JP2009135251A - 窒化物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電極間に抵抗成分が生じないｐ電極を有する窒化物半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 ｐ電極１２は、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４、およびＴａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜としての第２のＰｄ膜１５によって構成され、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層１１上に形成される。第２のＰｄ膜１５上には、パッド電極２２が形成される。酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５は、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４上部全面に形成され、この第２のＰｄ膜１５によって、Ｔａ膜１４が酸化されることを防止することができるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分を抑制することができる。これによってｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良を防ぐことができるので、低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】 ｐ電極１２は、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４、およびＴａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜としての第２のＰｄ膜１５によって構成され、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層１１上に形成される。第２のＰｄ膜１５上には、パッド電極２２が形成される。酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５は、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４上部全面に形成され、この第２のＰｄ膜１５によって、Ｔａ膜１４が酸化されることを防止することができるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分を抑制することができる。これによってｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良を防ぐことができるので、低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、窒化物半導体装置およびその製造方法に関する。
従来の技術の窒化物半導体装置は、ｐ型コンタクト層上にｐ電極を形成して熱処理した後、さらにｐ電極上にパッド電極を形成して製造される（たとえば特許文献１，２参照）。
前述のようにｐ電極を形成した後、酸素を含む雰囲気中で熱処理すると、ｐ電極が酸化されて酸化膜が形成される。このようなｐ電極上にパッド電極を形成すると、ｐ電極上に絶縁物である酸化膜が形成された状態でパッド電極が形成されることになるので、酸化膜によって、ｐ電極とその上部に形成されたパッド電極との接触不良が引き起こされる。
このｐ電極とパッド電極との接触不良によって電極間の抵抗成分が増大し、たとえば窒化物半導体装置がレーザダイオードである場合、レーザダイオードを動作させるための動作電圧の増加、および動作時の発熱による電気的特性のばらつきが生じる。その結果、規定の温度範囲内で安定して動作出力を得ることが難しいという問題が生じる。また前記抵抗成分は、歩留まりが低下する要因ともなる。
したがって、ｐ電極とパッド電極との接続性を向上させ、デバイス特性への影響を低減することが望まれている。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電極間に抵抗成分が生じないｐ電極を有する窒化物半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の窒化物半導体装置は、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層と、前記ｐ型コンタクト層上に順に形成されるパラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜、ならびに前記Ｔａ膜上部全面に形成され、前記Ｔａ膜の酸化を防止する酸化防止膜から成るｐ電極と、前記酸化防止膜上に形成されるパッド電極とを備えることを特徴とする。
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層上に、パラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜をこの順に形成し、前記Ｔａ膜上部全面に、前記Ｔａ膜の酸化を防止する酸化防止膜を形成することによって、前記Ｐｄ膜、前記Ｔａ膜および前記酸化防止膜から成るｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、形成された前記ｐ電極を熱処理する熱処理工程とを備えることを特徴とする。
本発明の窒化物半導体装置によれば、ｐ電極とパッド電極との接触不良を防ぐことができるので、低抵抗なｐ電極を実現することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、窒化物半導体装置の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能となる。
