(57)【要約】【課題】P型コンタクト層とP型電極との間のコンタクト抵抗が低抵抗なP型電極を有する窒化物半導体装置およびその製造方法を得ることを目的としてる。【解決手段】本発明の窒化物半導体装置は、P型コンタクト層１と、P型コンタクト層１上に設けられたP型電極とを備える。P型電極は、P型コンタクト層１上に設けられたAuGa膜２と、AuGa膜２上に設けられたAu膜３と、Au膜３上に設けられたPt膜４と、Pt膜４上に設けられたAu膜５とを備え、AuGa膜２とAu膜３との合計膜厚に対するAuGa膜２の膜厚の比が１２％以上４６％以下となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
P型コンタクト層と、
前記P型コンタクト層上に設けられたAuGa膜と、
前記AuGa膜上に設けられた第１のAu膜と、を備え、
前記AuGa膜と前記第１のAu膜との合計膜厚に対するAuGa膜の膜厚の比が１２％以上４６％以下である窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記AuGa膜と前記第１のAu膜との合計膜厚に対するAuGa膜の膜厚の比が１５％以上２５％以下であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記AuGa膜の膜厚が５nmより大きいことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１のAu膜上に設けられたPt膜と、
前記Pt膜上に設けられた第２のAu膜と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記AuGa膜と前記第１のAu層とが合金化されることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記AuGa膜の膜厚が１０nmであり、前記第１のAu膜の膜厚が１５nm以上７５nm以下であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記第１のAu膜の膜厚が３０nm以上５５nm以下であることを特徴とする請求項６記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
（ａ）P型コンタクト層上にAuGa膜を形成する工程と、
（ｂ）前記AuGa膜上に第１のAu膜を形成する工程と、を備え、
前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）は、前記AuGa膜と前記第１のAu膜との合計膜厚に対するAuGa膜の膜厚の比が１２％以上４６％以下になるように行われ、
（ｃ）前記AuGa膜および前記第１のAu膜とを熱処理する工程をさらに備える窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｂ）の後に、
（ｄ）前記第１のAu膜上にPt膜を形成する工程と、
（ｅ）前記Pt膜上に第２のAu膜を形成する工程と、をさらに備え、
前記工程（ｃ）において、前記Pt膜および前記第２のAu膜にも熱処理を行うことを特徴とする請求項８記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理の温度範囲が６８０℃以上７８０℃以下であることを特徴とする請求項８記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記熱処理時の雰囲気として酸素を含むことを特徴とする請求項８記載の窒化物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、P型電極を備えた窒化物半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の窒化物半導体装置では、例えば下記非特許文献１に記載されているようにP型電極材料としてパラジュウム（Pd）を用いてP型電極を形成している。
【０００３】
【非特許文献１】JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOLUME95,NUMBER10,pp5917-5919.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来技術における窒化物半導体装置にあっては、例えばレーザダイオードを作製し、P型コンタクト抵抗が十分に低くない場合、このレーザダイオードを動作させるための動作電圧の増加や動作時の発熱による特性のバラツキを生じる。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点があった。そのため、P型コンタクト層とP型電極との間のコンタクト抵抗のさらなる低減が望まれていた。
【０００５】
そこで本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、P型コンタクト層とP型電極との間のコンタクト抵抗が低抵抗なP型電極を有する窒化物半導体装置およびその製造方法を得ることを目的としてる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の窒化物半導体装置は、P型コンタクト層と、前記P型コンタクト層上に設けられたAuGa膜と、前記AuGa膜上に設けられた第１のAu膜とを備え、前記AuGa膜と前記第１のAu膜との合計膜厚に対するAuGa膜の膜厚の比が１２％以上４６％以下となる。
