JP5258275B2 - 窒化物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、窒化物半導体装置およびその製造方法に関する。
従来の技術の窒化物半導体装置は、ｐ型コンタクト層上にｐ電極を形成して熱処理した後、さらにｐ電極上にパッド電極を形成して製造される（たとえば特許文献１，２参照）。
前述のようにｐ電極を形成した後、酸素を含む雰囲気中で熱処理すると、ｐ電極が酸化されて酸化膜が形成される。このようなｐ電極上にパッド電極を形成すると、ｐ電極上に絶縁物である酸化膜が形成された状態でパッド電極が形成されることになるので、酸化膜によって、ｐ電極とその上部に形成されたパッド電極との接触不良が引き起こされる。
このｐ電極とパッド電極との接触不良によって電極間の抵抗成分が増大し、たとえば窒化物半導体装置がレーザダイオードである場合、レーザダイオードを動作させるための動作電圧の増加、および動作時の発熱による電気的特性のばらつきが生じる。その結果、規定の温度範囲内で安定して動作出力を得ることが難しいという問題が生じる。また前記抵抗成分は、歩留まりが低下する要因ともなる。
したがって、ｐ電極とパッド電極との接続性を向上させ、デバイス特性への影響を低減することが望まれている。
本発明は、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、電極間に抵抗成分が生じないｐ電極を有する窒化物半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の窒化物半導体装置は、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層と、前記ｐ型コンタクト層上に順に形成される第１のパラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜、ならびに前記Ｔａ膜上部全面に形成される第２のＰｄ膜から成るｐ電極と、前記ｐ電極上に形成されるパッド電極とを備え、前記ｐ電極を構成する第２のＰｄ膜の膜厚は、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、前記パッド電極は、前記ｐ電極を構成する前記第２のＰｄ膜に接して形成されるチタン（Ｔｉ）膜を含んで構成され、前記Ｔｉ膜、タンタル（Ｔａ）膜、もう一つのチタン（Ｔｉ）膜および金（Ａｕ）膜がこの順に前記ｐ電極上に形成されて成るＴｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造、または前記Ｔｉ膜、モリブデン（Ｍｏ）膜、もう一つのチタン（Ｔｉ）膜および金（Ａｕ）膜がこの順に前記ｐ電極上に形成されて成るＴｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造であることを特徴とする。
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層上に、第１のパラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜をこの順に形成し、前記Ｔａ膜上部全面に、前記Ｔａ膜の酸化を防止する酸化防止膜として第２のＰｄ膜を形成することによって、前記第１のＰｄ膜、前記Ｔａ膜および前記第２のＰｄ膜から成るｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、形成された前記ｐ電極を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程の後に、前記第２のＰｄ膜の表面部を除去する除去工程と、前記除去工程の後に、前記第２のＰｄ膜上に、パッド電極を形成するパッド電極形成工程とを備え、前記ｐ電極形成工程では、前記第２のＰｄ膜を５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜厚に形成し、前記パッド電極形成工程では、前記第２のＰｄ膜に接してチタン（Ｔｉ）膜を形成し、前記Ｔｉ膜、タンタル（Ｔａ）膜、もう一つのチタン（Ｔｉ）膜および金（Ａｕ）膜がこの順に前記ｐ電極上に形成されて成るＴｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造、または前記Ｔｉ膜、モリブデン（Ｍｏ）膜、もう一つのチタン（Ｔｉ）膜および金（Ａｕ）膜がこの順に前記ｐ電極上に形成されて成るＴｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造のパッド電極を形成することを特徴とする。
本発明の窒化物半導体装置によれば、ｐ電極とパッド電極との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極を実現することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、窒化物半導体装置の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能となる。
本発明の窒化物半導体装置の製造方法によれば、ｐ電極とパッド電極との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極を安定して形成することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、窒化物半導体装置の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能な窒化物半導体装置を得ることができる。
