专利名称：化合物半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种化合物半导体器件。
背景技术：
专利文献I公开了具有对电极结构的氮化物半导体器件。该氮化物半导体的η极性表面至少包含不同于(000-1)面的倾斜面且形成有电极。该氮化物半导体的η极性表面具有不平坦。此外，所述不同于(000-1)面的倾斜面位于不平坦的凸块侧面上且与(000-1)面所成的偏角在0.2°以上且90°以下的范围内。专利文献2公开了ー种半导体器件(HFET)。所述HFET具有形成在SiC衬底上的缓冲层上的第一氮化物半导体层；在所述第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体层，所述第二氮化物半导体层在所述第一氮化物半导体层的上部中产生ニ维电子气层；和选择性地形成在所述第二氮化物半导体层上的两个欧姆电扱。所述第二氮化物半导体层包含具有倾斜部的接触部，所述接触部的截面形状为凹形。所述倾斜部的底面或侧面从衬底表面傾斜。这两个欧姆电极形成在接触部上。专利文献3公开了ー种半导体器件，其在氮化镓(GaN)基半导体的氮极性表面上包含接触电阻低的η电极。所述半导体器件在与所述η电极接触的部分处具有比率(III族原子数目)パV族原子数目)大于I的V族原子空位区。专利文献4公开了ー种氮化物半导体器件。所述氮化物半导体器件具有η型GaN衬底；层状半导体结构，其包含P型区域和η型区域且形成在所述η型GaN衬底的主表面上；与包含在所述层状半导体结构中的所述P型区域的一部分接触的P侧电极；和在所述η型GaN衬底的背面上设置的η侧电扱。在所述氮化物半导体器件中，所述η型GaN衬底的背面包含氮表面，且将所述背面与所述η侧电极之间的界面的碳浓度调节在5原子％以下的范围内。引用列表专利文献专利文献I :日本特开2004-172568号公报专利文献2 日本特开2005-129696号公报专利文献3 :日本特开2007-116076号公报专利文献4 :国际公开W02006/09821
发明内容
技术问题如上所述，专利文献f4公开了具有电极的化合物半导体的结构。然而，专利文献f 4没有公开通过选择电极的导电类型(η型或P型)充分降低电极的接触电阻。在这种情形下完成的本发明的目的在于提供ー种与电极的接触电阻下降的化合物半导体器件。解决问题的手段根据本发明一方面的化合物半导体器件包含包含六方晶系化合物半导体且具有第一表面和在所述第一表面相反侧上的第二表面的化合物半导体层；形成在所述化合物半导体层的所述第一表面上的第一电极；具有在所述化合物半导体层的所述第二表面上的多个半导体层、且所述多个半导体层堆叠而成的层叠体；以及形成在所述层叠体上的第二电扱，所述第一表面的阴离子型原子的数目大于所述第一表面的阳离子型原子的数目，所述第一电极为η电极，所述第一表面的氧浓度为5原子％以下，且所述化合物半导体层包含III族氮化物半导体或SiC。考虑该具有电极的化合物半导体层的表面的阴离子型原子的数目、阳离子型原子的数目和表面的氧化浓度来选择电极的导电类型。根据本发明的一方面，在第一电极与化合物半导体层之间的接触电阻可以通过如下降低，将形成有η型第一电极的表面设置成阴离子型原子的数目大于阳离子型原子的数目，且阴离子型原子的空位数相对较大。将具有第一电极的表面的氧浓度控制至较低水平以进一歩降低在第一电极与化合物半导体层之间的接触电阻。在该化合物半导体器件中，所述η电极可以包含含有Al、Ti、In和Au元素中的至少ー种元素的材料；所述第一表面的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k可以为负整数；且所述第一表面可以为{20-2-1}面或{10-1-1}面。该化合物半导体器件包含包含六方晶系化合物半导体且具有第一表面和在所述第一表面相反侧上的第二表面的化合物半导体层；形成在所述化合物半导体层的所述第一表面上的第一电极；具有在所述化合物半导体层的所述第二表面上的多个半导体层、且所述多个半导体层堆叠而成的层叠体；以及形成在所述层叠体上的第二电极，所述第一表面的阴离子型原子的数目小于所述第一表面的阳离子型原子的数目，所述第一电极为P电极，所述第一表面的氧浓度为5原子％以下，且所述化合物半导体层包含III族氮化物半导体或SiC。考虑到该具有电极的化合物半导体层的表面的阴离子型原子的数目、阳离子型原子的数目和表面的氧化浓度来选择电极的导电类型。根据该化合物半导体器件，在第一电极与化合物半导体层之间的接触电阻可以通过如下来降低，将形成有P型第一电极的表面设置成阳离子型原子的数目大于阴离子型原子的数目且阳离子型原子的空位数相对较大。将具有第一电极的表面的氧浓度控制至较低水平以进一歩降低在第一电极与化合物半导体层之间的接触电阻。在该化合物半导体器件中，所述P电极可以包含含有Pd、Pt、Ni、Au和W元素中的至少ー种元素的材料；所述第一表面的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k可以为正整数；所述第一表面可以为{20-21}面或{10-11}面；且所述层叠体具有有源层。发明效果根据本发明的每个方面，可以提供与电极的接触电阻下降的化合物半导体器件。
