CN103283003B - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明对于n型III族氮化物半导体获得良好的欧姆结合。在图1（b）中，在剥离层（21）上，依次成膜n型GaN层（11）、p型GaN层（13）、即进行生长工序。如图1（c）所示，在p型GaN层（13）的表面上面形成p侧电极（14）。如图1（d）所示，经由金属帽（31）在整个上面形成铜块（32）。之后，通过化学性处理去除剥离层（21），即进行剥离工序。接下来，对这个面上暴露出的n型GaN层（11）和p型GaN层（12）的层积构造进行了异方性湿式蚀刻，即进行表面蚀刻工序。如图1（f）所示，上述蚀刻后的N极性面其表面形状由{10-1-1}面群所构成的凹凸构成。其次，如图1（g）所示，在此状态的n型GaN层（11）的下面，形成n侧电极（电极）（12），即进行电极形成工序。

Description

半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种使用外延生长形成的III族氮化物半导体的半导体装置的构造及其制造方法。
技术背景
GaN所代表的III族氮化物半导体因其带隙较宽，作为蓝色、绿色等发光二极管(LED)、镭射二极管(LD)等发光器件、功率器件的材料而被广泛使用。就半导体材料的代表硅而言，一般使用切取自大口径大块晶体而得到的大口径晶片。对此，就此化合物半导体而言，取得大口径(例如直径4厘米以上)的大块晶体是件非常困难的事情。因此，在制造使用了此种化合物半导体的半导体装置时，一般会使用在与此不同的材料所构成的基板上，使此化合物半导体发生异质外延生长的晶片。而且，构成LED、LD的pn结合、异质结合也是再在其上面进行外延生长来获得。
例如，蓝宝石等作为可以促成GaN单结晶生长的外延生长用基板材料而为人们所知。蓝宝石相对容易获得大孔径的大块单结晶，而且通过适当选择其面方位，可以在其单结晶所构成的基板上促成GaN发生异质外延生长。通过此过程，就可以得到大口径的GaN单结晶所形成的晶片。
在此，通过在蓝宝石基板上形成p型GaN层和n型GaN层而形成pn结合，但是，一般而言，获得优质的p型GaN层比获得n型GaN层更困难。因此，通常在此构成上，依次通过外延生长在蓝宝石基板上形成厚的n型GaN层，而在n型GaN层上形成薄的p型GaN层。就此构成而言，因为构成基板的蓝宝石为绝缘性，与p型GaN层、n型GaN层发生电流接触时，经常都要从上侧(与基板相反的一侧)取出。因为蓝宝石是透明的，在发光器件上，可从下侧取出发光(倒桩芯片结构)。
图9为此结构的发光器件制造工序的简化示意图。在此制造方法中，首先如图9(a)所示，在蓝宝石基板91上依次形成了n型GaN层92、p型GaN层93。并且，实际上，在n型GaN层92与蓝宝石基板91之间，通常形成缓冲层，用来提高n型GaN层92的结晶性，但在此处省略了此记载。其后，如图9(b)所示，通过将此表面进行部分蚀刻，形成暴露出n型GaN层92的区域，在此部分形成n侧电极94，在p型GaN层93的表面形成p侧电极95。
关于此结构的电极材料构成，例如在专利文献1中有记载。在此文献中记载如下：在n侧电极94处，尤其作为与n型GaN层92接触的一层，通过焊溅形成了Cr或Cr合金，在其上面，经由Ti形成了Au层，此构造对于n型GaN层92拥有良好的欧姆接触特性。而且在专利文献2中也有记载：Ti和Al的合金对于n型GaN层92拥有良好的欧姆接触特性。即是说，将此结构的电极连接在n型GaN层92上，就可以降低电极电阻，得到拥有良好发光特性的发光器件。
在图9的结构中，发光从下侧取出，但在图9(b)中的右侧，在上侧，n型GaN层92暴露出的区域完全不对发光做贡献。因此，作为拥有更高发光效率的形态，要撤除作为生长用基板的蓝宝石基板，也使用了在n型GaN层的里侧形成n侧电极的结构。图10为此结构的发光器件制造方法的简化示意图。
在此制造方法中，首先如图10(a)所示，在蓝宝石基板91上，经由剥离层96依次形成n型GaN层92、p型GaN层93。之后，如图10(b)所示，通过化学性处理(化学剥离)、激光照射(激光剥离)来去除剥离层96。由此，将蓝宝石基板91与n型GaN层92相分离，暴露出n型GaN层92的下面。由此，如图10(c)所示，可分别在n型GaN层92下面的一部分形成n侧电极94，以及在p型GaN层93上面处形成p侧电极95。在此结构中，与图9的结构相比，可扩大实质性的发光面积，因此，得到了更高的发光效率。而且，不需要从p型GaN层93的上面一侧取出光来，所以，也可以扩大对光不透明的p侧电极95的面积，在p型GaN层93的表面广范围内形成p侧电极95。一般而言，p型GaN层93的电阻率相比n型GaN层92要高，所以，扩大p侧电极95的面积对于降低电极部分的电阻是有效的。并且，如果使用对发光波长反射率较高的材料作为与p型GaN层接触的p型欧姆电极，就会将发光层的光反射到对抗面一侧，可得到更高的发光效率。
专利文献1：日本专利特开2005-197670号公报
专利文献2：日本专利特开平7-45867号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，与硅等IV族半导体不同，作为化合物半导体的GaN，由2种元素构成。因此，在其结晶结构上有方向性，或是存在拥有极性的结晶面。例如，拥有纤维锌矿型构造的GaN的{0001}面就是所谓极性面，仅由Ga原子构成的(0001)Ga极性面与仅由N(氮)原子构成的(000-1)N(氮)极性面这两种按照不同的方向而形成。在GaN单结晶上，假设上侧一面为此(0001)Ga极性面，以下表记为Ga极性面或Ga-Polar，与上侧一面平行的下侧一面就必然是(000-1)N极性面，以下表记为氮极性面或N-Polar。这两种面的构成元素完全不同，因此，其性质也相差很大。所以，在如图9、图10所示的构成中，n型GaN层92的上面为Ga极性面时，其下面就成为氮极性面。在这种情况下，n型电极形成于n型GaN层上面的情况与形成于下面的情况，其化学反应性、电流特性等都不相同。
