(57)【要約】  本発明は、半導体材料（１０）上に設けられている金属薄膜堆積部（１４）を有しているオーミックコンタクト構造体に関しており、その際、半導体材料（１０）内に、金属薄膜堆積部（１４）に接するコンタクト層が形成されており、コンタクト層は、金属薄膜堆積部（１４）に接した第１の部分領域と、第１の部分領域（１２）の後ろ側に設けられた第２の部分領域（１８）を有している。コンタクト層は、第１の部分領域（１２）内のドーピング濃度（Ｎ２）が、第２の部分領域（１８）内のドーピング濃度（Ｎ１）よりも大きいようにドーピングされている。
2005510062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料（１０）上に設けられている金属薄膜堆積部（１４）を有しており、前記半導体材料（１０）内に、前記金属薄膜堆積部（１４）に接するコンタクト層が形成されているオーミックコンタクト構造体において、
コンタクト層は、金属薄膜堆積部（１４）に接した第１の部分領域（１２）と、前記金属薄膜堆積部（１４）から見て前記第１の部分領域（１２）の後ろ側に設けられた第２の部分領域（１８）を有しており、前記第１の部分領域（１２）内のドーピング濃度（Ｎ２）は、前記第２の部分領域（１８）内のドーピング濃度（Ｎ１）よりも大きい
ことを特徴とするオーミックコンタクト構造体。
【請求項２】
コンタクト層の第１の部分領域（１２）内のドーピング濃度（Ｎ２）は、半導体材料内で自由荷電坦体が最大濃度となるようなドーピング濃度よりも高い請求項１記載のオーミックコンタクト構造体。
【請求項３】
半導体材料（１０）は、窒化物結合半導体、殊に、ｐドーピング窒化物結合半導体である請求項１又は２記載のオーミックコンタクト構造体。
【請求項４】
半導体材料は、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮを含む請求項３記載のオーミックコンタクト構造体。
【請求項５】
半導体材料用のドーピング材料は、Ｍｇである請求項３又は４記載のオーミックコンタクト構造体。
【請求項６】
コンタクト層の第１の部分領域（１２）内のＭｇ濃度（Ｎ２）は、３×１０１９ｃｍ−３に等しい、又は、大きい請求項５記載のオーミックコンタクト構造体。
【請求項７】
コンタクト層の第１の部分領域（１２）内のＭｇ濃度（Ｎ２）は、３×１０１９ｃｍ−３を含めて３×１０１９ｃｍ−３から５×１０２０ｃｍ−３を含めて５×１０２０ｃｍ−３迄の大きさである請求項６記載のオーミックコンタクト構造体。
【請求項８】
コンタクト層の第１の部分領域（１２）内のＭｇ濃度（Ｎ２）は、３×１０１９ｃｍ−３を含めて３×１０１９ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３を含めて１×１０２０ｃｍ−３迄の大きさである請求項７記載のオーミックコンタクト構造体。
【請求項９】
金属薄膜堆積部（１４）は、４．０ｅＶに等しいか、又は、４．０ｅＶよりも大きい仕事関数の金属、金属化合物、又は、金属合金を含む請求項１〜８迄の何れか１記載のオーミックコンタクト構造体。
【請求項１０】
請求項１〜９迄の何れか１記載のオーミックコンタクト構造体半導体構成素子。
【請求項１１】
半導体構成素子は、ルミネッセンスダイオード、殊に、発光ダイオード又はレーザダイオードである請求項１０記載の半導体構成素子。
【請求項１２】
半導体材料にコンタクト層を形成し、該コンタクト層上に金属薄膜部（１４）を堆積する各方法ステップを有する前記金属薄膜部と半導体材料とを有するオーミックコンタクト構造の製造方法において、
コンタクト層内の、金属薄膜部に隣接した第１の部分領域内に、比較的高いドーピング濃度（Ｎ２）を、前記第１の部分領域の後ろ側に設けられた、コンタクト層の第２の部分領域として形成することを特徴とする方法。
【請求項１３】
コンタクト層の第１の部分領域（１２）内のドーピング濃度（Ｎ２）を、半導体材料内で自由荷電坦体が最大濃度となるようなドーピング濃度よりも高く選定する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
半導体材料（１０）を、窒化物結合半導体、殊に、Ｐドーピング窒化物結合半導体にする請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
