JP6167109B2 - 紫外線反射型コンタクト - Google Patents
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Description
本出願は、２０１１年１２月１２日に出願した同時係属中の米国仮特許出願第６１／５６９，４１６号（発明の名称「紫外線反射コンタクト」）に基づく優先権を主張し、上記特許出願を参考のためここに援用する。
本開示は概して半導体デバイス用コンタクトに関し、特に紫外線反射型コンタクトに関する。
ＩＩＩ族窒化物系半導体は高効率の青色および紫外発光ダイオード、レーザ、紫外線検出器および電界トランジスタに広く用いられている。ＩＩＩ族窒化物半導体材料はバンドギャップが広いため、深紫外発光ダイオード（ＤＵＶ ＬＥＤ）に用いられる可能性の最も高い材料のうちのひとつである。近年、ＤＵＶ ＬＥＤは効率が大幅に向上しているが、これらのデバイスの全体的な効率は未だ低いままである。例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体材料はバンドギャップが広いために半導体層との良好なオーミックコンタクトの形成が困難であり、このことはコンタクト接合部での抵抗損失につながる。
ＤＵＶ ＬＥＤデバイスでは、その光取出しおよび熱管理の制御のためにフリップチップ技術を採用することが多い。例えば図１は従来技術によるフリップチップＬＥＤ２の典型的な設計を示す。この設計では、活性領域４で生成された光のほとんどは、透明基板を介して取り出される。フリップチップＬＥＤ２の効率は半導体層の透過特性に大きく依存する。しかし、フリップチップＬＥＤ２が高効率を有するためには、ｐ型コンタクト６とｎ型コンタクト８の各々がオーミックかつ反射型であり、それによって各コンタクト６、８が電極として、および活性領域４が発した光を反射するミラーとして作用することもまた望ましい。コンタクト６、８はパッケージング中における熱サイクル中およびデバイスの動作中に安定でなければならない。アルミニウムは反射型金属として優れているが、オーミックコンタクトを形成しないためパッケージング中は不安定である。
半導体層とのオーミックコンタクトを向上させるために数種類の金属コンタクトが提案されている。これらのコンタクトは例えば、ニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）、コバルト／金（Ｃｏ／Ａｕ）、パラジウム／金（Ｐｄ／Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）系、パラジウム／プラチナ／金（Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ）、Ｐｔ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕおよびチタン／プラチナ／金（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）金属層により形成されている。Ｐｄ／Ｎｉコンタクトの熱安定性はガリウム化Ｐｄの形成により向上する。さらにＰｄ／Ｎｉコンタクトはコンタクト抵抗の低下をもたらす。Ｎｉ系コンタクトの場合、Ｎｉは４００℃より高い温度で容易に酸化し、５００℃より高い温度ではオーミックコンタクトは悪化する。
あるアプローチは、コンタクト用のＰｄ／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕメタライゼーションスキームを提案しており、その際Ｐｄ／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの厚さをそれぞれ３ナノメートル（ｎｍ）／２ｎｍ／１５０ｎｍ／２０ｎｍ／３０ｎｍとしている。このコンタクトは良好な熱安定性を示し、法線入射した波長３７０ｎｍの放射に対して６２パーセントの反射率を有し、３００℃で窒素ガス（Ｎ２）中においてアニーリングした後に良好なオーミック特性を示した。さらに留意すべきは、ＰｄとＮｉとの組み合わせは良好なオーミックコンタクトをもたらすが、他方Ｎｉを用いないコンタクトは、より抵抗が高く非線形な挙動を示すということである。別のアプローチは、Ｎｉ堆積を用いて窒化ガリウム（ＧａＮ）表面から残留酸化物を除去することによって、より良好なコンタクト特性を達成している。
今日まで、ほとんどのコンタクト技術は可視光ＬＥＤまたは近紫外線（ＵＶ）ＬＥＤ用のものである。例えばあるアプローチでは、波長４０５ｎｍの放射に対して７５パーセントの反射率を有するイリジウム／銀（Ｉｒ／Ａｇ）ｐ型コンタクトが良好なオーミック特性を有することが見いだされている。同一波長の放射に対し、インジウムドープ型酸化亜鉛／銀（ＺｎＯ／Ａｇ）コンタクトは８２．３％の反射率を有する。これらは近ＵＶ波長の放射に対して提案されている数多くのコンタクトスキームの例に過ぎない。近ＵＶまたはＵＶＡ波長で動作するＬＥＤ用に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）およびＺｎＯのコンタクトも提案されている。しかしＵＶ ＬＥＤの場合、より反射率の高いＵＶミラーを提供するためには別のコンタクトが必要である。
金属と半導体の仕事関数の差を小さくすることによってショットキーバリアの抵抗を下げることができる。残念ながらＩＩＩ族窒化物半導体の場合はバンドギャップが広いために、その結果得られる、ｐ型半導体の仕事関数も大きい。ｐ型半導体のショットキー接合の挙動を決定するのは窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）と金属とのコンタクトの仕事関数だけではないことが理解される。共有結合半導体の高密度表面の存在が、界面でのフェルミレベルを固定している。それにもかかわらず、オーミックコンタクトは金属の仕事関数に対して敏感であることが観察されている。例えばアルミニウムは約４エレクトロンボルト（ｅＶ）という低い仕事関数を有するが、オーミックコンタクトを形成しない。他方、ＰｄおよびＮｉは各々約５ｅＶの仕事関数を有するが、半導体材料に対してより良好なオーミックコンタクトを形成する。
