(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層に積層されたｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された導電性酸化物からなる透光性電極と、前記透光性電極上の一部の領域に形成されたｐ側パッド電極と、前記ｎ型窒化物半導体層に接続するｎ側パッド電極と、を備える窒化物半導体素子であって、
前記ｐ側パッド電極、または前記ｎ側パッド電極と前記ｐ側パッド電極は、前記ｎ型窒化物半導体層および前記透光性電極のそれぞれに接触する側から順に、厚さ１ｎｍ以上９ｎｍ未満のＣｒ層、前記Ｃｒ層の厚さ以上の厚さのＰｔ層を積層して備えることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記Ｃｒ層は、前記Ｐｔ層の一部が拡散されて、当該Ｐｔ層との間にＣｒとＰｔとを含有する層が形成されてい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。
【請求項３】
前記Ｐｔ層上に、Ｒｕ層またはＩｒ層が積層されて、さらにその上にＡｕ層が積層されて当該ｎ側パッド電極およびｐ側パッド電極の少なくとも一方における最表面を形成している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。
【請求項４】
前記Ｒｕ層またはＩｒ層の厚さは、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記透光性電極は、インジウム−スズ酸化物を含む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。
【請求項６】
前記ｎ側パッド電極は、前記ｎ型窒化物半導体層上に積層されて、平面において前記ｐ型窒化物半導体層と互いに異なる領域に形成されている請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記ｎ側パッド電極と前記ｐ側パッド電極は、同一の積層構造からな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。
【請求項８】
ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層に積層されて平面において互いに異なる領域に形成されたｎ側パッド電極およびｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された導電性酸化物からなる透光性電極と、前記透光性電極上の一部の領域に形成されたｐ側パッド電極と、を備える窒化物半導体素子の、前記ｎ側パッド電極および前記ｐ側パッド電極を製造する窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法であって、
前記ｎ型窒化物半導体層上および前記透光性電極上のそれぞれに、厚さ１ｎｍ以上９ｎｍ未満のＣｒ層、前記Ｃｒ層の厚さ以上の厚さのＰｔ層を順に積層し、前記Ｐｔ層上にＲｕ層またはＩｒ層を積層し、さらにその上にＡｕ層を積層する工程と、前記積層した金属層を加熱する工程と、を行うことを特徴とする窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子、特に発光素子等とする窒化物半導体素子の電極構造の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子、太陽電池や光センサ等の受光素子、トランジスタやパワーデバイス等の電子デバイスに用いられる。特に、窒化物半導体を用いた発光ダイオードは、バックライト等に用いる各種光源、照明、信号機、大型ディスプレイ等に幅広く利用されている。
【０００３】
窒化物半導体を用いた窒化物半導体素子は、基本的に、基板上にｎ型窒化物半導体層、ｐ型窒化物半導体層が積層され、ｎ型、ｐ型のそれぞれの窒化物半導体層に電気的に接続するｎ側電極、ｐ側電極が形成された構造である。両電極を上面側に形成する場合、上層のｐ型窒化物半導体層の一部を除去してｎ型窒化物半導体層が露出した領域にｎ側電極を形成し、ｐ型窒化物半導体層上にｐ側電極を形成する。ここで、特に上面を光の取り出し／取り込み面とする発光素子や受光素子とする窒化物半導体素子については、その上面のｐ型窒化物半導体層上に透光性電極をほぼ全面に形成し、さらにその上の一部の領域にＡｕ等の金属からなるパッド電極を形成してｐ側電極とする構造が知られている。
【０００４】
ｐ側電極において、透光性電極は、パッド電極からの電流をｐ型窒化物半導体層全体に供給すると共に、光を透過させて、発光素子であれば外部へ光を取り出し、受光素子であれば内部に取り込み可能とする。透光性電極としては、一般的に、インジウム−スズ酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化スズ（ＳｎＯ2）等の導電性酸化物が用いられる。一方、ｎ側電極については、ｎ型窒化物半導体層への接続面積が少なくてよいので光を透過させる必要がなく、そのため、ｎ型窒化物半導体層上の一部の領域に直接にパッド電極が形成される。
【０００５】
ｎ側電極（パッド電極）は、ｎ型窒化物半導体と良好にオーミック接触するＡｌ，Ｗ，Ｃｒ，Ｔｉ等からなるオーミック接触層と、ワイヤとの密着性のよいＡｕ等のボンディング層との２層構造、あるいはこの２層の間にさらにＰｔ等のバリア層を設けた３層構造とすることが一般的であった（例えば特許文献１，２）。一方、ｐ側のパッド電極は、透光性電極上に形成するため、ＩＴＯ等の酸化物と密着性がよく、さらにこの酸化物を介してｐ型窒化物半導体にオーミック接触可能なＲｈやＰｔ等を最下層とし、これにＡｕ等のボンディング層を積層して形成するのが一般的であった。すなわち、ｎ側とｐ側とではパッド電極を異なる構造とする必要があった。しかし、ｎ型窒化物半導体、およびｐ型窒化物半導体上の透光性電極の両方に接続可能なパッド電極構造があれば、ｎ側、ｐ側のパッド電極を共通の構造とすることができるので、窒化物半導体素子全体の構造を簡略化し、製造コストを低減できる。そこで、ｎ側、ｐ側両用のパッド電極構造が開発されている。
【０００６】
例えば、特許文献３には、ｎ型窒化物半導体と良好にオーミック接触するＴｉを、ｐ側電極における導電性酸化物の表面粗さより薄い膜厚で形成することで、導電性酸化物との密着性に劣るＴｉの非酸化膜形成部分を連続させないようにして、その上に導電性酸化物と密着性のよいＲｈ、さらにボンディング層としてＡｕを積層した、ｎ側電極にも適用可能なｐ側のパッド電極が開示されている。また、特許文献４には導電性酸化物と密着性のよいＲｈ，Ｐｔ等の第１の金属を島状に点在させた上に、ｎ型窒化物半導体とオーミック接触するＡｌ，Ｔｉ等の第２の金属を膜として積層することで、ｐ側の導電性酸化物およびｎ型窒化物半導体のそれぞれに第１、第２の２種類の金属が接触するオーミック接触層を備えるパッド電極が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０９９９８９号公報
