JP6186380B2 - 半導体層に対するオーミックコンタクトを含むデバイスヘテロ構造を形成することを含む方法および半導体層に対するオーミックコンタクトを含むデバイスヘテロ構造を含むデバイス - Google Patents

半導体層に対するオーミックコンタクトを含むデバイスヘテロ構造を形成することを含む方法および半導体層に対するオーミックコンタクトを含むデバイスヘテロ構造を含むデバイス Download PDF

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Description

本開示は、概して、半導体に対するコンタクト、より詳細には半導体、例えば窒化物ベースの半導体などに対するオーミックコンタクトに関する。
高出力のＩＩＩ−Ｖ族材料ベースの半導体デバイス、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、およびヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などの開発における課題は、低い比抵抗および高い電流輸送能力の両方を有するオーミックコンタクトの開発である。例えば、ｎ型材料に対する低抵抗のオーミックコンタクトを製造するための課題は、高いモル分率においてアルミニウムを含むＩＩＩ族窒化物材料、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）または窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）などから作成される深紫外線ＬＥＤにとって特に重要である。
窒化物ベースのデバイスにおいて低いｎ型コンタクト抵抗を達成するために、一般的には、数種のコンタクト金属および比較的高いアニール処理温度が用いられる。この点に関して、Ａｌは、およそ６６０℃と比較的低い融点を有することから、コンタクト金属として使用することができる。さらに、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）は、窒化物に対して低い金属仕事関数を有することから、このコンタクトの第一層として使用することができる。具体例としては、５ナノメートルから５ミクロンの厚さを有し、４００℃以上の温度でアニール処理された、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／金（Ａｕ）またはＴｉ／Ａｌ／ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕが挙げられる。別のアプローチでは、ＴｉおよびＡｌの順序を逆にして、Ａｌ／Ｔｉ／白金（Ｐｔ）／Ａｕを含み、４００〜６００℃の温度でアニール処理された、ｎ型ＧａＮ半導体に対するＡｌ／Ｔｉベースのコンタクトが形成される。さらなる別のアプローチでは、様々な金属構成、例えば、Ｃｒ／Ａｌ／Ｃｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ／コバルト（Ｃｏ）／Ａｕ、およびＣｒ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕなどを含む、ｎ型ＧａＮ半導体に対するＣｒ／Ａｌベースのコンタクトが形成される。
コンタクトの信頼性も問題となり得る。例えば、今日まで、２６５ナノメートルの短波長を放つ紫外線ＬＥＤのためのＴｉ／Ａｌベースのｎ型コンタクトにおいて、高い信頼性は示されていない。
いくつかのアプローチでは、エッチング処理を実施した後に半導体層を再成長させることにより、オーミックコンタクトを向上させている。例えば、アプローチの１つでは、半導体層を再成長させるプロセスにより非合金系コンタクトが形成される。このプロセスは、（１）サファイアなどの基板上に半導体層を成長させる工程；（２）最上部の半導体層の上に再成長マスクを配置する工程であって、再成長マスク材料（例えば、窒化シリコンまたは二酸化シリコン）が、半導体層上においてパッシベーション層として機能することができるように、選択され、被着され、および（例えば、フォトレジストの使用により）選択的に除去される工程；（３）最上部の半導体層の表面からおよそ５ナノメートルから千ナノメートルの許容可能な深さに半導体層をエッチングする工程；（４）エッチングした領域において構造体を成長させる工程；ならびに（５）任意により、ゲートを有するデバイスのために、フォトリソグラフィを適用してゲート領域を形成する工程、を含む。
図１Ａ〜１Ｃは、それぞれ、先行技術による反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）および再成長プロセスを使用して形成された典型的なオーミックコンタクト２Ａ〜２Ｃを示している。それぞれの場合において、半導体層４Ａ〜４ＣのＲＩＥは、再成長の前に行われている。その後にオーミック金属６Ａ〜６Ｃを被着させることによって再成長が実施される。図１Ａにおいて、オーミックコンタクト２Ａは、ＲＩＥで損傷した層４Ａの上に、再成長させた表面状態を補う層を含む。図１Ｂにおいて、オーミックコンタクト２Ｂは、再成長させた表面状態を補う層およびデルタドーピング層を含む。図１Ｃにおいて、オーミックコンタクト２Ｃは、再成長させた表面状態を補う層および低いオーミックコンタクト比抵抗のための層を含む。図１Ａ〜１Ｃに示されるように、再成長技術は、他の特徴、例えば、図１Ｂに示されるようなデルタ−ドーピングなどと併用することができる。デルタ−ドーピングは、高速デバイス、例えば、高いキャリア密度およびゲートの大きな破壊電圧を達成するためにデルタ−ドーピング技術を利用するヘテロ構造電解効果トランジスタなどにとって重要である。さらに、再成長技術は、図１Ｃに示されるような荒いモルホロジー（ｒｏｕｇｈ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）を有するコンタクト、ならびに再成長領域と共にアニール処理されかつ再成長領域中への突出部を有するコンタクトと一緒に使用することができる。コンタクト２Ａ〜２Ｃのそれぞれの品質は、オーミック金属６Ａ〜６Ｃを直接被着させる場合と比べて再成長によって著しく向上するが、その一方で、各プロセスは、ＲＩＥエッチング領域４Ａ〜４Ｃに多くの欠陥を有し、これが、オーミックコンタクト２Ａ〜２Ｃの品質を低下させ、ならびにオーミックコンタクト２Ａ〜２Ｃを含む対応するデバイスの寿命全体を低下させる。
