DE69715544T2

DE69715544T2 - Ohmscher Kontakt zu einer n-leitenden GaN-artigen Halbleiterverbindung und dessen Herstellungsmethode

Info

Publication number: DE69715544T2
Application number: DE69715544T
Authority: DE
Inventors: Naoki Shibata; Toshiya Uemura
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: EP0834929A3; EP0834929A2; TW392367B; KR19980032487A; CN1155112C; KR100332448B1; CN1181636A; US6103543A; JPH10112555A; DE69715544D1; JP3289617B2; EP0834929B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundhalbleitervorrichtungen unter Verwendung von GaN-artigen Materialien. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Verbindung von Elektroden mit einer n- Typ-Halbleiterschicht in den Vorrichtungen. Die Verbundhalbleitervorrichtungen, bei denen GaN-artige Materialien verwendet werden, umfassen z. B. lichtemittierende Dioden (Leuchtdioden) und Laserdioden.
Die Verbundhalbleiter, wie z. B. GaN-artige Materialien, die vom Direktübergangs-Typ sind, weisen eine hohe Lichtemissionseffizienz auf und emittieren blaues Licht, das eine der drei Primärfarben des Lichts ist. Daher haben die Verbundhalbleiter wie z. B. GaN-artige Materialien in den letzten Jahren als Material zur Ausbildung lichtemittierender Vorrichtungen Beachtung gefunden.
Bei solchen Verbundhalbleitervorrichtungen mit GaN-artigen Materialien erfordert ein Material für eine n-Elektrode, die mit einer n-Typ-Halbleiterschicht verbunden ist, im Allgemeinen eine niedrige Austrittsarbeit. Als Material zur Ausbildung der n-Elektrode wurde ausschließlich Aluminium (Al) verwendet.
Die n-Typ-Halbleiterschicht in einer Leuchtdiode, bei der GaN-artige Materialien verwendet werden, wird im Allgemeinen als erste Plattierschicht eingesetzt, auf der eine lichtemittierende Schicht und eine p-Typ-Halbleiterschicht, die als zweite Plattierschicht dient, aufwachsen gelassen werden. Anschließend wird ein Teil der p-Typ-Halbleiterschicht, der lichtemittierenden Schicht und der n-Typ-Halbleiterschicht einem reaktiven Ionenätzverfahren zugeführt, bei dem ein Gas oder ein Mischgas mit mindestens einem Gas verwendet wird, das entweder Chlor- oder Fluoratome enthält, und zwar zur Bildung eines Ausbildungsabschnitts für eine Elektrode auf der n-Typ-Halbleiterschicht.
Da angenommen wird, dass auf der Oberfläche einer n-Typ-Schicht, die mit dem RIE- Verfahren geätzt wird, Rückstände wie Chloride und Oxide abgelagert werden, die bei dem Ätzverfahren gebildet werden, wurde der Abschnitt für die Elektrode ferner einem Sputterverfahren (nachstehend als "Nachbehandlung" bezeichnet) zugeführt, bei dem ein Inertgas wie z. B. Argon verwendet wird, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 3-108779 beschrieben ist.
Eine n-Elektrode wird durch Abscheiden von Al auf dem so nachbehandelten Elektroden- ausbildenden Abschnitt ausgebildet.
Die Erfinder haben das so ausgebildete Element studiert. Als Ergebnis haben die Erfinder gefunden, dass solche Elemente die nachstehenden Probleme aufweisen, die überwunden werden müssen.
Wenn die Nachbehandlung weggelassen wird, können gute ohmsche Kontakte zwischen den Halbleiterschichten und der n-Elektrode nur schwer erhalten werden. Selbst wenn jedoch eine Nachbehandlung durchgeführt wird, können die ohmschen Kontakte nur schwer stabilisiert werden. D. h. der Widerstand zwischen den Halbleiterschichten und der n- Elektrode fluktuiert. Der Grund dafür liegt vermutlich darin, dass die Rückstände, die auf dem Abschnitt für die Elektrode abgelagert worden sind, selbst dann nur schwer vollständig entfernt werden können, wenn eine Nachbehandlung durchgeführt wird.
Wenn eine Nachbehandlung durchgeführt werden soll, muss dem Herstellungsverfahren ein Schritt hinzugefügt werden. Um die auf dem Abschnitt für die Elektrode abgelagerten Rückstände vollständig zu entfernen, muss eine komplizierte Nachbehandlung durchgeführt werden.
Die DE 42 05 584 A1 beschreibt ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Element gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7.
Die EP 0 622 858 A2 beschreibt eine andere Verbundhalbleitervorrichtung auf GaN-Basis und ein entsprechendes Herstellungsverfahren, während die JP-A-4 029 378 ohmsche Elektroden auf n-Typ-BN untersucht.
Die Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend genannten Probleme zu überwinden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Verbundhalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst.
Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nachstehend werden die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Fig. 1(a) bis 1(e) sind Schnittansichten, die ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren veranschaulichen.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Leuchtdiode, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist.
Fig. 3 ist ein Beispiel einer Hitzebehandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.
Fig. 4 ist eine Tabelle, welche die experimentellen Daten der Erfindung in den verschiedenen Fällen zeigt.