あるアプローチは、半導体発光ダイオード用の反射電極がＡｒまたはＡｇ合金により形成されたオーミックコンタクト層を含むことを説明している。ＡｒまたはＡｇ合金はｐ型化合物半導体層と共にオーミックコンタクトを形成する。Ａｇ合金はＡｇと、マグネシウム（Ｍｇ）、Ｚｎ、スカンジウム（Ｓｃ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、テルリウム（Ｔｅ）、セレニウム（Ｓｅ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅（Ｃｕ）、シリコン（Ｓｉ）、Ｎｉ、Ｃｏ、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、水銀（Ｈｇ）およびプラセオジウム（Ｐｒ）などの材料群との合金でありる。コンタクトは、ＮｉまたはＮｉ合金により形成された層を含むことができる。この層は、０．１ｎｍから５００ｎｍの範囲の厚さを有する。コンタクトはさらにオーミックコンタクト層またはＮｉ層上に設けられた層であって、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｚｎ、Ｚｎ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ルテニウム（Ｒｕ）、ＩｒおよびＲｈから選択された材料により形成された層と、光反射型材料により形成された更なる層を含む。反射型材料は、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌ、Ａｌ合金またはＲｈであり、１０ｎｍから５０００ｎｍの厚さを有する。電極はさらに、光反射型材料上に別の層を含むことができ、これによりアニーリングプロセス中の凝集現象を防止する。凝集現象は、上記別の層がない場合に、反射型材料の表面上で起こり得る。上記別の層は、Ｃｕ、Ｃｕ／Ｒｕ、Ｃｕ／Ｉｒ、Ｃｕ合金、Ｃｕ合金／ＲｕおよびＣｕ合金／Ｉｒから選択された材料により形成している。
本発明者らは、上記のコンタクトは近ＵＶおよびＵＶＡ ＬＥＤにとっては最適であり得るが、ＵＶ発光範囲の効率をより高くするためにＤＵＶ ＬＥＤ用のｐ型ＩＩＩ族半導体に対するコンタクトは、さらに改善できることを見出した。
本発明の態様は、オーミック層と、オーミック層上に設けられた反射層とを備えたコンタクトを提供する。オーミック層は対象波長における放射に対して透明であり、他方、反射層は対象波長における放射に対して少なくとも約８０パーセントの反射率を有する。対象波長は、例えば約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの範囲の波長を有する紫外光とすることができる。
本発明の第１の態様は、対象波長における放射に対して透明なオーミック層と、前記オーミック層上に設けられた反射層とを備えたコンタクトであって、前記反射層が、前記対象波長における放射に対して少なくとも約８０パーセントの反射率を有し、前記対象波長が約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの範囲内であるコンタクトを提供する。
本発明の第２の態様は、第１の半導体層と、前記第１の半導体層に対するコンタクトであって、対象波長における放射に対して透明なオーミック層と、前記オーミック層上に設けられた反射層を備え、前記反射層が、前記対象波長における放射に対して少なくとも約８０パーセントの反射率を有し、前記対象波長が約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの範囲内である、コンタクトとを備えたデバイスを提供する。
本発明の第３の態様は、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層と、前記第１の半導体層上に設けられた第２のＩＩＩ族窒化物半導体層であって、前記第１の半導体層のバンドギャップよりも狭いバンドギャップを有し、かつ約５０ナノメートル未満の厚さを有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に設けられたコンタクトであって、対象波長における放射に対して透明なオーミック層と、前記オーミック層上に設けられた反射層とを備え、前記反射層が、前記対象波長における放射に対して少なくとも約８０パーセントの反射率を有し、前記対象波長が約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの範囲内であるコンタクトを備えたデバイスを提供する。
本発明の態様の例は、本明細書に記載の１以上の問題点および／または本明細書で述べていない１以上の問題点を解決するように設計されている。
本開示の上記するもの、および他の特徴は、本発明の様々な態様を示す添付の図面と共に、本発明の様々な態様を述べた以下の詳細な記載から容易により明らかとなる。
上記図面は正確な縮尺によって描いたものではない。図面は本発明の典型的な態様のみを示すことを意図しており、したがって本発明の範囲を限定すると解釈すべきではない。図面間で同様の参照符号は同様の構成要件を示す。
上記のように、本発明の態様は、オーミック層とオーミック層上に設けられた反射層とを含むコンタクトを提供する。オーミック層は、対象波長における放射に対して透明であり、他方、反射層は対象波長における放射に対して少なくとも約８０パーセントの反射率を有する。対象波長は、例えば約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの範囲の波長を有する紫外光であってもよい。本明細書において他に規定しない限り、用語「セット」は１以上（すなわち、少なくとも１つ）を意味し、「任意の手法」という表現は現在公知であるか、または将来開発される任意の手法を意味する。
