JP2013243400A - 窒化物系半導体素子 - Google Patents
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Abstract
能な窒化物系半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子の製造方法は、ウルツ鉱構造を有するn型G
aN基板1の裏面(窒素面)をRIE法によりエッチングする工程と、その後、エッチン
グされたn型GaN基板1の裏面(窒素面)上に、n側電極8を形成する工程とを備えて
いる。
【選択図】 図5
Description
系半導体素子およびその製造方法に関する。
期待され、その開発が盛んに行われている。
る。しかし、サファイア基板上に、窒化物系半導体層を形成する場合、サファイア基板と
窒化物系半導体層との格子定数の差が大きいので、窒化物系半導体層内に格子定数の差に
起因した多数の結晶欠陥(転位)が発生するという不都合があった。その結果、窒化物系
半導体レーザ素子の特性が低下するという問題点があった。
半導体基板を用いた窒化物系半導体レーザ素子が提案されている。
断面図である。図7を参照して、従来の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、
n型GaN基板101上に成長される窒化物系半導体層(102〜110)の結晶性を向
上させるため、窒化物系半導体層(102〜110)は、ウルツ鉱構造を有するn型Ga
N基板1のGa面((HKLM)面:Mは正の整数)上に成長される。また、ウルツ鉱構
造を有するn型GaN基板101の窒素面((HKL−M)面:Mは正の整数)は、裏面
として用いられるとともに、このn型GaN基板101の裏面上にn側電極112が形成
される。以下、従来の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを詳細に説明する。
の上面(Ga面)上に、MOCVD法(Metal Organic Chemical
Vapor Deposition;有機金属化学気相成長法)などを用いて、約3μ
mの厚みを有するn型GaNからなるn型層102と、約100nmの厚みを有するn型
In0.05Ga0.95Nからなるn型バッファ層103と、約400nmの厚みを有するn型
Al0.05Ga0.95Nからなるn型クラッド層104と、約70nmの厚みを有するn型G
aNからなるn型光ガイド層105と、MQW(Multiple Quantum W
ell;多重量子井戸)構造を有するMQW活性層106と、約200nmの厚みを有す
るp型Al0.2Ga0.8Nからなるp型層107と、約70nmの厚みを有するp型GaN
からなるp型光ガイド層108と、約400nmの厚みを有するp型Al0.05Ga0.95N
からなるp型クラッド層109と、約100nmの厚みを有するp型GaNからなるp型
コンタクト層110とを順次形成する。
して、n型GaN基板101の裏面をn型GaN基板101が所定の厚み(100μm程
度)になるまで研磨した後、n型GaN基板101の裏面(窒素面)上に、n側電極11
2を形成する。最後に、n型GaN基板101および各層102〜110を劈開すること
により、素子分離および共振器端面の形成を行う。これにより、図7に示した従来の窒化
物系半導体レーザ素子が完成される。
常に大きいので、劈開により素子分離および共振器端面の形成を良好に行うのが困難であ
るという不都合がある。このような不都合に対処するため、劈開工程の前にn型GaN基
板の裏面を機械研磨して、n型GaN基板の裏面の凹凸の大きさを小さくすることによっ
て、素子分離および共振器端面の形成を良好に行う方法が提案されている(たとえば、特
許文献1参照)。
機械研磨する際に、n型GaN基板の裏面近傍に応力が加わる。このため、n型GaN基
板の裏面近傍にクラックなどの微細な結晶欠陥が発生するという不都合がある。その結果
、n型GaN基板と、n型GaN基板の裏面(窒素面)上に形成されたn側電極とのコン
タクト抵抗が増加するという問題点があった。
基板の裏面(窒素面)上に形成されたn側電極とのコンタクト抵抗が増加するという問題
点があった。
の目的は、窒化物系半導体基板などの窒素面と電極とのコンタクト抵抗を低減することが
