JPH0429376A - Ohmic electrode of n-type semiconductor cubic boron nitride - Google Patents

Ohmic electrode of n-type semiconductor cubic boron nitride

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JPH0429376A
JPH0429376A JP2134721A JP13472190A JPH0429376A JP H0429376 A JPH0429376 A JP H0429376A JP 2134721 A JP2134721 A JP 2134721A JP 13472190 A JP13472190 A JP 13472190A JP H0429376 A JPH0429376 A JP H0429376A
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Japan
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electrode
boron nitride
cubic boron
semiconductor
metal
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JP2134721A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Tomikawa
唯司 富川
Tsunenobu Kimoto
恒暢 木本
Nobuhiko Fujita
藤田 順彦
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain an ohmic connection for an n-type semiconductor boron nitride by forming an electrode by a metal or an alloy which includes silicon (Si) or sulfuric (S) on an n-type semiconductor cubic boron nitride. CONSTITUTION:An electrode is formed on an n-type semiconductor cubic boron nitride by a metal or an alloy which includes Si or S. In this case, the Si or S within the electrode is activated due to heating of a substrate when forming an electrode, radiant heat when performing deposition of electrode, or annealing after forming the electrode, thus resulting in diffusion into an adjacent cubic boron nitride. An electrode material as a mother body including the Si or S is Cr, W, Mn, Co, Ni, Pt, Ag, Zn, WC, MnZn, Ni2B, PtPd, AgAl etc., thus obtaining ohmic connection electrode.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明はn型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミック接続
電極に関する。
The present invention relates to an ohmic connection electrode of n-type semiconductor cubic boron nitride.

【従来の技術】[Conventional technology]

半導体立方晶窒化ホウ素はダイオード、トランジスタ、
センサなどの半導体デバイスの新しい材料として注目さ
れている。立方晶窒化ホウ素は絶縁体のものが広く知ら
れているが、ここで対象にするのは比抵抗の低い半導体
立方晶窒化ホウ素である。 立方晶窒化ホウ素は広い禁制帯幅(7,0eV)を持ち
、耐熱温度が高< (1300°C)、化学的にも安定
である。このため半導体立方晶窒化ホウ素は優れた耐環
境、パワー用デバイス、或は青色発光素子の材料として
強い期待が寄せられている。 立方晶窒化ホウ素は天然には存在せず、高圧合成によっ
て形成することが出来る。また、近年気相合成による薄
膜の形成も報告されている。 p型立方品窒化ホウ素は、べIJ IJウム(Be)を
ドープすることによって得られる。一方、n型立方品窒
化ホウ素はイオウ(S)、ソリコン(Si)をドープす
ることによって得られる。 現在のところ、高圧合成法を用いて、p型立方品窒化ホ
ウ素を種結晶としてさらにn型立方品窒化ホウ素を連続
成長させることにより、pn接合ダイオ〜ドが試作され
ている。このpn接合ダイオードは650°Cまでダイ
オード特性を示す。さらに電流注入により340nmを
中心に紫外〜青色光の発光を示すことが報告されている
。 半導体デバイスを作る場合、オーミック接続できる電極
の形成は極めて重要である。オーミック接続電極という
のは、ここを通る電流、電圧特性がオームの法則に従い
順逆方向に対称であるものを意味する。またできるだけ
接触抵抗が小さいほうがよい。接触抵抗というのは単位
接触面を単位電流が流れるために印加すべき電圧として
定義される。単位はΩ・Cm2である。 金属と半導体の接続は、オーミック接続であるかショッ
トキー接続であるかである。半導体と金属を接合すると
バンドが上方へ歪みバリヤを形成するので多くの場合シ
ョットキーとなりオーミックにはなり難い。 n型立方品窒化ホウ素の電極として未だ優れたものが無
い。従来は、銀(Ag)電極、銀ペーストなどが用いら
れているが(■R,H,Wentorf、Jr、:J、
ofCheIl、 Phys、 Vol、3G(196
2)+990■O,MIshlma、etc、:5cl
ence Vol、238(1987)181)、現在
のところオーミック接続が得られたという報告はない。
The semiconductor cubic boron nitride is used in diodes, transistors,
It is attracting attention as a new material for semiconductor devices such as sensors. Cubic boron nitride is widely known as an insulator, but here we focus on the semiconductor cubic boron nitride, which has a low resistivity. Cubic boron nitride has a wide forbidden band width (7.0 eV), has a high temperature limit (1300°C), and is chemically stable. Therefore, there are strong expectations for semiconductor cubic boron nitride as a material with excellent environmental resistance, power devices, or blue light emitting elements. Cubic boron nitride does not occur naturally and can be formed by high pressure synthesis. In recent years, formation of thin films by vapor phase synthesis has also been reported. P-type cubic boron nitride is obtained by doping with Be. On the other hand, n-type cubic boron nitride can be obtained by doping with sulfur (S) and silicon (Si). At present, pn junction diodes are being prototyped by using a high-pressure synthesis