DE69710539T2 - Ohmsche Elektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Ohmsche Elektrode und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Struktur einer Ohmschen Elektrode für eine Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ, die zumindest ein Element aus einer Gruppe bestehend aus Gallium, Aluminium, Bor und Indium als ein Element der III. Hauptgruppe und Stickstoff enthält, und ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode.
- Nitrid-Halbleiter auf Basis von Elementen der Hauptgruppen III-V, wie z. B. GaN, AlGaN, InGaN oder BAlGaInN sind infolge der Tatsache, dass eine Bandlücke Eg von 1,8 eV bis 6,2 eV variiert werden kann, als Material zur Herstellung eines leuchtenden Elements vielversprechend, das rote oder ultraviolette Strahlung emittieren kann. Diese Materialien haben ferner unter Ausnutzung der Eigenschaft eines Breitlücken-Halbleiters bei der Herstellung eines Feldeffekttransistors (FET) als ein umgebungsbeständiges Element Bedeutung erlangt.
- Bei diesen Elementen ist das sich auf eine Ohmsche Elektrode beziehende Verfahren hinsichtlich der Gewährleistung eines stabilen Betriebs sehr wichtig. Es ist beispielsweise eine bislang durch Laminieren von Ni und Au gebildete Ohmsche Elektrode als eine Ohmsche Elektrode für eine GaN-Schicht vom p-Typ verwendet worden (vergleiche JP-A-275868).
- Ferner offenbart die JP-A-7254732, die zur gleichen Patentfamilie wie die US-A- 5,696,389 gehört, eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit einer Struktur einer Ohmschen Elektrode, die eine GaN-Deckschicht vom p-Typ aufweist, auf der eine p-seitige Pt/Ti/Pt/Au-Elektrode angebracht ist.
- Bei einer herkömmlichen Ohmschen Elektrode beträgt jedoch der Wert eines spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands ungefähr 1 · 10&supmin;² Ωcm², wobei dieser Wert im Vergleich zu dem Wert eines spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands bei einer Ohmschen Elektrode eines weiteren allgemeinen Halbleiter-Elements verhältnismäßig groß ist (z. B. ungefähr 1 · 10&supmin;&sup5; Ωcm² bei einer Ohmschen EIektrode für eine GaAs-Schicht vom p-Typ). Zusätzlich weist die herkömmliche Ohmsche Elektrode eine solche spezifische Eigenschaft auf, dass der Wert des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands größer wird, wenn ein Glühen bei einer Temperatur von 400ºC oder höher durchgeführt wird. Im Ergebnis traten Probleme in der Weise auf, dass der Wert eines spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands infolge einer Joul'schen Wärme, die beim Ansteuern dieser Elemente oder infolge eines Anstiegs der Umgebungstemperatur an einem Kontaktabschnitt zwischen einer Halbleiterschicht und einer Metallschicht erzeugt wird, groß wird und Eigenschaften der Elemente verschlechtert werden.
- Der Wert des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands der Ohmschen Elektrode für eine GaN-Schicht vom p-Typ kann im Vergleich zu einem Wert eines spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands bei einer Ohmschen Elektrode eines anderen allgemeinen Halbleiterelements wie vorstehend beschrieben groß werden, was darin begründet ist, dass auf der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht und der Metallschicht eine große Sperrschicht gegen Löcher erzeugt wird, da eine Energiedifferenz Ev - φv (7,8 eV bei Raumtemperatur) zwischen einem obersten Valenzband und einem Vakuumpegel von GaN größer als eine Ablöseenergie φ eines Metalls ist, das eine Elektrode bildet (z. B. 5,2 eV für Gold).
- Ferner kann eine der Ursachen für eine Zunahme eines Werts des spezifischen elektrischen Widerstands beim Glühen mit hoher Temperatur für eine herkömmliche Ohmsche Elektrode dadurch gegeben sein, dass Gold durch das Glühen in eine GaN-Schicht diffundiert ist.
- Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Struktur für eine Ohmsche Elektrode anzugeben, bei der das Element derart beschaffen sein kann, dass ein stabiler Betrieb für eine lange Zeitdauer gewährleistet ist, indem der spezifische elektrische Kontaktwiderstand herabgesetzt ist, und ferner seine thermische Stabilität vergrößert ist. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur einer Ohmschen Elektrode anzugeben.
- Eine erfindungsgemäße Struktur einer Ohmschen Elektrode wird für eine Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ eingesetzt, die zumindest ein Element ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Gallium, Aluminium, Bor und Indium als ein Element der III. Hauptgruppe und Stickstoff enthält, welche Struktur in Anspruch 1 definiert ist.
- Ein entsprechendes Halbleiterelement ist in Anspruch 13 definiert.
- Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Struktur einer Ohmschen Elektrode ist ferner in Anspruch 6 definiert.
- Bestimmte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Bei einer solchen Struktur einer Ohmschen Elektrode sind Verdrahtungen mit einer Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ durch die Elektrodenschicht verbunden. Beim Anlegen einer Spannung an die Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ mittels der Verdrahtungen und der Elektrodenschicht werden Löcher in der Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ von der Elektrodenschicht gebildet bzw. injiziert.