さらに、２層間に形成されるコンタクトは、コンタクトの全抵抗が以下の２つの抵抗のうち大きい方の抵抗以下である場合、「オーミック」または「導電性」であると考えられると理解される。２つの抵抗とは、コンタクト／半導体接合における電圧降下が２ボルト以下となるコンタクト抵抗、およびコンタクトを含むデバイス中で最も抵抗値の高い要素または層の抵抗の１／５以下であるコンタクト抵抗である。一実施形態において、最も抵抗値の高い要素とは、対応するデバイスの活性領域（例えば図１に示すＬＥＤの活性領域４の抵抗）である。本明細書において、層／材料は、対応する放射波長範囲の電磁放射の少なくとも約１０パーセントを透過する場合、「透明」であると考えられる。同様に、層／材料は、対応する放射波長範囲の電磁放射の少なくとも約１０パーセントを反射する場合、「反射型」であると考えられる。
図面に戻って図２は、一実施形態による多層コンタクト１０の一例を示す。コンタクト１０は、半導体デバイスのｐ型またはｎ型コンタクトとして実現可能である。一実施形態ではコンタクト１０は、従来のまたはスーパールミネセント発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光ダイオード上に実装される。あるいは発光デバイスがレーザダイオード（ＬＤ）として動作するように構成されてもよい。例えばコンタクト１０は、例えばＬＥＤ２（図１）上のコンタクト６、８の一方または双方に代わって、ＬＥＤ２に似た構造を有するフリップチップＬＥＤ上に形成されてもよい。しかし、フリップチップＬＥＤは、１以上のコンタクト１０が利用可能な様々な種類の半導体デバイスの一例に過ぎないことが理解される。
本明細書において、発光デバイスからの光の取出しを向上させることに関して本発明の態様の概要を示し記載するが、本発明の態様は、さらに様々な別の実施形態を提供することが理解される。例えば本発明の態様は、デバイス内の光の送信を容易にするために実装してもよい。その場合本発明の態様は、例えばレーザ光生成構造体の光ポンピングおよび／またはレーザパルスを用いたキャリアガスの励起などの一部として実装される。また本発明の一実施形態は、フォトセンサまたはフォトディテクタなどの感知デバイスと共に実装してもよい。これらの場合、本明細書に記載のコンタクトは所望の方向に光を反射することを容易にするために含まれ得る。
本明細書に記載のコンタクトを含むデバイスによって発光されまたは検知された電磁放射は、可視光、紫外線放射および／または赤外光などを含む波長範囲のいずれかにピーク波長を有することができる。一実施形態ではデバイスは、紫外線スペクトル内にピーク波長の放射を生成および／または感知するように構成されている（例えば、紫外線デバイス）。より特定の実施形態では、紫外線デバイスは、深紫外線放射スペクトル内にピーク波長の放射を発射および／または検出するように構成されている。
一実施形態において発光または検知デバイスはＩＩＩ−Ｖ族材料系デバイスある。このデバイス内では、層の一部または全部がＩＩＩ−Ｖ族材料系から選択された元素により形成されている。より特定の実施形態の例では、デバイスの様々な層がＩＩＩ属窒化物系材料により形成されている。ＩＩＩ属窒化物材料は、１以上のＩＩＩ属元素（例えば、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ））と窒素（Ｎ）とを含み、ＢＷＡｌＸＧａＹＩｎＺＮであり、この式において、０≦Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ≦１およびＷ＋Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１である。ＩＩＩ属窒化物材料の一例は、２元合金、３元合金および４元合金を含み、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＢＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＢＮ、ＡｌＩｎＢＮおよびＡｌＧａＩｎＢＮを含む。ＩＩＩ属元素のモル分率はいずれでもよい。
いずれの場合も、コンタクト１０はオーミック層１２を含むことができ、オーミック層１２はデバイスのヘテロ構造の半導体層の表面上に設けられている。オーミック層１２は、コンタクト１０が設けられる半導体層と良好なオーミックコンタクトを形成する材料であればいずれの材料によって形成されてもよい。さらにオーミック層１２は、紫外線デバイスに実装された場合、対象波長における紫外線放射に対して透明（透過型）であることが好ましい。例えば、オーミック層１２は紫外線に対して約８０パーセント以上の透過率を有ていることが好ましい。一実施形態ではオーミック層１２は、２以上の金属サブ層により形成される。金属サブ層は堆積中にはっきりした界面を有ていてもよい。一実施形態において、オーミック層１２のサブ層は部分的に合金化している。金属のうち１以上は例えば、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉄（Ｆｅ）およびプラチナ（Ｐｔ）を用いることができる。さらに金属の１以上は、Ｐｄ、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、トリウム（Ｔｈ）およびボロン（Ｂ）を用いることができる。これらはカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マンガン（Ｍｇ）およびスズ（Ｓｎ）のうち１以上を最大濃度約１０２１ｃｍ−３で含むことができる。例えばオーミック層１２は、約１〜２ナノメートルの厚さを有し接着剤として作用し得るＣｏ／Ｍｇ／Ｎｉサブ層と、２〜５ナノメートルの厚さを有し、良好なオーミックコンタクトを提供し得るパラジウムサブ層と、約１５０オングストロームの厚さを有するロジウムサブ層とを含むことができる。