可能な窒化物系半導体素子の製造方法を提供することである。
系半導体基板などの窒素面近傍の結晶欠陥を低減することである。
タクト抵抗を低減することが可能な窒化物系半導体素子を提供することである。
法は、ウルツ鉱構造を有するn型の窒化物系半導体層および窒化物系半導体基板のいずれ
かからなる第1半導体層の裏面をエッチングする工程と、その後、エッチングされた第1
半導体層の裏面上に、n側電極を形成する工程とを備えている。
造を有するn型の窒化物系半導体層および窒化物系半導体基板のいずれかからなる第1半
導体層の裏面を、エッチングすることによって、研磨工程などに起因して発生した第1半
導体層の裏面近傍の結晶欠陥を含む領域を除去することができるので、第1半導体層の裏
面近傍の結晶欠陥を低減することができる。これにより、結晶欠陥による電子キャリアの
トラップなどに起因する電子キャリア濃度の低下を抑制することができるので、第1半導
体層の裏面の電子キャリア濃度を大きくすることができる。その結果、第1半導体層とn
側電極とのコンタクト抵抗を低減することができる。また、第1半導体層の裏面をエッチ
ングすることによって、機械研磨の場合に比べて、第1半導体層の裏面の平坦性を向上さ
せることができる。これにより、第1半導体層の裏面上に形成されるn側電極の平坦性を
向上させることができるので、n側電極を放熱基台に取り付ける構造の場合には、n側電
極と放熱基台との密着性を向上させることができる。その結果、良好な放熱特性を得るこ
とができる。また、第1半導体層の裏面上に形成されるn側電極の平坦性を向上させるこ
とができるので、n側電極にワイヤボンディングを行う構造の場合には、n側電極に対す
るワイヤボンディングのボンディング特性を向上させることができる。
体層の裏面は、第1半導体層の窒素面を含む。ここで、窒素面とは、全て窒素面である場
合のみならず、窒素面が主体の面である場合を含む広い概念である。具体的には、窒素面
が50%以上ある面は、本発明の窒素面に含まれる。このように第1半導体層の裏面が窒
素面である場合には、裏面が酸化されやすいので、裏面の酸化された部分をエッチングに
より除去することができる。これにより、第1半導体層とn側電極とのコンタクト抵抗を
より低減することができる。
グする工程は、第1半導体層の裏面を反応性エッチングによりエッチングする工程を含む
。このように構成すれば、反応性エッチングにより、容易に、第1半導体層の裏面の平坦
性を向上させることができるとともに、裏面近傍の結晶欠陥を低減することができる。な
お、本発明の反応性エッチングは、ドライエッチングとほぼ同じ意味を有する。
において、好ましくは、反応性エッチングによりエッチングする工程は、Cl2ガスと
BCl3ガスとを用いて反応性エッチングによりエッチングする工程を含む。このように
構成すれば、容易に、第1半導体層の裏面の平坦性を向上させることができるとともに、
裏面近傍の結晶欠陥を低減することができる。この場合、反応性エッチングによりエッチ
ングする工程におけるCl2ガスに対するBCl3ガスの流量比は、30%以上70%以下
であるのが好ましい。このCl2ガスに対するBCl3ガスの流量比の範囲は、実験により
第1半導体層の裏面の平坦性を向上させることができることが確認された範囲であるので
、この範囲の流量比を用いれば、確実に第1半導体層の裏面の平坦性を向上させることが
できる。
を形成する工程に先立って、エッチングされた第1半導体層の窒素面を、塩素、フッ素、
臭素、ヨウ素、イオウおよびアンモニウムの少なくとも1つを含む溶液に浸す工程をさら
に備える。このように構成すれば、第1半導体層の窒素面のエッチングによる残留物を容
易に除去することができる。これにより、第1半導体層とn側電極とのコンタクト抵抗を
より低減することができる。この場合、n側電極を形成する工程に先立って、第1半導体
層の裏面をHCl溶液により塩酸処理する工程をさらに備える。このように構成すれば、
第1半導体層の裏面のエッチングにより裏面に付着した塩素系残留物を容易に除去するこ
とができる。
グする工程に先立って、第1半導体層の裏面を研磨する工程をさらに備える。このように
第1半導体層の裏面を研磨した場合にも、研磨後のエッチング工程により、第1半導体層