【特許文献２】米国特許第７３３５５１９号明細書
【特許文献３】特開２００６−３２４５１１号公報
【特許文献４】特開２００８−４１８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの従来技術によるパッド電極は、特にｐ側のパッド電極として導電性酸化物への密着性の点で改良の余地がある。
【０００９】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、ｐ型窒化物半導体層上の透光性電極、およびｎ型窒化物半導体層のいずれにおいても、オーミック接触が可能で、さらに密着性にも優れたパッド電極を備える窒化物半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明に係る窒化物半導体素子は、ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層に積層されたｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された導電性酸化物からなる透光性電極と、前記透光性電極上の一部の領域に形成されたｐ側パッド電極と、前記ｎ型窒化物半導体層に接続するｎ側パッド電極と、を備える構造である。そして、ｐ側パッド電極、またはｎ側パッド電極とｐ側パッド電極は、ｎ型窒化物半導体層および透光性電極のそれぞれに接触する側から順に、厚さ１ｎｍ以上９ｎｍ未満のＣｒ層、前記Ｃｒ層の厚さ以上の厚さのＰｔ層を積層して備えることを特徴とする。
【００１１】
このように、ｎ型窒化物半導体へのオーミック接触性に優れたＣｒを極めて薄く厚さを制限して１層目（最下層）とし、その上に導電性酸化物を介してのｐ型窒化物半導体へのオーミック接触可能なＰｔを積層することにより、単層ではｐ型窒化物半導体へのオーミック接触をしないＣｒが１層目であっても、オーミック接触性が得られるようになる。すなわち、ｎ側パッド電極およびｐ側パッド電極のいずれに適用しても低抵抗なパッド電極とすることができる。特に、Ｐｔ層をＣｒ層の厚さ以上とすることでＣｒ層がＰｔ層の影響を受け易く、より前記効果が得られる。
【００１２】
さらに、このような構造としたｎ側パッド電極およびｐ側パッド電極の少なくとも一方においては、以下の構造とすることが好ましい。すなわち、Ｃｒ層は、その上のＰｔ層の一部が拡散されて、当該Ｐｔ層との間にＣｒとＰｔとを含有する層が形成されていることが好ましい。このように、界面にＣｒ−Ｐｔ合金の層が形成されるようにＰｔ層と密着することで、薄膜であるＣｒ層に導電性酸化物への強い密着性が付与されるため、特にｐ側パッド電極として優れたものとすることができる。
【００１３】
また、Ｐｔ層上にＲｕ層またはＩｒ層が積層されて、さらにその上にＡｕ層が積層されて当該ｎ側パッド電極およびｐ側パッド電極の少なくとも一方における最表面を形成していることが好ましく、前記Ｒｕ層またはＩｒ層は厚さ５０ｎｍ以上であることがより好ましい。
【００１４】
このように、最表面にボンディング性の良好なＡｕ層を備える場合、Ｐｔ層との間にＲｕ層またはＩｒ層を配することにより、Ａｕ層はＰｔ層からの拡散が抑制されてボンディング性が低下することを防止できる。特に、このＲｕ層またはＩｒ層は厚さ５０ｎｍ以上とすることで、より前記効果が得られる。
【００１５】
また本発明に係る窒化物半導体素子は、ｐ側電極の透光性電極をインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）とすることが好ましい。導電性酸化物の中でもＩＴＯは高い光透過性を有し、また導電率の比較的高い材料であることから、窒化物半導体素子の発光効率を高くすることができる。
【００１６】
また本発明に係る窒化物半導体素子は、ｎ側パッド電極がｎ型窒化物半導体層上に積層されて、平面においてｐ型窒化物半導体層と互いに異なる領域に形成されている構成とし、さらにｎ側パッド電極とｐ側パッド電極を、同一の積層構造とすることができる。すなわち、窒化物半導体素子において、ｎ側パッド電極とｐ側パッド電極を同じ側に積層して備え、さらに同一の積層構造とすることにより、これらｎ側パッド電極とｐ側パッド電極を同時に形成することが可能となる。
【００１７】
そして、本発明に係る窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法は、前記窒化物半導体素子のｎ側パッド電極およびｐ側パッド電極を製造する方法であって、ｎ型窒化物半導体層上および透光性電極上のそれぞれに、Ｃｒ層、Ｐｔ層を順に積層し、前記Ｐｔ層上にＲｕ層またはＩｒ層を積層し、さらにその上にＡｕ層を積層する工程と、前記積層した金属層を加熱する工程と、を行うことを特徴とする。このような方法で行うことにより、ｐ側、ｎ側のそれぞれのパッド電極を同時に形成でき、また、積層した金属層を加熱することで、ＰｔをＣｒ層に拡散させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る窒化物半導体素子によれば、ｐ型、ｎ型のいずれの窒化物半導体層に対しても、オーミック接触性および密着性の良好なパッド電極を備えることができ、さらにｐ側、ｎ側のそれぞれのパッド電極を共通の構造として窒化物半導体素子の構造を簡略化することができる。そして、本発明に係る窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法によれば、前記のパッド電極を、ｐ側、ｎ側のそれぞれに同時に形成することができ、生産性がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子の構造を説明する模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】図１に示す窒化物半導体素子におけるパッド電極の構造を模式的に示す拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明に係る実施例におけるパッド電極の密着性およびコンタクト性のＣｒ層の厚さ依存性を説明するグラフであり、（ａ）は剥がれ率、（ｂ）はコンタクト抵抗および順電圧を示す。
【図５】本発明に係る実施例におけるパッド電極のＧＤＳ分析による検出強度の厚さ方向分布を示すグラフであり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はＣｒ層の厚さがそれぞれ１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍである。
【図６】本発明に係る実施例におけるパッド電極の密着性およびコンタクト性の熱処理依存性を説明するグラフであり、（ａ）は剥がれ率、（ｂ）はコンタクト抵抗を示す。
【図７】本発明に係る実施例におけるパッド電極のＧＤＳ分析による検出強度の厚さ方向分布を示すグラフであり、（ａ）は熱処理前、（ｂ）は熱処理後である。
