JP2007258375A

JP2007258375A - 半導体素子の製造方法

Info

Publication number: JP2007258375A
Application number: JP2006079519A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Murayama; 雅洋村山
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】ｐ型コンタクト層とｐ側電極との間に良好なオーミックコンタクトを形成することが可能な半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による窒化物ガリウム系半導体発光素子の製造方法は、ｐ型ＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層２４を成長させる工程と、ｐ型コンタクト層２４のｐ側電極６が形成される面に絶縁膜材３０ａを塗布した後ベーキングすることによって絶縁膜３０を成膜する工程と、絶縁膜３０を酸によってウェットエッチングすることによりｐ型コンタクト層２４の表面から絶縁膜３０を除去する工程とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ｐ型ＧａＮ系半導体層からなるｐ型コンタクト層を有する半導体素子の製造方法に関する。

従来、ｐ側電極が形成されるｐ型コンタクト層にｐ型ＧａＮ系半導体層を適用することが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような半導体素子の製造方法としては、ｎ型基板上にｎ型半導体層、活性層等を成長させた後、ｐ型ＧａＮ系半導体層からなるｐ型コンタクト層を最上層に含むｐ型半導体層を成長させる。次に、ｐ型コンタクト層の表面を塩酸やフッ酸等の酸によって洗浄する洗浄工程を行う。その後、ｐ型コンタクト層上にｐ側電極が形成される。

このように酸によりｐ型コンタクト層を洗浄することによって、ｐ型コンタクト層の表面に存在する自然酸化膜や汚染物を除去することができるので、ｐ型コンタクト層とｐ側電極との間の抵抗をある程度小さくすることができる。
特許２５４０７９１号公報

しかしながら、上述の酸による洗浄工程では、ｐ型コンタクト層の表面の自然酸化膜や汚染物の除去が充分ではないため、ｐ型コンタクト層とｐ側電極との間で抵抗を充分に小さくすることができず、良好なオーミックコンタクトを形成することができないといった問題点があった。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ｐ型コンタクト層とｐ側電極との間に良好なオーミックコンタクトを形成することが可能な半導体素子の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ｐ型ＧａＮ系半導体層からなりｐ側電極が形成されるｐ型コンタクト層を成長させる工程と、前記ｐ型コンタクト層の前記ｐ側電極が形成される面に絶縁膜材を塗布することによって絶縁膜を成膜する工程と、前記絶縁膜を酸によってウェットエッチングすることによりｐ型コンタクト層の表面から前記絶縁膜を除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法である。尚、ここでいう絶縁膜材を塗布するとは、絶縁膜材を滴下した後スピンコートによって塗布することや、絶縁膜材をスプレーなどによって塗布することを含む。

本発明によれば、ｐ型コンタクト層のｐ側電極が形成される面に、絶縁膜を形成した後、ＢＨＦ溶液によって絶縁膜を除去しているので、絶縁膜に自然酸化膜及び汚染物を吸着させて、ｐ型コンタクト層の当該面上の自然酸化膜等を絶縁膜と共に除去することができる。これによって、酸のみによってｐ型コンタクト層の当該面を洗浄することにより自然酸化膜等を除去する場合に比べて、より多くの自然酸化膜等をｐ型コンタクト層の当該面上から除去することができる。この結果、ｐ型コンタクト層とｐ側電極との間の抵抗値を低減し、良好なオーミックコンタクトを形成することができる。

また、プラズマＣＶＤ法等によってｐ型コンタクト層の面上に絶縁膜を形成した場合は、絶縁膜を除去した後のｐ型コンタクト層の表面に多くのダメージが形成されｐ型コンタクト層とｐ側電極との間の抵抗値が極めて大きくなるが、本発明では、絶縁膜材を塗布することによってｐ型コンタクト層上に絶縁膜を形成しているので、ｐ型コンタクト層上のダメージを防ぐことができる。これにより、ｐ型コンタクト層とｐ側電極との間の抵抗値を、更に低減して、良好なオーミックコンタクトを形成することができる。

