(57)【要約】【課題】一面側に金属電極が形成された半導体基板のアロイ化を良好に行うことを可能にする製造方法および装置を提供する。【解決手段】一面側に金属電極が形成され、所望により他面側に金属薄膜や化合物半導体層が形成された半導体基板に対し、パルス発振レーザを出射するパルス発振レーザ光源または連続発振レーザを出射する連続発振レーザ光源から出力された波長５００〜５５０ｎｍかつ半値幅３００ｎｓ以上としたパルス発振レーザまたは波長５００〜５５０ｎｍで同一箇所に半値幅３００ｎｓ以上で照射される連続発振レーザを金属電極側から半導体基板に照射しつつ相対的に走査して前記基板に対するアロイ処理を行う。【選択図】図２
2011124455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に金属電極が形成された半導体基板に対し、前記金属電極側から波長５００〜５５０ｎｍのレーザを半値幅３００ｎｓ以上で照射しつつ相対的に走査して前記基板に対するアロイ処理を行うことを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板の他面側に金属膜が形成されており、該半導体基板に対し、前記金属電極側から波長５００〜５５０ｎｍのレーザを半値幅３００ｎｓ以上で照射しつつ相対的に走査して前記基板に対するアロイ処理を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の他面側に化合物半導体層が形成されており、該半導体基板に対し、前記金属電極側から波長５００〜５５０ｎｍのレーザを半値幅３００ｎｓ以上で照射しつつ相対的に走査して前記基板に対するアロイ処理を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記レーザが、半値幅３００ｎｓ以上のパルス発振レーザまたは、連続発振レーザが同一箇所に対し半値幅３００ｎｓ以上の時間で照射されるように調整したものである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基板の製造方法。
【請求項５】
前記半値幅が１０００ｎｓ以上である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基板の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板がＧａＡｓで形成され、前記金属電極がＡｕを含む金属で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記金属電極がパターニングして前記半導体基板上に形成されており、該半導体基板面が露出した部分と前記金属電極の部分とに一括して前記レーザを照射することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記金属電極側上に、波長５００〜５５０ｎｍの光が透過する材料を形成しておき、該透過材料上から前記レーザを照射することを特徴とする請求項７記載に半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記透過材料は、前記金属電極側の半導体基板面が露出した部分と該金属電極の部分に亘ってそれぞれの上層に形成されていることを特徴とする請求項８記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基板上に形成した化合物半導体層によって半導体発光素子を形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
波長５００〜５５０ｎｍかつ半値幅３００ｎｓ以上としたレーザを半導体基板に照射してアロイ処理を行うべくパルス発振レーザを出射するパルス発振レーザ光源と、一面側に金属電極が形成されている前記半導体基板を保持し、少なくとも該半導体基板面方向に沿って該半導体基板を移動させることが可能なステージと、前記ステージに保持された前記半導体基板の前記金属電極側に、前記レーザを入射させる光学系と、前記ステージに保持された前記半導体基板を移動させるように前記ステージを制御する制御装置とを有することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項１２】
波長５００〜５５０ｎｍのレーザを同一箇所に半値幅３００ｎｓ以上で半導体基板に照射してアロイ処理を行うべく連続発振レーザを出射する連続発振レーザ光源と、前記連続発振レーザを前記レーザに調整する調整手段と、一面側に金属電極が形成されている前記半導体基板を保持し、少なくとも該半導体基板面方向に沿って該半導体基板を移動させることが可能なステージと、前記ステージに保持された前記半導体基板の前記金属電極側に、前記レーザを入射させる光学系と、前記ステージに保持された前記半導体基板を移動させるように前記ステージを制御する制御装置とを有することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項１３】
前記調整手段は、前記制御装置によって回転制御されるポリゴンミラーとｆθレンズを備え、該制御装置は、前記半導体基板の一地点に連続して照射される時間が３００ｎｓ以上になるように前記ポリゴンミラーの回転と前記ステージの移動とを制御することを特徴とする請求項１２記載のレーザアニール装置。
【請求項１４】
前記ステージが、円周上に前記半導体基板を１枚以上保持するものであって、該ステージを前記半導体基板の基板面に平行な面内で回転させることが可能な回転機構と、回転する該ステージを前記半導体基板面方向に沿って移動させることが可能な移動機構と、を備え、
前記制御装置は、前記ステージに保持された半導体基板に対して入射するレーザが基板の一地点に連続して照射される時間が３００ｎｓ以上になるように前記ステージの回転速度および前記ステージの移動を制御することを特徴とする請求項１２記載のレーザアニール装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、前記基板上の一地点あたりの連続照射時間が１０００ｎｓ以上となるように制御を行うことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載のレーザアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、化合物半導体、特にＧａＡｓ基板上に、化合物半導体層からなる半導体レーザ、発光ダイオード等の発光素子を作製する場合に適用して好適なオーミック電極などを有する半導体基板の製造方法及びその半導体基板の製造に適したレーザアニール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の方法として、特許文献１に示される製造方法が提案されている。この発明によれば、図２４に示すようにＧａＡｓからなる化合物半導体基板１の上層に化合物半導体層２からなる発光素子を作製し、半導体基板１の裏面にＡｕＧｅ（Ｇｅ１２％含有）、Ｎｉ、Ａｕの各層などからなる金属電極３を作製し、該金属電極側３から波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを照射して金属電極３を加熱し、ＧａＡｓ基板１と金属電極３とのアロイ化を行っている。この方法では、３００℃以上にすると特性が劣化するＺｎＳｅ系化合物半導体からなる発光素子を加熱することなく、ＧａＡｓ基板の裏面側を４００℃以上に加熱することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３３５９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の方法では、金属電極の加熱をエネルギー密度３００ｍＪ／ｃｍ２、パルス幅３０ｎｓ、波長３０８ｎｍのエキシマレーザを２〜１０ショットでオーバーラップすることによって照射を行っている。しかし、図２５に示すように、エネルギー密度３００ｍＪ／ｃｍ２で、パルス幅３０ｎｓ、波長３０８ｎｍのエキシマレーザパルスが金属電極側に照射されたとき、金属電極と半導体基板との界面の温度は６００℃を瞬間的に超えるが、アロイ化に必要な４００℃を超えている時間は数十ｎｓ程度で大変短く、アロイ化が不十分である。また、電極部分の上端と下端の温度差が８０℃程度あり、この温度差が電極に熱応力として働き、電極が剥離するなどのダメージを受けるという問題がある。