の裏面の平坦性を向上することができるとともに、研磨に起因して発生した裏面近傍の結
晶欠陥を低減することができる。
グする工程は、第1半導体層の裏面をウェットエッチングによりエッチングする工程を含
む。このように構成すれば、ウェットエッチングにより、容易に、第1半導体層の裏面の
平坦性を向上させることができるとともに、裏面近傍の結晶欠陥を低減することができる
。この場合、ウェットエッチングによりエッチングする工程は、王水、KOHおよびK2
S2O8からなるグループから選択される少なくとも1つのエッチング液を用いてエッチン
グする工程を含むのが好ましい。また、ウェットエッチングによりエッチングする工程は
、約120℃に昇温した状態でエッチングする工程を含むのが好ましい。このように構成
すれば、ウェットエッチングを室温で行う場合の約10倍のエッチングレートを得ること
ができる。
n型の窒化物系半導体層および窒化物系半導体基板のいずれかからなる第1半導体層の窒
素面を、反応性エッチングによりエッチングする工程と、その後、エッチングされた第1
半導体層の窒素面上に、n側電極を形成する工程とを備えている。
造を有するn型の窒化物系半導体層および窒化物系半導体基板のいずれかからなる第1半
導体層の窒素面を、反応性エッチングによりエッチングすることによって、研磨工程など
に起因して発生した第1半導体層の窒素面近傍の結晶欠陥を含む領域を除去することがで
きるので、第1半導体層の窒素面近傍の結晶欠陥を低減することができる。これにより、
結晶欠陥による電子キャリアのトラップなどに起因する電子キャリア濃度の低下を抑制す
ることができるので、第1半導体層の窒素面の電子キャリア濃度を大きくすることができ
る。その結果、第1半導体層とn側電極とのコンタクト抵抗を低減することができる。ま
た、第1半導体層の窒素面を反応性エッチングによりエッチングすることによって、機械
研磨の場合に比べて、第1半導体層の窒素面の平坦性を向上させることができる。これに
より、第1半導体層の窒素面上に形成されるn側電極の平坦性を向上させることができる
ので、n側電極を放熱基台に取り付ける構造の場合には、n側電極と放熱基台との密着性
を向上させることができる。その結果、良好な放熱特性を得ることができる。また、第1
半導体層の窒素面上に形成されるn側電極の平坦性を向上させることができるので、n側
電極にワイヤボンディングを行う構造の場合には、n側電極に対するワイヤボンディング
のボンディング特性を向上させることができる。
物系半導体層および窒化物系半導体基板のいずれかからなる第1半導体層と、第1半導体
層の裏面上に形成されたn側電極とを備え、n側電極と第1半導体層とのコンタクト抵抗
は、0.05Ωcm2以下である。
ト抵抗を、0.05Ωcm2以下にすることによって、n側電極と第1半導体層とのコン
タクト抵抗が低減された良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる
。
電極との界面近傍における電子キャリア濃度は、1×1017cm-3以上である。このよう
に構成すれば、容易に、n側電極と第1半導体層とのコンタクト抵抗が低減された窒化物
系半導体素子を得ることができる。
電極との界面近傍における転位密度は、1×109cm-2以下である。このように構成す
れば、第1半導体層のn側電極との界面近傍における結晶欠陥(転位)を低減することが
できるので、第1半導体層のn側電極との界面におけるコンタクト抵抗を低減することが
できる。
は、第1半導体層の窒素面を含む。
において、好ましくは、反応性エッチングによりエッチングする工程におけるエッチング
深さとエッチング時間とは、比例関係にある。このように構成すれば、エッチング時間を
調整することにより、エッチング深さを精度よく制御することができる。
グする工程は、第1半導体層の裏面をエッチングすることにより、第1半導体層の裏面を
鏡面にする工程を含む。このように構成すれば、より良好な第1半導体層の裏面の平坦性
を得ることができる。
の形成工程の後、熱処理を施す工程をさらに備える。このように構成すれば、第1半導体
層とn側電極とのコンタクト抵抗をより低減することができる。
グする工程は、第1半導体層の裏面を約1μm以上の厚み分エッチングする工程を含む。
このように構成すれば、研磨工程などに起因して発生した第1半導体層の裏面近傍の結晶