【図８】本発明に係る実施例におけるパッド電極のＣｒ層−Ｐｔ層間のＣｒ−Ｐｔ合金層の形成を説明する図であり、（ａ）は窒化物半導体素子の透光性電極（ＩＴＯ）とｐ側パッド電極との界面近傍の断面のＳＴＥＭ像写真、（ｂ）は深さ領域別のＰｔ，Ｃｒ，Ｉｎの組成比を示すグラフである。
【図９】本発明に係る実施例におけるパッド電極のＧＤＳ分析による検出強度の厚さ方向分布を示すグラフであり、（ａ）はバリア層がＩｒ層の実施例、（ｂ）はバリア層がＲｕ層の実施例、（ｃ）はバリア層なしの比較例である。
【図１０】本発明に係る実施例におけるパッド電極のワイヤシェア強度を比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る窒化物半導体素子およびこの窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法について説明する。
【００２１】
〔窒化物半導体素子〕
本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子の構造を、図１および図２を参照して説明する。本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子１０は発光素子であり、図１（ｂ）に示すように、基板１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を積層して備える。さらに窒化物半導体素子１０は、ｎ型窒化物半導体層２に電気的に接続するｎ側電極（ｎ側パッド電極）７ｎ、およびｐ型窒化物半導体層４に電気的に接続するｐ側電極５を、共に上面側に備え、また、絶縁性の保護膜９を表面に備える。ｎ側電極７ｎはパッド電極であり、ｐ型窒化物半導体層４および活性層３の一部が除去されて露出したｎ型窒化物半導体層２の表面に直接に形成される。一方、ｐ側電極５は、ｐ型窒化物半導体層４の表面上のほぼ全面に形成された透光性電極６と、透光性電極６上の一部の領域に形成されたパッド電極（ｐ側パッド電極）７ｐとからなる。保護膜９は、ｎ側電極７ｎおよびｐ側パッド電極７ｐの上面を除いた、窒化物半導体素子１０の全表面を被覆する。なお、本明細書における「上」とは、基板に対して窒化物半導体層を備えた側を指し、図１（ｂ）における上方向である。
【００２２】
（基板）
基板１は、窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる基板材料であればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。このような基板材料としては、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、および窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。本実施形態に係る窒化物半導体素子１０は、ｎ側電極７ｎおよびｐ側電極５を同一面側（上面側）に備えるため、絶縁性基板を基板１として備えることができるが、導電性基板を基板１として用いてもよい。
【００２３】
（ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層）
ｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４としては、特に限定されるものではないが、例えばＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。ｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４（適宜まとめて窒化物半導体層２，３，４という）は、それぞれ単層構造でもよいが、組成および膜厚の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に発光層である活性層３は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸または多重量子井戸構造であることが好ましく、さらに井戸層がＩｎを含む窒化物半導体であることが好ましい。なお、基板１上に、任意に基板１との格子定数の不整合を緩和させるためのバッファ層等の下地層（図示せず）を介してｎ型窒化物半導体層２を形成してもよい。
【００２４】
通常、このような窒化物半導体層は、それぞれがＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、またはＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造、またはダブルへテロ構造等として構成されてもよく、また、膜厚も特に限定されるものではなく、種々の膜厚で構成することができる。窒化物半導体層の積層構造としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の活性層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層、等が挙げられる。
【００２５】
本発明において、窒化物半導体層の形成方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）等、窒化物半導体の成長方法として公知の方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性よく成長させることができるので好ましい。また、窒化物半導体層２，３，４は、種々の窒化物半導体の成長方法を使用目的により適宜選択して成長させることが好ましい。
【００２６】
（ｎ側電極、ｐ側電極）
ｎ側電極７ｎはｎ型窒化物半導体層２に、ｐ側電極５はｐ型窒化物半導体層４に、それぞれ電気的に接続して外部から電流を供給する。ここで、窒化物半導体の中でも好適な窒化ガリウム系化合物半導体はｐ型になり難く、すなわちｐ型窒化物半導体層４は比較的抵抗が高い傾向がある。そのため、電極をｐ型窒化物半導体層４上の一部の領域のみで接続すると、窒化物半導体素子１０に供給される電流はｐ型窒化物半導体層４中で広がり難く、発光が面内で不均一になる。したがって、ｐ型窒化物半導体層４の面内全体に均一に電流が流れるように、ｐ側電極５はｐ型窒化物半導体層４上により広い面積で接続して設ける必要がある。ただし、上面を窒化物半導体素子１０の光取り出し面とするため、ｐ側電極５で光取り出し効率を低下させないように、ｐ側電極５は、ｐ型窒化物半導体層４上に直接に、その全面またはそれに近い面積の領域（ほぼ全面）に形成された透光性電極６を備える。そして、ｐ側電極５はさらに透光性電極６上に、ワイヤボンディング等で外部回路に接続するために、ボンディング性の良好なＡｕ等を表面に備えるパッド電極（ｐ側パッド電極）７ｐを備える。ｐ側パッド電極７ｐは、光を多く遮らない程度に、ボンディングに必要な平面視形状および面積であって、透光性電極６の平面視形状より小さく、内包されるように、すなわち透光性電極６上の一部の領域に形成される。
【００２７】