【０００７】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、（ａ）P型コンタクト層上にAuGa膜を形成する工程と、（ｂ）前記AuGa膜上に第１のAu膜を形成する工程とを備え、前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）は、前記AuGa膜と前記第１のAu膜との合計膜厚に対するAuGa膜の膜厚の比が１２％以上４６％以下になるように行われ、（ｃ）前記AuGa膜および前記第１のAu膜とを熱処理する工程をさらに備える。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載のように、P型電極材料にAuGa／Auの２層構造を用い、かつAuGa膜とAu膜との合計膜厚に対するAuGa膜の膜厚の比が１２％以上４６％以下となる構成にすることにより、P型コンタクト抵抗を従来よりもさらに低くすることができ、レーザダイオードの動作電圧を低くすることができる。これにより動作時の発熱も減少させることが可能になり、高出力で長期的に安定した動作が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本実施の形態にかかる窒化物半導体装置を示す断面図である。P型コンタクト層１の上面にP型電極材料であるAuGa膜２、第１のAu膜（以下Au膜３と記載）、Pt膜４、第２のAu膜（以下Au膜５と記載）が順次設けられている。
【００１０】
図２は種々のP型電極材料とコンタクト抵抗の相対値との関係を示したものである。ここで、コンタクト抵抗の相対値とは、従来のPd膜を用いたP型電極とP型コンタクト層１との間のコンタクト抵抗に対する比率である。また、以下に示す図６、図７、図８も同様に従来のPd膜を用いたP型電極のコンタクト抵抗に対する比率であるものとする。なおPt膜４とAu膜５は本発明および従来においても設けられているものとする。
【００１１】
図２を参照して、従来のP型電極材料として用いられているPd膜に代えてAuGa膜２のみを用いた場合は、従来のPd膜を用いたP型電極と比較してコンタクト抵抗率が高くなることがわかる。また、このAuGa膜２の膜厚を２０nmから２００nmと厚くすることでコンタクト抵抗率が増大していることが分かる。しかし、従来のPd膜に代えて本発明によるAuGa／Au構造を用いることで従来のPd膜を用いたP型電極に比べてコンタクト抵抗率をおよそ７割程度低減できることがわかる。このことから、低抵抗なP型電極を得るためには、Pt膜４とP型コンタクト層１との間にAuGa膜２のみを設けるのではなく、AuGa膜２、Au膜３という２層構造を設ける必要があることがわかる。
【００１２】
次に、図３から図５を参照して、本発明における窒化物半導体装置の製造方法を説明する。
【００１３】
まず、P型コンタクト層１上に選択的にP型電極材料を配置するためのレジスト膜６を形成する（図３）。次に、電子ビーム（EB）蒸着法等によりP型コンタクト層１およびレジスト膜６上にAuGa膜２、Au膜３、Pt膜４、およびAu膜５を順次堆積する（図４）。次に、P型電極材料堆積後、リフトオフ法により不要な部分のP型電極材料およびレジスト膜６を除去することでP型コンタクト層１上にのみP型電極材料が残存する（図５）。次に、P型電極材料堆積後に熱処理を行うことにより低抵抗なコンタクト抵抗を有するP型電極が形成される。なお、P型コンタクト層１としては例えばP型のAlxGa1-xN（０≦x≦１）が使用できる。
【００１４】
表１はAuGa膜２の膜厚とP型コンタクト層１との密着性の関係を示したものである。ここで、AuGa膜２中のGaはP型コンタクト層１との密着性を改善する効果があり、具体的には、P型コンタクト層１上に形成した熱処理を行う前の状態の電極材料を超音波洗浄機で４５kHz，１分の処理を行う。AuGa膜２の膜厚が５nm以下ではAuGa膜２とP型コンタクト層１との間で密着不足による剥がれが生じる。この剥がれは、デバイスの歩留まりを低下させるほかに、コンタクト抵抗率の値自身のバラツキを大きくする要因となる。そのため、AuGa膜２とP型コンタクト層１との間の密着性は重要になり、AuGa膜２の膜厚を５nmより大きくすることにより、AuGa膜２とP型コンタクト層１との密着性が改善される。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
次に、図６はコンタクト抵抗の相対値とAuGa膜２とAu膜３のトータル膜厚に対するAuGa膜２の膜厚の比との関係を示したものである。従来の窒化物半導体装置のコンタクト抵抗よりも低抵抗なコンタクト抵抗値を得るためには、コンタクト抵抗の相対値は１以下が必要であり、これ以上では十分な抵抗低減効果が得られない。以上のことから抵抗低減効果を得るためには、AuGa膜２とAu膜３とのトータル膜厚に対するAuGa膜２の膜厚の比xは１２％≦x≦４６％程度であることが望ましい。さらに、AuGa膜２の膜厚の比を１５％≦x≦２５％程度とすることでコンタクト抵抗の相対値を０．５以下と大幅に低減することが可能である。
