アニールをｐ型化合物半導体層１１におけるキャリア活性化の際のアニール温度（８００℃）以下で行っているので、ｐ型化合物半導体層１１の抵抗値の変化量は小さいものと考えられる。また、金属の拡散によって起こるｐ型化合物半導体層１１の表面の変化は接触抵抗値の変化として考える。よって、図４に示した抵抗値の変化は接触比抵抗の変化と同視することができる。
【００４３】
図４からわかるように、従来例ではアニールする前の抵抗値が一番小さかった。すなわち、従来例はアニールにより接触比抵抗が大きくなると考えられる。これに対して本実施例では、アニールすることで一時的に抵抗値が大きくなるが、７００℃のアニールにより抵抗値が一番小さくなった。更に、８００℃でアニールすると再び抵抗値が大きくなった。また、従来例のアニールする前の抵抗値と本実施例のアニールする前の抵抗値とでは本実施例の方が小さく、従来例で一番小さい抵抗値（アニールする前のもの）と本実施例で一番小さい抵抗値（７００℃でアニールしたもの）とでも本実施例の方が小さかった。
【００４４】
また、７００℃でアニールした時の接触比抵抗の値を見積もったところ、図５に示したように、３．２×１０−２Ωｃｍ２ と比較的小さい値であった。なお、接触比抵抗の見積もり方については、”Ｇ．Ｓ．Ｍａｒｌｏｗ ｅｔ ａｌ．， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２５ （１９８２） ９１” に示されている方法を用いた。ちなみに、この時のｐ型化合物半導体層１１のシート抵抗値は１４９００Ω／□であった。
【００４５】
従って、本実施例によれば、ニッケルよりなる遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを順次積層した電極層１３により、接触比抵抗の値を小さくすることができることがわかった。特に、７００℃でアニールすれば、熱的安定性も高くできることがわかった。
【００４６】
（第２の実施例）
第２の実施例では、第１の実施例の遷移金属層１３ａをパラジウムにより形成したことを除き、他は第１の実施例と同様にして試料を作製した。そののち、第１の実施例と同様にして、アニールによる抵抗値の変化を調べた。なお、第１の実施例と比較するために、サファイア基板１０の上に形成したｐ型化合物半導体層１１は、第１の実施例と同一のウェハから切り出したものを用いた。
【００４７】
電極間距離が２４μｍのものについての結果を第１の実施例と同様に図４に示す。図４からわかるように、本実施例では、８００℃のアニールにより抵抗値は小さくなるが、アニールする前の抵抗値が一番小さかった。また、従来例のアニールする前の抵抗値と本実施例のアニールする前の抵抗値とでは本実施例の方が小さかった。
【００４８】
従って、本実施例によれば、パラジウムよりなる遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを順次積層した電極層１３により、接触比抵抗の値を小さくすることができることがわかった。
【００４９】
（第３の実施例）
第３の実施例では、第１の実施例の遷移金属層１３ａをコバルトにより形成したことを除き、他は第１の実施例と同様にして試料を作製した。そののち、第１の実施例と同様にして、アニールによる抵抗値の変化を調べた。なお、第１の実施例と比較するために、サファイア基板１０の上に形成したｐ型化合物半導体層１１は、第１の実施例と同一のウェハから切り出したものを用いた。
【００５０】
電極間距離が２４μｍのものについての結果を第１の実施例と同様に図４に示す。図４からわかるように、本実施例では、アニール前の抵抗値は比較的大きかったが、７００℃のアニールにより抵抗値が一番小さくなった。また、従来例で一番小さい抵抗値（アニールする前のもの）と本実施例で一番小さい抵抗値（７００℃でアニールしたもの）とでは本実施例の方が小さかった。
【００５１】
従って、本実施例によれば、コバルトよりなる遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを順次積層した電極層１３を７００℃でアニールすることにより、接触比抵抗の値を小さくすることができ、かつ熱的安定性も高くできることがわかった。
【００５２】
（第４の実施例）
第４の実施例では、第１の実施例の遷移金属層１３ａをチタンにより形成したことを除き、他は第１の実施例と同様にして試料を作製した。そののち、第１の実施例と同様にして、アニールによる抵抗値の変化を調べた。なお、第１の実施例と比較するために、サファイア基板１０の上に形成したｐ型化合物半導体層１１は、第１の実施例と同一のウェハから切り出したものを用いた。
【００５３】
電極間距離が２４μｍのものについての結果を第１の実施例と同様に図４に示す。図４からわかるように、本実施例では、アニール前の抵抗値は比較的大きかったが、８００℃のアニールにより抵抗値が一番小さくなった。また、従来例で一番小さい抵抗値（アニールする前のもの）と本実施例で一番小さい抵抗値（８００℃でアニールしたもの）とでは本実施例の方が小さかった。
【００５４】
従って、本実施例によれば、チタンよりなる遷移金属層１３ａと白金層１３ｂと金層１３ｃとを順次積層した電極層１３を８００℃でアニールすることにより、接触比抵抗の値を小さくすることができ、かつ熱的安定性も高くできることがわかった。
【００５５】
（図５の実施例）
図６は第５の実施例において作成した試料の構成を表すものである。この実施例では、まず、第１の実施例と同様にして、サファイア基板２０の上にｐ型化合物半導体層２１を形成したものを用意した。次いで、その表面に形成されている酸化膜をフッ化アンモニウムとフッ酸との混合液で除去し、更に純水で洗浄して乾燥させたのち、これをＭＢＥ成長装置の成長室に挿入した。
