(57)【要約】【課題】  剥離が生じにくく窒化物系半導体上に簡単な工程で形成可能な安定なオーミック電極を備えた半導体素子を提供することである。【解決手段】  サファイア基板１上にアンドープのＧａＮバッファ層２、ｎ型ＧａＮ層３およびｐ型ＧａＮ層４を順に形成し、ｐ型ＧａＮ層４からｎ型ＧａＮ層３までの一部領域を除去し、ｎ型ＧａＮ層３を露出させる。ｐ型ＧａＮ層４上およびｎ型ＧａＮ層３の露出した上面にＴｉ膜５およびＰｔ膜６を順に形成する。それにより、熱処理による合金化を行うことなくｐ型ＧａＮ層４にオーミック接触するｐ電極７およびｎ型ＧａＮ層３にオーミック接触するｎ電極８が形成される。【選択図】        図１
2006303542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物系半導体と、
ｎ型窒化物系半導体上に形成されたオーミック電極とを備え、
前記オーミック電極は、
前記ｎ型窒化物系半導体上に密着して形成され、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第１の金属膜と、
前記第１の金属膜上に密着して形成され、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とを含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
ｐ型窒化物系半導体と、
前記ｐ型窒化物系半導体に接するように設けられたｎ型窒化物系半導体と、
前記ｐ型窒化物系半導体上に形成された第１のオーミック電極と、
前記ｎ型窒化物系半導体上に形成された第２のオーミック電極とを備え、
前記第１のオーミック電極は、
前記ｐ型窒化物系半導体上に密着して形成され、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第１の金属膜と、
前記第１の金属膜上に密着して形成され、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とを含み、
前記第２のオーミック電極は、
前記ｎ型窒化物系半導体上に密着して形成され、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第３の金属膜と、
前記第３の金属膜上に密着して形成され、白金またはパラジウムからなる第４の金属膜とを含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項３】
前記ｐ型窒化物系半導体は、ホウ素、ガリウム、アルミニウム、インジウムおよびタリウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２記載の半導体素子。
【請求項４】
前記ｎ型窒化物系半導体は、ホウ素、ガリウム、アルミニウム、インジウムおよびタリウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項５】
前記第２の金属膜上に密着して形成され、金からなる第３の金属膜をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項６】
ｎ型窒化物系半導体を形成する工程と、
前記ｎ型窒化物系半導体上に、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第１の金属膜と、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とをこの順に密着して形成することにより、熱処理を施すことなくオーミック電極を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項７】
互いに接するｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体を形成する工程と、