method to continuously grow n-type cubic boron nitride using p-type cubic boron nitride as a seed crystal. This pn junction diode exhibits diode characteristics up to 650°C. Furthermore, it has been reported that when current is injected, it emits ultraviolet to blue light around 340 nm. When making semiconductor devices, it is extremely important to form electrodes that can make ohmic connections. An ohmic connection electrode means an electrode whose current and voltage characteristics passing through the electrode are symmetrical in the forward and reverse directions according to Ohm's law. Also, it is better to have as little contact resistance as possible. Contact resistance is defined as the voltage that must be applied for a unit current to flow through a unit contact surface. The unit is Ω·Cm2. The connection between metal and semiconductor is either ohmic connection or Schottky connection. When a semiconductor and a metal are bonded, the band forms a strain barrier upwards, so in many cases it becomes Schottky and is difficult to become ohmic. There is still no excellent n-type cubic boron nitride electrode. Conventionally, silver (Ag) electrodes, silver paste, etc. have been used (■R, H, Wentorf, Jr.: J,
of CheIl, Phys, Vol, 3G (196
2) +990■O, MIshlma, etc.:5cl
ence Vol. 238 (1987) 181), and there is currently no report that an ohmic connection has been obtained.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

オーミック接続形成技術は半導体デバイスを製作する上
で、必要不可欠の重要な技術である。さらにオーミック
接続が得られたならば、できるだけオーミック接続部の
接触抵抗が小さいことが望ましい。通常の電子デバイス
の接触抵抗としてはlo−2Ω・0m2以下が用いられ
ており、高速、高周波デバイスではさらに小さい10−
4Ω・Cm2以下の接触抵抗が要求されている。 作成した接続がオーミック的ではなくシl?7)キー的
ならば、作製したデバイスに電流を流そうとしても、接
続電極部のショットキー障壁のため有効に電流が注入で
きず、デバイスへの電流注入効率が低い。また、接続電
極部での抵抗も大きいため電圧降下が著しく、デバイス
にかかる実効印加電圧が小さくなる。これらのためデバ
イスとして充分な特性が得られない。さらに、接触電極
部での発熱の問題も大きな難点となる。 従って、半導体立方晶窒化ホウ素を半導体デバイスの材
料として活用できるためには、オーミック接続電極の形
成が必要不可欠である。 本発明の課題はオーミック接続電極をn型半導体立方晶
窒化ホウ素上に形成する事である。
Ohmic connection formation technology is an essential and important technology in manufacturing semiconductor devices. Furthermore, once an ohmic connection is obtained, it is desirable that the contact resistance of the ohmic connection be as small as possible. The contact resistance used for ordinary electronic devices is lo-2Ω・0m2 or less, and for high-speed, high-frequency devices, it is even smaller than 10-2Ω.
A contact resistance of 4Ω·Cm2 or less is required. Is the connection you created not ohmic but sill? 7) If it is key, even if a current is attempted to flow through the fabricated device, the current cannot be effectively injected due to the Schottky barrier in the connection electrode portion, resulting in low current injection efficiency into the device. Furthermore, since the resistance at the connection electrode portion is also large, the voltage drop is significant, and the effective voltage applied to the device becomes small. For these reasons, sufficient characteristics as a device cannot be obtained. Furthermore, the problem of heat generation at the contact electrode portion also poses a major difficulty. Therefore, in order to utilize semiconductor cubic boron nitride as a material for semiconductor devices, it is essential to form ohmic connection electrodes. The object of the present invention is to form an ohmic connection electrode on an n-type semiconductor cubic boron nitride.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明のn型半導体立方晶窒化ホウ素のオーミック電極
は、n型半導体立方晶窒化ホウ素上にSlもしくはSを
含む金属或は合金によって電極を形成したものである。 SlもしくはSを含む母体としての電極材料はOr、w
lMn、 Co、Nl、PtN AglZnlWClM
nZn1NIQB、PtPdlAgAjなど任意である
The ohmic electrode of the n-type semiconductor cubic boron nitride of the present invention is an electrode formed of a metal or alloy containing Sl or S on the n-type semiconductor cubic boron nitride. The electrode material as a matrix containing Sl or S is Or, w
lMn, Co, Nl, PtN AglZnlWClM
nZn1NIQB, PtPdlAgAj, etc. are arbitrary.