欠陥を含む領域を十分に除去することができるので、第1半導体層の裏面近傍の結晶欠陥
をより低減することができる。
N、BN、AlN、InNおよびTlNからなるグループより選択される少なくとも1つ
の材料からなるn型の窒化物系半導体層および窒化物系半導体基板を含んでいてもよい。
また、n側電極は、Al膜を含んでいてもよい。
半導体素子は、窒化物系半導体発光素子である。このように構成すれば、窒化物系半導体
発光素子において、第1半導体層とn側電極とのコンタクト抵抗を低減することができる
ので、良好な発光特性を有する窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
AlN、InNおよびTlNからなるグループより選択される少なくとも1つの材料から
なるn型の窒化物系半導体層および窒化物系半導体基板を含んでいてもよい。また、n側
電極は、Al膜を含んでいてもよい。
は、窒化物系半導体発光素子である。このように構成すれば、窒化物系半導体発光素子に
おいて、第1半導体層とn側電極とのコンタクト抵抗を低減することができるので、良好
な発光特性を有する窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
ることが可能な窒化物系半導体素子の製造方法を提供することができる。
体基板などの窒素面近傍の結晶欠陥を低減することができる。
を低減することが可能な窒化物系半導体素子を提供することができる。
説明するための断面図および斜視図である。
ロセスについて説明する。まず、本実施形態では、たとえば、特開2000−44400
号公報に開示された方法によりウルツ鉱構造を有する酸素ドープのn型GaN基板1を形
成する。具体的には、HVPE法を用いてGaAs基板(図示せず)上に、酸素ドープの
n型GaN層を約120μm〜約400μmの厚みで形成する。その後、GaAs基板を
除去することによって、図1に示されるようなn型GaN基板1を得る。このn型GaN
基板1のホール効果測定による基板キャリア濃度は、5×1018cm-3である。また、n
型GaN基板1のSIMS(Secondary Ion Mass Spectros
copy)分析による不純物濃度は、1×1019cm-3である。なお、n型GaN基板1
は、本発明の「第1半導体層」の一例である。
D法を用いて、約1気圧(約100kPa)の圧力下で、約5μmの厚みを有するn型G
aNからなるn型バッファ層2と、約1μmの厚みを有するn型Al0.08Ga0.92Nから
なるn型クラッド層3と、InGaNからなるMQW活性層4と、約0.28μmの厚み
を有するp型Al0.08Ga0.92Nからなるp型クラッド層5と、約70nmの厚みを有す
るp型GaNからなるp型コンタクト層6とを順次形成する。
.5nmの厚みのIn0.15Ga0.85Nからなる3層の井戸層とを交互に積層することによ
り形成する。また、原料ガスとしては、Ga(CH3)3と、In(CH3)3と、Al(C
H3)3と、NH3とを用い、キャリアガスとしては、H2とN2とを用いる。本実施形態で
は、これらの原料ガスの供給量を変化させることにより、各層2〜6の組成を調整してい
る。また、n型バッファ層2およびn型クラッド層3のn型ドーパントとしては、SiH
4ガス(Si)を用いる。p型クラッド層5およびp型コンタクト層6のp型ドーパント
としては、Cp2Mgガス(Mg)を用いる。
よびp型クラッド層5の一部の領域をエッチングする。これにより、図2に示すように、
p型クラッド層5の凸部とp型コンタクト層6とからなる約2μmの幅を有する凸部(リ
ッジ部)を形成する。次に、p型コンタクト層6の上面上に、下から上に向かって、約1
nmの厚みを有するPt膜と、約10nmの厚みを有するPd膜と、約300nmの厚み
を有するNi膜とからなるp側電極7を形成する。これにより、図2に示したような複数
の素子が形成される領域を含む窒化物系半導体レーザ素子構造20が形成される。
面(窒素面)を機械研磨する。この研磨工程に用いる機械研磨装置30は、図3に示すよ
うに、平坦な表面を有するガラス基板11と、上下に移動可能で、かつ、R方向に回転可
能に支持されたホルダ12と、バフ13とから構成されている。バフ13上には、約0.
