JP5749888B2 - 半導体素子及び半導体素子を作製する方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子、及び半導体素子を作製する方法に関する。

特許文献１には、ｃ面のｐ型層へのオーミック接触を得ることが記載されている。ｐ型不純物をドープしたＧａ_ＸＡｌ_１−ＸＮにＡｇ、Ｎｉ等よりなる金属を使用する。金属層の堆積後に、酸素雰囲気中でアニールを行う。これにより、窒化ガリウム系化合物半導体を利用して、低駆動電圧化、高輝度化した発光デバイスと実現する。

特許文献２には、ｃ面のｐ型層へのオーミック接触を得ることが記載されている。ｐ^＋層の表面上にニッケル層を形成すると共に、その上に金層を形成した後に、熱処理によって深さ方向の元素の分布を反転させる。この結果、表面側からニッケル、金の順に元素が存在するように構成される。

特許文献３には、ｐ型ＧａＮコンタクト層上への電極の形成が記載されている。Ｍｇの添加されたＧａＮコンタクト層１７上に透光性電極を形成した後に、少なくとも酸素を含むガス中において摂氏５００〜６００度の範囲で熱処理して、ｐ型低抵抗化と電極の合金化処理を同時に行う。

特許文献４に記載された方法では、サファイア基板上にＡｌＮバッファ層を介してＧａＮ層及びＭｇを添加した積層体を形成した後に、これを摂氏３００度の温度で加熱する。この加熱後に、積層体上に厚さ５０ｎｍの金属電極を蒸着する。

特開平０５−２９１６２１号公報 特開平０９−６４３３７号公報 特開平１１−１８６６０５号公報 特開２００４−２４７３２３号公報

特許文献１及び２の方法では、ｃ面ＧａＮ基板上のｐ型ＧａＮに対して非常に良好な結果をもたらす。しかしながら、発明者らの知見によれば、無極性及び半極性のＧａＮ基板上のｐ型ＧａＮでは、良好なオーミック電極を形成できず、これは、非極性面の特有の厚い表面酸化膜の影響であると考えられる。酸化膜の影響の違いは、有極性のｃ面と非極性面では表面の酸化膜（Ｇａ−Ｏ結合）の状態が異なることに起因する。発明者らの実験によれば、非極性面ではＧａＮ−電極界面により厚い酸化膜が存在しており、これ故に電気特性が良くない。さらに、この酸化膜は、ｃ面と非極性面における酸素吸着力の差異に因り、電極を合金化させる酸素アニールにより非極性ＧａＮ−電極の界面により多くの酸化物が形成されている。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ｃ面に対して傾斜したｐ型主面において良好なオーミック接触を有する半導体素子を提供することを目的とし、またｃ面に対して傾斜したｐ型主面において良好なオーミック接触を実現できる半導体素子を作製する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、ノンアロイ電極を有する半導体素子である。この半導体素子は、（ａ）六方晶系III族窒化物からなり、該六方晶系III族窒化物のｃ軸に対して傾斜した平面に沿って該六方晶系III族窒化物のｃ面と異なるように延在する主面を有するｐ型半導体領域と、（ｂ）前記ｐ型半導体領域の前記主面上に設けられた金属層とを備える。前記六方晶系III族窒化物はIII族構成元素としてガリウムを含み、前記金属層と前記ｐ型半導体領域とは界面を成すように積層されてノンアロイ電極を構成する。

発明者らの知見によれば、六方晶系III族窒化物からなり支持体の傾斜した主面は、六方晶系III族窒化物のｃ面に比べて酸化されやすい。これ故に、電極のための金属層を形成した後にアロイを行うと、六方晶系III族窒化物と電極との界面に酸化物が増加する。本発明に係る側面に係る半導体素子によれば、金属層とｐ型半導体領域とは、界面を形成するように積層されてノンアロイ電極を構成する。これ故に、電極のための金属層を形成した後のアロイによる酸化物増加を避けることができる。

本発明の別の側面は、半導体素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）六方晶系III族窒化物からなる主面を有するｐ型半導体領域を含む支持体を準備する工程と、（ｂ）前記ｐ型半導体領域の前記主面上に金属層を堆積して、ノンアロイ電極を形成する工程とを備える。前記六方晶系III族窒化物はIII族構成元素としてガリウムを含み、前記ｐ型半導体領域の前記主面は、該六方晶系III族窒化物のｃ軸に対して傾斜した平面に沿って該六方晶系III族窒化物のｃ面と異なるように延在する。

上記側面に係る方法によれば、六方晶系III族窒化物からなる支持体主面は六方晶系III族窒化物のｃ面に比べて酸化されやすいけれども、六方晶系III族窒化物からなるｐ型半導体領域の主面上に金属層を堆積してノンアロイ電極を形成するので、電極のための金属層を形成した後のアロイによる酸化物増加を避けることができる。