一実施形態では、２以上の金属層を形成（例えば、堆積）した後にオーミック層１２をアニーリングすることができる。アニーリングによって、デルタ型の組成プロファイルを有する傾斜型のオーミック層１２を形成することができる。これに関して図３Ａおよび図３Ｂはそれぞれ、一実施形態に係るオーミック層１２（図２）を形成する第１の金属１２Ａおよび第２の金属１２Ｂのアニーリング前後の濃度を模式的に示す。図３Ａに示すように、金属層の形成後であってアニーリング前の時点では、２種類の金属１２Ａと１２Ｂとの間にはっきりした界面が存在している。しかし図３Ｂに示すようにアニーリング後の時点では、オーミック層１２内の２種類の金属１２Ａ、１２Ｂ間の相対的濃度はデルタ型の組成プロファイルを形成している。また、デルタ型の組成プロファイルは、金属の共堆積または段階的な薄層の堆積を、例えば熱蒸着、電子ビーム堆積、マグネトロンスパッタリングおよび／またはレーザビームによる堆積などを用いて行うことにより形成することができる。デルタ型の組成プロファイルの形成はさらに、４５０〜８００℃の雰囲気を有する窒素、アルゴンまたは酸素中などでアニーリングを行うことを含む。
図２に戻って、コンタクト１０はオーミック保護層１４をも含むことが示されている。オーミック保護層１４は、オーミック層１２上に直接設けられている。オーミック保護層１４はいずれの種類の材料を含んでもよく、反射層１６などの次の層がオーミック層１２に拡散することを防止する最低限の厚さを有することができる。一実施形態ではオーミック保護層１４は、数１０ナノメートルのオーダーの厚さを有する金属層である。さらにオーミック保護層１４は、対象波長における紫外線放射光に対して高い反射率を有することができる。一実施形態ではオーミック保護層１４は、対象波長における紫外線放射光に対して少なくとも約６０パーセントの反射率を有する。より特定の実施形態では、オーミック保護層はロジウムにより形成されている。しかしこれは一例に過ぎないことが理解される。これに関してオーミック保護層１４は、Ｐｔ、レニウム（Ｒｅ）、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓまたはＩｒなどの金属および／またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの酸化物により形成することができる。
一実施形態に係るオーミック保護層１４は、紫外線放射光の少なくとも一部が透過するように十分薄くなっている。その結果オーミック保護層１４は、対象波長における紫外線放射光に対して半透明かつ半反射型である。これに関してコンタクト１０は、オーミック保護層１４上に直接設けられた反射層１６を含むことができる。反射層１６は、対象波長における紫外線放射光などの放射に対して反射型である任意の種類の材料により形成することができ、最低対象放射量を反射するに十分な厚さを有するようにできる。一実施形態では反射層１６は、対象波長における紫外線放射光に対して少なくとも約８０パーセントの反射率を有する材料により形成されている。より特定の実施形態では、オーミック保護層はアルミニウム（Ａｌ）により形成されている。しかしこれは一例に過ぎないことが理解される。これに関して反射層１６は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｂｅ、Ｂ、スカンジウム（Ｓｃ）、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｅまたはこれらの合金、例えばＡｌ／Ｂｅ合金および／またはＡｌ／Ｍｇ合金などにより形成することができる。
さらにコンタクト１０は、反射層保護層１８を含むことができる。反射層保護層１８は反射層１６上に直接設けられている。反射層保護層１８は、いずれの種類の材料を含んでもよく、反射層１６と導電層２０などの次の層とが混ざることを防止する最低限の厚さを有することができる。反射層保護層１８は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｂ）、タングステン（Ｗ）、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、Ｐｔまたはこれらの合金など適した材料であれば、いずれの種類の材料により形成されてもよい。
導電層２０は反射層保護層１８上に直接設けられ得、高導電率（例えば、対応するデバイスの動作温度において、１メートル当たり少なくとも１０６シーメンス（Ｓ／ｍ）の導電率）を有する任意の種類の材料により形成された層を含むことができる。さらに導電層２０は高い熱伝導率を有することができる。例えば導電層２０は、低い硬度を有する厚膜の金属層でとすることができる。導電層２０用の金属の例は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの合金を含む。一実施形態において導電層２０は金を含む。
コンタクト１０はさらに、導電層２０上に直接設けられた誘電体接着層２２を含むことができる。誘電体接着層２２は、コンタクト１０に対する絶縁性誘電体膜（例えば、二酸化シリコン）の接着を促進可能な任意の種類の材料により形成された層を含むことができる。絶縁性誘電体膜は、例えばコンタクトパッドエリア内の１以上の領域に堆積することができる（例えば、コンタクト１０がフリップチップデバイスの一部として実装された場合）。一実施形態では誘電体接着層２２は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｚｒおよび／またはＰｄなどの金属の薄い（例えば、約３００オングストローム）層である。一実施形態では誘電体接着層２２は、少なくとも約１００オングストロームの厚さを有する。その後、誘電体接着層２２の上面の一部上に、任意の手法（例えば、堆積）を用いて絶縁性誘電体膜を形成することができる。