【００５６】
そののち、基板温度を８５０℃まで上昇させ、窒素プラズマにより表面を窒化してから、ガリウムビームと窒素プラズマとマグネシウムビームとを照射してＧａＮを成長させコンタクト層２２を形成した。このとき、窒素は、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）セルまたはＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ）セルによって励起させた。また、ガリウムのセル温度は９００℃とし、マグネシウムのセル温度は２００℃〜５００℃とした。
【００５７】
このようにしてコンタクト層２２を形成したのち、第１の実施例と同様にしてニッケルよりなる遷移金属層２３ａと白金層２３ｂと金層２３ｃとを順次積層し電極層２３を形成した。
【００５８】
このようにして作製した試料について接触比抵抗を測定したところ、１０−３Ωｃｍ２ 以下であった。すなわち、コンタクト層２２をｐ型化合物半導体層２１と電極層２３との間に挿入することにより、接触比抵抗の値を小さくすることができることがわかった。
【００５９】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、コンタクト層２をｐ型化合物半導体層１と電極層３との間に挿入するようにしたが、第１ないし第４の実施例からもわかるように挿入しなくともよい。
【００６０】
また、上記各実施例においては、遷移金属層１３ａ，２３ａをニッケルやパラジウムなどの単体で形成するようにしたが、他の金属との合金により形成するようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るオーミック電極によれば、金と、白金と、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種とを含む複合体よりなる電極層と、電極層とｐ型化合物半導体層との間に、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体よりなりかつｐ型化合物半導体層よりも高い正孔濃度を有するコンタクト層とを備えるようにしたので、接触比抵抗の値を小さくすることができると共に熱的安定性を高くすることができる。よって、素子を長期間に渡って安定動作させることができるという効果を奏する。
【００６２】
また、本発明に係るオーミック電極を形成するに際し、ｐ型化合物半導体層の上に、遷移金属層，白金層，金層を順次形成したのちアニールすることにより、白金層により金がｐ型化合物半導体層の方に拡散するのを防止しつつ、遷移金属層により白金層をｐ型化合物半導体層に密着させることができる。よって、本発明に係るオーミック電極を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るオーミック電極を表す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例において作製した試料を電極層側から見た平面図である。
【図３】図２に示した試料の構成を表すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施例における電極間の抵抗値とアニール温度との関係を表す特性図である。
【図５】図２に示した試料における電極間の抵抗値と電極間距離との関係図である。
【図６】本発明の第５の実施例において作製した試料を表す構成図である。
【符号の説明】
１，１１，２１…ｐ型化合物半導体層、２，２２…コンタクト層、３，１３，２３…電極層、３ａ，１３ａ，２３ａ…遷移金属層、３ｂ，１３ｂ，２３ｂ…白金層、３ｃ，１３ｃ，２３ｃ…金層、１０，２０…サファイア基板、１４ａ…第１の電極、１４ｂ…第２の電極
Claims (4)
- ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体層に対するオーミック電極であって、
金と、白金と、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種とを含む複合体よりなる電極層と、
前記電極層と前記ｐ型化合物半導体層との間に、ＩＩＩ族元素としてガリウム，アルミニウム，ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも１種と窒素とを含むｐ型化合物半導体よりなりかつ前記ｐ型化合物半導体層よりも高い正孔濃度を有するコンタクト層と
を備えたことを特徴とするオーミック電極。 - 前記電極層は、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種を含む遷移金属層と、白金よりなる白金層と、金よりなる金層とを前記ｐ型化合物半導体層の側から順に少なくとも有する複合体により構成されたことを特徴とする請求項１記載のオーミック電極。
- 前記電極層は、金および白金以外の遷移金属元素のうちの少なくとも１種を含む遷移金属含有層と、白金を含む白金含有層と、金を含む金含有層とを前記ｐ型化合物半導体層の側から順に少なくとも有する複合体により構成されたことを特徴とする請求項１記載のオーミック電極。
- 前記電極層は、金と、白金と、ニッケルまたはパラジウムとを含む複合体よりなることを特徴とする請求項１記載のオーミック電極。
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