JP2009129943A - 窒化物半導体装置とその製造方法 - Google Patents

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和重 川崎
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真司 阿部
Hitoshi Sakuma
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Abstract

【課題】半導体装置、特にレーザダイオードの作成に使用される窒化物半導体装置において、プロセスの煩雑化や歩留まりの低下を抑えつつ、電極剥がれを抑制することを目的としている。
【解決手段】本発明に係る窒化物半導体装置は、表面にリッジ２を有するＰ型窒化物半導体層１、少なくともリッジ２の側面を被覆するＳｉＯ2膜３、ＳｉＯ2膜３の表面に形成されたシリコンを主成分とする密着層４、リッジ２の上面および密着層４の表面に形成されたＰ型電極５を備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、窒化物半導体装置とその製造方法に関する。
従来の半導体装置、特にレーザダイオードの作製に使用される窒化物半導体装置においていわゆるリッジ型構造が多くの場合に採用されており、リッジ側壁に絶縁膜を形成した場合、該絶縁膜を介して電極を形成していた。しかし、絶縁膜と電極材料との密着性が十分に得られないため、絶縁膜上での電極の剥離が生じ、さらに半導体層と電極の剥離を引き起こす可能性があった。また、この電極の剥離によりレーザダイオードを動作させるための動作電圧の増加や動作時の発熱による特性バラツキを生じてしまい、規定の温度範囲内で安定した動作出力を得ることが難しいという問題点があった。
上述の問題点に対して、例えば特許文献１では、リッジ側面の絶縁膜と電極の間に熱処理された白金族系金属などからなる密着層を形成することにより、電極の密着性を得る方法が示されている。また特許文献２では、リッジ側面と電極の間に一定の基準を満たす密度あるいは表面の粗さを有する、酸化ジルコニウムなどからなる保護膜を形成する方法が示されている。
特開２００５−５１１３７号公報 特開２００７−１３４４４５号公報
しかしながら、特許文献１の方法においては、絶縁膜と密着層の材質が大きく異なる事により、デバイス作製上のプロセスが煩雑化し、またデバイスの光学的特性に影響を与え、歩留まり低下の原因となるといった問題点があった。特許文献２の方法においても、デバイス作製上のプロセスが煩雑化するといった問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、プロセスの煩雑化や歩留まりの低下を抑えた、電極剥がれのない窒化物半導体装置を得ることを目的としている。
本発明に係る窒化物半導体装置は、表面にリッジを有するＰ型半導体層、少なくともリッジの側面を被覆する絶縁膜、絶縁膜の表面に形成されたシリコンを主成分とする密着層、リッジの上面および密着層の表面に形成された電極を備えて構成される。
この発明によれば、リッジ側壁の絶縁膜の表面に密着層が形成された構成にしたことにより、電極剥がれを抑制し、安定して低抵抗な電極を形成することが可能であり、レーザダイオードなどの半導体装置の動作電圧を低くすることが可能である。また、これにより動作時の発熱も減少させることが可能になり、高出力で安定した動作が可能になる。
また、密着層はシリコンを主成分とすることにより、絶縁膜と密着層の材質が大きく異なる事を回避することが可能であり、作製プロセス的およびデバイス形状的に大きな変更無く特性を維持したままリッジ上の電極の剥がれが抑制でき、プロセスの煩雑化や歩留まりの低下を抑えることが可能である。
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
＜実施の形態１＞
（構成）
図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体装置の要部を示す断面図である。Ｐ型の窒化物半導体からなるＰ型窒化物半導体層（Ｐ型半導体層）１の上部表面にリッジ２が形成され、リッジ２の側面から該側面下部と繋がるＰ型窒化物半導体層１の上面にかけて、ＳｉＯ2膜（絶縁膜）３、シリコンからなるＳｉ密着層（密着層）４が被覆するように順次設けられ、さらにリッジ２の上面およびリッジ２側面のＳｉ密着層４表面を覆うようにＰ型電極（電極）５が設けられている。
また、図２は図１に示した窒化物半導体装置の全体の一例を示す、光発光窒化物半導体装置の断面図である。下層から順にｎ電極８、ｎ−ＧａＮ基板９、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０、ｎ−ＧａＮガイド層１１、活性層１２、Ｐ−ＧａＮガイド層１３、Ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１４、Ｐ−ＧａＮコンタクト層１５が積層されている。Ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１４、Ｐ−ＧａＮコンタクト層１５において、リッジ２が形成されており、リッジ２の側面から該側面下部と繋がるＰ−ＡｌＧａＮクラッド層１４の上面にかけてＳｉＯ2膜３、Ｓｉ密着層４が順次設けられ、さらにリッジ２の上面およびリッジ２側面のＳｉ密着層４表面を覆うようにＰ電極５が設けられている。
