JP2008130953A - 窒化物半導体素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】静電気放電耐性を向上させることができる窒化物半導体素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体素子は、ｐ型窒化物半導体層４と、ｐ型窒化物半導体層４に接したｐ側全面電極６とを有し、ｐ型窒化物半導体層４とｐ側全面電極６との間に、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属５が散在している。窒化物半導体素子の製造方法は、ｐ型窒化物半導体層４を形成する第１の工程と、ｐ型窒化物半導体層４の上に、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属５を散在させる第２の工程と、散在させた金属を覆うようにしてｐ型窒化物半導体層４の上にｐ側全面電極６を形成する第３の工程とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電気放電耐性のすぐれた窒化物半導体素子およびその製造方法に関する。

従来、窒化物半導体素子の製造方法において、窒化物半導体層を形成した後で、この形成された窒化物半導体層の表面に対して種々の処理が施されている（例えば、特許文献１ないし特許文献３参照）。
特許文献１に開示された製造方法では、ｐ型クラッド層内のキャリア濃度を高めるために、ｐ側全面電極を形成する前に、ｐ型クラッド層の上に水素吸蔵層を形成する。
特許文献２に開示された製造方法では、水素濃度を低減するために、ｐ型コンタクト層の全面に水素吸蔵金属層を形成する。
特許文献３に開示された製造方法では、Ｍｇドープされたｐ型半導体層から脱離した水素を吸着するために、ｐ側全面電極を形成する前に、ｐ型半導体層の上に水素吸蔵金属よりなる水素吸着膜を形成する。
また、従来、窒化物半導体素子の静電気放電（ＥＳＤ：electro-static discharge)耐性を向上させるために、電極を形成する前に、窒化物半導体層の表面をフッ酸系薬液やアンモニア系薬液で洗浄する方法も知られている。ＥＳＤは、窒化物半導体素子等に、帯電した導電性の物体（例えば、人体）が接触したとき、または充分に接近したときに、発生する激しい放電である。
特開２００４−４７９３０号公報（段落００１４、図３） 特開２０００−５８９１９号公報（段落００１５、図４） 特開２０００−２１６１６４号公報（段落００３１、図８）

しかしながら、特許文献１に記載された製造方法で製造された窒化物半導体素子は、ｐ側全面電極とｐ型クラッド層の表面とにそれぞれ全面が接触するように水素吸蔵層を形成しているため、ｐ側全面電極とｐ型クラッド層とが遮断される。その結果、発光出力が大きく低下してしまうという問題がある。
また、同様に、特許文献２に記載された製造方法で製造された窒化物半導体素子は、ｐ型コンタクト層の全面に接触するように水素吸蔵金属層を形成しているため、発光出力が大きく低下してしまう。
また、同様に、特許文献３に記載された製造方法で製造された窒化物半導体素子は、ｐ型半導体層の全面に接触するように水素吸着膜を形成しているため、発光出力が大きく低下してしまう。
また、窒化物半導体層の表面をフッ酸系薬液等で洗浄してからｐ側全面電極が形成された窒化物半導体素子は、ＥＳＤ耐性が充分ではなかった。そのため、窒化物半導体素子の誤動作や損傷などの問題を改善するために、ＥＳＤ耐性のすぐれた窒化物半導体素子が望まれている。

本発明は、前記した問題に鑑み創案されたものであり、静電気放電耐性を向上させることができる窒化物半導体素子およびその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の窒化物半導体素子は、窒化物半導体層と、この窒化物半導体層に接した電極とを有する窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体層と、前記電極との間に、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属が散在していることを特徴とする。

かかる構成によれば、窒化物半導体素子は、窒化物半導体層と電極との間の面に、金属が散在しているので、この面では、窒化物半導体層と電極とが接する領域と、金属が介在する領域とが生じている。これによって、窒化物半導体層と電極との間の面に垂直な方向に流れる電流の大きさが、面内で均一になり易くなる。その結果、窒化物半導体素子に外部から印加される電圧の値が比較的大きくなるまで、窒化物半導体素子に流れる電流の面内での均一性が保持される。つまり、散在する金属が無い場合に比べて、窒化物半導体素子の静電破壊電圧が高くなる。したがって、窒化物半導体素子の静電気放電耐性を向上させることが可能となる。

