(57)【要約】    【課題】ｐ型窒化ガリウム層と正電極層との間の接触抵抗が小さい半導体装置を提供する。    【解決手段】  ｐ型窒化ガリウム層６４の表面に窒素ラジカルを照射し、ダングリングボンドが消滅した改質層６５を形成した後、スパッタリング法によってＩＴＯターゲットをスパッタリングし、改質層６５に接触した正電極層６６を形成し半導体装置１５を製造する。正電極層６６がＩＴＯの場合は真空雰囲気中でアニールを行うと更に接触抵抗を小さくすることができる。【選択図】    図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気中で基板に形成されたｐ型窒化ガリウム層に窒素ラジカルを照射し、前記ｐ型窒化ガリウム層の表面に改質層を形成し、
前記改質層の表面に正電極層を形成し、半導体装置を製造する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記正電極層は、前記正電極層を構成する材料から成る導電性ターゲットをスパッタリングして形成する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記窒素ラジカルの照射量は１５０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上１２７２（Ｗ／ｃｍ3・分）以下である請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記正電極層はＩＴＯから成る導電性ターゲットをスパッタリングして形成し、前記正電極層が形成された前記基板を真空雰囲気中で加熱するアニールを行う請求項２又は請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記窒素ラジカルの照射量は３４０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上４８０（Ｗ／ｃｍ3・分）以下である請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記正電極層はＡｇから成る導電性ターゲットをスパッタリングして形成し、前記正電極層が形成された前記基板を真空雰囲気中で加熱するアニールを行い、前記窒素ラジカルの照射量は３１０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上４７５（Ｗ／ｃｍ3・分）以下である請求項２又は請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、窒化ガリウム薄膜の表面に設ける電極を製造する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム薄膜はＬＥＤ装置や無線通信用半導体装置等に用いられており、窒化ガリウム薄膜を用いた電子素子の特性を向上させるために、窒化ガリウム薄膜に低抵抗で接続出来る電極の製造方法が研究開発されている。
【０００３】
特に、ｐ型窒化ガリウム層と正電極との接触抵抗は１×１０-4Ω・ｃｍ2程度の大きさであり、高い値を示している。その原因は、ｐ型窒化ガリウムの仕事関数が高いこと、仕事関数が高い正電極材料が発見されていないこと、ｐ型窒化ガリウムの活性化率が低いこと、とが挙げられる。
【０００４】
ＩＴＯの正電極とｐ型窒化ガリウム薄膜との間にＩＴＯ以外の材料の薄い補助的な電極膜を設ける試みもあるが、工程が増加し、また特性も安定しないため、接触抵抗を小さくすることができる製造方法の開発が望まれている。
またＩＴＯ以外の金属電極を形成する場合もあるが接触抵抗値が大きいため、小さい接触抵抗の金属電極の製造方法の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２２９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、接触抵抗が小さい電極層を開発することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、真空雰囲気中で基板に形成されたｐ型窒化ガリウム層に窒素ラジカルを照射し、前記ｐ型窒化ガリウム層の表面に改質層を形成し、前記改質層の表面に正電極層を形成し、半導体装置を製造する半導体装置の製造方法である。