以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の半導体素子の製造方法によって製造された窒化ガリウム系半導体発光素子の断面構造を示す。

図１に示すように、窒化ガリウム系半導体発光素子１は、ｎ型のＧａＮ基板２上に、ｎ型半導体層３、活性層４、ｐ型半導体層５が順次積層されている。また、ｐ型半導体層５の上面には、金属製のｐ側電極６が形成されると共に、ｎ型半導体層３には、後述するｎ型コンタクト層１１にｎ側電極（図示略）が形成されている。

ｎ型半導体層３は、ＧａＮ基板２側から順に、ｎ型ＧａＮ層からなるｎ型コンタクト層１１、約２５Åの厚みのｎ型Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎ層及び約２５Åの厚みのｎ型ＧａＮ層が各２６０層積層された約１３０００Åの厚みのｎ型超格子クラッド層１２、約７００Åの厚みのｎ型ＧａＮ層からなるｎ型ガイド層１３、ｎ型ＩｎＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層が交互に複数積層されたｎ型超格子層１４が順次積層されている。

活性層４は、Ｉｎの組成比の異なる２つのＩｎＧａＮ層からなる障壁層及び井戸層が交互に複数積層されている。

ｐ型半導体層５は、活性層４側から順に、約２００Åの厚みのＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層からなるｐ型電子バリア層２１、約１０００Åの厚みのｐ型ガイド層２２、約２５Åの厚みのｐ型Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎ層及び約２５Åの厚みのｐ型ＧａＮ層が各８０層積層された約４０００Åの厚みのｐ型超格子クラッド層２３、約５００Åの厚みのｐ型ＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層２４が順次積層されている。

この窒化ガリウム系光半導体発光素子１では、ｎ側電極及びｐ側電極６からキャリアが供給されると、ｎ型半導体層３及びｐ型半導体層５を介して、活性層４に注入される。そして、活性層４に注入されたキャリアが結合することによって、光を発光する。

次に、上述した窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法について、図２〜図５を参照して説明する。図２〜図５は、実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の各製造工程の断面構造を示す図である。

まず、図２に示すように、ＭＯＣＶＤ法等の既知の方法によって、ｎ型のＧａＮ基板２を約１０５０℃の成長温度に保持した状態で、ＧａＮ基板２上に、ｎ型コンタクト層１１、ｎ型超格子クラッド層１２、ｎ型ガイド層１３を順次成長させる。次に、ＧａＮ基板２を約７８０℃の成長温度に下げてｎ型超格子層１４、活性層４を順次成長させた後、ＧａＮ基板２を約１０７０℃の成長温度まで上げてｐ型電子バリア層２１を成長させる。次に、ＧａＮ基板２を約１０００℃の成長温度まで下げてｐ型ガイド層２２を成長させた後、ＧａＮ基板２を約１０５０℃の成長温度まで上げてｐ型超格子クラッド層２３を成長させる。次に、ＧａＮ基板２を約１０００℃の温度に下げた状態で、約５００Åの厚みのｐ型ＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層２４を成長させる。

次に、ｐ型コンタクト層２４上にＳｉＯ_２からなる約１０００Åの厚みの絶縁膜３０を塗布及びベーキングすることによって成膜する。具体的には、図３に示すように、ジブチルエーテル溶液にポリシラザンを溶解させた絶縁膜材３０ａをｐ型コンタクト層２４上に滴下する。次に、図４に示すように、スピンコート法によって絶縁膜材３０ａをｐ型コンタクト層２４の上面に渡って延ばして塗布したものを加水分解又は重縮合反応させた後、多段階ベーキングを行うことによってＳｉＯ_２からなる絶縁膜３０を成膜する。多段階ベーキングは、成膜する絶縁膜３０によって異なるが、例えば、約２２０℃で２分間行った後、約３５０℃で約２分間行い、最後に、約４００℃で３０分間行う多段階ベーキングを適用することができる。尚、絶縁膜３０の厚みを１０００Å以上にする場合には、上述した絶縁膜の形成工程を複数回行ってもよいが、絶縁膜３０の厚みは１００００Å以下にすることが望ましい。このように、絶縁膜３０を１００００Å以下にすることによって、ｐ型コンタクト層２４と絶縁膜３０との熱膨張率の違いに起因する、ｐ型コンタクト層２４のクラック等の破損を防止することができる。

