JPS6143846B2 - - Google Patents

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JPS6143846B2
JPS6143846B2 JP52105770A JP10577077A JPS6143846B2 JP S6143846 B2 JPS6143846 B2 JP S6143846B2 JP 52105770 A JP52105770 A JP 52105770A JP 10577077 A JP10577077 A JP 10577077A JP S6143846 B2 JPS6143846 B2 JP S6143846B2
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JP
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compound semiconductor
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gold
gap
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JP52105770A
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JPS5439573A (en
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Noburo Yasuda
Choji Ogawa
Tetsuo Sadamasa
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置に係り、特に燐化ガリウ
ム(GaP)などの化合物半導体への電極を改良し
た化合物半導体装置に関する。
一般に化合物半導体を用いた装置として、発光
ダイオード、半導体レーザ、或いはカンダイオー
ドなどのマイクロ波素子などがある。このうち最
近最も使用されつつあるものとしてGaP結晶或い
はGaAsP結晶を用いた発光ダイオードがあり、
自動車或いは工業計測器などの表示、時計の表示
などに用いられている。
ところで単結晶だけでは何ら有効な作用は行な
えず、必らず単結晶のある面に電極膜を形成し、
その電極へ駆動エネルギーを与えて、初めて化合
物半導体特有の装置として評価される。例えば
GaP発光ダイオードの場合、n型GaP単結晶基板
上にn層とp層をエピタキシヤル成長させ、n型
GaP基板p層面に夫々の電極膜を形成し、その両
電極膜に電流を流して、p−n接合面で発光させ
るのが通例である。そしてこれらの電極の材質に
は、次のような制限がある。即ち、化合物半導
体(GaP)結晶の特有な面とオーミツク接触する
事、ボンデイング性が良い事、微細パターニ
ングが出来る事、500℃以上の耐熱性がある
事、耐薬品性特に耐酸性がある事、容易に膜
として形成でき且つ量産性がある事等の条件を満
足しなければならない。そしてGaP発光素子の電
極の場合、n型GaP基板の電極として2%Si−98
%Auの合金膜が一般的に使用されている。これ
らの膜は上記条件をほゞ満足するが、量産性、公
害性、発光の効率等で十分ではない。
そこで本発明者等はまず、n型GaP基板電極膜
の検討を行つた結果Si−Au合金膜よりもGe−Au
合金膜の方が発光素子として数段優れている事を
見出した。
なおこのGe−Au合金膜はGaAs結晶を用いた
ガンダイオード等の電極膜として知られている。
ところがGe−Au合金膜一層のみでは、オーミツ
ク接触となさせる450℃以上の加熱工程で、膜が
変形し不連続な小塊もしくは球体となるといわれ
ている。これを防止するために、12%Ge−Au膜
を形成し、その上にNi等のGe並びにAuの溶解度
が低い膜を積層させて、加熱処理する手段が知ら
れている。この手段は特公昭42−24852号公報に
詳述されている。ところがこの公告公報はGaAs
結晶に限定されているので、本発明者等はGaP結
晶にも適用可能か否かを検討を行つた。その結果
オーミツク性については多少異なる点はあるが、
上記Ge−Au合金膜組成では小塊状となり、Ni等
の膜が必要である点で同等であつた。
しかしながらGe−Au合金膜上にNi等の膜を積
層すると、膜の形成が複雑となり、また微細加工
等が困難となり、量産性、再現性、歩留りが著し
く低下する。
そこで本発明者等は、Ge−Au合金膜一層のみ
で例えばn型GaP結晶とオーミツク接触するか否
かの検討を重ねた。その結果、Geの重量比がオ
ーミツク接触及び膜の変形に多大に寄与し、Ge
の重量比をある範囲内に規定すれば膜の変形を防
ぎ且つオーミツク接触をなすことを見出した。
本発明は上記実験事実に基づいてなされたもの
で、n型化合物半導体にGe−Au合金膜一層のみ
でオーミツク接触をなすようにした化合物半導体
装置を提供するものである。
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
まず、上記の実験結果を第1図に示す。この図
で横軸はGe−Au合金膜でのGeの重量%、縦軸は
接触抵抗値で、図中〇印はオーミツク接触、×印
は整流性接触、△印はその中間である。図から明
らかな如く、Geの重量%が約0.07から約1.2の範
囲でのGeを含んだAu膜でのみオーミツク接触と
なる。なお、この実験は、2〜3×1017cm-3のド
ナー濃度をもつたn型GaPを基板とし、真空蒸着
法にてAu−Ge膜を形成したものである。Geの重
量比変化は抵抗加熱するタングステンボート蒸発
源へチヤージするAuとGeの量を変えて、蒸発さ
せた。膜を形成後500℃10分間熱処理を行ない、
電極パターンを微細加工し、プローパにて、接触
抵抗値を測定した。AuGe膜厚は0.3〜0.5μmで
ある。第1図に図示した如く、1.2%以上のGeを
含んだ膜では、500℃の熱処理後、膜は小塊状に
変形し、Geの量が多い程その塊は大きくなる。
又オーミツク性もGe量が多くなるにつれ悪くな
り、1.5%以上では完全に整流性となる。一方1.2
%以下のGeを含んだ膜では500℃の熱処理後で
も、膜の形態を保つており、なんら変形しない。
これらの膜のオーミツク接触性を評価した所、
Ge量が0.07%〜1.2%の範囲で直流接触となり、
0.07%を下回れば整流接触となることが判明し