【０００５】
また、ＧａＡｓ基板の裏面には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ金属電極層以外に、ＧａＡｓ基板がむき出しとなっている部分が存在する。これは、上記特許文献１に記載されているように、半導体発光素子のチップが例えば２５０μｍ×３００μｍで、ＧａＡｓ基板を分断してチップ化を行うときに、半導体基板の全面が金属電極で覆われている場合は、分断が困難になるため、分断する部分には金属電極を形成せずにＧａＡｓ基板が露出している部分を残す必要があるためである。従ってＧａＡｓ基板の裏面には、金属電極とＧａＡｓ基板むき出しの部分が混在している。これに対して、ＸｅＣｌエキシマレーザによるレーザアニールでは、ビームサイズは０．４ｍｍ×１５０ｍｍのライン形状のビームで行うため、レーザ照射時にはＡｕ電極部分とＧａＡｓ基板の部分を一括して同時に照射する必要がある。
【０００６】
しかし、上記一括照射に際しては、ＡｕよりもＧａＡｓの方が温度上昇が大きくなる傾向にあるため、ＧａＡｓが加熱されすぎる問題がある。波長３０８ｎｍのエキシマレーザの吸収係数は、ＧａＡｓでは８．４５×１０５／ｃｍ（光の強度が１／ｅとなる進入深さでは１１．８ｎｍ）、Ａｕでは７．７５×１０５／ｃｍ（進入深さでは１２．９ｎｍ）であり、若干吸収係数の大きいＧａＡｓでは照射されたレーザが強く吸収されて、表層の単位体積あたりの吸収熱量が大きくなり、表層を激しく加熱する。しかも、両者の熱伝導率はＧａＡｓでは０．５５Ｗ／（ｃｍ・Ｋ）、Ａｕでは３．１８Ｗ／（ｃｍ・Ｋ）であるため、同じエネルギー密度でレーザを照射した場合は、Ａｕでは温度が上昇しにくく、ＧａＡｓでは温度が上昇しやすい。従って、波長３０８ｎｍかつパルス幅３０ｎｓのレーザ照射でＡｕを加熱してＡｕＧｅとＧａＡｓの境界を４００℃以上に加熱した場合、同様条件のレーザ照射ではＧａＡｓむき出しの部分は高温となり、ＧａＡｓの蒸発によるＧａＡｓ基板のダメージと、毒性のあるＡｓ蒸気が発生するなどの問題がある。
【０００７】
このことを示すデータとして、ＧａＡｓ基板裏面にＡｕを７００ｎｍ成膜した試料に、Ａｕ側から、波長３０８ｎｍでパルス幅３０ｎｓのＸｅＣｌエキシマレーザを２００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度で照射したときの、照射開始から３０ｎｓ後の深さ方向の温度分布を図２６に示す。このとき、７００ｎｍ深さのＡｕＧｅからさらにＧａＡｓ表面から１００ｎｍの深さ位置で４００℃以上に到達していることが分かる。そして、同様の照射条件で金属電極の存在しないＧａＡｓ基板を照射したときの照射開始から３０ｎｓ後の深さ方向の温度分布を図２７に示す。このとき、表面はＧａＡｓ融点の１２４０℃を超えて１２７６℃になってしまい、ＧａＡｓが分解、蒸発することが分かる。通常、ＧａＡｓのような蒸気圧の高い元素からなる化合物では、融点以下の温度でも、高温にした場合Ａｓ抜けが発生し、続いて蒸気圧の高いＧａの蒸発が起こりやすい。また、パルスレーザによる瞬間加熱によるアブレーションが発生しやすいことももちろんである。従って、波長３０８ｎｍのエキシマレーザでは、２００ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギー密度での照射はＧａＡｓ基板に多大なダメージを与えるため、工程上問題がある。
【０００８】
さらに、図２８に金属電極付きのＧａＡｓ基板を金属電極側からエネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ２で照射した場合のＡｕＧｅとＧａＡｓ界面の温度変化を示す。先に説明したように、Ａｕ裏面およびＧａＡｓ表面から１００ｎｍ位置は４００℃以上に加熱されるが、Ａｕ裏面が４００℃を越える時間は２７ｎｓ程度であるが、ＧａＡｓ表面から１００ｎｍ位置では４００℃を超える時間は４ｎｓしかない。エキシマレーザのパルス波形は３０ｎｓ程度であるため、界面が４００℃以上になる時間を長くするには、エネルギー密度を上げるしかないが、パルス幅が短いためにエネルギー密度を上げても４００℃を越える時間はさほど長くならない。むしろ、エネルギー密度を上げた影響は、先に説明したＧａＡｓむき出しの部分で顕著であり、ＧａＡｓ表面が過熱されすぎるため、エネルギー密度を上げることができないという問題がある。
【０００９】
このように、アロイを行う反応時間を長くすることで安定してアロイを行なうこと、金属電極の表裏の温度差を小さくして金属電極の熱応力によるダメージを少なくすること、同時にレーザ光が照射されるＧａＡｓ基板表面のダメージを小さくすること、さらにＧａＡｓ基板の上面に形成した発光素子を所定温度以下に保つこと、これらを同時に満たす処理方法が求められている。
【００１０】
この発明は、上記のような従来の課題を解決するためになされたものであり、半導体基板の一面にあるＡｕＧｅ（Ｇｅ１２％含有）、Ｎｉ、Ａｕなどの各層からなる金属電極側にレーザを照射する際に、半導体基板へのダメージを最小限に抑え、また、他面側に金属膜や半導体層を有する半導体基板では、これら金属膜や半導体層の昇温を抑えてアロイ処理を効果的に行うことができる半導体基板の製造方法およびレーザアニール装置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】
【００１１】
すなわち、本発明の半導体基板の製造方法の第１の本発明は、一面側に金属電極が形成された半導体基板に対し、前記金属電極側から波長５００〜５５０ｎｍのレーザを半値幅３００ｎｓ以上で照射しつつ相対的に走査して前記基板に対するアロイ処理を行うことを特徴とする。
第２の本発明の半導体基板の製造方法は、前記第１の本発明において、前記半導体基板の他面側に金属膜が形成されており、該半導体基板に対し、前記金属電極側から波長５００〜５５０ｎｍのレーザを半値幅３００ｎｓ以上で照射しつつ相対的に走査して前記基板に対するアロイ処理を行うことを特徴とする。
第３の本発明の半導体基板の製造方法は、前記第１の本発明において、前記半導体基板の他面側に化合物半導体層が形成されており、該半導体基板に対し、前記金属電極側から波長５００〜５５０ｎｍのレーザを半値幅３００ｎｓ以上で照射しつつ相対的に走査して前記基板に対するアロイ処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
上記半値幅で照射するレーザは、パルス発振レーザ光源から発振されたパルス発振レーザ光を用いる他、連続発振レーザ光源から発振された連続発振レーザを調整して、連続発振レーザが同一箇所に対し半値幅３００ｎｓ以上の時間で照射されるようにしたものであってもよい。