一方、低抵抗のｎ型窒化物半導体層２には、ｎ側電極７ｎは、接続面積は少なくてよいので、光を透過させないパッド電極（ｎ側パッド電極）のみで構成することができ、ｎ型窒化物半導体層２上に直接に形成される。また、本実施形態に係る窒化物半導体素子１０は、上面側にｎ側パッド電極７ｎを備えるので、ｎ型窒化物半導体層２上の当該ｎ側パッド電極７ｎを接続するための領域における活性層３およびｐ型窒化物半導体層４が除去されており（図１（ｂ）参照）、すなわちこの領域は発光しない。したがって、このｎ側電極（ｎ側パッド電極）７ｎは、発光量を大きく減少させない程度に、ｐ側パッド電極７ｐと同様にボンディングに必要な、そしてｎ型窒化物半導体層２との電気的接続に必要な平面視形状および面積に形成される。ｎ側パッド電極７ｎおよびｐ側パッド電極７ｐの窒化物半導体素子１０の平面視におけるそれぞれの位置は、特に限定しないが、パッド電極７ｎ，７ｐ自身や外部回路から接続したワイヤで遮られる光量をより抑制できること、ボンディングの作業性等に基づいて設計すればよい。
【００２８】
（透光性電極）
ｐ側電極５における透光性電極６は導電性酸化物からなる。透光性電極として金属薄膜を用いることもできるが、導電性酸化物は金属薄膜に比べて透光性に優れるため、窒化物半導体素子１０を発光効率の高い発光素子とすることができる。導電性酸化物としては、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｇからなる群から選択された少なくとも一種を含む酸化物、具体的にはＺｎＯ，Ｉｎ2Ｏ3，ＳｎＯ2，ＩＴＯが挙げられる。特にＩＴＯは可視光（可視領域）において高い光透過性を有し、また導電率の比較的高い材料であることから好適に用いることができる。そして、前記したように抵抗が比較的高いｐ型窒化物半導体層４の全域に電流を均一に供給するため、透光性電極６はｐ型窒化物半導体層４上のより広い面積に、すなわちほぼ全面に形成することが好ましい。また、透光性電極６の膜厚は特に限定されるものではないが、シート抵抗が過大とならないように、５０００ｎｍ以下とすることが好ましく、１００〜１０００ｎｍ程度とすることがより好ましい。
【００２９】
導電性酸化物からなる透光性電極６は公知の方法によって形成することができる。例えば、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、またはこれらの方法と熱処理の組み合わせ等、種々の方法を利用することができる。また、前記した通り、導電性の点で透光性電極６はｐ型窒化物半導体層４上のほぼ全面に形成することが好ましいが、その平面視形状は特に限定するものではなく、フォトリソグラフィを用いたエッチング等により、所望の形状に形成することができる。透光性電極６は、一体の矩形等のｐ型窒化物半導体層４の平面視形状に合わせた形状でもよいが、例えば、格子状、メッシュ形状、ドット状、ストライプ形状、網目状等にパターン形成することで、光の取り出し効率を向上させてもよい。なお、ストライプ形状等は、一体から複数に分岐した枝状にて形成して、パターンにより導電性酸化膜が完全に分離しないようにする。
【００３０】
（パッド電極）
本実施形態に係る窒化物半導体素子１０において、ｎ側パッド電極７ｎとｐ側パッド電極７ｐとは同じ積層構造であり、適宜まとめてパッド電極７と称する。図２に示すように、パッド電極７は、一般的なものと同様に、外部からワイヤを接続されるためのボンディング層（Ａｕ層）７３を最上層（最上面）に備える構成である。そして、本実施形態において、パッド電極７は、最下層にＣｒ層７１ａ、Ｐｔ層７１ｂを順に積層したオーミック接触層（Ｃｒ／Ｐｔ層）７１を備え、さらにその上すなわちボンディング層（Ａｕ層）７３との間にバリア層（Ｒｕ層またはＩｒ層）７２を備える。これらの金属層７１ａ，７１ｂ，７２，７３は蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、また連続的に形成して積層することが好ましい。また、パッド電極７（７ｎ，７ｐ）の平面視形状は特に限定するものではなく、リフトオフ法、フォトリソグラフィを用いたエッチング等により、所望の形状（例えば図１（ａ）参照）に形成することができる。
【００３１】
オーミック接触層７１は、Ｃｒ層７１ａとＰｔ層７１ｂとの２層（適宜Ｃｒ／Ｐｔ層と称する）からなる。Ｃｒ層７１ａは、ｎ側パッド電極７ｎにおいてはｎ型窒化物半導体層２に、ｐ側パッド電極７ｐにおいては透光性電極６に、それぞれ接触する層である。Ｃｒは、ｎ型窒化物半導体層２および導電性酸化物である透光性電極６のそれぞれへの密着性がよく、また、ｎ型窒化物半導体層２にオーミック接触可能な膜を形成する。しかし、Ｃｒは、導電性酸化物を介してのｐ型窒化物半導体層４へのオーミック接触性がない。詳しくは、Ｃｒは、加熱されるとｐ型窒化物半導体層４へのオーミック接触性が失われる。窒化物半導体素子１０は、例えば発光装置としてパッケージに実装される工程で、一般的に３００℃程度の加熱処理を経るため、このような熱で特性が劣化しないことを要する。しかし、Ｃｒ層７１ａは、その上に積層されるＰｔ層７１ｂからの影響により、特に熱でＰｔが後記するように拡散されることで、ｐ型窒化物半導体層４へのオーミック接触性が向上する。すなわちパッド電極７において、Ｃｒ層７１ａおよびその上に積層されるＰｔ層７１ｂの２層で、ｎ側、ｐ側共通のオーミック接触層７１を構成する。
【００３２】
Ｃｒ層７１ａは、ｎ型窒化物半導体層２へのオーミック接触性を保持するために厚さを１ｎｍ以上とし、１．５ｎｍ以上が好ましい。さらにＰｔ層７１ｂからのＰｔの拡散が上層のボンディング層７３側に多くならないようにするために、Ｃｒ層７１ａの厚さは２ｎｍ以上が好ましい。一方、Ｃｒ層７１ａは、厚くなると透光性電極６との接触面までＰｔ層７１ｂからの影響を受け難くなって、ｐ型窒化物半導体層４へのオーミック接触性が低下する。また、Ｃｒ層７１ａは、Ｐｔ層７１ｂと密着して一体となってＣｒ／Ｐｔ層（オーミック接触層）７１を形成することで、後記するように透光性電極６への密着性が向上するが、厚くなるとＰｔ層７１ｂとの一体性が不十分となって透光性電極６への密着性が低下する。したがって、Ｃｒ層７１ａは厚さ９ｎｍ未満とし、６ｎｍ以下とすることが好ましく、４．５ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。製造における厚さのばらつきを考慮すると、Ｃｒ層７１ａは、厚さの狙い目を３．０ｎｍとすることが特に好ましい。
【００３３】
Ｐｔ層７１ｂは、ＰｔをＣｒ層７１ａに十分に拡散させるために、Ｃｒ層７１ａより薄くならないように形成することが好ましい。すなわちＰｔ層７１ｂの厚さはＣｒ層７１ａの厚さの１倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましく、具体的には１０ｎｍ以上とすることが製造上においても制御し易く好ましい。一方、Ｐｔ層７１ｂは、１００ｎｍを超えて厚くしても効果のさらなる向上は飽和し、生産性が低下するため、また、ボンディング層７３側へもＰｔが拡散してボンディング性を低下させる場合があるため、厚さを１００ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００３４】