- Bei der erfindungsgemäßen Struktur der Ohmschen Elektrode wird die Sperrschicht gegen die Löcher kleiner und der Wert des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands wird klein.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode wird ein Glühen durchgeführt, nachdem auf einer Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ aufeinanderfolgend eine erste Schicht, eine zweite Schicht und eine dritte Schicht gebildet worden sind. In einigen Fällen tritt bei einem Teil zwischen der ersten Schicht, der zweiten Schicht und der dritten Schicht infolge des Glühens eine Reaktion auf, wobei diese Schichten zu einer Schicht, die ein Übergangsmetall enthält, einer Schicht, die Platin enthält, und einer Schicht, die Gold enthält, werden. Zu diesem Zeitpunkt verhindert die Schicht, die Platin enthält, dass Gold in Richtung der Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ diffundiert, und die Schicht, die ein Übergangsmetall enthält, bewirkt ferner ein starkes Anhaften der Schicht, die Platin enthält, an der Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ.
- Es zeigen:
- Fig. 1 eine Darstellung einer Zusammensetzung einer erfindungsgemäßen Struktur einer Ohmschen Elektrode:
- Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Muster gesehen von der Seite einer Elektrodenschicht, das bei einer erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform gebildet ist;
- Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A, die die Struktur des in der Fig. 2 gezeigten Musters darstellt;
- Fig. 4 ein Eigenschaftsdiagramm, das für die erfindungsgemäße Ausführungsform die Beziehung zwischen einem Widerstandswert zwischen Elektroden und einer Glühtemperatur darstellt;
- Fig. 5 ein Diagramm, das die Funktion zwischen einem Widerstandswert zwischen Elektroden und einem Abstand zwischen Elektroden für das in der Fig. 2 gezeigte Muster darstellt; und
- Fig. 6 eine Darstellung einer Zusammensetzung eines gemäß einer erfindungsgemäßen fünften Ausführungsform gebildeten Musters.
- Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erfindungsgemäße Ausführungsformen ausführlich erläutert.
- Fig. 1 zeigt eine Struktur einer Ohmschen Elektrode gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Diese Ohmsche Elektrode dient zur Herstellung eines Ohmschen Kontakts mit einer Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ (wie z. B. eine GaN-Schicht vom p-Typ), die zumindest ein Element ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Gallium (Ga), Aluminium (Al), Bor (B) und Indium (In) als Elemente der III. Hauptgruppe und Stickstoff (N) enthält. Ferner ist diese Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ durch ein (MOCVD-)Verfahren auf einem nicht gezeigten Substrat gebildet, bei welchem Verfahren ein Ablagern bzw. ein Aufdampfen mit metallorganischem chemischem Dampf erzielt wird.
- Die Ohmsche Elektrode ist als eine Kontaktschicht 2 ausgebildet, die auf der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ gebildet ist, wobei eine Elektrodenschicht 3 auf dieser Kontaktschicht 2 gebildet ist.
- Die Kontaktschicht 2 ist aus einem Verbindungshalbleiter vom p-Typ gebildet, der durch ein MBE-Verfahren gezogen worden ist, bei welchem Verfahren für das Ziehen kein Wasserstoffgas (H&sub2;) verwendet wird. Der Verbindungshalbleiter vom p- Typ enthält zumindest ein Element gewählt aus der Gruppe von Gallium, Aluminium, Bor und Indium als Elemente der III. Hauptgruppe, und weist die gleichen Strukturelemente wie die Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ auf. Wenn z. B. die Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ aus GaN gebildet ist, dem Magnesium (Mg) als Störstellen vom p-Typ zugesetzt ist, ist die Kontaktschicht 2 ebenfalls aus GaN gebildet, dem Magnesium als Störstellen vom p-Typ zugesetzt ist.
- Da jedoch die Kontaktschicht 2 durch ein MBE-Verfahren gebildet ist, bei dem zum Zeitpunkt des Ziehens bzw. Aufwachsens kein Wasserstoffgas verwendet wird, enthält die Kontaktschicht 2 keinen Wasserstoff (H). In diesem Punkt unterscheidet sich die Kontaktschicht 2 von der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ, die durch ein MOCVD-Verfahren gebildet ist, bei dem im Allgemeinen Wasserstoffgas als Trägergas zum Einsatz kommt, das Wasserstoff enthält. Da Akzeptoren kompensiert werden, wenn bei der Herstellung des Halbleiters durch das MOCVD- Verfahren Wasserstoff in Nitrid-Halbleiter auf Basis von Elementen der Hauptgruppen III-V vom p-Typ eingebaut wird, ist der Widerstandswert direkt nach der Bildung des Halbleiters groß, was die Durchführung einer Trägeraktivierung erforderlich macht, wie z. B. eine Elektrodenstrahl-Strahlung und ein thermisches Glühen (vgl. H. Amano et al., Jpn. J. Appl. Phys. 28 (1989) L2112, S. Nakamura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 31 (1992) L139 zum Durchführen der Trägeraktivierung). Deshalb weist die Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ zum ersten Mal eine Löcherdichte von ungefähr 1 · 10¹&sup7; bis 1 · 10¹&sup8; cm&supmin;³ auf, indem eine solche Trägeraktivierung durchgeführt wird.
- Da ferner bei dem MBE-Verfahren im Allgemeinen kein Wasserstoffgas zum Einsatz kommt, ist bei der Herstellung der Verbindungshalbleiterschicht durch das MBE-Verfahren keine Trägeraktivierung erforderlich, wobei jedoch für die Löcherdichte ein Wert von ungefähr 1 · 10¹&sup9; cm&supmin;³ erzielt werden kann, welcher Wert größer ist als der Wert, der sich beim MOCVD-Verfahren ergibt (vgl. M. S. Brandt et al., Appl. 1. Phys. Lett. 64 (1994) 2264). Die Kontaktschicht 2 weist bei dieser Ausführungsform ebenfalls eine Löcherdichte von ungefähr 1 · 10¹&sup9; cm&supmin;³ auf, die höher ist als im Vergleich zur Löcherdichte der Verbindungshalbleiterschicht vorn p-Typ.