図１は、本発明の実施の一形態である窒化物半導体装置１０の構成を示す断面図である。窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体基板である窒化ガリウム（ＧａＮ）基板を用いて形成されている。
窒化物半導体装置１０では、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層１１上に、ｐ電極１２が形成されている。ｐ電極１２は、第１のパラジウム（Ｐｄ）膜１３、タンタル（Ｔａ）膜１４、およびＴａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５によって構成される。ｐ型コンタクト層１１上には、第１のＰｄ膜１３およびＴａ膜１４が、この順番に形成され、さらに第２のＰｄ膜１５が、Ｔａ膜１４の上部全面に形成されている。ｐ型コンタクト層１１としては、ｐ型のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）が用いられる。
ｐ電極１２を構成する第１のＰｄ膜１３およびＴａ膜１４の膜厚は、それぞれ１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度あればよい。第１のＰｄ膜１３は、ｐ型コンタクト層１１とのオーミック性を得るために必要であり、Ｔａ膜１４は、後述する熱処理時の第１のＰｄ膜１３の凝集抑制およびオーミック性反応促進のために必要となる。たとえば、第１のＰｄ膜１３の膜厚は５５ｎｍ程度であり、Ｔａ膜１４の膜厚は１５ｎｍ程度である。酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５の膜厚については、後述する。
窒化物半導体装置１０では、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５上に、パッド電極１６が形成される。パッド電極１６の材料としては、チタン（Ｔｉ）を含む材料であることが望ましい。本実施の形態のパッド電極１６の具体的な材料としては、たとえば、Ｔｉ、Ｔａ、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）が挙げられる。パッド電極１６の具体的な構造は、Ｔｉ膜１７、Ｔａ膜１８、もう一つのＴｉ膜１９およびＡｕ膜２０がこの順にｐ電極１２上に形成されて成るＴｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造である。パッド電極１６は、Ｔｉ膜、Ｍｏ膜、もう一つのＴｉ膜およびＡｕ膜がこの順にｐ電極１２上に形成されて成るＴｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造であってもよい。
次に、本発明の第１の実施の形態である窒化物半導体装置１０の製造方法について説明する。図２〜図６は、本発明の実施の一形態である窒化物半導体装置１０の製造方法を示す断面図である。まず図２〜図４に示すように、ｐ型コンタクト層１１上に、リフトオフ法によって選択的にｐ電極１２の材料（以下「ｐ電極材料」という場合がある）を形成する。具体的には、まず図２に示すように、ｐ型コンタクト層１１上に、選択的にｐ電極材料を形成するためのマスク２５を形成する。マスク２５は、前記ｐ型コンタクト層１１上のうち、ｐ電極１２を形成する部分（以下「ｐ電極形成部分」という場合がある）を除く残余の部分に形成される。マスク２５は、たとえばレジストによって形成される。
マスク２５を形成した後は、図３に示すように、電子ビーム（Electron Beam；略称：ＥＢ）蒸着法またはスパッタ法などを用いて、ｐ型コンタクト層１１上のうちマスク２５に覆われていない部分、すなわちｐ電極形成部分およびマスク２５上に、ｐ電極１２を構成する第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５をこの順番に堆積して形成する。
第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５を堆積した後は、図４に示すように、マスク２５を除去することによって、マスク２５とともに不要な部分、すなわちｐ電極形成部分以外の部分のｐ電極材料を除去する。これによって、ｐ型コンタクト層１１上に選択的にｐ電極材料を形成することができる。ｐ型コンタクト層１１上に、第１のＰｄ膜１３およびＴａ膜１４をこの順に形成し、Ｔａ膜１４の上部全面に、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５を形成することによって、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５から成るｐ電極１２を形成する工程は、ｐ電極形成工程に相当する。
このようにしてｐ電極１２を形成した後に、熱処理工程においてｐ電極１２を熱処理する。所望のコンタクト抵抗を得るためには、このようにｐ電極１２の形成後に熱処理する必要がある。熱処理工程では、酸素原子を含むガスの雰囲気下でｐ電極１２を熱処理することが望ましい。酸素原子を含むガスは、たとえば酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）および水蒸気（Ｈ2Ｏ）のうちの少なくとも１種を含むガスであればよく、大気であってもよい。熱処理温度としては、材料構造などによって最適な温度を用いる。