【  作  用  】[For works]

本発明においては、SlもしくはSを含む金属或は合金
をn型立方品窒化ホウ素上に電極として形成するので、
オーミック接続電極が得られる。 これは本発明者が実験を重ねて見いだしたものである。 なぜSl、Sを含む金属或は合金を用いるとオーミック
になるのかということは未だ明らかではないが、次のよ
うに推論される。 SlもしくはSを含む金属或は合金を電極としてn型立
方品窒化ホウ素上に形成する。この場合電極形成時の基
板加熱、電極蒸着時の輻射熱、或は電極形成後のアニー
ルなどによって電極中のSlもしくはSが活性化する。 そして隣接する立方晶窒化ホウ素中に拡散してゆく、と
考えられる。 SlやSは立方晶窒化ホウ素中で有効なドナーとして作
用する。これは良く知られている。ゆえに、SlやSが
拡散した領域には、高濃度にドーピングされたn層(n
層層)が形成される。もともとこの立方晶窒化ホウ素は
n型であるが、この平均ドープ濃度よりもかなり高ドー
プ濃度のn型となる。高濃度ドーピングにより障壁層の
厚さが薄くなり、トンネル電流によりオーミックとなる
、と推論される。 理想的な場合、金属・半導体の接合がオーミックになる
かショットキーになるかは金属の仕事関数(峠)と半導
体の電子親和力(X−によって決まるここで金属の仕事
関数というのはフェルミレベルにある電子を無限遠に引
き出すに要するエネルギーである。半導体の電子親和力
というのは伝導帯の底にある電子を無限遠に引き出すの
に要するエネルギーである。n型半導体の場合、金属、
半導体接合の障壁高さφ8は φ8=φ、−X、         (1)で表され φ 8  〈 0        :  オ −  ミ
  ッ  りφ 6  〉 O:  シ ョ  ッ  
ト キ −となる。φ8は障壁の高さであるので、これ
が正なら電子はこれにせき止められるのでショットキー
となり、これが負であれば障壁がないのでオーミックと
なる。この式から仕事関数の低い金属を電極に選べばオ
ーミック接続が得られるように見える。 しかし、現実の金属、半導体接合では金属・半導体接合
界面に欠陥が存在し、バンドギャップ中の中央付近に局
在準位(φ。:表面準位とも呼ぶ)を形成する。欠陥が
多いと半導体のフェルミ準位はこのφ。にピン止めされ
る。その結果、障壁高さφ8は、半導体のバンドギャッ
プをEgとするとφB=Eg−φ0        ■ で表され、金属の種類にほとんど依存しなくなるただし
φ。は価電子帯の上端から測っている。 これは局在準位に金属からの電子が自由に流入しこのレ
ベルを占めることができるので局在準位の上端が金属の
フェルミ面に一致し、半導体のフェルミ準位もこれに一
致するからである。 当然φ6〉0であるから金属・半導体接合はショットキ
ーとなる。この現象はピン止め効果として知られており
、とくに■−v族化合物半導体では顕著である。また、
通常φ。はE6の1/3〜172程度である。 立方晶窒化ホウ素の場合も、単元素物質ではないため多
種類の表面欠陥が存在しうる。また、現状の立方晶窒化
ホウ素結晶は完全とはいいがたく欠陥も多い、などの理
由から、表面欠陥が多くピン止め効果が起きていると考
えられる。 ショットキー型の金属LIn型半導体接合のバンド図を
第1図に示す。外側の金属のフェルミ準位1に半導体の
フェルミ準位2が連続する。半導体の中には伝導帯と価
電子帯があり、3は伝導帯の下端、4は価電子帯の上端
である。n型であるので伝導帯の下端3とフェルミ準位
2が近い。境界5でフェルミ準位は局在準位φ。にピン
止めされ、高さφ8の障壁ができる。境界5の近くでは
、ドナー密度が高いのでバンドが上向きに強く曲がる。 電子は伝導帯の下向きの湾曲部6に溜っているが、これ
らがトンネル効果により金属中へ飛び出すことができる
。金属・半導体の境界の全てのドナーは電子を放出して
いるので、eの正電荷である。これは境界近傍にほぼ一
様に分布しているのでこの部分は電子のない空乏層とな
る。この厚みは次のように計算できる。電場、電荷に関
するガウスの式を積分して、次式が成立する。 d=〔2・−・to・(φn  V ) / (e−N
d):) ”” (3)d  :空乏層幅 ε6  :半導体の比誘電率 ε0  =真空中の誘電率 V  :印加電圧 e  :電荷素置 Nd  :半導体のドナー密度 これまでφ8はポテンシャルでエネルギーの次元を持つ
が以後これを電荷素置eで割った電圧の値として扱う。 この式から分かるように、半導体中のドナー密度が高く
なると、空乏層幅dが小さくなる。電子が薄い空乏層を
通過するのは容易であるので、この接触は低抵抗になる
のである。 より詳しく説明する。単位面積当たりの電流Iはトンネ
ル電流であるので、 ■ : A T 2exp (−2f (8r2me 
U、/h2)”’  dx)  (4)と書くことがで
きる、但しUは伝導帯の底から測った伝導電子のポテン
シャルである。ガウスの式%式%(5) によって与えられる。 A=4πeilek2/h3       (6)ただ
しmeは半導体中の電子有効質毒、hはブランク定数、
kはボルツマン定数である。自由電子の場合、Aは+2
OA/cm2K”である。Xについて積分すると、 I =AT2expl −(φa  V) /Voo 
)  (7)ただし、 Voo” h Nd”’  / 4 π(to!gme
)””    (8)である、Nd= 10”cm−3
とし、1は自由電子質量、!1=1とすると、VOOは
0.5GVとなる。先にφ8の定義を述べたが、高濃度
にn型不純物がドーピングされるとφ8自体が下がると
考えられる。局材準位が増えて、φ0が上がるからであ
る。Egは7eVであるがφ8は6〜3V程度にさがる
。勿論これはドーピングの濃度が境界近傍で極めて大き
いということを仮定している。VOOが0.5 Vだと
すれば(6)からこれはほぼオーミックと見なすことが
できる。ただし電圧は半導体側から金属電極に向かう方
向を正にとっている。 抵抗R,は電流を電圧で偏微分し、■=0として得られ
る。 このときのR6は次式で表せる。 Rc=(Voo/AT2)exp(φn/Voo)  
      (9)もしもNd:= 10”cm−’と
し、自由電子の質量を1とし、Co ” 1、T : 
300にとすると、Vo。=0.56Vで、前の係数も
expの中にいれると、Rc=expl(φB10.5
G)−111i、77)          (10)
φ8を6vとして、Rcは1O−3ΩC1!127vト
シテl0−2ΩCm2となる。 もしもNd== 1020cm−3と仮定すると、vo
oは0.!8Vとなり、 Rc=expl(φn10.18)   17.91)
       (+1)例えばφ8が3vとするとR6
は1O−1ΩCTfI2程度になる。φ8が2.5Vと
するとRoは1O−2Ωcm2程度になる。 このようにn型不純物を高濃度にドーピングすると、空
乏層の厚みdが減少する。また高濃度ドーピングにより
表面の局在準位が増えφ。が上がり、φ8が下がるとい
う効果もある。先にこれはバンドギャップ(7eV)の
1/2〜273程度と書いたがこれがもっと小さくなる
可能性もあるものと考えられる。 このように高濃度ドーピングを行い、ドナーの密度が高
くなればなるほど空乏層の厚みが減り、φBが低下して
トンネル電流が流れ易くなって、Roが低くなり、オー
ミックとなる事が期待できる。しかしはっきりした事は
未だ分からない。局在準位を電子がホッピング伝導して
いるのかもしれない。不純物を高濃度にドーピングすれ
ばこのような効果が期待できるが、不純物の密度が多く