本発明の別の側面に係る方法は、前記金属層を堆積する前に、前記支持体の前記ｐ型半導体領域を処理する工程を更に備えることができる。前記処理は、前記支持体に酸洗浄を適用することによって行われる。

上記側面に係る方法によれば、金属層の形成に先立つ自然酸化がｐ型半導体領域の表面に影響を与えるけれども、上記の前処理により、自然酸化の影響を低減できる。上記の処理は、例えば、塩酸、王水及びフッ化水素酸の少なくともいずれかに支持体を浸すことによって行われる。

本発明の更なる別の側面は、ノンアロイ電極である。このノンアロイ電極は、（ａ）六方晶系III族窒化物からなり、該六方晶系III族窒化物のｃ軸に対して傾斜した平面に沿って該六方晶系III族窒化物のｃ面と異なるように延在する主面を有するｐ型半導体領域と、（ｂ）前記ｐ型半導体領域の前記主面上に設けられた金属層とを備える。前記六方晶系III族窒化物はIII族構成元素としてガリウムを含み、前記金属層と前記ｐ型半導体領域とは界面を成すように積層されてノンアロイ電極を構成する。

上記の側面では、前記金属層は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及び金（Ａｕ）の少なくともいずれか、又はこれらの合金からなることができる。上記側面によれば、これらの金属層は良好な電気特性を提供できる。

上記の側面では、前記金属層を堆積した後には、酸素を含む雰囲気中で電極アニールを行わない。電極アニールによる酸化物の生成を界面において避けることができる。

上記の側面では、前記ｐ型半導体領域の前記主面における法線ベクトルと前記ｃ軸との成す傾斜角は、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲であることができる。上記の側面によれば、傾斜角が１０度未満１７０度以上であるとき、ｐ型半導体領域の主面は、半極性面というよりは極性面としての性質を示す。傾斜角が８０度以上１００度以下であるとき、半極性面というよりは無極性面としての性質を示す。

上記の側面では、前記ｐ型半導体領域の前記主面における法線ベクトルと前記ｃ軸との成す傾斜角は、６３度以上８０度以下、又は１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。上記の側面によれば、傾斜角が上記範囲にあるとき、青色から緑色波長領域の高品質な活性層が作製可能である。例えば、活性層が、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体層（例えば、ＩｎＧａＮ等）を含むとき、Ｉｎ元素の取り込みが良好である。また、窒化ガリウム系半導体がＩｎＧａＮ等であるとき、Ｉｎ組成の揺らぎが小さい。これ故に、発光ダイオードでは発光むらが小さくでき、レーザダイオードでは、Ｉｎ組成の揺らぎよるしきい値電流増加を低減できる。ノンアロイ電極により、素子の直列抵抗を低減できる。

上記の側面では、半導体素子は六方晶系III族窒化物からなる支持基体を更に備えることができる。前記支持基体は半極性主面を有しており、前記ｐ型半導体領域は、前記支持基体の前記半極性主面上に設けられている。この側面によれば、ｐ型半導体領域に半極性主面を提供することが容易になる。また、この側面において、前記支持基体の前記半極性主面における法線ベクトルと前記支持基体のｃ軸との成す傾斜角は、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲であることができる。上記の側面によれば、支持基体の傾斜角が１０度未満１７０度以上であるとき、ｐ型半導体領域の主面が半極性面というよりは極性面としての性質を示す。上記の傾斜角が８０度以上１００度以下であるとき、半極性面というよりは無極性面としての性質を示す。さらに、前記支持基体の前記半極性主面における法線ベクトルと前記支持基体のｃ軸との成す傾斜角は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。支持基体の傾斜角が上記角度範囲であるとき、ｐ型半導体領域の主面に、傾斜角は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の角度範囲の半極性面を提供することが容易になる。

上記の側面では、支持体は、六方晶系III族窒化物からなるｎ型半導体領域と、六方晶系III族窒化物からなる活性層とを更に備えることができる。前記活性層は、前記ｎ型半導体領域と前記ｐ型半導体領域との間に設けられる。上記の側面によれば、良好なオーミック性を有する電極を発光素子に提供できる。

上記の側面では、前記界面には厚さ１０ｎｍ以下の酸化物層が含まれることができる。上記の側面によれば、酸化物層の厚さが上記範囲であれば、半極性面に対する良好なオーミック接触を提供できる。