（製法）
次に図１に示した、本実施の形態に係る窒化半導体装置の要部の製法を示す。図３〜図６は製造方法を示す断面図である。
まず、図３に示すＰ型窒化物半導体層１表面に、転写技術を用いてレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスク材としてＰ型窒化物半導体層１をエッチングして、図４に示すようなリッジ２を形成する。リッジ２形成のためのエッチングはドライエッチングが用いられる。ドライエッチングには、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）やＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、ＥＣＲ（電子サイクロン共鳴）等によるエッチングを用いることが可能である。このときのエッチングガスとしては塩素（Ｃｌ）系のガスが用いられる。エッチング深さもデバイスの特性に応じて変化するが、およそ０．５μｍ程度必要となる。また、リッジ２のエッチングには、レジストマスクではなく、絶縁膜等の材料を用いても同様のリッジ加工が可能である。
リッジ２形成後、図５に示すようにリッジ２の側面から該側面下部と繋がるＰ型窒化物半導体層１の上面にかけて、ＳｉＯ2膜３とＳｉ密着層４を順次この順番で形成する。
ＳｉＯ2膜３の形成法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等を用いることが出来る。ＳｉＯ2膜３の膜厚はデバイスの光学特性により決定されるもので、例えば２００ｎｍ程度の膜厚が必要となる。また、デバイス作製上はＳｉＯ2（酸化珪素）が望ましいが、Ｓｉ3Ｎ4（窒化珪素）やＳｉＯＮ（酸窒化珪素）、その他の絶縁膜で光学特性を満たせる材料であれば良い。
同様にＳｉ密着層４もこのＳｉＯ2膜３上に蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法を用いて形成することが可能である。ＳｉＯ2膜３と同様の方法による成膜であれば一度の処理で連続的に形成することも可能であるし、別々の方法を用いて形成することも可能である。このＳｉ密着層４の膜厚としては、デバイス特性に影響を与えず、密着性が向上できる膜厚であればよく、例えば５０ｎｍ以下が望ましい。さらに２５ｎｍ以下の膜厚とすることで、デバイス特性へ影響を与えないだけでなく、プロセス的にも影響を与えずデバイスを作製することが可能となる。
また、このＳｉ密着層４はＰ型電極５とＳｉＯ2膜３との密着性向上のために用いるものであるので、Ｓｉ密着層４の膜厚は均一に形成されても良いし、密着性が得られる範囲内で不均一に形成されても良い。またＳｉ密着層４は単結晶シリコンでも良くアモルファスシリコンでも良い。さらに、プロセス的に許せば、シリコンの代わりにＴｉ，Ａｌ等のメタルを形成しても同様の効果を得ることが可能である。このように成膜したＳｉＯ2膜３とＳｉ密着層４を、リフトオフ法やエッチバック法を用いて選択的に除去しリッジ２の側面から該側面下部と繋がるＰ型窒化物半導体層１の上面に形成する。
ＳｉＯ2膜３、Ｓｉ密着層４を形成後、図６に示すようにリッジ２上面およびリッジ２側面のＳｉ密着層４表面を覆うように、Ｐ型電極５を形成する。
Ｐ型電極５の形成法としては、蒸着法、スパッタ法等により電極材料を成膜し、リフトオフ法により選択的にリッジ２上部とリッジ２側面のＳｉ密着層４表面に形成する。Ｐ型電極５の材料としては、Ｐ型窒化物半導体層１とオーミック特性が得られる材料であれば良い。たとえばパラジウム（Ｐｄ）を含む材料により構成されていることが好ましく、さらにはパラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）を含む材料により構成されていることがより好ましい。また、このＰ型電極材料の形成前処理としてシリコンを含む塗布系の有機材料を塗布することでも密着性の向上が図れる。たとえばヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）のような材料を用いれば、ＳｉＯ2膜３上に選択的に形成することが可能であり、Ｐ型電極５の特性を劣化させることなく密着性をさらに向上させることが可能となる。さらに、Ｐ型電極５形成後、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行うことでオーミック特性を得ることが可能となる。
（効果）
この発明によれば、リッジ２側面のＳｉＯ2膜３上にＳｉ密着層４を介してＰ型電極５を形成したことにより、電極剥がれを抑制し、安定して低抵抗な電極を形成することが可能であり、半導体装置の動作電圧を低くすることが可能である。また、これにより動作時の発熱も減少させることが可能になり、高出力で安定した動作が可能になる。さらに、絶縁膜と密着層の材質が大きく異なる事を回避することが可能であり、作製プロセス的およびデバイス形状的に大きな変更無く特性を維持したままリッジ２上の電極の剥がれが抑制でき、プロセスの煩雑化や歩留まりの低下を抑えることが可能である。
＜実施の形態２＞
（構成）
図７は、本実施の形態に係る窒化物半導体装置の要部を示す断面図である。Ｐ型の窒化物半導体からなるＰ型窒化物半導体層１の上部表面にリッジ２が形成され、リッジ２側面から該側面下部と繋がるＰ型窒化物半導体層１の上面にかけてＳｉＯ2膜１６が設けられている。また、リッジ２の上面およびリッジ２側面のＳｉＯ2膜１６表面を覆うようにＰ電極５が設けられている。