なると電極の抵抗が増えるのでかえって望ましくない。 適当な濃度範囲があるのであろう。 本発明により、このような機構を利用して、n型立方品
窒化ホウ素上にオーミック接続を形成できる。
In the present invention, since a metal or alloy containing Sl or S is formed as an electrode on the n-type cubic boron nitride,
An ohmic connection electrode is obtained. This was discovered by the inventor through repeated experiments. Although it is not yet clear why metals or alloys containing Sl and S become ohmic, it is inferred as follows. A metal or alloy containing Sl or S is formed as an electrode on n-type cubic boron nitride. In this case, Sl or S in the electrode is activated by substrate heating during electrode formation, radiant heat during electrode deposition, or annealing after electrode formation. It is thought that it then diffuses into the adjacent cubic boron nitride. Sl and S act as effective donors in cubic boron nitride. This is well known. Therefore, in the region where Sl and S are diffused, there is a highly doped n layer (n
layers) are formed. Although this cubic boron nitride is originally n-type, it becomes n-type at a much higher doping concentration than this average doping concentration. It is inferred that the high concentration doping reduces the thickness of the barrier layer and makes it ohmic due to tunneling current. In an ideal case, whether the metal-semiconductor junction is ohmic or Schottky is determined by the metal's work function (pass) and the semiconductor's electron affinity (X-), where the metal's work function is at the Fermi level. It is the energy required to extract a certain electron to an infinite distance.The electron affinity of a semiconductor is the energy required to extract an electron at the bottom of the conduction band to an infinite distance.In the case of an n-type semiconductor, metal,
The barrier height φ8 of the semiconductor junction is expressed as φ8 = φ, -
Toki - becomes. Since φ8 is the height of the barrier, if it is positive, electrons are blocked by it, making it Schottky; if it is negative, there is no barrier, making it ohmic. From this equation, it appears that if a metal with a low work function is selected for the electrode, an ohmic connection can be obtained. However, in an actual metal-semiconductor junction, defects exist at the metal-semiconductor junction interface, forming a localized level (φ.: also called a surface level) near the center of the band gap. If there are many defects, the Fermi level of the semiconductor will be this φ. pinned to. As a result, the barrier height φ8 is expressed as φB=Eg−φ0 (2), where Eg is the band gap of the semiconductor, and becomes almost independent of the type of metal. is measured from the top of the valence band. This is because electrons from the metal can freely flow into the localized level and occupy this level, so the top of the localized level matches the Fermi surface of the metal, and the Fermi level of the semiconductor also matches this. It is. Naturally, since φ6>0, the metal/semiconductor junction becomes a Schottky. This phenomenon is known as the pinning effect, and is particularly noticeable in ■-v group compound semiconductors. Also,