コンタクト１０の様々な層は任意の手法を用いて形成することができる。例えばコンタクト１０の層は、熱蒸着、電子ビーム堆積、マグネトロンスパッタリングおよび／またはレーザビームによる堆積などを用いて形成することができる。一実施形態では半導体構造体を得ることができ（例えば、成長させ）、該構造体の表面上で、設けるべき１以上のコンタクトの位置を特定する。該表面上にフォトレジストを載置することができる。フォトレジストは特定された位置に開口部を有することができる。その後、開口部にオーミック層１２およびオーミック保護層１４を任意の手法を用いて（例えば、電子ビーム堆積を用いて層１２、１４を成長させ、その後アセトンなどを用いてフォトレジストを除去することにより）形成することができる。構造体を不活性ガスで充填したチャンバ内に配置した状態で、層１２、１４に対し高速熱アニーリングを行うことができる（例えば、構造体を６００℃まで加熱し、その後毎秒約８℃の速度で冷却する）。その後、反射層１６、反射層保護層１８、導電層２０および誘電体接着層２２などの残りの層を任意の手法を用いて形成することができる（例えば、フォトレジストおよびその後の成長などを用いる）。
本明細書に記載するように、コンタクト１０は対象波長における放射を反射するように構成することができる。これに関して、本明細書に記載の例示的なコンタクトの構成における反射率をシミュレートし測定した。図４は、一実施形態による例示的なコンタクトの構成について反射係数のシミュレート値と実測値を示す。第１の構成（ケース（ａ））については、オーミック層１２およびオーミック保護層１４を含むコンタクトの反射率を、約２４０ナノメートルから４００ナノメートルの範囲の放射波長に対してシミュレートし測定した。第２の構成（ケース（ｂ））については、アニールしたオーミック層１２およびオーミック保護層１４を含むコンタクトの反射率を、同じ範囲の放射波長に対してシミュレートし測定した。最後に第３の構成（ケース（ｃ））については、図２に示す６層すべてを含むコンタクト（層１２および１４はアニールしている）の反射率を、同じ範囲の放射波長に対してシミュレートし測定した。
図示するように、各コンタクトの構成（ケースａ〜ｃ）は約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの紫外線スペクトル範囲内の波長の放射に対して少なくとも約４５パーセント（例えば、真空／コンタクト界面で測定した場合）の反射率を有する。さらに本明細書に記載するように層１２および１４をアニーリングすることにより、反射率が著しく向上した。他方、反射層１６（およびその後形成した層）を追加することにより、コンタクトの全体的に反射率が大幅に向上した。約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの紫外線スペクトル範囲内の波長の放射に対して、ケース（ｃ）のコンタクト構造の反射率は約７０パーセントと約８０パーセントの間であった。
対象波長における放射（例えば、紫外線放射光）に関してコンタクト１０の特定の実施形態を考慮すると、ニッケル／コバルト／パラジウムにより形成されるオーミック層１２は、１００オングストローム未満の総厚さと、少なくとも６０パーセントの透過率とを有する。オーミック保護層１４は、ロジウムにより形成され、２０〜５００オングストロームの範囲の厚さと、少なくとも４０パーセントの反射率とを有する。反射層１６は、アルミニウムにより形成され、少なくとも８０パーセントの反射率と、少なくとも２００ナノメートルの厚さとを有する。反射層保護層１８は、少なくとも３００オングストロームの厚さを有する。導電層２０は、熱伝導率および導電率が非常に高くて硬度が低い層であり、少なくとも５００オングストロームの厚さを有する。誘電体接着層２２は、少なくとも１００オングストロームの厚さを有する。各層について、反射率は真空／材料界面で測定している。
コンタクトの形成に先立って、半導体構造体を処理してコンタクトの１以上の態様を向上させることができる。これに関して図５は、一実施形態によるデバイス構造３０の一例の一部分を示す。デバイス構造３０は半導体３２に対するコンタクト１０Ａを含む。一実施形態では、コンタクト１０Ａの形成前に、材料３４の薄い層を半導体層３２上に堆積する。層３４は層３２のバンドギャップより狭いバンドギャップを有することができる。層３２、３４は、デバイス構造３０に対応するデバイスの１以上の対象属性に基づいて、任意の適した材料により形成することができる。一実施形態では層３２、３４は、ＩＩＩ族窒化物層などのＩＩＩ−Ｖ族半導体層である。より特定の実施形態では、層３２はＡｌＧａＮにより形成され、層３４はＧａＮにより形成されている。層３４は、約５０ナノメートル未満の厚さ、例えば数ナノメートル以下のオーダーの厚さを有することができる。さらに層３４はドープすることができる。ドーピングはｐ型でもｎ型でもよい。一実施形態では層３４を極性ドープし、これにより半導体層３２とのより良好なオーミックコンタクトが可能となる。例えば層３４は、ｎ型またはｐ型であるＧａＮを高度にドープした薄い層を含むことができ、８０パーセントを超えるガリウム含有率を有する。あるいは層３４はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮにより形成することができる。この式において、０≦ｘ、ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１である。さらに層３２は斜面を有するＧａＮ−ＡｌＧａＮ領域を含むことができる。
一実施形態では、本明細書に記載のコンタクトおよび／またはデバイスの１以上の層は横方向に不均質な構造を有することができる。これに関して、層３２は横方向に不均質であり得、これは例えば、層３４の横方向の導電特性および／または透過特性を不均質にすることができる。さらにコンタクト１０Ａは横方向に不均質なオーミック層を含むことが示されている。特にオーミック層は、複数のオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆにより形成されている。オーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆはランダムに配置されてもよいしパターニングされてもよい。半導体層３２の不均質領域上におけるオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆの配置は、例えば半導体層のパターニングおよび過剰成長および／またはオーミック層のパターニングにより、ランダムな配置としてもよいし、所定の配置としてもよい。