また本発明の窒化物半導体装置の製造方法によれば、ｐ電極とパッド電極との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極を安定して形成することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、窒化物半導体装置の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能な窒化物半導体装置を得ることができる。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態である窒化物半導体装置１０の構成を示す断面図である。窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体基板である窒化ガリウム（ＧａＮ）基板を用いて形成されている。
図１は、本発明の第１の実施の形態である窒化物半導体装置１０の構成を示す断面図である。窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体基板である窒化ガリウム（ＧａＮ）基板を用いて形成されている。
窒化物半導体装置１０では、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層１１上に、ｐ電極１２が形成されている。ｐ電極１２は、第１のパラジウム（Ｐｄ）膜１３、タンタル（Ｔａ）膜１４、およびＴａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜１５によって構成される。ｐ型コンタクト層１１上には、第１のＰｄ膜１３およびＴａ膜１４が、この順番に形成されている。酸化防止膜１５は、Ｔａ膜１４の上部全面に形成されている。酸化防止膜１５は、第２のＰｄ膜によって構成される。第２のＰｄ膜は、酸化防止膜１５として機能するので、以下の実施の形態では、第２のＰｄ膜に酸化防止膜と同一の参照符号「１５」を付して説明する。ｐ型コンタクト層１１上には、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５が、この順番に形成されている。ｐ型コンタクト層１１としては、ｐ型のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）が用いられる。
ｐ電極１２を構成する第１のＰｄ膜１３およびＴａ膜１４の膜厚は、それぞれ１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度あればよい。第１のＰｄ膜１３は、ｐ型コンタクト層１１とのオーミック性を得るために必要であり、Ｔａ膜１４は、後述する熱処理時の第１のＰｄ膜１３の凝集抑制およびオーミック性反応促進のために必要となる。たとえば、第１のＰｄ膜１３の膜厚は５５ｎｍ程度であり、Ｔａ膜１４の膜厚は１５ｎｍ程度である。酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５の膜厚は、Ｔａ膜１４の酸化を防止することができる膜厚であればよく、５０ｎｍ以上の膜厚が必要である。
窒化物半導体装置１０では、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５上に、パッド電極２２が形成される。パッド電極２２の材料としては、チタン（Ｔｉ）を含む材料であることが望ましい。本実施の形態のパッド電極２２の具体的な材料としては、たとえば、Ｔｉ、Ｔａ、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）が挙げられる。パッド電極２２の具体的な構造は、たとえば、Ｔｉ膜、Ｔａ膜、もう一つのＴｉ膜およびＡｕ膜がこの順にｐ電極１２上に形成されて成るＴｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造、またはＴｉ膜、Ｍｏ膜、もう一つのＴｉ膜およびＡｕ膜がこの順にｐ電極１２上に形成されて成るＴｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造である。
次に、本発明の第１の実施の形態である窒化物半導体装置１０の製造方法について説明する。図２〜図６は、本発明の第１の実施の形態である窒化物半導体装置１０の製造方法を示す断面図である。まず図２〜図４に示すように、ｐ型コンタクト層１１上に、リフトオフ法によって選択的にｐ電極１２の材料（以下「ｐ電極材料」という場合がある）を形成する。具体的には、まず図２に示すように、ｐ型コンタクト層１１上に、選択的にｐ電極材料を形成するためのマスク２０を形成する。マスク２０は、前記ｐ型コンタクト層１１上のうち、ｐ電極１２を形成する部分（以下「ｐ電極形成部分」という場合がある）を除く残余の部分に形成される。マスク２０は、たとえばレジストによって形成される。
マスク２０を形成した後は、図３に示すように、電子ビーム（Electron Beam；略称：ＥＢ）蒸着法またはスパッタ法などを用いて、ｐ型コンタクト層１１上のうちマスク２０に覆われていない部分、すなわちｐ電極形成部分およびマスク２０上に、ｐ電極１２を構成する第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５をこの順番に堆積して形成する。
第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５を堆積した後は、図４に示すように、マスク２０を除去することによって、マスク２０とともに不要な部分、すなわちｐ電極形成部分以外の部分のｐ電極材料を除去する。これによって、ｐ型コンタクト層１１上に選択的にｐ電極材料を形成することができる。ｐ型コンタクト層１１上に、第１のＰｄ膜１３およびＴａ膜１４をこの順に形成し、Ｔａ膜１４の上部全面に、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５を形成することによって、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５から成るｐ電極１２を形成する工程は、ｐ電極形成工程に相当する。