Usually φ. is about 1/3 to 172 of E6. In the case of cubic boron nitride as well, many types of surface defects may exist because it is not a single element material. In addition, the current cubic boron nitride crystal is not perfect and has many defects, so it is thought that there are many surface defects and a pinning effect occurs. A band diagram of a Schottky metal LIn semiconductor junction is shown in FIG. The Fermi level 2 of the semiconductor is continuous with the Fermi level 1 of the outer metal. A semiconductor has a conduction band and a valence band, and 3 is the lower end of the conduction band and 4 is the upper end of the valence band. Since it is an n-type, the lower end 3 of the conduction band and the Fermi level 2 are close. At boundary 5, the Fermi level is a localized level φ. This creates a barrier with a height of φ8. Near boundary 5, the band bends strongly upwards due to the high donor density. Electrons are accumulated in the downward curved portion 6 of the conduction band, but they can escape into the metal due to the tunnel effect. All donors at the metal-semiconductor boundary emit electrons, so they have a positive charge of e. Since this is distributed almost uniformly near the boundary, this portion becomes a depletion layer without electrons. This thickness can be calculated as follows. By integrating Gauss's equation regarding electric field and charge, the following equation holds true. d=[2・−・to・(φn V ) / (e−N
d):) ”” (3) d: Depletion layer width ε6: Semiconductor relative dielectric constant ε0 = Permittivity in vacuum V: Applied voltage e: Charge position Nd: Semiconductor donor density Until now, φ8 is potential and energy Hereafter, this will be treated as the voltage value divided by the charge element e. As can be seen from this equation, as the donor density in the semiconductor increases, the depletion layer width d decreases. This contact has low resistance because electrons can easily pass through the thin depletion layer. Let me explain in more detail. Since the current I per unit area is a tunnel current, ■: A T 2exp (-2f (8r2me
U, /h2)"' dx) (4) can be written as, where U is the potential of the conduction electrons measured from the bottom of the conduction band. It is given by the Gaussian equation % Equation % (5) A= 4πeilek2/h3 (6) where me is the electron effective material poison in the semiconductor, h is a blank constant,
k is Boltzmann's constant. For free electrons, A is +2
OA/cm2K". Integrating over X, I = AT2expl - (φa V) /Voo
) (7) However, Voo” h Nd”’ / 4 π(to!gme
)”” (8), Nd= 10”cm-3
And 1 is the free electron mass, ! If 1=1, VOO becomes 0.5GV. Although the definition of φ8 was described above, it is thought that φ8 itself decreases when n-type impurities are doped at a high concentration. This is because the local material level increases and φ0 increases. Eg is 7eV, but φ8 drops to about 6 to 3V. Of course, this assumes that the doping concentration is extremely large near the boundary. If VOO is 0.5 V, it can be considered almost ohmic from (6). However, the voltage is positive in the direction from the semiconductor side to the metal electrode. The resistance R is obtained by partially differentiating the current with respect to the voltage, and assuming ■=0. R6 at this time can be expressed by the following formula. Rc=(Voo/AT2)exp(φn/Voo)
(9) If Nd:=10"cm-', the mass of the free electron is 1, Co" 1,T:
If it is 300, Vo. =0.56V, and if the previous coefficient is also included in exp, Rc=expl(φB10.5