また、請求項２に記載の窒化物半導体素子は、請求項１に記載の窒化物半導体素子において、前記金属が、Ｐｄであることが好ましい。

かかる構成によれば、窒化物半導体素子は、窒化物半導体層と電極との間の面に、Ｐｄが散在しているので、このＰｄが、窒化物半導体層から脱離した水素を吸着し、同じく窒化物半導体層から脱離した不純物と水素との再結合を防止できる。したがって、窒化物半導体素子に流れる電流の面内での均一性が保持される。その結果、窒化物半導体素子の静電気放電耐性を向上させることが可能となる。

また、請求項３に記載の窒化物半導体素子は、請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体層が、ｐ型不純物としてＭｇを含むことが好ましい。

かかる構成によれば、窒化物半導体素子は、Ｍｇ以外の他の金属を含む場合と比較して、容易にｐ型の窒化物半導体層を得ることが可能となる。また、Ｍｇ以外の他の金属を含む場合と比較して、窒化物半導体素子の順方向電圧が低くなる。その結果、窒化物半導体素子の静電気放電耐性を向上させる効果が大きくなる。

また、請求項４に記載の窒化物半導体素子は、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体層は、ｐ型不純物濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³以上２×１０²²／ｃｍ³以下であることが好ましい。
かかる構成によれば、窒化物半導体素子は、静電気放電耐性を向上させる効果が大きくなる。

また、請求項５に記載の窒化物半導体素子は、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体層が、ＧａＮまたはＩｎＧａＮから構成されることが好ましい。

かかる構成によれば、窒化物半導体素子は、窒化物半導体層にｐ型不純物として、特にＭｇを含むときに、窒化物半導体層が好ましいｐ型窒化物半導体層となり易くなる傾向がある。また、ｐ型不純物としてＭｇを含むときには、Ｍｇ以外の金属を含む場合と比べて、ｐ型窒化物半導体層が低抵抗となる傾向がある。

また、請求項６に記載の窒化物半導体素子は、請求項４に記載の窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体層が、ＧａＮまたはＩｎＧａＮから構成され、前記電極に接する１００オングストローム以下の層厚の第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層に接してｐ型不純物を含む第２窒化物半導体層とからなり、前記第１窒化物半導体層が、ｎ型不純物を含む窒化物半導体層であるか、あるいは、ｐ型不純物もｎ型不純物も含まない窒化物半導体層であり、前記第２窒化物半導体層が、前記ｐ型不純物濃度の不純物を含むことが好ましい。

かかる構成によれば、窒化物半導体素子は、第１窒化物半導体層が１００オングストローム以下の層厚なので、第１窒化物半導体層がｐ型不純物を含んでいなくても、電極はｐ側の電極として機能することが可能である。つまり、窒化物半導体素子は、散在した金属が、ｐ型不純物を含む窒化物半導体層の表面に接していなくても、接している場合と同様に、静電気放電耐性を向上させることが可能となる。

また、請求項７に記載の窒化物半導体素子は、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子において、前記電極が、前記窒化物半導体層と接する側に、導電性酸化物膜を含むことが好ましい。

かかる構成によれば、窒化物半導体素子は、電極が導電性酸化物膜を含むので、窒化物半導体層との間の接触抵抗を低減することができる。ここで、導電性酸化物膜は、少なくとも一種を含む金属、合金、それらの積層構造、それらの化合物の酸化物膜である。

また、請求項８に記載の窒化物半導体素子は、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子において、前記電極が、前記散在している金属とは異なる材料からなる金属膜であることが好ましい。

かかる構成によれば、窒化物半導体素子は、電極が金属膜なので、薄膜に形成することにより透光性を確保することができる。そのため、電極を透光性の膜にして電極側から光を取り出すことが可能となる。ここで、金属膜は、少なくとも一種を含む金属、合金、それらの積層構造、それらの化合物である。