ここで、ＳｉＯ2膜１６のシリコン組成は膜厚方向において不均一になるようコントロールされている。図８は、ＳｉＯ2膜１６の組成を示す図である。ＳｉＯ2膜１６のシリコン組成はＳｉＯ2膜１６の表面側へ向かって多くなるように形成されている。
（製法）
次に図７に示した窒化物半導体装置についての製法を示す。リッジ２が形成された半導体において、リッジ２の側面から該側面下部と繋がるＰ型窒化物半導体層１の上面にかけてＳｉＯ2膜１６を形成し、リッジ２上面およびリッジ２側面のＳｉＯ2膜１６表面を覆うようにＰ電極５を形成する。
ＳｉＯ2膜１６の形成方法としては、例えばスパッタ法によりシリコンをターゲットとし、アルゴンガスと酸素ガスとの混合比を酸素ガス比が多い状態から少ない状態に変化させることで膜中の酸素濃度が変化し、成膜される膜中の組成をコントロールすることが可能である。その他の、リッジ２やＰ型電極５の形成法等は実施の形態１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
（効果）
この発明によれば、ＳｉＯ2膜１６のシリコン組成はＳｉＯ2膜１６の表面側へ向かって多くなるように形成したことにより、電極剥がれを抑制し、安定して低抵抗な電極を形成することが可能であり、半導体装置の動作電圧を低くすることが可能である。また、これにより動作時の発熱も減少させることが可能になり、高出力で安定した動作が可能になる。
本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る光発光窒化物半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係るＳｉＯ2膜のシリコン組成を示す図である。
符号の説明
１ Ｐ型窒化物半導体層、２ リッジ、３，１６ ＳｉＯ2膜、４ Ｓｉ密着層、５ Ｐ型電極、８ ｎ電極、９ ｎ−ＧａＮ基板、１０ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、１１ ｎ−ＧａＮガイド層、１２ 活性層、１３ Ｐ−ＧａＮガイド層、１４ Ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、１５ Ｐ−ＧａＮコンタクト層。

Claims (12)

  1. 表面にリッジを有するＰ型半導体層と、
    少なくとも前記リッジの側面を被覆する絶縁膜と、
    前記絶縁膜の表面に形成されたシリコンを主成分とする密着層と、
    前記リッジの上面および前記密着層の表面に形成された電極と
    を備える窒化物半導体装置。
  2. 前記密着層は単結晶シリコンまたはアモルファスシリコンを主成分とする、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
  3. 前記密着層はシリコンを含む有機材料を主成分とする、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
  4. 前記有機材料はヘキサメチルジシラザンを主成分とする、請求項３に記載の窒化物半導体装置。
  5. 表面にリッジを有するＰ型半導体層と、
    少なくとも前記リッジの側面を被覆する絶縁膜と、
    前記絶縁膜の表面に形成されたＴｉまたはＡｌを主成分とする密着層と、
    前記リッジの上面および前記密着層の表面に形成された電極と
    を備える窒化物半導体装置。
  6. 前記密着層の膜厚は５０ｎｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の窒化物半導体装置。
  7. 前記絶縁膜は酸化珪素または窒化珪素または酸窒化珪素を主成分とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の窒化物半導体装置。
  8. 表面にリッジを有するＰ型半導体層と、
    少なくとも前記リッジの側面を被覆する、シリコン組成が膜厚方向において不均一なシリコン酸化膜からなる絶縁膜と、
    前記リッジの上面および前記絶縁膜の表面に形成された電極と
    を備えた窒化物半導体装置。
  9. 前記絶縁膜のシリコン組成は前記絶縁膜の表面側へ向かって多くなる、請求項８に記載の窒化物半導体装置。
  10. 請求項９に記載の窒化物半導体装置を製造する方法であって、
    スパッタ法によりシリコンをターゲットとしアルゴンガスと酸素ガスとの混合比を酸素ガス比が多い状態から少ない状態に変化させて前記絶縁膜を形成する工程を備える、窒化物半導体装置の製造方法。
  11. 前記電極が少なくともパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の窒化物半導体装置。
  12. 前記電極が少なくともパラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）を主成分とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の窒化物半導体装置。
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