- Wie vorstehend erläutert, wird bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform der spezifische elektrische Kontaktwiderstand herabgesetzt, indem die Kontaktschicht 2 zwischen der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ und der Elektrodenschicht 3 mit einer Löcherdichte höher als die der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ versehen ist. Dies bedeutet, da der Strom, der in der Verbindungshalbleiterschicht 1 vorn p-Typ von der Elektrode 3 fließt, prinzipiell ein Tunnelstrom ist, dass die Sperrschicht zwischen der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ und der Elektrodenschicht 3 durch Verbinden der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ mit der Elektrodenschicht 3 durch die Kontaktschicht 2 mit höherer Löcherdichte kleiner gemacht wird, so dass es einfacher ist, einen Tunnelstrom einzuspeisen.
- Die Elektrodenschicht 3 enthält zumindest Gold, Platin (Pt) und ein Übergangsmetall verschieden von Gold oder Platin. Beispielsweise ist die Elektrodenschicht 3 aus einer Übergangsmetallschicht 3a, die zumindest ein Übergangsmetallelement verschieden von Gold oder Platin enthält, einer Schicht 3b, die aus Platin besteht, und einer Schicht 3c gebildet, die aus Gold besteht, welche Schichten aufeinanderfolgend von der Seite der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ her laminiert sind oder vorzugsweise aus der Struktur gebildet sind, die aus dem Glühen resultiert, nachdem die Übergangsmetallschicht 3a, die Platinschicht 3b und die Goldschicht 3c eine nach der anderen laminiert sind.
- Ferner kann hinsichtlich der Übergangsmetallschicht 3a, der Platinschicht 3b und der Goldschicht 3c eine dieser jeweiligen Schichten durch Anwenden eines Glühens reagieren. Deshalb wird hier die Erläuterung auf die Annahme gestützt, dass die jeweiligen Schichten nach dem Glühen, obschon nicht gezeigt, aus einer Schicht, die ein Übergangsmetall enthält, welche Schicht zumindest ein Übergangsmetallelement verschieden von Gold oder Platin enthält, einer Schicht, die Platin enthält, und aus einer Schicht, die Gold enthält, gebildet sind. Da die Schicht, die ein Übergangsmetall enthält, die Schicht, die Platin enthält, und die Schicht, die Gold enthält, in einigen Fällen miteinander reagiert haben, ist es vermutlich nicht möglich, sie vollständig voneinander zu trennen.
- Die Übergangsmetallschicht 3a ist beispielsweise aus Nickel, Palladium (Pd), Kobalt (Co), Titan (Ti) oder Molybdän (Mo) gebildet. In gleicher Weise enthält die Schicht, die das Übergangsmetallelement enthält, z. B. Nickel, Palladium, Kobalt, Titan oder Molybdän. In der Übergangsmetallschicht 3a oder der Schicht, die ein Übergangsmetall enthält, haften die Kontaktschicht 2 und die Platinschicht 3b oder die Schicht, die Platin enthält, sehr stark aneinander an, um die Sperrschicht gegen Löcher, die zwischen ihnen existiert, unter Verwendung einer solchen Eigenschaft kleiner zu machen, dass das Übergangselement, wie z. B. Nickel, mit Stickstoff einfach reagiert, um dadurch ein Zwischengitter-Nitrid zu bilden. Deshalb ist die Dicke der Übergangsmetallschicht 3a so dünn wie z. B. ungefähr 10 nm wie im Vergleich zur Platinschicht 3b und zur Goldschicht 3c.
- Ferner ist es bei Verwendung von Nickel oder Palladium für die Übergangsmetallschicht 3a oder die Schicht, die ein Übergangsmetall enthält, möglich, eine Unstetigkeit bzw. einer Lockerstelle im Gefüge der Kontaktschicht 2 mit kleinerem Valenzband vorzusehen, da die Ablöseenergie 41 von Nickel oder Palladium verhältnismäßig groß ist, was vorzugsweise anzustreben ist. Da Palladium eine wasserstoffabsorbierende Eigenschaft aufweist, ist es ferner möglich, Wasser auf der Fläche der Verbindungshalbleiterschicht 1 vorn p-Typ zu absorbieren, um die Löcherdichte auf der Fläche zu vergrößern, wenn die Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ und die Elektrodenschicht 3 in direkten Kontakt miteinander gebracht sind, ohne die Kontaktschicht 2 vorzusehen, was einer vorzugsweisen Ausführungform entspricht.
- Die Platinschicht 3b oder die Schicht, die Platin enthält, dient dazu, zu verhindern, dass Gold infolge eines Temperaturanstiegs in die Kontaktschicht 2 diffundiert, wobei die Tatsache ausgenutzt wird, dass Platin ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt ist. Da Platin die größte Ablöseenergie 42(5,7 eV, was größer ist als die Ablöseenergie 5,2 eV von Gold ist) unter den Metallen mit hoher Leitfähigkeit aufweist, ist ferner eine Unstetigkeit bei dem Valenzband der Kontaktschicht 2 (d. h. ein Verbindungshalbleiter vom p-Typ) minimal. Ferner beträgt die Dicke der Platinschicht 3b z. B. ungefähr 100 nm.
- Die Goldschicht 3c oder die Schicht, die Gold enthält, dient zum Verbinden von nicht gezeigten Verdrahtungen z. B. mit der Elektrodenschicht 3 durch ein Bonden, welche Verdrahtungen aus Gold bestehen. Ferner beträgt die Dicke der Goldschicht 3c z. B. ungefähr 200 nm.