前述のような酸素原子を含むガスの雰囲気下で熱処理をすると、第２のＰｄ膜１５上にＰｄ酸化膜２６が形成されてしまうが、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の上部全面は第２のＰｄ膜１５によって覆われているので、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の酸化は抑制される。つまり、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の上部全面に、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５を形成することによって、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４が酸化されてしまうことが抑制され、熱処理後でも良好な電気的特性を示すパッド電極１６を、ｐ電極１２上に形成することが可能となる。
熱処理後は、除去工程において、図５に示すように、第２のＰｄ膜１５の表面部に形成されたＰｄ酸化膜２６を除去する。Ｐｄ酸化膜２６の除去は、酸系の溶液を用いることによって実現できる。具体的には、塩酸溶液中に１０分程度浸すことによって、Ｐｄ酸化膜２６を除去することができる。塩酸溶液による処理を施した後における第２のＰｄ膜１５の表面部は、熱処理前と同様な金属光沢になる。Ｐｄ酸化膜２６の除去は、熱処理の直後に行ってもよく、後述するパッド電極１６の形成のためのパターン形成後でもよい。熱処理をした直後にＰｄ酸化膜２６を除去する方が、窒化物半導体装置１０の製造工程の自由度が高くなるので好ましい。
Ｐｄ酸化膜２６を除去するときには、前述のような塩酸溶液を用いたウェットエッチングによる除去法を用いてもよいし、この方法以外に、四フッ化炭素（ＣＦ4）および四塩化炭素（ＣＣｌ4）などのハロゲン化炭素系のガスを用いたドライエッチングによる除去法を用いてもよい。
Ｐｄ酸化膜２６を除去した後は、パッド電極形成工程において、図６に示すように、ｐ電極１２上、さらに具体的には、第２のＰｄ膜１５上に、ワイヤーボンディングなどのためのパッド電極１６を形成する。パッド電極１６は、たとえば、Ｔｉ膜１７、Ｔａ膜１８、もう一つのＴｉ膜１９およびＡｕ膜２０がこの順にｐ電極１２上に形成されて成るＴｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造である。パッド電極１６は、ｐ電極材料の形成と同様にＥＢ蒸着法またはスパッタ法を用いて形成することが可能である。パッド電極１６の膜厚は、パッド形成後の処理に応じて変更が可能である。
またスパッタ法を用いてパッド電極１６を形成する場合には、熱処理後に第２のＰｄ膜１５の表面部に形成されたＰｄ酸化膜２６を除去する工程を別途に設ける必要は無く、パッド電極１６を形成する前に、逆スパッタ法によってＰｄ酸化膜２６を除去することも可能である。以上のようにして、窒化物半導体装置１０が製造される。
次に、ｐ電極１２およびパッド電極１６間の電気的特性について説明する。図７は、酸化防止膜１５を形成せずに熱処理を行った場合の窒化物半導体装置１０の構成を示す断面図である。図８は、酸化防止膜１５を形成しない場合におけるｐ電極１２およびパッド電極１６間の電圧電流特性を示すグラフであり、図９は、本実施の形態、すなわち酸化防止膜１５を形成した場合におけるｐ電極１２およびパッド電極１６間の電圧電流特性を示すグラフである。図８および図９において、横軸は電流を示し、縦軸は電圧を示す。
ｐ電極１２を構成する第１のＰｄ膜１３およびＴａ膜１４に対して、酸素原子を含むガスの雰囲気下で熱処理をした場合、この熱処理によってＴａ膜１４が酸化されてＴａ酸化膜２７が形成される。このときのＴａ膜１４の酸化は、Ｔａ膜１４の表面部だけでなく、Ｔａ膜１４の全体に起こる。つまり、Ｔａ膜１４の全てが酸化されてしまい、図７に示すように、第１のＰｄ膜１３上にＴａ酸化膜２７が形成され、第１のＰｄ膜１３の上部全面がＴａ酸化膜２７で覆われることになる。
この状態でｐ電極１２上、すなわちＴａ酸化膜２７上にパッド電極１６を形成して、ｐ電極１２とパッド電極１６との間に電流を流そうとしても、熱処理によって形成されたＴａ酸化膜２７によって高抵抗となり、図８に示すように、電流は流れない。つまり、良好な電気的特性が得られない。
これに対して本実施の形態では、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の上部全面に、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５を形成することによって、第２のＰｄ膜１５の表面部のみが酸化されてＰｄ酸化膜２６が形成される。
したがって、前述のＴａ酸化膜２７のような高抵抗の膜が形成されることは無く、第２のＰｄ膜１５の表面部に形成されたＰｄ酸化膜２６を除去した後にパッド電極１６を形成することによって、ｐ電極１２とパッド電極１６との低抵抗な接続を実現することができる。これによって電圧電流特性は、図９に示すように、直線性（オーミック性）を示し、良好な電気的特性が得られる。
酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５の膜厚としては、Ｔａ膜１４の酸化が防止でき、かつ第２のＰｄ膜１５の表面部が酸化されて形成されるＰｄ酸化膜２６を除去した後でも、Ｔａ膜１４上に第２のＰｄ膜１５が残存する膜厚であることが望ましい。第２のＰｄ膜１５の膜厚が厚くなれば、第２のＰｄ膜１５と接しているＴａ膜１４に対する保護効果が大きくなるが、第２のＰｄ膜１５の膜厚を厚くし過ぎると、窒化物半導体装置の製造工程上、形状加工などが困難になる。したがって、第２のＰｄ膜１５の膜厚の上限は、リフトオフ性、レジスト耐性、熱ダレなどの製造工程上の制約によって決定される。以上のことから、第２のＰｄ膜１５の膜厚は、具体的には５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