实际上，在蓝宝石基板上促成n型GaN层发生异质外延生长时，通常使用c轴方向的(0001)面方位的蓝宝石基板。再者，蓝宝石的结晶结构是菱面体晶系，但通常标记为近似的六方晶系。在此情况下，一般而言，在图9、10中n型GaN层92的上面为(0001)Ga极性面，下面为(000-1)N极性面。
与此相对，关于专利文献1、2中所记载的n侧电极，均如图9所示，仅对形成于蓝宝石基板91上的n型GaN层92的上面(与蓝宝石基板91相反一侧的面：Ga极性面)表示出有效性。关于这一点，发明者进行了讨论，对于如图10所示的n型GaN层92的下面(氮极性面)，本发明者们确认，专利文献1中所记载的n型层用的电极没有欧姆特性，专利文献2中所记载的n型层用的电极高电阻，没有耐热性。
因此，在形成于外延生长用基板上的n型III族氮化物半导体层的外延生长用基板一侧的一面，很难得到有良好特性的电极。即是说，在实际应用的半导体装置中，对于n型III族氮化物半导体，有时无法获得良好的欧姆结合。
本发明鉴于这些问题点而提出，目的在于提供一种解决上述问题点的发明。
解决课题的手段
本发明为解决上述问题，而提出以下结构。
本发明半导体装置，具备n型III族氮化物半导体层和与此n型III族氮化物半导体层表面形成欧姆接触的电极，其特征为，所述表面为半极性面。此外，半极性面由{10-1-1}面群构成。
本发明半导体装置，其特征为，所述表面通过将n型III族氮化物半导体的(000-1)N极性面进行异方性化学蚀刻而形成，所述n型III族氮化物半导体装置的表面具备由所述半极性面构成的凹凸。
本发明半导体装置，其特征为，所述n型III族氮化物半导体层为通过外延生长而形成于蓝宝石基板上的单结晶，
所述(000-1)N极性面为外延生长后通过分离所述n型III族氮化物半导体层和所述蓝宝石基板而得到的所述蓝宝石基板一侧的面。
本发明半导体装置，其特征为，所述电极在所述n型III族氮化物半导体层的半极性面具备按照钛(Ti)、镍(Ni)、金(Au)的顺序层积而成的结构。
本发明半导体装置，其特征为，使电流从所述电极向与所述表面的主面垂直的方向上通流从而进行工作。
本发明半导体装置，其特征为，在所述n型III族氮化物半导体层上的一边的主面一侧，所述电极形成于由半极性面构成的表面上，且与所述电极连结的其他电极形成于所述n型III族氮化物半导体层上的另一边的主面(0001)III族极性面一侧。
本发明半导体装置，其特征为，所述其他电极形成于在所述III族氮化物半导体上的另一边的主面一侧形成的凹槽构造的底面。
本发明的半导体装置，其特征为，所述其他电极在(0001)III族极性面上具备铬(Cr)、镍(Ni)、金(Au)依次层积而成的结构。
本发明的半导体装置的制造方法，其使用n型III族氮化物半导体层，其特征为具备：
生长工序，使得所述n型III族氮化物半导体层在生长用基板上外延生长；
剥离工序，分离所述n型III族氮化物半导体层与所述生长用基板，使得位于所述n型III族氮化物半导体层上的所述生长用基板一侧的面暴露出来；
表面蚀刻工序，对于位于所述n型III族氮化物半导体层上的所述生长用基板一侧的面实施异方性化学蚀刻，从而在位于所述n型III族氮化物半导体层上的所述生长用基板一侧的面，形成半极性面暴露出来的表面；
以及电极形成工序，在所述表面上形成电极。
本发明的半导体装置的制造方法，其特征为，所述表面蚀刻工序中的异方性蚀刻为使用碱性溶液的湿式蚀刻。
本发明的半导体装置的制造方法，其特征为，在所述生长工序中，所述n型III族氮化物半导体层经由剥离层形成于所述生长用基板上；在所述剥离工序中，通过选择性地对所述剥离层进行蚀刻，分离所述n型III族氮化物半导体层和所述生长用基板。
发明效果
本发明如上述构成，因此，在生长用基板一侧的一面，对于n型III族氮化物半导体，也可以得到良好的欧姆结合。
附图说明
[图1]表示本发明实施形态所涉及的半导体装置制造方法的工序剖面图。
[图2]对于极性面进行异方性蚀刻后的GaN表面的SEM照片，在此，a为Ga极性面，b为N极性面。
[图3]表示本发明实施形态所涉及的半导体装置制造方法变形例子的各个工序中(其1)的上面图(上侧)、剖面图(下侧)。
[图4]表示本发明实施形态所涉及的半导体装置制造方法变形例子的各个工序(其2)的上面图(上侧)、剖面图(下侧)。
[图5]表示本发明实施形态所涉及的半导体装置制造方法变形例子的各个工序(其3)的上面图(上侧)、剖面图(下侧)。
[图6]变形例子中n侧第1电极与n侧第2电极构成的例子。
[图7]实施例子中表面异方性蚀刻后形状的SEM照片。
[图8]Ga极性面、N极性面以及半极性面上形成的Cr/Ni/Au电极的电流-电压特性的热处理温度依存性((a)As-掺杂(depo.)状态、(b)250℃下的热处理后、(c)400℃下的热处理后)以及电极为Ti/Ni/Au时的电流-电压特性的热处理温度依存性((d)As-depo.状态、(e)250℃下的热处理后、(f)400℃下的热处理后)。
[图9]以往的发光器件的一种制造方法例子的简化示意图。
[图10]以往的发明器件的另一种制造方法例子的简化示意图。
实施方式
以下，就本发明实施形态所涉及的半导体装置进行说明。在此半导体装置中，至少在n型III族氮化物半导体的半极性面形成了电极。