- Eine solche Struktur einer Ohmschen Elektrode kann wie nachstehend beschrieben gebildet werden.
- Zunächst wird auf der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ, die durch das MOCVD-Verfahren gebildet ist und bei der eine geeignete Trägeraktivierung durchgeführt wurde, ein Verbindungshalbleiter vom g-Typ mit den gleichen Strukturelementen wie bei der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ durch das MBE-Verfahren aufwachsen gelassen. Ferner wird das Aufwachsen durch das MBE-Verfahren ohne Verwendung von Wasserstoffgas durchgeführt. Hierdurch wird die Kontaktschicht 2 gebildet.
- Anschließend wird auf der Kontaktschicht 2 eine Übergangsmetallschicht 3a gebildet, indem ein Übergangsmetall verschieden von Gold oder Platin z. B. in einer Dicke von 10 nm mittels einer Vakuumtechnik abgelagert bzw. aufgedampft wird. Hieran anschließend wird eine Platinschicht 3b auf der Übergangsmetallschicht 3a gebildet, indem Platin z. B. in der Dicke von 100 nm mittels einer Vakuumtechnik aufgedampft wird. Ferner wird eine Goldschicht 3c auf der Platinschicht 3b gebildet, indem Gold in der Dicke von z. B. 200 nm durch eine Vakuumtechnik aufgedampft wird. Hiermit wird eine Elektrodenschicht 3 gebildet, bei der die Übergangsmetallschicht 3a, die Platinschicht 3b und die Goldschicht 3c aufeinanderfolgend laminiert sind.
- Ferner kann im Anschluss an das Ausbilden dieser jeweiligen Schichten ein Glühen angewendet werden, so dass die jeweiligen Schichten der Übergangsmetallschicht 3a, der Platinschicht 3b und der Goldschicht 3c jeweils zu einer Schicht, die ein Übergangsmetall enthält, einer Schicht, die Platin enthält bzw. zu einer Schicht werden, die Gold enthält, wobei einige der vorstehend erwähnen jeweiligen Schichten reagiert haben.
- Eine in dieser Weise gebildete Struktur einer Ohmschen Elektrode erfüllt wie nachstehend beschrieben folgende Funktionen.
- Bei der Struktur der Ohmschen Elektrode sind Verdrahtungen mit der Verbindungshalbleiterschicht 1 vorn p-Typ durch die Kontaktschicht 2 und die Elektrodenschicht 3 verbunden. Beim Anlegen einer vorbestimmten Spannung an die Verbindungshalbleiterschicht 1 vorn p-Typ durch die Verdrahtungen und die Elektrodenschicht 3 werden in der Verbindungshalbleiterschicht 1 vorn p-Typ Löcher von der Elektrodenschicht 3 durch die Kontaktschicht 2 gebildet bzw. injiziert. Das bedeutet, dass der Strom von der Elektrodenschicht 3 bis zur Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ fließt.
- Da in diesem Fall die Kontaktschicht 2 an der Grenzfläche zwischen der Kontaktschicht 2 und der Elektrodenschicht 3 eine Löcherdichte aufweist, die höher ist, als die Löcherdichte der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ, ist anzunehmen, dass durch diese Schicht ein Tunnelstrom fließt. Da die Kontaktschicht 2 und die Platinschicht 3b oder die Schicht, die Platin enthält, mittels der Übergangsmetallschicht 3a oder der Schicht der Elektrodenschicht 3, welche ein Übergangsmetall enthält, sehr stark aneinander haften, ist ferner die Sperrschicht gegen Löcher verkleinert. Da die Platinschicht 3b oder die Schicht, die Platin enthält, mit der Kontaktschicht 2 durch die dünne Übergangsmetallschicht 3a oder die Schicht, die ein Übergangsmetall enthält, verbunden ist, ist ferner die Unstetigkeit der Kontaktschicht 2 mit dem Valenzband verkleinert. Dies bedeutet, dass der elektrische spezifische Kontaktwiderstand herabgesetzt ist.
- Da die Platinschicht 3b oder die Schicht, die Platin enthält, zwischen die Goldschicht 3c oder die Schicht, die Gold enthält, und die Kontaktschicht 2 eingesetzt ist, wird zusätzlich verhindert, dass das Gold in Richtung der Kontaktschicht 2 diffundiert, selbst wenn durch Anlegen einer Spannung Joul'sche Wärme erzeugt wird, wodurch die Temperatur zunimmt, oder die Umgebungstemperatur angehoben wird. Somit wird selbst bei einem Temperaturanstieg der spezifische elektrische Kontaktwiderstand auf einen höheren Wert eingestellt.
- Wie vorstehend beschrieben, sind bei einer erfindungsgemäßen Struktur einer Ohmschen Elektrode die Kontaktschicht 2, die Übergangsmetallschicht 3a oder die Schicht, die ein Übergangsmetall enthält und die Platinschicht 3b oder die Schicht, die Platin enthält, aufeinanderfolgend von der Seite der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ her vorgesehen. Aus diesem Grund kann der Wert des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands herabgesetzt werden. Ferner sind die Übergangsmetallschicht 3a oder die Schicht, die ein Übergangsmetall enthält, und die Platinschicht 3b oder die Schicht, die Platin enthält, aufeinanderfolgend gesehen von der Seite der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ her vorgesehen. Somit ist es möglich, die thermische Stabilität zu erhöhen. Entsprechend ist es möglich, das Element für eine lange Zeitdauer stabil zu betreiben.