图I为显示根据本发明实施方式的化合物半导体器件的构造的图。图2为用于解释根据本发明实施方式的化合物半导体器件的效果的图。
具体实施例方式将參考附图解释本发明的优选实施方式。只要可能，在图中各处相同的附图标记 表示相同的要素以减少重复描述。图I为显示根据本发明实施方式的化合物半导体器件的构造的图。图I中所示的化合物半导体器件I为LED。化合物半导体器件I包含η衬底3、η覆盖层5、有源层7、p覆盖层9、接触层11、η电极13和ρ电极15。η衬底3具有表面SI和在表面SI相反侧上的表面S2，且由六方晶系化合物半导体GaN、或任何其它III族氮化物半导体如GaAs、或SiC构成。在η衬底3的表面SI上，阴离子型原子的数目大于阳离子型原子的数目。在阴离子型原子的数目较大的情况下，阴离子型原子的空位数也较大。由于认为阴离子型原子的空位相当于施主，所以对应于阴离子型原子的较大空位数，表面SI的施主浓度(cm_2)也较高。由于η衬底3由GaN构成，所以阴离子型原子对应于N原子，而阳离子型原子对应于Ga原子。因此，由于在表面SI上N原子的数目大于Ga原子的数目，所以在表面SI上N原子的空位数増加。由于认为N原子的空位相当于施主，所以对应于N原子的较大空位数，表面SI的施主浓度(cm—2)也较高。在其中电极形成在阴离子型原子的数目大于阳离子型原子的数目的表面SI上的情况下，与ρ电极相比，η电极的接触电阻较低，因此提高了欧姆性质(ohmic nature)。因而,将η电极13形成在η衬底3的表面SI上。表面SI的氧浓度为5原子％以下。在表面SI上的氧化膜的厚度为以下。在表面SI的氧浓度越低和氧化膜的厚度越小时，与η电极13的接触电阻降低。在其中表面 SI上阴离子型原子的数目大于阳离子型原子的数目的情况下，表面SI的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为负整数(h、i和j各自为整数)，如(20-2-1)、(11-2-2)、(10-1-1)和(10-1-3) ο考虑到晶格的对称性，表面SI可以为{20-2-1}面或{10-1-1}面。图2的(A)部分对于表面SI的每个晶面指数显示了在表面SI上形成的η电极13的接触电阻的測量值。如图2的(A)部分中所示，在其中表面SI的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为负整数如(20-2-1)、(11-2-2)、(10-1-1)或(10-1-3)的情况下，η电极13的接触电阻为约1.0X10_4Qcm2以下。相比之下，在其中表面SI的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为正整数如(20-21)、(11-22)、(10-11)或(10-13)的情况下，η电极13的接触电阻为约2. OX 10_4Ω cm2以上。很明显，与正指数k相比较，负指数k导致η电极13的接触电阻较低。与由GaN构成的η衬底3的表面SI —祥，在除GaN以外的III族氮化物半导体(例如GaAs等)或由SiC构成的半导体的表面上，当阴离子型原子的数目大于阳离子型原子的数目时，阴离子型原子的空位数増加。因此，与P电极相比，η电极的接触电阻较低，因此提高了欧姆性质。这种表面的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为负整数，如(20-2-1)、(11-2-2)、 (10-1-1)或(10-1-3)。再次參考图1，在η衬底3的表面S2上设置有由η覆盖层5、有源层7、ρ覆盖层9和接触层11构成的层叠体。将η覆盖层5、有源层7、ρ覆盖层9和接触层11依次堆叠在η衬底3上。η覆盖层5由η型InGaN构成。有源层7包含ー个或多个阻挡层和ー个或多个阱层。所述阻挡层由例如GaN构成且所述阱层由例如InGaN构成。ρ覆盖层9由ρ型AlGaN构成且接触层11由ρ型GaN构成。接触层11具有位于与ρ覆盖层9的界面(接触层11的表面S4)的相反侧上的表面S3。ρ电极15形成在表面S3上。