Fig. 5 ist eine Tabelle, welche die experimentellen Ergebnisse der Erfindung zeigt.
Fig. 6 ist eine Tabelle, welche die experimentellen Ergebnisse der Erfindung bei den verschiedenen Legierungsbedingungen und V-Dicken zeigt.
Fig. 7(a) ist eine Schnittansicht eines unbehandelten Wafers. Fig. 7(b) ist eine Schnittansicht und Fig. 7(c) ist eine Draufsicht auf eine LED-Probe.
Fig. 8 ist eine Kurve, welche die Spannungs-Strom-Charakteristika der Probe zeigt, bei der die n-Elektrode nur aus Al ausgebildet ist und bei der keine Hitzebehandlung durchgeführt worden ist.
Fig. 9(a) ist eine Kurve, welche die Spannungs-Strom-Charakteristika der gleichen Probe wie in Fig. 8 zeigt, bei der eine Hitzebehandlung (550ºC, 3 min) durchgeführt worden ist. Fig. 9(b) ist eine Mikrophotographie einer n-Elektrodenoberfläche.
Fig. 10(a) und 10(b) zeigen Diagramme, welche die Charakteristika zeigen, nachdem das Vergleichsbeispiel einer Hitzebehandlung unterworfen worden ist (bei einer Legierungstemperatur von 550ºC für 0,5 min). Fig. 10(a) ist eine Kurve, die Spannungs- Strom-Charakteristika zeigt und Fig. 10(b) ist eine Mikrophotographie einer n-Elektrode.
Fig. 11 ist eine Kurve, welche die Spannungs-Strom-Charakteristika eines experimentellen Beispiels zeigt (in dem Fall, bei dem eine n-Elektrode vor einer Hitzebehandlung ausgebildet wird (die Basisschicht ist aus V (150 Å) hergestellt; die Hauptelektrodenschicht ist aus Al (1,5 um) hergestellt und eine Nachbehandlung wurde durchgeführt)).
Fig. 12(a) und 12(b) zeigen Diagramme, die Charakteristika zeigen, nachdem das gleiche experimentelle Beispiel einer Hitzebehandlung unterworfen worden ist (bei einer Legierungstemperatur von 550ºC für 3 min). Fig. 12(a) ist eine Kurve, die Spannungs-Strom- Charakteristika zeigt und Fig. 12(b) ist eine Mikrophotographie einer n-Elektrode.
Fig. 13(a) und 13(b) zeigen Diagramme, die Charakteristika zeigen, nachdem das gleiche experimentelle Beispiel einer Hitzebehandlung unterworfen worden ist (bei einer Legierungstemperatur von 550ºC für 0,5 min). Fig. 13(a) ist eine Kurve, die Spannungs- Strom-Charakteristika zeigt und Fig. 13(b) ist eine Mikrophotographie einer n-Elektrode.
Fig. 14 ist eine Kurve, welche die Spannungs-Strom-Charakteristika eines experimentellen Beispiels zeigt (in dem Fall, bei dem eine n-Elektrode vor einer Hitzebehandlung ausgebildet wird (die Basisschicht ist aus V (150 Å) hergestellt; die Hauptelektrodenschicht ist aus Al (5000 Å) hergestellt und eine Nachbehandlung wurde durchgeführt)).
Fig. 15(a) und 15(b) zeigen Diagramme, die Charakteristika zeigen, nachdem das gleiche experimentelle Beispiel einer Hitzebehandlung unterworfen worden ist (bei einer Legierungstemperatur von 600ºC für 0 min). Fig. 15(a) ist eine Kurve, die Spannungs-Strom- Charakteristika zeigt und Fig. 15(b) ist eine Mikrophotographie einer n-Elektrode.
Die Erfindung wird nachstehend detaillierter beschrieben.
Die Fig. 1(a) bis 1(e) sind schematische Diagramme, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Verbundhalbleitervorrichtungen unter Verwendung von GaN-artigen Materialien veranschaulichen.
Wie es in Fig. 1(a) gezeigt ist, ist eine n-Typ-Halbleiterschicht (nachstehend als die "n- Schicht" bezeichnet) 2 auf einem Substrat 1 ausgebildet, wobei die n-Schicht aus einem GaN-Verbundhalbleiter hergestellt ist. Um eine Vorrichtung auszubilden, wird eine p-Typ- Halbleiterschicht (nachstehend als die "p-Schicht" bezeichnet) 3 auf der n-Schicht 2 ausgebildet. Während es erwünscht ist, dass die p-Schicht 3 im Hinblick auf die Gitteranpassung mit der n-Schicht aus dem GaN-Verbundhalbleiter ausgebildet ist, kann die p-Schicht 3 aus anderen Materialien ausgebildet sein, solange eine Vorrichtung ausgebildet werden kann. Die Art und Weise, auf welche die n-Schicht 2 und die p-Schicht 3 ausgebildet werden, ist nicht besonders beschränkt.
Wenn eine Leuchtdiode hergestellt werden soll, wird der in Fig. 1(a) gezeigte Schritt wie folgt sein. D. h., wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird eine n-Typ-Halbleiterschicht 13, die aus AlXInYGa1-X-YN (einschließlich X = 0, X = Y, X = Y = 0) hergestellt ist, auf einem Saphirsubstrat mit einer Ebene 11 durch eine amorphe Pufferschicht 12 ausgebildet, die aus AlXGa1-XN hergestellt ist. Anschließend werden nacheinander eine Schicht für die Lichtemission 14 mit einer Mehrfach- Quantenmuldenstruktur (MQW-Struktur) und eine p-Typ-Halbleiterschicht 15, die aus AlAInBGa1-A-BN (einschließlich A = 0, A = B, A = B = 0) hergestellt ist, auf der Halbleiterschicht 13 ausgebildet. Diese Halbleiterschichten werden gemäß einem herkömmlichen Verfahren auf der Basis eines metallorganischen Dampfphasen-Epitaxial-Aufwachsverfahrens (nachstehend als "MOVPE"-Verfahren bezeichnet) hergestellt.
Die n-Typ-Halbleiterschicht 13 kann zu einer Zweischichtstruktur mit einer niedrigen Elektronendichte auf der Seite der lichtemittierenden Schicht und einer hohen Elektronendichte auf der Seite der Pufferschicht ausgebildet werden.