- Da gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode ein Glühen durchgeführt wird, nachdem die Übergangsmetallschicht 3a, die Platinschicht 3b und die Goldschicht 3c aufeinanderfolgend laminiert worden sind, ist es ferner möglich, dass die Platinschicht 3b mittels der Übergangsmetallschicht 3a sehr stark an der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ anhaftet, während durch die Platinschicht 3b verhindert wird, dass Gold in Richtung der Verbindungshalbleiterschicht 1 vom p-Typ diffundiert. Somit ist es möglich, eine erfindungsgemäße Struktur einer Ohmschen Elektrode zu realisieren bzw. herzustellen.
- Im Weiteren werden die erfindungsgemäßen Wirkungen bzw. Vorteile unter Bezugnahme auf einzelne Ausführungsformen beschrieben.
- Fig. 2 zeigt, gesehen von der Seite einer Elektrodenschicht 13, eine Struktur einer bei einer ersten Ausführungsform erzeugten Probe. Fig. 3 zeigt eine Schnittstruktur entlang einer Linie A-A der in der Fig. 2 gezeigten Probe. Ferner ist in der Fig. 2 der Bereich der Elektrodenschicht 13 durch eine Schraffur dargestellt, um zwischen der Elektrodenschicht 13 und der Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p- Typ zu unterscheiden.
- Bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform wird zunächst ein geeignetes Saphir-Substrat 10 vorbereitet, auf dem eine Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p-Typ gebildet ist. Diese Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p-Typ wird durch Aufwachsen von GaN gebildet, dem durch das MOCVD-Aufwachsen Magnesium als Störstellen vorn p-Typ zugesetzt ist, wobei nach dem Aufwachsen eine Aktivierung des Trägers durch ein Glühen bei einer Temperatur von 800ºC für eine Dauer von 10 Minuten in einer Stickstoffgas-Atmosphäre durchgeführt wird. Die Löcherdichte der Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ beträgt 4 · 10¹&sup7; cm&supmin;³, wobei deren Dicke ungefähr 2 um beträgt.
- Hieran anschließend wurde vor dem Ausbilden der Elektrodenschicht 13 eine Fotolack-Schicht (nicht gezeigt) auf die Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p- Typ aufgebracht, und entsprechend der in der Fig. 3 gezeigten Konfiguration der Elektrodenschich 13 wurde ein Muster mittels Fotolithographie gebildet. Dieses Muster dient zum Bilden einer Mehrzahl von zweiten Elektroden 14 mit unterschiedlichen Abständen zwischen Elektroden für eine erste Elektrode 14a, indem ein Teil der Elektrodenschicht 13 entfernt wird, der eine Ringform aufweist. Hiernach wird die Flächenoxidschicht des Verbindungshalbleiters vom p-Typ mit einer aus einem Ammoniumfluorid und einer Flusssäure (HF) gemischten Flüssigkeit entfernt, und danach wird eine Reinigung mit reinem Wasser durchgeführt.
- Anschließend wird der Verbindungshalbleiter vom p-Typ in eine Ablagerungs- bzw. Aufdampfvorrichtung eingebracht, wobei die Elektrodenschicht 13, bei der die Übergangsmetallschicht 13a, die Platinschicht 13b und die Goldschicht 13c laminiert sind, gebildet wird, indem Nickel in einer Dicke von 10 nm, Platin in einer Dicke von 100 nm, und Gold in einer Dicke von 200 nm nacheinander in einem Vakuum von ungefähr 1 · 10&supmin;&sup4; Pa abgelagert bzw. aufgedampft werden. Danach wird eine nicht gezeigte Fotolack-Schicht zusammen mit der darauf gebildeten Übergangsmetallschicht 13a, der Platinschicht 13b und der Goldschicht 13c entfernt, wodurch eine Probe wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt erzeugt wird, bei der eine erste Elektrode 14a und eine Mehrzahl von zweiten Elektroden 14b gebildet sind, wobei die Abstände zwischen den Elektroden 14b 4 um bis 36 um betragen.
- Nach der wie vorstehend beschriebenen Herstellung der Probe werden die jeweiligen Widerstandswerte zwischen den jeweiligen Elektroden jeweils gemessen. Danach wird die Probe in einer Stickstoffgasatmosphäre geglüht, wobei Veränderungen der Widerstandswerte zwischen den jeweiligen Elektroden jeweils gemessen werden. Die Messung wurde jeweils bei einer Glühtemperatur von 200ºC. 300 ºC. 400ºC, 500ºC, 600ºC, 700ºC und 800ºC durchgeführt. Die Glühzeit wurde jeweils auf 30 Sekunden eingestellt.
- In der Fig. 4 sind die Ergebnisse im Vergleich zu einer herkömmlichen Probe für die Proben dargestellt, bei denen der Abstand zwischen Elektroden 24 um beträgt. Unter einem herkömmlichen Beispiel ist hier ein Beispiel zu verstehen, bei dem die Platinschicht 13c bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform entfernt und Ni als die Übergangsmetallschicht 13a verwendet wurde. Ferner ist in der Fig. 4 eine Probe als Vergleichsbeispiel gezeigt, bei der auf der Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p-Typ nur eine Kobaltschicht gebildet ist.
