(57)【要約】半導体装置のＧａＮ層の反転した構造の表面上にコンタクトを形成する技術が開示されている。ｎドープＧａＮ層は、そのｎドープＧａＮ層が形成されていた基材を除去することで露出される表面を有して形成される。このような表面の結晶構造は積層ｐドープＧａＮ層の表面とは大きく異なる特性を有する。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム材料層（ＧａＮ層）であって、その上に該ＧａＮ層が形成されていた基材を除去することで露出される表面を有したＧａＮ層と、
前記ＧａＮ層に電気的な結合を提供すべく前記露出表面に対してコンタクトを形成する金属と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属コンタクトは、Ａｌ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＮｉおよびそれらの合金の少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属コンタクトは、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｖｄ、Ｍｏおよびそれらの合金の少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ＧａＮ層は、ｎドープＧａＮ材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
ｎドープＧａＮ層であって、その上に該ＧａＮ層が形成されていた基材をＬＥＤ装置の製造中に除去することで露出される表面を有したｎドープＧａＮ層と、
ｐ型電極の一部としての金属と接触状態にある堆積直後のＧａＮ面を有したｐドープＧａＮ層と、
前記ｎドープＧａＮ層と前記ｐドープＧａＮ層との間の多重量子井戸構造体と、を備え、
前記ｎドープＧａＮ層表面は、ｎ型電極の一部としての金属と接触状態であることを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）装置。
【請求項６】
前記ｎ型電極は、Ａｌ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＮｉおよびそれらの合金の少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ装置。
【請求項７】
前記ｎ型電極は、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｖｄ、Ｍｏおよびそれらの合金の少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ装置。
【請求項８】
縦型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）構造体を製造する方法であって、
多重量子井戸層で分離されている少なくとも１つのｎドープＧａＮおよび少なくとも１つのｐドープＧａＮ層を備えるＬＥＤスタックをキャリア基材上に形成するステップと、
前記ＬＥＤスタック上に１つ以上の金属基材層を堆積するステップと、
前記ｎドープＧａＮ層の表面を露出させるように前記基材層を除去するステップと、
前記露出表面に金属コンタクトを形成するステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項９】
Ａｌ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＮｉおよびそれらの合金の少なくとも一種を利用して金属コンタクトを形成することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｖｄ、Ｍｏおよびそれらの合金の少なくとも一種を利用して金属コンタクトを形成することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の説明）
本願は２００５年１月１１日出願の米国特許出願第１１／０３２，８８２号の一部継続出願である。
【０００２】
一般的に本発明の実施形態は半導体処理に関し、特には半導体装置（デバイス）と接合させる導電性コンタクト（接触子）の形成に関する。
【背景技術】
【０００３】
様々なタイプの半導体装置の製作には、窒化ガリウム（ＧａＮ）の１以上の層がしばしば堆積される。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）の製作中に、ｐドープＧａＮ（ｐ型ＧａＮ）およびｎドープＧａＮ（ｎ型ＧａＮ）の多重層を含んだ“ＬＥＤスタック（積層体）”のエピタキシャル構造体が形成される。図１は、多重量子井戸ＭＱＷ層１０８により分離されているｎ型ＧａＮ層１０６とｐ型ＧａＮ層１１０とを有したそのようなエピタキシャル構造体１０４の１例を図示する。このエピタキシャル構造体１０４は通常は、ｃ面（ｃ−ｐｌａｎｅ）ＳｉＣおよびｃ面サファイア等の適した物質の基板１０２上に堆積される。