第２のＰｄ膜１５の膜厚が５０ｎｍ未満であると、Ｔａ膜１４の酸化を充分に防止することができず、ｐ電極１２とパッド電極１６との低抵抗な接続を実現することができない。また第２のＰｄ膜１５全体が酸化されてＰｄ酸化膜２６となるので、Ｐｄ酸化膜２６を除去した後にＴａ膜１４上に第２のＰｄ膜１５を残存させることができず、Ｐｄ酸化膜２６の除去後にＴａ膜１４が酸化されてしまい、ｐ電極１２とパッド電極１６との低抵抗な接続を実現することができない。第２のＰｄ膜１５の膜厚が１５０ｎｍを超えると、第２のＰｄ膜１５を所望の形状に形成することが困難になり、生産性が低下する。
図１０は、熱処理前におけるｐ電極１２のプロファイルを示すグラフである。図１１は、熱処理後におけるｐ電極１２のプロファイルを示すグラフである。図１１に示すグラフは、酸素原子を含むガスの雰囲気下において４２５℃で熱処理した場合のｐ電極１２のプロファイルを示している。図１０および図１１に示すｐ電極１２のプロファイルは、オージェ電子分光法（Auger Electron Spectroscopy；略称：ＡＥＳ）によって、ｐ電極１２の第２のＰｄ膜１５から、ｐ型コンタクト層１１に向かって測定した結果である。図１０および図１１において、横軸はスパッタ時間（ｍｉｎ）を示し、縦軸は原子濃度（％）を示す。
図１０および図１１に示すグラフから、ｐ電極１２を形成した後の熱処理によって、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４中における酸素原子濃度が増加することが判る。また図１０および図１１に示すグラフから、ｐ電極１２を形成した後の熱処理によって、ｐ電極１２を構成する第２のＰｄ膜１５の表面が酸化されることが判る。また図１１に示すグラフから、ｐ電極材料であるＰｄおよびＴａは、ｐ電極１２の熱処理によって全て混ざるわけではなく、ほぼ初期の三層構造、具体的には第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５がこの順に形成されて成るＰｄ／Ｔａ／Ｐｄの三層構造を維持することが判る。
図１２は、ｐ電極形成後の熱処理温度と、ｐ型コンタクト層１１およびｐ電極１２間のコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。図１２において、横軸は瞬時熱アニール（Rapid Thermal Anneal；略称：ＲＴＡ）による熱処理温度（℃）を示し、縦軸はコンタクト抵抗（相対値；略称：Ａ．Ｕ）を示す。図１２では、第２のＰｄ膜１５の膜厚が５０ｎｍの場合を記号「△」で示し、第２のＰｄ膜１５の膜厚が７５ｎｍの場合を記号「□」で示し、第２のＰｄ膜１５の膜厚が１００ｎｍの場合を記号「○」で示し、第２のＰｄ膜１５の膜厚が１２５ｎｍの場合を記号「◇」で示す。
図１２に示すグラフから、ｐ型コンタクト層１１およびｐ電極１２間のコンタクト抵抗として比較的低抵抗なコンタクト抵抗を得るためには、熱処理温度が４００℃以上５００℃以下の範囲でｐ電極１２を熱処理することが好ましいことが判る。また図１２に示すグラフから、４００℃以上５００℃以下の範囲のうちで抵抗変化が小さい範囲、具体的には４２５℃以上４７５℃以下の範囲でｐ電極１２を熱処理することがより好ましいことが判る。
図１３は、熱処理温度と、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４中のＴａ／Ｏ比との関係を示すグラフである。図１３において、横軸は熱処理温度（℃）を示し、縦軸はＴａ／Ｏ比を示す。図１３に示すＴａ／Ｏ比の値は、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）による測定結果から算出した値である。図１３では、第２のＰｄ膜１５の膜厚が０ｎｍの場合、すなわち第２のＰｄ膜１５がない場合を記号「◇」で示し、第２のＰｄ膜１５の膜厚が１５ｎｍの場合を記号「□」で示し、第２のＰｄ膜１５の膜厚が５０ｎｍの場合を記号「△」で示し、第２のＰｄ膜１５の膜厚が１００ｎｍの場合を記号「○」で示す。
図１３に示すグラフから、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４中のＴａの酸化を考慮すると、熱処理温度が４００℃以上４７５℃以下の範囲でｐ電極１２を熱処理することがより好ましいことが判る。
以上の図１２および図１３の結果から、好ましい範囲のうちで共通の範囲である４２５℃以上４７５℃以下が、ｐ電極１２を熱処理するときの熱処理温度の範囲として適当であることが判る。
図１４は、熱処理時の雰囲気における酸素濃度と、ｐ型コンタクト層１１およびｐ電極１２間のコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。図１５は、熱処理温度と、ｐ型コンタクト層１１およびｐ電極１２間のコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。図１４において、横軸は熱処理時の雰囲気における酸素濃度（％）を示し、縦軸はコンタクト抵抗（相対値；略称：Ａ．Ｕ）を示す。また図１５において、横軸は熱処理温度（℃）を示し、縦軸はコンタクト抵抗（相対値；略称：Ａ．Ｕ）を示す。図１５では、窒素ガスの雰囲気下でｐ電極１２の熱処理をした場合を記号「△」で示し、窒素ガスおよび酸素ガスを含むガスの雰囲気下でｐ電極１２の熱処理をした場合を記号「◇」で示す。