【００１３】
該レーザには、波長５００〜５５０ｎｍのものが選択される。この波長が短すぎると、ＧａＡｓなどの光吸収係数が大きくなり、半導体基板表面が過熱されやすくなる。また、この波長が長すぎると、金属の光吸収が低下し、レーザのエネルギー使用効率が低下する。このため、レーザの波長を上記に定めている。
また、レーザは、半値幅３００ｎｓ以上で半導体基板の金属電極側に照射するものとする。パルス発振レーザでは、パルス半値幅を３００ｎｓ以上とする。また、連続発振レーザで、照射時間を調整するものとする。半値幅を大きくすることで、ＧａＡｓなどの半導体基板の蒸発やダメージを大幅に抑制できることができる。半値幅が短すぎると、金属電極および半導体基板をアロイ化が進行する温度に長く保つことが難しい。なお、半値幅は、さらに１０００ｎｓ以上が望ましい。
【００１４】
上記したように、本発明では、一面側に金属電極が形成された半導体基板を対象にすることができる。該半導体基板としては、例えばＮｉ電極が形成されたＳｉ半導体基板においてＮｉ−ＳｉやＡｌ−Ｓｉの合金化を行うものが挙げられる。
また、本発明では、一面側に金属電極が形成され、他面側に金属膜が形成された半導体基板を対象にすることができる。該半導体基板としては、ＧａＡsＳ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＮなどの加熱時に構成元素の蒸発が起きやすい各種III−V族半導体が代表としてあげられるが、これに限らずＳｉ、ＳｉＣ、ＺｎＴｅなど各種基板があげられる。金属電極としては、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗなどが挙げられる。なお、金属膜には通常は低融点の材料が用いられる。該低融点の材料は、金属電極の材料よりも相対的に融点が低く、ＡｌやＣｕなどが例示される。
また、本発明では、一面側に金属電極が形成され、他面側に化合物半導体層が形成された半導体基板を対象にすることができる。該半導体基板としては、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＮなどの加熱時に構成元素の蒸発が起きやすい各種III−V族半導体が代表としてあげられるが、これに限らずＳｉ、ＳｉＣ、ＺｎＴｅなど各種基板がが例示され、金属電極としては、ＡｕＧｅ（Ｇｅ１２％含有）／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗなどが挙げられる。
上記金属電極、金属膜、化合物半導体層は、単層、複層のいずれであってもよく、金属はここに例示しない元素との合金や、積層膜としてもよく、レーザ光が照射される金属電極の最表面を上記の金属電極とすることで、レーザ光が吸収される。従って、半導体基板側からＡｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ積層膜や、Ａｌ／Ｍｏ／Ｎｉ／Ａｕなどとすることもでき、半導体基板側にＡｌも使用可能である。また、上層にさらに他の層が形成されているものであってもよい。
上記半導体基板では、例えば、半導体基板の一面側に低融点金属膜や化合物半導体層を形成した後、他面側に金属電極を形成する。
【００１５】
また、上記金属電極は、パターニングによって半導体基板上に形成され、該半導体基板面が露出した部分と前記金属電極の部分とを有しているものであってもよい。この半導体基板に対しては、半導体基板面が露出した部分と前記金属電極の部とに一括して前記パルス状レーザを照射することができる。
ただし、半導体基板と金属電極とでは、半導体基板のレーザ吸収率が高く、半導体基板の過熱を抑えるエネルギー密度でレーザを照射する必要がある。
上記に対しては、前記金属電極側上に、波長５００〜５５０ｎｍの光が透過するＳｉＯ２などの材料を形成しておき、該透過材料上から前記パルス状レーザを照射するようにしてもよい。該透過材料と半導体基板または金属電極との光の干渉によって反射・吸収率が該透過材料の厚みによって変化することから、半導体基板と金属電極の吸収量を調整することができる。その際に、前記透過材料を、前記金属電極側の半導体基板面が露出した部分と該金属電極の部分に亘ってそれぞれの上層に同じ厚みで形成するのが望ましい。そして、その膜厚は、透過材料によって半導体基板の反射率が低下する程度よりも、金属電極の反射率が低下する程度が大きくなるように設定する。
また、透過材料は金属電極の上方のみに形成してもよい。その場合、その膜厚は、金属電極の反射率が最小となるように設定する。さらに、この場合は金属電極上の透過材料として、多層膜からなる反射防止膜を形成することで、反射率を大幅に低減できる。
【００１６】
上記製造方法を実施する本発明のレーザアニール装置のうち、第１の本発明は、波長５００〜５５０ｎｍかつ半値幅３００ｎｓ以上としたレーザを半導体基板に照射してアロイ処理を行うべくパルス発振レーザを出射するパルス発振レーザ光源と、一面側に金属電極が形成されている前記半導体基板を保持し、少なくとも該半導体基板面方向に沿って該半導体基板を移動させることが可能なステージと、前記ステージに保持された前記半導体基板の前記金属電極側に、前記レーザを入射させる光学系と、前記ステージに保持された前記半導体基板を移動させるように前記ステージを制御する制御装置とを有するものである。
【００１７】
また、第２のレーザアニール装置の本発明は、波長５００〜５５０ｎｍのレーザを同一箇所に半値幅３００ｎｓ以上で半導体基板に照射してアロイ処理を行うべく連続発振レーザを出射する連続発振レーザ光源と、前記連続発振レーザを前記レーザに調整する調整手段と、一面側に金属電極が形成されている前記半導体基板を保持し、少なくとも該半導体基板面方向に沿って該半導体基板を移動させることが可能なステージと、前記ステージに保持された前記半導体基板の前記金属電極側に、前記レーザを入射させる光学系と、前記ステージに保持された前記半導体基板を移動させるように前記ステージを制御する制御装置とを有する。
【００１８】
本発明のレーザアニール装置では、パルス発振レーザ光源と連続発振レーザ光源のいずれかを備えている。パルス発振レーザ光源を備える装置では、発振されたパルス発振レーザの半値幅を変えることなく半導体基板に照射するものであってもよく、また、発振されたパルス発振レーザの半値幅を変えて３００ｎｓ以上の状態で半導体基板の金属電極側に照射するもののいずれであってもよい。レーザは、光学系によってビーム形状を整形することができる。光学系は、適宜のホモジナイザ、レンズ、ミラーなどによって構成されており、本発明としてはその構成が特定のものに限定されるものではない。半導体基板を保持するステージは、一つの半導体基板を保持するものであってもよく、また、複数の半導体基板を保持するものであってもよい。
【００１９】
連続発振レーザを調整して、同一位置に半値幅３００ｎｓ以上となる照射時間で半導体基板の金属電極側に照射する調整手段としては種々のものが挙げられる。例えば、シャッターによって照射時間を調整することができる。ただし、レーザを遮断している間は、エネルギーが有効に利用されておらず失われておりエネルギー効率が低下するため、照射エネルギーの全てを半導体基板側に付与できる構成が望ましい。