前記ｐ型窒化物系半導体上に、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第１の金属膜と、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とをこの順に密着して形成することにより、熱処理を施すことなく第１のオーミック電極を形成し、かつ前記ｎ型窒化物系半導体上に、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第３の金属膜と、白金またはパラジウムからなる第４の金属膜とをこの順に密着して形成することにより、熱処理を施すことなく第２のオーミック電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）、ＴｌＮ（窒化タリウム）またはこれらの混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）からなる半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色または紫色の光を発する発光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子として、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んでいる。また、ＧａＮ系半導体を用いたトランジスタも提案されている。このようなＧａＮ系半導体素子においては、ＧａＮ系半導体にオーミック接触する電極が必要となる。
【０００３】
図６および図７は従来のＧａＮ系発光ダイオードの製造方法の一例を示す模式的工程断面図である。
【０００４】
まず、図６（ａ）に示すように、サファイア基板２１上に、ＧａＮバッファ層２２、ｎ型ＧａＮ層２３およびｐ型ＧａＮ層２４を順に形成する。その後、ｐ型ＧａＮ層２４からｎ型ＧａＮ層２３までの一部領域をＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）等によりエッチングし、ｎ型ＧａＮ層２３を露出させる。
【０００５】
次に、図６（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＮ層２４上およびｎ型ＧａＮ層２３の露出した上面にフォトレジストパターン３１を形成する。このフォトレジストパターン３１は、ｐ型ＧａＮ層２４上に開口部３２を有する。この状態で開口部３２内のｐ型ＧａＮ層２４上およびフォトレジストパターン３１上に、電子ビーム蒸着法により厚さ２０００ÅのＰｔ膜２５ａを形成する。
【０００６】
次に、図６（ｃ）に示すように、フォトレジストパターン３１上のＰｔ膜２５ａをフォトレジストパターン３１とともにリフトオフ法により除去する。
【０００７】
次いで、図７（ｄ）に示すように、ｐ型ＧａＮ層２４上、ｐ電極２５上およびｎ型ＧａＮ層２３の露出した上面にフォトレジストパターン３３を形成する。このフォトレジストパターン３３は、ｎ型ＧａＮ層２３の露出した上面に開口部３４を有する。この状態で開口部３４内のｎ型ＧａＮ層２３の上面およびフォトレジストパターン３３上に膜厚２００ÅのＴｉ膜２６ａおよび膜厚５０００ÅのＡｌ膜２７ａを電子ビーム蒸着法により順に形成する。
【０００８】
さらに、図７（ｅ）に示すように、フォトレジストパターン３３上のＴｉ膜２６ａおよびＡｌ膜２７ａをフォトレジストパターン３３とともにリフトオフ法により除去する。その後、Ｎ2 ガス雰囲気中において温度６００℃で５分間の熱処理を行う。
【０００９】
以上のようにしてｐ側およびｎ側のオーミック電極が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の従来のＧａＮ系発光ダイオードにおけるＰｔ膜からなるｐ電極２５は、付着力が弱いため、ワイヤボンディング等の後工程で剥離が生じやすく、またオーミック特性の検査等で測定針を接触させた際に比較的簡単に剥離が発生する。
【００１１】
一方、オーミック接触を得るために熱処理による合金化が必要となる。また、ｐ電極２５およびｎ電極３０を別々の工程により形成する必要がある。したがって、ｐ電極２５およびｎ電極３０の形成工程が複雑となり、時間がかかる。
【００１２】
なお、Ｔｉ膜およびＡｕ膜の積層構造を有するオーミック電極も提案されている。このオーミック電極は、熱処理による合金化を行うことなく形成することができる。しかしながら、このオーミック電極は、他の層の熱処理時に高抵抗化しやすい。
【００１３】
本発明の目的は、剥離が生じにくく窒化物系半導体上に簡単な工程で形成可能な安定なオーミック電極を備えた半導体素子を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、剥離が生じにくく安定なオーミック電極を窒化物系半導体上に簡単な工程で形成することができる半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明に係る半導体素子は、ｐ型窒化物系半導体と、ｐ型窒化物系半導体上に形成されたオーミック電極とを備え、オーミック電極は、ｐ型窒化物系半導体上に密着して形成され、チタンからなる厚さ３Å以上１５０Å以下の第１の金属膜と、第１の金属膜上に密着して形成され、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とを含むものである。
