(57)【要約】  【課題】  ワイドバンドギャップ半導体における、オーミックコンタクト抵抗を低減することを目的とする。  【解決手段】  ｐ型オーミック電極にＳｅ層を有することにより、ＳｅのフェルミレベルＥｆとワイドバンドギャップｐ型半導体の価電子帯との障壁Φｂが最も低い構成となり、ワイドバンドギャップのｐ型半導体に従来の高い仕事関数を有する金属層を設けたものよりもはるかに低い抵抗を有するオーミックコンタクトを実現することが可能となる。  【選択図】図２
2007005663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層に前記ｎ型半導体層の一部を露出させて積層されるバンドギャップ２ｅＶ以上のｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層の露出部分に形成されるｎ型オーミック電極と、
前記ｐ型半導体層上にＳｅ層を含んで形成されるｐ型オーミック電極と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ｐ型オーミック電極の前記ｐ型半導体に接する最下層がＳｅ層であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記Ｓｅ層が２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記Ｓｅ層上に形成される前記ｐ型オーミック電極の金属層が１００ｎｍ以上の膜厚であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ｎ型オーミック電極および前記ｐ型オーミック電極を露出させて外向噴出防止膜を形成することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記外向噴出防止膜がＺｎまたはＣｕを含むことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ｐ型半導体層および前記ｎ型半導体層がＳｉＣまたは窒化物半導体であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色発光素子、高耐圧・高出力素子に対する需要が高まり、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの従来の半導体（以下通常半導体と称する）よりはバンドギャップの広いＳｉＣ、窒化物半導体など（以下バンドギャップが２ｅＶ以上である半導体をワイドバンドギャップ半導体と称する）を用いた発光素子、電子デバイスの研究開発が進んでいる。
【０００３】
図４は従来のワイドバンドギャップ半導体装置を示す構成図であり、ｐｎ接合を利用する最も一般的な形態を示している。
図４において、基板１１の上にｎ型半導体層１２を形成し、さらにその上にｐ型半導体層１３を形成されている。ｎ型半導体層１２、ｐ型半導体層１３におのおのｎ型オーミック電極１４、ｐ型オーミック電極１６が形成されている（例えば、特許文献１参照）。このような、ｐｎ接合を有する半導体装置の一つの性能指標として、コンタクト抵抗があり、これができるだけ低いことが好ましい。なぜなら、コンタクト抵抗が低いほど該抵抗によるロスが小さく、効率の高い動作が可能であるからである。
【特許文献１】特表平１１−５０５０６６号公報
【特許文献２】米国特許第６２６５７３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記半導体装置で、ｎ型半導体層１２に対するｎ型オーミック電極１４としてＴｉ，Ｍｏ，Ａｌなどを用いることで、１０−６Ωｃｍ２程度の十分低いコンタクト抵抗が実現されている。しかし、ｐ型半導体層１３に対しては、オーミック電極にＰｄなどを用いてもコンタクト抵抗は１０−４Ωｃｍ２程度と極めて高く、素子の効率を落とす主たる原因となっている。
【０００５】
上記問題点を解決するために、本発明の半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体における、オーミックコンタクト抵抗を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１記載の半導体装置は、基板上に形成されたｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層に前記ｎ型半導体層の一部を露出させて積層されるバンドギャップ２ｅＶ以上のｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の露出部分に形成されるｎ型オーミック電極と、前記ｐ型半導体層上にＳｅ層を含んで形成されるｐ型オーミック電極とを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記ｐ型オーミック電極の前記ｐ型半導体に接する最下層がＳｅ層であることを特徴とする。