本発明は、前記正電極層は、前記正電極層を構成する材料から成る導電性ターゲットをスパッタリングして形成する半導体装置の製造方法である。
本発明は、前記窒素ラジカルの照射量は１５０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上１２７２（Ｗ／ｃｍ3・分）以下である半導体装置の製造方法である。
本発明は、前記正電極層はＩＴＯから成る導電性ターゲットをスパッタリングして形成し、前記正電極層が形成された前記基板を真空雰囲気中で加熱するアニールを行う半導体装置の製造方法である。
本発明は、前記窒素ラジカルの照射量は３４０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上４８０（Ｗ／ｃｍ3・分）以下である半導体装置の製造方法である。
本発明は、前記正電極層はＡｇから成る導電性ターゲットをスパッタリングして形成し、前記正電極層が形成された前記基板を真空雰囲気中で加熱するアニールを行い、前記窒素ラジカルの照射量は３１０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上４７５（Ｗ／ｃｍ3・分）以下である半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
ｐ型窒化ガリウム薄膜を形成した後、基板を大気に曝さずに、又は基板を大気に曝した後、接触抵抗が小さい電極層を形成することができる。
【０００９】
電極層を構成する物質がＩＴＯの場合には、正電極層とｐ型窒化ガリウム薄膜との間に、ＩＴＯとは異なる材料の薄膜を形成せずに、低抵抗のオーミック接触を得ることができる。
【００１０】
低温で接触抵抗が小さい電極層を形成できるので、パターニングされたフォトレジストが表面に配置された基板に電極層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に用いる真空処理装置
【図２】ｐ型窒化ガリウム層形成装置
【図３】表面改質装置
【図４】電極層形成装置
【図５】ｐ型窒化ガリウム層を形成する基板
【図６】改質層を形成する基板
【図７】正電極層を形成する基板
【図８】正電極層をパターニングする基板
【図９】負電極層が形成された基板
【図１０】（ａ）改質層のないサンプル（ｂ）改質層のあるサンプル（ｃ）電極の表面形状
【図１１】照射時間と電圧の関係を示すグラフ
【図１２】改質層を形成する基板
【図１３】正電極層を形成する基板
【図１４】リフトオフが行われる基板
【図１５】発光装置
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１の符号１０は、本発明方法を実施するための真空処理装置１０であり、ｐ型窒化ガリウム層形成装置２と、表面改質装置３と、電極層形成装置４とを有しており、ｐ型窒化ガリウム層形成装置２と表面改質装置３との間と、表面改質装置３と電極層形成装置４との間はゲートバルブ８１、８２を介してそれぞれ接続されている。
【００１３】
ここでは、ｐ型窒化ガリウム層形成装置２は、図２に示すようにＭＯＣＶＤ装置であり、真空槽１１を有している。真空槽１１は真空排気装置１９に接続されている。後述するように、表面改質装置３と電極層形成装置４とは、真空槽１２、１３をそれぞれ有しており、真空槽１２、１３には真空排気装置２４、５６がそれぞれ接続されている。各装置２〜４の真空槽１１、１２、１３は真空排気装置１９、２４、５６によって真空排気されて真空雰囲気にされている。
【００１４】
ｐ型窒化ガリウム層形成装置２の真空槽１１の内部にはノズル３１が配置されており、真空槽１１の外部には原料ガス源３６と反応ガス源３７とが配置されている。ノズル３１は配管３２によって、原料ガス源３６と反応ガス源３７とに接続されており、原料ガス源３６と反応ガス源３７とから、有機金属である原料ガスと反応性を有する反応ガスとがそれぞれ供給されるようにされている。
【００１５】
真空槽１１の内部には基板ホルダ２１が設けられ、ノズル３１と対面する位置の基板ホルダ２１上に基板５が配置されている。