次に、図５に示すように、約１４．９％の濃度を有する約２５℃のＢＨＦ（一水素二フッ化アンモニウム）溶液でウェットエッチングすることにより、ｐ型コンタクト層２４上から絶縁膜３０を除去する。このように絶縁膜３０を成膜した後ウェットエッチングによって除去することによって、ｐ型コンタクト層２４のｐ側電極６が形成される面上の多くの自然酸化膜や汚染物を絶縁膜３０と共に除去することができる。

次に、ｐ側電極６を既知の方法によって形成した後、電子線照射やアニーリングによってオーミックコンタクトを形成する。最後にｎ側電極を形成して、窒化ガリウム系半導体発光素子１が完成する。

上述したように本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法では、ｐ型コンタクト層２４のｐ側電極６が形成される面に、絶縁膜３０を形成した後、ＢＨＦ溶液によって絶縁膜３０を除去しているので、酸のみによって自然酸化膜等を除去する場合よりも、ｐ型コンタクト層２４の当該面上の多くの自然酸化膜及び汚染物を絶縁膜３０と共に除去することができる。これによって、ｐ型コンタクト層２４とｐ側電極６との間の抵抗値を低減し、良好なオーミックコンタクトを形成することができる。

また、プラズマＣＶＤ法等によってｐ型コンタクト層上に絶縁膜を形成した場合は、絶縁膜を除去した後のｐ型コンタクト層の表面に多くのダメージが形成され、ｐ型コンタクト層とｐ側電極との間の抵抗値が極めて大きくなるが、本実施形態の製造方法では、絶縁膜材３０ａを塗布することによってｐ型コンタクト層２４上に絶縁膜３０を形成しているので、ｐ型コンタクト層２４上のダメージを防ぐことができる。これにより、ｐ型コンタクト層２４とｐ側電極６との間の抵抗値を、更に低減して、良好なオーミックコンタクトを形成することができる。

次に、図面を参照して、ｐ型コンタクト層上に絶縁膜を形成することによって、ｐ型コンタクト層とｐ側電極との間の抵抗値が低減する効果を証明するために行った実験について説明する。

まず、上述の実験を行うために作製した本発明及び比較例による試料について説明する。図６は、実験のために作製した試料の断面構造を示す図である。

図６に示すように、試料４１は、ｎ型ＧａＮ層４２と、ｎ型ＧａＮ層４２上に形成されたｐ型ＧａＮ層４３を備えている。ｐ型ＧａＮ層４３には、Ｐｄ及びＡｕからなるｐ側電極４４が形成されると共に、ｎ型ＧａＮ層４２には、Ｔｉ及びＡｌからなるｎ側電極４５が形成されている。

この試料４１は、ｎ型ＧａＮ層４２上にｐ型ＧａＮ層４３及びＰｄ／Ａｕからなるｐ側電極４４を順次積層した後、ｐ側電極４４、ｐ型ＧａＮ層４３及びｎ型ＧａＮ層４２の一部をメサエッチングし、露出したｎ型ＧａＮ層４２の一部にＴｉ／Ａｌからなるｎ側電極４５を形成することによって、作製した。