Die lichtemittierende Schicht 14 ist nicht auf die in Fig. 2 gezeigte Schicht mit MQW-Struktur beschränkt, sondern sie kann auch eine Einzel-Heterostruktur, eine Doppel-Heterostruktur und dergleichen aufweisen.
Eine AlXInYGa1-X-YN-Schicht (einschließlich X = 0, X = Y, X = Y = 0), die eine größere Bandlücke aufweist als die zweite p-Typ-Halbleiterschicht 15, die mit einem Akzeptor wie z. B. Magnesium dotiert ist, kann zwischen der lichtemittierenden Schicht 14 und der zweiten p- Typ-Halbleiterschicht 15 angeordnet sein. Dies wird deshalb durchgeführt, um zu verhindern, dass Elektronen, die in die lichtemittierende Schicht 14 eingebracht worden sind, in die p- Typ-Halbleiterschicht 15 diffundieren.
Die p-Typ-Halbleiterschicht 15 kann zu einer Zweischichtstruktur mit einer niedrigen Löcherdichte auf der Seite der lichtemittierenden Schicht und einer hohen Löcherdichte auf der Elektrodenseite ausgebildet werden.
Ein sogenanntes lichtemittierendes Element vom MIS-Typ (Metall-Isolator-Halbleiter-Typ) kann durch Stapeln einer i-Typ-Halbisolatorschicht auf der n-Typ-Halbleiterschicht ausgebildet werden.
Bei dem in Fig. 1(b) gezeigten Schritt werden die p-Schicht 3 und der Teil der n-Schicht 2 durch Trockenätzen entfernt, so dass eine Oberfläche 4 zur Ausbildung einer n-Elektrode ausgebildet wird. Die Oberfläche 4 kann erhalten werden, wenn mindestens die p-Schicht 3 von der oberen Fläche der n-Schicht 2 entfernt wird.
Das vorstehend genannte Trockenätzverfahren ist ein reaktives Ionenätzverfahren, das unter Verwendung eines Gases oder des Mischgases eines Gases durchgeführt wird, das Chlor- und/oder Fluoratome enthält, wie z. B. Dichlordifluormethan (CCl&sub2;F&sub2;), Tetrachlormethan (CCl&sub4;), Tetrafluormethan (CF&sub4;), BCl&sub3; oder dergleichen.
Darüber hinaus wird danach ein Trockenätzverfahren (Sputterätzen) als Nachbehandlung unter Verwendung eines Inertgases wie z. B. Argon durchgeführt. Diese Nachbehandlung kann weggelassen werden.
Die Nachbehandlung war bisher vor der Ausbildung der n-Elektrode erforderlich (vgl. die vorstehend genannte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei. 3-108779).
Erfindungsgemäß wurde jedoch ein ohmscher Kontakt zwischen der n-Elektrode und der n- Typ-Halbleiterschicht 2 selbst dann erhalten, wenn keine Nachbehandlung durchgeführt wurde. Die Details werden nachstehend beschrieben.
Die elektrodenausbildende Oberfläche kann auch dadurch erhalten werden, dass in der n- Schicht 2 eine Oberfläche begrenzt wird, auf der die p-Schicht 3 aufwachsen gelassen wird. Beispielsweise wird zum Zeitpunkt des Aufwachsens der p-Schicht 3 die elektrodenausbildende Oberfläche auf der n-Schicht 2 mit einer Maske bedeckt und die Maske wird danach entfernt.
Selbst in diesem Fall kann jedoch die Maske auf der n-Schicht 2 nicht vollständig entfernt werden (bis zum dem Atomniveau auf der Oberfläche). Daher ist es selbst dann schwierig, den ohmschen Kontakt zu erhalten, wenn Al einfach auf der so verarbeiteten n-Schicht 2 abgeschieden wird.
Bei dem in Fig. 1(c) gezeigten Schritt wird ein Photolack 5 sowohl auf der p-Schicht 3 als auch auf der Oberfläche 4 strukturiert, so dass ein Fenster 6 in dem n-Elektroden- ausbildenden Abschnitt ausgebildet wird.
Ein lichtempfindliches Allzweckharz wird als Photolack verwendet. Es ist bevorzugt, dass die Dicke des Photolacks größer ist als die Dicke der n-Elektrode, d. h. die bevorzugte Dicke liegt im Bereich von 0,3 bis 5 um.
Danach werden über der gesamten Oberfläche des Lacks 5 und des Fensters 6 ein Material zur Ausbildung einer Basisschicht 7 und ein Material zur Ausbildung einer Hauptelektrodenschicht 8 abgeschieden und der Lack 5 wird durch die sogenannte Abhebetechnik entfernt, so dass die in Fig. 1(d) gezeigte Struktur erhalten wird.
Dabei ist es bevorzugt, dass das Material für die Basisschicht 7 ein Metall ist, das aus Nb (Niob), Zr (Zirkonium) und V (Vanadium) ausgewählt ist, wie es in der Tabelle von Fig. 4 gezeigt ist. Es wird angenommen, dass eine Legierung, die diese Metalle enthält, entsprechend angewandt werden kann.
Wenn die Basisschicht insbesondere aus V hergestellt worden ist, wurde der ohmsche Kontakt zwischen der n-Elektrode und der n-Schicht nicht nur dann erhalten, wenn die Nachbehandlung durchgeführt wurde oder nicht, sondern auch bei einem breiten Bereich von Heizbedingungen zum Legieren. Mit anderen Worten werden durch die Verwendung von V als Basisschicht die Bedingungen, die für die Ausbildung der n-Elektrode zur n-Schicht erforderlich sind, vereinfacht, was wiederum zur Erleichterung des Ausbildungsvorgangs führt.
Es ist bevorzugt, dass das Material zur Ausbildung der Hauptelektrode 8 ein einzelnes Metall ist, das aus der Gruppe bestehend aus Al, Ti, Zn, Ta und N1 ausgewählt ist. Diese Metalle besitzen eine geringe Austrittsarbeit bezüglich der n-Schicht und weisen eine ausreichende Verträglichkeit mit der n-Schicht als Elektrode auf. Eine Legierung, die diese Metalle enthält, kann auch als Material zur Ausbildung der Hauptelektrode 8 verwendet werden.