図５は、基板５の内部構造を示す断面図であり、サファイア基板６１上にｎ型の窒化ガリウム層６２が形成され、ｎ型の窒化ガリウム層６２上に発光層６３が形成されており、発光層６３がノズル３１と対面されている。
【００１６】
ノズル３１から放出された原料ガスと反応ガスとは、基板５のうちのノズル３１と対面する発光層６３の表面に到達する。
原料ガス又は反応ガスには金属化合物ガスが添加されており、図６に示すように、ここでは発光層６３の表面にはマグネシウムを含有するｐ型窒化ガリウム層６４が形成される。
【００１７】
なお、図２の符号２３と後述する図３、図４の符号４３、５３はヒータであり、図２、図３、図４の符号２７、２８、２９はヒータ２３、４３、５３に電力を供給する電源である。
【００１８】
ｐ型窒化ガリウム層６４が形成された基板６は、ゲートバルブ８１を通過して表面改質装置３の中に搬入される。
図３は、表面改質装置３の内部概略図であり、真空槽１２の内部に基板ホルダ４１が配置され、搬入された基板６は真空槽１２の内部の基板ホルダ４１に配置される。
【００１９】
この真空槽１２の内部のうち、基板ホルダ４１に配置された基板６と対面する位置にはラジカルガン４０が配置されている。
ラジカルガン４０は、反応筒４４と、反応筒４４の外周に巻き回されたコイル４５とを有している。この真空槽１２の外部には、ラジカル用電源４６と表面改質ガス供給源４７とが配置されており、コイル４５はラジカル用電源４６に接続され、ラジカル用電源４６が出力する交流電圧がコイル４５に印加される。
【００２０】
反応筒４４の根本の一端部分は表面改質ガス供給源４７に接続され、反応筒４４の先端の一端部分には放出口４８が設けられている。
反応筒４４の内部には、表面改質ガス供給源４７から表面改質ガスが供給されながら、コイル４５に交流電圧が印加されると、反応筒４４の内部に交流磁界が形成され、表面改質ガスが活性化され、表面改質ガスがイオン化とラジカル化され、反応筒４４の内部にイオンとラジカルとが生成され、放出口４８から放出される。
【００２１】
放出口４８にはフィルタ４９が設けられており、フィルタ４９には電圧が印加されており、イオンはフィルタ４９を通過することができない。従って、放出口４８から放出されたイオンとラジカルのうち、ラジカルだけフィルタ４９を通過し、ラジカルガン４０の外部に放出される。
【００２２】
ここでは表面改質ガスには窒素ガスが用いられており、反応筒４４の内部では窒素ラジカルが生成されている。窒素ラジカルはフィルタ４９を通過してラジカルガン４０から放出され、基板６の表面に位置するｐ型窒化ガリウム層６４に照射される。
【００２３】
ｐ型窒化ガリウム層６４に照射された窒素ラジカルは、ｐ型窒化ガリウム層６４の表面に位置する窒化ガリウム結晶と反応し、ｐ型窒化ガリウム層６４のダングリングボンドを消滅させて結晶性を改善させ、図７に示す様にｐ型窒化ガリウム層６４の表面に結晶性が改善された改質層６５が形成される。
なお、図３の符号４２は、外周にコイル４５が巻き回された反応筒４４を配置するケースである。
【００２４】
改質層６５が形成された基板７はゲートバルブ８２を介して電極層形成装置４の真空槽１３の内部に移動され、基板ホルダ５１上に配置される。
真空槽１３の内部には、カソード電極５４と、カソード電極５４に取り付けられた導電体ターゲット５５とを有している。
導電体ターゲット５５は導電性物質で構成されており、基板ホルダ５１に配置された基板７と対面する位置に配置されている。
【００２５】
真空槽１３にはスパッタリングガス供給源５７が配置されており、スパッタリングガス供給源５７からスパッタリングガスを真空槽１３の内部に供給し、カソード電極５４に接続されたスパッタリング電源５２を起動してカソード電極５４に負電圧を印加すると、導電体ターゲット５５がスパッタリングされ、図８に示すように、改質層６５の表面に改質層６５に接触した正電極層６６が形成される。
【００２６】
改質層６５の結晶性はｐ型窒化ガリウム層６４よりも向上されており、正電極層６６が改質層６５と接触しているときの方が、正電極層６６がｐ型窒化ガリウム層６４と接触しているときよりも接触によって生じる抵抗値が小さくなる。
【００２７】
