水素吸蔵金属とGaN半導体の接合界面における水素の挙動

GaN半導体は、青色レーザーダイオード(LD)用材料として期待されている。十分な寿命を示すLDの作製における問題の一つとして、p型GaNに対する10^<-4>Ω・cm^2以下の接触抵抗値を示すオーミック・コンタクト材の開発が挙げられる。これまでの研究において、我々はp型GaNに対するオーミック・コンタクト材の開発を行い、目標値を下回る3×10^<-5>Ω・cm^2を示すTa/Tiコンタクト材を得てきた。しかし、このコンタクト材を室温大気中で保持すると抵抗値が上昇する劣化現象が確認されている。Ta/Tiコンタクト材の低抵抗形成機構および劣化機構については、p型GaN層中のアクセプターであるMgの不活性化の原因と考えられる水素の拡散挙動に起因すると考えられたが、水素の拡散挙動のみではTa/Tiコンタクト材がTaもしくはTi単層コンタクト材に比べ抵抗値が低いことは説明できない。このように、Ta/Tiコンタクト材の低抵抗形成機構および劣化機構については議論の余地が残る。そこで、本研究では、GaNと反応するTa/Ti、Ta、Ti、また、GaNと反応しにくいと考えられるTaNおよびTiN窒化物コンタクト材において、接触抵抗値および劣化速度と反応生成物との関連を調べ、低抵抗形成機構および劣化機構の原因を探索することを目的とした。各Ta/Ti、Ta、Ti、TaNおよびTiNコンタクト材における熱処理後のコンタクト抵抗を反映する抵抗値、R_0値およびR_0の劣化速度と反応生成物の対応を調べた。Ta/Ti、TaおよびTiコンタクト材は、熱処理によりGaNと反応し、窒化物およびGa化合物が形成され、またTa/Tiコンタクト材のみに配向性のある生成物が確認された。TaNおよびTiNコンタクト材においては、期待されるように800℃においてもGaNとの反応は見られず、反応生成物は確認されなかった。これらのコンタクト材の中で最も低いR_0値を示し、劣化速度が最も遅いTa/Tiコンタクト材においてのみ、GaNと反応により形成されたGaN(0001)面に配向した生成物が確認された。一方、高いR_0値を示し、劣化速度が速いTaNおよびTiN窒化物コンタクト材はGaNとの反応は確認されず、TaおよびTiコンタクト材はGaNと反応するものの、比較的R_0値が大きく、劣化速度が大きい。従って、コンタクト材/GaN界面近傍に生成される化合物が低抵抗形成機構および劣化機構に関連があると考えられる。今後はTa/Tiコンタクト材の低抵抗形成機構および劣化機構に関連があると考えられる配向性のある生成物の同定を透過型電子顕微鏡を用いて行なう。

GaN半導体は、青色レーザーダイオード(LD)用材料として期待されている。十分な寿命を示すLDの作製における問題の一つとして、p型GaNに対する10^<-4>Ω・cm^2以下の接触抵抗値を示すオーミック・コンタクト材の開発が挙げられる。これまでの研究において、我々はp型GaNに対するオーミック・コンタクト材の開発を行い、目標値を下回る3×10^<-5>Ω・cm^2を示すTa/Tiコンタクト材を得てきた。しかし、このコンタクト材を室温大気中で保持すると抵抗値が上昇する劣化現象が確認されている。Ta/Tiコンタクト材の低抵抗形成機構および劣化機構については、p型GaN層中のアクセプターであるMgの不活性化の原因と考えられる水素の拡散挙動に起因すると考えられたが、水素の拡散挙動のみではTa/Tiコンタクト材がTaもしくはTi単層コンタクト材に比べ抵抗値が低いことは説明できない。このように、Ta/Tiコンタクト材の低抵抗形成機構および劣化機構については議論の余地が残る。そこで、本研究では、GaNと反応するTa/Ti、Ta、Ti、また、GaNと反応しにくいと考えられるTaNおよびTiN窒化物コンタクト材において、接触抵抗値および劣化速度と反応生成物との関連を調べ、低抵抗形成機構および劣化機構の原因を探索することを目的とした。各Ta/Ti、Ta、Ti、TaNおよびTiNコンタクト材における熱処理後のコンタクト抵抗を反映する抵抗値、R_0値およびR_0の劣化速度と反応生成物の対応を調べた。Ta/Ti、TaおよびTiコンタクト材は、熱処理によりGaNと反応し、窒化物およびGa化合物が形成され、またTa/Tiコンタクト材のみに配向性のある生成物が確認された。TaNおよびTiNコンタクト材においては、期待されるように800℃においてもGaNとの反応は見られず、反応生成物は確認されなかった。これらのコンタクト材の中で最も低いR_0値を示し、劣化速度が最も遅いTa/Tiコンタクト材においてのみ、GaNと反応により形成されたGaN(0001)面に配向した生成物が確認された。一方、高いR_0値を示し、劣化速度が速いTaNおよびTiN窒化物コンタクト材はGaNとの反応は確認されず、TaおよびTiコンタクト材はGaNと反応するものの、比較的R_0値が大きく、劣化速度が大きい。従って、コンタクト材/GaN界面近傍に生成される化合物が低抵抗形成機構および劣化機構に関連があると考えられる。今後はTa/Tiコンタクト材の低抵抗形成機構および劣化機構に関連があると考えられる配向性のある生成物の同定を透過型電子顕微鏡を用いて行なう。