2μm〜約1μmの粒子粗さのダイヤモンド、酸化ケイ素またはアルミナなどからなる研
磨剤(図示せず)が配置されている。この研磨剤の粒子粗さは、約0.2μm〜約0.5
μmの範囲であれば、特に良好に裏面研磨を行うことができる。また、ホルダ12の下面
には、図3および図4に示すように、窒化物系半導体レーザ素子構造20が、ワックス1
4により、ホルダ12と直接接触することのないように間隔を隔てて取り付けられている
。これにより、機械研磨に際して、窒化物系半導体レーザ素子構造20が破損するのを防
止する。なお、ガラス基板11などに代えて、金属などからなる平坦な研磨盤を用いても
よい。
aN基板1の厚みが約120μm〜約180μmになるまで研磨する。具体的には、ホル
ダ12の下面に取り付けられた窒化物系半導体レーザ素子構造20のn型GaN基板1の
裏面(図4参照)を、研磨剤が配置されているバフ13の上面に、一定の負荷で押圧する
。そして、バフ13(図3参照)に水またはオイルを流しながら、ホルダ12をR方向に
回転する。このようにして、n型GaN基板1の厚みが約120μm〜約180μmにな
るまで機械研磨を行う。なお、n型GaN基板1の厚みを、約120μm〜約180μm
の範囲に加工するのは、この範囲の厚みであれば、後述する劈開工程を良好に行うことが
できるためである。
板1の裏面(窒素面)を、約20分間エッチングする。このエッチングは、ガス流量、C
l2ガス:10sccm、BCl3ガス:5sccm、エッチング圧力:約3.3Pa、R
Fパワー:200W(0.63W/cm2)、エッチング温度:常温の条件下で行った。
これにより、n型GaN基板1の裏面(窒素面)を約1μmの厚み分だけ除去する。その
結果、上記機械研磨に起因して発生した結晶欠陥を含むn型GaN基板1の裏面近傍の領
域を除去することができる。また、n型GaN基板1の裏面を、機械研磨のみで加工した
場合と比べて、より平坦な鏡面にすることができる。なお、n型GaN基板1の裏面の反
射像を目視により良好に確認することができる表面状態を鏡面とする。
型GaN基板1の裏面の結晶欠陥(転位)密度を、TEM(Transmission
Electron Microscope)分析により測定した。その結果、エッチング
前には、結晶欠陥密度は、1×1010cm-2以上であったのに対して、エッチング後には
、結晶欠陥密度は、1×106cm-2以下にまで減少していることが判明した。また、エ
ッチング後のn型GaN基板1の裏面近傍の電子キャリア濃度を、エレクトロケミカルC
−V測定濃度プロファイラーにより測定した。その結果、n型GaN基板1の裏面近傍の
電子キャリア濃度は、1.0×1018cm-3以上であった。これにより、RIE法による
エッチングによって、裏面近傍の電子キャリア濃度を、n型GaN基板1の基板キャリア
濃度(5×1018cm-3)と同程度にできることがわかった。
なる。したがって、エッチング時間を調整することにより、エッチング深さを精度よく制
御することができる。また、エッチングガスの組成により、エッチングレートおよび表面
状態は変化する。図6は、RIE法のエッチングガスを変化させた場合のエッチングレー
トの変化を示したグラフである。この場合、Cl2ガス流量を10sccmに固定すると
ともに、BCl3ガス流量を変化させた場合のエッチングレートを測定した。その結果、
図6に示すように、Cl2ガスに対するBCl3ガスの流量比が、30%以上70%以下の
範囲であれば、エッチングされた面が平坦な鏡面になることが判明した。なお、Cl2ガ
スに対するBCl3ガスの流量比が、5%未満の場合または85%を越える場合には、エ
ッチングされた面の平坦性が損なわれるとともに、白濁した面となった。
のHCl溶液(濃度10%)に1分間浸漬することにより塩酸処理を行う。これにより、
RIE法によるエッチング時に、n型GaN基板1の裏面に付着した塩素系残留物が除去
される。
構造20のn型GaN基板1の裏面(窒素面)上に、n型GaN基板1の裏面に近い方か
ら順に、6nmの厚みを有するAl膜と、2nmの厚みを有するSi膜と、10nmの厚
みを有するNi膜と、300nmの厚みを有するAu膜とからなるn側電極8を形成する