このようにしてｐ電極１２を形成した後に、熱処理工程においてｐ電極１２を熱処理する。所望のコンタクト抵抗を得るためには、このようにｐ電極１２の形成後に熱処理する必要がある。熱処理工程では、酸素原子を含むガスの雰囲気下でｐ電極１２を熱処理することが望ましい。酸素原子を含むガスは、たとえば酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）および水蒸気（Ｈ2Ｏ）のうちの少なくとも１種を含むガスであればよく、大気であってもよい。また熱処理温度としては、４００℃〜８００℃程度とし、材料構造などによって最適な温度を用いる。
前述のような酸素原子を含むガスの雰囲気下で熱処理をすると、第２のＰｄ膜１５上にＰｄ酸化膜２１が形成されてしまうが、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の上部全面は第２のＰｄ膜１５によって覆われているので、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の酸化は抑制される。つまり、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の上部全面に、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５を形成することによって、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４が酸化されてしまうことが抑制され、熱処理後でも良好な電気的特性を示すパッド電極２２を、ｐ電極１２上に形成することが可能となる。
熱処理後は、除去工程において、図５に示すように、第２のＰｄ膜１５の表面部に形成されたＰｄ酸化膜２１を除去する。Ｐｄ酸化膜２１の除去は、酸系の溶液を用いることによって実現できる。具体的には、塩酸溶液中に１０分程度浸すことによって、Ｐｄ酸化膜２１を除去することができる。塩酸溶液による処理を施した後における第２のＰｄ膜１５の表面部は、熱処理前と同様な金属光沢になる。Ｐｄ酸化膜２１の除去は、熱処理の直後に行ってもよく、後述するパッド電極２２の形成のためのパターン形成後でもよい。熱処理をした直後にＰｄ酸化膜２１を除去する方が、窒化物半導体装置１０の製造工程の自由度が高くなるので好ましい。
Ｐｄ酸化膜２１を除去するときには、前述のような塩酸溶液を用いたウェットエッチングによる除去法を用いてもよいし、この方法以外に、四フッ化炭素（ＣＦ4）および四塩化炭素（ＣＣｌ4）などのハロゲン化炭素系のガスを用いたドライエッチングによる除去法を用いてもよい。
Ｐｄ酸化膜２１を除去した後は、パッド電極形成工程において、図６に示すように、ｐ電極１２上、さらに具体的には第２のＰｄ膜１５上に、ワイヤーボンディングなどのためのパッド電極２２を形成する。パッド電極２２は、ｐ電極材料の形成と同様にＥＢ蒸着法またはスパッタ法を用いて形成することが可能である。パッド電極２２の膜厚としては、パッド形成後の処理に応じて変更が可能である。
またスパッタ法を用いてパッド電極２２を形成する場合には、熱処理後に第２のＰｄ膜１５の表面部に形成されたＰｄ酸化膜２１を除去する工程を別途に設ける必要は無く、パッド電極２２を形成する前に、逆スパッタ法によってＰｄ酸化膜２１を除去することも可能である。以上のようにして、窒化物半導体装置１０が製造される。
次に、ｐ電極１２およびパッド電極２２間の電気的特性について説明する。図７は、酸化防止膜１５を形成せずに熱処理を行った場合の窒化物半導体装置１０の構成を示す断面図である。図８は、酸化防止膜１５を形成しない場合におけるｐ電極１２およびパッド電極２２間の電圧電流特性を示すグラフであり、図９は、本発明の第１の実施の形態、すなわち酸化防止膜１５を形成した場合におけるｐ電極１２およびパッド電極２２間の電圧電流特性を示すグラフである。
ｐ電極１２を構成する第１のＰｄ膜１３およびＴａ膜１４に対して、酸素原子を含むガスの雰囲気下で熱処理をした場合、この熱処理によってＴａ膜１４が酸化されてＴａ酸化膜２３が形成される。このときのＴａ膜１４の酸化は、Ｔａ膜１４の表面部だけでなく、Ｔａ膜１４の全体に起こる。つまり、Ｔａ膜１４の全てが酸化されてしまい、図７に示すように、第１のＰｄ膜１３上にＴａ酸化膜２３が形成され、第１のＰｄ膜１３の上部全面がＴａ酸化膜２３で覆われることになる。
この状態でｐ電極１２上、すなわちＴａ酸化膜２３上にパッド電極２２を形成して、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に電流を流そうとしても、熱処理によって形成されたＴａ酸化膜２３によって高抵抗となり、図８に示すように、電流は流れない。つまり、良好な電気的特性が得られない。
これに対して本実施の形態では、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４上部全面に、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５を形成することによって、第２のＰｄ膜１５の表面部のみが酸化されてＰｄ酸化膜２１が形成される。
したがって、前述のＴａ酸化膜２３のような高抵抗の膜が形成されることは無く、第２のＰｄ膜１５の表面部に形成されたＰｄ酸化膜２１を除去した後にパッド電極２２を形成することによって、ｐ電極１２とパッド電極２２との低抵抗な接続を実現することができる。これによって電圧電流特性は、図９に示すように、直線性（オーミック性）を示し、良好な電気的特性が得られる。
酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５の膜厚としては、Ｔａ膜１４の酸化が防止でき、かつ第２のＰｄ膜１５の表面部が酸化されて形成されるＰｄ酸化膜２１を除去した後でも、Ｔａ膜１４上に第２のＰｄ膜１５が残存する膜厚であることが望ましい。具体的な第２のＰｄ膜１５の膜厚としては、５０ｎｍ以上の膜厚が必要である。また、第２のＰｄ膜１５の膜厚が厚くなれば、第２のＰｄ膜１５と接しているＴａ膜１４に対する保護効果が大きくなるが、第２のＰｄ膜１５の膜厚を厚くし過ぎると、窒化物半導体装置の製造工程上、形状加工などが困難になる。したがって、第２のＰｄ膜１５の膜厚の上限としては、１００ｎｍ程度となる。