また、調整手段では、半導体基板側に対し、３００ｎｓ以上の短時間で繰り返し照射位置を切り替えるように照射することで、同一位置に対しては断続的な照射が可能になる。また、照射位置の切り替えに際し、照射位置を徐々に移動させるようにしてもよい。この際に基板側の移動と協働させることによって照射位置がさらに移動するようにしてもよい。上記照射位置の切り替えに伴って同一位置へのオーバーラップ照射が可能になり、パワー強度の低い連続発振レーザによっても半導体基板に効果的にエネルギーを付与することができる。
【００２０】
例えば、制御装置によって回転制御されるポリゴンミラーとｆθレンズを用い、該制御装置によって、前記半導体基板の一地点に連続して照射される時間が３００ｎｓ以上になるように前記ポリゴンミラーの回転と前記ステージの移動とを制御することができる。この場合、ポリゴンミラーによるスキャン幅が半導体基板の幅を上回るときは、ステージを一次元方向への移動機構とすることができ、そうでない場合はステージを二次元方向への移動機構とすることで、半導体基板全面に照射を行うことができる。
さらに、前記ステージが、円周上に前記半導体基板を１枚以上保持するものであって、該ステージを前記半導体基板の基板面に平行な面内で回転させることが可能な回転機構と、回転する該ステージを前記半導体基板面方向に沿って移動させることが可能な移動機構と、を備えるものにする。そして、前記制御装置によって前記ステージに保持された半導体基板に対して入射するレーザが基板の一地点に連続して照射される時間が３００ｎｓ以上になるように前記ステージの回転速度および前記ステージの移動を制御することができる。
上記制御装置は、ＣＰＵとこれを動作させるプログラム、プログラムを格納するＲＯＭや装置の動作条件を格納する不揮発メモリなどを有する記憶部などにより構成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、一面に金属電極が形成された半導体基板の、電極側から波長５００〜５５０ｎｍかつ半値幅３００ｎｓ以上のレーザを照射して上記基板に対するアロイ処理を行うこととしたので、長いパルス幅で長時間加熱されることによって半導体と金属電極の界面付近のアロイを起こしたい領域を、アロイ可能な温度に長時間にわたって制御できるため、均一で高品質なアロイ処理を行うことが可能となり、半導体と金属電極の間のアロイ化が効果的に進行する。これにより、接触抵抗の低いオーミック電極などの形成を行うことができる。また、３０８ｎｍや２４８ｎｍといったエキシマレーザの紫外光源よりも長波長のレーザとすることで、金属電極への吸収係数が小さくなることで、金属電極の表裏の温度差を小さくし、ダメージを減らすという効果がある。
また、半導体基板の他面側に金属薄膜や化合物半導体層が形成されている場合には、これらを所定の温度以下に保ったまま、金属電極側のアロイ化を行うことができ、オーミック電極を形成した半導体基板を良好に製造することができる。
【００２２】
また、前記半導体基板の一面に形成する金属電極をパターニングし、該金属電極側において半導体基板が露出した部分と金属電極の部分とを一括してレーザ照射することとしたので、波長５００〜５５０ｎｍのレーザ照射では半導体の表面の吸収係数が紫外レーザに比べて小さくなるため、基板の温度が上がりにくく、半導体の分解や蒸発などのダメージを受けることなくアロイ化を行うことができるという効果を有する。このことは、半導体基板表面にレーザが照射されないように、照射位置を制御したり、マスキングを行う必要がないため、高スループットでの処理を可能にするという優れた効果がある。
【００２３】
さらに、前記半値幅を１０００ｎｓ以上とすれば、１μｓ以上の時間でアロイ処理を行うことが可能となるため、半導体と金属電極の間のアロイ化が十分進み、安定して接触抵抗の低いオーミック電極の形成を行うことができるという大変優れた効果がある。さらには、金属電極の表裏の温度差を小さくすることが可能なため、金属電極の剥離やクラックの発生を抑制できるという効果も有する。
【００２４】
さらに、前記半導体基板がＧａＡｓで形成され、電極がＡｕを含む金属で形成されているものとすれば、ＧａＡｓは波長５００〜５５０ｎｍの光の吸収係数が小さく、過度の加熱を抑制することができる。なおかつ金属は通常反射が多く、可視光線の吸収が少ないが、本発明では可視光線でもＡｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗなどを含む金属では光の吸収が存在し、特にＡｕでは波長５００〜５５０ｎｍ以下では光の吸収が上昇するため、このように金属反射の存在する波長帯の光でも金属を十分加熱できる。すなわち、ＧａＡｓ基板の温度を制御しつつ、Ａｕを十分加熱できるという効果がある。
また、前記半導体基板の他面に形成した化合物半導体層によって半導体発光素子を形成すれば、十分にアロイされて低接触抵抗の電極を利用した半導体発光素子が製造できるという、産業上優れた効果がある。
【００２５】
また、本発明のレーザアニール装置では、波長５００〜５５０ｎｍかつ半値幅３００ｎｓ以上としたレーザを半導体基板に照射してアロイ処理を行うべくパルス発振レーザを出射するパルス発振レーザ光源と、一面側に金属電極が形成されている前記半導体基板を保持し、少なくとも該半導体基板面方向に沿って該半導体基板を移動させることが可能なステージと、前記ステージに保持された前記半導体基板の前記金属電極側に、前記レーザを入射させる光学系と、前記ステージに保持された前記半導体基板を移動させるように前記ステージを制御する制御装置とを有するので、半導体基板の一面側に形成された金属電極に半値幅３００ｎｓ以上のパルス発振レーザを照射して、上記基板に対する電極のアロイ処理を行うことができ、スループットに優れ、安定したアロイとオーミック電極の形成などが可能な装置が得られる。
【００２６】
また、本発明の他のレーザアニール装置では、波長５００〜５５０ｎｍのレーザを同一箇所に半値幅３００ｎｓ以上で半導体基板に照射してアロイ処理を行うべく連続発振レーザを出射する連続発振レーザ光源と、前記連続発振レーザを前記レーザに調整する調整手段と、一面側に金属電極が形成されている前記半導体基板を保持し、少なくとも該半導体基板面方向に沿って該半導体基板を移動させることが可能なステージと、前記ステージに保持された前記半導体基板の前記金属電極側に、前記レーザを入射させる光学系と、前記ステージに保持された前記半導体基板を移動させるように前記ステージを制御する制御装置とを有するので、連続発振レーザを利用して、半導体基板の一面側に形成された金属電極の一地点に連続して照射される時間が３００ｎｓ以上のレーザを照射して、上記基板に対する電極のアロイ処理を行うことができ、スループットに優れ、安定したアロイとオーミック電極の形成などが可能な装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に用いる半導体基板の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態のレーザアニール装置および半導体基板に対するレーザ照射状態を示す図である。
【図３】同じく、他の実施形態のレーザアニール装置および半導体基板に対するレーザ照射状態を示す図である。
【図４】同じく、レーザアニール装置の一部を示す概略図である。
【図５】同じく、さらに他の実施形態のレーザアニール装置および半導体基板に対するレーザ照射状態を示す図である。
【図６】本発明の実施例におけるＡｕの反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図７】同じく、ＧａＡｓの吸収係数の波長依存性を示すグラフである。
【図８】同じく、ＧａＡｓの進入深さの波長依存性を示すグラフである。