別の再成長アプローチは、特に、ＩＩＩ族窒化物半導体層を再成長させるように設計されるものである。このプロセスは、（１）半導体層と、半導体層を覆う非意図的にドープされた（ＵＩＤ）窒化ガリウム（ＧａＮ）層と、ＧａＮ半導体層を覆うＵＩＤ窒化アルミニウムガリウム（ＵＩＤーＡｌＧａＮ）層とを含む半導体本体を基板上に成長させる工程；（２）絶縁膜を被着させ、パターン形成する工程；ならびに（３）ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ半導体の表面をエッチングすることなく、絶縁膜で覆われていないＵＩＤ−ＡｌＧａＮの表面におけるある領域にｎ＋ＧａＮ層を再成長させる工程、を含む。
本発明の態様は、半導体層に対するオーミックコンタクトを形成するための解決策を提供する。マスキング材料を半導体層の表面上の一セットのコンタクト領域に適用する。それに続いて、半導体層のマスキングされていない領域上に、デバイスヘテロ構造の１つもしくは複数の層を形成する。デバイスヘテロ構造の１つもしくは複数の層を形成した後に、オーミックコンタクトを形成することができる。オーミックコンタクト形成は、デバイスヘテロ構造に任意の半導体層を形成する材料の品質が損なわれる温度範囲よりも低い処理温度において実施することができる。
本発明の第一の態様は、半導体層をエッチングすることなく、デバイスヘテロ構造の一セットの半導体層において半導体層に対するオーミックコンタクトを含む前記デバイスヘテロ構造を形成することを含む方法であって、前記デバイスへテロ構造を形成することは、前記半導体層の表面上の前記オーミックコンタクトに対応する一セットのコンタクト領域上にマスキング材料を適用し、前記マスキング材料を適用した後に、前記半導体層の表面の一セットのマスクされていない領域を覆う隆起領域を形成し、前記隆起領域の形成後に前記一セットのコンタクト領域上にオーミックコンタクトを形成することを含み、前記オーミックコンタクトを形成することは、デバイスヘテロ構造に前記一セットの半導体層のいずれかを形成する材料の品質が損なわれる温度範囲よりも低い処理温度において実施されることを特徴とする方法を提供する。
本発明の第二の態様は、デバイスヘテロ構造の一セットの半導体層において半導体層に対するオーミックコンタクトを含むデバイスヘテロ構造を含むデバイスであって、前記オーミックコンタクトが、前記半導体層の一セットのコンタクト領域上に形成された一セットの高導電性半導体層を含み、前記一セットの高導電性半導体層が、前記半導体層と前記一セットの高導電性半導体層との界面において前記半導体層と格子整合されることを特徴とするデバイスを提供する。
本発明の第三の態様は、半導体層をエッチングすることなく、デバイスヘテロ構造の一セットの半導体層において該半導体層に対するオーミックコンタクトを含む前記デバイスヘテロ構造を形成するための製造システムを含むシステムであって、前記デバイスへテロ構造を形成することは、前記半導体層の表面上に該オーミックコンタクトに対応する一セットのコンタクト領域上にマスキング材料を適用し、前記マスキング材料を適用した後に、前記半導体層の表面の一セットのマスクされていない領域を覆う隆起領域を形成し、前記隆起領域の形成後に前記一セットのコンタクト領域上にオーミックコンタクトを形成することを含み、前記オーミックコンタクトを形成することは、デバイスヘテロ構造に前記一セットの半導体層のいずれかを形成する材料の品質が損なわれる温度範囲よりも低い処理温度において実施されることを特徴とするシステムを提供する。
本発明の例示の態様は、本明細書において説明した１つもしくは複数の問題および／または説明していない他の１つもしくは複数の問題を解決するように設計される。
本開示のこれらおよび他の特徴は、本発明の様々な態様を表す添付の図面と共に為される以下の本発明の様々な態様の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
先行技術による反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）および再成長プロセスを使用して形成された典型的なオーミックコンタクトを示す。 先行技術による反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）および再成長プロセスを使用して形成された典型的なオーミックコンタクトを示す。 先行技術による反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）および再成長プロセスを使用して形成された典型的なオーミックコンタクトを示す。 一実施形態による例示的なエミッティングデバイスの模式構造を示す。 一実施形態によるデバイスヘテロ構造を製造するための例示的な一セットの作業を示す。 一実施形態によるデバイスヘテロ構造を製造するための別の例示的な一セットの作業を示す。 は、一実施形態による回路を製造するための例示的なフロー図を示す。
図面は原寸に比例していない場合もあり得ることに注意されたい。図面は、本発明の典型的な態様を表すことのみを意図するものであり、したがって、本発明の範囲を限定するものとしてみなすべきではない。図面において、同様の付番は、図面間において同様の要素を表している。
上記において示したように、本発明のある態様は、半導体層に対するオーミックコンタクトを形成するための解決策を提供する。半導体層の表面上の一セットのコンタクト領域に、マスキング材料が適用される。それに続いて、半導体層のマスクされていない領域上に、デバイスヘテロ構造の１つまたは複数の層が形成される。デバイスヘテロ構造の１つまたは複数の層が形成された後に、オーミックコンタクトが形成され得る。オーミックコンタクトの形成は、デバイスヘテロ構造に任意の半導体層を形成する材料の品質が損なわれる温度範囲よりも低い処理温度において実施され得る。オーミックコンタクトの形成は、半導体層をエッチングすることなく実施することができ、ならびにオーミックコンタクトを、半導体層とオーミックコンタクトの界面において半導体層に格子整合させることができる。結果として得られるオーミックコンタクトは、従来のアプローチを使用して形成されたオーミックコンタクトよりも高い信頼性を有し得る。本明細書において使用される場合、特に明記されない限り、用語「一セット（ｓｅｔ）」は、１つもしくは複数（すなわち、少なくとも１つ）を意味し、語句「任意の解決策」は、既知の解決策または後に開発される解決策を意味する。