上記の側面では、前記酸化物層は構成元素としてガリウムを含む。上記の側面に係る半極性面は、ガリウム酸化物を形成しやすい。

上記の側面では、前記酸化物層は前記金属層の構成元素の酸化物を含まない。上記の側面に係る酸化物層は電極アニールの際に形成されるものではないので、酸化物は主に半極性面の構成元素と結合している。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明の一側面によれば、ｃ面に対して傾斜したｐ型主面において良好なオーミック接触を有する半導体素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、ｃ面に対して傾斜したｐ型主面において良好なオーミック接触を実現できる半導体素子を作製する方法が提供される。

図１は、本実施の形態に係る半導体素子の一例を示す図面である。 図２は、本実施の形態に係る半導体素子を作製する方法における主要な工程を示す工程フローを示す図面である。 図３は、半極性ｐ型ＧａＮ面におけるアロイ電極及びノンアロイ電極の特性を示す図面である。 図４は、半極性ｐ型ＧａＮ面におけるアロイ電極及びノンアロイ電極におけるＸＰＳ測定結果を示す図面である。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本実施の形態に係るノンアロイ電極、ノンアロイ電極を有する半導体素子、ノンアロイ電極を作製する方法及び半導体素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本実施の形態に係る半導体素子の一例を示す図面である。半導体素子１１は、ノンアロイ電極を有する。半導体素子１１は、ｐ型半導体領域１３と、金属層１５とを含む。ｐ型半導体領域１３は、六方晶系III族窒化物からなる。六方晶系III族窒化物はIII族構成元素としてガリウムを含み、例えば窒化ガリウム系半導体からなることができる。窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ、」ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮを含む。ｐ型半導体領域１３は主面１３ａを有しており、主面１３ａは該六方晶系III族窒化物のｃ軸（＜０００１＞軸）に対して傾斜した平面に沿って延在する。このような主面１３ａとして例えば半極性面がある。図１では、ｃ軸に方向はｃ軸ベクトルＣＶで表される。金属層１５はｐ型半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられる。金属層１５とｐ型半導体領域１３とは界面１７を形成するように積層されてノンアロイ電極を構成する。

発明者らの知見によれば、六方晶系III族窒化物はIII族構成元素としてガリウムを含むので、六方晶系III族窒化物からなる半極性主面１３ａは、六方晶系III族窒化物のｃ面に比べて酸化されやすい。これ故に、電極のための金属層１５を形成した後にアロイを行うと、六方晶系III族窒化物と電極との界面に酸化物が増加する。本実施の形態に係る半導体素子１１によれば、金属層１５とｐ型半導体領域１３とは、界面１７を形成するように積層されてノンアロイ電極を構成する。これ故に、電極のための金属層１５を形成した後のアロイによる酸化物増加を避けることができる。

実施例では、金属層１５は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及び金（Ａｕ）の少なくともいずれかからなることができ、これらの合金からなることができる。これらの金属層は良好な電気特性を提供できる。金属層１５とｐ型半導体領域１３とがノンアロイ電極を構成するためには、金属層１５を主面１３ａ上に堆積した後に、酸素を含む雰囲気中で電極アニールを行わない。この雰囲気中での電極アニールによる酸化物の生成を界面において避けることができる。例えば半極性面に構成されるノンアロイ電極界面では、酸素雰囲気中の電極アニールによる酸化物の生成を避けることができる。

図１を参照すると、主面１３ａの法線を示す法線ベクトルＮＶＰが示されている。この法線ベクトルＮＶＰとｃ軸ベクトルＶＣとの成す傾斜角ＡＬＰＨＡは、１０度以上１７０度以下の範囲であることができる。上記の側面によれば、有極性ｃ面と異なる極性の半導体面が基板主面１３ａに提供される。傾斜角ＡＰＬＨＡが１０度未満１７０度以上であるとき、ｐ型半導体領域１３の主面１３ａは、半極性面というよりは極性面としての性質を示す。傾斜角が８０度以上１００度以下であるとき、半極性面というよりは無極性面としての性質を示す。また、傾斜角ＡＬＰＨＡは、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲であることができる。上記の側面によれば、半極性面が基板主面１３ａに提供される。

傾斜角ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。傾斜角ＡＬＰＨＡが上記範囲にあるとき、表面酸化膜が少なく、電極材料や前処理により良好な電気特性を得ることができる。

界面１７には酸化物層１９が含まれることができる。酸化物層１９の厚さは１０ｎｍ以下であることが好ましい。酸化物層１９の厚さが上記範囲であれば、半極性面と金属層のノンアロイ接触に良好なオーミック特性を提供できる。また、発明者らの観察によれば、酸化物層１９は界面１７に、少なくとも０．５ｎｍ程度の残留が確認されている。主面１３ａはガリウム酸化物を形成しやすいので、酸化物層１９は構成元素としてガリウムを含んでいる。一方、酸化物層１９は金属層１７の構成元素の酸化物を含まない。酸化物層１９は電極アニールの際に形成されるものではないので、酸化物は主に主面１３ａの構成元素と結合している。