在这里，就极性(Polar)面与无极性(Non-polar)面以及半极性(Semi-polar)面进行简单的说明。氮化物半导体单结晶采取了纤维锌型六方晶系的结构，在c轴方向，采取了III族元素面与氮元素面相互层积的形态。结合拥有若干离子性，因此，发生自发分极的同时，如果加上形变，就会加上压电分极。所以，在(0001)III族面与(000-1)N(氮)面，分极的状态就会不同。另一方面，在与c轴平行的面上，暴露出表面的元素中III族元素、氮元素均为1:1的比率，因此分极被消除，成为表面上没有极性的所谓无极性面。m面{10-10}、a面{11-20}就相当于此。相对于c轴(c面)倾斜形成角度的面为半极性面，例如{11-12}面、{20-21}面、{0-1-3}面、{10-1-1}面等相当于此。
并且，为了方便，将(0001)III族极性面表记为Ga极性面，即便表记为Ga极性面，表面也不限于Ga，也可以是包含Al、In等的面。
如后述的实施例子中所确认的那样，通过把形成电极的面做成半极性面，可以改善欧姆特性。该理由可考虑如下。接触电阻与位于电极与半导体层界面的半导体的带状结构弯曲相关联。此带状结构弯曲显然与半导体表面的极性有很大的关联。因此，在选择某1种电极材料的情况下，会产生仅在一方的极性面获得欧姆特性或在对于任一极性面都不能获得欧姆特性的现象。与极性面相比，半极性面对于电极材料的选择性不同，有时在与其他极性面不同的金属构成下可获得良好的欧姆特性。
另一方面，一般而言，通过基板上发生的异质外延生长，形成III族氮化物半导体，获得良好的特性。就此观点而言，不能自由地选择其生长面。现在，为了降低分极的影响，虽然无极性面(10-10)面(m面)、(20-21)半极性面等处的外延技术的开发也在进行中，但结晶性等还存在课题，一般使用(0001)c面。于是，在本实施形态之下，做出如下说明，为了在生长的III族氮化物半导体上得到良好的特性，以生长面自身作为极性面，但强制性地使得半极性面暴露出来，从而使电极与半极性面直接接触。
图1是表示此半导体装置制造方法的工序剖面图。在此半导体装置10上，与图10的例子相同，通过异质外延生长在蓝宝石基板(生长用基板)20上形成了n型GaN层11，在去除蓝宝石基板20一侧的n型GaN层11的表面进行异方性蚀刻，从而强制性地将其作为半极性面，与其表面相接形成n侧电极(电极)12。形成n侧电极12的面由半极性面构成，但并不意味着此面自身为平面，也不意味这个平面成为了半极性面。而是指这个面不是平面，是由细小的凹凸构成，构成这些凹凸的微小表面才是半极性面。
在图1(a)中，在作为生长用基板的蓝宝石基板20上，举例来说，通过溅射法、真空蒸镀法等形成了膜厚为20nm左右的金属铬(Cr)来作为剥离层21。作为蓝宝石基板20而言，为了在其上得到单结晶的GaN，特别优选使用以类六方晶构造的c面为主面的单结晶。而且，生长用基板、剥离层不限于上述情况，例如，也可以使用AlN模板等基板来作为生长用基板。
此后，如日本专利特开2009-54888号公报中所记录的那样，在此状态下，可以进行如在氨气环境下采取1040℃以上的高温的氮化处理。通过这些方法，剥离层21表面附近发生氮化，成了氮化铬层。可通过调整Cr的成膜膜厚、处理时间、温度等来设定Cr氮化铬层的厚度。
然后，在图1(b)中，如日本专利特开2009-54888号公报中所记录的那样，在剥离层21上进行生长工序，依次形成n型GaN层11、p型GaN层13。而且，在这里省略了发光层，但单量子阱、多量子阱结构等层位于n型层、p型层之间。并且，n型层、p型层并不限定于GaN，也可以是AlxInyGazN(x+y+z＝1)等。例如，使用MOCVD法、MBE法来完成此成膜，n型GaN层11和p型GaN层13中分别掺杂了成为供体的杂质和成为受体的杂质。如如日本专利特开2009-54888号公报中所记录的那样，在氮化铬层上，可以促使结晶缺陷少的n型GaN层11以及p型GaN层13生长。在这里，一般而言，在蓝宝石基板20的c面上，在[0001]Ga方位生长。也就是说，n型GaN层11的表面(上面)或在生长于其上的p型GaN层12的表面(上面)成为(0001)Ga面。并且，与生长用基板相接的一侧成为(000-1)N极性面。
接下来，如图1(c)所示，在p型GaN层13的表面上面形成p侧电极14。例如，作为p侧电极14可以使用Ag。然后，使用光刻法、蚀刻法等将p侧电极14图形化(patterning)。而且，也可以使用剥离法来完成p侧电极的图形化(patterning)。Ag可以相对于p型GaN层(Ga极性面)形成良好的欧姆接触，同时，尤其在可视光区域的反射率很高，可达到85％以上，所以如图11(g)所示，在发光面一侧，反射来自发光层的光，有助于发光器件的高效率化。
接下来，如图1(d)所示，经由金属帽31，将例如铜块32连接到整个上面，作为接下来进行的剥离工序之后的支撑构造部。可以使用例如Ni/Au作为金属帽31。支撑构造部可以通过干镀、湿镀或是与金属帽之间使用结合构件通过结合法来形成。并且，支撑构造部的材质可以是金属、合金、有导电性的半导体。
之后，通过化学性处理去除剥离层21(剥离工序)。通过选择湿式蚀刻处理，可以不对n型GaN层11、p型层13、支撑构造部造成影响，如图1(e)所示，仅选择性地去除剥离层21。此工序与日本专利特开2009-54888号公报等所记载的作为化学剥离而为人们所知的工序一样。通过此工序，n型GaN层11的下面暴露出来。这个面成为与n型GaN层11的上面相反的(000-1)N极性面。
接下来，对于此面暴露出来的n型GaN层11和p型GaN层12的积层构造进行异方性湿式蚀刻，即进行表面蚀刻工序。在这里，所谓的异方性湿式蚀刻指的是将表面均匀地蚀刻，与那些以去除剥离层或表面净化为目的的蚀刻不同。在本发明中，对于极性面进行蚀刻而使得半极性面露出就是异方性蚀刻。也就是说，在本发明中，半极性面就是可以通过蚀刻极性面而构成表面的面。例如，{10-1-1}面群。