図１５に示すグラフから、酸素ガスを含むガスの雰囲気下でｐ電極１２の熱処理をした場合は、窒素ガスの雰囲気下でｐ電極１２の熱処理をした場合と異なり、雰囲気に酸素ガスが含まれていることによってｐ型コンタクト層１１およびｐ電極１２間のコンタクト抵抗が減少することが判る。しかし図１４に示すグラフから、雰囲気中の酸素濃度が高すぎてもコンタクト抵抗は増加することが判る。また同じ熱処理温度で比較すれば、酸素濃度が低い方が、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の酸化を抑制する効果は大きい。以上のことから、熱処理するときの雰囲気中の酸素濃度は、１０％以上５０％以下であることが好ましい。
前述のように本実施の形態の窒化物半導体装置１０によれば、ｐ電極１２は、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４およびＴａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５から成り、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層１１上に形成される。ｐ電極１２上には、パッド電極１６が形成される。第２のＰｄ膜１５は、その膜厚が５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、Ｔａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜としてＴａ膜１４の上部全面に形成される。この酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５によって、Ｔａ膜１４が酸化されることを防止することができる。
これによって、ｐ電極１２とパッド電極１６との間に生じる抵抗成分を抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、窒化物半導体装置１０の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能となる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０によれば、前述の図１０および図１１に示すように、ｐ電極１２には、Ｔａ膜１４中に濃度分布がピークを有するように酸素原子が分布する。これによってｐ電極１２とパッド電極１６との間に生じる抵抗成分を抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極１２をより確実に実現することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０によれば、パッド電極１６は、Ｔｉ膜を含んで構成され、このＴｉ膜は、ｐ電極１２を構成する第２のＰｄ膜１５に接して形成される。これによって、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良を防ぐことができるので、低抵抗なｐ電極１２をより確実に実現することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０によれば、パッド電極１６は、Ｔｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造である。これによって、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良をより確実に防ぐことができるので、低抵抗なｐ電極１２をより確実に実現することができる。パッド電極１６は、Ｔｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造であってもよい。このような四層構造によっても、Ｔｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造の場合と同様の効果が得られる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、ｐ電極形成工程において、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層１１上に第１Ｐｄ膜１３およびＴａ膜１４がこの順に形成され、さらにＴａ膜１４の上部全面に、Ｔａ膜１４の酸化防止膜として第２のＰｄ膜１５が５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜厚で形成されて、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５から成るｐ電極１２が形成される。このｐ電極１２が、熱処理工程において熱処理される。
ｐ電極１２において、Ｔａ膜１４の上部全面には、酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５が５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜厚で形成されているので、ｐ電極１２が熱処理工程で熱処理されるときに、Ｔａ膜１４が酸化されることを防止することができる。これによって、ｐ電極１２とパッド電極１６との間に生じる抵抗成分を抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極１２を安定して形成することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、窒化物半導体装置１０の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能な窒化物半導体装置１０を得ることができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、熱処理工程において、ｐ電極１２は、４００℃以上５００℃以下の範囲の熱処理温度、より好ましくは４２５℃以上４７５℃以下の範囲の熱処理温度で熱処理される。これによって、前述の図１２および図１３に示すように、ｐ電極１２とパッド電極１６との間に生じる抵抗成分を抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極１２をより確実に実現することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、ｐ電極１２は、酸素濃度が１０％以上５０％以下の雰囲気下で熱処理される。これによって、前述の図１４および図１５に示すように、ｐ電極１２とパッド電極１６との間に生じる抵抗成分を抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なコンタクト抵抗を有するｐ電極１２をより確実に実現することができる。