また、請求項９に記載の窒化物半導体素子は、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子において、前記散在している金属は、前記窒化物半導体層が前記電極に接している面に、点状、縞状または格子状に配されていることが好ましい。

かかる構成によれば、窒化物半導体素子は、金属を点状に散在させる場合には、容易に製造することが可能であり、金属を縞状または格子状に散在させる場合には、窒化物半導体層と電極との間の面に垂直な方向に流れる電流の大きさを、面内で均一になるように制御し易くなる。

また、前記目的を達成するために、請求項１０に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、ｐ型不純物を含む窒化物半導体層を形成する第１の工程と、前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層の上に、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属を散在させる第２の工程と、前記散在させた金属を覆うようにして前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層の上に電極を形成する第３の工程とを有することを特徴とする。

かかる手順によれば、窒化物半導体素子は、ｐ型不純物を含む窒化物半導体層上に、金属が散在し、その金属を覆うようにして電極が形成される。ここで、金属を散在させる方法は、化学的方法でも物理的方法でもよい。化学的方法としては、例えば、金属を含む溶液による洗浄が挙げられる。また、物理的方法としては、例えば、スパッタや蒸着などが挙げられる。この窒化物半導体素子では、ｐ型不純物を含む窒化物半導体層上の面では、窒化物半導体層と電極とが接する領域と、金属が介在する領域とが生じている。これによって、窒化物半導体層と電極との間の面に垂直な方向に流れる電流の大きさが、面内で均一になり易くなる。したがって、窒化物半導体素子の静電気放電耐性を向上させることが可能となる。

また、請求項１１に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１０に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第２の工程が、好ましくは前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層の表面を、前記Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属を含む酸溶液で洗浄することである。

かかる手順によれば、窒化物半導体素子の製造方法では、ｐ型不純物を含む窒化物半導体層の表面を、金属を含む酸溶液で洗浄することによって、酸溶液に含まれる金属を散在させることができる。ここで、酸溶液は、例えば、金属の硝酸溶液や、この硝酸溶液の水溶液等である。また、洗浄は、例えば、浸漬式、流液式、シャワー式等の方法を含む。

また、請求項１２に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１０または請求項１１に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第２の工程後かつ前記第３の工程前に、前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層を４００℃以上６００℃以下で加熱処理する第４の工程をさらに含むことが好ましい。

また、請求項１３に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１０または請求項１１に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第３の工程後に、前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層を４００℃以上６００℃以下で加熱処理する第４の工程をさらに含むことが好ましい。

また、請求項１４に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１２または請求項１３に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第４の工程では、窒素を含む雰囲気中で、前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層を加熱処理することが好ましい。

かかる手順によれば、製造された窒化物半導体素子では、窒化物半導体層に欠陥を生じさせることなく、効果的に静電気放電耐性を向上させることが可能となる。

本発明によれば、静電気放電耐性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の窒化物半導体素子およびその製造方法を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子をｐ側電極から見た平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。

［窒化物半導体素子の構成］
本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子は、図１および図２に示すように、基板１の上にｎ型窒化物半導体層２と、活性層３と、ｐ型窒化物半導体層４とが順次形成されている。そして、ｐ型窒化物半導体層４の上に、金属５が散在し、この金属５を覆うように、ｐ型窒化物半導体層４の上にｐ側全面電極６が形成されている。さらに、ｐ側全面電極６の上には、ｐ側パッド電極７が形成され、ｎ型窒化物半導体層２の上には、ｎ側電極８が形成されている。ここで、ｐ型窒化物半導体層４とｐ側全面電極６との間の面は、ｐ型窒化物半導体層４とｐ側全面電極６とが接した領域と、金属５が介在した領域とが存在している。

