JP2009200332A - 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1は、基板2と、基板2の表面上に形成された窒化物半導体層としてのn型クラッド層3〜p型コンタクト層9とを備える。基板2において、窒化物半導体層が形成された表面と反対側の裏面14には、裏面14の加工変質層を除去することにより形成された半球状の凸部13が形成される。窒化物半導体装置1は、凸部13に接触するように形成された電極12をさらに備える。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明による窒化物半導体装置の実施の形態1を示す断面模式図である。
図3は、本発明による窒化物半導体装置の実施の形態2を示す断面模式図である。図3を参照して、本発明による窒化物半導体装置の実施の形態2を説明する。
本発明による窒化物半導体装置の実施の形態3は、ショットキーバリアダイオード(SBD)であって、基本的には図3に示した窒化物半導体装置1と類似の構造を備えるが、図3のn型GaN層21〜p型コンタクト層9に代えてGaNドリフト層が形成され、当該GaNドリフト層上にショットキー電極が形成されている点が異なる。このようなSBDにおいても、基板2の裏面に凸部13を複数個形成し、当該凸部13を覆うようにオーミック電極である電極12を形成する。この結果、基板2の裏面14に接触抵抗の低い電極12を形成することができる。
本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。
試料1として、サイズが2インチ、導電型がn型で主表面が(0001)面であるGaN基板を準備した。当該GaN基板の裏面である(000−1)面に対し、研磨剤を用いて厚み約50μmを除去する平坦化処理を行った。なお、研磨剤としては炭化珪素系の砥粒を用いた。
上述した試料1および試料2について、エッチング前の試料について、試料断面のSEM像および発光像(CL像)を観察した。
上述したエッチング前の試料についての断面のSEM像およびCL像を、試料1については図5に、試料2については図6に示した。なお、図5および図6は、エッチング前の試料1および試料2についての断面のSEM像およびCL像を示す写真である。図5および図6から分かるように、基板裏面の加工変質層31は、特にCL像において欠陥の影響で暗領域として観察される。当該暗領域(加工変質層31)の深さは、試料1を示す図5で1μm程度、試料2を示す図6で0.2μm程度である。このような断面発光像の観察より、試料1の方が試料2に比べて加工ダメージが基板の奥まで入っていることがわかる。
次に、加工変質層と基板−電極間の接触抵抗との関係を調べるため、以下のような実験を行なった。具体的には、上記試料1と同様の研磨加工を行なってから、エッチング時間を変化させた試料を複数用意して、当該複数の試料について電極を形成し、各試料について基板−電極間の接触抵抗を調べた。
上記実施例1における試料1と同様な研磨加工を行ってから、裏面に対するエッチング時間を変えた試料を4種類(試料A1〜A4)準備した。具体的には、エッチング時間が0分、2分、4分、6分という試料を準備した。なお、エッチングの条件は、エッチング時間以外は実施例1におけるエッチング条件と同様である。
各試料について、エッチングにより除去された層の厚さ(エッチ深さ)を測定した。測定には、触針式の段差計を用いた。
試料A1〜A4について、その結果を図9に示す。図9は、試料A1〜A4についての測定結果を示すグラフである。図9では、横軸がエッチング時間(単位:分)であり、左側の縦軸が接触抵抗ρc(単位:Ωcm2)、右側の縦軸がエッチ深さ(単位:μm)である。図9に示すように、試料A1〜A4では、加工変質層の厚みが減ると(つまりエッチ深さが大きくなると)接触抵抗が急激に低下している。そして、加工変質層がほぼ除去された深さ(エッチ深さがほぼ1μmとなった試料)で、実施例1での結果と同様の接触抵抗ρc=1×10−4Ωcm2という低い接触抵抗を得た。
本発明に従った窒化物半導体装置として半導体レーザ装置を作成した。具体的には、貫通転位密度が1×106cm−2未満のn型GaN(0001)基板を準備した。GaN基板のサイズは2インチ、厚みは400μmであった。当該GaN基板の表面上に有機金属気相成長法を用いてGaN系の窒化物半導体層(エピタキシャル成長層)を形成した。なお、半導体層の原料にはトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アンモニア、モノシラン、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。
本発明に従った窒化物半導体装置として図3に示した発光ダイオードを作成した。具体的には、実施例3と同じn型GaN(0001)基板を準備した。当該GaN基板の表面上に有機金属気相成長法を用いてエピタキシャル成長層を形成した。原料にはトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アンモニア、モノシラン、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。
Claims (12)
- 窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の表面上に形成された窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板において、前記窒化物半導体層が形成された前記表面と反対側の裏面には、前記裏面の加工変質層を除去することにより形成された半球状の凸部が形成され、
前記凸部に接触するように形成された電極をさらに備える、窒化物半導体装置。 - 前記凸部は、前記窒化物半導体基板の裏面をドライエッチングにより部分的に除去することにより形成されている、請求項1に記載の窒化物半導体装置。
- 前記窒化物半導体基板の裏面において、残存する加工変質層の厚みは0.01μm以下である、請求項1または2に記載の窒化物半導体装置。
- 前記凸部の高さが0.2μm以上100μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置。
- 前記窒化物半導体基板を構成する材料の結晶構造は六方晶型であり、
前記窒化物半導体基板の表面の面方位は(0001)面である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置。 - 前記窒化物半導体基板はGaN基板であり、
前記窒化物半導体基板は酸素ドープによりn型化されており、
前記窒化物半導体基板の酸素濃度は1×1017個cm−3以上2×1019個cm−3以下である、請求項5に記載の窒化物半導体装置。 - 表面に窒化物半導体層が形成されている窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板において、前記窒化物半導体層が形成された表面と反対側の裏面に対して、ドライエッチングを行なって、半球状の凸部を形成する工程と、
前記凸部に接触するように電極を形成する工程とを備える、窒化物半導体装置の製造方法。 - 前記窒化物半導体基板を準備する工程では、前記窒化物半導体基板の裏面に対して研削加工または研磨加工を行なう、請求項7に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記窒化物半導体基板を準備する工程では、前記窒化物半導体基板の裏面に対して研削加工または研磨加工を行なった後、鏡面化処理を行なうことなく前記半球状の凸部を形成する工程を実施する、請求項8に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記窒化物半導体基板を準備する工程では、前記窒化物半導体基板の裏面に対して研磨加工を行ない、
前記研磨加工における研磨レートが1μm/h以上300μm/h以下である、請求項8または9に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 - 半球状の凸部を形成する工程では、前記窒化物半導体基板の裏面から加工変質層を除去する、請求項7〜10のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記加工変質層の厚みは0.01μm以上10μm以下である、請求項11に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
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