G)-111i, 77) (10)
When φ8 is 6v, Rc becomes 10-3ΩC1!127v to 10-2ΩCm2. If we assume that Nd==1020cm-3, vo
o is 0. ! 8V, Rc=expl(φn10.18) 17.91)
(+1) For example, if φ8 is 3v, R6
is approximately 1O-1ΩCTfI2. If φ8 is 2.5V, Ro will be about 1O-2Ωcm2. Doping the n-type impurity at a high concentration in this way reduces the thickness d of the depletion layer. Also, due to high concentration doping, the localized level on the surface increases φ. It also has the effect of increasing φ8 and decreasing φ8. I wrote earlier that this is about 1/2 to 273 of the band gap (7 eV), but it is thought that this may become even smaller. By performing high concentration doping in this manner, it is expected that the higher the donor density, the less the thickness of the depletion layer, the lower φB, the easier the tunnel current will be, the lower Ro, and the resulting ohmic state. But nothing is clear yet. Electrons may be conducting hopping in localized levels. Although such an effect can be expected if the impurity is doped at a high concentration, an increase in the density of the impurity increases the resistance of the electrode, which is rather undesirable. There may be an appropriate concentration range. The present invention makes it possible to utilize such a mechanism to form ohmic connections on n-type cubic boron nitride.

【  実  施  例  1】 実施例によって本発明のオーミック電極をさらに詳しく
説明する。 本発明の電極構造がどのような電極材料に適しているの
かをみるために、材料を変えて電極を作り、オーミック
性、接触抵抗を評価した。 電極の主成分は、金属や金属化合物である。具体的には
、Cr1W、Mn N Co1旧、pt、 Ag1Zn
1We、MnZn1N12B、 PtPd、 kgkl
にSlもしくはSを添加する。 立方晶窒化ホウ素は高圧合成のものを使用した。電極は
、基材の温度を400°Cとし、材料によって真空蒸着
、或はスパッタ法を用いて形成した。 また、電極材料中のSl濃度、S濃度は0.1%〜05
%のものを使用した。 この時メタルマスクを用いて第2図に示す電極パターン
を立方晶窒化ホウ素上に形成した。電極の厚みは、0.
2〜0.3μm程度である。M極は4本ある。それぞれ
長さが0.8mm %幅が0 、 Lmmである。 平行に並んでおり、間隔は(1,1mm 10.2mm
 、 0.3mmである。電極のオーミック性はこれら
の任意の電極間の電流−電圧特性を、電圧−10V〜+
IOVの範囲で測定して判定した。オーミック特性が得
られた電極については、第2図に示す電極パターンの2
電極間の抵抗と電極距離から伝送線路モデルを用いて接
触抵抗を求めた。 Slを添加した場合の結果を表1に、Sを添加した場合
の結果を表2にそれぞれまとめる。 表 Slを含む電極の電流電圧特性、 接触抵抗 表2 Sを含む電極の電流電圧特性、 接触抵抗 種々の金属材料、 金属化合物について実施した が、表1、表2から分かるように全ての材料に対して、
接触抵抗は10−2〜lO−′Ωcm2台ではあるがオ
ーミック特性を得ることができた。 これは先程述べた、金属・半導体の境界での高濃度のド
ナー生成による電子のトンネル効果という推定を根拠づ
けるものである。 この時、電極形成後に適度なアニールを行うことはを効
である。金属電極に含まれるSi20を活性化し半導体
中に拡散しなければならないからである。 アニールの温度と時間は用いる電極材料によって最適値
が異なるが、300°C−1800°C程度の温度が好
ましい。但し、電極材料によってはアニール時に電極の
酸化などが進行するので、不活性ガス、N2、N2或は
真空中でのアニールが望まれる。また1000°C以上
に昇温する場合には、0□が存在すると立方晶窒化ホウ
素の酸化や大方品窒化ホウ素化が進行するので、やはり
不活性ガス、N11lH2或は真空中でのアニールが好
ましい。 また、このアニールの代わりに、電極形成時に適度に昇
温しでおく事も有効である。この温度としては、電極材
料にもよるが300°C−1800°Cが望ましい。
[Example 1] The ohmic electrode of the present invention will be explained in more detail with reference to an example. In order to see what kind of electrode material the electrode structure of the present invention is suitable for, electrodes were made using different materials and their ohmic properties and contact resistance were evaluated. The main component of the electrode is a metal or a metal compound. Specifically, Cr1W, Mn N Co1 old, pt, Ag1Zn
1We, MnZn1N12B, PtPd, kgkl
Add Sl or S to. Cubic boron nitride was synthesized under high pressure. The electrodes were formed using vacuum evaporation or sputtering, depending on the material, at a base material temperature of 400°C. In addition, the Sl concentration and S concentration in the electrode material are 0.1% to 0.5%.