前述のように本実施の形態の窒化物半導体装置１０によれば、ｐ電極１２は、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４、およびＴａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜としての第２のＰｄ膜１５によって構成され、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層１１上に形成される。第２のＰｄ膜１５上には、パッド電極２２が形成される。酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５は、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４上部全面に形成され、この第２のＰｄ膜１５によって、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４が酸化されることを防止することができるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分を抑制することができる。
これによってｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良を防ぐことができるので、低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、窒化物半導体装置１０の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能となる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０によれば、酸化防止膜１５は、金属膜、具体的には第２のＰｄ膜１５によって実現される。これによって、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分をさらに抑制することができる。したがって、ｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良をより確実に防ぐことができるので、より低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０によれば、酸化防止膜１５が第２のＰｄ膜１５によって実現されているが、酸化防止膜１５である金属膜は、第２のＰｄ膜１５に限らず、ニッケル（Ｎｉ）膜およびチタン（Ｔｉ）膜のうちいずれか１つによって実現されてもよい。このようにＰｄ膜、Ｎｉ膜、Ｔｉ膜などの金属膜を酸化防止膜１５として用いた場合は、Ｐｄ膜、Ｎｉ膜、Ｔｉ膜以外の金属膜を酸化防止膜１５として用いた場合に比べて、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分をさらに抑制することができる。これによってｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良をより確実に防ぐことができ、より低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、ｐ電極形成工程において、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層１１上に第１のＰｄ膜１３およびＴａ膜１４がこの順に形成され、Ｔａ膜上部全面に、Ｔａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜としての第２のＰｄ膜１５が形成されて、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５から成るｐ電極１２が形成される。このＴａ膜上部全面に第２のＰｄ膜１５が形成されたｐ電極１２が、熱処理工程において熱処理された後、パッド電極形成工程において、ｐ電極１２を構成する第２のＰｄ膜１５上にパッド電極２２が形成される。
熱処理工程においてｐ電極１２が熱処理されるとき、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の上部全面には酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５が形成されているので、熱処理のときにＴａ膜１４が酸化されることを防止することができる。
これによって、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分を抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極１２を安定して形成することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、窒化物半導体装置１０の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能な窒化物半導体装置１０を得ることができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、酸素原子を含むガスの雰囲気下で熱処理をすると、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５の表面部が酸化されてＰｄ酸化膜２１が形成される。そこで本実施の形態では、熱処理工程の後に、除去工程において、第２のＰｄ膜１５の表面部に形成されたＰｄ酸化膜２１を除去するように構成されている。
Ｐｄ酸化膜２１は、前述の図７に示すＴａ酸化膜２３に比べて抵抗が低いので、必ずしも除去する必要は無く、Ｐｄ酸化膜２１が残存する状態で、パッド電極２２を形成するようにしてもよいが、本実施の形態のようにＰｄ酸化膜２１を除去した後にパッド電極２２を形成する方が好ましい。
これによってｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分をさらに抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良をより確実に防ぐことができる。したがって、低抵抗なｐ電極１２をより安定して形成することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、熱処理工程の後に、パッド電極形成工程において、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５上に、パッド電極２２が形成される。ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４は、第２のＰｄ膜１５によって酸化が防止されるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分を抑制することができる。これによって、ｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極１２を安定して形成することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、窒化物半導体装置１０の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能な窒化物半導体装置１０を得ることができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、熱処理工程では、酸素原子を含むガスの雰囲気下でｐ電極１２が熱処理される。これによってｐ電極１２とｐ型コンタクト層１１とのオーミック接触をより確実に実現し、低抵抗なコンタクト抵抗を有するｐ電極１２を形成することができる。ｐ電極１２は、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４上部全面に酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５が形成された状態で熱処理されるので、熱処理工程においてｐ電極１２を構成するＴａ膜１４が酸化されることを防止することができる。
これによって、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分を抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良を防ぐことができる。したがって、低抵抗なｐ電極１２を安定して形成することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、熱処理工程において、ｐ電極１２の熱処理に用いられる酸素原子を含むガスは、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）および水蒸気（Ｈ2Ｏ）のうち少なくともいずれか１種である。これによってｐ電極１２とｐ型コンタクト層１１とのオーミック接触をさらに確実に実現し、低抵抗なコンタクト抵抗を有するｐ電極１２を形成することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、除去工程において、酸化防止膜１５の表面部が酸化されて形成された酸化膜が、エッチングによって除去される。これによって、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分をより確実に抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良をより確実に防ぐことができる。したがって、低抵抗なｐ電極１２をより安定して形成することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、除去工程では、エッチングによって、酸化防止膜１５の表面部、さらに述べると前記表面部が酸化されて形成された酸化膜を除去しているが、これに限定されずに、逆スパッタ法によって、前記酸化膜を除去し、その後、パッド電極形成工程において、スパッタ法によって、酸化防止膜１５上にパッド電極２２を形成するようにしてもよい。
これによって、スパッタ装置によってパッド電極２２を形成する前に、酸化膜を除去することができるので、酸化膜を容易に除去することができる。つまり、除去工程は、本実施の形態のようにエッチングする工程として、パッド電極形成工程と別途に設けてもよいし、パッド電極形成工程に含ませてもよい。
また窒化物半導体装置１０の製造工程に、窒化物半導体装置１０の表面を洗浄する表面洗浄工程が含まれている場合には、この表面洗浄工程によって酸化防止膜１５の表面部を除去することができる場合がある。このような場合には、表面洗浄工程が除去工程として機能するので、除去工程を別途に設けなくてもよい。
＜第２の実施の形態＞
図１０は、本発明の第２の実施の形態である窒化物半導体装置３０の構成を示す断面図である。窒化物半導体装置３０は、窒化物半導体基板であるＧａＮ基板を用いて形成されている。
図１０は、本発明の第２の実施の形態である窒化物半導体装置３０の構成を示す断面図である。窒化物半導体装置３０は、窒化物半導体基板であるＧａＮ基板を用いて形成されている。
窒化物半導体装置３０は、前述の第１の実施の形態の窒化物半導体装置１０と構成が類似しており、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４上部全面に第２のＰｄ膜１５が形成される代わりに、ＴａとＳｉとの合金層（以下「Ｔａ・Ｓｉ合金層」という場合がある）２５が形成される点だけが異なる。したがって本実施の形態では、前述の第１の実施の形態と異なる点について説明し、対応する箇所には同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。