【００１７】
次に、図７はコンタクト抵抗の相対値と熱処理温度との関係を示したものである。従来の窒化物半導体装置のコンタクト抵抗よりも低抵抗なコンタクト抵抗値を得るためには、コンタクト抵抗の相対値は１以下が必要であり、これ以上では十分な抵抗値低減効果が得られない。以上のことから抵抗低減効果を得るためには、熱処理温度が６８０℃以上７８０℃以下程度が望ましい。
【００１８】
このような構成によれば、熱処理を行うことにより、AuGa膜２によりP型コンタクト層１中から窒素原子がP型半導体としてのP型コンタクト層１の表面近傍に引き寄せられる。これによりP型コンタクト層１の表面では引き寄せられた窒素原子により窒素空孔が埋められてP型コンタクト層１を構成するP型半導体の表面近傍がN型化することが抑制される。
【００１９】
また、AuGa膜２、Au膜３によりP型コンタクト層１の表面のGa原子がAu膜３中に引き抜かれることでP型コンタクト層１の表面にGa空孔が形成されP型半導体の表面のP型特性がより強くなり、さらにGa空孔にアクセプタ不純物が取り込まれることでP型半導体の表面のP型特性がより強くなる。これによりP型コンタクト層１の表面のキャリア濃度が増加し、その結果、低抵抗なP型電極が得られる。
【００２０】
また、Au膜３中をPt膜４が拡散するがこのPt膜４の拡散量を調整する役割りもAu膜３は担っている。すなわち、P型コンタクト層１からGaを引き抜き、P型コンタクト層１の表面のキャリア濃度が増加した状態のところにPt膜４が到達することで低抵抗なP型電極が実現可能となる。
【００２１】
例えばこの現象に必要な膜厚構成としてはAuGa/Au＝１０/５０nm等が考えられる。Au膜厚３が薄すぎるとP型コンタクト層１の表面が改質される前にPt膜４が到達するため、抵抗改善は難しい。また、Au膜３が厚すぎるとP型コンタクト層１の表面が改質されてもPt膜4が到達しないので抵抗改善は難しくなる。さらに、Au膜３が厚い場合に、Pt４を拡散させるために長時間処理が考えられるが、この場合は、P型コンタクト層１からGa原子が引き抜かれるのみでなくN原子も引き抜かれ始め、増加させたキャリアを相殺してしまうために、抵抗改善が出来ない。
【００２２】
ここで、熱処理雰囲気は大気、窒素、酸素、不活性ガス中であればよく、酸素を含むことでP型コンタクト層１とAuGa膜２との界面における反応が促進する。具体的には、上記のコンタクト層１におけるGa空孔形成が酸素を含む雰囲気で処理することで効果的に発生し、半導体表面がよりキャリア濃度が高くなり低抵抗化が可能となる。
【００２３】
また、熱処理の条件に応じてAuGa膜２とAu膜３とは合金化してもよく、この合金化により形成された合金膜中にGaが分布する。このとき、AuGa膜２とAu膜３との２層構造の場合と同様にP型コンタクト層１の表面のキャリア濃度が増加し、低抵抗なP型電極が得られる。また、Gaの分布に関しては、熱処理前には不均一であることが有効である。
【００２４】
次に、図８はAuGa膜２の膜厚が10nmの場合のコンタクト抵抗の相対値とAu膜３の膜厚との関係を示したものである。AuGa膜２の膜厚が１０nmの場合、従来の窒化物半導体装置のコンタクト抵抗よりも低抵抗なコンタクト抵抗値を得るためには、コンタクト抵抗の想定値は１以下が必要であり、これ以上では十分な抵抗値低減効果が得られない。以上のことから抵抗低減効果を得るためには、Au膜３の膜厚xは１５≦x≦７５nm程度であれば良い。さらに、Au膜３の膜厚を３０≦x≦５５nm程度とすることでコンタクト抵抗の相対値を０．５以下と大幅に低減することが可能である。
【００２５】
このようにP型電極材料として従来のPd膜に代えてAuGa膜２、Au膜３の２層構造を設けることにより、P型コンタクト層１とP型電極との間のコンタクト抵抗を低減することができる。これにより、デバイスの動作電圧を低減することが可能となり、また、発熱による影響を低減できるため、安定した動作出力を得て高出力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態にかかる窒化物半導体装置を示す断面図である。
【図２】電極材料とコンタクト抵抗の相対値との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】AuGa／（Au＋AuGa）の膜厚比とコンタクト抵抗の相対値との関係を示す図である。
【図７】熱処理温度とコンタクト抵抗の相対値との関係を示す図である。
【図８】Au膜の膜厚とコンタクト抵抗の相対値との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  P型コンタクト層、２  AuGa膜、３，５  Au膜、４  Pt膜、６  レジスト。
【図１】
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【図２】
2008130717.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008130717.tif 000008
【図６】
2008130717.tif 000009
【図７】
2008130717.tif 000010
【図８】
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