- Hierbei wird der Widerstandswert vermutlich durch Addition des elektrischen Kontaktwiderstandswerts und des elektrischen Widerstandswerts der Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p-Typ erhalten. Da jedoch bei der Trägeraktivierung für die Verbindungshalbleiterschicht 11 vorn p-Typ ein Glühen bei der Glühtemperatur (800ºC) oder darunter durchgeführt wird, wird geschlossen, dass die Abweichung des Widerstandswerts der Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p-Typ klein ist. Ferner wird die durch Diffusion eines Metalls verursachte Veränderung der Oberfläche der Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p-Typ als die Änderung des Kontaktwiderstandswerts angesehen. Deshalb kann die in der Fig. 4 gezeigte Änderung des Widerstandswerts im gleichen Zusammenhang wie die Änderung des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands betrachtet werden.
- Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, nahm bei dem herkömmlichen Beispiel der Widerstandswert vor dem Glühen den kleinsten Wert an. Das bedeutet, dass bei dem herkömmlichen Beispiel der spezifische elektrische Kontaktwiderstand durch das Glühen groß wird. Hiergegen nahm bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Widerstandswert, obwohl der Widerstandswert durch Anwenden des Glühens zwischenzeitlich größer wird, durch das Glühen bei einer Temperatur von 700ºC den kleinsten Wert an. Ferner nahm der Widerstandswert wieder zu, wenn ein Glühen bei 800ºC durchgeführt wurde. Ein Vergleich des Widerstandswerts vor dem Glühen des herkömmlichen Beispiels und des Widerstandswerts vor dem Glühen der hier in Rede stehenden Ausführungsform offenbart, dass der Widerstandswert der hier in Rede stehenden Ausführungsform kleiner ist, und ein Vergleich des kleinsten Widerstandswerts des herkömmlichen Beispiels (vor dem Glühen) und des kleinsten Widerstandswerts der Ausführungsform (geglüht bei 700ºC) offenbart ferner, dass der kleinste Widerstandswert der erfindungsgemäßen Ausführungsform kleiner ist.
- Beim Messen des Werts des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands beim Glühen mit einer Temperatur von 700ºC zeigte der Wert einen verhältnismäßig kleinen Betrag von 3,2 · 10&supmin;² Ωcm², wie es in der Fig. 5 gezeigt ist. Bezüglich der Messung des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands wurde das Verfahren angewendet, das in "G. S. Marlow et al., Solid State Electronic 25 (1982) 91" beschrieben ist. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Flächenwiderstandswert der Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p-Typ 14900 Ω/ .
- Deshalb wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass der Wert des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands durch die Elektrodenschicht 13 herabgesetzt werden kann, bei der die Übergangsmetallschicht 15a, die aus Nickel zusammengesetzt ist, die Platinschicht 13b und die Goldschicht 13c aufeinanderfolgend laminiert sind. Insbesondere wurde festgestellt, dass die thermische Stabilität auch erhöht werden konnte, wenn ein Glühen bei 700ºC durchgeführt wird.
- Bei einer zweiten Ausführungsform wurde eine Probe in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt mit der Ausnahme, dass die Übergangsmetallschicht 13a aus Palladium gebildet wurde. Anschließend wurde die durch das Glühen verursachte Veränderung des Widerstandswerts in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform gemessen. Im Übrigen wurde für einen Vergleich mit der ersten Ausführungsform der Anteil, der aus dem gleichen Wafer wie bei der ersten Ausführungsform herausgetrennt wurde, für eine Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p-Typ verwendet, die auf einem Saphir-Substrat 10 gebildet ist.
- In gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform sind in der Fig. 4 die Ergebnisse für die Probe dargestellt, bei dem der Abstand zwischen Elektroden 24 um beträgt. Wie es aus der Fig. 4 ersichtlich ist, wurde bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform der Widerstandswert durch ein Glühen bei 800ºC kleiner, doch war der Widerstandswert vor Durchführung des Glühens am kleinsten. Ferner offenbart ein Vergleich des Widerstandswerts für ein herkömmliches Beispiel vor Durchführung eines Glühens und des Widerstandswerts für die hier in Rede stehende Ausführungsform vor Durchführung eines Glühens, dass der Widerstandswert für die hier in Rede stehende Ausführungsform kleiner ist.
- Deshalb kann der Wert des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands mittels einer Elektrodenschicht 13 herabgesetzt werden, bei welcher Schicht eine Übergangsmetallschicht 13a, die aus Palladium zusammengesetzt ist, eine Platinschicht 13d und eine Goldschicht 13c aufeinanderfolgend laminiert sind.
- Bei einer dritten Ausführungsform wurde ein Muster in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt mit der Ausnahme, dass die Übergangsmetallschicht 13a aus Kobalt gebildet wurde. Hieran anschließend wurde die durch das Glühen verursachte Änderung des Widerstandswerts in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform gemessen. Ferner wurde für einen Vergleich mit der ersten Ausführungsform der Anteil, der aus dem gleichen Wafer wie bei der ersten Ausführungsform herausgetrennt wurde, für eine Verbindungshalbleiterschicht vorn p-Typ verwendet, die auf einem Saphir-Substrat 10 gebildet ist.
- Ähnlich zur ersten Ausführungsform sind in der Fig. 4 die Ergebnisse für die Probe gezeigt, bei der der Abstand zwischen Elektroden 24 um beträgt. Wie aus der Fig. 4 zu entnehmen ist, wurde bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform der Widerstandswert, obwohl der Widerstandswert vor dem Glühen verhältnismäßig groß war, mittels des Glühens bei einer Temperatur von 700ºC am kleinsten. Ferner offenbart ein Vergleich des kleinsten Widerstandswerts (vor Anwendung des Glühens) des herkömmlichen Beispiels und des kleinsten Werts (geglüht bei 700ºC) der hier in Rede stehenden Ausführungsform, dass der Widerstandswert der hier in Rede stehenden Ausführungsform kleiner ist.
