半導体装置の製造方法
【課題】ワイドバンドギャップ半導体層とメタル電極のコンタクト抵抗を低減することができる半導体装置の製造方法を得る。
【解決手段】まず、シリコンに比べてバンドギャップが大きいIII−Ｖ族化合物半導体又はIV−IV族化合物半導体からなるｐ型窒化ガリウム層１の表面に、３−ヘリウム又は４−ヘリウムのイオンを照射してイオン照射領域２を形成する。イオン照射領域２を形成した後に、ｐ型窒化ガリウム層１の表面にオーミックコンタクトしたメタル電極３を形成する。
【解決手段】まず、シリコンに比べてバンドギャップが大きいIII−Ｖ族化合物半導体又はIV−IV族化合物半導体からなるｐ型窒化ガリウム層１の表面に、３−ヘリウム又は４−ヘリウムのイオンを照射してイオン照射領域２を形成する。イオン照射領域２を形成した後に、ｐ型窒化ガリウム層１の表面にオーミックコンタクトしたメタル電極３を形成する。
【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III−Ｖ族化合物半導体又はワイドバンドギャップIV−IV族化合物半導体からなる半導体層の表面にメタル電極を形成する半導体装置の製造方法に関し、特にワイドバンドギャップ半導体層とメタル電極のコンタクト抵抗を低減することができる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体は、絶縁性基板上に形成された薄膜状のｐｎ接合の発光素子材料として広く用いられてきた。発光素子に流れる電流は微小であるため、この材料とメタル電極とのコンタクト抵抗は問題とされなかった。近年、ワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体からなるバルク材料の製造方法が用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２７３０４８号公報
【特許文献２】特許３７４９４５４号公報
【特許文献３】特許３１８４７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体上にメタル電極を形成した場合、両者の間のコンタクト抵抗が大きくなる。従って、高耐圧・大電流のパワーデバイスにこの材料を適用すると、材料自体のオン抵抗は小さいものの、半導体／メタル界面で発生する高抵抗により、素子のトータルロスが大きくなるという問題があった。
【０００５】
特にｐ型を示すワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体材料とのオーミックコンタクトを形成することは難しい。半導体／メタル界面に多層膜を形成する方法や、半導体中のｐ型キャリアを様々な方法で高活性化する方法が用いられてきた。しかし、これまで、ワイドバンドギャップ半導体層とメタル電極のコンタクト抵抗を低減する有効な方法は無かった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はワイドバンドギャップ半導体層とメタル電極のコンタクト抵抗を低減することができる半導体装置の製造方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコンに比べてバンドギャップが大きいIII−Ｖ族化合物半導体又はIV−IV族化合物半導体からなる半導体層の表面に、３−ヘリウム又は４−ヘリウムのイオンを照射する工程と、前記イオンを照射した後に、前記半導体層の表面にオーミックコンタクトしたメタル電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ワイドバンドギャップ半導体層とメタル電極のコンタクト抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態により製造した高耐圧ダイオードについて耐圧とオン抵抗の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。図１及び図２は本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００１１】
まず、図１に示すように、ウエハ状ＧａＮバルク結晶からなるｐ型窒化ガリウム層１を特許文献１〜３記載の方法により製造する。ただし、必ずしもこれらの製造方法には限定されない。
【００１２】
次に、ｐ型窒化ガリウム層１の表面に、一般的な３−ヘリウム加速器（サイクロトロン）にて約２４ＭｅＶの加速エネルギーで加速した３−ヘリウムのイオンを照射して、深さ約２０μｍの位置までイオン照射領域２を形成する。
【００１３】
ここで、イオン照射領域２の深さを制御するために、一般的に用いられているアルミ薄膜を加速エネルギーのアブゾーバーとして用いる。通常、約２３ＭｅＶの３−ヘリウムはシリコン中の深さ２９８μｍの位置にピークを持って照射される。従って、深さ約２０μｍの位置までイオン照射領域２を形成するには、そのピークの半値幅とＧａＮの物性値から約２８０μｍのアブゾーバーを用いると良い。
【００１４】
次に、ｐ型窒化ガリウム層１の表面にアルミを蒸着してメタル電極３を形成し、窒素雰囲気で５００℃で３０分間の熱処理を行ってメタル電極３とｐ型窒化ガリウム層１のオーミックコンタクトを形成する。
【００１５】
続いて、本実施の形態の効果を説明する。ｐ型窒化ガリウム層１の表面に３−ヘリウムのイオンを照射することにより、メタル電極３とｐ型窒化ガリウム層１のコンタクト抵抗を低減することができる。特に、ｐ型のワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体材料とのオーミックコンタクトを形成することは難しいため、本実施の形態は有効である。