【００１６】
本発明に係る半導体素子のオーミック電極においては、チタンからなる第１の金属膜がｐ型窒化物系半導体の表面の清浄化機能を有し、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とｐ型窒化物系半導体とのオーミック接触を容易にする。したがって、熱処理による合金化を行うことなくオーミック電極が簡単な工程で形成される。
【００１７】
また、チタンからなる第１の金属膜はｐ型窒化物系半導体に対して強固な付着力を有するので、ｐ型窒化物系半導体に対するオーミック電極の付着力が向上する。したがって、オーミック電極の剥離が生じにくい。
【００１８】
特に、第１の金属膜の厚みは３Å以上１３０Å以下であることが好ましく、３Å以上１００Å以下であることがより好ましく、３Å以上５０Å以下であることがさらに好ましく、３Å以上１０Å以下であることが最も好ましい。それにより、オーミック電極の剥離を防止しつつ十分なオーミック特性を得ることができる。
【００１９】
その半導体素子が、第２の金属膜上に密着して形成され、金からなる第３の金属膜をさらに備えてもよい。これにより、ワイヤボンディングが容易になる。この場合、第１の金属膜および第２の金属膜からなるオーミック電極を熱処理による合金化を行うことなく形成することができるので、第１の金属膜、第２の金属膜および第３の金属膜を同じ工程で形成することができる。
【００２０】
ｐ型窒化物系半導体は、ホウ素、ガリウム、アルミニウム、インジウムおよびタリウムの少なくとも１つを含んでもよい。
【００２１】
第２の発明に係る半導体素子は、ｎ型窒化物系半導体と、ｎ型窒化物系半導体上に形成されたオーミック電極とを備え、オーミック電極は、ｎ型窒化物系半導体上に密着して形成され、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第１の金属膜と、第１の金属膜上に密着して形成され、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とを含むものである。
【００２２】
本発明に係る半導体素子のオーミック電極においては、チタンからなる第１の金属膜がｎ型窒化物系半導体の表面の清浄化機能を有し、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とｎ型窒化物系半導体とのオーミック接触を容易にする。
したがって、熱処理による合金化を行うことなくオーミック電極が簡単な工程で形成される。
【００２３】
また、チタンからなる第１の金属膜はｎ型窒化物系半導体に対して強固な付着力を有するので、ｎ型窒化物系半導体に対するオーミック電極の付着力が向上する。したがって、オーミック電極の剥離が生じにくい。
【００２４】
特に、第１の金属膜の厚みが３Å以上５０Å以下であることが好ましく、３Å以上３０Å以下であることがより好ましく、３Å以上１０Å以下であることがさらに好ましい。それにより、オーミック電極の剥離を防止しつつ十分なオーミック特性を得ることができる。
【００２５】
その半導体素子が、第２の金属膜上に密着して形成され、金からなる第３の金属膜をさらに備えてもよい。これにより、ワイヤボンディングが容易になる。この場合、第１の金属膜および第２の金属膜からなるオーミック電極を熱処理による合金化を行うことなく形成することができるので、第１の金属膜、第２の金属膜および第３の金属膜を同じ工程で形成することができる。
【００２６】
ｎ型窒化物系半導体は、ホウ素、ガリウム、アルミニウム、インジウムおよびタリウムの少なくとも１つを含んでもよい。
【００２７】
第３の発明に係る半導体素子は、ｐ型窒化物系半導体と、ｐ型窒化物系半導体に接するように設けられたｎ型窒化物系半導体と、ｐ型窒化物系半導体上に形成された第１のオーミック電極と、ｎ型窒化物系半導体上に形成された第２のオーミック電極とを備え、第１のオーミック電極は、ｐ型窒化物系半導体上に密着して形成され、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第１の金属膜と、第１の金属膜上に密着して形成され、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とを含み、第２のオーミック電極は、ｎ型窒化物系半導体上に密着して形成され、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第３の金属膜と、第３の金属膜上に密着して形成され、白金またはパラジウムからなる第４の金属膜とを含むものである。