Ｐｔ層７１ｂからＣｒ層７１ａへＰｔが拡散することにより、Ｃｒ層７１ａのＰｔ層７１ｂとの界面近傍（Ｃｒ層７１ａ−Ｐｔ層７１ｂ間）にＣｒ−Ｐｔ合金層（図２では図示省略）が形成されていることが好ましい。本来、Ｃｒは単独でも密着性がよいが、本発明において、Ｃｒ層７１ａは極めて薄いために密着性が弱くなって、特に導電性酸化膜に対して不十分である。そのため、Ｃｒ層７１ａと、同じく導電性酸化膜への密着性のよいＰｔ層７１ｂとが界面にＣｒ−Ｐｔ合金層が形成されるように互いに密着して一体のＣｒ／Ｐｔ層７１を形成することで、透光性電極６への密着性が向上する。また、Ｃｒ層７１ａにＰｔが十分に拡散することで、前記したようにｐ型窒化物半導体層４へのオーミック接触性も向上する。Ｐｔ層７１ｂからＣｒ層７１ａへＰｔを拡散させるために、パッド電極７は、Ｃｒ層７１ａ、Ｐｔ層７１ｂおよびその他の金属層が成膜された以後に、後記製造方法にて説明するように熱処理を施されることが好ましい。
【００３５】
バリア層７２は、Ｐｔ層７１ｂとボンディング層（Ａｕ層）７３との間に積層される。本実施形態においては、ボンディング層７３がＡｕからなることで、Ｐｔ層７１ｂ上に直接に積層されるとＰｔが拡散されてＡｕのボンディング性が低下する。すなわち、バリア層７２はボンディング層７３へのＰｔの拡散を抑制するために設けられ、特に、Ｐｔ層７１ｂからＣｒ層７１ａへＰｔを拡散させるための熱処理において、ボンディング層７３内までＰｔが拡散することを抑制して、そのボンディング性が低下することを防止する。このような効果を得るために、バリア層７２は、ボンディング層７３のＡｕに熱拡散し難いＲｕ，Ｉｒが適用される。本実施形態ではバリア層７２にＲｕ層を適用する（図２参照）。なお、Ａｕに熱拡散し難い金属としてＭｏも挙げられるが、Ｍｏはハイドロオゾンで溶解する虞がある。
【００３６】
バリア層７２は、Ｐｔ層７１ｂおよびボンディング層７３のそれぞれの厚さ、また後記熱処理条件にもよるが、具体的には厚さを５０ｎｍ以上とすることが好ましい。このような厚さとすることで、ＰｔをＣｒ層７１ａ側へ拡散させるために熱処理を施された際に、Ｐｔがバリア層７２側へも拡散しても、さらにボンディング層７３まで到達して拡散することを抑制できる。より好ましい厚さは６０ｎｍ以上である。一方、バリア層７２は、９０ｎｍを超えて厚くしても効果のさらなる向上は飽和し、生産性が低下するため、厚さを９０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００３７】
ボンディング層７３は、外部からワイヤやバンプを接続するために設けられ、パッド電極７の表面（最上面）を構成する。ボンディング層７３は、ワイヤ等との密着性すなわちボンディング性に優れ、一般的に適用されるＡｌ（Ａｌ合金を含む）、Ｃｕ，Ａｕ等の金属を適用することができるが、特に耐食性等にも優れたＡｕを適用することが好ましい。また、ボンディング層７３は、ボンディング性を保持するため、厚さを１００ｎｍ以上とすることが好ましく、２００ｎｍ以上がより好ましい。一方、生産性上、ボンディング層７３は厚さを１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、８００ｎｍ以下がより好ましく、５００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００３８】
（保護膜）
保護膜９は、窒化物半導体素子１０における窒化物半導体層２，３，４の露出した表面（上面および側壁）や透光性電極６の表面等を被覆して、窒化物半導体素子１０の保護膜および帯電防止膜とする。具体的にはパッド電極７ｎ，７ｐの上面の周縁部を除いた領域をボンディングのための領域（パッド部）とし、このパッド部の領域を除いた全表面に保護膜９が形成される。保護膜９は透光性の絶縁膜であるＳｉ，Ｔｉ，Ｔａ等の酸化物からなり、蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、その膜厚は特に限定するものではないが、１００〜１０００ｎｍとすることが好ましい。
【００３９】
ここで、パッド電極７ｎ，７ｐの最上面を構成するボンディング層７３のＡｕは、酸化物からなる保護膜９との密着性に劣るため、保護膜９がパッド部の端から剥離する虞がある。これを防止するため、ボンディング層７３の上面の周縁部（保護膜９の直下の領域）に、密着層８２としてＮｉ等の膜を形成することが好ましい。さらにＮｉで密着層８２を形成した場合、この密着層８２からＮｉがボンディング層７３のＡｕへ拡散するとボンディング性が低下するので、これを防止するために、密着層８２の下にバリア層８１を形成することが好ましい。バリア層８１は、Ｗ，Ｒｕ，Ｉｒ等で形成することができるが、特にパッド電極７のバリア層７２と同様に、ＲｕまたはＩｒを適用することが好ましい。バリア層８１、密着層８２のそれぞれの厚さは特に限定するものではないが、好適に作用するために、バリア層８１は２０〜５０ｎｍ、密着層８２は１〜２０ｎｍとすることが好ましい。なお、バリア層８１と密着層８２の２層（例えばＲｕ／Ｎｉ層）を適宜、下地層８と称する。下地層８も、パッド電極７ｎ，７ｐを構成する金属膜（Ｃｒ／Ｐｔ層７１〜Ａｕ層７３）と同様に、蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、ボンディング層（Ａｕ層）７３から連続して、すなわちＣｒ層７１ａから連続して成膜することが好ましい。
【００４０】
以上の構成を有する本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子は、ｎ型窒化物半導体層、および透光性電極を形成したｐ型窒化物半導体層の両方に対して、オーミック接触性および密着性の良好なパッド電極を備える。このため、本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子は、順電圧Ｖfが低く抑えられて発光効率が高く、また経時劣化による接触不良等が少なく信頼性に優れた発光素子となる。
【００４１】
〔窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法〕
本発明に係る窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法について、前記実施形態に係る窒化物半導体素子の製造も含めて、図３を参照して一例を説明する。
【００４２】
（窒化物半導体層の形成：Ｓ１０）