在此异方性湿式蚀刻中，可以使用碱性的蚀刻液，例如氢氧化钾(KOH)溶液、氢氧化钠(NaOH)溶液或者二者的混合碱性溶液。可以使用水(H2O)、乙二醇作为溶剂。此时，因OH-离子氧化GaN、AlGaN的III族原子(Ga、Al)而引起蚀刻。尤其是GaN的情况下，在Ga极性面的一侧，在Ga原子下存在三个氮原子，所以OH-离子无法使Ga氧化。另一方面，在氮极性面一侧，在Ga原子下只存在一个氮原子，所以OH-可以使Ga原子发生氧化。使用像这样的强碱性蚀刻液，在加温等适当的条件下，进行异方性湿式蚀刻处理，从而可选择性地对下面即氮极性面((000-1)N面))进行蚀刻，其表面会形成拥有反映六方晶的六角形底面的许多六角锥状的凸部。而且，基于上述理由，像这样的异方性蚀刻发生在氮极性面，Ga极性面基本上不会发生蚀刻。在这种蚀刻中，在Ga极性面，当存在位错时，可观察为六角锤状的坑。
此蚀刻后形态的电子显微镜(SEM)照片如图2(a：Ga极性面、b：氮极性面)所示。如图2(a)所示，六角锤形状在(000-1)面有六角形的底面，出现了相对于底面形成62°角的6个{10-1-1}面群。通过SEM观察来进行形状观察，来求得相对底面的侧面角度，就可以判断其是否为(10-1-1)面。例如，在[10-10]方向观察器件剖面的情况下，n型GaN层11和n侧电极(电极)12的界面在n型GaN层11一侧为角度约为62°的锯齿状。如图1(f)、图2(b)所示，上述蚀刻后，其表面形状由6个{10-1-1}面群所构成的凹凸构成。
而且，与平坦的氮极性面相比，因为由半极性面{10-1-1}面群构成，所以不计凹凸的大小，实效表面积约为其2倍。由此，即便平面方向的电极尺寸相同，因为与n型电极的实效接触面积增加了，对降低接触电阻值也有效果。至于凹凸的大小，可以根据蚀刻液的浓度、温度、时间条件等来控制，所以，可优选设置为不仅降低上述接触电阻值，还要适于使用斯奈尔法则来提高光取出效率的大小。例如，六角锤形状的高度为0.3～4.5μm的凹凸。
接下来，如图1(g)所示，在此状态的n型GaN层11的下面即异方性蚀刻后的半极性面，进行电极形成工序，形成例如Ti/Ni/Au，即按照Ti、Ni、Au的顺序来积层的结构来作为n侧电极(电极)12。此形成过程优选使用如溅射法、真空蒸镀法等。其成膜方法、图形化方法与p侧电极14相同。n型GaN层11的表面由如前所述的半极性面构成，所以，n侧电极12与n型GaN层11之间的欧姆性良好，可降低接触电阻。
一般来说，p型GaN层13的电阻率比n型GaN层11的电阻率高。所以，在上述半导体装置的动作中，如图1所示，增大p侧电极14的面积，减小n侧电极11的面积，这种构成在降低电极电阻的影响这一方面较为理想。在这种情况下，不从p侧电极14一侧取出发光，既在p侧电极使其反射，而从小面积的n侧电极12一侧处取出发光，从而可以得到电极电阻小、发光效率高的发光二极管即发光器件。在这种情况下，在小面积的n侧电极12一侧，可降低电阻的上述结构极为有效。
在图1所示的制造方法中，使得由n型层和p型层构成的半导体层在生长用基板上依次生长后，去除此生长用基板。采取这种工序的理由是，在p型层和n型层的积层结构形成之后，从此半导体层的不同面侧分别取出p侧电极和n侧电极。如果此半导体装置是利用了此pn结合的发光二极管或激光二极管，通过这种结构，电极电阻就会降低，理论上可以得到顺向电阻低、较高的发光效率。这种构成不限于发光二极管、激光二极管，显然对于在与此半导体层的主面垂直的方向上通过电流而操作的整个半导体装置都有效。而且，在n型层与p型层之间形成了其他层的情况也一样。然而，在现实中存在过这样的课题，在n型层的氮极性暴露面无法形成良好的欧姆接触。但是，通过强制性的异方性蚀刻，使得暴露面转化为半极性面，从而解决了欧姆接触的问题。
并且，根据上述制造方法，在n侧电极12与n型GaN层11接触的面形成了许多凹凸，所以，实质性的接触面积变大了。显然据此可以降低接触电阻，同时根据所谓的锚定效应，通过凹凸可以提高它们之间的密合性。
而且，如非专利文献1：I.Schnitzer等、Appl.Phys.Lett.63(1993)2174.30％externAlquantumefficiencyfromsurfacetextured,thin-filmlight-emittingdiodes.所示，在发光二极管上，在发光面形成凹凸更提高光取出的效率。根据上述制造方法，凹凸形成后，在凹凸表面的一部分形成n侧电极的话，工序简单，同时也可得到此效果。
并且，在上述剥离工序中，虽然使用的是化学剥离，但只要可形成同样的构造，也可以使用其他的方法。例如，可以使用激光剥离来代替化学剥离。
而且，在上述例子中，虽然有关于使用GaN作为III族氮化物半导体的记载，但涉及极性的结晶构造，尤其是(000-1)N面的构成和半极性面的形成，其他的III族氮化物半导体，如AlGaN、AlInGaN等也一样。因此，上述构造、制造方法显然对这些也同样有效。并且，形成电极的III氮化物半导体的III族元素优选包含Ga，更加优选Ga含量在30％以上。而且，在上述例子中，在构成电极的面上形成了凹凸，虽然以构成此凹凸的微小表面为半极性面，但在构成电极的面整体成为半极性面的平面上所构成的情况下，比如在半极性面物理性切断GaN结晶的情况等，显然上述构成的电极也是有效的。
接下来，就上述半导体装置或其制造方法的变形例子进行说明。在此变形例子中，将n侧电极分为n侧第1电极和n侧第2电极两种，后者与上述情况是同样的构成。此n侧第2电极(电极)与上述相同，在n型GaN层一方的主面一侧，形成于半极性面构成的表面上。另一方面，n侧第1电极(另一电极)形成于n型GaN层的另一方的主面一侧。尤其是n侧第1电极形成于此另一边的主面一侧所形成的凹槽构造的底面。通过此n侧第2电极和n侧第1电极，可以从n型GaN层的两个主面一侧相对n型GaN层进行欧姆连接。由此，增大了n型层和n侧电极的总接触面积，更加降低电极电阻，且增大有效发光面积。
图3(a)～(e)、图4(f)～(i)、图5(j)(k)为表示此半导体装置制造方法的平面图(上侧)、剖面图(下侧)。在这里，剖面为n侧电极形成处的剖面。