基板１は、例えば、サファイアやＳｉＣ等から構成される。ｎ型窒化物半導体層２は、例えば、ｎ型不純物としてＳｉを含むＧａＮから構成される。活性層３は、例えば、ＩｎＧａＮから構成される。ｐ型窒化物半導体層４は、例えば、ｐ型不純物としてＭｇを含むＧａＮから構成される。ｐ型窒化物半導体層４に含まれるｐ型不純物の濃度は、１×１０¹⁸／ｃｍ³以上２×１０²²／ｃｍ³以下である。特に、Ｍｇ濃度が高い方がＥＳＤ耐性の効果が顕著に得られる。なお、例えば、ｐ側全面電極６がＩＴＯから構成され、ｐ型不純物がＭｇである場合には、ｐ型不純物の濃度は、１．５×１０²⁰以上２×１０²²／ｃｍ³以下であることが好ましい。金属５は、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属から構成される。

ｐ側全面電極６は、ｐ型窒化物半導体層４との接触抵抗の小さい材料を含んでいる。その材料としては、好ましくは、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｂ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、パナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金、それらの積層構造、さらには、それらの化合物、その他に導電性の酸化物膜が挙げられる。

また、ｐ側全面電極６の材料は、さらに好ましくは、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）よりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金、それらの積層構造、それらの化合物、その他に導電性の酸化物膜が挙げられる。
金属や合金層の場合には、薄膜で形成することにより透光性を確保することができる。導電性の金属酸化物（酸化物半導体）としては、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウムおよびマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性の酸化物膜が挙げられる。具体的には錫を含む酸化インジウム（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃またはＳｎＯ₂等が挙げられる。特に導電性の金属酸化物については、導電性と透光性の観点からＩＴＯが最も好ましい。

ｐ側全面電極６は、ｐ型窒化物半導体層４と接する側に、導電性酸化物膜を含んでもよい。また、ｐ側全面電極６は、金属５とは異なる材料からなる金属膜から構成されてもよい。ｐ側パッド電極７およびｎ側電極８は、例えば、複数の金属から構成される。

図３は、ｐ型窒化物半導体層上の金属が散在している様子を示す平面図であって、（ａ）は点状、（ｂ）は点状反転、（ｃ）は縞状、（ｄ）は格子状をそれぞれ示している。図３（ａ）に示す金属の配置は、本実施形態の金属５の配置を示している。金属５は、ｐ型窒化物半導体層４がｐ側全面電極６に接している面に、点状に配されている。ここで金属が散在していることの指標としては、散在している金属５がｐ側全面電極６に接している面に占める面積が、ｐ型窒化物半導体層４がｐ側全面電極６に接している面の面積の５０％以下のことをいう。このような範囲であることで、面内での電流の大きさが均一性を保持しやすくなり好ましい。そして、ｐ型窒化物半導体層４がｐ側全面電極６に接している面に占める金属５の面積が、この割合である場合には、金属５の配置は、図３（ｂ）に示すような点状反転、図３（ｃ）に示すような縞状、図３（ｄ）に示すような格子状であってもよい。

［窒化物半導体素子の製造方法］
図１に示した窒化物半導体素子の製造方法について図４を参照（適宜図１ないし図３参照）して説明する。図４は、図１に示した窒化物半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。

まず、エピタキシャル成長（epitaxial growth）により、基板１上にバッファ層などの下地層を成膜する（ステップＳ１：基板成膜工程）。なお、下地層は、基板と半導体材料の組み合わせによっては省略できる。次に、有機金属化学気相蒸着法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、ＭＯＣＶＤ)により、窒化物半導体層を形成する（ステップＳ２：窒化物半導体形成工程）。この窒化物半導体形成工程は、基板１上のバッファ層などの下地層を介して、ｎ型窒化物半導体層２を積層する工程と、活性層３を積層する工程と、ｐ型窒化物半導体層４を積層する工程（第１の工程）とを含む。なお、各窒化物半導体層の積層順序は特に限定されない。

各窒化物半導体層は、異種基板、好ましくは、サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｃ軸成長の窒化物半導体を用いて形成する。ｎ型窒化物半導体層２は、ＳｉをドープしたＧａＮからなる結晶を成長させて形成する。また、ｎ型窒化物半導体層２は、ｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層との２層構造にして形成してもよい。活性層３は、ｎ型窒化物半導体層２上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＧａＮなどを積層して形成する。ｐ型窒化物半導体層４は、活性層３上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＭｇをドープしたＧａＮからなる結晶を成長させて形成する。なお、ｐ型窒化物半導体層４も、ｎ型窒化物半導体層２と同様に、ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層との２層構造にして形成してもよい。