半導体素子１１は六方晶系III族窒化物からなる主面を有する支持基体２１を更に備えることができる。支持基体２１は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなることができる。支持基体２１は主面２１ａ及び裏面２１ｂを有する。主面２１ａが半極性を示す形態では、ｐ型半導体領域１３の主面１３ａに半極性を提供することが容易になる。また、ｐ型半導体領域は、支持基体２１の主面２１ａ上に設けられている。支持基体２１の主面２１ａにおける法線ベクトルＮＶＳと支持基体２１のｃ軸ベクトルＣＶＳ（＜０００１＞軸の方向）との成す傾斜角ＢＥＴＡは、１０度以上１７０度以下の範囲であることができる。傾斜角ＢＥＴＡが１０度未満１７０度以上であるとき、ｐ型半導体領域１３の主面１３ａが、有極性のｃ面に近い性質を示し、有極性のｃ面と異なる極性を示さない。傾斜角ＢＥＴＡが８０度以上１００度以下であるとき、ｐ型半導体領域１３の主面１３ａが半極性というよりは無極性面としての性質を示す。傾斜角ＢＥＴＡは、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲であることができる。この傾斜角では、主面２１ａが半極性を示す。上記の形態によれば、良好なオーミック性を有する電極を発光素子に提供できる。

半導体素子１１は、六方晶系III族窒化物からなるｎ型半導体領域２３と、六方晶系III族窒化物からなる活性層２５とを更に備えることができる。活性層２５は、ｎ型半導体領域２３とｐ型半導体領域１３との間に設けられる。ｎ型半導体領域２３、活性層２５及びｐ型半導体領域１３は支持体２９を構成する。ｎ型半導体領域２３、活性層２５及びｐ型半導体領域１３は支持基体１３の主面１３ａ上の法線ベクトルＮＶＳの方向に配列される。

活性層２５は、障壁層２５ａを含むことができ、また、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体層２５ｂ（例えば、井戸層）を含むことができる。井戸層２５ｂは例えばＩｎＧａＮからなることができ、また障壁層２５ａはＩｎＧａＮ又はＧａＮからなることができる。

傾斜角ＢＥＴＡが６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲であるとき、ｐ型半導体領域１３の主面１３ａに、６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の角度範囲の半極性面を提供することが容易になる。例えば、活性層２５がＩｎＧａＮ層を含むとき、Ｉｎ元素の取り込みが良好であり、これ故に長波長の発光に好適ある。また、窒化ガリウム系半導体がＩｎＧａＮ等であるとき、Ｉｎ組成の揺らぎを小さい。これ故に、発光ダイオードでは発光むらが小さくでき、レーザダイオードでは、Ｉｎ組成の揺らぎよるしきい値電流増加を低減できる。本実施例では、傾斜角ＢＥＴＡは、結晶に内包される歪みの影響を無視するとき、傾斜角ＡＬＰＨＡと実質的に等しい。

図２は、本実施の形態に係る半導体素子を作製する方法における主要な工程を示す工程フローを示す図面である。引き続く説明では、理解を容易にするために、製造工程において現れる部材の参照番号として、図１中の対応する部材の参照番号を付する。工程Ｓ１０１では、支持体２９を準備する。支持体２９はｐ型半導体領域１３を含み、ｐ型半導体領域１３は、支持体２９最表面として主面１３ａを有する。主面１３ａは、例えば六方晶系III族窒化物からなる半極性面であることができる。六方晶系III族窒化物はIII族構成元素としてガリウムを含む。他のIII族構成元素として、インジウム、アルミニウム等を含むことができ、Ｖ族構成元素として窒素を含む。ｐ型半導体領域１３の主面１３ａは、例えばＭｇドープＧａＮからなることができる。ｐ型半導体領域１３の主面１３ａは、該六方晶系III族窒化物のｃ軸に対して傾斜した平面に沿って延在しており、これ故に、ｐ型半導体領域１３の主面１３ａは半極性を示し、本実施例では、これを「半極性主面」と呼ぶ。

ｐ側電極のための金属層を堆積する前に、工程Ｓ１０２では、支持体２９のｐ型半導体領域１３の前処理を行うことができる。ｐ型半導体領域１３を成長炉で成長して支持体２９を形成した後に、支持体（エピタキシャル基板）２９を成長炉から取り出すと、エピタキシャル基板は大気にさらされる。エピタキシャル基板のエピ表面は、有極性のｃ面と異なる極性を示すので、大気中の酸素により自然酸化が生じる可能性がある。したがって、電極膜を形成するに先立つ自然酸化がｐ型半導体領域１３の表面１３ａに影響を与えるけれども、上記の前処理により、自然酸化の影響を低減できる。上記の前処理は、酸洗浄のための溶液、例えば王水及びフッ化水素酸等に支持体２９を浸すことによって行われる。