- Somit kann erfindungsgemäß der Wert des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands herabgesetzt und ferner die thermische Stabilität erhöht werden, indem eine Elektrodenschicht 13 bei einer Temperatur von 700ºC geglüht wird, bei welcher Schicht die Übergangsmetallschicht 13a, die aus Kobalt zusammengesetzt ist, die Platinschicht 13b und die Goldschicht 13c eine nach der anderen laminiert sind.
- Bei einer vierten Ausführungsform wurde eine Probe in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Übergangsmetallschicht 13a aus Titan gebildet wurde. Im Anschluss hieran wurde die durch das Glühen verursachte Änderung des Widerstandswerts in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform gemessen. Ferner wurde für einen Vergleich mit der ersten Ausführungsform der Anteil, der aus dem gleichen Wafer wie die erste Ausführungsform herausgetrennt wurde, für eine Verbindungshalbleiterschicht 11 vom p-Typ verwendet, der auf einem Saphir-Substrat 10 gebildet ist.
- In gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform sind in der Fig. 4 die Ergebnisse für die Probe gezeigt, bei der der Abstand zwischen Elektroden 24 um beträgt. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, wurde bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform der Widerstandswert, obwohl der Widerstandswert vor dem Anwenden des Glühens verhältnismaßig groß ist, infolge des Glühens bei 800ºC am kleinsten. Ferner offenbart ein Vergleich des kleinsten Widerstandswerts (vor Anwenden des Glühens) für das herkömmliche Beispiel und des kleinsten Widerstandswerts (geglüht bei 800ºC) bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform, dass der Widerstandswert der hier in Rede stehenden Ausführungsform kleiner ist. Somit kann erfindungsgemäß der Wert des spezifischen Kontaktwiderstands herabgesetzt werden und auch die thermische Stabilität erhöht werden, indem eine Elektrodenschicht 13 bei einer Temperatur von 800ºC geglüht wird, bei welcher Schicht eine Übergangsmetallschicht 13a, die aus Titan besteht, eine Platinschicht 13b und eine Goldschicht 13c aufeinanderfolgend laminiert sind.
- Fig. 6 zeigt eine Struktur einer für eine fünfte Ausführungsform hergestellten Probe. Bei dieser Ausführungsform wurde zunächst in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform eine Verbindungshalbleiterschicht 21 vom p-Typ vorbereitet, die auf einem Saphirsubstrat 20 gebildet ist. Anschließend wurde eine Oxidschicht, die auf der Fläche der Schicht gebildet ist, mit einer aus einem Ammoniumfluorid und einer Flusssäure gemischten Flüssigkeit entfernt, und die Verbindungshalbleiterschicht 21 vom p-Typ auf dem Substrat 20 wurde nach Reinigung mit reinem Wasser und einem Trocknen in eine Aufwachskammer einer MBE-Aufwachsvorrichtung eingebracht.
- Anschließend wurde die Substrattemperatur auf 850ºC erhöht und ihre Oberfläche durch ein Stickstoffplasma nitriert, und anschließend wurden auf die Fläche ein Galliumstrahl, ein Stickstoffplasma und ein Magnesiumstrahl gerichtet, um ein GaN aufzuwachsen, wodurch eine Kontaktschicht 22 gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt wurde Stickstoff durch eine Elektronenzyclotronresonanz- (ECR-)Zelle oder eine Radiofrequenz-(RF-)Zelle angeregt. Ferner wurde die Zellentemperatur von Gallium auf 900ºC eingestellt, und die Zellentemperatur von Magnesium wurde auf 200ºC bis 500ºC eingestellt.
- Nach dem Ausbilden der Kontaktschicht 22 in der vorstehend beschriebenen Weise wurden eine Übergangsmetallschicht 23a, die aus Nickel besteht, eine Platinschicht 23b und eine Goldschicht 23c in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform aufeinanderfolgend laminiert, um dadurch eine Elektrodenschicht 23 zu bilden.
- Beim Messen des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands auf der wie vorstehend beschrieben hergestellten Probe stellte sich heraus, dass der spezifische elektrische Kontaktwiderstand 10&supmin;³ cm² oder weniger betrug. Das bedeutet, dass der Wert des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands herabgesetzt werden konnte, indem die Kontaktschicht 22 zwischen die Verbindungshalbleiterschicht 21 und die Elektrodenschicht 23 eingebracht wurde.
- Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese. Ausführungsformen beschränkt, sondern kann im Rahmen der beigefügten Ansprüche in mehrfacher Hinsicht abgeändert werden. Beispielsweise wurde bei der vorstehend genannten Ausführungsform die Kontaktschicht 2 zwischen die Verbindungshalbleiterschicht 1 und die Elektrodenschicht 3 eingesetzt, jedoch ist es bei den ersten bis vierten Auführungsformen nicht unbedingt erforderlich, die Kontaktschicht 2 einzusetzen.
- Ferner wurden bei den vorstehend genannten jeweiligen Ausführungsformen die Übergangsmetallschichten 13a und 23a aus einer einfachen Substanz, wie z. B. Nickel und Palladium gebildet, jedoch können diese Schichten aus einer Legierung mit anderen Metallen gebildet sein.
- Wie vorstehend beschrieben, ist gemäß der erfindungsgemäßen Struktur der Ohmschen Elektrode eine Elektrodenschicht vorgesehen, die Gold. Platin und zumindest ein Übergangselement verschieden von Gold oder Platin enthält. Deshalb kann der Wert des spezifischen elektrischen Kontaktwiderstands verringert und ferner die thermische Stabilität erhöht werden. Somit ist gewährleistet, dass die entsprechenden Halbleiterelemente über eine lange Zeitdauer stabil betrieben werden können.