図２を参照すると、図２は、一実施形態による例示的なエミッティングデバイス１０の模式構造を示している。より詳細な実施形態において、エミッティングデバイス１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、例えば、従来のＬＥＤまたはスーパールミネッセントＬＥＤなどとして作動するように構成される。あるいは、エミッティングデバイス１０は、レーザーダイオード（ＬＤ）として作動するように構成することもできる。どちらの場合においても、エミッティングデバイス１０の作動の際、バンドギャップに相当するバイアスを印加することにより、結果として、当該エミッティングデバイス１０の活性領域１８から電磁放射線が放出される。エミッティングデバイス１０によって放出された電磁放射線は、可視光、紫外線、深紫外線、赤外光、および／または同様のものを含む、波長の任意の範囲内にピーク波長を含み得る。
本発明の態様は、エミッティングデバイス１０と併せて示され説明されるが、本発明の態様は、他のタイプのデバイスの形成においても利用することができることは理解されたい。例えば、当該デバイスは、光検出装置、フォトディテクター、フォトダイオード、および／または同様のものであり得る。同様に、当該デバイスは、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、ｐｎ接合ダイオード、スイッチングダイオード、サイリスタ、および／または同様のものであり得る。
いずれにせよ、半導体ベースのデバイス、例えばエミッティングデバイス１０など、は、典型的には、複数の層で構成される。それぞれの層は、様々な要素に対してモル分率の特定の組み合わせを有する（例えば、所定の値のｘ、ｙ、および／またはｚ）。２つの層の間の界面は、半導体ヘテロ接合として形成される。界面において、モル分率の組み合わせは、別々の量によって変化すると考えられる。モル分率の組み合わせが連続的に変化する層は、傾斜化されていると言われる。半導体層のスタックは、いくつかのｎ型ドープされた層と１つもしくは複数のｐ型ドープされた層とを含み得る。典型的な半導体デバイスは、オーミックコンタクトを必要とする。
図２に示されているように、エミッティングデバイス１０は、基板１２と、基板１２に隣接するバッファ層１４と、バッファ層１４に隣接するｎ型クラッド層１６（例えば、電子供給層）と、ｎ型クラッド層１６に隣接する、ｎ型面１９Ａを有する活性領域１８とを含むヘテロ構造を含む。さらに、エミッティングデバイス１０のヘテロ構造は、活性領域１８のｐ型面１９Ｂに隣接するｐ型層２０（例えば、電子ブロッキング層）およびｐ型層２０に隣接するｐ型クラッド層２２（例えば、正孔供給層）を含む。
より詳細な例示的な実施形態において、エミッティングデバイス１０は、様々な層のうちのいくつかもしくはすべてがＩＩＩ−Ｖ族材料系から選択される元素で形成されている、ＩＩＩ−Ｖ族材料ベースのデバイスである。さらにより詳細な例示的な実施形態において、エミッティングデバイス１０の様々な層は、ＩＩＩ族窒化物ベースの材料で形成される。ＩＩＩ族窒化物材料は、ＢWＡｌXＧａYＩｎZＮ（式中、０≦Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ≦１およびＷ＋Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１である）のように、１種または複数種のＩＩＩ族元素（例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ））と窒素（Ｎ）とを含む。例示的なＩＩＩ族窒化物材料としては、ＩＩＩ族元素の任意のモル分率を有する、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＢＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＢＮ、ＡｌＩｎＢＮ、およびＡｌＧａＩｎＢＮが挙げられる。
ＩＩＩ族窒化物ベースのエミッティングデバイス１０の例示的な実施形態は、ＩｎyＡｌxＧａ1-x-yＮ、ＧａzＩｎyＡｌxＢ1-x-y-zＮ、ＡｌxＧａ1-xＮ半導体合金、または同様のもので構成される活性領域１８（例えば、一セットの交互の量子井戸および量子障壁）を含む。同様に、ｎ型クラッド層１６およびｐ型層２０の両方を、ＩｎyＡｌxＧａ1-x-yＮ合金、ＧａzＩｎyＡｌxＢ1-x-y-zＮ合金、または同様のもので構成することもできる。ｘ、ｙ、およびｚで与えられるモル分率は、様々な層１６、１８、および２０の間で変わり得る。基板１２は、サファイア、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、バルク半導体テンプレート材料、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＯＮ、ＬｉＧａＯ２、ＡｌＧａＢＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＢＮ、および／または同様のもの、あるいは他の好適な材料であり得、ならびに、極性、非極性、半極性であり得る。バッファ層１４は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＢＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＢＮ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＮ超格子、および／または同様のもので構成され得る。
エミッティングデバイス１０に関連して示されているように、ｐ型金属２４をｐ型クラッド層２２に取り付けることができ、ｐ型コンタクト２６をｐ型金属２４に取り付けることができる。さらに、本明細書において説明されるように、ｎ型コンタクト層２８を、ｎ型クラッド層１６上に形成することができ、本明細書において説明されるプロセスを使用して、ｎ型コンタクト３０をｎ型コンタクト層２８上に形成することができる。ｐ型金属２４およびｎ型コンタクト層２８は、それぞれ、対応する層２２、１６に対するオーミックコンタクトを形成し得る。一実施形態において、ｐ型金属２４は、数層の導電性および反射性の金属層を有し、その一方で、ｐ型コンタクト２６は、高い導電性の金属を含む。一実施形態において、ｐ型クラッド層２２および／またはｐ型コンタクト２６は、活性領域１８が発生される電磁放射線に対して透明（例えば、半透明または透明）であり得る。例えば、ｐ型クラッド層２２および／またはｐ型コンタクト２６は、短周期超格子、例えば、透明なマグネシウム（Ｍｇ）ドープされたＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの短周期超格子構造（ＳＰＳＬ）など、を含み得る。さらに、ｐ型コンタクト２６および／またはｎ型コンタクト層２８は、活性領域１８が発生される電磁放射線に対して反射性であり得る。別の実施形態において、ｎ型クラッド層１６および／またはｎ型コンタクト層２８は、ＡｌＧａＮのＳＰＳＬなどの短周期超格子で形成することができ、これらは、活性領域１８が発生される電磁放射線に対して透明である。
