JP2008028291A - 窒化物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化物半導体装置は、半導体素子が形成されるn型GaN基板1と、当該GaN基板1の裏面に形成された金属電極であるn電極10とを備える。GaN基板1とn電極10との間には、表面変性層20および反応層31が設けられる。表面変性層20はキャリア供給層として機能するものであり、GaN基板1の裏面をSi含有プラズマと反応させ変性させることにより形成される。反応層31は、表面変性層20上に堆積されたデポ物を洗浄により部分的に除去しデポ層とした後に、第1金属層11に含まれるTiとデポ層とが熱処理により部分的に反応し形成される。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る窒化物半導体装置であるレーザダイオードの構成例を示す図である。同図の如く、当該半導体装置は、窒化物半導体基板であるn型のGaN基板1を用いて形成されている。
研削・研磨処理の具体例としては、まず研削機を用いてGaN基板1の裏面を200〜300μm程度削り、次いでダイヤモンドスラリーを用いて研削面の平坦化を行い、最後にダイヤモンドスラリーを研磨材として研磨布により研磨する、といった処理が挙げられる。
次に、GaN基板1の裏面に対して、所定の前処理を行う。
次に、GaN基板1の裏面に対して、プラズマ処理を行う。
上述したようにSiCl4はデポ性が強いので、プラズマ処理の後には、表面変性層20を覆うように薄い絶縁膜(高抵抗膜)がデポ物として堆積される。このため、デポ物に覆われた表面変性層20上にそのまま電極を蒸着した場合には、高抵抗になってしまうので、抵抗を低減するために高温の熱処理を行うことが必要となる。従って、これを避けるためには、堆積されたデポ物を取り除くことが必要となる。
次に、酸素アッシャーにより酸素プラズマ処理を行う。これにより、表面変性層20およびデポ層30の一部を酸化させ且つ表面変性層20およびデポ層30へ酸素をドーピングしたり窒素欠陥を導入し、キャリア濃度を増加させキャリア供給能力を高めることができる。また、カーボンによる表面汚染源を除去し密着性を高めることができる。
次に、電子ビーム(EB)蒸着法等により、GaN基板1の裏面上に、例えば、n電極10の材料であるTiからなる第1金属層11、Ptからなる第2金属層12、Auからなる第3金属層13を順次堆積する。それにより、Ti/Pt/Auの3層構造を有するn電極10が形成される。このときTiからなる第1金属層11の層厚は10〜100nm程度でよい。Ptからなる第2金属層12は、この後の熱処理の際にTiからなる第1金属層11とAuからなる第3金属層13との反応を防止するバリア効果が得られる程度の厚さ、具体的には50〜100nm程度の厚さであればよい。またAuからなる第3金属層13は、デバイス組み立て工程におけるハンダとの反応で無くなってしまわない程度の層厚が必要であり、例えば200nm程度以上の層厚があればよい。また、n電極10は、Ti/Pt/Auの3層構造に限らず、例えば、Ti/Alの2層構造(Tiからなる第1金属層11がデポ層30に接するようにする)であっても、上記と同様の効果が得られる。また、Tiに限らず、NやOとの反応性が高いTi、Al、Ta、ZrおよびMoのいずれか1種類以上を含む第1金属層11をデポ層30に接するように設けることで、密着性の良いn電極10を形成できる。
次に、n電極10をパターニングする。即ち、n電極10の上に所定パターンのレジストマスクを形成し、それをマスクにしてウェットエッチングやイオンミリングなどを行い、n電極10の不要な部分を除去する。その後レジストマスクを除去する。
次に、200〜450℃(好ましくは280〜420℃、さらに好ましくは340〜400℃)の範囲内で熱処理を行う。この熱処理は、デバイス作製後のデバイス組み立て工程で使用される温度(約340℃)以上で行うことにより、熱的安定性を高めることができる。さらに、抵抗値が変化し始める温度(400℃)以下に抑えることにより、低抵抗とすることができる。すなわち、熱処理を360〜400℃で行うことにより、低抵抗を安定的に得ることが可能となる。なお、この熱処理は、組み立て工程の熱処理で十分な場合には、省くことも可能である。また、この熱処理は、60〜300secの範囲内の時間で行われることが好ましい。
Claims (13)
- 窒化物半導体基板の第1の主表面上に、窒化物半導体素子の層構造を形成する工程と、
窒化物半導体基板の第2の主表面をIV族元素またはVI族元素を含むガスでプラズマ処理することにより、前記第2の主表面を変性させ表面変性層とするとともに前記表面変性層上に堆積物を形成するプラズマ処理工程と、
前記堆積物を洗浄することにより前記堆積物を部分的に除去し残りを堆積層として残す洗浄工程と、
前記堆積層上に金属電極を形成する電極形成工程と、
前記堆積層と前記金属電極とを熱処理により反応させ反応層を形成する熱処理工程と
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。 - 請求項1に記載の窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記プラズマ処理工程は、SiCl4を4%以上含むガスでプラズマ処理する工程を有する
ことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記洗浄工程は、前記堆積層を0.2〜3nmの範囲内で残す工程を有する
ことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記洗浄工程は、フッ酸、バッファードフッ酸、塩酸、硫酸、燐酸、および硝酸のいずれも含まない酸水溶液を用いて前記堆積層を洗浄する工程を有する
ことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記洗浄工程は、酒石酸水溶液または純水を用いて前記堆積層を洗浄する工程を有する
ことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記洗浄工程の後かつ前記電極形成工程の前に、前記堆積層および前記表面変性層を酸素でプラズマ処理する工程
をさらに備えることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記電極形成工程は、
前記堆積層上に、Ti、Al、Ta、ZrおよびMoのいずれか1種類以上の金属を含む第1金属層を形成する工程と、
前記第1金属層上に、第2金属層を形成する工程と
を有することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記電極形成工程は、
前記堆積層上に金属を蒸着させる金属蒸着工程と、
前記金属蒸着工程で蒸着された金属を所定パターンを有するマスクを用いてイオンミリングする工程と、
を有することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記電極形成工程は、前記堆積層上に金属を蒸着させる金属蒸着工程を有し、
前記金属蒸着工程の直後における前記金属電極のコンタクト抵抗率は、前記熱処理工程の後における前記金属電極のコンタクト抵抗率の最小値の5〜50倍の範囲内である
ことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記熱処理工程は、200〜450℃の範囲内の温度かつ60〜300secの範囲内の時間で熱処理を行う工程を有する
ことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の第1の主表面側に配設された窒化物半導体素子の層構造と、
前記窒化物半導体基板の第2の主表面側に配設された金属電極と、
前記第2の主表面上に部分的に配設されIV族元素またはVI族元素を含む表面変性層と、
前記金属電極上の前記表面変性層側に配設され前記表面変性層に含まれるIV族元素またはVI族元素と前記金属電極に含まれる金属とを含む反応層と
を備えることを特徴とする窒化物半導体装置。 - 請求項11に記載の窒化物半導体装置であって、
前記反応層は、SiまたはOを含む
ことを特徴とする窒化物半導体装置。 - 請求項12に記載の窒化物半導体装置であって、
前記反応層は、さらにClを含む
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
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