次に、例えば、ＢＨＦ(バッファドフッ酸)等によって、ｐ型窒化物半導体層４の表面の自然酸化膜を除去する（ステップＳ３：酸化膜除去工程）。なお、ＢＨＦは、ＨＦ（フッ酸）とＮＨ₄Ｆ（フッ化アンモニウム）との混合液である。

次に、ｐ型窒化物半導体層４の上に金属５を散在させる工程（第２の工程）として、ｐ型窒化物半導体層４の表面を、金属５を含む酸溶液で洗浄する（ステップＳ４：洗浄工程）。洗浄方法は、浸漬（Ｄｉｐ）式、流液式、シャワー式のいずれでもよい。洗浄工程において、酸溶液に浸す時間は、１分以上が好ましく、生産性の観点から２０分以下が好ましい。また、酸溶液に浸した後の水洗時間は、少なくとも浸した時間以上である。特に、浸した時間の５倍以上の時間であることが好ましい。その理由は、５倍以上の時間である場合には、ｐ型窒化物半導体層４の上に設けるｐ側全面電極６が、ｐ型窒化物半導体層４から浮くことを防止することができるからである。

次に、ｐ型窒化物半導体層４を加熱処理する（ステップＳ５：熱処理工程、第４の工程）。ここで、加熱温度が４００℃以上である場合に、効率的に良い結果が得られる。また、６００℃以下で、ｐ型窒化物半導体層４に欠陥を生じさせることがない。したがって、４００℃以上６００℃以下で加熱することが好ましい。

次に、ｎ型窒化物半導体層２を掘り出すエッチング工程の後で、蒸着法、スパッタリング法などによりｎ型窒化物半導体層２側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕを全面に積層し、この金属層を所望の形状にパターニングすることによってｎ側電極８を形成する（ステップＳ６：電極形成工程）。なお、他の金属や合金を用いることもできる。

また、スパッタリング法により、金属５を覆うようにしてｐ型窒化物半導体層４の上に、ＩＴＯを成膜し、ｐ側全面電極６を形成しようとする領域に、フォトレジスト等を用いてマスクを形成し、ＩＴＯをエッチングした後に、有機溶剤を用いた洗浄等によってマスクを除去することにより、ｐ側全面電極６を形成する（ステップＳ６：電極形成工程、第３の工程）。

次に、蒸着法、スパッタリング法等により、ｐ側全面電極６側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕを全面に積層する。その後、フォトリソグラフィ法によって、この金属層を所望の形状にパターニングすることで、ｐ側全面電極６上の一部にｐ側パッド電極７を形成する（ステップＳ７：パッド電極形成工程）。なお、ｐ側パッド電極７とｎ側電極８とに同じ材料を用いる場合には、ｐ側パッド電極７とｎ側電極８とを同じ工程において形成することもできる。この場合には、ｐ側全面電極６を形成し、ｎ型窒化物半導体層２を掘り出すエッチング工程の後で、ｐ側パッド電極７とｎ側電極８とを同一工程で行うことができる。

［各工程と金属の散在状態］
次に、前記した洗浄工程、熱処理工程および電極形成工程と、金属の散在状態との関係について図５を参照して説明する。図５は、図２に示したｐ型窒化物半導体層上の金属の配置を示す断面図であって、（ａ）は洗浄工程終了後、（ｂ）は熱処理工程終了後、（ｃ）は電極形成工程終了後をそれぞれ示している。

図５（ａ）に示すように、洗浄工程が終了した状態では、ｐ型窒化物半導体層４の上（これから電極を形成しようとする表面）には、金属５がイオン状態で散在している。また、図５（ｂ）に示すように、熱処理工程が終了した状態では、ｐ型窒化物半導体層４の上に存在する金属５の中で、熱により拡散するものも存在している。拡散方向は、ｐ型窒化物半導体層４に向かって潜る方向（垂直方向）と、水平方向とを含む。