導電体ターゲット５５を構成する導電性物質には、ＩＴＯ(酸化インジウム錫)を用い、ＩＴＯから成る正電極層６６を形成することができ、また、導電体ターゲット５５を構成する導電性物質に例えば銀等の金属を用い、銀薄膜等の金属薄膜を正電極層６６にすることができる。
【００２８】
正電極層６６が形成された基板８は、真空処理装置１０の外部に取り出され、正電極層６６が所定の平面形状にパターニングされると共に、図９に示すようにｎ型窒化ガリウム層６２の一部が露出され、その表面に負電極層６８が形成され、半導体装置１５が得られる。
【００２９】
この半導体装置１５では、正電極層６６に正電圧を印加し負電極層６８に負電圧を印加すると正電極層６６から負電極層６８に向けて電流が流れ、このとき発光層６３が通電され、発光層６３が発光する。正電極層６６と改質層６５との間の接触抵抗が低いので、低電圧で発光させることができる。
【００３０】
正電極層６６がＩＴＯの場合は、正電極層６６をパターニングした後負電極層６８を形成する前に、真空雰囲気中で加熱するアニールを行い、正電極層６６と改質層６５との間の抵抗値を一層小さくすることができる。
【００３１】
なお、改質層６５が形成されるｐ型窒化ガリウム層６４はＭＯＣＶＤ法によって形成されていたが、スパッタリング法によって形成しても、改質層６５を形成すると、接触抵抗値は小さくなる。
【００３２】
電極層とｐ型窒化ガリウム層との間の接触抵抗と、電極層と改質層との間の接触抵抗を測定した。
図１０(ａ)、(ｂ)に、測定対象物を示す。
【００３３】
サファイア基板７１上にｎ型窒化ガリウム層７２とｐ型窒化ガリウム層７４とをこの順序で積層し、窒素ラジカルを照射せず、ｐ型窒化ガリウム層７４上に二個の電極層７７、７８を形成したサンプル７０ａ(照射時間０分)と、窒素ラジカルを所定時間照射してｐ型窒化ガリウム層７４の表面に表面処理層７５を形成し、表面処理層７５上に二個の電極層７７、７８を形成したサンプル７０ｂ(照射時間５、１５、３０、６０分)とを作成した。
【００３４】
サンプル７０ａ、７０ｂの電極層７７、７８間に定電流を流し、電圧を測定した。図１０(ｃ)は、二個の電極層７７、７８の平面図である。
下記表１は、窒素ラジカルの照射時間と接触抵抗の関係を示しており、「アニールなし」はアニールをせずに抵抗値を測定した場合であり、「アニール有り」は真空雰囲気中で５５０℃のアニール処理をした後の抵抗値を測定した場合である。電極層７７、７８にはＩＴＯを用いた。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
図１１は、表１の測定結果のグラフの一例であり、照射時間が５分以上の範囲に最適な照射時間が存在すると考えられる。
窒素ラジカルの照射時間が長くなると抵抗値が増大するのは、表面処理層での窒素の脱離や拡散が発生し、また、ＩＴＯと結合することで変質したＩＴＯ層の仕事関数が低下し、ＩＶ特性が悪化するのではないかと考えられる。
【００３７】
次に、ＩＴＯから成る電極層７７、７８と、銀から成る電極層７７、７８について、ラジカルガンに投入した電力(投入パワー)と照射時間を変え、接触抵抗値の低さを評価した。
評価結果を下記表２と表３に示す。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
【表３】
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【００４０】
ＩＴＯ薄膜をｐ型窒化ガリウム層の表面に形成した後、大気中に取り出してＩＴＯ薄膜をパターニングし、真空雰囲気中でアニールすれば、ＩＴＯから成る正電極層の接触抵抗を低下させることができる。この場合のアニール温度は５００℃以上６００℃以下の温度範囲が適当である。
【００４１】
測定した投入パワーでは、５分〜１５分の範囲で最もよい結果が得られている。
「パワー密度」×「照射時間」を「照射量」とすると、表２、３の測定結果は下記表４のように表すことができる。
【００４２】
【表４】
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【００４３】
ＩＴＯと銀は、共に「照射量」が４５０(Ｗ／ｃｍ3・分)の値が低抵抗になっている。