【０００４】
このような堆積は３ＧａＣｌ＋３ＮＨ３→３ＧａＮ＋２Ｈ２＋３ＨＣｌまたはＴＭＧ＋ＮＨ３→ＧａＮ＋ＣＨｘ＋Ｈ２のような気相反応を利用する。通常、ｃ面ＳｉＣおよびｃ面サファイアへのこのような堆積は、図２Ａで示すようにＧａとＮとの間の原子結合が特定配置を有する面を有した六方晶系構造のｃ軸に沿った結晶構造の成長をもたらす。通常、この堆積プロセス中に原子は自由エネルギーが最小の状態にあるため、この面は非常に安定している。
【０００５】
図３で図示するように、通常、エピタキシャル構造体１０４を発光させるため、ｎ型ＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層に対して電位差を印加できるようにコンタクト１１８が形成される。通常のＬＥＤ製造プロセスでは、ｎ型ＧａＮ層１０６へのｎ型パッドコンタクトは、堆積直後の（又は、処理前の／ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）ｎ型ＧａＮ層１０６の上に金属コンタクトとして形成される。Ｎｉ、Ｃｒ、ＴｉおよびＰｔを使用した従来の金属コンタクト構造は堆積直後の（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）面のコンタクト材料として利用されてきた。Ｃｒ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／ＡｕおよびＴｉ／Ｎｉ／Ａｕのような特定材料はｎ型ＧａＮに対して比較的に低抵抗であるコンタクトを提供してきた。Ｎｉ／ＡｕおよびＩＴＯはｐ型ＧａＮへのオーミックコンタクトを提供してきた。
【０００６】
場合によっては、Ｇａ原子とＮ原子との間で（表面方向に）結晶構造のｃ軸に沿って反転した原子結合の構造を備えた結晶構造を構築するプロセスによって半導体構造体を形成することが有効であろう。反転した原子結合の構造は、元の基板（ｃ面サファイア、ｃ面ＳｉＣ）を除去して反転面を露出させることで実現される。この反転面は図２Ｂで示す。例えば、このような構造体は２００５年１月１１日出願の米国特許出願第１１／０３２８８２号において開示されているような縦型ＬＥＤ（ＶＬＥＤ）構造体を製造するときに形成される。そこで解説されているようにＶＬＥＤ装置は多くの利点を備える。例えば、改良された放熱特性、電流特性および効率である。
【０００７】
図４Ａで図示するように、ＶＬＥＤ製造プロセスにおいては、反射面２００と金属基材２０２とは、堆積直後の（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）ガリウム終端ｐドープＧａＮ面上に堆積または接合される。キャリア基材１０２（例えばｃ面サファイア、ｃ面ＳｉＣ）は構造体から除去することができ、図４Ｂで示すように除去後にキャリア基材と接触状態であったＧａＮを露出させる。図４Ｃに移る前に、キャリア基材１０２が除去されたＶＬＥＤは露出したＧａＮ層１０６を有する。対応する結晶構造は図２Ｂで示す。そこでは、窒素原子１１９とガリウム原子１１７の間の原子結合は図２Ａのものと比べて、反転した構造である。
【０００８】
その結果、この新規に形成されたＧａＮ面／反転面は、窒素原子とガリウム原子の鏡に映し出された配置（反転した配置）のために図２Ａで示す堆積直後のＧａＮ面とは大きく異なる特性を示すであろう。本願においては、その上にＧａＮ層が形成された基材を除去することで露出された表面を有するこの新規に形成されたｎドープＧａＮ層を、Ｎｕ−ＧａＮ層と称する。この露出面は、例えばウェットエッチング、ドライエッチング、研磨及び／又はラッピング等である機械的手段または化学的手段によって処理できる。
【０００９】
Ｎｕ−ｎドープＧａＮ面での自発分極は、従来の堆積直後のＧａＮ面の自発分極とは逆向きとなる。Ｎｕ−ＧａＮは人工面（例えば、堆積基材の除去の産物）であり、このようなＮｕ−ＧａＮ面の結晶構造は堆積直後のＧａＮ面よりも安定性が低い。ここでいう安定性とは、コンタクトを形成する際の接触抵抗の均一性のことである。それによって、Ｎｕ−ＧａＮ上に低抵抗電気コンタクトを形成することはさほど知られていない。従来のＬＥＤ技術においては、堆積直後のｎドープＧａＮ層またはｐドープＧａＮ層のためのメタライゼーション技術は理解されているが、Ｎｕ−ＧａＮのためのメタライゼーション技術はあまり理解されていない。ＶＬＥＤに関して、ｐ型電極へのコンタクトが従来のｐドープＧａＮ層に接触させられるが、ｎ型電極はＮｕ−ｎドープＧａＮ層とのコンタクトを形成しなければならず、信頼できるＶＬＥＤ装置のためのＮｕ−ｎドープＧａＮのために低抵抗且つ安定したコンタクトを有することは重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願第１１／０３２８８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、現在必要とされるものは、低抵抗性で且つ安定した抵抗を提供するＮｕ−ｎドープＧａＮ半導体層と接合するコンタクトを形成する技術である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態は一般的にＮｕ−ｎドープＧａＮ面と称される反転したｎドープＧａＮ面のための低抵抗コンタクトを形成する技術の提供である。