一実施形態ではオーミック層材料を堆積し、その後、オーミック保護層１４Ａと共にアニーリングする。これによりオーミック保護層１４Ａに埋め込まれた状態でランダムに配置したアイランド１２Ａ〜１２Ｆが形成される。あるいはオーミック保護層１４Ａの堆積前にオーミック層材料をアニーリングしてもよい。この場合、オーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆはオーミック保護層１４Ａ（または別のオーミック層）を堆積するための核生成サイトとして作用することができる。オーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆは、その下の半導体層３４とのオーミックコンタクト特性と透過特性とを有することができる。これらの一方または双方は、オーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆ間の中間領域における導電特性および透過特性とは異なる。
あるいはオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆはパターニングしてもよい。例えばオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆはフォトニック結晶を形成することができる。同様に、オーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆの下の半導体層３４もパターニングすることができる。一実施形態ではパターンの特徴的サイズはナノスケールである。オーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆおよび／または半導体層３４のパターニングにより、オーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆ間のサイズ、位置および／または相対的距離などを制御することができる。オーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆおよび／または半導体層３４は、エッチングおよび／またはマスキングなど任意の手法を用いてパターニングすることができる。一実施形態ではオーミック層は、部分的に半導体層３４に突き出している。これは例えばオーミック層の堆積中に半導体層３４を加熱することによって実現される。
一実施形態では、オーミック層の１以上の態様は、層３４とコンタクト１０Ａとの間の界面の電気特性のうち対象の電気特性のセットに基づいて構成することができる。例えばオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆをアニーリング中に形成する場合、アニーリング前に堆積するオーミック層材料の厚さは、アニーリング後のオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆ間の平均距離が、その下の半導体層３４内の電流拡散長未満か又はそれに匹敵するように、且つオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆが半導体層３４の十分な領域を覆って、信頼性があり動作が安定したオーミックコンタクト１０Ａが提供されるように選択することができる。さらにオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆの特徴的面積およびオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆ間の特徴的距離Ｄは、コンタクト１０Ａの単位面積当たりのコンタクト抵抗をオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆの特徴的面積で除算した値が、半導体層３４のシート抵抗と隣接するオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆ間の特徴的距離Ｄとを乗算し、さらに得られた積をオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆの特徴的幅で除算した値の１０乗未満となるようなものであればよい。
別の実施形態では、別のオーミック金属層、例えばパラジウム層を、オーミック保護層１４Ａではなくオーミック層と共にアニーリングする。あるいはコンタクトが、別の金属層を間に挟んだオーミックアイランドを含むことができ、該別の金属層はその下の半導体層とショットキーコンタクトを形成する。これに関して図６は、別の実施形態による例示的なデバイス構造４０の一部分を示す。デバイス構造４０は、ＩＩＩ属窒化半導体層などの半導体層４２を含み、その上にコンタクト１０Ｂが設けられている。コンタクト１０Ｂはオーミックアイランドのセット４４Ａ〜４４Ｃを含み、オーミックアイランドのセット４４Ａ〜４４Ｃ間には別のアイランドのセット４６Ａ〜４６Ｃが挟まっている。アイランドのセット４６Ａ〜４６Ｃは連続していても連続していなくてもよい。一実施形態では、アイランドのセット４４Ａ〜４４Ｃと４６Ａ〜４６Ｃとが異なる種類の金属、例えば、コバルトとニッケルにより形成されている。さらなる実施形態では、アイランドのセット４６Ａ〜４６Ｃは、チタンなどの仕事関数の低い金属を含むことができ、半導体層４２とショットキーコンタクトを形成することができる。
本明細書に記載するように、図５のオーミックアイランド１２Ａ〜１２Ｆまたは図６のオーミックアイランド４４Ａ〜４４Ｃなどのオーミックアイランドの反射特性は、オーミック保護層１４Ａまたはアイランドのセット４６Ａ〜４６Ｃなど、間に挟まった材料の層の反射特性とは異なり得る。一実施形態では、間に挟まった材料の層は、対象波長における放射（例えば、紫外線放射光）に対して高い反射率を有し得、他方、オーミックアイランドは対象波長における放射を実質的に透過するか、または吸収する。例えば間に挟まった材料の層は、対象波長における紫外線放射光に対して約６０パーセント（真空／層界面で測定した場合）よりも高い反射率を有することができる。しかし間に挟まった材料の層は、オーミック層に部分的に重なってもよく、オーミック層と合金化してもよく、オーミック層上に直接設けられてもよく、オーミック層のアイランド間にあってもよく、またはこれらの組み合わせでもよい。