【００２８】
本発明に係る半導体素子の第１のオーミック電極および第２のオーミック電極においては、チタンからなる第１および第３の金属膜がそれぞれｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体の表面の清浄化機能を有し、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とｐ型窒化物系半導体とのオーミック接触および白金またはパラジウムからなる第４の金属膜とｎ型窒化物系半導体とのオーミック接触を容易にする。したがって、熱処理による合金化を行うことなくオーミック電極が簡単な工程で形成される。
【００２９】
また、チタンからなる第１および第３の金属膜はそれぞれｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体に対して強固な付着力を有するので、ｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体に対する第１のオーミック電極および第２のオーミック電極の付着力が向上する。したがって、第１および第２のオーミック電極の剥離が生じにくい。
【００３０】
さらに、第１のオーミック電極および第２のオーミック電極が同一の構造を有しかつ同一の材料からなるので、第１および第２のオーミック電極を同一工程で同時に形成することができる。したがって、製造工程数が少なくなり、製造時間の短縮が可能となる。
【００３１】
これらの結果、ｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体上にそれぞれ安定でかつ信頼性の高いオーミック電極を容易に形成することが可能となる。
【００３２】
第１および第３の金属膜の厚さは３Å以上３０Å以下であることが好ましく、３Å以上１０Å以下であることがより好ましい。それにより、第１および第２のオーミック電極の剥離を防止しつつ十分なオーミック特性を得ることができる。
【００３３】
その半導体素子は、第２の金属膜上に密着して形成され、金からなる第５の金属膜と、第４の金属膜上に密着して形成され、金からなる第６の金属膜とをさらに備えてもよい。これにより、ワイヤボンディングが容易になる。この場合、第１の金属膜および第２の金属膜からなる第１のオーミック電極ならびに第３の金属膜および第４の金属膜からなる第２のオーミック電極を熱処理による合金化を行うことなく形成することができるので、第１の金属膜、第２の金属膜および第５の金属膜ならびに第３の金属膜、第４の金属膜および第６の金属膜を同じ工程で形成することができる。
【００３４】
第４の発明に係る半導体素子の製造方法は、ｐ型窒化物系半導体を形成する工程と、ｐ型窒化物系半導体上に、チタンからなる厚さ３Å以上１５０Å以下の第１の金属膜と、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とをこの順に密着して形成することにより、熱処理を施すことなくオーミック電極を形成する工程とを備えるものである。
【００３５】
本発明に係る半導体素子の製造方法においては、チタンからなる第１の金属膜がｐ型窒化物系半導体の表面の清浄化機能を有し、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とｐ型窒化物系半導体とのオーミック接触を容易にする。したがって、熱処理による合金化を行うことなくオーミック電極が簡単な工程で形成される。
【００３６】
また、チタンからなる第１の金属膜はｐ型窒化物系半導体に対して強固な付着力を有するので、ｐ型窒化物系半導体に対するオーミック電極の付着力が向上する。したがって、オーミック電極の剥離が生じにくい。
【００３７】
特に、第１の金属膜の厚みは３Å以上１３０Å以下であることが好ましく、３Å以上１００Å以下であることがより好ましく、３Å以上５０Å以下であることがさらに好ましく、３Å以上１０Å以下であることが最も好ましい。それにより、オーミック電極の剥離を防止しつつ十分なオーミック特性を得ることができる。
【００３８】