由ρ覆盖层9、有源层7、η覆盖层5和η衬底3构成的层叠体形成在接触层11的表面S4上。与η衬底3的表面SI相反，在接触层11的表面S3上，阳离子型原子的数目大于阴离子型原子的数目。在其中阳离子型原子的数目较大的情况下，阳离子型原子的空位数也较大。由于认为阳离子型原子的空位相当于受主，所以对应于阳离子型原子的较大空位数，表面S3的受主浓度(cm_2)也较高。因为接触层11由GaN构成，所以阴离子型原子对应于N原子，而阳离子型原子对应于Ga原子。因此，由于在表面S3上Ga原子的数目大于N原子的数目，所以在表面S3上Ga原子的空位数増加。由于认为Ga原子的空位相当于受主，所以对应于Ga原子的较大空位数，表面S3的受主浓度(cm-2)也较高。在其中电极形成在阳离子型原子的数目大于阴离子型原子的数目的表面S3上的情况下，与η电极相比，ρ电极的接触电阻较低，因此提高了欧姆性质。因而，将P电极15形成在接触层11的表面S3上。在其中在表面S3上阳离子型原子的数目大于阴离子型原子的数目的情况下，表面S3的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为正整数(h、i和j各自为整数)，如(20-21)、(11-22)、(10-11)或(10-13)。考虑到晶格的対称性，表面S3可以为{20-21}面或{10-11}面。表面S3的氧浓度为5原子％以下。在表面S3上的氧化膜的厚度为以下。表面S3的氧浓度越低和氧化膜的厚度越小，与ρ电极15的接触电阻降低。图2的(B)部分对于表面S3的每个晶面指数显示了在表面S3上形成的ρ电极15的接触电阻的測量值。在图2的(B)部分中所示的测量值通过测量由GaN构成的接触层11而获得。如图2的⑶部分中所示，在表面S3的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数 k为正整数如(20-21)、(11-22)、(10-11)或(10-13)的情况下，ρ电极15的接触电阻为约LOXlO-3Qcm2以下。相比之下，在表面S3的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为负整数如(20-2-1)、(11-2-2)、(10-1-1)或(10-1-3)的情况下，ρ电极15的接触电阻为约4. O X IO-3 Ω cm2以上。很明显，与负指数k相比较，正指数k导致ρ电极15的接触电阻较低。与由GaN构成的接触层11的表面S3 —祥，在除GaN以外的III族氮化物半导体(例如GaAs等)或由SiC构成的半导体的表面上，当阳离子型原子的数目大于阴离子型原子的数目时，阳离子型原子的空位数増加。因此，与η电极相比，ρ电极的接触电阻较低，因此提高了欧姆性质。这种表面的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为正整数，如(20-21)、(11-22)、(10-11)或(10-13)。再次參考图1，η电极13形成在η衬底3的表面SI上且与表面SI接触。η电极13包含含有Al、Ti、In和Au元素中的至少ー种元素的材料。例如，η电极13可以包含含有Al和Au元素的材料。ρ电极15形成在接触层11的表面S3上且与表面S3接触。ρ电极15包含含有Pd、Pt、Ni、Au和W元素中的至少ー种元素的材料。例如，ρ电极15可以包含含Pd和Au元素的材料或者含Pt和Au元素的材料。下文将描述制造化合物半导体器件I的方法。首先，准备η衬底3。接着，使η覆盖层5、有源层7、ρ覆盖层9、然后接触层11外延生长在η衬底3上。随后，在接触层11的表面S3上形成ρ电极15,且在η衬底3的表面SI上形成η电极13。η电极13通过用电子束气相沉积系统气相沉积Al且随后用电阻加热气相沉积系统气相沉积Au而形成。ρ电极15通过用电子束气相沉积系统气相沉积Pd或Pt且随后用电阻加热气相沉积系统气相沉积Au而形成。在形成η电极13和ρ电极15之前，对η衬底3的表面SI和接触层11的表面S3进行表面处理以除去在表面SI和S3上形成的氧化膜。将表面SI用丙酮和异丙醇的有机清洁剂进行清洁，随后用硫酸和过氧化氢溶液的混合液体、氢氟酸、王水或盐酸进行表面处理，接着气相沉积Al和Au以形成η电极13。将表面S3用丙酮和异丙醇的有机清洁剂进行清洁，随后用硫酸和过氧化氢溶液的混合液体、氢氟酸、王水或盐酸进行表面处理，接着气相沉积Pd和Au或者气相沉积Pt和Au以形成ρ电极15。已经在本发明的优选实施方式中图示并说明了本发明的原理，本领域的技术人员可理解，本发明可以在不脱离所述原理的情况下在配置和细节方面进行修改。因此，我们要求在以下权利要求书的主g和范围内的所有修改和改变。