[发明专利]Ⅲ族氮化物半导体的n型接触电极及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及Ⅲ族氮化物半导体的n型接触电极及其新形成方法。

背景技术

作为Ⅲ族氮化物半导体的n型GaN层与电极的接触利用Ti/Al/Au等金属结构得到比较好的接触电阻值。例如，作为n型接触电极，已经公开了在n型半导体层GaN层上依序形成Ti和Al，叠层比Al熔点高的金属的n型接触电极的形成方法（参照例如专利文献1）。在该专利文献1中，作为比Al熔点高的金属，举出了Au、Ti、Ni、Pt、W、Mo、Ta、Cu等例子，特别是能够与Ti、Al紧密附着的Au显示出良好的性能。

在该专利文献1中，作为具体的n型接触电极，公开了在n型GaN层上依序叠层Ti层、Al层、Au层的电极。图1表示该n型接触电极的结构。这样的n型接触电极按照下述步骤形成。具体地说，在专利文献1中记载着作为上述n型接触电极的形成方法，在对n型GaN层（接触层）进行干法蚀刻后，在该接触层上依序形成Ti、Al、Au构成的金属电极，最后在400℃以上的温度下，具体地说在600℃进行热处理的技术。上述方法显示出通过在n型GaN层上形成接触电极，能够得到良好的接触电阻，并且能够形成与n型GaN层的紧密附着强度高的接触电极。

【专利文献1】特开平7－221103号公報

发明内容

如果采用上述方法，在n型半导体层为GaN层的情况下，能够得到接触电阻良好的n型接触电极。

但是，根据本发明者的研究，判明在Ⅲ族氮化物半导体中，如果改变在其上方形成电极的n型半导体层的组成，则即使用已有的方法形成n型接触电极，有时候也得不到良好的接触电阻。

例如，为了实现在波长300nm以下的深紫外线区域发光，而且光输出大的发光二极管以及激光二极管，有必要形成由含铝的Ⅲ族氮化物构成的n型半导体层。已知在由含有这样的铝的Ⅲ族氮化物构成的n型半导体层上，照上述方法形成n型接触电极，测定电流－电压特性，得不到良好的接触电阻值。

其理由被认为是由于，含铝的Ⅲ族氮化物单晶与GaN相比电子亲和力小，伴随这一情况，构成电极的金属接合时容易发生肖特基势垒（以金属的功函数减去n型半导体的电子亲和力的差来定义）。也就是说,GaN的电子亲和力大约为2.7eV，是比较大的，因此存在使肖特基势垒不发生的金属，而且即使发生肖特基势垒，其值也比较小。相比之下，AlN的电子亲和力约0.6eV，被认为是极小的，由此可知，特别是含有高浓度Al的Ⅲ族氮化物单晶的电子亲和力小，具有不能够形成肖特基势垒的小功函数的金属不存在。因此，金属接合的情况下无法避免肖特基势垒的发生，为了实现欧姆接合或尽可能接近欧姆接合的接合状态，有必要选定合适的金属，同时控制与n型半导体金属的界面状态，使得电子耗尽层的宽度变小，使有效的隧道效应发生等。又，作为另一主要因素，在n型接触层中含有铝容易在表面形成作为绝缘层的氧化膜，这也是得不到良好的接触电阻值的一个原因。

从而，本发明的目的在于，提供一种形成能得到与由Ⅲ族氮化物单晶形成的n型半导体层的良好的接触电阻值的n型接触电极的方法。其中还提供一种形成n型接触电极的方法，所述n型半导体电极层是像Al_xIn_yGa_zN（x、y、z为满足0＜x≦1.0、0≦y≦0.1、0≦z＜1.0的有理数，x＋y＋z＝1.0）那样的电子亲和力小，含Al的Ⅲ族氮化物形成的n型半导体层，能够得到良好的接触电阻值。

本发明人等为解决上述课题，进行深刻探讨。其结果了解到，在n型半导体层上作为第一电极层形成钛金属层后，以规定的温度进行热处理，该热处理后，还在形成铝金属层作为第二电极层后再度进行热处理的情况下，有接触电阻变小的情况，虽然重复性有问题。然后，基于这些见解再进行探讨，结果发现,以钒或钽形成第一电极层，再用功函数为4.0eV～4.8eV，且比电阻为1.5×10^-6Ω·cm～4.0×10^-6Ω·cm的金属形成第二电极层的情况下也可以获得相同效果，同时将第二电极层形成为包含功函数为4.0eV～4.8eV，且比电阻为1.5×10^-6Ω·cm～4.0×10^-6Ω·cm的金属形成的金属层和金及/或白金形成的金属层的多层结构的情况下，能够以更好的重复性减小接触电阻，从而完成本发明。