た。この原因を第2図に示したAu−Geの合金状
態図を基にして推察してみると次のようになつ
た。
この状態図より356℃の共晶温度では1.2%Ge
の最大固溶限があり、室温では0.07%Geの固溶
限がある事が判明した。これらの数値は奇しくも
本発明者等のオーミツク接触するGe量の範囲の
数値と一致する。又、状態図は次の事項を示して
いる。0〜0.07%Geを含むAuGe合金は熱処理に
も固溶体を保つているが、0.07%〜1.2%Geを含
むAuGe合金は熱処理中最大1.2%のGeを含む固
溶体となり、通常の冷却では100%Geが少し混在
した0.07%Geの固溶体となり、共晶組織をもつ
ていない。また1.2%Ge以上を含むAuGe合金
は、熱処理中1.2%Geの固溶体と100%Ge、及び
それらの共晶組織の3者が混在し、冷却後共晶組
織の中に100%Geが混在した0.07%Geの固溶体が
点在している状態となる。
一方、本発明者等の薄膜としたGe−Au合金膜
の結果と対応させると、熱処理による小塊状への
変形は、膜内に共晶組織が存在した場合と一致
し、しかも前述の特許の内容と一致する。これら
から膜が共晶状態になつた時、GeとAuとの相互
拡散がGaPへの拡散よりも極めて早い速度で発生
し膜が小塊状になると推定できる。
このため、オーミツク接触するのに必要なGe
又はGe−AuのGaPへの拡散反応量が不足とな
り、オーミツク接触は不可能となるのであろう。
また共晶組織とならない1.2%Ge以下のGe−Au
膜は、小塊状に変形せず、膜状態を保つている。
しかしオーミツク接触となるためには、Ge又は
Ge−Au量がある量以上は必要であり、その最低
限が0.07%Geであるとみなせる。又は0.07〜1.2
%Ge以上の特有な固溶体内に混在する100%Ge
が、オーミツク接触に重要な因子となつているの
かも知れない。これらの微量なGe量の検知は分
析機器の分解能を超えているため不可能である。
化合物半導体と電極膜とのオーミツク接触機構
は、材質からだけでも4要素あり、複雑なため解
明されていない。従つて本発明者等の実験結果か
ら得られた固溶体内に混在する100%Geが、主要
な因子となるとすると、現象解析が一段階簡便に
なる可能性も含まれている。
以上の実験結果と推察よりGe量の範囲を限定
すれば、AuGe膜一層で電極膜を形成できる様に
なつた。このため従来の如く、Ni等の膜を積層
する手間が省け、特殊な蒸着装置が必要なくな
り、かつ微細加工が容易となり、膜形成の効率向
上、量産性の向上が飛躍的に達成できる。又、従
来のAu−Si膜に比べても膜の形成法は容易であ
り、量産性も極めて優れている。この理由はAu
とSiの場合、両者の蒸気圧が異なる点と、Siと蒸
発源とが反応する点とから、蒸着するには熟練を
要し、蒸発源例えばタングステンボートは1回し
か使用できない。これに対し、AuとGeの場合に
は、両者の蒸気圧は近接しており、かつ蒸発源例
えばタングステンボートとGeとは全く反応、合
金化しない。従つてボートは何回も使用でき、蒸
着は極めて簡単にできる。
さらに発光ダイオードではその発光効率が大き
い程明るい表示が得られ、かつ駆動エネルギーも
減少できる。発光効率はp−n接合の特性で決ま
るが、その発光センターに最近接している電極膜
の対向面が黒色であると、そこで光の吸収が発生
し、発光効率は低下する。なおAuSi膜ではSiに
よる黒色化があり、AuGe膜では黒色化は発生せ
ず、金色をしている。このため、発光ダイオード
としても、AuSi膜よりもGe−Au膜を使用するの
が望ましい。
なお、上記説明ではGaP発光ダイオードについ
て説明したが、GaAs結晶若しくはGaAsP結晶を
用いた発光ダイオード、GaAs結晶を用いたマイ
クロ波素子、GaAsなどを用いた半導体レーザに
も用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に至る実験結果を示す曲線図、
第2図はGe−Au合金の状態図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 n型化合物半導体に、金に対するゲルマニウ
    ムの重量パーセントが室温でのゲルマニウムの固
    溶限濃度の重量パーセントから共晶温度でのゲル
    マニウムの固溶限濃度の重量パーセントまでの範
    囲にあるゲルマニウム−金の合金膜を設けたこと
    を特徴とする化合物半導体装置。 2 n型化合物半導体に、金に対するゲルマニウ
    ムの重量パーセントが0.07重量パーセントから
    1.2重量パーセントまでの範囲にあるゲルマニウ
    ム−金の合金膜を設けたことを特徴とする前記特
    許請求の範囲第1項記載の化合物半導体装置。 3 前記n型化合物半導体として燐化ガリウム結
    晶を用いたことを特徴とする前記特許請求の範囲
    第1項記載の化合物半導体装置。
JP10577077A 1977-09-05 1977-09-05 Compound semiconductor device Granted JPS5439573A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10577077A JPS5439573A (en) 1977-09-05 1977-09-05 Compound semiconductor device
US05/937,786 US4228455A (en) 1977-09-05 1978-08-29 Gallium phosphide semiconductor device having improved electrodes

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JP10577077A JPS5439573A (en) 1977-09-05 1977-09-05 Compound semiconductor device

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JPS5439573A JPS5439573A (en) 1979-03-27
JPS6143846B2 true JPS6143846B2 (ja) 1986-09-30

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