【００１３】
本発明の１実施形態は半導体装置を提供する。この半導体装置は一般的にＮｕ−ｎドープＧａＮの人工面／反転ＧａＮ面を有した窒化ガリウム（ＧａＮ）材料層と、そのＧａＮ層に電気的に結合させるように反転ＧａＮ面とのコンタクトを形成する金属層とを含む。
【００１４】
本発明の１実施形態は発光ダイオード（ＬＥＤ）装置を提供する。このＬＥＤ装置は一般的にｎ型電極の一部としての金属と接触する反転面を有したｎドープ窒化ガリウム材料（ＧａＮ）層と、ｐ型電極の一部としての金属と接触する堆積直後の面を有したｐドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）層と、ｎドープＧａＮ層とｐドープＧａＮ層との間の多重量子井戸構造体と、（反転したｎドープＧａＮ層に）電気的に結合し、反転したｎドープＧａＮ層に接触するｎ型電極金属とを含む。
【００１５】
本発明の１実施形態はＶＬＥＤ構造体の製造方法を提供する。この製造方法は一般的に、キャリア基材上にＬＥＤスタックを形成するステップを含む。このＬＥＤスタックは、多重量子井戸層により分離されている少なくとも１層のｎドープＧａＮ層および少なくとも１層のｐドープＧａＮ層を含む。この製造方法はさらに、１層以上の金属基材層をそのＬＥＤスタック上に形成するステップと、その（サファイア）基材層を除去するステップと、反転したｎドープＧａＮ面上に金属コンタクトを形成するステップと、ｐドープＧａＮ上に金属コンタクトを形成するステップとを含む。
【００１６】
前述の本発明の特徴のさらに詳細な理解を目的とし、添付の図面にその一部が図示されている本発明の実施形態を利用して以下において本発明を詳細に説明する。しかしながら図示の実施例はあくまでも本発明の代表的な実施形態を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものと理解されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＧａＮ層を備えた従来の例示的半導体構造体を図示する。
【図２Ａ】従来型の堆積直後のＧａＮ層の例示的結晶構造体を図示する。
【図２Ｂ】従来型の堆積直後のＧａＮ層の例示的結晶構造体を図示する。
【図３】従来技術により形成されたコンタクトを備えた図１の半導体構造体を図示する。
【図４Ａ】本発明のＮｕ−ｎドープＧａＮ面の形成を示すＶＬＥＤ構造体の製造段階を図示する。
【図４Ｂ】本発明のＮｕ−ｎドープＧａＮ面の形成を示すＶＬＥＤ構造体の製造段階を図示する。
【図４Ｃ】本発明のＮｕ−ｎドープＧａＮ面の形成を示すＶＬＥＤ構造体の製造段階を図示する。
【図５】本発明の１実施例に従ってコンタクトが形成されている図４Ｃで示すＶＬＥＤ構造体を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
一般的に本発明の実施形態は、その上にｎドープＧａＮ層（Ｎｕ−ｎドープＧａＮ層）が形成されている基材を除去することで露出された面を有するｎドープＧａＮ層上にコンタクトを形成する技術を提供する。この技術は特にＶＬＥＤの製造に関して述べられているが、これらは例示であり、本発明を限定するものではない。専門家であれば、この技術が、導電性コンタクトと結合するように構成されているＮｕ−ＧａＮ層を利用するもののような反転した構造を有する多様な半導体装置に対しても適用できることを理解するであろう。
【００１９】
（典型的なコンタクト形成方法）
図４Ｃではキャリア基材１０２が除去されており、半導体装置は上下が反対になっている。露出したｎ型ＧａＮ層１０６は上を向いている。その結果、このｎ型ＧａＮ層はＮｕ面を有する。表面に面する窒素原子１１９と下側のガリウム原子１１７を有した対応する結晶構造体は図２Ａにて図示している。
【００２０】
図５で図示するようにｎドープ層１０６の外部接続用接触パッド２１７が形成される。Ｎｕ−ｎ型ＧａＮ面が比較的に不安定な結晶構造であるのに関わらず、低抵抗性で且つ高信頼性であるコンタクトを形成するために、接触パッド２１７は、以下で説明する材料またはそれらの組み合わせを利用して形成することができる。
【００２１】