本明細書において使用される場合、層が放射線波長の対応領域における電磁放射線の少なくとも一部を通過させる場合、当該層は透明である。例えば、透明層は、活性領域１８が放出する光（例えば、紫外線光または深紫外線光など）のピーク放出波長に対応するある範囲の放射線波長（例えば、ピーク放出波長＋／−５ナノメートル）の光の少なくとも一部を通過させるように構成することができる。本明細書において使用される場合、層がおよそ０．５パーセントを超える放射線を通過させる場合、当該層は当該放射線に対して透明である。より詳細な実施形態において、透明層は、およそ５パーセントを超える放射線を通過させるように構成される。さらにより詳細な実施形態において、透明層は、およそ１０パーセントを超える放射線を通過させるように構成される。同様に、層が、関連する電磁放射線（例えば、活性領域のピーク放出に近い波長を有する光）の少なくとも一部を反射する場合、当該層は反射性である。一実施形態において、反射層は、少なくともおよそ５パーセントの放射線を反射するように構成される。
エミッティングデバイス１０に関連してより詳細に示されるように、当該デバイス１０は、コンタクト２６、３０を介してサブマウント３６に取り付けられ得る。この場合、基板１２は、エミッティングデバイス１０の上部に位置される。この点に関して、ｐ型コンタクト２６およびｎ型コンタクト３０は両方とも、それぞれ、コンタクトパッド３２、３４を介してサブマウント３６に取り付けられ得る。一実施形態において、ｎ型コンタクト層２８は透明材料であり、その一方で、ｎ型コンタクト３０は、当該ｎ型コンタクト層２８からの光抽出を向上させるために、反射性材料（例えば、金属）である。サブマウント３６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、および／または同様のもので形成され得る。
本明細書において説明するエミッティングデバイス１０の層構成が例示に過ぎないことは理解されたい。この点に関して、エミッティングデバイス／ヘテロ構造は、交互の層構成、１つもしくは複数の追加の層、および／または同様のものを含み得る。結果として、様々な層がお互いに直接隣接している（例えば、お互いにコンタクトしている）ように示されているが、エミッティングデバイス／ヘテロ構造に１つもしくは複数の中間層が存在していてもよいことは理解されたい。
先行技術の解決策を使用したデバイス１０の形成は、典型的には、ｐ型クラッド層２２、ｐ型層２０、および活性領域１８をエッチングすることによって、ｎ型コンタクトが形成されるべき領域においてｎ型クラッド層１６を露出させる工程を含む。それに続いて、金属（図示されず）が、典型的には、ｎ型クラッド層１６上に被着され、ｎ型オーミックコンタクトを形成するために、ｎ型コンタクト３０が当該金属上に形成される。同様の手順が、トランジスタおよび他のタイプの半導体デバイスのためのオーミックコンタクトを形成するために用いられる。その一方で、本発明者らは、デバイス、例えば、エミッティングデバイス１０など、または当該デバイスのためのヘテロ構造を製造するためのプロセスを提案しており、これは、１つもしくは複数のコンタクト、例えば、ｎ型コンタクト３０などを形成するために、ｎ型クラッド層１６および／または任意の他の層のエッチングを必要としない。ｎ型コンタクト３０の形成に関連して説明したが、本発明の態様は、ｐ型コンタクト、例えば、ｐ型コンタクト２６など、の形成も対象とし得ることは理解されたい。
この点に関して、図３は、ある態様によるデバイスヘテロ構造４０において半導体層４６に対する少なくとも１つのコンタクト５６を含むデバイスヘテロ構造４０（ステップ８に示されている）を製造するための例示的な一セットの作業を示している。本明細書において説明されるように、当該プロセスは、半導体層４６に対する１つもしくは複数のオーミックコンタクトを形成するために使用することができる。当該半導体層４６は、ｐ型層であってもまたはｎ型層であってもよい。本明細書において説明されるプロセスは、エッチングすることなく、そのようなコンタクトの製造を可能にする。
ステップ１において、基板４２と、当該基板４２上の第一層４４と、当該第一層４４上の第二層４６とを含むヘテロ構造を得る（例えば、形成するか、成長させるか、購入するか、および／または同様の方法により得る）。一実施形態において、層４４、４６は、本明細書において説明されるような任意のタイプの基板材料を含む基板４２上においてエピタキシャルに成長させたＩＩＩ族窒化物層である。別の実施形態において、層４４は、他の層、例えば層４６など、のエピタキシャル成長の前に基板４２上に成長させたバッファ層または核形成層である。３つの層４２、４４、４６が示されているが、任意の数の層を含ませることができることは理解されたい。この点に関して、層４４、４６は、複数の半導体層および／またはある層のための複数の副層を含み得る。
いずれにしても、各半導体層は、様々な成長条件下において成長させた様々な組成を含み得る。例えば、一実施形態において、同じ組成の層を、異なる温度、異なるＩＩＩ／Ｖ比、および／または同様の条件において成長させることができる。さらに、層４６は、ドープされた材料で形成された少なくとも１つの層を含み得る。当該ドーピングは、層４６の一セットのコンタクト領域上に続いて形成されるオーミックコンタクトの間に導電性経路を提供するように構成され得る。一実施形態において、層４６は、低いキャリアイオン化エネルギーを有するドープされた窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体材料で形成される。