。
すような本実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が完成される。
型GaN基板1の裏面(窒素面)を、RIE法によりエッチングすることによって、研磨
工程に起因して発生したn型GaN基板1の裏面近傍の結晶欠陥を含む領域を除去するこ
とができる。これにより、結晶欠陥による電子キャリアのトラップなどに起因する電子キ
ャリア濃度の低下を抑制することができる。また、n型GaN基板1の裏面が窒素面であ
る場合には、n型GaN基板1の裏面が酸化されやすいので、その酸化された部分をエッ
チングにより除去することができる。これらの結果、n型GaN基板1とn側電極8との
コンタクト抵抗を低減することができる。なお、本実施形態に沿って作製された窒化物系
半導体レーザ素子におけるn型GaN基板1とn側電極8とのコンタクト抵抗をTLM法
(Transmission Line Model)により測定したところ、コンタク
ト抵抗は、2.0×10-4Ωcm2以下であった。また、n型GaN基板1の裏面(窒素
面)上にn側電極8を形成した後、さらに500℃の窒素ガス雰囲気中で10分間の熱処
理を行った場合には、コンタクト抵抗はさらに低い1.0×10-5Ωcm2であった。
に、n型GaN基板1の裏面を、RIE法によりエッチングすることによって、機械研磨
の場合に比べて、n型GaN基板1の裏面の平坦性をより向上させることができる。これ
により、n型GaN基板1の裏面上に形成されたn側電極8の平坦性を向上させることが
できる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子をジャンクションダウンで取り付ける構造
の場合には、n側電極8に対するワイヤボンディングのボンディング特性を向上させるこ
とができる。また、n側電極8を放熱基台(サブマウント)に取り付ける構造の場合には
、n側電極8と放熱基台との密着性を向上させることができるので、良好な放熱特性を得
ることができる。
効果をより詳細に確認するため、以下の表1に示すような実験を行った。
々の窒素面(裏面)処理を施した後、n型GaN基板の裏面近傍の電子キャリア濃度を、
エレクトロケミカルC−V測定濃度プロファイラーにより測定した。また、電子キャリア
濃度測定後の試料1〜7のn型GaN基板の裏面上に、n側電極を形成した後、n型Ga
N基板とn側電極とのコンタクト抵抗を、TLM法により測定した。
とAu膜とにより形成した。また、基板研磨、RIE法によるエッチングおよび塩酸処理
のその他の条件は、上記した一実施形態と同様である。なお、試料6は、上記した一実施
形態の製造プロセスを用いて作製した。
よる試料3〜7では、従来と同様の方法により作製された試料1よりもコンタクト抵抗が
大きく低減された。具体的には、試料1のコンタクト抵抗は、20Ωcm2であったのに
対して、本発明による試料3〜7のコンタクト抵抗は、0.05Ωcm2以下であった。
これは以下の理由によると考えられる。すなわち、本発明による試料3〜7では、機械研
磨により発生した結晶欠陥を含むn型GaN基板の裏面近傍の領域が、RIE法によるエ
ッチングにより除去されたと考えられる。このため、n型GaN基板の裏面近傍における
結晶欠陥に起因して電子キャリア濃度が低下するのが抑制されたためであると考えられる
。
の裏面近傍の電子キャリア濃度が高かった。具体的には、従来例に対応する試料1の電子
キャリア濃度は、2.0×1016cm-3であったのに対して、本発明による試料3〜7の
電子キャリア濃度は、1.0×1017cm-3以上であった。
だけ除去した試料4では、Cl2ガスを用いたRIE法により、n型GaN基板の裏面を
約0.5μmの厚み分だけ除去した試料3よりも、低いコンタクト抵抗を得ることができ
た。これは、約0.5μmの厚み分の除去では、機械研磨により発生した結晶欠陥を含む
n型GaN基板の裏面近傍の領域を十分に除去することができなかったためであると考え
られる。これらの試料において、n型GaN基板の裏面の結晶欠陥(転位)密度を、TE
M分析により測定したところ、試料3の結晶欠陥密度は1×109cm-2であった。一方