Bei dem in Fig. 1(e) gezeigten Schritt werden mindestens die n-Schicht 2, die Basisschicht 7 und die Hauptelektrodenschicht 8 unter den in Fig. 3 gezeigten Bedingungen einer Hitzebehandlung unterworfen. Eine nicht gezeigte p-Elektrode der p-Schicht kann natürlich gleichzeitig damit hitzebehandelt werden. Als Ergebnis werden die Basisschicht 7 und die Hauptelektrodenschicht 8 zu der n-Elektrode 9 legiert.
Es sollte beachtet werden, dass diese n-Elektrode an der oberen Fläche und/oder den Seitenflächen durch andere leitfähige Metalle bedeckt werden kann.
Nachstehend wird die in Fig. 3 gezeigte Hitzebehandlung beschrieben.
Zuerst wird die Temperatur der Probe in der Atmosphäre um 40ºC/min erhöht. Wenn die Temperatur der Probe 350ºC übersteigt, wird die Temperatur der Probe schnell um 300ºC/min bis zu einer Legierungstemperatur erhöht, die als Legierungsbedingungen in den Tabellen der Fig. 4 bis 6 angegeben sind. Anschließend wird diese Legierungstemperatur für einen entsprechenden Zeitraum gehalten, der in den gleichen Tabellen angegeben ist. Danach wird die Probe abgekühlt.
Es sollte beachtet werden, das die Umgebung der Hitzebehandlung nicht besonders beschränkt ist. D. h. die Hitzebehandlung kann nicht nur unter Atmosphärendruck, sondern auch unter Vakuum, bei niedrigem Druck und bei hohem Druck durchgeführt werden. Ferner kann die Hitzebehandlung auch durchgeführt werden, während eine geeignete Menge von N&sub2;, Ar, O&sub2;, H&sub2; und dergleichen eingeführt wird.
Danach werden die Temperaturzunahmegeschwindigkeiten von 40ºC/min und 30000/min so eingestellt, dass die Wafer keine Risse bekommen und die Elektroden nicht getrennt werden. Daher werden diese Geschwindigkeiten die Eigenschaften der Wafer, die nach dem Legieren erhalten werden, nicht beeinflussen.
Es ist bevorzugt, dass die Legierungstemperatur auf 450 bis 700ºC oder mehr bevorzugt auf 500 bis 600ºC eingestellt wird. Wenn die Legierungstemperatur weniger als 450ºC beträgt, ist es schwierig, einen guten ohmschen Kontakt zwischen der n-Elektrode und der n-Schicht bereitzustellen. Wenn ferner die Legierungstemperatur 700ºC überschreitet, besteht die Gefahr, dass die Halbleiterschichten negativ beeinflusst werden. Insbesondere in dem Fall einer Leuchtdiode mit einer lichtemittierenden Schicht mit MQW-Struktur besteht die Gefahr, dass strukturelle Änderungen nicht nur in der MQW-Struktur verloren gehen, sondern auch zwischen der Quantenmuldenschicht und der Barriereschicht.
Die Rückstände (Oxide, Chloride, organische Substanzen und dergleichen), die bei dem Ätzverfahren erzeugt werden und die Rückstände des Lacks, von denen angenommen wird, dass sie die Oberfläche 4 auf der Bodenfläche des Fensters 6 als Ergebnis der vorstehend genannten Hitzebehandlung bedecken, werden von der Basisschicht 7 absorbiert. Ferner wird angenommen, dass das Material zur Ausbildung der Basisschicht 7 in dem Material zur Ausbildung der Hauptelektrodenschicht 8 zusammen mit den Rückständen eingeschlossen ist. Als Folge wird das Material zur Ausbildung der Hauptelektrodenschicht 8, das ursprünglich mit der n-Schicht 2 verträglich ist, mit der Halbleiterschicht 2 kontaktiert.
Proben, die in einem experimentellen Beispiel verwendet werden, das nachstehend beschrieben wird, werden auf die folgende Weise hergestellt.
Wie es in Fig. 7(a) gezeigt ist, wird eine 4 um dicke n-Schicht 33, die aus Silicium-dotiertem GaN hergestellt ist, auf einem Saphirsubstrat 31 über eine 160 Å dicke Pufferschicht 32, die aus AIN hergestellt ist, ausgebildet. Die Trägerdichte der n-Schicht 33 beträgt 2 · 10'8/cm³. Anschließend wird eine p-Schicht 34, die aus Magnesium-dotiertem GaN hergestellt ist, auf der n-Schicht 33 ausgebildet. Die jeweiligen Halbleiterschichten werden mit dem MOVPE- Verfahren ausgebildet.
Danach werden Elektronenstrahlen eingestrahlt, so dass die Magnesium-dotierte GaN- Schicht zu einer p-Typ-Schicht aktiviert wird.
Danach wird ein in den Fig. 7(b) und 7(c) gezeigter Halbleiterschichtaufbau durch ein reaktives Ionenätzverfahren unter Verwendung von BCl&sub3;-Gas erhalten. Ein solches Ätzverfahren wird bei einer Hochfrequenzleistung von 150 W und einem Druck von 1,5 Pa 180 min durchgeführt.
Ferner wird die geätzte Oberfläche einem Sputterätzverfahren unter Verwendung von Argongas als Nachbehandlung durchgeführt, nachdem das reaktive Ionenätzverfahren abgeschlossen ist. Das Sputterätzverfahren wurde bei einer Hochfrequenzleistung von 150 W und einem Druck von 8 Pa 10 min durchgeführt.
Anschließend werden unter den in den jeweiligen Tabellen gezeigten Bedingungen n- Elektroden 35 ausgebildet. Der Abstand zwischen der n-Elektrode 35 und der n-Elektrode 35 beträgt 340 um. Der Durchmesser der n-Elektrode 35 beträgt 110 um.
Die in den Tabellen der Fig. 4 bis 6 angegebenen Spannungen sind die Spannungen zwischen der n-Elektrode 35 und der n-Elektrode 35, wenn ein Strom von 20 mA zwischen den n-Elektroden 35 fließen gelassen wird.
Mit dem Ausdruck "vor dem Legieren" soll eine Probe gemeint sein, die noch nicht der in Fig. 3 gezeigten Hitzebehandlung unterworfen worden ist, und mit dem Ausdruck "nach dem Legieren" soll eine Probe gemeint sein, die dieser Hitzebehandlung unterworfen worden ist.
