JP2003309285A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子線照射されるIII族窒化物系化合物半導
体素子においてリーク電流を抑制する。 【構成】 素子の一面側にｎ電極及びｐ電極を備え、ｎ
電極はエッチングにより表出されたｎ型層に形成され、
ｐ型層はｐ型不純物がドープされ、電子線照射されるII
I族窒化物系化合物半導体素子に対して、電子線照射後
にエッチングにより形成された端面を酸処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はIII族窒化物系化合物
半導体素子の製造方法に関する。特にリーク電流が抑制
された当該半導体素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】III族窒化物系化合物半導体素子はサフ
ァイア等の基板の上にその半導体層が積層される。ここ
にサファイアは絶縁性であるので、基板に電極を設ける
ことができない。そのため、半導体層に対する電極は素
子の一面側に設けられる。半導体層として基板側からｎ
型層、活性層及びｐ型層が順次積層される。その結果、
ｎ型層が埋もれてしまうので、ｎ電極を接続するために
半導体層をエッチングしてｎ型層を表出させている。ま
た、III族窒化物系化合物半導体のｐ型層はｐ型不純物
がドープされ、電子線を照射することによりこれを低抵
抗化する技術が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ｎ電極及びｐ電極が素
子の一面側に形成され、更に電子線照射による低抵抗ｐ
型化を施すタイプのIII族窒化物系化合物半導体素子に
ついて検討を重ねてきたところ、本発明者はｎ電極とｐ
電極との間にリーク電流が流れるおそれのあることに気
が付いた。そこでこの発明は、当該リーク電流を抑制す
ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成するため鋭意検討を重ねてきた結果、本発明に想到し
た。即ち、基板上に少なくともｎ型層とｐ型層を有する
III族窒化物系化合物半導体素子であって、その一面側
にｎ電極及びｐ電極を備え、前記ｎ電極はエッチングに
より表出されたｎ型層に形成され、前記ｐ型層はｐ型不
純物がドープされており、電子線照射により低抵抗化さ
れ、前記電子線照射後に前記エッチングにより形成され
た端面を酸処理する、ことを特徴とするIII族窒化物系
化合物半導体素子の製造方法。

【０００５】本発明によれば、エッチングにより形成さ
れた端面を酸で処理するという極めて簡易かつ安価の方
法でリーク電流の抑制に成功した。従って、得られるII
I族窒化物系化合物半導体素子の性能が向上し（消費電
力の抑制）、また信頼性も向上する。

【０００６】エッチングにより形成された端面を酸で処
理することによりリーク電流を抑制できる理由は次ぎの
ように考えられる。まず、ｐ型層の低抵抗化のために常
圧で照射される電子線により、素子の雰囲気に活性酸素
が生じる。この活性酸素はエッチングにより形成された
端面のIII族窒化物系原子と反応して、そこに酸化物が
形成される。そしてこの酸化物がリーク電流発生の原因
になると考えられる。本発明者の検討によれば、特にイ
ンジウム（Ｉｎ）と活性酸素とが反応してＩｎＯｘが端
面に形成されるとリーク電流が大きくなることがわかっ
た。そこで、この発明ではエッチングにより形成された
端面を酸で処理して当該端面に形成されたIII族窒化物
系元素の酸化物を取り除くこととした。なお、この酸化
物はドライエッチングを用いても取り除くことができる
が、ドライエッチングの場合は半導体へのダメージが避
けられず、好ましくない。