第５の発明に係る半導体素子の製造方法は、ｎ型窒化物系半導体を形成する工程と、ｎ型窒化物系半導体上に、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第１の金属膜と、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とをこの順に密着して形成することにより、熱処理を施すことなくオーミック電極を形成する工程とを備える。
【００３９】
本発明に係る半導体素子の製造方法においては、チタンからなる第１の金属膜がｎ型窒化物系半導体の表面の清浄化機能を有し、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とｎ型窒化物系半導体とのオーミック接触を容易にする。したがって、熱処理による合金化を行うことなくオーミック電極が簡単な工程で形成される。
【００４０】
また、チタンからなる第１の金属膜はｎ型窒化物系半導体に対して強固な付着力を有するので、ｎ型窒化物系半導体に対するオーミック電極の付着力が向上する。したがって、オーミック電極の剥離が生じにくい。
【００４１】
特に、第１の金属膜の厚みが３Å以上５０Å以下であることが好ましく、３Å以上３０Å以下であることがより好ましく、３Å以上１０Å以下であることがさらに好ましい。それにより、オーミック電極の剥離を防止しつつ十分なオーミック特性を得ることができる。
【００４２】
第６の発明に係る半導体素子の製造方法は、互いに接するｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体を形成する工程と、ｐ型窒化物系半導体上に、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第１の金属膜と、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とをこの順に密着して形成することにより、熱処理を施すことなく第１のオーミック電極を形成し、かつｎ型窒化物系半導体上に、チタンからなる厚さ３Å以上１００Å以下の第３の金属膜と、白金またはパラジウムからなる第４の金属膜とをこの順に密着して形成することにより、熱処理を施すことなく第２のオーミック電極を形成する工程とを備える。
【００４３】
本発明に係る半導体素子の製造方法においては、チタンからなる第１および第３の金属膜がそれぞれｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体の表面の清浄化機能を有し、白金またはパラジウムからなる第２の金属膜とｐ型窒化物系半導体とのオーミック接触および白金またはパラジウムからなる第４の金属膜とｎ型窒化物系半導体とのオーミック接触を容易にする。したがって、熱処理による合金化を行うことなくオーミック電極が簡単な工程で形成される。
【００４４】
また、チタンからなる第１および第３の金属膜はそれぞれｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体に対して強固な付着力を有するので、ｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体に対する第１のオーミック電極および第２のオーミック電極の付着力が向上する。したがって、第１および第２のオーミック電極の剥離が生じにくい。
【００４５】
さらに、第１のオーミック電極および第２のオーミック電極が同一の構造を有しかつ同一の材料からなるので、第１および第２のオーミック電極を同一工程で同時に形成することができる。したがって、製造工程数が少なくなり、製造時間の短縮が可能となる。
【００４６】
これらの結果、ｐ型窒化物系半導体およびｎ型窒化物系半導体上にそれぞれ安定でかつ信頼性の高いオーミック電極を容易に形成することが可能となる。
【００４７】
第１および第３の金属膜の厚さは３Å以上３０Å以下であることが好ましく、３Å以上１０Å以下であることがより好ましい。それにより、第１および第２のオーミック電極の剥離を防止しつつ十分なオーミック特性を得ることができる。
【００４８】
その製造方法は、第２の金属膜上に金からなる第５の金属膜を密着して形成しかつ第４の金属膜上に金からなる第６の金属膜とを密着して形成する工程をさらに備えてもよい。これにより、ワイヤボンディングが容易になる。この場合、第１の金属膜および第２の金属膜からなる第１のオーミック電極ならびに第３の金属膜および第４の金属膜からなる第２のオーミック電極を熱処理による合金化を行うことなく形成することができるので、第１の金属膜、第２の金属膜および第５の金属膜ならびに第３の金属膜、第４の金属膜および第６の金属膜を同じ工程で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