ステップ２において、一セットのマスク４８が、層４６の表面における一セットのコンタクト領域４７上に形成される。当該マスク４８は、下にある半導体層４６を損なうことなく除去することができる、任意のタイプのマスキング材料であり得る。一実施形態において、当該マスク４８は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）または窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）を含む。より詳細な実施形態において、当該一セットのマスク４８は、最初に、層４６の表面の実質的全体にマスキング材料を適用することによって形成される。それに続いて、当該マスキング材料を、層４６の表面のいくつかの領域から除去することにより、一セットのコンタクト領域４７上に一セットのマスク４８が形成され得る。当該マスキング材料の除去は、例えば、フォトリソグラフィ技術などを用いて実施することができる。
ステップ３において、高いキャリア伝導性を有する半導体領域４９のような隆起したメサが、層４６を覆うように形成される。隆起領域４９には、層４６とは異なる光学的および／または電気的特性を持たせることができる。例えば、隆起領域４９は、層４６の材料よりも高い導電率を有する材料で形成することができる。ただし、隆起領域４９は、層４６と同じ型（例えば、ｎ型またはｐ型）であってもよい。ドープした半導体材料（例えば、本明細書において説明したドープしたＧａＮなど）を使用する過成長（ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）手順は、隆起領域４９を形成するために用いることができる。ステップ４において、隆起領域４９の上に半導体層５０が成長され得る。半導体層５０は、例えば、異なる組成を有する、および／または異なる成長条件を使用して成長させた、いくつかの半導体副層を含むことができる。可能な一実施形態において、半導体層５０は、隆起領域４９を形成する材料のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する材料で形成される。半導体層５０が、高濃度でドープされた材料で形成される場合、半導体層５０と隆起領域４９との間の界面において、二次元電子ガスが形成され得る。
別の可能な実施形態において、半導体層５０は、層４６を形成する材料とは異なる光学的および／または電気的特性を有する材料で形成される。例えば、半導体層５０は、様々なＶ／ＩＩＩ比、温度、および他の成長パラメータを含む異なるエピタキシャル成長条件下で成長させることができる。さらなる別の実施形態において、半導体層５０には、多層構造、例えば、ＩＩＩ族窒化物副層の超格子など、を含ませることができる。別の実施形態において、半導体層５０は、半導体層５０と隆起領域４９との間の界面が量子井戸および量子障壁で構成される発光領域を含有するｐ型領域を形成し得る。
デバイスヘテロ構造４０のために所望の一セットの半導体層が形成されると、一セットのオーミックコンタクトの形成のために、デバイスヘテロ構造を調製することができる。この点に関して、ステップ５において、マスク４８を形成するマスキング材料が、その後の半導体過成長のために除去される。ステップ６において、マスク５２が、任意の解決策を使用して（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4などのマスキング材料を適用することによって）、半導体層５０（または、半導体層５０が存在しない場合には、隆起領域４９）の上に位置され得る。当該ヘテロ構造４０がトランジスタデバイスのために使用される場合、例えば、絶縁表面の上にゲートコンタクトを被着させるなどのためにマスク５２が適用され得る。この点に関して、いくつかのタイプの半導体デバイスに対しては、マスク５２が適用されない場合もあることを理解されたい。
それに続いて、半導体層４６の一セットのコンタクト領域４７上に、一セットのオーミックコンタクトが形成され得る。一実施形態において、当該一セットのオーミックコンタクトは、デバイスヘテロ構造４０における半導体層４２、４４、４６、５０のいずれかを形成する材料の品質が損なわれる温度範囲よりも低い処理温度において形成される。例えば、例示的実施例として図２のデバイス１０を簡潔に参照すると、ｐ型クラッド層２２、ｐ型層２０、活性領域１８、またはｎ型クラッド層１６を形成する材料の品質を損なわないであろう温度において、ｎ型コンタクト３０の形成を実施することができる。一実施形態において、ＩＩＩ族窒化物材料を使用して形成されるデバイスヘテロ構造の場合、ｐ型層の成長にとって好ましい温度範囲は、９５０〜１０５０℃である。この場合、当該一セットのオーミックコンタクトの形成において使用される処理温度は、９５０℃より低い、例えば、およそ８５０〜およそ９５０℃の範囲であり得る。
ステップ７において、一セットの高導電性半導体層５４が、任意の解決策を使用してヘテロ構造４０の一セットのコンタクト領域４７上に過成長され得る。ヘテロ構造４０が使用されるであろう対応するデバイスに応じて、標的厚さまでエピタキシャル成長を実施することができ、この厚さは、隆起領域４９の厚さを超えてもよくまたは超えなくてもよい。例えば、発光デバイスの場合、当該過成長させた半導体層５４は、隣接する半導体層と同じ型であり得る。この場合、半導体層５４の厚さは、隆起領域４９の厚さと等しいかそれ未満であり得る。
ステップ８において、一セットの半導体層５４の上にオーミック金属５６を被着させることにより、半導体層４６に対する低抵抗のオーミックコンタクトが形成され得る。オーミック金属５６は、任意の解決策、例えば、熱蒸発、電子ビーム蒸発、化学蒸着、電気メッキ、電着、および／または同様の方法、を使用して被着させることができる。さらに、当該オーミック金属５６をアニール処理することにより、当該オーミック金属５６とその下の一セットの半導体層５４との間に中間層を形成することができる。当該中間層は、当該一セットの半導体層５４中への、オーミック金属５６のナノサイズの突起部を含み得る。当該オーミックコンタクトの実施形態は、図１Ｃに示されるような荒い表面を含み得、このような表面は、例えば、当該一セットの半導体層５４に対して適切な一セットの成長条件を選択することによって調製することができる。当該一セットの成長条件は、高いＶ／ＩＩＩ比での成長、低い温度（例えば、１０００℃以下の温度）での成長、および／または同様の条件を含み得る。