熱処理工程は、本実施の形態のようにＴａ膜１４上に酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５を形成した後に行うようにしてもよいし、第２のＰｄ膜１５上にパッド電極１６を形成するパッド電極形成工程の後に行うようにしてもよい。第２のＰｄ膜１５の形成後に熱処理工程によるｐ電極１２の熱処理を行うことによって、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の酸化を抑制しつつ、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。またパッド電極形成工程の後に熱処理工程によるｐ電極１２の熱処理を行うことによって、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の酸化を抑制しつつ、ｐ電極１２とパッド電極１６との密着性の向上を図ることができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、ｐ電極形成工程において、前記第１のＰｄ膜１３、前記Ｔａ膜１４および前記第２のＰｄ膜１５のうち、少なくとも１つの成膜は、雰囲気中の酸素濃度をコントロールして行われる。これによって、ｐ電極１２中の酸素原子の濃度分布を調整することができるので、低抵抗なｐ電極１２をより確実に形成することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、熱処理工程の後には、除去工程において、ｐ電極１２を構成する第２のＰｄ膜１５の表面部が除去される。これによって、第２のＰｄ膜１５上にパッド電極１６を形成する場合、第２のＰｄ膜１５とパッド電極１６との接触不良を防ぎ、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良をより確実に防ぐことができる。したがって、低抵抗なｐ電極１２をより安定して形成することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、除去工程の後に、パッド電極形成工程において、ｐ電極１２を構成する第２のＰｄ膜１５上に、パッド電極１６が形成される。第２のＰｄ膜１５の表面部は、熱処理工程の後に除去工程で除去されるので、パッド電極形成工程では、新たな表面部が露出した第２のＰｄ膜１５上にパッド電極１６が形成される。これによって、第２のＰｄ膜１５とパッド電極１６との接触不良を防ぎ、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良を防ぐことができる。したがって、低抵抗なｐ電極１２をより安定して形成することができる。
また本実施の形態の窒化物半導体装置１０の製造方法によれば、除去工程において、第２のＰｄ膜１５の表面部は、エッチングによって除去される。これによって、第２のＰｄ膜１５の表面部を容易に除去することができる。
次に、本実施の形態の窒化物半導体装置１０を適用した光発光窒化物半導体装置３０について説明する。図１６は、光発光窒化物半導体装置３０の構成を示す断面図である。光発光窒化物半導体装置３０は、窒化物半導体基板であるｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板３１を用いて形成されている。
ｎ型ＧａＮ基板３１上には、窒化物半導体から成る層構造が形成されている。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板３１上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２、ｎ型ＧａＮガイド層３３、活性層３４、ｐ型ＧａＮガイド層３５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３６およびｐ型ＧａＮコンタクト層３７が、この順番に形成されている。
ｎ型ＧａＮ基板３１およびこれらの層構造によってレーザダイオード素子（窒化物半導体素子）が形成される。窒化物半導体装置１０のｐ型コンタクト層１１に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層３７上には、ｐ電極１２が形成され、このｐ電極１２上にパッド電極１６が形成される。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３６、ｐ型ＧａＮコンタクト層３７は、エッチングによって所定の形状にパターニングされている。ｐ電極１２は、第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５によって構成される。第１のＰｄ膜１３、Ｔａ膜１４および第２のＰｄ膜１５は、この順にｐ型ＧａＮコンタクト層３７上に形成される。第２のＰｄ膜１５は、酸化防止膜であり、Ｔａ膜１４の上部全面に形成され、Ｔａ膜１４の酸化を防止する。また保護膜としてのＳｉＯ2膜３８は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３６の表面部の一部分に形成される。またｎ型ＧａＮ基板３１の下部には、金属電極としてのｎ電極３９が設けられる。