【図９】同じく、波長５１５ｎｍ、パルス幅３００ｎｓ、エネルギー密度５８０ｍＪ／ｃｍ２でＡｕ／ＧａＡｓにレーザを照射した際の３００ｎｓ後の深さ方向温度分布を示すグラフである。
【図１０】同じく、波長５１５ｎｍ、パルス幅３００ｎｓ、エネルギー密度５８０ｍＪ／ｃｍ２でＧａＡｓを照射したときの界面位置の温度変化を示すグラフである。
【図１１】同じく、波長５１５ｎｍ、パルス幅３００ｎｓ、エネルギー密度５８０ｍＪ／ｃｍ２でＡｕ／ＧａＡｓを照射した３００ｎｓ後の深さ方向温度分布を示すグラフである。
【図１２】同じく、波長５１５ｎｍ、パルス幅１０００ｎｓ、エネルギー密度８９０ｍＪ／ｃｍ２でＡｕ／ＧａＡｓを照射した１０００ｎｓ後の深さ方向温度分布を示すグラフである。
【図１３】同じく、波長５１５ｎｍ、パルス幅１０００ｎｓ、エネルギー密度８９０ｍＪ／ｃｍ２でＡｕ／ＧａＡｓを照射したときの、界面位置の温度変化を示すグラフである。
【図１４】同じく、波長５１５ｎｍ、パルス幅１０００ｎｓ、エネルギー密度８９０ｍＪ／ｃｍ２でＧａＡｓを照射した、１０００ｎｓ後の深さ方向温度分布を示すグラフである。
【図１５】同じく、波長５１５ｎｍ、パルス幅１０００ｎｓ、エネルギー密度１０００ｍＪ／ｃｍ２Ａｕ／ＧａＡｓを照射した、１０００ｎｓ後の深さ方向温度分布を示すグラフである。
【図１６】同じく、波長５１５ｎｍ、パルス幅１０００ｎｓ、エネルギー密度１０００ｍJ／ｃｍ２でＡｕ／ＧａＡｓを照射したときの、界面位置の温度変化を示すグラフである。
【図１７】同じく、波長５１５ｎｍ、パルス幅１０００ｎｓ、エネルギー密度１０００ｍＪ／ｃｍ２でＧａＡｓを照射した、１０００ｎｓ後の深さ方向温度分布を示すグラフである。
【図１８】同じく、連続発振レーザの照射直後のＡｕ電極の表面と裏面の温度差の、照射時間依存性を示すグラフである。
【図１９】同じく、透過膜形成時の各材料のレーザ反射率を示すグラフである。
【図２０】同じく、透過膜を有しない場合の各材料のレーザ反射率を示すグラフである。
【図２１】同じく、透過膜の有無による反射率の波長依存性を示す図である。
【図２２】同じく、レーザ照射面から１０μｍ深さにおける各照射条件における温度変化を示す図である。
【図２３】同じく、各種金属の反射率の波長依存性を示す図である
【図２４】レーザアニール対象となる半導体基板の断面を示す図である。
【図２５】従来例におけるレーザアニール時の半導体基板の深さ方向における温度分布を示す図である。
【図２６】レーザ照射時のＧａＡｓの温度の深さ依存性を示すグラフである。
【図２７】同じく、深さ位置における温度を示すグラフである。
【図２８】同じく、ＡｕＧｅ（金属電極）とＧａＡｓ（半導体基板）界面の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明の製造方法の対象となる半導体基板について図１に基づいて説明する。
図１（ａ）は、半導体基板１の一面側に金属電極３が形成されたものを示している。本発明の製造方法では、金属電極３側から波長５００〜５５０ｎｍかつ半値幅３００ｎｓ以上でレーザ１０を照射して、半導体基板１と金属電極３とのアロイ化を行う。
図１（ｂ）は、半導体基板１の一面側に金属電極３が形成され、他面側に低融点金属膜４が形成されたものを示している。該半導体基板１では、例えば半導体基板１の一面側に低融点金属膜４を形成した後、半導体基板１の他面側に金属電極３を形成する。この半導体基板１に対し、金属電極３側からレーザ１０を照射して、半導体基板１と金属電極３とのアロイ化を行う。なお、半導体基板１の一面側には半導体回路が形成され、その金属配線として低融点金属膜４をパターニングしたものとしても良い。
図１（ｃ）は、半導体基板１の一面側に金属電極３が形成され、他面側に化合物半導体層２が形成されたものを示している。なお、化合物半導体層２の上層側に他の層が形成されているものであってもよい。該半導体基板１では、例えば半導体基板１の一面側に化合物半導体層２を形成した後、半導体基板１の他面側に金属電極３を形成する。この半導体基板１に対し、金属電極３側からレーザ１０を照射して、半導体基板１と金属電極３とのアロイ化を行う。
図１（ｄ）は、半導体基板１の一面側に金属電極３が形成され、他面側に化合物半導体層２が形成されたものを示している。該半導体基板１では、例えば半導体基板１の一面側に化合物半導体層２を形成した後、半導体基板１の他面側に金属電極３を形成する。金属電極３はパターニングがなされ、半導体基板１の一部では、金属電極３で覆われておらず露出する。この金属電極３と露出した半導体基板１に亘って、その上層に上記レーザが透過する透過層５を同じ厚みで設ける。該透過層５は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２  、ＺｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、などによって構成することができる。
この半導体基板１に対し、金属電極３側からレーザ１０を照射して、半導体基板１と金属電極３とのアロイ化を行う。
【００２９】
上記各半導体基板１では、金属電極３側からのレーザ１０の照射において、半導体基板１を過度に加熱することなく金属電極３および半導体基板１が適度に加熱され、金属電極３と半導体基板１とのアロイ化が効果的になされる。また、金属電極３の他面側に低融点金属膜や化合物半導体層を有するものでは、これらの昇温を抑えて上記アロイ化を行うことができる。
また、金属電極がパターニングされている際に、透過層を設けることで、金属電極側の反射率がより大きく低下して、半導体基板１側が優先的に加熱されるのを防止することができる。
【００３０】
次に、上記半導体基板に対し、レーザアニール処理を行う装置について説明する。
図２（ａ）は、パルス発振レーザ光源１０１を有するレーザアニール装置１００の概略を示す図である。
レーザアニール装置１００は、波長５００〜５５０ｎｍかつ半値幅３００ｎｓ以上のパルス発振レーザを出力する固体レーザのパルス発振レーザ光源１０１を備えている。該パルス発振レーザ光源１０１の出力先には、パルス発振レーザのレーザ強度を調整するアッテネータ１０３が備えられており、該アッテネータ１０３で所望のレーザ強度に調整されたパルス発振レーザの透過先には、該パルス発振レーザ１０２をラインビーム１０５に整形する整形光学系１０４が設けられており、該整形光学系１０４の出射先に、試料台１０６が位置する。
試料台１０６は、ステージ１１０に設置されており、該ステージ１１０は、水平方向において二次元的に移動が可能になっており、該移動はＣＰＵなどにより構成される制御装置１１５によって制御されている。
また、上記レーザアニール装置１００では、搬送ロボット１１１およびカセット１１２に備えており、カセット１１２には半導体基板１０７が収容されている。半導体基板１０７には、図示しないレーザの入射面に金属電極が設けられている。さらに図示しないレーザ入射面の裏側には、化合物半導体層または低融点の金属電極を設けてある場合もある。
【００３１】
次に、上記レーザアニール装置１００の動作について説明する。
カセット１１２に収容された半導体基板１０７を搬送ロボット１１１によって取り出し、試料台１０６上に載置する。
パルス発振レーザ光源１０１からは波長５１５ｎｍ、パルス幅３００ｎｓ以上、発振周波数１０ｋＨｚのパルス発振レーザ１０２が発振される。該パルス発振レーザ１０２は、アッテネータ１０３を透過して所望のレーザ強度に調整され、整形光学系１０４において長軸×短軸＝２ｍｍ×４０μｍのラインビーム１０５に整形される。該ラインビーム１０５は、図２（ｂ）に示すように、試料台１０６に設置した半導体基板１０７に金属電極側から照射される。