窒化物半導体装置３０では、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層１１上に、ｐ電極１２が形成されている。本実施の形態のｐ電極１２は、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４およびＴａ・Ｓｉ合金層２５によって構成される。ｐ型コンタクト層１１上には、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４およびＴａ・Ｓｉ合金層２５が、この順番に形成されている。Ｔａ・Ｓｉ合金層２５は、Ｔａ膜１４の上部全面に形成されており、Ｔａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜として機能する。ｐ型コンタクト層１１としては、ｐ型のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）が用いられる。
このような構造の窒化物半導体装置１０の製造方法は、図２〜図６に示した前述の第１の実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法と類似しており、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４上部全面に第２のＰｄ膜１５を形成する代わりに、Ｔａ・Ｓｉ合金層２５となるシリコン（Ｓｉ）膜を形成する点だけが異なる。したがって本実施の形態では、前述の第１の実施の形態と異なる点について説明し、対応する箇所には同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。
ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４上部全面にＳｉ膜を形成する方法としては、たとえば蒸着法によってＳｉを蒸着することが可能である。このようにＴａ膜１４上部全面にＳｉ膜を形成した後、酸素原子を含むガスの雰囲気下で熱処理を行うことによって、Ｓｉ膜の表面は酸化されるがＴａ膜１４は酸化されない。
さらに、熱処理中にＴａ膜１４とＳｉ膜とが反応して、Ｔａ・Ｓｉ合金層２５が形成される。Ｔａの比抵抗は１３μΩ・ｃｍであり、Ｓｉの比抵抗は５００μΩ・ｃｍである。Ｔａ膜１４上全面に形成したＳｉ膜がこのまま残存すると、抵抗成分として寄与するが、熱処理によってＴａ・Ｓｉ合金層２５が形成されると、３０μΩ・ｃｍ程度まで抵抗が低減し、抵抗成分として寄与する割合は小さくなる。
また、Ｓｉ膜の表面上に形成されたＳｉ酸化膜は、フッ酸系の溶液を用いたウェットエッチング、またはＣＦ4などのハロゲン化炭素系のガスを用いたドライエッチングによって除去することができ、製造工程に応じて処理を選択することが可能である。
本実施の形態の窒化物半導体装置３０によれば、酸化防止膜は、半導体膜または半導体を含む絶縁膜によって実現される。これによって、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分をさらに抑制することができるので、ｐ電極１２と、Ｔａ・Ｓｉ合金層２５上に形成されるパッド電極２２との接触不良をより確実に防ぐことができる。したがってより低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。
本実施の形態の窒化物半導体装置３０によれば、酸化防止膜は、シリコン（Ｓｉ）膜、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、オキシナイトライド（ＳｉＯＮ）膜、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜およびゲルマニウム酸化膜（ＧｅＯ）のうちいずれか１つによって実現されてもよい。Ｓｉ膜およびＧｅ膜は、半導体膜であり、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜およびＧｅＯ膜は、半導体を含む絶縁膜である。
これによって、酸化防止膜が他の半導体膜または半導体膜を含む絶縁膜である場合に比べて、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分をさらに抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良をより確実に防ぐことができる。したがってより低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。
また、酸化防止膜としては、これら半導体とその絶縁物とを組み合わせて用いてもよく、たとえば下部（ｐ電極１２側）にＳｉ、上部にシリコン絶縁物とすることで（Ｓｉ＋ＳｉＮ）、下部はｐ電極１２を構成するＴａ膜１４との合金層形成、上部は酸化防止と役割を明確にすることが可能である。
次に、前述の第１および第２の実施の形態の窒化物半導体装置１０，３０を適用した光発光窒化物半導体装置３５について説明する。図１１は、光発光窒化物半導体装置３５の構成を示す断面図である。光発光窒化物半導体装置３５は、窒化物半導体基板であるｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板４０を用いて形成されている。
ｎ型ＧａＮ基板４０上には、窒化物半導体から成る層構造が形成されている。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板４０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１、ｎ型ＧａＮガイド層４２、活性層４３、ｐ型ＧａＮガイド層４４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４５およびｐ型ＧａＮコンタクト層４６が、この順番に形成されている。