具体地，包含六方晶系化合物半导体的半导体层(例如η衬底3)和设置在该半导体层的阴离子型原子数目较大的表面(即，具有大量阴离子型原子空位的表面，或晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为负整数的表面，例如表面SI)上的η型电极(例如η电极13)的结构可以适用于其它器件如LD、肖特基(Schottky) ニ极管、晶体管和ΗΕΜΤ，而包含六方晶系化合物半导体的半导体层(例如接触层11)和设置在该半导体层的阳离子型原子数目较大的表面(即，具有大量阳离子型原子空位的表面，或晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为正整数的表面，例如表面S3)上的ρ型电极(例如P电极15)的结构可以适用于其它器件如LD、肖特基ニ极管、晶体管和HEMT。エ业实用性 提供了与电极的接触电阻下降的化合物半导体器件。在η型电极与化合物半导体层之间的接触电阻可以通过如下来降低，将形成有该η型电极的表面设置成阴离子型原子的数目大于阳离子型原子的数目且阴离子型原子的空位数相对较大。将具有该电极的表面的氧浓度控制至较低水平以进一歩降低在该电极与化合物半导体层之间的接触电阻。附图标记I :化合物半导体器件；11 :接触层；13 η 电极；15 ρ 电极；3 η 衬底；5:η 覆盖层；7 :有源层；9 ρ 覆盖层；S1、S2、S3、S4 :表面。
权利要求
1.ー种化合物半导体器件，其包含 包含六方晶系化合物半导体且具有第一表面和在所述第一表面相反侧上的第二表面的化合物半导体层； 形成在所述化合物半导体层的所述第一表面上的第一电极； 具有在所述化合物半导体层的所述第二表面上的多个半导体层、且所述多个半导体层堆叠而成的层叠体；以及 形成在所述层叠体上的第二电极， 所述第一表面的阴离子型原子的数目大于所述第一表面的阳离子型原子的数目， 所述第一电极为η电极， 所述第一表面的氧浓度为5原子％以下，且 所述化合物半导体层包含III族氮化物半导体或SiC。
2.根据权利要求I所述的化合物半导体器件，其中所述η电极包含含有Al、Ti、In和Au元素中的至少ー种元素的材料。
3.根据权利要求I或2所述的化合物半导体器件，其中所述第一表面的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为负整数。
4.根据权利要求Γ3中任ー项的化合物半导体器件，其中所述第一表面为{20-2-1}面或{10-1-1}面。
5.ー种化合物半导体器件，其包含 包含六方晶系化合物半导体且具有第一表面和在所述第一表面相反侧上的第二表面的化合物半导体层； 形成在所述化合物半导体层的所述第一表面上的第一电极； 具有在所述化合物半导体层的所述第二表面上的多个半导体层、且所述多个半导体层堆叠而成的层叠体；和 形成在所述层叠体上的第二电极， 所述第一表面的阴离子型原子的数目小于所述第一表面的阳离子型原子的数目， 所述第一电极为P电极， 所述第一表面的氧浓度为5原子％以下，且 所述化合物半导体层包含III族氮化物半导体或SiC。
6.根据权利要求5所述的化合物半导体器件，其中所述P电极包含含有Pd、Pt、Ni、Au和W元素中的至少ー种元素的材料。
7.根据权利要求5或6所述的化合物半导体器件，其中所述第一表面的晶面指数(h、i、j、k)的第四指数k为正整数。
8.根据权利要求5 7中任一项所述的化合物半导体器件，其中所述第一表面为{20-21}面或{10-11}面。
9.根据权利要求Γ8中任一项所述的化合物半导体器件，其中所述层叠体具有有源层。
全文摘要
提供了与电极的接触电阻下降的化合物半导体器件。所述化合物半导体器件包含包含六方晶系化合物半导体GaN且具有表面S1和S2的n衬底3；形成在所述n衬底3的所述表面S1上的n电极13；具有形成在所述n衬底3的所述表面S2上的n覆盖层5、有源层7、p覆盖层9和接触层11的层叠体；和形成在所述p覆盖层9上的p电极15。在所述n衬底3的所述表面S1上包含的N原子的数目大于在所述表面S1上包含的Ga原子的数目。在所述表面S1上形成的电极为n电极13。所述表面S1的氧浓度为5原子%以下。在所述接触层11的所述表面S3上包含的Ga原子的数目大于在所述表面S3上包含的N原子的数目。在所述表面S3上形成的电极为p电极15。所述表面S3的氧浓度为5原子%以下。
文档编号H01L33/36GK102687293SQ201080050469
公开日2012年9月19日 申请日期2010年10月25日 优先权日2009年11月11日
发明者德山慎司, 片山浩二, 足立真宽 申请人:住友电气工业株式会社