図１は本発明の一実施例におけるＧａＮ系発光ダイオードの模式的断面図である。
【００５０】
図１において、サファイア基板１上に、厚さ０．２μｍのアンドープのＧａＮバッファ層２、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮ層３および厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＮ層４が順に形成されている。ｎ型ＧａＮ層３のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3であり、ｐ型ＧａＮ層４のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3である。
【００５１】
ｐ型ＧａＮ層４からｎ型ＧａＮ層３までの一部領域がエッチングにより除去され、ｎ型ＧａＮ層３が露出している。ｐ型ＧａＮ層４上に、Ｔｉ（チタン）膜５およびＰｔ（白金）膜６からなるｐ電極７が形成されている。ｐ電極７はｐ型ＧａＮ層４にオーミック接触している。また、ｎ型ＧａＮ層３の露出した上面に、Ｔｉ膜５およびＰｔ膜６からなるｎ電極８が形成されている。ｎ電極８は、ｎ型ＧａＮ層３にオーミック接触している。
【００５２】
本実施例では、ｐ電極７およびｎ電極８のＴｉ膜５の厚さは１０Åである。また、ｐ電極７およびｎ電極８のＰｔ膜６の厚さは５００Å以上であることが好ましく、本実施例では４０００Åとする。
【００５３】
図２は図１のＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す模式的工程断面図である。
【００５４】
まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長）等によりアンドープのＧａＮバッファ層２、ｎ型ＧａＮ層３およびｐ型ＧａＮ層４を順に形成する。そして、ｐ型ＧａＮ層４からｎ型ＧａＮ層３までの一部領域をＲＩＥ法等により除去し、ｎ型ＧａＮ層３を露出させる。さらに、ｐ型ＧａＮ層４およびｎ型ＧａＮ層３の露出した上面に例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）からなるフォトレジストを形成し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングすることによりフォトレジストパターン１１を形成する。フォトレジストパターン１１は、ｐ型ＧａＮ層４上およびｎ型ＧａＮ３の露出した上面に開口部１２，１３を有する。
【００５５】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトレジストパターン１１の開口部１２内のｐ型ＧａＮ層４上、開口部１３内のｎ型ＧａＮ層３上およびフォトレジストパターン１１上に、膜厚１０ÅのＴｉ膜５および膜厚４０００ÅのＰｔ膜６を電子ビーム蒸着法により順に形成する。
【００５６】
さらに、図２（ｃ）に示すように、アセトン等の有機溶剤を用いた洗浄によるリフトオフ法により、フォトレジストパターン１１上のＴｉ膜５およびＰｔ膜６をフォトレジストパターン１１とともに除去する。それにより、熱処理による合金化を行うことなくｐ型ＧａＮ層４にオーミック接触するＴｉ膜５およびＰｔ膜６からなるｐ電極７が形成され、ｎ型ＧａＮ層３にオーミック接触するＴｉ膜５およびＰｔ膜６からなるｎ電極８が同時に形成される。
【００５７】
本実施例の発光ダイオードにおけるｐ電極７およびｎ電極８のＴｉ膜５は、ＧａＮ系半導体の表面の例えば酸素成分を吸着し、Ｐｔ膜６とＧａＮ系半導体とのオーミック接触を容易にする。したがって、熱処理による合金化を行うことなくオーミック電極であるｐ電極７およびｎ電極８が簡単な工程で形成される。
【００５８】
また、Ｔｉ膜５はＧａＮ系半導体に対して強固な付着力を有するので、ＧａＮ系半導体に対するｐ電極７およびｎ電極８の付着力が向上する。したがって、ｐ電極７およびｎ電極８の剥離が生じにくい。
【００５９】
さらに、ｐ電極７およびｎ電極８が同一の構造を有しかつ同一の材料からなるので、ｐ電極７およびｎ電極８を同一工程で同時に形成することができる。したがって、製造工程数が少なくなり、製造時間の短縮が可能となる。
【００６０】