ここで本発明による試料４１は、ｐ型ＧａＮ層４３を形成した後、ｐ側電極４４を形成する前に、上述の実施形態で説明した製造方法に基づいて、約１０００Åの絶縁膜を形成した後、ＢＨＦ溶液でその絶縁膜をウェットエッチングすることにより除去した。一方、比較例の試料は、ｐ型ＧａＮ層４３を形成した後、絶縁膜を形成することなく、ＢＨＦ溶液でのみｐ型ＧａＮ層４３を洗浄して、ｐ側電極４４を形成した。

次に、図７を参照して実験結果について説明する。図７は、試料に流した電流と電圧との関係を示す図である。尚、横軸が流した電流を示し、縦軸がその際の電圧を示す。この実験は、ｐ側電極４４とｎ側電極４５との間に流す電流の電流値を徐々に上げ、各電流値での電圧値を測定した。

図７に示すように、ｐ型ＧａＮ層４３に絶縁膜を形成した本発明による試料４１は、ｐ型ＧａＮ層４３に絶縁膜を形成しなかった比較例の試料に比べて抵抗値が低いことがわかる。これは、ｐ型ＧａＮ層４３を形成した後、絶縁膜を形成せずにｐ側電極４４を形成した比較例による試料は、ｐ型ＧａＮ層４３とｐ側電極４４との間に自然酸化膜や汚染物が除去されずに残ったので抵抗値が高くなったと考えられる。一方、本発明による試料４１は、絶縁膜をｐ型ＧａＮ層４３に形成した後、絶縁膜を除去することによって、自然酸化膜や汚染物を除去することができたので、抵抗値を低減することができたと考えられる。

以上、上記実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲内で変更して実施することができる。即ち、本明細書の記載は、一例であり、本発明を何ら限定的な意味に解釈させるものではない。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。

例えば、上述の実施形態では、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜３０を用いたが、他の酸化物又はＳｉＮ等の窒化物からなる絶縁膜を適用してもよい。

また、上述の実施形態では、絶縁膜３０を除去する酸として、ＢＨＦ溶液を用いたが、ＢＨＦ溶液の代わりにフッ酸系溶液等の他の酸を用いることもできる。

また、上述の実施形態では、絶縁膜材３０ａを滴下した後、塗布したが、スプレー等によって絶縁膜材３０ａをｐ型コンタクト層２４上に塗布してもよい。また、絶縁膜材を塗布した後、電子線や紫外線を照射することによって絶縁膜を形成してもよい。

また、上述の実施形態では、ｐ型コンタクト層２４をｐ型ＧａＮ層によって構成したが、ｐ型ＩｎＧａＮ層等、他のｐ型ＧａＮ系半導体層によって構成してもよい。

本発明の製造方法によって製造された窒化ガリウム系半導体発光素子の断面構造を示す。実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の各製造工程の断面構造を示す図である。実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の各製造工程の断面構造を示す図である。実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の各製造工程の断面構造を示す図である。実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の各製造工程の断面構造を示す図である。実験のために作製した試料の断面構造を示す図である。試料に流した電流と電圧との関係を示す図である。

符号の説明

１窒化ガリウム系半導体発光素子
２ＧａＮ基板
３ｎ型半導体層
４活性層
５ｐ型半導体層
６ｐ側電極
１１ｎ型コンタクト層
１２ｎ型超格子クラッド層
１３ｎ型ガイド層
１４ｎ型超格子層
２１ｐ型電子バリア層
２２ｐ型ガイド層
２３ｐ型超格子クラッド層
２４ｐ型コンタクト層
３０絶縁膜
３０ａ絶縁膜材

Claims

ｐ型ＧａＮ系半導体層からなりｐ側電極が形成されるｐ型コンタクト層を成長させる工程と、
前記ｐ型コンタクト層の前記ｐ側電極が形成される面に絶縁膜材を塗布することによって絶縁膜を成膜する工程と、
前記絶縁膜を酸によってウェットエッチングすることによりｐ型コンタクト層の表面から前記絶縁膜を除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。