また、図５（ｃ）に示すように、ｐ側全面電極６の電極形成工程が終了した状態では、ｐ型窒化物半導体層４の上に存在する金属５の中で、拡散するものも存在している。拡散方向は、ｐ側全面電極６に向かって浮上する方向（垂直方向）と、ｐ型窒化物半導体層４に向かって潜る方向（垂直方向）と、水平方向とを含む。

これら図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、金属５の拡散によって、金属５は、ｐ型窒化物半導体層４とｐ側全面電極６との間で、面内の２次元方向へ単純に散在するだけではなく、３次元方向へ複雑に散在することとなる。特に、ｐ側全面電極６に接するｐ型窒化物半導体層４のｐ型不純物濃度が１．５×１０²⁰／ｃｍ³以上であると、ｐ型窒化物半導体層４がピットを有する傾向にあり、金属５がこのピットからｐ型窒化物半導体層４に向かって潜る方向に拡散し易くなり、これにより窒化物半導体素子の順方向電圧の低下が見られ好ましい。また、ｐ型不純物濃度の上限としては、２×１０²²／ｃｍ³以下であることが好ましく、これより大きいとｐ型窒化物半導体層４の結晶性が悪くなり、逆に順方向電圧が高くなってしまう。

本実施形態によれば、ｐ型窒化物半導体層４とｐ側全面電極６との間の面に垂直な方向に流れる電流の大きさが、面内で均一になり易くなる。その結果、本実施形態の窒化物半導体素子に外部から印加される電圧の値が比較的大きくなるまで、この窒化物半導体素子に流れる電流の面内での均一性が保持される。つまり、本実施形態の窒化物半導体素子は、金属５が無い場合に比べて、静電破壊電圧が高くなる。したがって、この窒化物半導体素子のＥＳＤ耐性を向上させることが可能となる。

以上、実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、本実施形態の窒化物半導体素子は、ｐ型窒化物半導体層４とｐ側全面電極６との間に、金属５が散在しているが、電極が、ｐ側電極として機能しさえすれば、電極と接する窒化物半導体層はｐ型に限定されるものではない。このように、電極がｐ側電極として機能する構成としては、例えば、以下の構成が挙げられる。この場合、窒化物半導体層は、ＧａＮまたはＩｎＧａＮから構成され、電極に接する１００オングストローム以下の層厚の第１窒化物半導体層と、この第１窒化物半導体層に接してｐ型不純物を含む第２窒化物半導体層とからなる。そして、第１窒化物半導体層は、ｎ型不純物を含む窒化物半導体層であるか、あるいは、ｐ型不純物もｎ型不純物も含まない窒化物半導体層であり、第２窒化物半導体層は、ｐ型不純物濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³以上２×１０²²／ｃｍ³以下である。これは、例えば前者の場合、図２に示したｐ型窒化物半導体層４の上に、極薄のｎ型窒化物半導体層を積層し、その上に、金属５を散在させてｐ側全面電極６を形成することを意味する。

また、本実施形態の窒化物半導体素子の製造方法では、熱処理工程（第４の工程）を、電極形成前に行うものとして説明したが、電極形成後に行ってもよい。さらに、電極形成の前後にそれぞれ熱処理を行ってもよい。また、熱処理工程は、大気圧で行うことが好ましいが、１×１０^-3〜１×１０^-4Ｐａ程度の真空度中で行ってもよい。

また、本実施形態では、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属を散在させる方法として、化学的な方法として洗浄を利用したが、蒸着法、スパッタリング法等の物理的方法を利用してもよい。この場合には、例えば、蒸着膜の成膜装置において、通常の膜とは呼べない程度の極薄の厚みの成膜ができるように設定し、その設定した膜が完成する前の未完成の膜の状態で処理を中断して取り出すようにすればよい。