半導体材料を、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮにする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
半導体材料を、ＭＯＶＰＥ方法を用いて適切な基板上に堆積する請求項１２〜１５迄の何れか１記載の方法。
【請求項１７】
半導体材料（１０）を、Ｍｇでドーピングする請求項１２〜１６迄の何れか１記載の方法。
【請求項１８】
コンタクト層の第１の部分領域（１２）内のＭｇ濃度（Ｎ２）を、３×１０１９ｃｍ−３を含めて３×１０１９ｃｍ−３よりも大きくする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
半導体材料（１０）のコンタクト層（１２）内のＭｇ濃度（Ｎ２）を、３×１０１９ｃｍ−３を含めて３×１０１９ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３を含めて１×１０２０ｃｍ−３迄の大きさにする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
金属薄膜堆積部（１４）用に、４．０ｅＶ以上の仕事関数の金属、金属化合物、又は、金属合金を用いる請求項１２〜１９迄の何れか１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料上に設けられている金属薄膜堆積部を有しており、半導体材料内に、金属薄膜堆積部に接するコンタクト層が形成されているオーミックコンタクト構造体、並びに、半導体材料にコンタクト層を形成し、該コンタクト層上に金属薄膜部を堆積する各方法ステップを有する金属薄膜堆積部と半導体材料とを有するオーミックコンタクト構造の製造方法に関する。
【０００２】
半導体技術の領域での典型的な用途で、半導体構成素子の作動中、当該半導体構成素子を電流が流れる。半導体構成素子の電気コンタクトのために、一般的に、金属薄膜堆積部と半導体材料との接触抵抗が出来る限り小さな金属からなるコンタクトが使用される。その種の金属−半導体−コンタクトは、通常、オーミックコンタクトと呼ばれる。
【０００３】
金属と半導体との低オーミックコンタクトのために、一方では、各コンポーネント間の接合面障壁を出来る限り低くし、他方では、コンタクト面の近傍の半導体内のドナー又はアクセプタの正味の濃度を出来る限り高くすることが決定的であることが一般的に公知である。
【０００４】
接合面障壁の高さは、金属の仕事関数、乃至、コンタクトアニーリングによって形成された合金によって、及び、濃度及び電子占有率に応じてフェルミ準位を決める接合面の状態によって決められる。半導体材料と金属との間の薄膜絶縁層により、例えば、金属化前の不十分なクリーニングのために、接合面障壁が付加的に影響されることがある。
【０００５】
更に、ｐ導電型半導体材料では、半導体材料と金属薄膜堆積部との間の接触抵抗を、出来る限り高い仕事関数の金属を用いることによって低減することができることが公知である。このための研究は、例えば、Ｈ．Ｉｓｈｉｋａｗａ他の”Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｗｏｒｋ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｔ  ｐ−ＧａＮ／Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ”，  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．８１，Ｎｒ．３，１９９７，１３１５−１３２２ページに開示されている。
【０００６】
ｐドーピング半導体の場合、小数荷電坦体、即ち、ホールが、主として２つの形式で電流に寄与する。一方では、小数荷電坦体が熱活性によって接合面障壁以上に上昇し、他方では、接合面障壁を貫通してトンネリングすることがある。トンネリングのメカニズムは、指数関数的に、半導体材料中での空間電荷領域の幅によって特定される接合面障壁の幅に依存している。空間電荷領域の、この幅は、ｐドーピング半導体では、アクセプタの正味の濃度（即ち、ドナー濃度を差し引いたアクセプタ濃度）によって決められる。この正味の濃度が高くなればなる程、負の空間電荷密度が高くなり、空間電荷領域の幅が狭くなる。