サファイア基板を基板１として、ＭＯＶＰＥ反応装置を用いて、基板１上に、ｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４を構成するそれぞれの窒化物半導体を成長させる（図３のＳ１１、以下同様）。詳しくは、基板１上に、ｎ型窒化物半導体層２を構成する、第１のバッファ層と、第２のバッファ層と、ｎ側コンタクト層と、第３のバッファ層と、ｎ側多層膜層とを成長させ、このｎ側多層膜層の上に活性層３を成長させた後、さらにｐ型窒化物半導体層４を構成する、ｐ側多層膜層と、ｐ側コンタクト層とを順に成長させる。窒化物半導体の各層を成長させた基板１（以下、ウェハという）を装置の処理室内にて窒素雰囲気で、６００〜７００℃程度のアニールを行って、ｐ型窒化物半導体層４を低抵抗化する（Ｓ１２）。
【００４３】
（ｎ側電極用コンタクト領域の形成：Ｓ２０）
ｎ側電極（ｎ側パッド電極）７ｎを接続するためのコンタクト領域として、ｎ型窒化物半導体層２の一部を露出させる。アニール後のウェハ上にフォトレジストにて所定の形状のマスクを形成して（Ｓ２１）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）にて、ｐ型窒化物半導体層４および活性層３、さらにｎ型窒化物半導体層２のｎ側多層膜層、第３のバッファ層を除去して、その表面にｎ側コンタクト層を露出させる（Ｓ２２）。エッチングの後、レジストを除去する（Ｓ２３）。なお、コンタクト領域と同時に、窒化物半導体素子１０（チップ）の周縁部（スクライブ領域）をエッチングしてもよい（図１（ｂ）参照）。
【００４４】
（透光性電極の形成：Ｓ３０）
ウェハの全面に、透光性電極６としてＩＴＯ膜をスパッタリング装置にて成膜する（Ｓ３１）。そして、フォトレジストにて、ＩＴＯ膜上にその下のｐ型窒化物半導体層４の平面視形状（図１（ａ）参照）に対応した形状のマスクを形成し（Ｓ３２）、エッチングして（Ｓ３３）、ｐ型窒化物半導体層４上に透光性電極６を形成する。エッチングの後、レジストを除去する（Ｓ３４）。次に、窒素雰囲気で５００℃程度のアニールを行って、透光性電極６（ＩＴＯ膜）のｐ型窒化物半導体層４とのオーミック接触性、および前記コンタクト領域の露出させたｎ型窒化物半導体層２の、ｎ側パッド電極７ｎへのオーミック接触性を、それぞれ向上させる（Ｓ３５）。
【００４５】
（パッド電極の形成：Ｓ４０）
露出させたｎ型窒化物半導体層２上、および透光性電極６のそれぞれにおける所定領域を空けたマスクをフォトレジストにて形成し（Ｓ４１）、このマスクの上から、スパッタリング装置にて、パッド電極７ｎ，７ｐを構成するＣｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｕ、さらに下地層８を構成するＲｕ，Ｎｉの計６層の金属膜をそれぞれ所定の膜厚ずつ連続的に成膜する（Ｓ４２）。その後、レジストをその上の金属膜ごと除去する（Ｓ４３）と、前記の所定領域にｎ側パッド電極７ｎ、ｐ側パッド電極７ｐが形成され（リフトオフ法）、またその上に、同じ平面視形状でＲｕ，Ｎｉの２層の膜が積層された状態となる。
【００４６】
（熱処理：Ｓ４４）
窒素雰囲気で、ウェハに熱処理（アニール）を施して、パッド電極７ｎ，７ｐにおいてＰｔ層７１ｂからＰｔをＣｒ層７１ａに拡散させる。Ｃｒ層７１ａおよびＰｔ層７１ｂのそれぞれの厚さにもよるが、熱処理の温度は、Ｐｔを拡散させるために２８０℃以上とすることが好ましい。一方、温度が高過ぎると、窒化物半導体層２，３，４が熱で劣化して、ｎ型窒化物半導体層２およびｐ型窒化物半導体層４の方のオーミック接触性が低下し、さらに、窒化物半導体素子１０の発光強度が低下する等の虞があるため、熱処理の温度は５００℃以下とすることが好ましい。また、処理時間は、温度およびＣｒ層７１ａ等の厚さに応じて設定されるが、１０〜２０分間程度が好ましい。
【００４７】
（保護膜の形成：Ｓ５０）
ウェハの全面に、保護膜９としてＳｉＯ2膜をスパッタリング装置にて成膜する（Ｓ５１）。パッド部としてパッド電極７ｎ，７ｐ上のＲｕ，Ｎｉの膜上の所定領域を空けたマスクをフォトレジストにて形成し（Ｓ５２）、ＳｉＯ2膜をエッチングした（Ｓ５３）後、レジストを除去する（Ｓ５４）。残ったＳｉＯ2膜（保護膜９）をマスクとしてＮｉ，Ｒｕをエッチングして、パッド部にボンディング層（Ａｕ層）７３を露出させる（Ｓ５５）。
【００４８】
ウェハをスクライブやダイシング等で分離して、１個の窒化物半導体素子１０（チップ）となる。また、チップに分離する前に、ウェハの裏面から基板１を研削（バックグラインド）して所望の厚さとなるまで薄く加工してもよい。
【００４９】
以上の工程による本発明に係る窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法は、前記の実施形態に係る窒化物半導体素子について、ｐ側、ｎ側のそれぞれにパッド電極を同時に形成することができるため、生産性が向上する。
【００５０】
なお、本発明に係る窒化物半導体素子のパッド電極は、ｐ側、ｎ側の一方のパッド電極のみに適用されて、このとき他方のパッド電極は従来公知の構造（例えばｎ側：Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、ｐ側：Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ）としてもよい。また、本発明に係る窒化物半導体素子のパッド電極は、前記実施形態（図１参照）に係る窒化物半導体素子に限らず、例えばｎ側電極を導電性基板の裏面（下面）側に設けた窒化物半導体素子に適用することもできる（図示せず）。
【００５１】
以上、本発明に係る窒化物半導体素子および窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法について、本発明を実施するための形態にて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【実施例１】
【００５２】
窒化物半導体素子を作製し、パッド電極の構造について本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５３】
〔窒化物半導体素子の作製〕
図１に示す構造の窒化物半導体素子１０を作製した。平面視形状（図１（ａ）参照）は、窒化物半導体素子１０全体がＸ（横）４２０μｍ×Ｙ（縦）２４０μｍ、そのうちｐ型窒化物半導体層４の領域（ｎ側電極用コンタクト領域を内包する概形）がＸ：３７０μｍ×Ｙ：１９０μｍであり、ｎ側、ｐ側の各パッド電極７ｎ，７ｐが径９０μｍ（パッド部径８０μｍ）とした。また、パッド電極７ｎ，７ｐの中心位置は、Ｙ方向全幅の中心に揃え、Ｘ方向はｎ側パッド電極７ｎがｐ型窒化物半導体層４の領域における端から５０μｍ、ｐ側パッド電極７ｐが同端（反対側）から６０μｍであり、両パッド電極７ｎ，７ｐ中心間距離が２６０μｍであった。
【００５４】
（窒化物半導体層の形成）
３インチφのサファイア（Ｃ面）からなる基板１上に、ＭＯＶＰＥ反応装置にて、表１に示すように、温度およびガス種を切り替えて、バッファ層、ｎ型窒化物半導体層２、活性層３、ｐ型窒化物半導体層４を構成するそれぞれの窒化物半導体を順次成長させた。窒化物半導体の各層を成長させた基板１（以下、ウェハという）を、ＭＯＶＰＥ反応装置の処理室にて窒素雰囲気として、６００℃のアニールを行った。
【００５５】
【表１】