首先，如图3(a)所示，与前述相同，在蓝宝石基板20上，经由剥离层21，依次成膜n型GaN层11、p型GaN层13，即生长工序。之后，在p型GaN层13上形成掩膜，通过干式蚀刻来去除器件区域以外的生长层，形成可将器件分离成一个个的分离槽，即分离槽形成工序。
在此分离槽形成工序中，通过干式蚀刻去除了剥离层21，在蓝宝石基板20的一部分暴露出来的情况下，在被去除的剥离层21的位置处形成填充构件(未图示)。此填充构件在之后的剥离工序中，与剥离层21一起，由可蚀刻的材料构成，也可以是和剥离层21相同的材料。因为在形成绝缘层43之后，也确保了剥离层21的蚀刻路径。
接下来，如图3(b)所示，形成从p型GaN层13的表面到达n型GaN层11的槽41。槽41从平面看为环状(四角环状)，其深度贯穿了p型GaN层13，到达n型GaN层11的中途上。而且，为了电流密度分布的均一化，从平面上看槽41可能会发生变形，变为栉状、井栏状、棋盘格状、同心状等。
接下来，如图3(c)所示，在槽41的底面形成n侧第1电极42。直接形成n侧第1电极42的面为n型层11的生长面，所以一般为Ga极性面。在这种情况下，可取得欧姆接触的n侧第1电极42的材料例如可以是与专利文献1、2中所述的物体相同的材料，但是优选使用如后所述的Cr/Ni/Au。n侧第1电极42的形状对应槽41，其宽度为窄于槽41的四角环状。通过此构成，n侧第1电极42形成于n型GaN层11中的凹槽构造的底面。
接下来，如图3(d)所示，嵌入槽41，且覆盖p型GaN层13和n型GaN层11的端部，在此形态下，形成绝缘层43。但是，要采取暴露出p型GaN层13表面大部分的形态。作为绝缘层43，在此形态下可以进行成膜，且可以使用如SiO2等来作为具有高绝缘性的材料。绝缘层43的图案化可通过光刻、蚀刻等进行。而且，在嵌入槽41时，为了提高SiO2膜与电极42之间的密合性，在Au上可***Ti来作为密合金属。
接下来，如图3(e)所示，在覆盖p型GaN层13的表面以及槽41上的绝缘层43的形态下形成p侧电极44。形成p侧电极44的面与图1(c)的情况相同，也是可以同样使用Ag等作为其材料。其图案化等也是一样的。
接下来，如图4(f)所示，在形成p侧电极44一侧的面整体上，经由金属帽45来连接铜块46。此铜块46在之后会成为半导体层的支撑构造部。而且，支撑构造部可以通过干镀、湿镀或与金属帽之间经由结合构件的结合法来形成。并且，支撑构造部的材质可以是金属、合金、有导电性的半导体。再者，支撑构造部的形状优选与国际申请PCT/JP2009/069230所记载的形状相同。
接下来，如图4(g)所示，与上述情况相同，通过去除剥离层21来分离蓝宝石基板20，即剥离工序。由此，n型GaN层11的下面暴露出来。这个面如前所述，为氮极性面。图4(h)就是表示将此状态上下翻转的图。
接下来，如图4(i)所示，进行与图1(f)相同的表面蚀刻，即表面蚀刻工序。由此，氮极性面被蚀刻，在n型GaN层11的表面形成由作为半极性面的6个{10-1-1}面群所构成的六角锥状的凹凸。
接下来，如图5(j)所示，在与四角环状的n侧第1电极42的两个顶点相对应的位置上的n型GaN层11形成接触孔47。此接触孔47的底面暴露出了n侧第1电极42。虽然形成接触孔47的工序是通过干式蚀刻来完成的，但在第1电极处使用的Cr/Ni/Au的Ni可以发挥蚀刻停止层的作用，具有优良的蚀刻停止再现性。在以往使用的Cr或Cr合金/Ti/Au、Ti/Al/Ti/Au中，缺乏蚀刻停止的再现性，且后者在Al暴露之际形成氧化膜，与第2电极的接触电阻增大，从而产生了问题。
接下来，如图5(k)所示，嵌入接触孔47，且在较此更大的范围内形成n侧第2电极48，即进行电极形成工序。可以使用与图1情况下的n侧电极12相同的材料来作为n侧第2电极48。也就是说，可以使用Ti/Ni/Au来作为适合于半极性面(10-1-1)面的材料。Ni作为n侧第1电极42的蚀刻停止层，可以维持表面的清洁，所以，n侧第1电极42易于和n侧第2电极48相结合，也没有因结合部发生氧化而产生高电阻的情况。
在此构成中，相对于n型GaN层11，可以分别通过n侧第1电极42从Ga极性面一侧、通过n侧第2电极48从氮极性面一侧来取得接触。此时，在Ga极性面一侧，使用n侧第1电极42，该n侧第1电极42使用由Cr/Ni/Au构成的材料。另一方面，在难以取得良好的欧姆接触的氮极性面一侧，将n侧第2电极48直接相接的面转化为半极性面的{10-1-1}面，将其作为Ti/Ni/Au层构造，从而取得良好的欧姆接触。因此，不论在哪一侧，都可以取得良好的欧姆接触，所以，可以相对于n型GaN层11从两边的两侧取得良好的欧姆接触，并且可以降低电极电阻。另一方面，拥有足够大面积的p侧电极44可以经由金属帽45、铜块46与p型GaN层13产生电流连接。
在此构成上，从图5(k)的上侧取出发光。此时，如果n侧第1电极42和n侧第2电极48是图5(k)中所示的构成，则可以减小此电极遮盖此发光的面积，从而得到较高的发光效率。因此，成为了具有良好特性的发光器件。而且，如图6(a)～(g)所示，n侧第1电极42以及n侧第2电极48的布局、形状可适当改变。接触孔47等的配置也可以与此对应来进行适当设定。
实施例
通过真空蒸镀法，沉积时的真空度为8×10-4Pa以下，在Ga极性面、氮极性面、六角锤形状的3种半极性面形成n侧电极，下面将调查其特性后的结果进行说明。
使用蓝宝石基板(C面)来作为生长用基板，使用溅射法在蓝宝石基板上形成厚度20nm的Cr，在氨气环境中以1080℃进行氮化处理。在这里进行氮化处理是为了要促使其上的n型GaN层的结晶性提高，且易于剥离。之后，通过MOCVD法，使n型GaN生长，在此，掺杂Si，载体浓度：约5×1018cm-3、厚度5μm。得以确认以下事实：即使使用浓度6mol/L的KOH水溶液对生长后的n型GaN层的表面进行表面蚀刻工序，其表面也可以保持平坦，而几乎不被蚀刻，此面即为(0001)Ga面。