一実施形態において、当該一セットの半導体層５４は、ＡｌwＩｎxＧａyＢzＮ（式中、０≦ｗ、ｘ、ｙ、ｚ≦１およびｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である）で形成される。より詳細な実施形態において、Ａｌの組成は、１００パーセント未満であるが、１パーセントを超えるものであり、すなわち、０．０１＜ｗ＜１である。この場合、例示的なＩＩＩ族材料としては、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＢＮ、ＡｌＩｎＢＮ、ＡｌＧａＢＮ、ＡｌＧａＩｎＢＮ、および／または同様のものが挙げられる。さらに、当該材料は、０．００１を超えるモル分率ｘのインジウムを含み得る。一セットの半導体層５４が複数の層を含む場合、当該層は、異なる成長条件（例えば、温度、質量流量比、例えばＶ／ＩＩＩ比など、および／または同様のもの）および／または同様の条件を使用して成長させた、ＩＩＩ族元素の異なるモル分率（すなわち、異なる値のｗ、ｘ、ｙ、ｚ）を有し得る。一実施形態において、一セットの半導体層５４は、半導体層４６よりも広いバンドギャップを有する材料で形成され、その結果、半導体層４６（例えば、発光デバイスのクラッド層）と一セットの半導体層５４との間の界面において二次元自由キャリアガスを生じる。
一セットの半導体層５４の組成は、実質的に一定にすることができ、または傾斜を持たせることもできる。一実施形態において、アルミニウムのモル分率ｘは、オーミック金属５６からの距離の関数として変わる。例えば、当該アルミニウムのモル分率は、一セットの半導体層５４とオーミック金属５６との界面から一セットの半導体層５４と半導体層４６の界面へと減少し得る。別の実施形態において、当該アルミニウムのモル分率は、インジウムの濃度の変化に合わせて変わる。例えば、インジウムのモル分率が増加すると、一方で、上記において説明したように、アルミニウムのモル分率が減少し得る。傾斜が存在していてもよく、当該傾斜は、例えば、０〜０．６の値のアルミニウムのモル分率の変化を含み得る。あるいは、インジウムのモル分率は、一セットの半導体層５４とオーミック金属５６との界面から一セットの半導体層５４と半導体層４６との界面へと減少し得、その一方で、アルミニウムのモル分率は、実質的に一定に保たれ、結果として、ガリウムまたは他のＩＩＩ属材料によるインジウムとの置き換えが生じる。
当該傾斜は、例えば、コンタクト領域４７での逆キャリア（例えば、ｎ型コンタクトの場合の正孔およびｐ型コンタクトの場合の電子）の蓄積の誘起を避けることができるような、一セットの半導体層５４の標的の伝導帯エネルギーに基づいて、および／または一セットの半導体層５４（例えば、高濃度でドープされた）と底部半導体層４６（例えば、ほとんどドープされていない）との間において鉛直電流を輸送することができるように、構成することができる。例えば、半導体層４６が、（例えば、非常に短い紫外波長で作動するＬＥＤの一部として）４０パーセントより高いアルミニウムのモル分率を有するＩＩＩ族窒化物材料を含む場合、当該傾斜は、一セットの半導体層５４の任意のポイントの間の伝導バンドエネルギーおよび半導体層４６のコンタクト領域４７の表面ポイントの伝導バンドエネルギーにおけるエネルギー変化全体がおよそ３ｋＴ未満（この場合、ｋはボルツマン定数であり、Ｔはデバイスの作動温度である）であるように構成することができる。当該表面ポイントは、コンタクト領域４７に対応する半導体層４６の表面の１０ナノメートル以内の半導体層４６の任意のポイントであり得る。
一セットの半導体層５４の１つもしくは複数は超格子を含み得る。この場合、当該超格子は、ピリオドからピリオドへの組成の周期的または非周期的変動を有し得る。さらに、半導体層５４の成長は、材料をデルタドーピングするステップを含み得る。一実施形態において、半導体層５４は、ｎ型ドーパントを含む。より詳細な例示的実施形態において、一セットの半導体層５４は、高濃度にドープされたｎ＋ＧａＮ層を含み得る。
一セットの半導体層５４および／またはオーミック金属５６の１つもしくは複数の態様は、一セットの半導体層５４とオーミック金属５６との間のコンタクトを向上させるように、および／または、オーミックコンタクトの１つもしくは複数の態様を変えるように構成することができる。例えば、一セットの半導体層５４は、テクスチャード加工された材料またはパターン形成された材料、例えば、ＩＩＩ族窒化物材料などを含み得る。一実施形態において、一セットの半導体層５４の表面は、一セットのピラミッド形の開口部を含み得、それに対し、オーミック金属５６が、一セットの半導体層５６中へと延びる一セットの対向するピラミッド形の突出部を形成する。この場合、オーミック金属５６と一セットの半導体層５６との間の接着が向上され得る。ピラミッド形の開口部が単なる例示的実施例にすぎないことは理解されたい。概して、オーミック金属５６から一セットの半導体層５４中へと延びる任意のタイプの突出部は、コンタクト抵抗および接着性などのコンタクト特性を向上させ得る。これらの不均一領域の形成は、例えば、適切な成長条件を選択して、荒いモルホロジーを有する一セットの半導体層５４を製造することにより、達成することができる。例えば、そのような条件は、いわゆる三次元成長に起因し得、これは、高い値のＶ／ＩＩＩ比および低い温度、例えば、およそ１０００℃またはそれ以下の温度など、において達成することができる。あるいは、オーミック金属５６の被着の前に、一セットの半導体層５４をエッチングまたはパターン形成してもよい。最後に、当該不均一領域は、オーミック金属５６のアニール処理の際に生じ得る。
同様に、オーミック金属５６は、一セットの半導体層５４の表面にコンタクトする複数の針状突起部を含んでもよい。例えば、当該針状突起部は、周期的な針状突起部を含み得、これは、例えば、リソグラフィ処理を使用して形成することができる。オーミック金属５６は、当該針状突起部を接続する金属のオーバーレイ層を含んでいてもよい。当該針状突起部は、光抽出および／または光反射のための回折格子として機能し得る。
一実施形態において、オーミック金属５６は、オーミック金属５６が一セットの半導体層５４を貫通しかつその下の半導体層４６にコンタクトするように、合金化され得る。さらに、オーミック金属５６は、（図２の層３４に関連して示されるような）ヒートシンクへのフリップチップ接続のために使用することができる。