請求項３記載の半導体装置は、請求項２記載の半導体装置において、前記Ｓｅ層が２０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の半導体装置は、請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体装置において、前記Ｓｅ層上に形成される前記ｐ型オーミック電極の金属層が１００ｎｍ以上の膜厚であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の半導体装置は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４のいずれかに記載の半導体装置において、前記ｎ型オーミック電極および前記ｐ型オーミック電極を露出させて外向噴出防止膜を形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の半導体装置は、請求項５記載の半導体装置において、前記外向噴出防止膜がＺｎまたはＣｕを含むことを特徴とする。
請求項７記載の半導体装置は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載の半導体装置において、前記ｐ型半導体層および前記ｎ型半導体層がＳｉＣまたは窒化物半導体であることを特徴とする。
【００１１】
以上により、ワイドバンドギャップ半導体における、オーミックコンタクト抵抗を低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置によれば、ｐ型オーミック電極にＳｅ層を有することにより、Ｓｅのフェルミレベルとワイドバンドギャップｐ型半導体の価電子帯との障壁が最も低い構成となり、ワイドバンドギャップのｐ型半導体に従来の高い仕事関数を有する金属層を設けたものよりもはるかに低い抵抗を有するオーミックコンタクトを実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ｐ型半導体層に対するオーミック電極のコンタクト抵抗が高い原因は、前記半導体装置のバンドギャップが広く、ｐ型半導体層の価電子帯のエネルギーレベルが低く、仕事関数の高い金属を用いても価電子帯に正孔を注入するにはエネルギー障壁が生じることに起因する。従って、このようなワイドバンドギャップ半導体のｐ型半導体層にオーミックコンタクトを形成するには、オーミック電極として、より大きな仕事関数を有する導電層を用いることが好ましい。そのため、本発明は、バンドギャップ２ｅＶ以上のｐ型半導体層にオーミックコンタクト電極を有する半導体装置において、該オーミック電極にＳｅを含む構成とする。このような構成とすることによって、Ｓｅの仕事関数は６ｅＶと最も高く、Ｓｅのフェルミレベルと該ワイドバンドギャップｐ型半導体の価電子帯との障壁が最も低い構成となり、最も低いオーミックコンタクトを形成することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明の半導体装置は、バンドギャップ２ｅＶ以上のｐ型半導体層にオーミックコンタクト電極を有する半導体装置において、該オーミック電極の該ｐ型半導体に接する最下層がＳｅとする構成とする。このような構成とすることによって、最も仕事関数の高い（６ｅＶ）Ｓｅのフェルミレベルと該ワイドバンドギャップｐ型半導体の価電子帯との障壁が最も低い構成となり最も低いオーミックコンタクトを形成することが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明の半導体装置は、バンドギャップ２ｅＶ以上のｐ型半導体層にオーミックコンタクト電極を有する半導体装置において、該オーミック電極の該ｐ型半導体に接する最下層がＳｅであることを特徴とし、該Ｓｅ層が２０ｎｍ以下である構成とする。Ｓｅ層を２０ｎｍ以上とするとバルクの半金属性が顕著となり、導電性が下がる。従って、本発明のような構成とすることによって、該Ｓｅ層の導電性を十分低く保つことが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明の半導体装置は、バンドギャップ２ｅＶ以上のｐ型半導体にオーミックコンタクト電極を有する半導体装置において、該オーミック電極の該ｐ型半導体に接する最下層が膜厚２０ｎｍ以下のＳｅ層であり、該Ｓｅ層上に１００ｎｍ以上の膜厚の金属層を形成する構成とする。このような構成とすることにより、前記Ｓｅ層に十分な電流の注入が可能となるとともに、Ｓｅの外向拡散を防止することが可能となる。
【００１７】
以下、本発明に係る半導体装置の実施例について図１，図２，図３を参照しながら説明する。