之后，在n型GaN层上蒸镀厚度为150μm的Cu后，选择性地对CrN层进行蚀刻，进行分离生长用基板和外延生长层间的剥离工序。在剥离工序后暴露出来的表面就是与前述相反的(000-1)N极性面。对此面使用浓度6mol/L的KOH水溶液在60℃下进行30分钟的蚀刻处理，就可以得到如图7所示的表面形状。对此形态进行SEM观察，可确认此凹凸为六角锤形状，此六角锤形状的三角形的面与(000-1)底面成62°的角度，所以其构成面即为{10-1-1}面群。
对于如上所形成的半极性面、没有实施蚀刻工序的(0001)Ga面、(000-1)N面这3种，形成各种材料构成的电极，通过TLM(TransmissionLineModel)法，调查了接触中的电流-电压特性。在TLM法中，每间隔20、40、80、160μm形成了长度400μm、宽度150μm的电极。通过在这些电极图案上抵接钳式接地电阻计(免打地针)PROVA来测定电流-电压特性。众所周知，在TLM法中，根据此情况下获得的电阻值和电极间隔的关系可以计算出接触电阻等。而且，为了避免钳式接地电阻计(免打地针)PROVA与电极之间的接触电阻产生的误差，使用了4探针法。
在这里，使用了Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au这两种作为电极材料。在这里为此积层构造，在前者中是Cr，在后者中是Ti，分别构成与半导体层直接相接的一侧。成膜后(AsDepo.)，在氮气环境中，以250℃、400℃对各测试样品实施十分钟的热处理，评估其欧姆特性的热稳定性。图8为表示电极间隔为80μm情况下电流-电压特性的图，从图8(a)到图8(c)是Cr/Ni/Au情况下，分别成膜后未经热处理(AsDepo.)、在250℃、400℃下热处理后的测试样品。可知，在此金属积层形态的情况下，相对于Ga极性面，从AsDepo.状态到400℃之间表现出了良好的直线性，接触电阻也非常小。然而，相对于N极性面，表现出了整流性，且在至400℃的热处理中，欧姆特性发生退化。可知，在半极性面上，在AsDepo.状态下虽然表现出了直线性，但与Ga极性面相比，接触电阻较大。而且，可知在250℃、400℃的热处理中，欧姆特性发生了退化。并且，半极性面的电流-电压特性介于Ga极性面和N极性面情况之间。
另一方面，在Ti/Ni/Au的情况下，如图8(d)所示，在半极性面上，在AsDepo.状态下获得了良好的直线性，并表现出了良好的欧姆特性。即使在250℃下的热处理后，也如图8(e)所示获得了一定程度的直线性。一般而言，在耐热温度较高的硅系树脂装包下其耐热温度约为150℃左右，因此，很少在150℃以上使用器件，可判断在电极的实用性方面基本没有问题。例如，如图8(d)到图8(f)所示，在Ga极性面上拥有整流性，并获得了良好的欧姆特性。而且，可知在N极性面上的情况下，与Ga极性面上的情况相比，其电阻值小，但与半极性面上的情况相比，欧姆特性较逊色。反而在剥离后的最后阶段形成n侧电极，因此没有在n侧电极形成后必须对器件加热的必要性。所以，如果是这样的金属构成，即，例如在实际应用中从AsDepo到250℃的范围内优选获得欧姆特性，在更高的温度，例如400℃下，如果不进行热处理就不能获得欧姆特性，会发生在n侧电极之前形成的例如p侧电极、结合部处的扩散，以及用于支撑构造部的Cu和III族氮化物半导体之间的热膨胀系数差所引起的剥离等问题，所以不适合。
而且，根据TLM法来计算出AsDepo.下的接触电阻ρc后，使用Cr/Ni/Au的情况下，如图8(a)，对于Ga面可获得良好的欧姆接触，接触电阻为4×10-4Ω·cm2。另一方面，在使用Ti/Ni/Au的情况下，如图8(d)，仅对于半极性面可获得良好的欧姆接触，接触电阻为2×10-4Ω·cm2，接触电阻也表现出了低值。
像这样，在Ga极性面上，仅在使用一方面的电极材料(Cr/Ni/Au)的情况下才能获得良好的欧姆特性，即较小的接触电阻Rc；在N极性面，不论哪方面的电极材料都不能获得良好的欧姆特性。在N极性面，在AsDepo.状态下，可在Ti/Ni/Au处获得直线性，但是电阻值比半极性面上更大，不具实用性。与此相对，在半极性面上使用了Ti/Ni/Au的情况下，得到了最小的接触电阻值。在表1中，表示了关于这一系列测试样品的接触电阻ρc。而且，并不一定在所有的测试样品上均获得了直线性，因此，根据电流值为20mA情况下的电阻值而计算出来。
[表1]
根据此结果，通过对氮极性面实施异方性蚀刻，形成了由半极性面构成的凹凸，在其上构成了电极，从而易于获得欧姆接触。因此，例如在图1(g)所示构造的半导体装置中，使用Ti/Ni/Au作为电极12的情况下，可减小接触电阻，所以，可以降低顺向驱动电压Vf。而且，例如在图5(k)所示构造的半导体装置中，n侧第1电极42可由可对Ga极性面形成良好的欧姆接触的Cr/Ni/Au构成。在使用Ti/Ni/Au作为n侧第2电极48的情况下，尤其可以减小接触电阻，因此，可减小n侧电极的面积来谋求发光器件的高效化。并且，在器件面积在0.25mm2以上的大型半导体装置中，为了使器件内通流的电流密度均一化，一般来说，不仅要设置用于和器件外部连接的焊盘(bonding-pad)部或凹凸(Bump)，还要设置辅助性的分散电极。这种情况下，可以以n侧第1电极42为主干分散电极，以n侧第2电极48为辅助性的分散电极。在此情况下，也可以减小器件表面的电极面积，从而降低电极的光遮盖，实现发光器件的高效化。而且，如图10所示，也可进行第1电极和第2电极的配置组合或变形。
并且，在上述实施例子中，虽然使用了GaN，但对于Al0.7Ga0.3N也得到了同样的结果。像这样，即便使用了III族以Al为首、包含B、In的物质或其他的n型掺杂剂，也可以应用同样的构成。
