(57)【要約】窒化物半導体を有する窒化物半導体装置のオーム性電極構造であって、窒化物半導体上に形成された第１の金属膜と、第１の金属膜上に形成された第２の金属膜とを有する。第１の金属膜は、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されている。第２の金属膜は、第１の金属膜１０２と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体を有する窒化物半導体装置のオーム性電極構造において、
窒化物半導体上に形成された第１の金属膜と、
第１の金属膜上に形成された第２の金属膜とを有し、
第１の金属膜は、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、
第２の金属膜は、第１の金属膜と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されていることを特徴とする窒化物半導体装置の電極構造。
【請求項２】
前記窒化物半導体は、ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
【請求項３】
前記第１の金属膜と前記窒化物半導体の間には、Ｓｉ層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
【請求項４】
前記Ｓｉ層は、前記窒化物半導体に対してｎ型ドーパントとして作用することを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
【請求項５】
窒化物半導体を有する窒化物半導体装置のオーム性電極構造において、
窒化物半導体上に形成された第１の金属膜と、
第１の金属膜上に形成された第２の金属膜と、
第２の金属膜上に形成された第３の金属膜とを有し、
第１の金属膜は、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、
第２の金属膜は、第１の金属膜と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、
第３の金属膜は、第２の金属膜と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されていることを特徴とする窒化物半導体装置の電極構造。
【請求項６】
前記窒化物半導体は、ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体であることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
【請求項７】
前記第１の金属膜と前記窒化物半導体の間には、Ｓｉ層が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
【請求項８】
前記Ｓｉ層は、前記窒化物半導体に対してｎ型ドーパントとして作用することを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体装置の電極構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は窒化物半導体装置のオーム性電極構造に関し、特に、窒化物半導体を用いた素子、例えば、発光ダイオード、レーザーダイオード、ショットキダイオード、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタなどに用いることが可能な窒化物半導体装置のオーム性電極構造に関する。
【背景技術】  従来のＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＪＦＥＴ構造においては、特開平７−４５８６７号公報（以下、特許文献１という）に示されているように、Ｔｉ／Ａｌがオーム性電極材料として用いられている。このように、電極材料としてＡｌを用いることで、室温における窒化物半導体との接触抵抗が低くなる。
【発明の開示】
しかしながら、電極材料にＡｌを用いた場合、Ａｌの融点が６６０℃と低い、大気中の酸素と反応しやすい、また、反応性が高く他の金属と共晶合金を作りやすい。これらの理由から、高温動作時もしくは高温保管時に表面形状が変化するという問題があった。
また、接触抵抗の経時変化が大きく、室温で低接触抵抗が得られていても、動作中に時間と共に接触抵抗が悪化するという問題があった。
さらに、例えば、上記特許文献１では、ＡｌとＴｉが３００℃付近の低温からゆっくり反応が進む。このため、高温動作時に徐々に電極が変化してしまい、コンタクト抵抗が劣化するという問題があった。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、高温保管に耐え、かつ動作時にも接触抵抗が劣化することのない窒化物半導体装置のオーム性電極を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明の第１の態様では、窒化物半導体を有する窒化物半導体装置のオーム性電極構造において、窒化物半導体上に形成された第１の金属膜と、第１の金属膜上に形成された第２の金属膜とを有し、第１の金属膜は、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、第２の金属膜は、第１の金属膜と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されている。
前記窒化物半導体は、ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体であることが好ましい。
前記第１の金属膜と前記窒化物半導体の間には、Ｓｉ層が形成されていることが好ましい。このＳｉ層は、前記窒化物半導体に対してｎ型ドーパントとして作用する。
また、本発明の第２の態様では、窒化物半導体を有する窒化物半導体装置のオーム性電極構造において、窒化物半導体上に形成された第１の金属膜と、第１の金属膜上に形成された第２の金属膜と、第２の金属膜上に形成された第３の金属膜とを有し、第１の金属膜は、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、第２の金属膜は、第１の金属膜と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成され、第３の金属膜は、第２の金属膜と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つの材料で構成されている。
前記窒化物半導体は、ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体であることが好ましい。
前記第１の金属膜と前記窒化物半導体の間には、Ｓｉ層が形成されていることが好ましい。このＳｉ層は、前記窒化物半導体に対してｎ型ドーパントとして作用する。