% was used. At this time, an electrode pattern shown in FIG. 2 was formed on the cubic boron nitride using a metal mask. The thickness of the electrode is 0.
It is about 2 to 0.3 μm. There are four M poles. The length is 0.8 mm and the width is 0.0 L mm, respectively. They are lined up in parallel, and the interval is (1.1mm 10.2mm
, 0.3mm. The ohmic nature of the electrodes changes the current-voltage characteristics between any of these electrodes from -10V to +
The determination was made by measuring within the IOV range. For electrodes with ohmic characteristics, please refer to the electrode pattern 2 shown in Figure 2.
The contact resistance was determined from the resistance between the electrodes and the electrode distance using a transmission line model. Table 1 summarizes the results when Sl was added, and Table 2 summarizes the results when S was added. Table 2 Current-voltage characteristics of electrodes including S1, contact resistance Table 2 Current-voltage characteristics of electrodes including S, contact resistance Tests were conducted on various metal materials and metal compounds, but as can be seen from Tables 1 and 2, all materials for,
Although the contact resistance was on the order of 10-2 to 10-'Ωcm2, ohmic characteristics could be obtained. This supports the assumption that electron tunneling occurs due to the generation of a high concentration of donors at the metal/semiconductor boundary, as mentioned earlier. At this time, it is effective to perform appropriate annealing after electrode formation. This is because Si20 contained in the metal electrode must be activated and diffused into the semiconductor. The optimum temperature and time for annealing vary depending on the electrode material used, but a temperature of about 300°C to 1800°C is preferable. However, depending on the electrode material, oxidation of the electrode progresses during annealing, so annealing in an inert gas, N2, N2, or vacuum is desired. In addition, when the temperature is raised to 1000°C or higher, the presence of 0□ will cause the oxidation of cubic boron nitride and the formation of boron nitride, so annealing in an inert gas, N11lH2, or vacuum is still preferable. . Furthermore, instead of this annealing, it is also effective to appropriately raise the temperature during electrode formation. This temperature is preferably 300°C to 1800°C, although it depends on the electrode material.

【実施例2】 本発明は電極にSlもしくはSを含む金属、金属化合物
を用いる事に特徴がある。SlやSの濃度はどれくらい
が適当であるのかを調べた。 電極はPt5l (Ptの中にSlを幾らか含ませたも
の、原子比で1:1を意味しない) 、PtS  (P
tの中にSを幾らか含ませたもの、原子比で1:1を意
味しない)であるが、Sl、Sの濃度を変えて、オーミ
ック性、接触抵抗を評価した。表3、表4にその結果を
示す。 立方晶窒化ホウ素は実施例1と同じく冨圧合成のものを
用いた。電極は真空蒸着法により、基板加熱なしで形成
し、N2+ N2(N2: 10%)雰囲気で8QO’
C11(1分のアニールを行った。 表3、表4から、今回のS I m度、5tlA度領域
では全てオーミックが得られている。また、srtM度
、S濃度と共に接触抵抗は減少するが、sns度、S濃
度が数%程度で最小値に達し、以降かえって増大するこ
とが分かる。また、過剰にSlあるいはS i/、1度
を高くすると、電極自身の抵抗が高くなるので望ましく
ない。実用的には電極材料の81濃度、S濃度は0.1
%程度で充分である。
Embodiment 2 The present invention is characterized in that a metal or metal compound containing Sl or S is used for the electrode. We investigated what concentrations of Sl and S are appropriate. The electrodes are Pt5l (Pt containing some Sl, atomic ratio does not mean 1:1), PtS (Pt
The atomic ratio does not mean 1:1), but the ohmic properties and contact resistance were evaluated by changing the concentrations of Sl and S. The results are shown in Tables 3 and 4. As in Example 1, the cubic boron nitride produced by high-pressure synthesis was used. The electrodes were formed by vacuum evaporation without heating the substrate, and were 8QO' in an N2+N2 (N2: 10%) atmosphere.