【００１６】
また、熱処理を行うことにより、イオン照射によるｐ型窒化ガリウム層１の結晶性が回復する。さらに、ｐ型ドーパントを同時に活性化することができるため、効率良くコンタクト抵抗を低減することができる。
【００１７】
また、イオン照射領域２の厚みを４０μｍ以下にすることにより、メタル電極３とｐ型窒化ガリウム層１のコンタクト抵抗を更に低減することができる。
【００１８】
また、この構造を高耐圧・大電流のパワーデバイスに適用することにより、従来のパワーデバイスよりロスが小さく熱伝導に優れたデバイス特性を実現できる。ただし、パワーデバイス以外の用途で使用されるワイドバンドギャップ半導体装置の電極構造にも、この構造を適用できる。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態により製造した高耐圧ダイオードについて耐圧とオン抵抗の関係を示す図である。比較のために、従来のシリコン系大電力用ダイオードのデータも示す。ワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体の代表材料であるＧａＮのオン抵抗は、シリコンと比べて約１／１０以下である。
【００２０】
なお、本実施の形態ではｐ型窒化ガリウム層１を例に説明したが、これに限らず、炭化珪素など、シリコンに比べてバンドギャップが大きいIII−Ｖ族化合物半導体又はIV−IV族化合物半導体からなる半導体層を用いてもよい。また、３−ヘリウムの代わりに４−ヘリウムのイオンを照射してもよい。これらの場合でも上記の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２１】
１ ｐ型窒化ガリウム層（半導体層）
２ イオン照射領域
３ メタル電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体又はワイドバンドギャップIV−IV族化合物半導体からなる半導体層の表面にメタル電極を形成する半導体装置の製造方法に関し、特にワイドバンドギャップ半導体層とメタル電極のコンタクト抵抗を低減することができる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体は、絶縁性基板上に形成された薄膜状のｐｎ接合の発光素子材料として広く用いられてきた。発光素子に流れる電流は微小であるため、この材料とメタル電極とのコンタクト抵抗は問題とされなかった。近年、ワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体からなるバルク材料の製造方法が用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２７３０４８号公報
【特許文献２】特許３７４９４５４号公報
【特許文献３】特許３１８４７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体上にメタル電極を形成した場合、両者の間のコンタクト抵抗が大きくなる。従って、高耐圧・大電流のパワーデバイスにこの材料を適用すると、材料自体のオン抵抗は小さいものの、半導体／メタル界面で発生する高抵抗により、素子のトータルロスが大きくなるという問題があった。
【０００５】
特にｐ型を示すワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体材料とのオーミックコンタクトを形成することは難しい。半導体／メタル界面に多層膜を形成する方法や、半導体中のｐ型キャリアを様々な方法で高活性化する方法が用いられてきた。しかし、これまで、ワイドバンドギャップ半導体層とメタル電極のコンタクト抵抗を低減する有効な方法は無かった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はワイドバンドギャップ半導体層とメタル電極のコンタクト抵抗を低減することができる半導体装置の製造方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコンに比べてバンドギャップが大きいIII−Ｖ族化合物半導体又はIV−IV族化合物半導体からなる半導体層の表面に、３−ヘリウム又は４−ヘリウムのイオンを照射する工程と、前記イオンを照射した後に、前記半導体層の表面にオーミックコンタクトしたメタル電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ワイドバンドギャップ半導体層とメタル電極のコンタクト抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態により製造した高耐圧ダイオードについて耐圧とオン抵抗の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。図１及び図２は本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００１１】
まず、図１に示すように、ウエハ状ＧａＮバルク結晶からなるｐ型窒化ガリウム層１を特許文献１〜３記載の方法により製造する。ただし、必ずしもこれらの製造方法には限定されない。
【００１２】