- Da gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Struktur der Ohmschen Elektrode ein Schritt zum Ausbilden einer Übergangsmetallschicht, einer Platinschicht und einer Goldschicht eine nach der anderen auf einer Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ und ein Schritt zum anschließenden Glühen vorgesehen sind, kann durch die Übergangsmetallschicht eine sehr starke Haftung der Platinschicht an der Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ erzielt werden, während mittels der Platinschicht verhindert wird, dass Gold in Richtung der Verbindungshalbleiterschicht vorn p-Typ diffundiert. Somit lässt sich eine erfindungsgemäße Struktur einer Ohmschen Elektrode herstellen bzw. bereitstellen.
Claims (13)
1. Struktur einer Ohmschen Elektrode, mit:
- einer Verbindungshalbleiterschicht (1; 11; 21; 2; 22) vom p-Typ, die N und
zumindest ein Element ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Ga, Al, B und
In enthält; und
- einer Elektrodenschicht (3; 13; 23) auf der Verbindungshalbleiterschicht (1;
11 ; 21; 2; 22) vom p-Typ, welche Elektrodenschicht zumindest Au, Pt und ein
Übergangsmetallelement ausgenommen Au und Pt enthält, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Elektrodenschicht (3; 13; 23) aus einer ersten Schicht auf der
Verbindungshalbleiterschicht (1; 11; 21; 2; 22) vom p-Typ, welche erste Schicht
zumindest ein Übergangsmetalle)ement ausgenommen Au und Pt enthält, aus einer
zweiten Schicht auf der ersten Schicht, welche zweite Schicht Pt enthält, und aus
einer dritten Schicht auf der zweiten Schicht besteht, welche dritte Schicht Au
enthält.
2. Struktur einer Ohmschen Elektrode nach Anspruch 1, bei der die
Elektrodenschicht (3; 13; 23) auf der Verbindungshalbleiterschicht (1; 11; 21; 2; 22) vorn p-
Typ aus einer Übergangsmetallschicht (3a; 13a; 23a), die zumindest ein
Übergangsmetallelement ausgenommen Au und Pt enthält, aus einer Pt-Schicht (3b;
13b; 23b) auf der ersten Schicht und aus einer Au-Schicht (3c; 13c; 23c) auf der
zweiten Schicht gebildet ist.
3. Struktur einer Ohmschen Elektrode nach Anspruch 1, bei der die erste
Schicht Pd enthält.
4. Struktur einer Ohmschen Elektrode nach Anspruch 1, bei der die erste
Schicht Ni enthält.
5. Struktur einer Ohmschen Elektrode nach Anspruch 1, bei der die
Verbindungshalbleiterschicht (1; 11; 21; 2; 22) vorn p-Typ eine Kontaktschicht (2; 22)
aufweist, die aus einem Verbindungshalbleiter vom p-Typ besteht, der N und
zumindest ein Element ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Ga, Al, B und
In enthält, wobei die Elektrodenschicht (3; 13; 23) auf der Kontaktschicht (2; 22)
angeordnet und die Löcherdichte der Kontaktschicht (2; 22) höher als die des
Abschnitts (1; 21) der Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ ist, welche Verbindungshalbleiterschicht
nicht die Kontaktschicht (2; 22) ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode nach
einem der Ansprüche 1 bis 5, mit den Schritten:
- Ausbilden einer ersten Schicht auf einer Verbindungshalbleiterschicht (1;
11; 21; 2; 22) vom p-Typ, die N und zumindest ein Element ausgewählt aus einer
Gruppe bestehend aus Ga, Al, B und In enthält, welche erste Schicht zumindest
ein Übergangsmetallelement ausgenommen Au und Pt enthält;
- Ausbilden einer zweiten Schicht auf der ersten Schicht, welche zweite
Schicht Pt enthält;
- Ausbilden einer dritten Schicht auf der zweiten Schicht, welche dritte
Schicht Au enthält; und
- Anwenden einer Wärmebehandlung auf die erste, zweite und dritte Schicht.
7. Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode nach
Anspruch 6, worin die erste Schicht Pd enthält.
8. Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode nach
Anspruch 6, worin die erste Schicht Ni enthält.
9. Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode nach
Anspruch 6, worin die erste Schicht aus Pd, die zweite Schicht aus Pt und die
dritte Schicht aus Au besteht.
10. Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode nach
Anspruch 6, worin die erste Schicht aus Ni, die zweite Schicht aus Pt und die
dritte Schicht aus Au besteht.
11. Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode nach
Anspruch 6, worin die erste Schicht Ni enthält, und die Temperatur der
Wärmebehandlung auf 600ºC bis 800ºC eingestellt ist.
12. Verfahren zur Herstellung einer Struktur einer Ohmschen Elektrode nach
Anspruch 6, weiter mit einem Schritt zum Ausbilden einer Kontaktschicht (2; 22)
mittels Molekularstrahlepitaxie, welche Kontaktschicht aus einem
Verbindungshalbleiter vom p-Typ besteht, der N und zumindest ein Element ausgewählt aus
einer Gruppe bestehend aus Ga, Al, B und In enthält, und welcher Verbindungshalbleiter
in der Verbindungshalbleiterschicht (1; 21; 2; 22) vorn p-Typ enthalten
ist, wobei die erste Schicht auf der Kontaktschicht (2; 22) ausgebildet ist.
13. Halbleiterelement mit einer Struktur einer Ohmschen Elektrode nach
Anspruch 1.
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