工程Ｓ１０３では、ｐ型半導体領域１３の主面１３ａ上に金属層１５を堆積して、ノンアロイ電極を形成する。これらの工程により、ノンアロイ電極を含む半導体素子の配列を含む基板生産物が形成される。

六方晶系III族窒化物からなる主面１３ａは六方晶系III族窒化物のｃ面に比べて酸化されやすいけれども、この方法によれば、六方晶系III族窒化物からなるｐ型半導体領域１３の主面１３ａ上に金属層１５を堆積してノンアロイ電極を形成するので、電極のための金属層１５を形成した後のアロイによる酸化物増加を避けることができる。金属層１５は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及び金（Ａｕ）の少なくともいずれか、或いはこれらの合金からなることができる。これらの金属層は良好な電気特性を提供できる。

また、金属層１５を堆積した後には、酸素を含む雰囲気中で電極アニールを行わない。電極アニール中に界面１７に酸化物が新たに生成されることを避けることができる。このようなノンアロイ電極における単位面積当たりの接触抵抗は例えば２×１０^−４（Ω・ｃｍ^２）以上であることができ、また６×１０^−３（Ω・ｃｍ^２）以下であることができる。ｐ型半導体領域１３の半極性主面１３ａにおける法線ベクトルＮＶＰとｃ軸ベクトルＣＶとの成す傾斜角ＡＬＰＨＡは、例えば１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲であることができる。

工程Ｓ１０４では、酸素雰囲気中での電極アニールを行うことなく基板生産物を分離して、個々の半導体素子を作製する。これらの工程により、ノンアロイ電極を作製することができ、またノンアロイ電極を有する半導体素子を作製することができる。

支持体２９の作製の一例を、半導体素子として発光素子を作製する工程を参照しながら説明する。工程Ｓ１０５では、III族窒化物基板を準備する。III族窒化物基板２１としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等であることができる。引き続く説明する実施例では基板２１は半極性主面を有する。III族窒化物基板２１は半極性主面２１ａを含む。半極性主面２１ａは、既に説明したように、III族窒化物基板２１のｃ軸ベクトルＣＶＳに対して角度ＢＥＴＡで傾斜した法線ベクトルＮＶＳを有する。ｃ軸の傾斜は、III族窒化物基板２１のａ軸の方向又はｍ軸の方向であることができる。

工程Ｓ１０６では、III族窒化物基板２１の半極性主面２１ａ上にｎ型III族窒化物半導体領域２３を成長する。ｎ型III族窒化物半導体領域２３は、ｎ型クラッド層等であることができる。ｎ型クラッド層は、四元系、三元系及び二元系のIII族窒化物半導体からなることができ、例えばＳｉドープＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ等である。ｎ型III族窒化物半導体領域２３の主面は、半極性を示す。

工程Ｓ１０７では、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域２３の主面上に、発光層を成長する。発光層は活性層２５を含み、必要な場合には活性層２５の両側に設けられた光ガイド層を含むことができる。工程Ｓ１０８では、活性層２５を成長する。活性層２５は、量子井戸構造を有することができる。工程Ｓ１０９では、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域２３の主面上に障壁層２５ａを成長し、障壁層２５ａの表面は半極性を示す。工程Ｓ１１０では井戸層２５ｂを障壁層２５ａの主面上に成長し、井戸層２５ｂの表面は半極性を示す。必要な場合には、障壁層２５ａの成長と井戸層２５ｂの成長とを繰り返す。完成した発光層及び活性層２５の表面は、半極性を示す。半極性の活性層では、ｃ面に比べてピエゾ電界の影響が低減される。

工程Ｓ１１１では、発光層の半極性主面上にｐ型III族窒化物半導体領域１３を成長する。ｐ型III族窒化物半導体領域１３は、ｐ型電子ブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層等を含むことができる。工程Ｓ１１２では、ｐ型電子ブロック層及び／又はｐ型クラッド層を活性層２５上に成長する。ｐ型クラッド層は、四元系、三元系及び二元系のIII族窒化物半導体からなることができ、例えばＭｇドープＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ等である。工程Ｓ１１３では、ｐ型電子ブロック層及び／又はｐ型クラッド層を成長した後に、ｐ型コンタクト層を含むことができる。ｐ型コンタクト層は、四元系、三元系及び二元系のIII族窒化物半導体からなることができ、例えばＭｇドープＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ等である。ｐ型コンタクト層におけるｐ型ドーパント濃度は例えば５×１０^１９ｃｍ^−３以上であり、また５×１０^２０ｃｍ^−３以下であることができる。