つまりＩＴＯのような透明導電膜の場合、「照射量」は１５０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上１２７２（Ｗ／ｃｍ3・分）以下であってよく、３４０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上４８０（Ｗ／ｃｍ3・分）以下が好ましく、４５０(Ｗ／ｃｍ3・分)とすることが最も好適であることが分かる。
【００４４】
Ａｇのような金属の場合、「照射量」は１５０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上（２０００Ｗ／ｃｍ3・分）以下であってよく、３１０（Ｗ／ｃｍ3・分）以上４７５（Ｗ／ｃｍ3・分）以下が好ましく、４５０(Ｗ／ｃｍ3・分)とすることが最も好適であることが分かる。
【００４５】
次に、他の半導体装置の製造方法を説明する。
図１２は、基板９５の内部構造を示す断面図であり、サファイア基板８１上にｎ型の窒化ガリウム層８２が形成され、ｎ型の窒化ガリウム層８２上に発光層８３が形成され、発光層８３上にマグネシウムを含有するｐ型窒化ガリウム層８４が形成されている。
【００４６】
ｐ型窒化ガリウム層８４の表面には、パターニングされた有機薄膜であるレジスト層８８が形成されており、この基板９５を、大気雰囲気中から真空雰囲気が形成された表面改質装置３の内部に搬入する。
基板９５のレジスト層８８には開口８９が形成されており、開口８９の底面にはｐ型窒化ガリウム層８４が露出されている。
【００４７】
ラジカルガン４０から窒素ラジカルを放出させ、基板９５のレジスト層８８が形成された面に向けて放出すると、開口８９を通過した窒素ラジカルは開口８９底面に露出するｐ型窒化ガリウム層８４の表面に照射される。その結果、ｐ型窒化ガリウム層８４の表面に位置する窒化ガリウム結晶と反応し、ｐ型窒化ガリウム層８４のダングリングボンドが消滅し、結晶性が改善する。
【００４８】
図１３の符号８５は、ｐ型窒化ガリウム層８４の表面に形成され結晶性が改善された改質層であり、開口８９の底面に位置している。
改質層８５が形成された基板９７は電極層形成装置４の真空槽１３の内部に移動され、基板ホルダ５１上に配置される。真空槽１３の内部は真空雰囲気にされており、導電体ターゲット５５がスパッタリングされ、図１４に示すように、レジスト層８８の表面と開口８９の内部とに正電極層８６が形成される。開口８９の内部に形成された正電極層８６は改質層８５の表面と接触する。
【００４９】
改質層８５の結晶性はｐ型窒化ガリウム層８４よりも向上されており、正電極層８６が改質層８５と接触しているときの方が、正電極層８６がｐ型窒化ガリウム層８４と接触しているときよりも接触によって生じる抵抗値が小さくなる。
【００５０】
正電極層８６が形成された基板９８は、真空処理装置１０の外部に取り出され、レジスト層８８を溶解除去するエッチング液に浸漬されると、レジスト層８８と、レジスト層８８上に位置する正電極層８６とが除去され、図１５に示すように改質層８５の表面上に正電極層８６が位置する。
【００５１】
次いで、レジスト層８８と、レジスト層８８上に位置する正電極層８６とが除去された基板を真空雰囲気中で加熱し、５００℃以上６００℃以下の温度範囲に昇温させてアニールした後、ｎ型の窒化ガリウム層８２に負電極層を電気的に接続すると半導体装置９９が得られる。この半導体装置９９の正電極層８６と負電極層との間に電圧を印加して電流を流すと、発光層８３が発光する。
【符号の説明】
【００５２】
１０……真空処理装置
１５、９９……半導体装置
６４、８４……ｐ型窒化ガリウム層
６５、８５……改質層
６６、８６……正電極層
【図１】
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【図２】
2019153657.tif 000008
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019153657.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
2019153657.tif 000021