図３に示されるステップ１〜８は変更またはステップを追加もしくは除去できることは理解されたい。例えば、図４は、一実施形態によるデバイスヘテロ構造を製造するための別の例示的な一セットの作業を示している。この場合、ステップ１〜３は図３と同じであるが、後続のステップは変更されている。特に、ステップ４において、マスキング領域６０が、隆起領域４９上に形成され、一セットのマスク４８が除去される。ステップ５において、一セットの半導体層５４の再成長が実施される。ステップ６において、マスキング領域６０が除去され、一セットのマスキング領域６２が、一セットの半導体層５４上に形成される。ステップ７において、半導体層５０が形成され、一セットのマスキング領域６２が除去される。ステップ８において、マスキング層５２が、半導体層５０上に形成され、オーミック金属５６が、一セットの半導体層５４上に被着される。このプロセスにおいて、半導体層５０は、一セットの半導体層５４の後に形成されており、これは、一セットの半導体層５４のエピタキシャル成長が生じる温度のさらなる制御を可能にし得る。例えば、図４の実施形態は、半導体層５０のエピタキシャル成長のための温度が一セットの半導体層５４のエピタキシャル成長のための温度より低い場合に用いることができる。
エッチングを必要としない、過成長手順を使用して一セットのオーミックコンタクトを形成するためのプロセスに関連して示し説明したが、本発明の態様は追加の実施形態を提供することを理解されたい。例えば、一実施形態は、本明細書において説明した手順を使用して形成された、過成長させたコンタクトを提供する。この場合、当該コンタクトは、一セットの半導体層５４が、半導体層４６と一セットの半導体層５４との界面において半導体層４６と格子整合する、シュードモルフィック整合を含み得る。さらに、一実施形態は、本明細書において説明したプロセスを使用して形成された１つもしくは複数のオーミックコンタクトを含むデバイスを製造するためのプロセスを提供する。
一実施形態において、本発明は、本明細書において説明されるように設計および製造された１つもしくは複数のデバイスを含む回路を設計および／または製造する方法を提供する。この点に関して、図５は、一実施形態による回路１２６を製造するための例示的フローダイアグラムを示している。最初に、使用者は、デバイス設計システム１１０を用いて、本明細書において説明されるような半導体デバイスのためのデバイス設計１１２を生成することができる。デバイス設計１１２は、デバイス設計１１２によって定義された特徴に従って一セットの物理的デバイス１１６を生成するためにデバイス製造システム１１４が使用することのできるプログラムコードを含み得る。同様に、デバイス設計１１２は、（例えば、回路で使用するために利用することができる構成要素として）回路設計システム１２０に提供され得、使用者はそれを利用して、（例えば、１つもしくは複数の入力および出力を、回路に含まれる様々なデバイスに接続することによって）回路設計１２２を生成することができる。回路設計１２２は、本明細書において説明されるように設計されたデバイスを含むプログラムコードを含み得る。いずれにしても、回路設計１２２および／または１つもしくは複数の物理的デバイス１１６が、回路設計１２２に従って物理的回路１２６を生成することができる回路製造システム１２４に提供され得る。当該物理的回路１２６は、本明細書において説明されるように設計された１つもしくは複数のデバイス１１６を含み得る。
別の実施形態において、本発明は、本明細書において説明されるような半導体デバイス１１６を設計するためのデバイス設計システム１１０および／または製造するためのデバイス製造システム１１４を提供する。この場合、当該システム１１０、１１４は、本明細書において説明されるような半導体デバイス１１６を設計および／または製造するための方法を実践するようにプログラミングされた、汎用のコンピューティングデバイスを含み得る。同様に、本発明の一実施形態は、本明細書において説明されるように設計および／または製造された少なくとも１つのデバイス１１６を含む回路１２６を設計するための回路設計システム１２０および／または製造するための回路製造システム１２４を提供する。この場合、当該システム１２０、１２４は、本明細書において説明されるような少なくとも１つの半導体デバイス１１６を含む回路１２６を設計および／または製造するための方法を実践するようにプログラミングされた、汎用のコンピューティングデバイスを含み得る。
さらなる別の実施形態において、本発明は、少なくとも１つのコンピュータ読み込み可能な媒体に固定されたコンピュータプログラムであって、実行された場合に、本明細書において説明されるような半導体デバイスを設計および／または製造する方法をコンピュータシステムが実践することを可能にする、コンピュータプログラムを提供する。例えば、当該コンピュータプログラムは、デバイス設計システム１１０が本明細書において説明されるようなデバイス設計１１２を生成できるようにし得る。この点に関して、当該コンピュータ読み込み可能な媒体は、コンピュータシステムによって実行された場合に本明細書において説明したプロセスのいくつかまたはすべてを実践する、プログラムコードを含む。用語「コンピュータ読み込み可能な媒体」は、コンピューティングデバイスがプログラムコードの保存コピーを理解、再生、またはそれ以外で通信することができるような、現在既知のまたは後に開発される任意のタイプの１つもしくは複数の有形的表現媒体を包含することを理解されたい。
別の実施形態において、本発明は、コンピュータシステムによって実行された場合に本明細書において説明されたプロセスのいくつかまたは全てを実践する、プログラムコードのコピーを提供する方法を提供する。この場合、コンピュータシステムは、当該プログラムコードのコピーを処理して、一セットのデータシグナルにおけるプログラムコードのコピーをエンコードするように設定および／または変更された１つもしくは複数の特性を有する一セットのデータシグナルを、第二の異なる場所での受信のために、生成および転送することができる。同様に、本発明の一実施形態は、本明細書において説明したプロセスのいくつかまたは全てを実践するプログラムコードのコピーを取得する方法を提供し、これは、本明細書において説明した一セットのデータシグナルを受信して、当該一セットのデータシグナルを、少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能な媒体中に固定されたコンピュータプログラムのコピーへと翻訳するコンピュータシステムを含む。どちらの場合も，当該一セットのデータシグナルは、任意のタイプの通信リンクを使用して転送／受信することができる。