これらの工程により、エピタキシャル基板の形成が完了し、支持体２９が提供される。

本実施例は、半極性ｐ型ＧａＮのオーミック電極の形成に対し、アニールプロセスを用いることなく例えばＰｔ電極を使用することが有効であることを見出したものである。

まず、発明者らは、金属層を形成した後に酸素雰囲気アニールを行う方法を用いて、ｐ型半極性ＧａＮ層の上にｐ型電極を形成した。しかし、ｐ型ＧａＮの半極性（２０−２１）面上にＮｉ／Ａｕ金属積層を形成した後に酸素雰囲気中での合金化工程を適用してｐ側電極を形成したけれども、このｐ側電極は、良好なオーミック特性を示さなかった。また、他の方法として、高温状態でＰｔ電極を作製する方法で、半極性（２０−２１）ｐ型ＧａＮ上にＰｔ電極を形成した。このＰｔ電極も、良好なオーミック特性を示さなかった。これらの技術を用いて有極性ｃ面のｐ型ＧａＮに電極を形成するとき、良好なオーミック電極が形成される。上記の説明のように、既存の２方法を半極性ＧａＮへ適用しても、良好なオーミック電極が得られない。

この理由を考察するために、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いてｃ面ＧａＮ表面および半極性ＧａＮ表面の分析を行った。その結果、ｃ面ＧａＮ面に比べて、半極性ＧａＮ面の表面酸化膜が厚い（Ｇａ−Ｏ結合の密度が高い）ことが示された。そして、上記の２方法による作製において、合金化処理の後のＧａＮ／電極界面にも同様に酸化膜が観察された。一方で、本実施の形態のようなノンアロイＰｔ電極では、ｃ面のような厚い酸化膜は確認されなかった。

そこで、発明者らは、酸素を含む雰囲気中で熱処理することが原因で、金属電極とｐ型半導体結晶との界面が酸化され、それにより接触抵抗が上昇したと推測した。半極性の窒化物表面におけるボンドの状態（ダングリングボンド）がｃ面表面におけるボンド状態とは異なっており、半極性の窒化物表面は酸素と結合しやすい。これ故に、合金化中の酸素が、窒化物−電極界面に到達して、この界面に酸化物が成長したと推測した。

そして、発明者らはアニールを用いない電極の開発を進めた。この電極形成プロセスでは、常温（例えば摂氏１５度〜摂氏４０度）で例えばＰｔ電極膜を蒸着すると共にこの電極膜に熱処理を施さない。このＰｔ電極は良好なオーミック性を示し、半導体素子の電気特性（例えばＴＬＭ法による接触抵抗値及びＰＮダイオードのＩ−Ｖ特性等）も優良であった。そして、ＸＰＳにより測定結果には、電極とｐ型半導体領域との界面における酸素−ガリウム結合を示す信号は観測されなかった。この結果から、酸化膜は１０ｎｍ以下であると見積もられた。また、発明者らの知見から、０．５ｎｍ程度の酸化膜が界面に残されている可能性があると見積もられた。つまり、常温でＰｔ電極を形成し、かつこの電極とIII族窒化物半導体との界面に、酸化膜が０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば，良好なオーミック電極が形成される。同様な結果は、Ｐｔ電極だけでなく、Ｐｄ電極やＡｕ電極、これらの合金電極でも得られた。

上記の実施例において、Ｐｔ電極の蒸着前に、ｃ面及び半極性面のｐ型ＧａＮ結晶をアセトンや２−プロパノール等での超音波有機洗浄を行った後に、塩酸、王水、フッ酸洗浄を行った。洗浄時間は溶液において５分程度であった。このように酸洗浄を行うことによって、オーミック電極の更に良好な特性が得られた。

（実施例１）
図３（ａ）に示される構造のエピタキシャル基板を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法で作製した。その構造は、m軸方向にｃ軸が傾斜した半極性表面のｎ型ＧａＮ基板上にＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮバッファ層（必要な場合）を成長した後に、厚さ１μｍのＳｉドープｎ型のＧａＮ層、厚さ０．４μｍのMgドープｐ型のＧａＮ層、厚さ５０ｎｍの高濃度Ｍｇドープｐ＋型ＧａＮ層を成長した。

ｐ型電極膜の蒸着前に、フォトリソグラフィにより円形のレジストを形成した。この後に、同一蒸着装置内において、電子ビーム法および抵抗加熱法によりそれぞれＰｔ膜（厚さ５０ｎｍ）及びＮｉ／Ａｕ膜（厚さ５ｎｍ／１１ｎｍ）を蒸着した。真空度は、１×１０^−６Ｔｏｒｒ程度であった。