【０００７】
昨今、半導体材料として、ＧａＮの意義が高まっている。殊に、この間、良好な、大きなＧａＮベース上の発光ダイオード、レーザダイオード、光検出器が公知である。Ｍｇドーピングｐ−ＧａＮでは、自己補償効果が生起し、即ち、アクセプタ濃度及びホール濃度に関して、最適なＭｇ濃度が生じることが分かった。この、ＧａＮでの最適なＭｇ濃度は、例えば、Ｕ．Ｋａｕｆｍａｎｎ他の”Ｈｏｌｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ＧａＮ：  Ｍｇ  Ｌａｙｅｒｓ”，ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，Ｖｏｌ．６２，Ｎｒ．１６，２０００，１０８６７−１０８７２ページによると、２×１０１９ｃｍ−３に決められ、その際、この値は、他の個所によっても確認することができる。このような認識にも拘わらず、ｐドーピングＧａＮでは、約１０−２Ωｃｍ２の大きさの特定の接触抵抗しか達成できず、多くの技術的な用途では明らかに高すぎる。
【０００８】
従って、本発明の課題は、金属薄膜堆積部と半導体材料との間のオーミックコンタクト構造を改善して、特定の接触抵抗を更に低減することにある。本発明の別の課題は、そのようなオーミックコンタクト構造の製造方法を提供することにある。
【０００９】
この課題は、請求項１記載の要件を有するオーミックコンタクト構造、乃至、請求項１２記載の要件を有するオーミックコンタクト構造の製造方法によって解決される。本発明の有利な実施例は、従属請求項２〜１１及び１３〜２１の対象である。
【００１０】
本発明の、金属薄膜堆積部と半導体材料との間のオーミックコンタクト構造は、コンタクト層は、金属薄膜堆積部に接した第１の部分領域と、金属薄膜堆積部から見て第１の部分領域の後ろ側に設けられた第２の部分領域を有しており、第１の部分領域内のドーピング濃度は、第２の部分領域内のドーピング濃度よりも大きいことによって特徴付けられる。
【００１１】
本発明の認識は、半導体材料の表面近傍での欠陥の電子占有は、半導体層内部での欠陥の電子占有と一致しているということに基づいている。寧ろ、半導体表面の近傍では、負の空間電荷での最大濃度に必要なドーピング濃度が、半導体層内部での最大ホール濃度に必要なドーピング濃度に較べてずらされている。半導体層と金属薄膜堆積部との間の出来る限り低いオーミックコンタクトを達成するために、大抵、コンタクト面の近傍内では、半導体層の内部で最適とされるドーピング濃度とは明らかに別のドーピング濃度を選定する必要があり、その結果、空間電荷領域の幅が狭くなり、従って、トンネル抵抗、従って、接触抵抗が小さくなってしまう。その際、コンタクト層の下側では、半導体層は、特定の小さな接触抵抗が必要なのとは無関係に別の特性に最適化することができる。
【００１２】
有利には、コンタクト層の第１の部分領域内のドーピング濃度は、半導体材料内で最大伝導度となるようなドーピング濃度よりも高い。
【００１３】
本発明では、特に有利には、半導体材料がＭｇでドーピングされたＧａＮである。この場合、半導体材料のコンタクト層の第１の部分領域内でのＭｇ濃度は、有利には、３×１０１９ｃｍ−３を含めて３×１０１９ｃｍ−３から５×１０２０ｃｍ−３を含めて５×１０２０ｃｍ−３迄の大きさである。
【００１４】
特定の接触抵抗を更に低減するために、有利には、金属化のために、少なくとも４ｅＶの出来る限り高い仕事関数の金属又は金属化合物を選定するとよい。
【００１５】
その種のオーミックコンタクト構造は、殊に、例えば、発光ダイオード又はレーザダイオードのような半導体構成素子用に使用可能である。
【００１６】
本発明の上述の、並びに後述の特徴及び利点について、以下、有利な図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際：
図１は、本発明のオーミックコンタクト構造の略図、
図２は、図１のオーミックコンタクト構造の半導体層内のドーピング濃度を示した図
である。
【００１７】
図１に示された、半導体材料１０と金属薄膜堆積部１４との間のコンタクト構造は、半導体材料１０と金属薄膜堆積部１４との間のコンタクト面１６、並びに、第１の部分領域１２と第２の部分領域１８とから構成されたコンタクト層を有している。