Der ohmsche Kontakt wird in den Tabellen durch (O) als vorhanden bewertet, wenn die Strom-Spannungs-Charakteristika linear sind.
Der ohmsche Kontakt wird in den Tabellen durch (OS) als im Wesentlichen vorhanden bewertet, wenn die Strom-Spannungs-Charakteristika im Wesentlichen linear sind.
Der Schottky-Kontakt wird in den Tabellen durch (S) als vorhanden bewertet, wenn die Strom-Spannungs-Charakteristika nicht linear sind.
Aus der in Fig. 4 gezeigten Tabelle ist ersichtlich, dass die ohmschen Kontakte zwischen den n-Elektroden 35 und der n-Schicht 33 im Wesentlichen erhalten werden können, gleich ob die Nachbehandlung durch das Sputterätzverfahren unter Verwendung eines Inertgases wie z. B. Argon durchgeführt wird oder nicht, wenn die Basisschicht aus Nb, Zr oder V hergestellt ist.
D. h. wenn die Basisschicht aus V ausgebildet ist, wurden die ohmschen Kontakte zwischen den n-Elektroden 35 und der n-Schicht 33 nach dem Legierungsverfahren vollständig erhalten.
Wenn die Basisschicht aus Nb, Zr ausgebildet ist, wird nach dem Legierungsverfahren ein Abfall der Betriebsspannung beobachtet. Wenn andererseits keine Basisschicht vorhanden ist und die n-Elektroden nur aus Al hergestellt sind, wird kein Spannungsabfall beobachtet. Wenn die Basisschicht aus Nb ausgebildet ist, gibt es ferner Fälle, bei denen die ohmschen Kontakte erhalten werden und bei denen keine ohmschen Kontakte nach dem Legierungsverfahren erhalten werden.
Aufgrund der vorstehenden Erläuterungen wird angenommen, dass die ohmschen Kontakte durch Optimierung der Hitzebehandlungsbedingungen selbst dann erhalten werden können, wenn die Basisschichten aus Zr ausgebildet sind.
Wenn die aus Nb hergestellte Basisschicht bei Temperaturen über 550ºC legiert wird, können die ohmschen Kontakte zwischen den n-Elektroden 35 und der n-Schicht 33 zuverlässig erhalten werden. Wenn die Legierungstemperatur auf 530ºC oder mehr eingestellt wird, wird angenommen, dass die ohmschen Kontakte zwischen beiden Schichten im Wesentlichen erhalten werden können.
Wenn die Basisschicht aus V hergestellt ist, werden die ohmschen Kontakte zwischen den n- Elektroden 35 und der n-Schicht 33 unter einem breiteren Bereich von Bedingungen erhalten. Wenn die Basisschicht bei einer Temperatur von 550ºC 3 min legiert wird, wird bei 3 Proben im Wesentlichen die gleiche Spannung erhalten, was zeigt, dass stabile ohmsche Kontakte erhalten werden können.
Die in Fig. 5 gezeigte Tabelle bestätigt, dass die ohmschen Kontakte zwischen den n- Elektroden 35 und der n-Schicht 33 nicht durch die Nachbehandlung beeinflusst werden, wenn die Basisschicht aus V hergestellt ist.
Es wird angenommen, dass sich ein ähnliches Verhalten ergibt, wenn die Basisschichten aus Nb und Zr hergestellt sind.
Die in Fig. 6 gezeigte Tabelle zeigt die Untersuchung der Dicke der aus V hergestellten Basisschicht. Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass die Dicke der Basisschicht vorzugsweise auf 75 bis 1000 Å oder mehr bevorzugt auf 100 bis 500 Å eingestellt wird (1 Å = 1 · 10&supmin;¹&sup0; m). Wenn die Dicke der Basisschicht weniger als 75 Å beträgt, besteht die Möglichkeit, dass die Rückstände, die nicht mit der Basisschicht reagieren, auf der Oberfläche des elektrodenausbildenden Abschnitts verbleiben. Wenn jedoch die Menge an Verunreinigungen auf der n-Schicht klein ist, wird angenommen, dass die Dicke der Basisschicht, die weniger als 75 Å beträgt, zufriedenstellende Eigenschaften bereitstellen könnte. Wenn die Dicke 1000 Å überschreitet, besteht die Gefahr, dass die Basisschicht selbst dann zwischen der Hauptelektrodenschicht und der n-Schicht verbleibt, nachdem die Nachbehandlung durchgeführt worden ist:
In den Fällen, bei denen die Basisschichten aus Nb und Zr ausgebildet sind, wird angenommen, dass Dicken angewandt werden können, die denen der aus V hergestellten Basisschicht ähnlich sind.
Fig. 8 zeigt die Spannungs-Strom-Charakteristika zwischen der n-Elektrode 35 und der n- Elektrode 35 in einer Probe vor der Legierung, d. h. ohne Hitzebehandlung, wenn die n- Elektrode 35 (Dicke beträgt 1,5 um) auf einem einzelnen Aluminiumkörper ohne die Verwendung einer Basisschicht ausgebildet ist. Es sollte beachtet werden, dass die Probe 5 min einer Nachbehandlung (Sputterätzen unter Verwendung von Argongas) unterworfen wird.
Fig. 9(a) zeigt die Spannungs-Strom-Charakteristika der Probe, wenn die Probe, von der Messungen in Fig. 8 durchgeführt wurden, einer Hitzebehandlung (bei einer Legierungstemperatur von 550ºC für 3 min) gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ablauf unterworfen wird. Ferner ist Fig. 9(b) eine Mikrophotographie der Oberfläche der so hitzebehandelten n-Elektrode.
Entsprechend zeigt Fig. 10(a) die Spannungs-Strom-Charakteristika, wenn die gleiche Probe einer Hitzebehandlung (bei einer Legierungstemperatur von 550ºC für 0,5 min) unterworfen wird und Fig. 10(b) ist eine Mikrophotographie der Oberfläche der so hitzebehandelten n- Elektrode.