上記のように、本明細書に記載のコンタクトのオーミック層は、コンタクトに対するコンタクト抵抗が適宜に低い一方で、対象波長の放射（例えば、紫外線放射光）をほとんど吸収しないように十分薄くてもよい。図７は、一実施形態によるコンタクトの、様々な波長の放射への反射率に対する、オーミック層の厚さの影響の一例を示すグラフである。この場合、オーミック層はニッケルにより形成されていた。図示するように、２００〜４００ナノメートルの範囲内のいずれかの波長の放射に対して少なくとも５０パーセントの反射率を保証するためには、オーミック層は約５０オングストローム（Ａ）の厚さを有すべきである。
本発明は一実施形態において、本明細書に記載するように設計され製造された１以上のデバイス（例えば、本明細書に記載の構成を有する１以上のコンタクト）を含む回路を設計および／または製造する方法を提供する。これに関して図８は、一実施形態による回路１２６の製造の一例を示すフロー図である。ユーザはまずデバイス設計システム１１０を用いて、本明細書に記載の半導体デバイス用のデバイス設計１１２を作成することができる。デバイス設計１１２はプログラムコードを含むことができる。デバイス製造システム１１４は該プログラムコードを用いて、デバイス設計１１２が規定する特徴にしたがって物理的デバイス１１６のセットを生成することができる。また、デバイス設計１１２は（例えば、回路で用いる入手可能なコンポーネントとして）回路設計システム１２０にも提供することができる。ユーザは回路設計システム１２０を用いて（例えば、回路に含まれる様々なデバイスに１以上の入力および出力を接続することにより）回路設計１２２を作成することができる。回路設計１２２はプログラムコードを含むことができ、該プログラムコードは、本明細書に記載するように設計されたデバイスを含む。いずれの場合も、回路設計１２２および／または１以上の物理的デバイス１１６が回路製造システム１２４に提供され、回路製造システム１２４が回路設計１２２にしたがって物理的回路１２６を生成することができる。物理的回路１２６は、本明細書に記載するように設計された１以上のデバイス１１６を含むことができる。
本発明は別の実施形態において、本明細書に記載の半導体デバイス１１６を設計するデバイス設計システム１１０および／または半導体デバイス１１６を製造するデバイス製造システム１１４を提供する。この場合、システム１１０、１１４は汎用コンピュータデバイスを含むことができ、汎用コンピュータデバイスは、本明細書に記載の半導体デバイス１１６を設計および／または製造する方法を実行するようにプログラムされている。また本発明の実施形態は、本明細書に記載するように設計および／または製造された少なくとも１つのデバイス１１６を含む回路１２６を設計する回路設計システム１２０および／または回路１２６を製造する回路製造システム１２４を提供する。この場合、システム１２０、１２４は汎用コンピュータデバイスを含むことができ、汎用コンピュータデバイスは、本明細書に記載の少なくとも１つの半導体デバイス１１６を含む回路１２６を設計および／または製造する方法を実行するようにプログラムされている。
本発明はさらに別の実施形態において、少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能な媒体に固定されたコンピュータプログラムを提供する。該コンピュータプログラムは、実行されると、本明細書に記載の半導体デバイスを設計および／または製造する方法をコンピュータシステムが実行することを可能にする。例えば、コンピュータプログラムは、本明細書に記載のデバイス設計１１２をデバイス設計システム１１０が作成することを可能にする。これに関して、コンピュータ読み取り可能な媒体はプログラムコードを含み、該プログラムコードは、コンピュータシステムによって実行されると、本明細書に記載のプロセスの一部または全部を実行する。用語「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、プログラムコードの保存コピーが認識され得る、再生され得る、またはコンピュータデバイスによって通信され得る元である有体の表現媒体であって、現在公知の又は将来開発される任意の種類の１以上の有体の表現媒体を含む。
本発明は別の実施形態において、プログラムコードのコピーを供給する方法を提供する。プログラムコードは、コンピュータシステムによって実行されると、本明細書に記載のプロセスの一部または全部を実行する。この場合、コンピュータシステムはプログラムコードのコピーを加工して、１以上の特徴を有するデータ信号セットを生成し、第２の異なるロケーションで受信できるように送信することができる。該１以上の特徴は、データ信号セット内のプログラムコードのコピーをエンコードするように設定および／または変更されている。また本発明の一実施形態は、本明細書に記載のプロセスの一部または全部を実行するプログラムコードのコピーを取得する方法を提供する。該方法は、本明細書に記載のデータ信号セットを受信し、且つこれを翻訳して少なくとも１つのコンピュータ読みとり可能な媒体に固定されたコンピュータプログラムのコピーとするコンピュータシステムを含む。いずれの場合もデータ信号セットは、何らかの種類の通信リンクを用いて送信／受信することができる。
本発明はさらに別の実施形態において、本明細書に記載の半導体デバイスを設計するデバイス設計システム１１０および／または半導体デバイス製造するデバイス製造システム１１４を生成する方法を提供する。この場合、コンピュータシステムを取得し得（例えば、作成、維持、入手など）、本明細書に記載のプロセスを実行する１以上のコンポーネントを取得し得（例えば、作成、購入、使用、変更など）、これをコンピュータシステムに配置することができる。これに関して上記配置は、（１）コンピュータデバイスにプログラムコードをインストールすること、（２）コンピュータシステムに１以上のコンピュータデバイスおよび／またはＩ／Ｏデバイスを追加すること、および／または（３）コンピュータシステムを組み込みおよび／または変更して、コンピュータシステムが本明細書に記載のプロセスを実行できるようにすること、などのうち１以上を含むことができる。