Ti/Al电极作为n型氮化物半导体的欧姆电极，形成于Ga极性面、氮极性面以及半极性面。Ti以及Al的膜厚分别为20nm、300nm。除此以外，使用与实施例子1相同的方法进行制作。在AsDepo.状态下，Ga极性面、氮极性面以及半极性面的电流-电压特性均可获得良好的直线关系，欧姆特性良好。然而，接触电阻值ρc在Ga极性面为6×10-5Ω·cm2，在氮极性面为4×10-4Ω·cm2，在半极性面为6×10-4Ω·cm2，在氮极性面和半极性面比Ga极性面约大一位数(one-digit)，半极性面的电阻也最高。在进行250℃的热处理后的评估中，Ga极性面的测试样品其接触电阻值为1×10-3Ω·cm2，在氮极性面为6×10-3Ω·cm2，在半极性面为5×10-3Ω·cm2，接触电阻的值上升，同时Ga极性面有了欧姆性，但氮极性面与半极性面上的直线性失调，失去了欧姆性。综上所述，再次确认到了Ti/Al电极可相对于Ga极性面作为欧姆电极材料来供实际应用。然而，将此电极作为n侧第1电极42应用于如图5(k)所示构造的半导体装置的情况下，在形成贯通孔时进行的干式蚀刻中，与Ni相比Ti更容易被蚀刻，因此，缺乏蚀刻停止的再现性，同时得知在大气中进行的处理过程中产生的Al表面氧化膜，会对与n侧第2电极48的接触电阻产生不良影响，容易增大电阻。而且，可知将Ti/Al电极适用于氮极性面、半极性面的情况下，与将Ti/Ni/Au适用于半极性面的情况相比，在电阻值方面较逊色，而且存在耐热性的问题。
由此可见，以往使用于Ga极性面的Ti/Al系电极不适用于如图5(k)所示构造的Ga极性面一侧。然后，如上所示，尤其是Ti/Ni/Au电极在半极性面上形成n侧电极的情况下，拥有良好的欧姆接触，使用此电极可制作出在去除生长用基板一侧具有良好的n侧电极的半导体装置。
符号说明
11、92n型GaN层(n型III族氮化物半导体层)
12、94n侧电极(电极)
13p型GaN层(p型III族氮化物半导体层)
14、44、95p侧电极
20蓝宝石基板(生长用基板)
21、96剥离层
31、45金属帽
32、46铜块
41槽
42n侧第1电极(电极)
43绝缘层
47接触孔
48n侧第2电极(电极)

Claims (10)

1.一种半导体装置，其特征为具备：
n型III族氮化物半导体层；以及
电极，其在此n型III族氮化物半导体层上的一边的主面一侧，形成于由半极性面构成的表面上，所述电极与所述表面欧姆接触，所述一边的主面一侧为所述n型III族氮化物半导体的氮极性面一侧，
其中，与所述电极连结的其他电极形成于所述n型III族氮化物半导体层上的另一边的主面一侧，所述另一边的主面一侧为所述n型III族氮化物半导体上的Ga极性面一侧。
2.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征为，所述半极性面由{10-1-1}面群构成。
3.如权利要求2中所述的半导体装置，其特征为，所述一边的主面一侧的所述n型III族氮化物半导体层的表面具备由所述半极性面构成的凹凸。
4.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征为，所述一边的主面一侧的电极在所述n型III族氮化物半导体层的半极性面具备按照钛(Ti)、镍(Ni)、金(Au)的顺序层积而成的结构。
5.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征为，所述其他电极形成于在所述n型III族氮化物半导体上的Ga极性面一侧形成的凹槽构造的底面上。
6.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征为，所述其他电极包含镍(Ni)。
7.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征为：所述其他电极具备了铬(Cr)、镍(Ni)、金(Au)依次层积而成的结构。
8.一种半导体装置的制造方法，其使用n型III族氮化物半导体层，其特征为具备：
生长工序，使得所述n型III族氮化物半导体层在生长用基板上外延生长；
剥离工序，分离所述n型III族氮化物半导体层与所述生长用基板，使得位于所述n型III族氮化物半导体层上的所述生长用基板一侧的面暴露出来；
表面蚀刻工序，对于位于所述n型III族氮化物半导体层上的所述生长用基板一侧的面实施异方性化学蚀刻，从而在位于所述n型III族氮化物半导体层上的所述生长用基板一侧的面，形成半极性面暴露出来的表面，其中，所述生长用基板一侧为所述n型III族氮化物半导体的氮极性面一侧；
电极形成工序，在所述半极性面暴露出来的表面上形成电极；以及
在所述生长工序与所述剥离工序之间，在位于所述n型III族氮化物半导体层上的与所述生长用基板一侧相反侧的面上形成到达所述n型III族氮化物半导体层内部的槽，在所述槽的底面上形成第一电极，其中，所述生长用基板一侧相反侧为所述n型III族氮化物半导体上的Ga极性面一侧，
其中，在所述电极形成工序中，将所述第一电极与所述电极连结。
9.如权利要求8中所述的半导体装置的制造方法，其特征为，所述表面蚀刻工序中的异方性蚀刻为使用碱性溶液的湿式蚀刻。
10.如权利要求8中所述的半导体装置的制造方法，其特征为，
在所述生长工序中，所述n型III族氮化物半导体层经由剥离层形成于所述生长用基板上；
在所述剥离工序中，通过选择性地对所述剥离层进行蚀刻，分离所述n型III族氮化物半导体层和所述生长用基板。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012160604A1 (ja) * 2011-05-25 2012-11-29 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 発光素子チップ及びその製造方法