図４Ｃで示すＶＬＥＤ構造体はＮｕ−ｎドープＧａＮ層を上面に有している。このＮｕ−ｎドープＧａＮは不安定で高反応性である結晶構造を有している。このＮｕ−ｎドープＧａＮ面の自発分極は従来型の堆積直後のＧａＮ面とは逆向きである。従って、堆積直後のＧａＮ面を有した従来ＬＥＤに使用されるＮｉ、Ｐｄ、ＣｒおよびＴｉのような従来の金属コンタクト材料はＶＬＥＤのＮｕ−ｎドープＧａＮ面には適さない。
【００２２】
しかしながら、本発明の技術は、高電力効率および改善された信頼性を提供するために、低抵抗コンタクトである安定した低抵抗コンタクト金属構造体を形成し、順電圧（ＶＦ）を低下させる。ここでいう低抵抗コンタクトとは、一般的に５×１０−２Ωｃｍ２以下であり、好適には５ｘ１０−５Ωｃｍ２以下であるコンタクトのことである。ここでいう接触抵抗についての安定とは、一般的に１０％以下の変動率のことであり、好適には５％以下の変動率のことである。
【００２３】
本発明の実施形態は、Ｎｕ−ｎ型ＧａＮ面との低抵抗性で且つ安定したコンタクトを提供するために、低仕事関数を有する、Ａｌまたは、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕもしくはＡｌＮｉ等のＡｌ合金を利用する。低抵抗性で且つ安定したコンタクトを形成するために、Ｎｕ−ｎドープＧａＮへのコンタクト材料としてアルミニウムやアルミニウム合金を使用するとき、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、ＡｌＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ａｌ／ＴａＮ／Ａｕ、ＡｌＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ、ＡｌＴｉ／ＴａＮ／Ａｕ、ＡｌＳｉ／Ｎｉ／Ａｕ、ＡｌＳｉ／Ｐｔ／Ａｕ、ＡｌＳｉ／ＴａＮ／Ａｕ、ＡｌＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ、ＡｌＣｕ／Ｐｔ／Ａｕ、ＡｌＣｕ／ＴａＮ／Ａｕのような多くの金属を好適に利用できる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｖｄ、Ｍｏおよびそれらの合金のような、他の低仕事関数の金属が、Ｎｕ−ｎドープＧａＮとの低抵抗で安定したコンタクトの形成に使用できる。低抵抗で且つ安定したコンタクトを形成するのに、Ｎｕ−ｎドープＧａＮへのコンタクト材料としてＳｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｖｄ、Ｍｏ、または、それらの合金等を使用するときには、Ｓｎ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｓｎ／ＴａＮ／Ａｕ、Ｓｎ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｚｎ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｚｎ／ＴａＮ／Ａｕ、Ｚｎ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｇ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｍｇ／ＴａＮ／Ａｕ、Ｍｇ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｈｆ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｈｆ／ＴａＮ／Ａｕ、Ｈｆ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ａｕ、Ｗ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔａ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｏ／Ｎｉ／Ａｕまたはその合金のような多くの金属をＮｕ−ｎドープＧａＮを有したＶＬＥＤの製造に使用できる。
【００２５】
本発明の低抵抗コンタクトには数多くの利点がある。例えば、Ｎｕ−ＧａＮ（非ドープＧａＮ、ｎ型ＧａＮ及び／又はｐ型ＧａＮ）への低抵抗コンタクトは改良された電力効率および改良された信頼性を提供する。これら利点はＶＬＥＤ装置に適用されるが、専門家であればこのような利点が大抵の半導体装置にも適用できることを理解しよう。よって、ここに開示した本発明の技術は窒素終端面を有したいかなるタイプの半導体装置のための低抵抗コンタクトの形成にも有利に利用される。
【００２６】
前述の説明は本発明の実施形態に向けられたものであるが、本発明の他の実施形態でも本発明の特許請求の範囲に定められた技術的範囲内で着想が可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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