0005471485.tif 000002
【００５６】
（ｎ側電極用コンタクト領域の形成）
ウェハを処理室から取り出し、ｐ型窒化物半導体層４上に所定の形状のレジストマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置で、図１（ｂ）に示すように、ｐ型窒化物半導体層４および活性層３、さらにｎ型窒化物半導体層２のｎ側コンタクト層が露出するまでエッチングを行い、レジストを除去した。
【００５７】
（透光性電極の形成）
ウェハをバッファードフッ酸（ＢＨＦ、フッ酸／フッ化アンモニウム水溶液）に室温で浸漬した後、スパッタリング装置にて膜厚１７０ｎｍのＩＴＯを成膜した。詳しくはＩｎ2Ｏ3とＳｎＯ2との焼結体からなる酸化物ターゲットを用い、Ａｒ雰囲気で放電を行ってＩＴＯ膜をウェハ上に形成した。そして、ｐ型窒化物半導体層４上のほぼ全面にＩＴＯ膜が残るように、レジストマスクを形成してエッチングを行い、レジストを除去した。そして、ＩＴＯ膜のオーミック接触性を向上させるため、窒素雰囲気で５００℃のアニールを行い、透光性電極６とした。
【００５８】
（パッド電極の形成）
ｎ側電極用コンタクト領域のｎ型窒化物半導体層２（ｎ側コンタクト層）上、および透光性電極６上のそれぞれの所定の領域を空けたレジストマスクを形成し、スパッタリング装置にて、ウェハ上に、パッド電極７（７ｎ，７ｐ）用のＣｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｕ、および保護膜９の下地層８となるＲｕ，Ｎｉを連続的に順次成膜した。そして、レジストを除去し（リフトオフ）、ｎ側、ｐ側の各パッド電極７ｎ，７ｐの平面視形状（図１（ａ）参照）の６層膜を形成した。パッド電極７の各層の厚さは表２に示す通りである。なお、サンプルＮｏ．１はＣｒ層なし（厚さ０ｎｍ）とし、サンプルＮｏ．３についてはＣｒ層の厚さを表２に示す３ｎｍ以外に変化させて形成した。一方、下地層８のＲｕ層は３０ｎｍ、Ｎｉ層は６ｎｍの厚さとした。ただし、サンプルＮｏ．７は、下地層８を設けない構成とした。
【００５９】
（参照例のパッド電極の形成）
従来のｎ側、ｐ側の共通のパッド電極構造の参照例として、特許文献３のパッド電極にバリア層としてＷ層を設けたＴｉ／Ｒｈ／Ｗ／Ａｕの積層構造のパッド電極のサンプルＮｏ．１２を作製し、さらに下地層８はＲｕ層に代えてＷ層を設けた（表２参照）。
【００６０】
（パッド電極の熱処理）
その後、アニール炉にて窒素雰囲気でウェハに表２に示す温度および時間でアニールを施した。サンプルＮｏ．３（Ｃｒ層厚さ３ｎｍ）、Ｎｏ．４，５，１２については、表２に示す温度以外にアニールの温度を変化させ、またアニールを行わない仕様も作製した。ただし、サンプルＮｏ．３について、Ｃｒ層の厚さを変化させた仕様は表２に示す通り４００℃×１０分間のアニールを行い、またアニールを行わない仕様をサンプルＮｏ．２として表２に示す。なお、アニールは１０分間単位で行い、２０分間行う場合は２回行った。また、２８０℃のアニールについては電気炉を使用した。
【００６１】
（保護膜の形成）
ウェハ上の全面に保護膜９として、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2膜を成膜した。パッド電極７ｎ，７ｐ上のパッド部とする領域を空けたレジストマスクを形成して、ＳｉＯ2膜をエッチングし、レジストを除去した。さらに下地層８のＮｉ，Ｒｕをエッチングして、パッド電極７ｎ，７ｐのＡｕ層７３を露出させ、窒化物半導体素子１０とした。また、バックグラインド加工にて、ウェハの裏面から基板を研削して総厚８５μｍとした。
【００６２】
〔Ｃｒ層厚さ依存性の評価〕
サンプルＮｏ．１，３（アニール温度４００℃）、およびサンプルＮｏ．６にて、パッド電極のＣｒ層７１ａの厚さ依存性を以下のように評価した。
【００６３】
（密着性の評価方法）
パッド電極のオーミック接触層７１（７１ａ）と、ｎ型窒化物半導体層２（ｎ型ＧａＮコンタクト層）および透光性電極６（ＩＴＯ膜）それぞれとの密着性を評価するため、ワイヤボンディング加速試験にて剥がれ率を測定した。詳しくは、ワイヤボンディング装置（ＦＢ−１５０ＤＧII、株式会社カイジョー製）を用いて、φ３０μｍのＡｕワイヤをパッド電極にボンディングし、その際にパッド電極が下地（ｎ型ＧａＮコンタクト層、ＩＴＯ膜）から剥がれたサンプルの個数を測定した。
【００６４】
（オーミック接触性の評価方法）
パッド電極のオーミック接触層７１の、ｎ型窒化物半導体層２（ｎ型ＧａＮコンタクト層）および透光性電極６（ＩＴＯ膜）それぞれへのオーミック接触性を評価するため、ウェハにてコンタクト測定を行い、またサンプル（チップ）をφ５タイプの砲弾型ランプに実装して積分球測定にて順電圧Ｖfを測定した。
【００６５】
（パッド電極の金属組成分布）
グロー放電発光分光（ＧＤＳ）装置にて、パッド電極の表面（保護膜および下地層を含む）から最下層までの元素組成分析を行った。得られた各元素の検出強度を厚さ方向での分布のグラフにて評価した。
【００６６】
サンプルＮｏ．１，３について、剥がれ率を図４（ａ）に、コンタクト抵抗および順電圧Ｖfを図４（ｂ）に、Ｃｒ層の厚さ依存性のグラフで示す。さらに、Ｃｒ層の厚さ０ｎｍ、３ｎｍ（サンプルＮｏ．１，３）での剥がれ率およびコンタクト抵抗を表２にも示す。また、Ｃｒ層の厚さ１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ（サンプルＮｏ．６）について、検出強度の厚さ方向分布のグラフを、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。
【００６７】
【表２】
0005471485.tif 000003
【００６８】
〔評価結果〕
（Ｃｒ層厚さ依存性）
図４（ａ）に示すように、Ｃｒは層の厚さが極めて薄い０．５ｎｍであってもｎ型窒化物半導体層への密着性は良好で、さらに厚さ１ｎｍ以上にすると、ＩＴＯ膜への密着性も得られ、ｎ側、ｐ側共に参照例のサンプルＮｏ．１２よりも向上した（表２参照）。ただし、厚さ９ｎｍになると、ＩＴＯ膜への密着性が低下した。
【００６９】
図４（ｂ）に示すように、Ｃｒはｎ型窒化物半導体層へのオーミック接触性が良好で、ｎ側のコンタクト抵抗が低く、特に厚さ２ｎｍ程度以上になると向上した。一方、ｐ側においては、上にＰｔを積層することで、Ｃｒ層は、ＩＴＯ膜を介したｐ型窒化物半導体層へのオーミック接触性が得られてコンタクト抵抗が低くなり、その結果、順電圧Ｖfも低くなった。また、Ｃｒ層は厚さ９ｎｍになると、Ｐｔ層からの影響が小さくなるため、ｐ型窒化物半導体層へのオーミック接触性が低下してコンタクト抵抗が少し増大したが、ｎ側のコンタクト抵抗と比較して良好であり、問題ない程度であった。このように、本発明の範囲の厚さのＣｒ層を最下層に設けることで、ｎ側、ｐ側のいずれのパッド電極としても良好な密着性およびオーミック接触性が得られた。
【００７０】