、試料4では、観察した視野中に結晶欠陥は観察されず、結晶欠陥密度は1×106cm-
2以下であった。したがって、RIE法によりn型GaN基板の裏面を約1.0μm以上
の厚み分除去するのが好ましい。
では、Cl2ガスのみを用いたRIE法によってn型GaN基板の裏面のエッチングを行
った試料4に比べて、さらに低いコンタクト抵抗を得ることができた。
ッチングした後、塩酸処理を行った上記一実施形態に対応する試料6、および、さらに5
00℃の窒素雰囲気中で10分間の熱処理を行った試料7では、塩酸処理および熱処理を
行わない試料5に比べて、さらに低いコンタクト抵抗を得ることができた。また、試料6
と試料7との比較から、熱処理によって、n型GaN基板とn側電極とのコンタクト抵抗
をさらに減少することができるとともに、n型GaN基板の裏面近傍の電子キャリア濃度
をさらに向上させることが判明した。
分間の浸漬処理(塩酸処理)を行った試料2では、塩酸処理を行わなかった従来例に対応
する試料1よりも、低いコンタクト抵抗を得ることができた。具体的には、試料1のコン
タクト抵抗は、20Ωcm2であったのに対して、試料2のコンタクト抵抗は、0.1Ω
cm2であった。これは、塩酸処理により、n型GaN基板の裏面が清浄化されたためで
あると考えられる。
くするために酸素のドーピング量を多くしてキャリア濃度を上げると結晶性が低下する。
しかし、本発明により、上記一実施形態によるn型GaN基板1の酸素ドープ量(基板キ
ャリア濃度:5×1018cm-3)においてもコンタクト抵抗を低くすることができる。
考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範
囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。
を形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ウルツ鉱構造を有するn型
の窒化物系半導体基板または窒化物系半導体層を用いた場合であってもよい。たとえば、
BN(窒化ホウ素)、AlN(窒化アルミニウム)、InN(窒化インジウム)またはT
lN(窒化タリウム)などからなる窒化物系半導体基板または窒化物系半導体層が考えら
れる。また、これらの混晶からなる窒化物系半導体基板または窒化物系半導体層であって
もよい。
チングしたが、本発明はこれに限らず、他のドライエッチング(反応性エッチング)を用
いてもよい。たとえば、反応性イオンビームエッチングや、ラジカルエッチングや、プラ
ズマエッチングを用いてもよい。
l3ガスとを用いて、RIE法によりエッチングを行ったが、本発明はこれに限らず、他
のエッチングガスを用いてもよい。たとえば、Cl2とSiCl4との混合ガスやCl2と
CF4との混合ガスやCl2ガスを用いてもよい。
構造20をHCl溶液に浸漬(塩酸処理)することにより、n型GaN基板1の裏面に付
着した塩素系残留物を除去したが、本発明はこれに限らず、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素
、イオウおよびアンモニアの少なくとも1つを含む溶液に浸漬してもよい。
した後、n型GaN基板1の裏面(窒素面)を機械研磨した場合について説明したが、本
発明はこれに限らず、n型GaN基板1の裏面(窒素面)をあらかじめ所定の厚みに機械
研磨した後、n型GaN基板1の上面(Ga面)上に各層2〜6を形成する場合であって
もよい。また、n型GaN基板1の窒素面の機械研磨を行わない場合であってもよい。
パントとして、それぞれ、SiおよびMgを用いたが、本発明はこれに限らず、他のn型
またはp型のドーパントを用いてもよい。たとえば、n型ドーパントして、SeやGeな
どを用いてもよい。また、p型ドーパントして、BeやZnなどを用いてもよい。また、
上記一実施形態では、常圧MOCVD法により、n型GaN基板1上に各層2〜6を形成
したが、本発明はこれに限らず、他の成長法により、各層2〜6を形成してもよい。たと
えば、減圧MOCVD法により、各層2〜6を形成してもよい。