図１は本発明の半導体装置を示す断面図、図２はｐ型半導体層に積層される金属による界面エネルギーの差異を示す図、図３はｐ型半導体層に積層される金属によるｐｎ接合ダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、サファイアからなる基板１１の上に形成されたｎ型ＧａＮよりなるｎ型半導体層１２の上に、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型半導体層１３が積層されており、ｐ型半導体層１３の一部をエッチングにより除去してｎ型半導体層１２を露出した後に、露出したｎ型半導体層１２上にＴｉとＡｌを含む合金層であるｎ型オーミック電極１４、ｐ型半導体層１３上には厚さ５ｎｍのＳｅ層１５が形成され、さらにＳｅ層１５の上に厚さ２００ｎｍのＰｄによりなるｐ型オーミック電極層１６が形成されている。このような構成とすることによって、Ｓｅの仕事関数は６ｅＶと最も高く、Ｓｅのフェルミレベルと該ｐ型ＧａＮの価電子帯との障壁が最も低い構成となり、最も低いオーミックコンタクトを形成することが可能となる。ここで、オーミック電極以外の領域には、Ｓｅの外向噴出防止膜としてＳｉＮ膜１７等が形成することもできる。さらに、該ＳｉＮ膜１７を微量のＺｎでドープしてもよい。このように、Ｚｎ等がドープされた外向噴出防止膜を構成することにより、Ｓｅが万が一電極部より外向拡散した場合でも、ＺｎがＳｅと反応し化学的に安定なＺｎＳｅを形成し、Ｓｅが単体で素子外部に噴出して、コンタクト抵抗が上昇することと、Ｓｅが有害物質として環境を汚染することを防止することが可能である。
【００１９】
ここでは、Ｓｅ層１５をｐ型半導体層１３上のｐ型オーミック電極層１６における最下層に５ｎｍ形成する例を示したが、２０ｎｍ以下であれば同様の効果を奏し、必ずしもｐ型オーミック電極層１６における最下層に形成する必要はない。また、Ｓｅ層１５の上に形成される金属はＰｄにかぎらず、その厚さは１００ｎｍ以上が望ましい。さらに、外向噴出防止膜にはＣｕをドープしても同様の効果がある。
【００２０】
次に、図２を用いて従来技術に比較して界面エネルギーを説明する。
図２（ａ）に従来のｐ型窒化物半導体（ＧａＮ）とオーミック電極界面のエネルギー図を示す。従来は、ｐ型ＧａＮ表面に高い仕事関数を有する金属を直接積層していたため、仕事関数の高い金属Ｐｔを用いた場合でも、価電子帯とＰｔのフェルミレベルの間に１ｅＶ程度のエネルギー障壁φｂが発生する。
【００２１】
これに対し、本発明を用いたワイドバンドギャップｐ型半導体に対するオーミック電極では、ｐ型ＧａＮ表面に積層する金属層に、より仕事関数の大きいＳｅ層を加えることにより、該ｐ型半導体と電極界面のエネルギー図は図２（ｂ）に示したものとなる。このようにＳｅ層を加えることによって、Ｓｅの仕事関数が６ｅＶと最も仕事関数の高い金属Ｐｔよりもさらに１ｅＶ程度高く、価電子帯とＳｅ層のフェルミレベルの間に発生するエネルギー障壁φｂを従来の場合に比べて０．７ｅＶ程度低減できる。従って、該ｐ型半導体に対するオーミックコンタクト抵抗は飛躍的に低減される。
【００２２】
図３にｐ型半導体層に対するオーミック電極として、本発明のＳｅ層を有する電極を用いたｐｎ接合ダイオードと従来のＰｄ電極を用いたｐｎ接合ダイオードの電流−電圧特性を示す。本図からわかるように本発明では、従来のものよりもｐｎ接合がより低い電圧で導通し、かつ、高電圧印加時も直列抵抗が低いため、より高い電流を注入できることがわかる。
【００２３】
上記説明では、ワイドバンドギャップ半導体として窒化物半導体の場合について説明したが、ｐ型ＳｉＣを用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体における、オーミックコンタクト抵抗を低減することができ、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体装置等に有用である
。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の半導体装置を示す断面図
【図２】ｐ型半導体層に積層される金属による界面エネルギーの差異を示す図
【図３】ｐ型半導体層に積層される金属によるｐｎ接合ダイオードの電流−電圧特性を示す図
【図４】従来のワイドバンドギャップ半導体装置を示す構成図
【符号の説明】
【００２６】
１１    基板
１２    ｎ型半導体層
１３    ｐ型半導体層
１４    ｎ型オーミック電極
１５    Ｓｅ層
１６    ｐ型オーミック電極
１７    ＳｉＮ膜
【図１】
2007005663.tif 000003
【図２】
2007005663.tif 000004
【図３】
2007005663.tif 000005
【図４】
2007005663.tif 000006