本発明の効果を確認するために本実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を用いて、窒化ガリウム系半導体の成長装置を用いて、１種類の金属を散在させた窒化物半導体素子を複数種類製造した。具体的には、酸化膜除去工程（ステップＳ３）で、ＢＨＦによってｐ型窒化物半導体層４の表面を１０分間洗浄した。そして、洗浄工程（ステップＳ４）で、Ｍｇ（実施例１）、Ｐｄ（実施例２）、Ｐｔ（実施例３）、Ｃｏ（実施例４）を含む酸溶液に、ｐ型窒化物半導体層４まで形成されたウエハ全体を浸漬させて、窒化物半導体素子をそれぞれ製造した。

また、比較として、従来の方法と同様にして、洗浄工程（ステップＳ４）および熱処理工程（ステップＳ５）を行わずに窒化物半導体素子を製造した（比較例１）。また、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏとは異なる金属を含む酸溶液で洗浄する点だけが異なる製造方法で窒化物半導体素子を製造した。このときには、Ｎｉを含む酸溶液を用いた（比較例２）。ここで、各酸溶液は、市販の標準用試薬（1000mg/L水溶性標準液）を用いた。各酸溶液の成分を表１に示す。

また、洗浄工程（ステップＳ４）および熱処理工程（ステップＳ５）における各種の製造条件を表２に示す。なお、ｓｌｍは、０℃、１ａｔｍにおける１分間当たりの流量をリットルで表示した単位（standard liter / min）である。これらの条件で製造された窒化物半導体素子の特性および評価試験結果を表３に示す。

表３に示す素子の特性において、発光出力対応値Ｖ_Lは、窒化物半導体素子において樹脂封止前の状態の中間検査の値（無次元）であり、ｐ側パッド電極７とｎ側電極８とが形成された状態で、各電極に直接端子をつけてランプ出力を測定したものである。また、ドミナント波長Ｗ_Dは、発光スペクトルの最も強度が高い波長（ピーク波長）である。

また、表３に示す評価試験は、製造された各窒化物半導体素子に対して、外部から、電圧を一定速度および一定間隔で上昇させながら印加して、各印加電圧において、破壊した個数を調べたものである。なお、評価試験は、各種類の窒化物半導体素子に対して、複数の試験機を用いて行った。表３では、この評価試験の結果を破壊電圧Ｖ_Dで示している。

破壊電圧Ｖ_Dは、ＥＳＤ耐性を示すものであり、α個（例えば、1000個）の窒化物半導体素子に、外部から電圧を印加したときに、印加電圧Ｖ_m［Ｖ］で破壊した個数をＮ_m個としたときに（ｍ＝０，１，２，…）、式（１）で計算された印加電圧の平均値を示す。ここでは、さらに、試験機ごとの平均値をとった。なお、印加電圧は、例えば、Ｖ_m＝100×ｍ［Ｖ］である。この破壊電圧Ｖ_Dの値が大きいほど、ＥＳＤ耐性が高いことを示す。

表３から、製造された全種類の窒化物半導体素子の特性（順方向電圧や発光出力等）は、ほぼ同等であることが分かる。また、破壊電圧Ｖ_Dについては、比較例１および比較例２では、５００［Ｖ］を僅かに超える程度である。一方、実施例１〜実施例４では、６００［Ｖ］を大きく超えている。つまり、実施例１〜実施例４は、比較例１および比較例２よりもＥＳＤ耐性が高くなった。

実施例２では、破壊電圧Ｖ_Dが「９８５（Ｖ）」であり、突出した値となった。この理由は、散在させた金属であるＰｄの水素吸蔵効果によるものと考えられる。なお、実施例１で用いたＭｇも水素吸蔵効果があるために、破壊電圧Ｖ_Dが高くなったものと考えられる。ただし、評価試験結果から、散在させた金属が水素吸蔵効果を有するという点のみではなく、元素の種類がＭｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏであり、かつ、各元素が散在した状態で窒化物半導体素子に含まれていることが、破壊電圧Ｖ_Dの向上に寄与する主要因であると考えられる。なお、各元素は、単独で含まれるだけではなく、少なくとも１つを含めばよい。また、仮に、金属が散在ではなく、層構造となった場合には、製造される窒化物半導体素子の発光出力等が低下するという問題点が生じることとなる。