これらの結果、ＧａＮ系半導体にオーミック接触する安定でかつ信頼性の高いｐ電極７およびｎ電極８を容易に形成することが可能となる。
【００６１】
なお、ｐ電極７およびｎ電極８のＰｔ膜６の代わりにＰｄ（パラジウム）膜を用いてもよい。
【００６２】
この場合にも、Ｔｉ膜５の作用によりＰｄ膜とＧａＮ系半導体とのオーミック接触が容易になる。したがって、熱処理による合金化を行うことなくオーミック電極であるｐ電極７およびｎ電極８が簡単な工程で形成される。
【００６３】
また、Ｔｉ膜５の作用によりＧａＮ系半導体に対するｐ電極７およびｎ電極８の付着力が向上する。したがって、ｐ電極７およびｎ電極８の剥離が生じにくい。
【００６４】
また、ｐ電極７およびｎ電極８が同じ構造を有しかつ同一の材料からなるので、ｐ電極７およびｎ電極８を同一工程で同時に形成することができる。したがって、製造工程数が少なくなり、製造時間の短縮が可能となる。
【００６５】
その結果、熱処理を行うことなくＧａＮ系半導体にオーミック接触する安定でかつ信頼性の高いｐ電極７およびｎ電極８を容易に形成することが可能となる。
【００６６】
さらに、ｐ電極７のＰｔ膜６の代わりにＮｉ（ニッケル）膜を用いてもよい。
この場合にも、Ｔｉ膜５の作用によりＮｉ膜とｐ型ＧａＮ系半導体とのオーミック接触が容易になる。したがって、熱処理による合金化を行うことなくオーミック電極であるｐ電極７が簡単な工程で形成される。
【００６７】
また、Ｔｉ膜５の作用によりｐ型ＧａＮ系半導体に対するｐ電極７の付着力が向上する。したがって、ｐ電極７の剥離が生じない。
【００６８】
図３はパッド電極が積層されたオーミック電極の模式的断面図である。図３に示すように、Ｔｉ膜５およびＰｔ膜６からなるオーミック電極上にＡｕ膜からなるパッド電極９を形成することにより、ワイヤボンディングを容易に行うことができる。
【００６９】
この場合、Ｔｉ膜５およびＰｔ膜６からなるオーミック電極は熱処理による合金化を行うことなく形成されるので、Ｔｉ膜５、Ｐｔ膜６およびパッド電極９を同一の工程で連続的に形成することができる。したがって、ＧａＮ系半導体層上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のオーミック電極を形成することにより、ワイヤボンディング用のパッド電極を同時に形成することができる。
【００７０】
これに対して、従来のＴｉ膜およびＡｌ膜からなるオーミック電極上にパッド電極を形成する際には、パッド電極としてオーミック電極上にＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の積層構造を形成する。このように、ＴｉとＡｕとが反応しやすいため、Ｔｉ膜とＡｕ膜との間にＰｔ膜を挿入する必要がある。この場合、Ｔｉ膜およびＡｌ膜からなるオーミック電極を形成する際には熱処理による合金化が必要であるため、Ｔｉ／Ａｌの積層構造からなるオーミック電極を形成する工程と、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造からなるパッド電極を形成する工程とを別々に行う必要がある。
【００７１】
ここで、上記実施例におけるｐ電極７およびｎ電極８の電流−電圧特性をＴｉ膜５の膜厚を変えて測定した。
【００７２】
図４はｐ電極７の電流−電圧特性の測定結果を示す図である。この測定では、ｐ型ＧａＮ層上に１対のｐ電極７を形成し、１対のｐ電極７間に印加される電圧および１対のｐ電極７間に流れる電流を測定した。
【００７３】
まず、ｐ型ＧａＮ層のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3とし、ｐ電極７のＴｉ膜５の膜厚を３Å、５Å、１００Å、１３０Åおよび１５０Åとした。Ｐｔ膜６の膜厚は４０００Åとした。次に、ｐ型ＧａＮ層のキャリア濃度を９×１０17ｃｍ-3とし、ｐ電極７のＴｉ膜５の膜厚を１００Åとした。
【００７４】
図４に示すように、ｐ型ＧａＮ層のキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3である場合には、Ｔｉ膜５の膜厚が３Å、５Åおよび１００Åのときに完全なオーミック特性が得られ、Ｔｉ膜５の膜厚が１３０Åのときにほぼオーミック特性が得られている。Ｔｉ膜５の膜厚が１５０Åになるとやや整流特性が現れている。
【００７５】
また、ｐ型ＧａＮ層のキャリア濃度が９×１０17ｃｍ-3の場合にも、Ｔｉ膜５の膜厚が１００Åのときには、完全なオーミック特性が得られている。