さらなる別の実施形態において、本発明は、本明細書において説明されるような半導体デバイスを設計するためのデバイス設計システム１１０および／または製造するためのデバイス製造システム１１４を生成する方法を提供する。この場合、コンピュータシステムを得ること（例えば、作り出すこと、維持すること、利用可能にすること、など）ができ、本明細書において説明したプロセスを実施するための１つもしくは複数の構成要素を、得ること（例えば、作成すること、購入すること、使用すること、変更すること、など）ができ、コンピュータシステムへと展開することができる。この点に関して、当該展開は、（１）コンピューティングデバイスへのプログラムコードのインストール；（２）１つもしくは複数のコンピューティングデバイスおよび／またはＩ／Ｏデバイスをコンピュータシステムに追加すること；（３）コンピュータシステムが本明細書において説明したプロセスを実行できるように、当該コンピュータシステムを組み込むことおよび／または変更すること；および／または同様のもの、の１つもしくは複数を含み得る。
本発明の様々な態様についての前述の説明は、例示および説明の目的のために提示されたものである。これらは、包括的であること、または開示された厳密な形態に本発明を限定することを意図するものではなく、明らかに、多くの変更および変形が可能である。当業者に明らかであり得るそのような変更および変形は、添付の請求項によって定義されるような本発明の範囲内に含まれる。
関連出願の参照
本出願は、同時係属中の「Ｏｈｍｉｃ Ｃｏｎｔａｃｔ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ」の名称において２０１２年２月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／６０２，１５５号の恩典を主張するものであり、なお、当該仮出願は、参照により本明細書に組み入れられる。

Claims (16)

  1. 半導体層をエッチングすることなく、デバイスヘテロ構造の一セットの半導体層において半導体層に対するオーミックコンタクトを含む前記デバイスヘテロ構造を形成することを含む方法であって、
    前記デバイスへテロ構造を形成することは、
    前記半導体層の表面上の前記オーミックコンタクトに対応する一セットのコンタクト領域上にマスキング材料を適用し、
    前記マスキング材料を適用した後に、前記半導体層の表面の一セットのマスクされていない領域を覆う隆起領域を形成し、
    前記一セットのコンタクト領域上に一セットの高導電性半導体層を形成し、
    前記隆起領域の形成後に前記一セットの高導電性半導体層上にオーミックコンタクトを形成することを含み、
    前記一セットの高導電性半導体層を形成することは、前記一セットのコンタクト領域からの距離に関して前記一セットの高導電性半導体層を形成する材料の少なくとも１つの元素のモル分率に傾斜を持たせることを含み、
    前記オーミックコンタクトを形成することは、デバイスヘテロ構造に前記一セットの半導体層のいずれかを形成する材料の品質が損なわれる温度範囲よりも低い処理温度において実施されることを特徴とする方法。
  2. 前記オーミックコンタクトを形成する前に、前記隆起領域上に少なくとも１つの追加の半導体層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記オーミックコンタクトを形成する前に、前記一セットのコンタクト領域のそれぞれから前記マスキング材料を除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記オーミックコンタクトを形成する前に、前記一セットのマスクされていない領域に対応する前記デバイスヘテロ構造の表面にマスキング材料を適用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記一セットの高導電性半導体層がＩＩＩ族窒化物材料で形成され、
    前記一セットの高導電性半導体層が、前記半導体層と前記一セットの高導電性半導体層との界面において前記半導体層と格子整合される、請求項１に記載の方法。
  6. 前記一セットの高導電性半導体層を形成することが、前記一セットの高導電性半導体層をデルタドーピングする工程を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記一セットの高導電性半導体層が、ＩＩＩ族窒化物材料で形成され、
    前記傾斜を持たせることが、前記一セットのコンタクト領域から離れる方向にアルミニウムのモル分率が増加することである、請求項１に記載の方法。
  8. 前記傾斜を持たせることが、前記一セットのコンタクト領域から離れる方向にインジウムのモル分率が減少することである、請求項７に記載の方法。
  9. 前記一セットのコンタクト領域と前記一セットの高導電性半導体層との界面において、前記アルミニウムのモル分率が０である、請求項７または８に記載の方法。
  10. 前記傾斜が、前記一セットのコンタクト領域において逆キャリアの蓄積の誘起を避けるように構成される、請求項１に記載の方法。
  11. 前記デバイスヘテロ構造の前記一セットの半導体層がＩＩＩ族窒化物材料で形成される、請求項１に記載の方法。
  12. デバイスヘテロ構造の一セットの半導体層において半導体層に対するオーミックコンタクトを含むデバイスヘテロ構造を含むデバイスであって、
    前記オーミックコンタクトが、前記半導体層の一セットのコンタクト領域上に形成された一セットの高導電性半導体層を含み、
    前記一セットの高導電性半導体層が、前記半導体層と前記一セットの高導電性半導体層との界面において前記半導体層と格子整合されることを特徴とするデバイス。
  13. 前記一セットの高導電性半導体層がＩＩＩ族窒化物材料で形成される、請求項１２に記載のデバイス。
  14. 前記一セットの高導電性半導体層がデルタドーピングされる、請求項１２に記載のデバイス。
  15. 前記一セットの高導電性半導体層が、前記一セットのコンタクト領域からの距離に関して前記一セットの高導電性半導体層を形成する材料の少なくとも１つの元素の傾斜したモル分率を有する、請求項１２に記載のデバイス。
  16. 前記傾斜が、前記一セットのコンタクト領域での逆キャリアの蓄積の誘起を避けるように構成される、請求項１５に記載のデバイス。
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