【００１８】
半導体材料は、ここで説明している有利な実施例では、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）方法を用いて形成されて、ＭｇでドーピングされたＧａＮである。しかし、ここではっきり指摘しておかないといけないが、本発明は、この材料選択に限定されるものではなく、寧ろ、本発明の認識では、任意の他の半導体材料を用いてもよい。有利には、本発明は、何れにせよ、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１の一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮの半導体材料で使用される。
【００１９】
半導体層１０内部のＭｇドーピング濃度Ｎ１は、有利には、２×１０１９ｃｍ−３である。この濃度により、自由荷電坦体（ここではホール）が最大濃度となり、従って、半導体層１０内の導電度が最大となる。この最適値は、冒頭に説明した認識に基づいている。
【００２０】
半導体表面の領域内の最適ドーピング濃度は、半導体層１０内部の最適ドーピング濃度Ｎ１とは大抵明らかに異なっていることが分かったので、半導体層１０内の、形成すべきコンタクト面１６の近傍に、半導体層内部の最適なドーピング濃度よりも大きな別のドーピング濃度Ｎ２を有する領域１２が形成されている。
【００２１】
ＭｇでドーピングされたＧａＮの場合、コンタクト層の、この部分領域１２内の最適ドーピング濃度Ｎ２は、半導体層１０内部の最適ドーピング濃度Ｎ１以上であり、有利には、３×１０１９ｃｍ−３である。オーミックコンタクト構造の最小接触抵抗は、ほぼ３×１０１９ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３の大きさである。図２には、コンタクト面１６から出発して、半導体層１０の層厚方向での、その種のＭｇ濃度経過特性が示されている。他のドーピング材料の場合、同様のやり方で、コンタクト層内の同様の濃度経過特性に調整することができる。
【００２２】
以下の表には、種々異なるＭｇ濃度Ｎ２でのｐドーピングＧａＮ半導体で、金属薄膜堆積部に隣接した、コンタクト層の部分領域１２内で達成された検査結果が示されている。その際、この領域内でのＭｇ濃度Ｎ２は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定され、ホール濃度ｐ２は、ＨＡＬＬ測定を用いて測定され、特定の接触抵抗Ｒｃは、Ｃ−ＴＬＭ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いて測定される。
更に、この表には、完全にするために、ホールの移動度μが示されている。
N２ (cm−３)    p２ (cm−３)    μ (cm２/Vｓ)    Rｃ  (Ωcm２)
3x10１９       6.36x10１７    8.4            約 100x10−３ 
6.5x10１９     3.38x10１７    7.8            約   3x10−３ 
9x10１９       1.15x10１７    6.3            約   4x10−３ 
金属薄膜堆積部１４と半導体材料１０との間の接触抵抗Ｒｃを更に低減するために、金属又は金属化合物を、少なくとも４．０ｅＶの出来る限り高い仕事関数で利用すると有利である。このような、公知の手段を、本発明と組み合わせると、特に低いコンタクト構造にすることができる。
【００２３】
更に、本発明のオーミックコンタクト構造を、金属化前の半導体表面の任意のクリーニング方法、及び、金属化過程後の任意のアニーリングプロセスと組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のオーミックコンタクト構造の略図
【図２】図１のオーミックコンタクト構造の半導体層内のドーピング濃度を示した図
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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