次に、金属の散在状態を確認するために、実施例２について、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ:Secondary Ion Mass Spectrometry）を用いて、ｐ型窒化物半導体層４がｐ側全面電極６に接している面に占めるＰｄの面積の割合を測定した。具体的には、二次イオン質量分析装置（商品名「ＰＨＩ TRIFT III」、アルバックファイ株式会社製）を利用した。ここで、二次イオン質量分析装置では、数〜数十ｎｍオーダーの深さ分解能で深さ方向分析が可能であり、分析領域の大きさは、通常、数十〜数百μｍである。この装置では、試料表面から数十ｎｍ〜数μｍ程度の深さに含まれる不純物の分布を調べることができる。実施例２のＰｄを用いて、窒化物半導体素子上における質量数１０６のＰｄイオンの存在する領域を測定した。その測定結果を図６に示す。図６によれば、ｐ型窒化物半導体層４とｐ側全面電極６との間に、Ｐｄイオン（図６中、白抜きの領域、金属５）が平均して約２０％の存在割合で点状に分布していることが確認できた。

本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子をｐ側電極から見た平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。 ｐ型窒化物半導体層上の金属が散在している様子を示す平面図であって、（ａ）は点状、（ｂ）は点状反転、（ｃ）は縞状、（ｄ）は格子状をそれぞれ示している。 図１に示した窒化物半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。 図２に示したｐ型窒化物半導体層上の金属の配置を示す断面図であって、（ａ）は洗浄工程終了後、（ｂ）は熱処理工程終了後、（ｃ）は電極形成工程終了後をそれぞれ示している。 実施例２の窒化物半導体素子に散在させた金属イオンの存在位置の解析結果を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ ｎ型窒化物半導体層
３ 活性層
４ ｐ型窒化物半導体層
５ 金属
６ ｐ側全面電極
７ ｐ側パッド電極
８ ｎ側電極

Claims (14)

1. 窒化物半導体層と、この窒化物半導体層に接した電極とを有する窒化物半導体素子において、
   前記窒化物半導体層と、前記電極との間に、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属が散在していることを特徴とする窒化物半導体素子。
2. 前記金属は、Ｐｄであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
3. 前記窒化物半導体層は、ｐ型不純物としてＭｇを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体素子。
4. 前記窒化物半導体層は、ｐ型不純物の濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³以上２×１０²²／ｃｍ³以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
5. 前記窒化物半導体層は、ＧａＮまたはＩｎＧａＮから構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
6. 前記窒化物半導体層は、ＧａＮまたはＩｎＧａＮから構成され、前記電極に接する１００オングストローム以下の層厚の第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層に接してｐ型不純物を含む第２窒化物半導体層とからなり、
   前記第１窒化物半導体層は、ｎ型不純物を含む窒化物半導体層であるか、あるいは、ｐ型不純物もｎ型不純物も含まない窒化物半導体層であり、
   前記第２窒化物半導体層は、前記ｐ型不純物濃度の不純物を含むことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体素子。
7. 前記電極は、前記窒化物半導体層と接する側に、導電性酸化物膜を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
8. 前記電極は、前記散在している金属とは異なる材料からなる金属膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
9. 前記散在している金属は、前記窒化物半導体層が前記電極に接している面に、点状、縞状または格子状に配されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
10. ｐ型不純物を含む窒化物半導体層を形成する第１の工程と、
    前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層の上に、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属を散在させる第２の工程と、
    前記散在させた金属を覆うようにして前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層の上に電極を形成する第３の工程とを有することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
11. 前記第２の工程は、前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層の表面を、前記Ｍｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏから選択される少なくとも１つの金属を含む酸溶液で洗浄することである請求項１０に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
12. 前記第２の工程後かつ前記第３の工程前に、前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層を４００℃以上６００℃以下で加熱処理する第４の工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
13. 前記第３の工程後に、前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層を４００℃以上６００℃以下で加熱処理する第４の工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
14. 前記第４の工程では、窒素を含む雰囲気中で、前記ｐ型不純物を含む窒化物半導体層を加熱処理することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の窒化物半導体素子の製造方法。

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