本発明の窒化物半導体装置のオーム性電極は、Ａｕの融点以上の融点を持つ金属を主成分として構成されており、高温動作時もしくは高温保管時に表面形状が変化しにくい。また、ＡｌとＴｉが３００℃付近の低温からゆっくり反応が進むのに対し、本発明の電極構造では、融点の低いＡｌを用いていないため合金化も進みにくく安定である。そのため、高温動作時においても低コンタクト抵抗を維持できるオーミック電極が得られる。このように、高温でも安定な電極構造を用いることで、実際に通電して電極付近の温度が高くなっても、低コンタクト抵抗を維持でき、優れた素子特性を実現することができる。特に、高出力素子では素子の温度が高くなるため、その効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
図３は、本発明の第３の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１に示す。図１は本発明の第１の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体等の窒化物半導体１０１上に第１の金属膜１０２、第２の金属膜１０３を順次形成する。その後、５００℃以上の熱処理を行うことで形成される。
本実施の形態の窒化物半導体１０１は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体である。
また、第１の金属膜１０２は、例えば、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜である。
また、第２の金属膜１０３は、例えば、第１の金属膜１０２と異なるＶ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか一つを含む金属膜である。
【実施例１】  本発明の第１の実施の形態の一実施例を示す。
本発明のオーム性電極は、窒化物半導体１０１としてＡｌＧａＮ（例えばＡｌ組成比０．３）を用いる。そして、第１の金属膜１０２としてＮｂ層（例えば膜厚３０ｎｍ）を、第２の金属膜１０３としてＡｕ層（例えば膜厚２００ｎｍ）をスパッタ蒸着し、１０００℃の熱処理を行うことにより作製される。
このような電極構造とすることで、Ｎｂの融点が２４７７℃と非常に高く、またＡｕの融点も１０６４℃と高いため、熱処理温度では溶解しない。また、合金化も進みにくく安定である。そのため、通電時に電極付近の温度が５００℃まで上がっても３Ωｍｍ以下の低コンタクト抵抗を実現できた。
なお、本実施例では第１の金属膜１０２としてＮｂを用いたが、第１の金属膜１０２としてはＶ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ｓｉの混入比率によっては融点が低下する金属があるため、Ｓｉの混入比率は合金の融点が１０００℃以上となる比率とすることが好ましい。
また、第２の金属膜１０３としてＮｂを用いたが、第１の金属膜１０２と異なるＶ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
表１に実施例１において適用可能な第１の金属とその厚さの一例および第２の金属とその厚さの一例を示す。また各金属の融点を元素記号の下に示す。
【表１】
2005083761.tif 000002
また、本実施例では、第１の金属膜１０２としてのＮｂ層の厚さを３０ｎｍ、第２の金属膜１０３としてのＡｕ層の厚さを２００ｎｍとしたが、Ｎｂ層、Ａｕ層の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、金属界面の凹凸の影響でＡｕが直接半導体と接触することを防ぐため、第１の金属膜２０２（例えばＮｂ層）の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。
また、本実施例では、第１及び第２の金属膜１０２，１０３をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等の他の方法で積層することも可能である。
更に、本実施例では、熱処理温度を１０００℃としたが、熱処理温度は使用金属によって所望の温度とすることも可能である。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。また、熱処理の後、別途積層する場合は、目的に応じて、所望の金属を所望の厚さに積層することが可能である。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図２に示す。
図２は本発明の第２の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体等の窒化物半導体２０１上に第１の金属膜２０２、第２の金属膜２０３及び第３の金属膜２０４を順次形成する。その後、５００℃以上の熱処理を行うことで形成される。
本実施の形態の窒化物半導体２０１は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体である。
また、第１の金属膜２０２は、例えば、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜である。
また、第２の金属膜２０３は、例えば、第１の金属膜２０２と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか一つを含む金属膜である。
また、第３の金属膜２０４は、例えば、第２の金属膜２０３と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか一つを含む金属膜である。
【実施例２】  本発明の実施の形態の一実施例を示す。
本発明のオーム性電極は、窒化物半導体２０１としてＡｌＧａＮ（例えばＡｌ組成比０．３）を用いる。そして、第１の金属膜２０２としてＮｂ層（例えば膜厚３０ｎｍ）、第２の金属膜２０３としてＰｔ層（例えば膜厚３５ｎｍ）、第３の金属膜２０４としてＡｕ層（例えば膜厚２００ｎｍ）をスパッタ蒸着し、１０００℃の熱処理を行うことにより作製される。
このような電極構造とすることで、Ｎｂの融点が２４７７℃、Ｐｔの融点が１７６８℃と非常に高く、またＡｕの融点も１０６４℃と高いため、熱処理温度では溶解しない。また、ＮｂとＡｕの間にＰｔを挟むことで更に合金化が進みにくく安定である。そのため、通電時に電極付近の温度が５００℃まで上がっても３Ωｍｍ以下の低コンタクト抵抗を実現できた。
なお、本実施例では、第１の金属膜２０２としてＮｂを用いたが、第１の金属膜２０２としてはＶ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜を用いてもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ｓｉの混入比率によっては融点が低下する金属があるため、Ｓｉの混入比率は合金の融点が１０００℃以上となる比率とすることが好ましい。