ｎ型ＧａＮ基板４０およびこれらの層構造によってレーザダイオード素子（窒化物半導体素子）が形成される。前述の第１および第２の実施の形態のｐ型コンタクト層１１に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層４６上には、ｐ電極１２が形成され、このｐ電極１２上にパッド電極２２が形成される。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４５、ｐ型ＧａＮコンタクト層４６は、エッチングによって所定の形状にパターニングされている。ｐ電極１２は、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５によって構成される。第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５は、この順にｐ型ＧａＮコンタクト層４６上に形成される。第２のＰｄ膜１５は、酸化防止膜であり、Ｔａ膜１４の上部全面に形成され、Ｔａ膜１４の酸化を防止する。また保護膜としてのＳｉＯ2膜４８は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４５の表面部の一部分に形成される。またｎ型ＧａＮ基板４０の下部には、金属電極としてのｎ電極４９が設けられる。
光発光窒化物半導体装置３５によれば、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の上部全面に、Ｔａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜として第２のＰｄ膜１５が形成されるので、ｐ電極１２の形成後に熱処理するときのＴａ膜１４の酸化を防止することができる。これによって、ｐ電極１２とパッド電極２２との間に生じる抵抗成分を抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極２２との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、光発光窒化物半導体装置３５の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能となる。
１０，３０ 窒化物半導体装置、１１ ｐ型コンタクト層、１２ ｐ電極、１３ 第１のパラジウム（Ｐｄ）膜、１４ タンタル（Ｔａ）膜、１５ 酸化防止膜（第２のＰｄ膜）、２０ マスク、２１ Ｐｄ酸化膜、２２ パッド電極、２５ Ｔａ・Ｓｉ合金層。
Claims (12)
- 窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層上に順に形成されるパラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜、ならびに前記Ｔａ膜上部全面に形成され、前記Ｔａ膜の酸化を防止する酸化防止膜から成るｐ電極と、
前記酸化防止膜上に形成されるパッド電極とを備えることを特徴とする窒化物半導体装置。 - 前記酸化防止膜は、金属膜であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
- 前記金属膜は、パラジウム（Ｐｄ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜およびチタン（Ｔｉ）膜のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体装置。
- 前記酸化防止膜は、半導体膜または半導体を含む絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
- 前記酸化防止膜は、シリコン（Ｓｉ）膜、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、オキシナイトライド（ＳｉＯＮ）膜、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜およびゲルマニウム酸化膜（ＧｅＯ）のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
- 窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層上に、パラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜をこの順に形成し、前記Ｔａ膜上部全面に、前記Ｔａ膜の酸化を防止する酸化防止膜を形成することによって、前記Ｐｄ膜、前記Ｔａ膜および前記酸化防止膜から成るｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
形成された前記ｐ電極を熱処理する熱処理工程とを備えることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 前記熱処理工程の後に、
前記酸化防止膜の表面部を除去する除去工程をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 - 前記熱処理工程の後に、
前記酸化防止膜上に、パッド電極を形成するパッド電極形成工程をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 - 前記熱処理工程では、酸素原子を含むガスの雰囲気下で前記ｐ電極を熱処理することを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記酸素原子を含むガスは、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）および水蒸気（Ｈ2Ｏ）のうち少なくともいずれか１種であることを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記除去工程では、前記酸化防止膜の表面部が酸化されて形成された酸化膜を、エッチングによって除去することを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記除去工程では、前記酸化防止膜の表面部を、逆スパッタ法によって除去し、
その後、スパッタ法によって、前記酸化防止膜上にパッド電極を形成するパッド電極形成工程をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
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