Aus den Fig. 8 bis 10 ist ersichtlich, dass ein Schottky-Kontakt zwischen der n-Elektrode 35 und der n-Schicht 33 selbst dann erhalten wird, wenn die Probe hitzebehandelt wird, wenn die Elektrode 35 aus einem einzelnen Aluminiumkörper ausgebildet ist, was zeigt, dass die Oberfläche der n-Elektrode 35 rauh ist.
Fig. 11 zeigt die Spannungs-Strom-Charakteristika zwischen der n-Elektrode 35 und der n- Elektrode 35 vor dem Legieren, wenn die Basisschicht aus V (Dicke beträgt 150 Å) und die Hauptelektrode darauf aus Al (Dicke beträgt 1,5 um) ausgebildet ist. Es sollte beachtet werden, dass eine Nachbehandlung für 5 min durchgeführt wurde.
Fig. 12(a) zeigt die Spannungs-Strom-Charakteristika der Probe, wenn die Probe, von der Messungen in Fig. 11 durchgeführt wurden, einer Hitzebehandlung (bei einer Legierungstemperatur von 550ºC für 3 min) gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ablauf unterworfen wird. Ferner ist Fig. 12(b) eine Mikrophotographie der Oberfläche der so hitzebehandelten n-Elektrode.
Entsprechend zeigt Fig. 13(a) die Spannungs-Strom-Charakteristika der Probe, wenn die Probe einer Hitzebehandlung (bei einer Legierungstemperatur von 550ºC für 0,5 min) unterworfen wird und Fig. 13(b) ist eine Mikrophotographie der Oberfläche der so hitzebehandelten n-Elektrode.
Aus den Fig. 11 bis 13 ist ersichtlich, dass die perfekten ohmschen Kontakte zwischen den hitzebehandelten n-Elektroden 35 und der n-Schicht 33 durch die Verwendung der aus V hergestellten Basisschicht erhalten werden. Ferner weist die Oberfläche der n-Elektrode 35 eine gute Morphologie auf. Wenn die Oberfläche der n-Elektrode 35 eine gute Morphologie aufweist, kann der Drahtbond-Vorgang zu der n-Elektrode 35 erleichtert werden, wodurch wiederum ein Ablösen der Drähte nach dem Drahtbonden kaum auftritt. Ferner kann dann, wenn Probenbilddaten aufgenommen werden und diese Bilddaten während des Drahtbond- Vorgangs verarbeitet werden, der Ort der Mitte einer Elektrode, die drahtgebonded werden soll, spezifiziert werden. Dabei kann dann, wenn die Oberfläche der Elektrode frei von Flecken und rauh erhalten wird, die Zuverlässigkeit des Orts einer Elektrode, der durch die Bildverarbeitung spezifiziert wird, verbessert werden. Somit kann die Ausbeute des Drahtbond-Vorgangs verbessert werden.
Fig. 14 zeigt die Spannungs-Strom-Charakteristika zwischen der n-Elektrode 35 und der n- Elektrode 35 vor dem Legieren, wenn die Basisschicht aus V (Dicke beträgt 200 Å) und die Hauptelektrode darauf als Al (Dicke beträgt 5000 Å) ausgebildet ist. Es sollte beachtet werden, dass keine Nachbehandlung durchgeführt wird.
Fig. 15(a) zeigt die Spannungs-Strom-Charakteristika der Probe, wenn die Probe, von der Messungen in Fig. 14 durchgeführt wurden, einer Hitzebehandlung (bei einer Legierungstemperatur von 600ºC für 0 min) gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ablauf unterworfen wird. Ferner ist Fig. 15(b) eine Mikrophotographie der Oberfläche der so hitzebehandelten n-Elektrode.
Aus den Fig. 14 und 15 ist ersichtlich, dass der perfekte ohmsche Kontakt zwischen der n-Elektrode 35 und der n-Schicht 33 unter Verwendung der aus V hergestellten Basisschicht ungeachtet dessen erhalten werden kann, ob die Hitzebehandlung durchgeführt wird oder nicht. Ferner weist die Oberfläche der n-Elektrode 35 eine gute Morphologie auf.
Nachstehend wird eine Leuchtdiode, welche eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist, unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Halbleiterschichten 12 bis 15 auf einem Substrat 11 werden mit dem MOVPE-Verfahren aufwachsen gelassen. Dieses Aufwachsverfahren ist so gestaltet, dass damit gewünschte Kristalle auf einem Substrat dadurch aufwachsen gelassen werden, dass Ammoniak und Alkylverbindungsgase, die Elemente der Gruppe III enthalten, wie z. B. Trimethylgallium (TMG), Trimethylaluminium (TMA) oder Trimethylindium (TMI) dem Substrat zugeführt werden, das auf eine geeignete Temperatur erhitzt worden ist, und das Substrat einem thermischen Zersetzungsverfahren unterworfen wird. Da das Verfahren zur Ausbildung von Halbleiterschichten auf der Basis des MOVPE-Verfahrens bekannt ist, werden spezifische Bedingungen des Verfahrens nicht beschrieben. Bezüglich Details wird auf die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. Hei. 5-175124, Hei. 8-97471, Hei. 6-268257 und dergleichen verwiesen.
Die Spezifikationen der jeweiligen Halbleiterschichten sind wie folgt:
Pufferschicht 12: AlN (50 nm)
n-Schicht 13: Si-dotiertes GaN (2200 nm) Trägerdichte: 2 · 10¹&sup8;/cm³
Lichtemittierende Schicht 14: Quantenmuldenschicht: In0,16Ga0,84N (3,5 nm) Barriereschicht: GaN (3,5 nm) Wiederholungszahl der Quantenmuldenschichten und Barriereschichten: 5
p-Schicht 15: Mg-dotiertes GaN (75 nm) Trägerdichte: 5 · 10¹&sup7;/cm³
Die so gestalteten Halbleiterschichten werden einem reaktiven Ionenätzverfahren und einer Nachbehandlung (Sputterätzen) unter den gleichen Bedingungen unterworfen, unter denen die vorstehend genannte Probe ausgebildet worden ist, um dadurch einen Teil der p-Schicht 15, der lichtemittierenden Schicht 14 und der n-Schicht 13 durch Ätzen zu entfernen.