また、本実施例では、第２の金属膜２０３としてＰｔを用いたが、第１の金属膜２０２と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
また、第３の金属膜２０４としてＡｕを用いたが、第２金属膜２０３と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
表２に、実施例２において適用可能な第１の金属とその厚さの一例、第２の金属とその厚さの一例および第３の金属とその厚さの一例を示す。また各金属の融点を元素記号の下に示す。
【表２】
2005083761.tif 000003
また、本実施例では、第１の金属膜２０２としてのＮｂ層の厚さを３０ｎｍ、第２の金属膜２０３としてのＰｔ層の厚さを３５ｎｍ、第３の金属膜２０４としてのＡｕ層の厚さを２００ｎｍとしたが、Ｎｂ層、Ｐｔ層、Ａｕ層の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、金属界面の凹凸の影響でＡｕが直接半導体と接触することを防ぐため、第２の金属膜２０３（例えばＰｔ層）の厚さは１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、半導体表面と接する第１の金属膜２０２の厚さは半導体表面を覆うことができる３〜５ｎｍより厚ければよい。
また、本実施例では、第１、第２及び第３の金属膜２０２，２０３，２０４をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等他の方法で積層することも可能である。
更に、本実施例では、熱処理温度を１０００℃としたが、熱処理温度は使用金属によって所望の温度とすることが可能である。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
また、熱処理の後、別途積層する場合は、目的に応じて、所望の金属を所望の厚さに積層することも可能である。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図３に示す。
図３は本発明の第３の実施の形態に係るオーム性電極を示す断面構造図である。
本発明のオーム性電極は、ＧａＮ系半導体等の窒化物半導体３０１上にＳｉ層３０２、第１の金属膜３０３及び第２の金属膜３０４を順次形成する。その後、５００℃以上の熱処理を行うことで形成される。
本実施の形態の窒化物半導体３０１は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体である。
また、第１の金属膜３０３は、例えばＶ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜である。
また、第２の金属膜３０４は、例えば、第１の金属膜３０３と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか一つを含む金属膜である。
【実施例３】  本発明の実施の形態の一実施例を示す。
本発明のオーム性電極は、窒化物半導体３０１としてＡｌＧａＮ（例えばＡｌ組成比０．３）を用いる。そして、Ｓｉ層３０２（例えば膜厚３ｎｍ）、第１の金属膜３０３としてＮｂ層（例えば膜厚３０ｎｍ）、第２の金属膜３０４としてＡｕ層（例えば膜厚２００ｎｍ）を電子銃蒸着し、１０００℃の熱処理を行うことにより作製される。
このような電極構造とすることで、Ｎｂの融点が２４７７℃、Ｐｔの融点が１７６８℃と非常に高く、またＡｕの融点も１０６４℃と高いため、熱処理温度では溶解しない。また、合金化が進みにくく安定である。更に、ＳｉがＡｌＧａＮに対しｎ型ドーパントとして働くため、よりいっそうの低コンタクト抵抗化が図れる。そのため、通電時に電極付近の温度が５００℃まで上がっても２Ωｍｍ以下の低コンタクト抵抗を実現できた。
なお、本実施例では第１の金属膜３０３としてＮｂを用いたが、第１の金属膜としてはＶ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒのいずれか一つを含む金属膜を使用してもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ｓｉの混入比率によっては融点が低下する金属があるため、Ｓｉの混入比率は合金の融点が１０００℃以上となる比率とすることが好ましい。
また、第２の金属膜３０４としてＡｕを用いたが、第１の金属膜３０３と異なる、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか一つを含む金属膜で代用することも可能である。
表３に、実施例３において適用可能な第１の金属とその厚さの一例、第２の金属とその厚さの一例を示す。また各金属の融点を元素記号の下に示す。
【表３】
2005083761.tif 000004
また、本実施例では、Ｓｉ層３０２の厚さを３ｎｍ、第１の金属膜３０３としてのＮｂ層の厚さを３０ｎｍ、第２の金属層３０４としてのＡｕ層の厚さを２００ｎｍとしたが、Ｓｉ層、Ｎｂ層、Ａｕ層の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、金属界面の凹凸の影響でＡｕが直接半導体もしくはＳｉと接触することを防ぐため、第１の金属膜（例えばＮｂ層）の厚さは１０ｎｍ以上が好ましい。また、Ｓｉ層３０２が厚くなると、ｎ型ドーパントとして使用されなかったＳｉが残り、Ｓｉ自体の抵抗値が高いためコンタクト抵抗が悪化することから、Ｓｉの厚さは５ｎｍ以下が好ましい。
また、本実施例では、第１及び第２の金属膜３０３，３０４を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
更に、本実施例では、熱処理温度を１０００℃としたが、熱処理温度は使用金属によって所望の温度とすることが可能である。但し、熱処理温度を高くするほうがコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことが好ましい。
また、熱処理の後、別途積層する場合は、目的に応じて、所望の金属を所望の厚さに積層することも可能である。
（他の実施の形態）
上記第２の実施の形態では、第１の金属膜２０２と窒化物半導体２０１の間にはＳｉ層は形成されていないが（図２参照）、上記第３の実施の形態（図３参照）と同様に、第１の金属膜２０２と窒化物半導体２０１の間にＳｉ層を形成しても良い。この場合、Ｓｉ層は、窒化物半導体２０１に対してｎ型ドーパントとして作用する。
【産業上の利用可能性】  本発明の窒化物半導体装置のオーム性電極は、窒化物半導体を用いた素子、例えば、発光ダイオード、レーザーダイオード、ショットキダイオード、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタなどに用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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