光発光窒化物半導体装置３０によれば、ｐ電極１２を構成するＴａ膜１４の上部全面を覆うように、Ｔａ膜１４の酸化を防止する酸化防止膜である第２のＰｄ膜１５が形成される。これによってｐ電極１２とパッド電極１６との間に生じる抵抗成分を抑制することができるので、ｐ電極１２とパッド電極１６との接触不良を防ぐことができ、低抵抗なｐ電極１２を実現することができる。したがって、前記従来の技術に比べて、光発光窒化物半導体装置３０の動作電圧を低減することができ、動作時の発熱も減少させることが可能となるので、高出力で安定した動作が可能となる。
１０ 窒化物半導体装置、１１ ｐ型コンタクト層、１２ ｐ電極、１３ 第１のパラジウム（Ｐｄ）膜、１４ タンタル（Ｔａ）膜、１５ 第２のＰｄ膜、１６ パッド電極、２５ マスク、２６ Ｐｄ酸化膜。
Claims (7)
- 窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層上に順に形成される第１のパラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜、ならびに前記Ｔａ膜上部全面に形成される第２のＰｄ膜から成るｐ電極と、
前記ｐ電極上に形成されるパッド電極とを備え、
前記ｐ電極を構成する第２のＰｄ膜の膜厚は、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、
前記パッド電極は、
前記ｐ電極を構成する前記第２のＰｄ膜に接して形成されるチタン（Ｔｉ）膜を含んで構成され、
前記Ｔｉ膜、タンタル（Ｔａ）膜、もう一つのチタン（Ｔｉ）膜および金（Ａｕ）膜がこの順に前記ｐ電極上に形成されて成るＴｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造、または前記Ｔｉ膜、モリブデン（Ｍｏ）膜、もう一つのチタン（Ｔｉ）膜および金（Ａｕ）膜がこの順に前記ｐ電極上に形成されて成るＴｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造であることを特徴とする窒化物半導体装置。 - 前記ｐ電極は、酸素原子を含み、
前記酸素原子は、前記ｐ電極を構成するＴａ膜中に濃度分布がピークを有するように分布することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。 - 窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層上に、第１のパラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜をこの順に形成し、前記Ｔａ膜上部全面に、前記Ｔａ膜の酸化を防止する酸化防止膜として第２のＰｄ膜を形成することによって、前記第１のＰｄ膜、前記Ｔａ膜および前記第２のＰｄ膜から成るｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
形成された前記ｐ電極を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後に、前記第２のＰｄ膜の表面部を除去する除去工程と、
前記除去工程の後に、前記第２のＰｄ膜上に、パッド電極を形成するパッド電極形成工程とを備え、
前記ｐ電極形成工程では、前記第２のＰｄ膜を５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜厚に形成し、
前記パッド電極形成工程では、前記第２のＰｄ膜に接してチタン（Ｔｉ）膜を形成し、前記Ｔｉ膜、タンタル（Ｔａ）膜、もう一つのチタン（Ｔｉ）膜および金（Ａｕ）膜がこの順に前記ｐ電極上に形成されて成るＴｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造、または前記Ｔｉ膜、モリブデン（Ｍｏ）膜、もう一つのチタン（Ｔｉ）膜および金（Ａｕ）膜がこの順に前記ｐ電極上に形成されて成るＴｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造のパッド電極を形成することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 - 前記熱処理工程では、熱処理温度が４００℃以上５００℃以下の範囲で前記ｐ電極を熱処理することを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記熱処理工程では、酸素濃度が１０％以上５０％以下の雰囲気下で前記ｐ電極を熱処理することを特徴とする請求項３または４に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記ｐ電極形成工程では、前記第１のＰｄ膜、前記Ｔａ膜および前記第２のＰｄ膜のうち、少なくとも１つの成膜を、雰囲気中の酸素濃度をコントロールして行うことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記除去工程では、前記第２のＰｄ膜の表面部を、エッチングによって除去することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置の製造方法。
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