蒸着後に、レジストをアセトンでリフトオフして、ドーナツ状の空隙を有するＰｔ電極を形成した。空隙で分離された内側電極と,外側電極との間で抵抗を測定して、Ｐｔ電極の接触抵抗を評価した（ｃ−ＴＬＭ測定法）。この結果を図３（ｂ）に示した。
測定結果、抵抗値
Ｐｔ電極：５×１０^−３Ω・ｃｍ^２；
Ｎｉ／Ａｕ膜：３×１０^−２Ω・ｃｍ^２。

（実施例２）
Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて、ＧａＮ−電極極界面の分析を行った。実施例１と同様のエピタキシャル成長を行って、ｃ面エピタキシャル基板（評価デバイスＡ）及び半極性エピタキシャル基板（評価デバイスＢ）を成長した。これらのエピタキシャル基板（評価デバイスＡ、Ｂ）の各々に電子ビーム法でＰｔ電極を蒸着して、ｃ面基板生産物（評価デバイスＣ）及び半極性基板生産物（評価デバイスＤ）を形成した。また、これらのエピタキシャル基板（評価デバイスＡ、Ｂ）に電子ビーム法及び抵抗加熱法でＮｉ／Ａｕ膜を蒸着して、ｃ面基板生産物（評価デバイスＥ）及び半極性面基板生産物（評価デバイスＦ）を形成した。

上記の全ての評価デバイスの作製において、蒸着前に上記の有機洗浄及び酸洗浄をエピタキシャル基板に行った。また、評価デバイスＥ、Ｆには、少量の酸素が入った窒素雰囲気中で１分のアニール処理を行った。

評価デバイスＢにおける表面酸化膜は、評価デバイスＡに比べて厚い（Ｇａ−Ｏ結合の密度が高い）ことが示された。また、評価デバイスＥに比べて、評価デバイスＦもＧａＮ−電極界面に厚い酸化膜が確認された。しかしながら、評価デバイスＣ及びＤでは、それらの酸化膜は確認できなかった。

図４（ａ）は、半極性面上のノンアロイ電極におけるＧａ−Ｏ結合の結合エネルギの範囲におけるＸＰＳ信号を示す図面であり、図４（ｂ）は、半極性面上のアロイ電極におけるＧａ−Ｏ結合の結合エネルギの範囲におけるＸＰＳ信号を示す図面である。

図４を参照すると、以下のように理解される。図示された結果から、半極性基板上では表面酸化が起こりやすく、オーミック特性が得られにくいと推測できる。しかしながら、半極性基板上でも、熱処理を加えないノンアロイである電極であれば、酸化膜が生じないことが確認できた。また、酸による前処理を行うことにより、更に良好なオーミック特性から得られる。

（実施例３）
半極性の角度による違いを確認するために、（２０−２１）面から＋５度、−５度、＋１０度、−１０度の角度で傾けた（四種類の角度）半極性基板、及びm面基板の非極性基板を準備した。これらのＧａＮ基板を用いて、実施例２と同様にエピタキシャル基板を作製した。実施例２と同様にＸＰＳの測定を行った。この測定結果によれば、半極性及び無極性のＧａＮ基板を用いてエピタキシャル基板上にＰｔノンアロイ電極を形成したとき、このノンアロイ電極の界面は、ｃ面上のアロイ電極よりも良好であることがわかった。また、上記の角度範囲による電気特性の大きな差は測定には現れなかった。したがって、有極性であるｃ面と異なる性質の非極性面（半極性・無極性）の主面を有する基板上のノンアロイ電極であれば、良好なオーミック特性を得ることができた。

本実施の形態によれば、ｃ面に対して傾斜したｐ型主面において良好なオーミック接触を有する半導体素子を提供できる。また、本実施の形態によれば、ｃ面に対して傾斜したｐ型主面において良好なオーミック接触を実現できる半導体素子を作製する方法を提供できる。さらに、本実施の形態によれば、ｃ面に対して傾斜したｐ型主面において良好なオーミック接触を実現できるノンアロイ電極を提供できる。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。また、本実施の形態では、発光素子について例示的に説明しているけれども、トランジスタやダイオードといった電子デバイスにおけるｐ側電極にも適用できる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１１…半導体素子、１３…ｐ型半導体領域、１３ａ…主面、１５…金属層、１７…界面、ＡＬＰＨＡ…傾斜角、１９…酸化物層、２１…支持基体、２１ａ…主面、２１ｂ…裏面、２３…ｎ型半導体領域、２５…活性層、２９…支持体、ＮＶＳ…法線ベクトル、２５ａ…障壁層、２５ｂ…窒化ガリウム系半導体層、ＢＥＴＡ…傾斜角。

Claims (12)