C11 (1 minute annealing was performed. From Tables 3 and 4, ohmic was obtained in all S I m degree and 5 tlA degree regions. Also, contact resistance decreases with srtM degree and S concentration. It can be seen that the S concentration reaches the minimum value at about several percent and then increases after that.It is also undesirable to increase the Sl or Si/,1 degree excessively because it increases the resistance of the electrode itself. .Practically speaking, the electrode material concentration is 81 and the S concentration is 0.1.
% is sufficient.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明したように、n型半導体立方晶窒化ホウ素上に
51もしくはSを含む金属あるいは合金を電極として形
成することによって、n型半導体窒化ホウ素に対してオ
ーミック接続を得ることができる。 この技術は半導体立方晶窒化ホウ素デバイスを作製する
上で必要不可欠であるから、あらゆるデバイス形成にお
いて有効である。
As explained above, by forming a metal or alloy containing 51 or S as an electrode on the n-type semiconductor cubic boron nitride, an ohmic connection can be obtained with the n-type semiconductor boron nitride. This technique is essential for manufacturing semiconductor cubic boron nitride devices, and is therefore effective in forming all kinds of devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はn型半導体立方晶窒化ホウ素にSlもしくはS
を含む金属あるいは合金を電極として形成した時、金属
Φ半導体界面近傍に高濃度ドープ層が形成された場合の
バンド図。 第2図は半導体立方晶窒化ホウ素と電極の接触抵抗を測
定する時に用いた電極パターンの平面図である。斜線部
が電極である。 l am・・電極のフェルミ準位 2・・・・半導体のフェルミ準位 3・・・・半導体の伝導帯の下端 4φ・・・半導体の価電子帯の上端 5・・・・電極・半導体接合界面 発  明  者        富  川  唯  用
水  本  恒  暢 藤  1) 順  彦 第 図 第 図
Figure 1 shows the n-type semiconductor cubic boron nitride with Sl or S.
A band diagram when a highly doped layer is formed near the metal/Φ semiconductor interface when a metal or alloy containing the metal or alloy is formed as an electrode. FIG. 2 is a plan view of the electrode pattern used to measure the contact resistance between the semiconductor cubic boron nitride and the electrode. The shaded area is the electrode. l am...Fermi level 2 of electrode...Fermi level 3 of semiconductor...Lower end of conduction band of semiconductor 4φ...Upper end of valence band of semiconductor 5...Electrode/semiconductor junction Interface Inventor Yui Tomikawa Yosui Nobufuji Mototsune 1) Junhiko Diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  n型半導体立方晶窒化ホウ素上にシリコン(Si)も
しくはイオウ(S)を含む金属或は合金によって電極を
形成したことを特徴とするn型半導体立方晶窒化ホウ素
のオーミック電極。
An ohmic electrode of n-type semiconductor cubic boron nitride, characterized in that the electrode is formed on n-type semiconductor cubic boron nitride using a metal or alloy containing silicon (Si) or sulfur (S).
JP2134721A 1990-05-24 1990-05-24 Ohmic electrode of n-type semiconductor cubic boron nitride Pending JPH0429376A (en)

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US07/705,594 US5285109A (en) 1990-05-24 1991-05-24 Ohmic contact electrodes for n-type semiconductor cubic boron nitride
DE69122171T DE69122171T2 (en) 1990-05-24 1991-05-24 Ohmic contact electrodes for N-type semiconducting cubic boron nitrate
EP91108451A EP0458353B1 (en) 1990-05-24 1991-05-24 Ohmic contact electrodes for n-type semiconductor cubic boron nitride
US07/734,561 US5298461A (en) 1990-05-24 1991-07-23 Method of forming ohmic contact electrodes for n-type semiconductor cubic boron nitride
US08/060,530 US5422500A (en) 1990-05-24 1993-05-13 Ohmic contact electrodes for N-type semiconductor cubic boron nitride

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5527735A (en) * 1993-10-21 1996-06-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Ohmic electrode of n-type semiconductor cubic boron nitride and method of producing same
JP2015225860A (en) * 2014-05-27 2015-12-14 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Conductive material and electronic element including the same

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