【００３２】
試料台１０６が設置されているステージ１１０は、レーザ照射時に、ラインビームの短軸１０８方向と長軸１０９方向に、送り速度は８０ｍｍ／秒の等速で移動する。この際の移動は、制御装置１１５によって制御されており、基板１箇所に５回ラインビームが照射されるものとする。走査方向での照射を完了した後、次に、長軸方向にステージ１１０を２ｍｍ移動させ、再び８０ｍｍ／秒の送り速度でラインビームをスキャンすることで、基板全面にパルス状レーザを照射し、金属電極と半導体基板に対するアロイを、基板全面に均一に行うことができる。
【００３３】
次に、他の実施形態のレーザアニール装置について説明する。
図３（ａ）は、連続発振レーザ光源２０１を有するレーザアニール装置２００の概略を示す図である。
レーザアニール装置２００は、波長５００〜５５０ｎｍの連続発振レーザを出力する連続発振レーザ光源２０１を備えている。該連続発振レーザ光源２０１の出力先には、連続発振レーザのレーザ強度を調整するアッテネータ２０３が備えられている。レーザ強度を調整するアッテネータ２０３は、連続発振レーザ光源２０１で出力制御する場合は省略できる。
【００３４】
該アッテネータ２０３で所望のレーザ強度に調整され、または連続発振レーザ光源２０１で出力制御された連続発振レーザの透過先には、多角面体からなるポリゴンミラー２０４およびｆθレンズ２１３が配置されている。該ｆθレンズ２１３の透過先に、試料台２０６が位置する。
試料台２０６は、ステージ２１０に設置されており、該ステージ２１０は、水平方向において二次元的に移動が可能になっており、該移動はＣＰＵなどにより構成される制御装置２１５によって制御されている。制御装置２１５は、上記ポリゴンミラー２０４の回転も制御する。
また、上記レーザアニール装置２００では、搬送ロボット２１１およびカセット２１２に備えており、カセット２１２に半導体基板２０７が収容されている。半導体基板２０７には、図示しないレーザの入射面に金属電極が設けられている。さらに図示しないレーザ入射面の裏側には、化合物半導体層または低融点の金属電極を設けてある場合もある。
【００３５】
次に、上記レーザアニール装置２００の動作について説明する。
カセット２１２に収容された半導体基板２０７を搬送ロボット２１１によって取り出し、試料台２０６上に載置する。
連続発振レーザ光源２０１からは波長５３２ｎｍの固体レーザの連続発振レーザ２０２が出力される。該連続発振レーザ２０２は、アッテネータ２０３を透過して所望のレーザ強度に調整され、ポリゴンミラー２０４において反射後のビーム角度を変調させ、その後ｆθレンズ２１３を通って例えば円形のスポットビーム２０５に集光し、これを図３（ｂ）に示すように、試料台２０６に設置した半導体基板２０７へ照射する。
【００３６】
スポットビーム２０５は、図４に示すように、ポリゴンミラー２０４の回転によってスキャン方向２０９に偏向される。ビームのスキャン速度は、基板上の照射地点にとって、連続して照射される時間が３００ｎｓ以上になるように、ポリゴンミラー２０４の大きさと回転速度とビーム直径によって制御する。試料台２０６はこのビームのスキャン方向２０９と、さらにこの方向とほぼ直行する移動方向２０８に移動するステージ２１０に設置され、スポットビーム２０５のスキャンと同時に、試料台２０６はスキャン方向２０９とはほぼ垂直となる方向２０８にステージが移動する。このポリゴンミラー２０４によるスキャン幅は１０ｍｍとし、試料台２１０の送り速度は、基板１箇所に５回スポットビームがスキャンされるように、次のスキャン位置をビーム半値幅の１／５幅だけずれるような速度で移動させながら照射する。スキャン幅が半導体基板２０７の幅に足りない場合は、スポットビーム２０５のスキャン方向２０９にスキャン幅の長さでステージ２１０を移動させ、再びポリゴンミラー２０４によるスキャン方向２０９へのスキャンと、ステージ２１０に移動による全面照射を行う。
次に、スキャン方向に５ｍｍ移動して、スポットビームをスキャンすることで、基板全面のスキャンを行い、半導体基板の照射面の金属膜または電極の基板に対するアロイを、基板全面に均一に行う。
【００３７】
次に、連続発振レーザ光源を備える本発明における別のレーザアニール装置の構成について説明する。
図５（ａ）は、連続発振レーザ光源３０１を有するレーザアニール装置３００の概略を示す図である。
レーザアニール装置３００は、波長５００〜５５０ｎｍの連続発振レーザを出力する連続発振レーザ光源３０１を備えている。該連続発振レーザ光源３０１の出力先には、連続発振レーザのレーザ強度を調整するアッテネータ３０３が備えられている。レーザ強度を調整するアッテネータ３０３は、連続発振レーザ光源３０１で出力制御する場合は省略できる。
【００３８】
該アッテネータ３０３で所望のレーザ強度に調整され、または連続発振レーザ光源３０１で出力制御された連続発振レーザ３０２の透過先には、該連続発振レーザ３０２を例えば円形のスポットビーム３０５に集光する光学系３０４が配置されている。該光学系３０４の出射先に、回転試料台３０６が位置する。
回転試料台３０６は、該回転試料台３０６を回転させる回転機構が備えられた台３１３に設置されており、該台３１３は水平方向において一次元的に移動が可能になったステージ３１０上に設置されている。上記回転試料台３０６の回転およびステージ３１０の移動はＣＰＵなどにより構成される制御装置３１５によって制御されている。
また、上記レーザアニール装置３００では、搬送ロボット３１１およびカセット３１２に備えており、カセット３１２に半導体基板３０７が収容されている。半導体基板３０７には、図示しないレーザの入射面に金属電極が設けられている。さらに図示しないレーザ入射面の裏側には、化合物半導体層または低融点の金属電極を設けてある場合もある。
【００３９】
次に、上記レーザアニール装置３００の動作について説明する。
カセット３１２に収容された半導体基板３０７を搬送ロボット３１１によって取り出し、回転試料台３０６の円周上に複数載置する。
連続発振レーザ光源３０１からは波長５３２ｎｍの固体レーザの連続発振レーザ３０２が出力される。該連続発振レーザ３０２は、アッテネータ３０３を透過して所望のレーザ強度に調整され、光学系３０４において３０μｍ径のスポットビーム３０５に集光され、これを図５（ｂ）に示すように、回転試料台３０６に設置した半導体基板３０７へ照射する。
【００４０】
スポットビーム３０５は、回転試料台３０６の回転によって半導体基板３０７上では回転方向３０９へスキャンされる。このとき、基板上の照射地点にとって、連続して照射される時間が３００ｎｓ以上になるように、回転試料台３０６の回転速度、ビームサイズ、回転半径によって制御する。回転試料台３０６の回転速度は、回転機構が備えられ、制御装置３１５により制御される台３１３によって調整される。この台３１３が図示した方向３０８にステージ３１０で移動することで、全面照射が行われる。
【実施例１】
【００４１】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例における基板の構造は、図１（ｃ）における構造と同じものとした。すなわち、１００μｍ厚のＧａＡｓ基板の裏面に７００ｎｍのＡｕ電極を形成したもので、裏面の化合物半導体への影響を見るにはこの基板で十分である。
【００４２】