【０００７】以下、この発明の各要素について説明す
る。 III族窒化物系化合物半導体素子 III族窒化物系化合物半導体素子には、発光ダイオー
ド、受光ダイオード、レーザダイオード、太陽電池等の
光素子の他、整流器、サイリスタ及びトランジスタ等の
バイポーラ素子、ＦＥＴ等のユニポーラ素子並びにマイ
クロウェーブ素子などの電子デバイスが挙げられる。こ
れらの素子の基本的な構成は基板の上にIII族窒化物系
化合物半導体層を積層し、その一面側にｐ電極及びｎ電
極を形成したものである。基板は、その上にIII族窒化
物系化合物半導体層を成長させることができるものであ
れば用いることができ、例えば、サファイア、スピネ
ル、シリコン、炭化珪素、酸化亜鉛、リン化ガリウム、
ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン等から
なる基板を用いることができる。特に、サファイア基板
を用いることが好ましい。サファイア基板を用いる場合
にはそのａ面又はｃ面を利用することが好ましい。結晶
性のよいIII族窒化物系化合物半導体層を成長させるた
めである。基板の上にはIII族窒化物系化合物半導体層
が積層される。ここで、III族窒化物系化合物半導体と
は、一般式としてＡｌ_XＧａ_YＩｎ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、
ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ、
Ａｌ_xＩｎ_1-xＮ及びＧａ_xＩｎ_1-xＮ（以上において０＜
ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の少
なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置
換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部も
リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビス
マス（Ｂｉ）等で置換できる。III族窒化物系化合物半
導体層は任意のドーパントを含むものであっても良い。
ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用
いることができる。ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ
ｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることができる。III族
窒化物系化合物半導体層の形成方法は特に限定されない
が、周知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子
線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（Ｈ
ＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電
子シャワー法等によって形成することができる。基板と
III族窒化物系化合物半導体からなる結晶層の間にはバ
ッファ層を設けることができる。バッファ層はその上に
成長されるIII族窒化物系化合物半導体の結晶性を向上
する目的で設けられる。バッファ層はＡｌＮ、ＩｎＮ、
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の
III族窒化物系化合物半導体で形成することができる。
ｎ電極材料としては、Ａｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆなどの金属またはこれ
らの任意の２種類以上の合金を用いることができる。ｎ
電極を、異なる組成の層が積層された二層又は多層構造
とすることもできる。例えば、ＶとＡｌの２層構造とす
ることができる。ｐ電極の材料としてはＲｈ、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｒ
ｕ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｒｅなどの金属またはこれらの
任意の２種類以上の合金を用いることができる。ｐ電極
を、異なる組成の層が積層された二層又は多層構造とす
ることもできる。ｎ電極及びｐ電極は蒸着、スパッタリ
ングその他の周知の成膜方法で形成される。例えば、II
I族窒化物系化合物半導体発光素子は次のようにして製
造される。まず、III族窒化物系化合物半導体層を成長
可能な基板を用意し、その上に少なくともｎ型III族窒
化物系化合物半導体層、III族窒化物系化合物半導体か
らなる発光する層を含む層、及びｐ型不純物のドープさ
れたIII族窒化物系化合物半導体層がこの順に並ぶよう
に複数の半導体層を積層する。次に、エッチング処理を
施しｎ型半導体層の一部を表出させる。続いて、ｐ電極
及びｎ電極を、ｐ型不純物のドープされたIII族窒化物
系化合物半導体層上及びｎ型III族窒化物系化合物半導
体層上にそれぞれ形成する。ｐ電極及びｎ電極の形成
は、蒸着、スパッタリング等の公知の方法により行うこ
とができる。続いて、所望の粒子径の研磨材を用いて基
板を所望の厚さになるまで研磨する。その後、チップの
分離を行う。

【０００８】電子線照射 ｐ型不純物のドープされたIII族窒化物系化合物半導体
はこれを成長させただけでは抵抗が高く素子の半導体層
としては不十分である。そこで、当該成膜に電子線を照
射してその層を低抵抗化させることが提案されている
（特開平２−２５７６７９号公報等参照）。この電子線
照射工程は、製造工程の関係からｎ電極及びｐ電極を形
成した後に行われることが望ましい。ｐ型層を形成後直
ちに電子線照射を行うことも可能であるが、そうする
と、ｐ型不純物を含む層の表面がダメージを受けてしま
い、その後に形成する電極との間の接触抵抗が高くなる
おそれがあるからである。従って、上記エッチングステ
ップはもとより電極の形成まで完了した後に、ウエハを
電子線照射装置へ搬送して電子線照射ステップを実行す
ることが好ましい。

【０００９】酸処理 既述のように酸処理は、エッチング端面を処理するため
に行われる。使用される酸として、フッ酸、塩酸、硫
酸、硝酸等を挙げることができる。酸の濃度及び処理時
間は半導体の材料又は電子線照射時間等に応じて適宜選
択される。電極を形成した後に当該酸処理を施すとき
は、予め電極をレジストなどで保護しておくことが好ま
しい。

【００１０】次ぎに、この発明の実施例を発光素子で説
明する。図１には実施例の発光素子１０の模式断面図が
示される。発光素子１０の各層のスペックは次の通りで
ある。 層 ： 組成 ｐ型層１５ ： ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ 発光する層を含む層１４ ： ＩｎＧａＮ層を含む（Ｉｎ：約２０％） ｎ型層１３ ： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ バッファ層１２ ： ＡｌＮ 基板１１ ： サファイア

【００１１】基板１１の上にはバッファ層１２を介して
ｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型
層１３を形成する。ここで、基板１１にはサファイアを
用いたが、これに限定されることはなく、サファイア、
スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化
ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マン
ガン、ジルコニウムボライド、III族窒化物系化合物半
導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層
はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限
定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、Ａ
ｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いるこ
とができ、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ
法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ
法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用い
ることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板と
して用いた場合は、当該バッファ層を省略することがで
きる。さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、
必要に応じて、除去することもできる。