1. ノンアロイ電極を有する半導体素子であって、
   六方晶系ＩＩＩ族窒化物からなり、該六方晶系ＩＩＩ族窒化物のｃ軸に対して傾斜した平面に沿って該六方晶系ＩＩＩ族窒化物のｃ面と異なるように延在する主面を有するｐ型半導体領域と、
   前記ｐ型半導体領域の前記主面上に設けられた金属層とを備え、
   前記ｐ型半導体領域の前記主面における法線ベクトルと前記ｃ軸との成す傾斜角は、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲であり、
   前記六方晶系ＩＩＩ族窒化物はＩＩＩ族構成元素としてガリウムを含み、
   前記金属層と前記ｐ型半導体領域とは界面を成すように積層されてノンアロイ電極を構成し、
   前記界面には厚さ１０ｎｍ以下の酸化物層が含まれ、
   前記酸化物層は構成元素としてガリウムを含み、
   前記酸化物層は前記金属層の構成元素を含まない、
   ことを特徴とする半導体素子。
2. 前記金属層は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及び金（Ａｕ）の少なくともいずれかからなる、ことを特徴とする請求項１に記載された半導体素子。
3. 前記ｐ型半導体領域の前記主面における法線ベクトルと前記ｃ軸との成す傾斜角は、６３度以上８０度以下、又は１００度以上１１７度以下の範囲である、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された半導体素子。
4. 六方晶系ＩＩＩ族窒化物からなる支持基体を更に備え、
   前記支持基体は半極性主面を有しており、
   前記ｐ型半導体領域は前記支持基体の前記半極性主面上に設けられると共に、前記主面は半極性を有する、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された半導体素子。
5. 前記支持基体の前記半極性主面と前記支持基体のｃ軸との成す傾斜角は、６３度以上８０度以下、又は１００度以上１１７度以下の範囲である、ことを特徴とする請求項４に記載された半導体素子。
6. 六方晶系ＩＩＩ族窒化物からなるｎ型半導体領域と、
   六方晶系ＩＩＩ族窒化物からなる活性層とを更に備え、
   前記活性層は、前記ｎ型半導体領域と前記ｐ型半導体領域との間に設けられる、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された半導体素子。
7. 半導体素子を作製する方法であって、
   六方晶系ＩＩＩ族窒化物からなる主面を有するｐ型半導体領域を含む支持体を準備する工程と、
   前記支持体の前記ｐ型半導体領域を処理する工程と、
   前記処理の後に前記ｐ型半導体領域の前記主面上に金属層を堆積して、ノンアロイ電極を形成する工程とを備え、
   前記処理は、酸洗浄を前記支持体に適用することによって行われ、
   前記金属層を堆積した後には、酸素を含む雰囲気中で電極アニールを行わず、
   前記六方晶系ＩＩＩ族窒化物はＩＩＩ族構成元素としてガリウムを含み、
   前記ｐ型半導体領域の前記主面は、該六方晶系ＩＩＩ族窒化物のｃ軸に対して傾斜した平面に沿って該六方晶系ＩＩＩ族窒化物のｃ面と異なるように延在し、
   前記ｐ型半導体領域の前記主面における法線ベクトルと前記ｃ軸との成す傾斜角は、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲であり、
   前記金属層と前記ｐ型半導体領域とは、界面を形成するように積層され、
   前記界面には厚さ１０ｎｍ以下の酸化物層が含まれる、
   ことを特徴とする、半導体素子を作製する方法。
8. 前記金属層は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及び金（Ａｕ）の少なくともいずれかからなることを特徴とする請求項７に記載された、半導体素子を作製する方法。
9. 前記ｐ型半導体領域の前記主面における法線ベクトルと前記ｃ軸との成す傾斜角は、６３度以上８０度以下、又は１００度以上１１７度以下の範囲であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載された、半導体素子を作製する方法。
10. 前記支持体は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物からなる支持基体を含み、
    前記支持基体は半極性主面を有しており、
    前記ｐ型半導体領域は、前記支持基体の前記半極性主面上に設けられると共に、前記主面は半極性を有することを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載された、半導体素子を作製する方法。
11. 前記支持基体の前記半極性主面における法線ベクトルと前記支持基体の前記六方晶系ＩＩＩ族窒化物のｃ軸との成す傾斜角は、６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲であることを特徴とする請求項１０に記載された、半導体素子を作製する方法。
12. 前記支持体は、六方晶系III族窒化物からなるｎ型半導体領域と、六方晶系ＩＩＩ族窒化物からなる活性層とを更に備え、
    前記ｎ型半導体領域は、前記支持基体の前記半極性主面上に設けられ、
    前記活性層は、前記支持基体の前記半極性主面上に設けられ、
    前記活性層は、前記ｎ型半導体領域と前記ｐ型半導体領域との間に設けられることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載された、半導体素子を作製する方法。

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