次に、ｐ型窒化ガリウム層１の表面に、一般的な３−ヘリウム加速器（サイクロトロン）にて約２４ＭｅＶの加速エネルギーで加速した３−ヘリウムのイオンを照射して、深さ約２０μｍの位置までイオン照射領域２を形成する。
【００１３】
ここで、イオン照射領域２の深さを制御するために、一般的に用いられているアルミ薄膜を加速エネルギーのアブゾーバーとして用いる。通常、約２３ＭｅＶの３−ヘリウムはシリコン中の深さ２９８μｍの位置にピークを持って照射される。従って、深さ約２０μｍの位置までイオン照射領域２を形成するには、そのピークの半値幅とＧａＮの物性値から約２８０μｍのアブゾーバーを用いると良い。
【００１４】
次に、ｐ型窒化ガリウム層１の表面にアルミを蒸着してメタル電極３を形成し、窒素雰囲気で５００℃で３０分間の熱処理を行ってメタル電極３とｐ型窒化ガリウム層１のオーミックコンタクトを形成する。
【００１５】
続いて、本実施の形態の効果を説明する。ｐ型窒化ガリウム層１の表面に３−ヘリウムのイオンを照射することにより、メタル電極３とｐ型窒化ガリウム層１のコンタクト抵抗を低減することができる。特に、ｐ型のワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体材料とのオーミックコンタクトを形成することは難しいため、本実施の形態は有効である。
【００１６】
また、熱処理を行うことにより、イオン照射によるｐ型窒化ガリウム層１の結晶性が回復する。さらに、ｐ型ドーパントを同時に活性化することができるため、効率良くコンタクト抵抗を低減することができる。
【００１７】
また、イオン照射領域２の厚みを４０μｍ以下にすることにより、メタル電極３とｐ型窒化ガリウム層１のコンタクト抵抗を更に低減することができる。
【００１８】
また、この構造を高耐圧・大電流のパワーデバイスに適用することにより、従来のパワーデバイスよりロスが小さく熱伝導に優れたデバイス特性を実現できる。ただし、パワーデバイス以外の用途で使用されるワイドバンドギャップ半導体装置の電極構造にも、この構造を適用できる。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態により製造した高耐圧ダイオードについて耐圧とオン抵抗の関係を示す図である。比較のために、従来のシリコン系大電力用ダイオードのデータも示す。ワイドバンドギャップIII−Ｖ族化合物半導体の代表材料であるＧａＮのオン抵抗は、シリコンと比べて約１／１０以下である。
【００２０】
なお、本実施の形態ではｐ型窒化ガリウム層１を例に説明したが、これに限らず、炭化珪素など、シリコンに比べてバンドギャップが大きいIII−Ｖ族化合物半導体又はIV−IV族化合物半導体からなる半導体層を用いてもよい。また、３−ヘリウムの代わりに４−ヘリウムのイオンを照射してもよい。これらの場合でも上記の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２１】
１ ｐ型窒化ガリウム層（半導体層）
２ イオン照射領域
３ メタル電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンに比べてバンドギャップが大きいIII−Ｖ族化合物半導体又はIV−IV族化合物半導体からなる半導体層の表面に、３−ヘリウム又は４−ヘリウムのイオンを照射してイオン照射領域を形成する工程と、
前記イオン照射領域を形成した後に、前記半導体層の表面にオーミックコンタクトしたメタル電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体層はｐ型であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体層の表面にメタルを蒸着して前記メタル電極を形成し、窒素雰囲気で熱処理を行って前記メタル電極と前記半導体層のオーミックコンタクトを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記イオン照射領域の厚みを４０μｍ以下にすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
シリコンに比べてバンドギャップが大きいIII−Ｖ族化合物半導体又はIV−IV族化合物半導体からなる半導体層の表面に、３−ヘリウム又は４−ヘリウムのイオンを照射してイオン照射領域を形成する工程と、
前記イオン照射領域を形成した後に、前記半導体層の表面にオーミックコンタクトしたメタル電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体層はｐ型であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体層の表面にメタルを蒸着して前記メタル電極を形成し、窒素雰囲気で熱処理を行って前記メタル電極と前記半導体層のオーミックコンタクトを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記イオン照射領域の厚みを４０μｍ以下にすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−８８９２（Ｐ２０１３−８８９２Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１４６２（Ｐ２０１１−１４１４６２）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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