【００１２】ここでｎ型層１３はＧａＮで形成したが、
ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用い
ることができる。また、ｎ型層１３はｎ型不純物してＳ
ｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇ
ｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。発光する
層を含む層１４は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若
しくは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発
光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ
型及びホモ接合型のものなどでもよい。発光する層を含
む層１４はｐ型層１５の側にＭｇ等をドープしたバンド
ギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこ
ともできる。これは発光する層を含む層１４中に注入さ
れた電子がｐ型層１５に拡散するのを効果的に防止する
ためである。発光する層を含む層１４の上にｐ型不純物
としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型層１５を形
成する。このｐ型層はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎ
ＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物とし
てはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもでき
る。上記構成の発光ダイオードにおいて、各III族窒化
物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行
して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハラ
イド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオン
プレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成する
こともできる。

【００１３】ｎ電極１９はＡｌとＶの２層で構成され、
ｐ型層１５を形成した後、ｐ型層１５、発光する層を含
む層１４、及びｎ型層１３の一部をエッチングにより除
去し、蒸着によりｎ型層１３上に形成される。透光性電
極１７は金を含む薄膜であり、ｐ型層１５の上に積層さ
れる。ｐ電極１８も金を含む材料で構成されており、蒸
着により透光性電極１７の上に形成される。その後、試
料を電子線照射装置によりｐ型層１５に電子線を照射す
る。照射条件は低エネルギー電子線照射装置を用いて、
加速電圧１２０ｋＶ、照射時間３．５分にした。

【００１４】次ぎに、図２に示すように、レジスト２１
を試料の表面に被着させる。そして少なくともエッチン
グにより形成された端面３１が表出されるように、レジ
ストをフォトリソグラフィにより除去する。このとき、
レジスト２１により電極部分が完全に保護されているよ
うにすることが好ましい。レジスト２１には有機系レジ
ストを使用することができる。

【００１５】その後、試料を２％のフッ酸溶液に１５秒
間浸漬する。そして、フッ酸溶液を除去した後、レジス
ト２１を有機系の剥離液で除去する。これは、電極部分
が傷まないようにするためである。上記の工程により各
半導体層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程
を行う。

【００１６】このようにして得られた実施例の発光素子
１０と、上記酸処理を省略した比較例の発光素子のＶｆ
−Ｉｆ特性を図３に示した。図３からわかるように、酸
処理を省略した比較例の発光素子では低い電圧から電流
が流れ始めているのに対し、実施例の発光素子では当該
リーク電流が存在しなくなった。

【００１７】次ぎに、発光する層を含む層１４における
ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を約２０％か約８％に変更して
同様の検討をした。結果を図４に示す。この例では、酸
処理の有無に係わらずリーク電流はほとんど認められな
かった。これは、ＩｎＧａＮ層においてＩｎの組成が小
さくなったので、本実施例の電子照射条件において電子
線による活性酸素と当該Ｉｎ原子とが結合して生じるＩ
ｎＯｘの形成量が少ないためと推察される。従って、本
発明の提案する酸処理は、Ｉｎを含む層においてＩｎ組
成が１０％以上であるとき優れた効果が発揮されると考
えられる。より好ましくはＩｎ組成が１５％以上であ
り、更に好ましくは２０％以上である。

【００１８】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

【００１９】以下、次ぎの事項を開示する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の実施例の発光素子の構成を模
式的に示した断面図である。

【図２】図２は酸処理ステップを示す部分拡大断面図で
ある。

【図３】図３は実施例の発光素子と比較例の発光素子の
Ｖｆ−Ｉｆ特性を示すグラフ図である。

【図４】図４は活性層のＩｎ組成を変化させたときのＶ
ｆ−Ｉｆ特性を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１０ 発光素子 １３ ｎ型層 １４ 発光する層を含む層 １５ ｐ型層 １７ 透光性電極 １８ ｐ電極 １９ ｎ電極 ２１ レジスト ３１ エッチングにより形成された端面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に少なくともｎ型層とｐ型層を有
   するIII族窒化物系化合物半導体素子であって、 素子の一面側にｎ電極及びｐ電極を備え、前記ｎ電極は
   エッチングにより表出されたｎ型層に形成され、前記ｐ
   型層はｐ型不純物がドープされており、電子線照射によ
   り低抵抗化され、前記電子線照射後に前記エッチングに
   より形成された端面を酸処理する、ことを特徴とするII
   I族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記酸処理は、前記エッチングにより形
   成された端面を露出させて他の表面をレジストで保護す
   るステップと、該露出された端面を酸で処理するステッ
   プと、前記レジストを除去するステップとを含む、こと
   を特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半
   導体素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記酸はフッ酸である、ことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載のIII族窒化物系化合物半導体
   素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記エッチングにより形成された端面に
   はＩｎを含むIII族窒化物系化合物半導体層が表出して
   いる、ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の
   III族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。