について説明したが、本発明はこれに限らず、n型バッファ層2を形成しない場合であっ
てもよい。この場合、各層3〜6の結晶性は若干低下するが、製造プロセスを簡略化する
ことができる。
が、本発明はこれに限らず、10nmの厚みを有するTi膜と500nmの厚みを有する
Al膜とからなるn側電極、6nmの厚みを有するAl膜と10nmの厚みを有するNi
膜と300nmの厚みを有するAu膜とからなるn側電極、または、10nmの厚みを有
するAlSi膜と300nmの厚みを有するZn膜と100nmの厚みを有するAu膜と
からなるn側電極などのAlを含む他の電極構造を用いてもよい。
構造を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、高抵抗のブロック層また
はn型のブロック層を用いた埋め込み構造により電流狭窄を行ってもよい。また、イオン
注入法などにより、電流狭窄層または横方向光閉じ込め構造としての光吸収層を形成して
もよい。
て説明したが、本発明はこれに限らず、ウルツ鉱構造を有するn型の窒化物系半導体層ま
たは窒化物系半導体基板を用いた半導体素子であればよい。たとえば、表面の平坦性が要
求されるMESFET(Metal Semiconductor Field Eff
ect Transistor)、HEMT(High Electron Mobil
ity Transistor)、発光ダイオード素子(LED)または面発光レーザ素
子(VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting
Laser))などに本発明を適用してもよい。
が、本発明はこれに限らず、他の厚みを有する電極であってもよい。たとえば、電極の各
層の厚みを薄くして、電極が透光性を有するように形成することによって、面発光レーザ
素子や発光ダイオード素子として用いてもよい。特に、n側の電極は透光性を有するよう
な薄い厚みに形成しても、本発明により、n側電極のコンタクト抵抗を十分に低くするこ
とができる。
ライエッチングを行ったが、本発明はこれに限らず、n型GaN基板1の裏面(窒素面)
をウェットエッチングするようにしてもよい。n型GaN基板1の裏面の窒素面をウェッ
トエッチングする場合には、ウェットエッチング液として、王水、KOHやK2S2O8な
どを用いる。たとえば、0.1Molの濃度のKOHを用いてn型GaN基板1の裏面の
窒素面を室温でウェットエッチングすればよい。なお、この場合、約120℃に昇温すれ
ば、室温の場合に比べて、エッチングレートを約10倍にすることができる。
りドライエッチングする場合について説明したが、本発明はこれに限らず、n型GaN基
板1の裏面がGa面からなる場合に、そのn型GaN基板1のGa面からなる裏面をウェ
ットエッチングするようにしてもよい。n型GaN基板1の裏面のGa面をウェットエッ
チングする場合には、ウェットエッチング液として、王水、KOHやK2S2O8などを用
いる。たとえば、0.1Molの濃度のKOHを用いて365nmの水銀ランプを用いて
、室温でn型GaN基板1の裏面のGa面をウェットエッチングすればよい。なお、この
場合、約120℃に昇温すれば、室温の場合に比べて、エッチングレートを約10倍にす
ることができる。
場合について説明したが、本発明はこれに限らず、n型GaN基板の裏面に少しGa面が
存在するn型GaNオフ基板を用いてもよい。このn型GaNオフ基板の場合にも、裏面
は本発明の窒素面に含まれる。
8 n側電極
Claims (1)
- n型の窒化物系半導体からなる基板と、
前記基板の裏面上に形成されたn側電極と、
前記基板の上面上に形成されたn型の窒化物系半導体層と、
前記n型の窒化物系半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成されたp型の窒化物系半導体層と、
前記p型の窒化物系半導体層上に形成されたp側電極とを備え、
前記n側電極は、窒素ガス雰囲気中で熱処理されていることを特徴とする、窒化物系半
導体素子。
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