【００７６】
したがって、ｐ電極７のＴｉ膜５の膜厚は１３０Å以下であることが好ましく、１００Å以下であることがより好ましい。また、ｎ電極８を同時に形成する場合には、Ｔｉ膜５の膜厚は１００Å以下であることが好ましく、５０Å以下であることがより好ましく、３０Å以下であることがさらに好ましく、１０Å以下であることが最も好ましい。また、ｐ型ＧａＮ層に対する付着強度の観点からＴｉ膜５の膜厚は３Å以上であることが好ましく、５Å以上であることがより好ましい。
【００７７】
また、ｐ型ＧａＮ層上に形成された上記のｐ電極７についてオーミック特性の検査用の測定針を用いて引っかき試験を行ったところ、Ｔｉ膜５の膜厚が３Å、５Å、１００Å、１３０Åおよび１５０Åの全ての場合において、ｐ電極７の剥離が生じなかった。一方、Ｐｔ膜６のみの場合には、剥離が生じた。
【００７８】
図５はｎ電極８の電圧−電流特性の測定結果を示す図である。この測定では、ｎ型ＧａＮ層上に１対のｎ電極８を形成し、１対のｎ電極８間に印加される電圧および１対のｎ電極８間に流れる電流を測定した。
【００７９】
ｎ型ＧａＮ層のキャリア濃度は９×１０17ｃｍ-3とし、ｎ型電極８のＴｉ膜５の膜厚を３Å、５Å、１０Å、３０Åおよび１００Åとした。
【００８０】
図５に示すように、Ｔｉ膜５の膜厚が３Å、５Åおよび１０Åのときに完全なオーミック特性が得られ、Ｔｉ膜５の膜厚が３０Åのときにほぼオーミック特性が得られている。Ｔｉ膜５の膜厚が１００Åのときにはやや整流特性が現れている。Ｔｉ膜５の膜厚が０、すなわちＰｔ膜６のみの場合には、オーミック特性が得られず、かつ抵抗が高くなっていることがわかる。
【００８１】
したがって、ｎ電極８のＴｉ膜５の膜厚は５０Å程度以下であることが好ましく、３０Å以下であることがより好ましく、１０Å以下であることがさらに好ましい。また、ｎ型ＧａＮ層に対する付着強度の点からＴｉ膜５の膜厚は３Å以上が好ましく、５Å以上がより好ましい。
【００８２】
また、ｎ型ＧａＮ層上に形成された上記のｎ電極８について上記の測定針を用いて引っかき試験を行ったところ、Ｔｉ膜５の膜厚が３Å、５Å、１０Å、３０Åおよび１００Åの場合、ｎ電極８の剥離は生じなかった一方、Ｐｔ膜６のみの場合にはｎ電極８の剥離が生じた。
【００８３】
ｐ電極７およびｎ電極８のＰｔ膜６の代わりにＰｄ膜を用いて上記と同様の電流−電圧特性の測定および引っかき試験を行ったところ、上記と同様の結果が得られた。
【００８４】
なお、上記実施例のｐ電極７およびｎ電極８は、ＧａＮのみならずＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＢＧａＮ、ＢＡｌＧａＮ、ＢＩｎＧａＮ等の他のＧａＮ系半導体に対するオーミック電極として用いることが可能である。
【００８５】
また、上記実施例では、本発明を発光ダイオードに適用した場合を説明したが、本発明は、半導体レーザ素子等の他の半導体発光素子にも適用することができる。また、本発明は、ＧａＮ系半導体により形成される電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ等の他の半導体素子にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は本発明の一実施例におけるＧａＮ系発光ダイオードの模式的断面図である。
【図２】図１のＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図３】パッド電極が積層されたオーミック電極の模式的断面図である。
【図４】ｐ電極の電流−電圧特性の測定結果を示す図である。
【図５】ｎ電極の電流−電圧特性の測定結果を示す図である。
【図６】従来のＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図７】従来のＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す模式的工程断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  サファイア基板
２  ＧａＮバッファ層
３  ｎ型ＧａＮ層
４  ｐ型ＧａＮ層
５  Ｔｉ膜
６  Ｐｔ膜
７  ｐ電極
８  ｎ電極
９  パッド電極
【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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