本発明では、上記のように波長５００〜５５０ｎｍの光を照射する。その理由としては、ひとつは金属の光反射率が低い波長帯であることが挙げられる。吸収係数の大きい金属にとっては、このように光進入長より十分に厚い膜では光の透過成分は存在しないため、反射以外の成分はすべて吸収されることとなる。従って、効率よく金属を加熱するには光反射率が低くなることが重要である。Ａｕの光反射率の波長依存性を図６に示す。図から、波長５５０ｎｍ以下で反射率が急激に減少していることが分かる。このことから、波長５５０ｎｍ以下では金属の光吸収が良くなり、レーザ光のエネルギーが効率的に金属に与えられることが分かる。
【００４３】
また、本発明で波長５００〜５５０ｎｍの光を照射するもう一つの理由としては、半導体基板の吸収係数が大きすぎないことである。ＧａＡｓの光吸収係数の波長依存性を図７に示す。波長５００ｎｍ未満では吸収係数が急激に上昇して、基板表面が過熱されやすくなることが推察される。
【００４４】
また、入射する光の強度が１／ｅになる深さを示す光の進入深さの波長依存性を図８に示す。図から、波長５００ｎｍ以上では進入深さが５０〜１００ｎｍ程度以上となることが分かり、レーザ光の吸収がある程度緩やかになり、過熱されにくくなることが分かる。
【００４５】
それでは、以下に波長５１５ｎｍでパルス幅３００ｎｓのレーザ光を照射した場合の結果を参考に本発明の実施例を説明する。本試験ではエネルギー密度５８０ｍＪ／ｃｍ２で照射を行った。上記の条件でＡｕ／ＧａＡｓを照射した後、３００ｎｓ後の深さ方向の温度分布を図９に示す。図から、Ａｕ／ＧａＡｓ界面付近のＡｕ裏面およびＧａＡｓ表面から１００ｎｍ位置の温度は４００℃を超え、アロイが進行する温度に到達していることが分かる。また、このときのＡｕ／ＧａＡｓ界面温度の時間変化を図１０に示す。
【００４６】
図から、４７ｎｓの長時間にわたって、界面が４００℃以上になっていたことが分かり、ＧａＡｓ表面から１００ｎｍ位置では４００℃を超える時間は８ｎｓとなり、化合物の形成にとって、長い時間最適な温度にあることで、良質の化合物が形成され、接触抵抗を低くすることができた。
次に、上記と同様の照射条件でＧａＡｓ基板を照射した後、３００ｎｓ後の深さ方向の温度分布を図１１に示す。図から、ＧａＡｓ基板の表面温度は最高１２３６℃であり、融点の１２４０℃以下に抑えられていることが分かり、その温度はＸｅＣｌエキシマレーザの波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ、エネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ２で照射したときよりも低く、ＧａＡｓの蒸発やダメージを抑制できることが分かる。
【００４７】
さらに、以下に波長５１５ｎｍでパルス幅１０００ｎｓのレーザ光を照射した場合の結果を参考に本発明の実施例を説明する。本試験ではエネルギー密度８９０ｍＪ／ｃｍ２で照射を行った。上記の条件でＡｕ／ＧａＡｓを照射した後、１０００ｎｓ後の深さ方向の温度分布を図１２に示す。図から、Ａｕ／ＧａＡｓ界面付近のＡｕ裏面およびＧａＡｓ表面から１００ｎｍ位置の温度は４００℃を超え、アロイが進行する温度に到達していることが分かる。
【００４８】
また、このときのＡｕ／ＧａＡｓ界面温度の時間変化を図１３に示す。図から、７２ｎｓの長時間にわたって、界面が４００℃以上になっていたことが分かり、ＧａＡｓ表面から１００ｎｍ位置では４００℃を超える時間は１４ｎｓとなり、化合物の形成にとって、長い時間最適な温度にあることで、高品質の化合物が形成され、接触抵抗をさらに低くすることができた。次に、上記と同様の照射条件でＧａＡｓ基板を照射した後、１０００ｎｓ後の深さ方向の温度分布を図１４に示す。
図から、ＧａＡｓ基板の表面温度は１０５０℃程度に抑制されていることが分かり、その温度はＸｅＣｌエキシマレーザの波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ、エネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ２で照射したときよりも低く、さらに波長５１５ｎｍ、パルス幅３００ｎｓ、エネルギー密度５８０ｍＪ／ｃｍ２で照射したときよりも低く、ＧａＡｓの蒸発やダメージを大幅に抑制できることが分かる。
【００４９】
このように、１０００ｎｓのパルス幅では、ＧａＡｓ表面のダメージを大幅に低減できるので、８９０ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギー密度で照射することで、界面付近をアロイ化が進行する温度にさらに長時間保つことができる。
例として、エネルギー密度１０００ｍＪ／ｃｍ２、パルス幅１０００ｎｓで照射を行った時の状態を図１５に示す。図１６から界面温度が４００℃以上となった時間は３３０ｎｓであり、ＧａＡｓ表面から１００ｎｍ位置では４００℃を超える時間は数２７４ｎｓとなり、同条件で照射したＧａＡｓ基板表面の最高温度は図１７から１１８６℃程度であり、ＧａＡｓ基板表面の温度上昇を抑制しつつ、アロイに適した温度をさらに長時間保ちながらアロイを行うことができた。このように、照射時間１０００ｎｓでは本発明の効果がさらに発揮されることが理解できる。
【００５０】
また、図１８に連続光の照射直後のＡｕ電極の表面と裏面の温度差および電極裏面とＧａＡｓGaAs表面から１００ｎｍ位置の温度差の、照射時間依存性を示す。図からわかるように、ＸｅＣｌエキシマレーザに比較して、本発明の実施条件では電極や界面の温度差が著しく低減していることを示しており、電極や界面に働く熱応力を小さくできた結果、電極の剥離や亀裂の発生を防ぐことができた。
【００５１】
さらに、本発明の実施例を説明する。ここでは、ＳｉＯ２／Ａｕ／ＧａＡｓ基板と、ＳｉＯ２／ＧａＡｓ基板を用意する。Ａｕ膜厚は変わらず７００ｎｍで、本発明の透過膜に相当するＳｉＯ２膜厚は下記に説明する４０ｎｍまたは２２０ｎｍとする。
図１９に、Ａｕ／ＧａＡｓおよびＧａＡｓ基板にＳｉＯ２膜を任意の厚みで成膜した際の、波長５１５ｎｍに対する反射率のＳｉＯ２膜厚依存性を示す。図から、どちらも特定の厚みでは反射率が周期的に低下し、その低下する膜厚が、それぞれ異なっていることが分かる。
【００５２】
図２０には、ＳｉＯ２膜が形成されていない場合の（入射光率−反射率）＝吸収率を１００％として、各ＳｉＯ２厚みの際にどれだけ吸収率が変化するかを示す。この数値は、その膜厚のＳｉＯ２があるときに、Ａｕ／ＧａＡｓの比較数値が１５０％である場合、同じエネルギー密度を照射しても、実質的にＡｕ／ＧａＡｓに１５０％のエネルギーが吸収されることを示している。もし、ＳｉＯ２／Ａｕ／ＧａＡｓの利得分が、ＳｉＯ２／ＧａＡｓの利得分よりも大きい場合、Ａｕ／ＧａＡｓ界面を４００℃にできるエネルギー密度でＳｉＯ２／ＧａＡｓを照射した場合、ＳｉＯ２膜なしのときよりも、もっと低温に抑えることができることは自明である。
【００５３】
図２０に示す、（ＳｉＯ２／Ａｕ／ＧａＡｓ）／（ＳｉＯ２／ＧａＡｓ）の倍率の高い、４０ｎｍまたは２２０ｎｍなどの膜厚でＳｉＯ２を成膜した場合は、このような条件で波長５１５ｎｍの吸収が起こることとなり、よりＧａＡｓ表面の温度を低温に保ったまま、Ａｕ／ＧａＡｓ界面をアロイ可能な温度に到達させることができる。
このことを、前記実施例で説明を行う。前記のパルス幅１０００ｎｓ、８９０ｍＪ／ｃｍ２で照射を行った際の反射率は、それぞれＡｕで６５．６％、ＧａＡｓで４０．３％である。このとき、吸収されるエネルギー密度は、それぞれＡｕで約３０６ｍＪ／ｃｍ２、ＧａＡｓで約５３１ｍＪ／ｃｍ２である。