Dann werden gemäß der Abhebetechnik unter Verwendung eines Photolacks eine aus V hergestellte Basisschicht (150 Å) und eine aus Al hergestellte Hauptelektrodenschicht (1,5 um) durch Aufdampfen auf der Oberfläche der geätzten n-Schicht 13 ausgebildet.
Eine aus Au hergestellte transparente Elektrode 16 wird danach über nahezu der gesamten Oberfläche der p-Schicht 15 aufgedampft und dann wird eine aus Au hergestellte Elektrode 18 auf der transparenten Elektrode 16 ausgebildet.
Ferner wird die so hergestellte Probe gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ablauf (bei einer Legierungstemperatur von 550ºC für 3 min) erhitzt. Als Ergebnis werden die Basisschicht und die Hauptelektrodenschicht legiert und bilden eine n-Elektrode 17.
Der so gebildete Halbleiterwafer wird in Einheitselemente geschnitten, die zu den gewünschten Leuchtdioden geformt werden sollen. Eine Leuchtdiode gemäß dieser Ausführungsform ist so gestaltet, dass sie eine Peak-Wellenlänge von 520 nm aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen beschränkt. Sie kann vielmehr in verschiedener Weise vom Fachmann modifiziert werden, ohne den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche zu verlassen.
Die Erfindung ist natürlich auf Laserdioden anwendbar.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine Basisschicht aus mindestens einem Metall, das aus V, Nb und Zr ausgewählt ist, oder einer Legierung, die solche Metalle enthält, auf einer n-Schicht ausgebildet wird, dass eine Hauptelektrodenschicht, die aus einem anderen Metall hergestellt ist, auf der Basisschicht ausgebildet wird, und dass n-Elektroden dadurch ausgebildet werden, dass die n-Schicht, die Basisschicht und die Hauptelektrodenschicht einer Hitzebehandlung unterworfen werden.
Wenn die n-Elektroden auf diese Weise ausgebildet werden, werden zwischen den n- Elektroden und der n-Schicht stabile ohmsche Kontakte erhalten.
In dem Fall, bei dem ein Abschnitt für die n-Elektrode durch ein reaktives Ionenätzverfahren in der n-Schicht ausgebildet wird, ist erfindungsgemäß keine Nachbehandlung erforderlich, um ohmsche Kontakte zwischen der n-Schicht und den n-Elektroden zu erhalten, obwohl bei dem herkömmlichen Verfahren eine Nachbehandlung (ein Sputterätzverfahren, bei dem ein Inertgas wie z. B. Argongas verwendet wird) erforderlich ist. Als Ergebnis können die Verfahrensschritte bei der Herstellung des Halbleiters verkürzt werden.
Die Erfindung betrifft die nachstehenden Gegenstände:
Ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundhalbleitervorrichtung, bei dem GaN-artige Materialien eingesetzt wird, umfassend die Schritte: Ausbilden einer Halbleiterschicht, die aus einem n-Typ-GaN-Verbundhalbleiter hergestellt ist; Ausbilden einer Basisschicht auf dem Abschnitt, wobei die Basisschicht aus einem Material hergestellt ist, das mit einem Film reagiert, der sich auf einer Oberfläche der Halbleiterschicht ausbildet und der in einer nachstehend beschriebenen Hauptelektrodenschicht eingeschlossen ist; und Ausbilden der Hauptelektrodenschicht auf der Basisschicht, wobei die Hauptelektrodenschicht aus einem Material hergestellt ist, das mit der Halbleiterschicht verträglich ist und eine Leitfähigkeit aufweist.
Bei dem vorstehend genannten Verfahren kann die Halbleiterschicht aus einem Siliciumdotierten GaN hergestellt sein.
Bei dem vorstehend genannten Verfahren kann die Halbleiterschicht aus AlXInYGa1-X-YN (einschließlich X = 0, Y = 0, X = Y = 0) hergestellt sein.
Bei dem vorstehend genannten Verfahren kann das Halbleiterelement eine Leuchtdiode sein.
Ferner betrifft die Erfindung die nachstehenden Gegenstände:
Ein Verfahren zur Ausbildung von Elektroden aus Verbundhalbleitervorrichtungen, bei denen GaN-artige Materialien eingesetzt werden, umfassend die Schritte: Ausbilden einer Halbleiterschicht, die aus einem n-Typ-GaN-Verbundhalbleiter hergestellt ist; Ausbilden einer Basisschicht auf einem Abschnitt für die Elektrode der Halbleiterschicht, wobei die Basisschicht aus mindestens einem Metall hergestellt ist, das aus V, Nb und Zr oder einer Legierung hergestellt ist, die solche Metalle enthält; Ausbilden einer Hauptelektrodenschicht auf der Basisschicht, wobei die Hauptelektrodenschicht aus mindestens einem Metall hergestellt ist, das aus Al, Ti, Zn, Ta und N1 ausgewählt ist, oder einer Legierung, die solche Metalle umfasst; und Hitzebehandeln der Halbleiterschicht, der Basisschicht und der Hauptelektrodenschicht.
Bei dem vorstehend genannten Verfahren kann die Halbleiterschicht aus einem Siliciumdotierten GaN hergestellt sein.
Bei dem vorstehend genannten Verfahren kann die Halbleiterschicht aus AlXInYGa1-X-YN (einschließlich X = 0, Y = 0, X = Y = 0) hergestellt sein.
Bei dem vorstehend genannten Verfahren kann das Halbleiterelement eine Leuchtdiode sein.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundhalbleitervorrichtung unter Verwendung eines GaN-artigen Materials, umfassend die Schritte:

Ausbilden einer n-Typ-GaN-Halbleiterschicht (2),

Ausbilden einer Basisschicht (7) einer Elektrode auf einem Abschnitt der n-Typ-GaN- Schicht,

Ausbilden einer Hauptelektrodenschicht (8) auf der Basisschicht (7), und

Erhitzen der Halbleiterschicht, der Basisschicht und der Hauptelektrodenschicht,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Basisschicht aus mindestens einem Metall hergestellt ist, das aus V, Nb und Zr ausgewählt ist, und

die Hauptelektrodenschicht aus einem anderen Metall hergestellt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Basisschicht aus V und die Hauptelektrodenschicht aus Al hergestellt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Basisschicht eine Dicke von 75 bis 1000·10&supmin;¹&sup0; m aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Erhitzens in einem Temperaturbereich von 450 bis 700ºC durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der elektrodenausbildende Abschnitt durch die Schritte des

Ausbildens einer zweiten Schicht, die entweder aus einer p-Typ-GaN- Halbleiterschicht oder einer I-Typ-Halbisolatorschicht hergestellt ist, auf der Halbleiterschicht,

Trockenätzen der zweiten Schicht unter Verwendung eines Gases oder eines Mischgases, welches das Gas mit mindestens entweder einem Chloratom oder einem Fluoratom enthält, und

im Wesentlichen Aufrechterhalten einer Oberfläche des geätzten Bereichs für die Elektrode vor dem Schritt des Ausbildens der Basisschicht der Elektrode.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das ferner den Schritt des Trockenätzens eines Teils der n-Typ-Halbleiterschicht gleichzeitig mit dem Trockenätzen der zweiten Schicht umfasst.

7. Eine GaN-Typ-Verbundhalbleitervorrichtung, umfassend

eine Halbleiterschicht (7, 13, 33), die aus einem n-Typ-GaN-Verbundhalbleiter hergestellt ist, und

eine Elektrode (9, 17, 35), die auf der Verbundhalbleiterschicht angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Elektrode aus mindestens einem Metall hergestellt ist, das aus V, Nb und Zr ausgewählt ist.

8. Verbundhalbleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei der zwischen der Elektrode und der Halbleiterschicht ein ohmscher Kontakt bereitgestellt ist.

9. Verbundhalbleitervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Elektrode aus einer Legierung von Al und V hergestellt ist.