図５に示すように、Ｃｒ層の最下面近傍（図５の右方向）までＰｔが拡散したことにより、ｎ型窒化物半導体層だけでなく、ｐ型窒化物半導体層へも良好なオーミック接触性が得られた。なお、図５（ａ）に示すＣｒ層の厚さ１ｎｍにおいては、Ｃｒ層が薄かったことで、ＰｔがＡｕ層の側へも拡散した。このように、本発明の範囲の厚さのＣｒ層を最下層に設けることで、ｎ側、ｐ側のいずれのパッド電極としても良好な密着性およびオーミック接触性が得られた。
【００７１】
〔熱処理の評価〕
パッド電極へのアニールの効果および温度依存性を、前記の剥がれ率の測定（サンプルＮｏ．２，３）、およびコンタクト測定（サンプルＮｏ．２〜５）にて評価した。なお、サンプルＮｏ．３はＣｒ層の厚さ３ｎｍである。それぞれの結果を図６（ａ）、（ｂ）にアニール温度依存性のグラフで、また結果の一部を表２に示す。また、サンプルＮｏ．７について、アニール前後においてＧＤＳ分析を行い、検出強度の厚さ方向分布のグラフを図７（ａ）、（ｂ）に示す。さらに、サンプルＮｏ．３（アニール温度４００℃）について、ＩＴＯ膜とパッド電極（ｐ側）との界面近傍の断面を、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて加速電圧２００ｋｖにて観察した。６００ｋ倍のＳＴＥＭ像写真を図８（ａ）に、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）にて解析したＰｔ，ＣｒおよびＩＴＯ膜の成分としてのＩｎの組成比を図８（ｂ）に示す。
【００７２】
（熱処理の効果）
図６（ａ）に示すように、熱処理（アニール）を施すことでＣｒ層はＩＴＯ膜への密着性が得られた。一方、図６（ｂ）に示すように、コンタクト抵抗は熱処理温度が高くなると上昇する傾向が見られ、特にｐ側パッド電極での上昇が大きいが、ｎ側パッド電極と同程度またはそれよりも低抵抗までの変化であった。なお、ｐ側パッド電極については、３００℃程度までの熱処理では熱処理前（熱処理なし）よりもコンタクト抵抗が低く、これは、ｐ型窒化物半導体層の熱劣化によるオーミック接触性の低下が抑えられ、Ｃｒ層へのＰｔの拡散によるオーミック接触性向上効果が表れたためと推察される。また、Ｃｒ層が本発明の範囲を大きく超えるサンプルＮｏ．５は、Ｐｔの拡散による前記効果が小さく、さらに熱によりＣｒ層自体のｐ型窒化物半導体層のオーミック接触性が失われたために、アニール温度に伴うｐ側パッド電極のコンタクト抵抗の上昇が著しく、３５０℃以上でｎ側パッド電極を大きく超えた。
【００７３】
図７（ａ）、（ｂ）の変化から、熱処理によりＣｒ／Ｐｔ層中に、ＣｒとＰｔの混在する領域（図７（ｂ）中の白抜き矢印）が発生し、さらに図８（ａ）、（ｂ）から、Ｃｒ−Ｐｔ合金層が生成していることが確認できた。すなわち、熱処理によりＣｒ層−Ｐｔ層間で互いの成分の拡散が進行し、その結果、密着性向上等の効果が得られたといえる。
【００７４】
（Ｐｔ層厚さ依存性）
表２および図６（ｂ）に示すように、Ｃｒ層にそれよりも十分に厚いＰｔ層を積層することで（サンプルＮｏ．３、Ｃｒ層厚さ３ｎｍ）、Ｃｒ層の有するｎ側パッド電極としての良好な密着性およびオーミック接触性を保持しつつ、ｐ側パッド電極として、ＩＴＯ膜への密着性、およびｐ型窒化物半導体層へのオーミック接触性が付与された。さらにＰｔ層をＣｒ層と同じ３ｎｍの厚さに薄くしても（サンプルＮｏ．４）、前記ｐ側パッド電極としての密着性およびオーミック接触性が十分に得られ、本発明の効果が確認できた。
【実施例２】
【００７５】
〔窒化物半導体素子の作製〕
実施例２では前記実施例１と同様に窒化物半導体素子を作製し、バリア層の効果を評価した。窒化物半導体層は実施例１と同じ表１に示す仕様とし、パッド電極構造は表３に示すように、材料の異なるバリア層の実施例（サンプルＮｏ．９，１０）およびバリア層のない比較例（サンプルＮｏ．８）を作製した。また、バリア層としてＲｕ層の厚さを４０ｎｍから９０ｎｍまで１０ｎｍ刻みで変化させたサンプルＮｏ．１１については、バリア層（Ｒｕ層）によるＰｔ拡散抑制効果をわかり易くするために、Ｐｔ層は１２０ｎｍと厚く、一方Ｃｒ層は２ｎｍと薄く形成した。さらに、これらのサンプルについて、Ｐｔをより多く拡散させるために、アニールは５００℃で１０分間×２回（計２０分間）行った。
【００７６】
〔バリア層の評価〕
実施例１と同様にＧＤＳ分析を行い、検出強度の厚さ方向分布のグラフにてＡｕ層へのＰｔの拡散の程度を観察した。サンプルＮｏ．９，１０，８のグラフを図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。また、Ｒｕ層の厚さを変化させたサンプルＮｏ．１１は、アニール前においてもＧＤＳ分析を行い、Ａｕ層におけるＰｔの拡散量（検出強度）をアニール前後で比較し、熱処理によるＰｔの増加の有無を観察した。
【００７７】
（ボンディング性の評価方法）
サンプルＮｏ．８〜１０および参照例のサンプルＮｏ．１２の窒化物半導体素子１０個×２ロット（計２０個）について、ｎ側、ｐ側それぞれのパッド電極におけるワイヤシェア強度を測定した。詳しくは、剥がれ率の測定と同じワイヤボンディング装置を用いて、φ２３μｍのＡｕワイヤをパッド電極にボンディングし、ワイヤとパッド電極との密着力を測定した。結果を図１０および表２に示す。ワイヤシェア強度の２０個の平均が２０ｇｆ以上を合格とする。
【００７８】
【表３】
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【００７９】
〔評価結果〕
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｉｒ層、Ｒｕ層のいずれを適用しても、バリア層として熱処理によるＰｔの拡散を抑制する効果が得られ、その結果、図１０に示すように従来のパッド電極（参照例）と同等のボンディング性が保持できた。これに対してバリア層を設けなかった比較例のサンプルＮｏ．８では、図９（ｃ）に示すようにＰｔがＡｕ層に拡散して、その結果、図１０に示すようにボンディング性が低下した。また、バリア層（Ｒｕ層）の厚さについては、４０ｎｍでは熱処理によりＡｕ層にＰｔが拡散して十分な抑制効果が得られなかったが、５０ｎｍではＰｔの拡散は少なく、バリア層として十分な効果が見られ、６０ｎｍ以上ではＡｕ層にほとんどＰｔが拡散せず、好ましい効果が得られた。
【符号の説明】
【００８０】
１０    窒化物半導体素子
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      ｐ側電極
６      透光性電極
７ｐ    ｐ側パッド電極
７ｎ    ｎ側電極（ｎ側パッド電極）
７      パッド電極
７１    オーミック接触層、Ｃｒ／Ｐｔ層
７１ａ  Ｃｒ層
７１ｂ  Ｐｔ層
７２    バリア層（Ｒｕ層またはＩｒ層）
７３    ボンディング層（Ａｕ層）
９      保護膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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