ここで、４０ｎｍまたは２２０ｎｍのＳｉＯ２膜を表面に形成することで、反射率はそれぞれＡｕで４８％、ＧａＡｓで３２％に低下する。従って、ＳｉＯ２膜なしの場合の８９０ｍＪ／ｃｍ２照射と同様に、Ａｕ／ＧａＡｓ界面が４００℃を超えて同じアロイ効果を得るには、エネルギー密度５８９ｍＪ／ｃｍ２で照射すればよい。しかもこのときＧａＡｓ基板に吸収されるエネルギー密度は、４０１ｍＪ／ｃｍ２となり、ＧａＡｓ基板表面の最高温度を大幅に低下させることが出来る。
図２１は、本実施例におけるＡｕ／ＧａＡｓとＳｉＯ２／Ａｕ／ＧａＡｓの反射率の波長依存性である。図からわかるように、ＳｉＯ２膜の効果で反射率が低下していることが分かる。また、Ａｕの反射率を低下させるため、Ａｕに入射するエネルギーを節約でき、プロセスに必要なエネルギー密度が低下することから、同じ出力のレーザ発振器を用いた場合、ビームの面積を大きくすることができるため、スループットも向上することとなる。
【００５４】
本発明において、裏面の金属電極の厚みは７００ｎｍに限らず実施可能であり、効果を有する。金属の膜厚が厚くなる場合は、さらに連続照射時間を長く、エネルギー密度を上昇させることで、金属の表裏の温度差を抑えつつ、電極と半導体基板の界面付近を均一に加熱可能であり、本発明の効果がますます顕著となる。
本発明において、半導体基板の表面に形成する化合物半導体層は、図１、図２４に示す構造によらず、さまざまな構成とすることができる。また、半導体基板の表面側に形成する低融点の金属としてはたとえばＡｌ（アルミニウム）などが挙げられるが、これに限るものではない。
【００５５】
さらに、レーザ照射面から１０μｍ深さにおける本発明の説明に挙げた各照射条件における温度変化を図２２に示す。図からわかるように、最高温度は１００℃以下であり、ＧａＡｓ基板の厚みを１０μｍ以上とすることで、表面側にある化合物半導体や低融点の金属にダメージを与えることなく、基板の裏面側でレーザ照射による金属と半導体基板のアロイを行うことができることがわかる。
また、半導体基板とアロイを行う金属に関しては、本発明においてはＡｕおよびＣｕでは特にその効果があるといえる。各種金属の反射率の波長変化を図２３に示す。図から、ＡｕおよびＣｕは波長５５０ｎｍ以下では反射率が低下し、光の吸収が改善されることが分かる。ここで取り上げていない、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗなどの金属も、本発明で使用することができ、Ｓｉ基板との高品質なアロイが可能である。
【００５６】
Ｓｉ基板とのアロイとしては、例えばＳｉ基板のｐ型Ｓｉ層上のＡｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ電極のＡｌ−Ｓｉのアロイ、Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ電極のＮｉ−Ｓｉのアロイなどが知られており、このような電極のアロイに関しても、波長５００−５５０ｎｍかつ半値幅３００ｎｓ以上、より好ましくは１０００ｎｓ以上のパルス状レーザ光の照射によって、高品質なアロイが可能である。また、金属電極がパターニングされている場合でも、本発明によってＳｉ基板の過熱を抑制することが出来る。Ｓｉ基板のオーミックコンタクト電極基板としては、例えばパワー半導体素子であるＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）として利用することができる。
【００５７】
また、一例としてＧａＮ基板とのアロイとしては、ＧａＮ基板のｎ型ＧａＮ層上のＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ電極のＴｉ−ＧａＮのアロイ、ワイドバンドギャップの半導体基板であるサファイア基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ膜付き基板や、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ膜付き基板上のＡｕ／Ｎｉ電極のＡｕ−ＧａＮのアロイが知られており、同様に３００−１０００ｎｓ以上の長さのパルス状レーザ光照射によって、高品質なアロイが可能である。また、金属電極がパターニングされている場合でも、ＧａＮは波長５００−５５０ｎｍの光を吸収しないため、電極のみ加熱してＧａＮ基板が露出している部分には光が吸収されずに透過することとなる。サファイア基板上ＧａＮ膜においても同様に光は透過することとなり、悪影響を及ぼさない。Ｓｉ基板上ＧａＮ膜ではＧａＮ膜を透過しＳｉ基板に吸収されるが、本発明の効果によってＧａＮ膜付きＳｉ基板は悪影響を受けない。ＧａＮ基板やＧａＮ膜付き基板のＧａＮオーミックコンタクト電極基板としては、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などの発光素子、パワー半導体素子として利用することができる。
本発明によるアロイで製造した半導体基板は、接触抵抗が低く、密着性の良い電極を有する基板であり、高品質な製品として使用できる。
【００５８】
以上、本発明について、前記実施形態および前期実施例に基づいて説明を行ったが、本発明は上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１    半導体基板
２    化合物半導体層
３    金属電極
４    金属膜
１００  レーザアニール装置
１０１  パルス発振レーザ光源
１０６  試料台
１０７  半導体基板
１１０  ステージ
２００  レーザアニール装置
２０１  連続発振レーザ光源
２０４  ポリゴンミラー
２０６  試料台
２０７  半導体基板
２１０  ステージ
２１３  ｆθレンズ
３００  レーザアニール装置
３０１  連続発振レーザ光源
３０６  回転試料台
３０７  半導体基板
３１０  ステージ
【図１】
2011124455.tif 000003
【図２】
2011124455.tif 000004
【図３】
2011124455.tif 000005
【図４】
2011124455.tif 000006
【図５】
2011124455.tif 000007
【図６】
2011124455.tif 000008
【図７】
2011124455.tif 000009
【図８】
2011124455.tif 000010
【図９】
2011124455.tif 000011
【図１０】
2011124455.tif 000012
【図１１】
2011124455.tif 000013
【図１２】
2011124455.tif 000014
【図１３】
2011124455.tif 000015
【図１４】
2011124455.tif 000016
【図１５】
2011124455.tif 000017
【図１６】
2011124455.tif 000018
【図１７】
2011124455.tif 000019
【図１８】
2011124455.tif 000020
【図１９】
2011124455.tif 000021
【図２０】
2011124455.tif 000022
【図２１】
2011124455.tif 000023
【図２２】
2011124455.tif 000024
【図２３】
2011124455.tif 000025
【図２４】
2011124455.tif 000026
【図２５】
2011124455.tif 000027
【図２６】
2011124455.tif 000028
【図２７】
2011124455.tif 000029
【図２８】
2011124455.tif 000030