本発明の様々な態様についての上記記載は、例示および説明のためだけに提示した。本発明は上記に開示した詳細な形態に限られるものではなく、多くの変更および改変が可能であることは明らかである。当業者に明らかであり得る変更および改変は、請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に含まれる。
Claims (21)
- 対象波長における放射に対して透明であるオーミック層と、
前記オーミック層上に設けられた反射層と、
を備えたコンタクトであって、
前記オーミック層は、半導体層と接触する複数のアイランドを含み、前記複数のアイランド間の平均距離は、前記コンタクトに隣接する前記半導体層の電流拡散長よりも小さく、
前記反射層が、前記対象波長における放射に対して少なくとも約８０パーセントの反射率を有し、
前記対象波長が約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの範囲内である、コンタクト。 - 前記オーミック層と前記反射層との間に設けられたオーミック保護層をさらに備え、前記オーミック保護層が前記反射層の前記オーミック層への拡散を防止するように構成されている、請求項１に記載のコンタクト。
- 前記オーミック保護層がロジウムを含む、請求項２に記載のコンタクト。
- 前記反射層上に設けられた導電層をさらに備え、前記導電層が高導電率を有する材料により形成されている、請求項１に記載のコンタクト。
- 前記反射層と前記導電層との間に設けられた反射層保護層をさらに備え、前記反射層保護層が前記導電層の前記反射層への拡散を防止するように構成されている、請求項４に記載のコンタクト。
- 前記導電層上に設けられた誘電体接着層をさらに備え、前記誘電体接着層が、前記コンタクトに対する絶縁性誘電体膜の接着を促進させるように構成されている、請求項４に記載のコンタクト。
- 前記オーミック層が少なくとも２種類の金属により形成されている、請求項１に記載のコンタクト。
- 前記オーミック層が、デルタ型の組成プロファイルを有する、請求項７に記載のコンタクト。
- 第１の半導体層と、
前記第１の半導体層に対するコンタクトであって、
対象波長における放射に対して透明なオーミック層と、
前記オーミック層上に設けられた反射層と、
を備え、
前記オーミック層は、前記第１半導体層と接触する複数のアイランドを含み、前記複数のアイランド間の平均距離は、前記オーミック層に直接隣接する前記第１半導体層の電流拡散長よりも小さく、
前記反射層が、前記対象波長における放射に対して少なくとも約８０パーセントの反射率を有し、前記対象波長が約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの範囲内である、コンタクトと、
を備えたデバイス。 - 前記オーミック層と前記反射層との間に設けられたオーミック保護層をさらに備え、前記オーミック保護層が前記反射層の前記オーミック層への拡散を防止するように構成されている、請求項９に記載のデバイス。
- 前記反射層上に設けられた導電層をさらに備え、前記導電層が高導電率を有する材料により形成されている、請求項９に記載のデバイス。
- 前記オーミック層が部分的に前記第１の半導体層に突き出している、請求項９に記載のデバイス。
- 前記オーミック層が、前記コンタクトの下に直接設けられている前記第１の半導体層の一部分のみを覆っている、請求項９に記載のデバイス。
- 前記オーミック層が、第１の金属の第１のサブ層と、前記第１の金属とは異なる第２の金属の第２のサブ層とにより形成されている、請求項９に記載のデバイス。
- 前記第１の半導体層と前記コンタクトとの間に設けられた第２の半導体層をさらに備え、前記第２の半導体層が前記第１の半導体層のバンドギャップよりも狭いバンドギャップを有し、約５０ナノメートル未満の厚さを有する、請求項９に記載のデバイス。
- 前記第１および第２の半導体層がＩＩＩ族窒化物材料により形成され、前記第２の半導体層が少なくとも８０パーセントのガリウム含有率を有する、請求項１５に記載のデバイス。
- 前記コンタクトの下の前記半導体層の表面がパターニングされ、前記パターニングのパターンがナノスケールの特徴的サイズを有する、請求項９に記載のデバイス。
- 前記第１の半導体層が、横方向に不均質な導電率および横方向に不均質な反射率のうち少なくとも１つを有する、請求項９に記載のデバイス。
- 第１のＩＩＩ族窒化物半導体層と、
前記第１の半導体層上に設けられた第２のＩＩＩ族窒化物半導体層であって、前記第１の半導体層のバンドギャップよりも狭いバンドギャップを有し、かつ約５０ナノメートル未満の厚さを有する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に設けられたコンタクトであって、
対象波長における放射に対して透明なオーミック層と、
前記オーミック層上に設けられた反射層と、
を備え、
前記オーミック層は、前記第２半導体層と接触する複数のアイランドを含み、前記複数のアイランドの平均距離は、前記第２の半導体層の電流拡散長よりも小さく、
前記反射層が、前記対象波長における放射に対して少なくとも約８０パーセントの反射率を有し、前記対象波長が約２６０ナノメートルから約３６０ナノメートルの範囲内である、コンタクトと、
を備えたデバイス。 - 前記コンタクトが、前記反射層上に設けられた導電層をさらに含み、前記導電層が高導電率を有する材料により形成されている、請求項１９に記載のデバイス。
- 深紫外発光ダイオードとして動作するように構成された、請求項１９に記載のデバイス。
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