JP2014120669A (ja) 2012-12-18 2014-06-30 Toshiba Corp 半導体発光素子
KR101505117B1 (ko) 2013-06-21 2015-03-23 비비에스에이 리미티드 3족 질화물 반도체 적층체
JP6302303B2 (ja) * 2014-03-17 2018-03-28 株式会社東芝 半導体発光素子
JP6910341B2 (ja) * 2016-03-01 2021-07-28 スタンレー電気株式会社 縦型紫外発光ダイオード
CN108305918B (zh) * 2017-01-12 2019-07-16 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化物半导体发光器件及其制作方法
JP2018206986A (ja) * 2017-06-06 2018-12-27 ソニー株式会社 発光素子および表示装置
JP2019169680A (ja) * 2018-03-26 2019-10-03 豊田合成株式会社 発光素子およびその製造方法
JP2019205970A (ja) * 2018-05-29 2019-12-05 日本電信電話株式会社 半導体光電極
JP6967024B2 (ja) * 2019-02-04 2021-11-17 株式会社東芝 半導体装置及びその製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1957510A (zh) * 2005-05-19 2007-05-02 松下电器产业株式会社 氮化物半导体装置及其制造方法
EP2259343A1 (en) * 2008-03-24 2010-12-08 Sony Corporation Semiconductor light emitting element and method for manufacturing the same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2783349B2 (ja) 1993-07-28 1998-08-06 日亜化学工業株式会社 ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極及びその形成方法
JP2001007394A (ja) * 1999-06-18 2001-01-12 Ricoh Co Ltd 半導体基板およびその作製方法および半導体発光素子
US7304325B2 (en) * 2000-05-01 2007-12-04 Toyoda Gosei Co., Ltd. Group III nitride compound semiconductor light-emitting device
JP2004071657A (ja) * 2002-08-01 2004-03-04 Nec Corp Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、ｉｉｉ族窒化物半導体基板およびｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法
JP2005197670A (ja) 2003-12-10 2005-07-21 Showa Denko Kk 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその負極
JP2007273844A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体素子
JP4183263B2 (ja) * 2006-08-10 2008-11-19 キヤノン株式会社 画像表示装置及びその制御方法
KR100769727B1 (ko) 2006-08-17 2007-10-23 삼성전기주식회사 표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화갈륨계발광다이오드 소자의 제조방법
JP2008235792A (ja) 2007-03-23 2008-10-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置とその製造方法
DE102007022947B4 (de) 2007-04-26 2022-05-05 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines solchen
JP5060875B2 (ja) 2007-08-28 2012-10-31 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体とその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1957510A (zh) * 2005-05-19 2007-05-02 松下电器产业株式会社 氮化物半导体装置及其制造方法
EP2259343A1 (en) * 2008-03-24 2010-12-08 Sony Corporation Semiconductor light emitting element and method for manufacturing the same

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Publication number Publication date
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