(57)【要約】【課題】  ４００℃以上の温度での熱処理をしなくても、塩素ガスのみのドライエッチングでは得られない低い値のｎ型電極のコンタクト抵抗を有する窒化物半導体装置を得る。【解決手段】  ＧａＮ基板主面に窒化物半導体層形を形成する工程と、上記窒化物半導体層が形成されたＧａＮ基板の裏面を研磨する工程と、上記研磨されたＧａＮ基板の裏面を塩素と酸素との混合ガスにてドライエッチングする工程と、上記ドライエッチングされたＧａＮ基板の裏面にｎ型電極を形成する工程とにより、窒化物半導体装置を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ基板を用いた窒化物半導体装置の製造方法であって、ＧａＮ基板主面に窒化物半導体層を形成する工程と、上記窒化物半導体層が形成されたＧａＮ基板の裏面を研磨する工程と、上記研磨されたＧａＮ基板の裏面を塩素と酸素との混合ガスにてドライエッチングする工程と、上記ドライエッチングされたＧａＮ基板の裏面にｎ型電極を形成する工程とを有することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ＧａＮ基板の裏面のドライエッチング工程で用いられる塩素と酸素との混合ガス中の酸素の分圧百分率で表される酸素含有率が、５〜２０％であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
ＧａＮ基板の裏面にｎ型電極を形成する工程の後に、分圧百分率で５〜１５％の酸素を含有する酸素と不活性ガスとの混合ガス中での３５０℃〜３９０℃の温度による熱処理工程を設けたことを特徴とする請求項１に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、レーザーダイオードに用いる窒化物半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は大きなバンドギャプを有することから、特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）がレーザーダイオード(Laser Diode:ＬＤ)に用いられている。ＧａＮのＬＤにおいては、ＧａＮ基板の裏面にｎ型電極を形成するが、この場合、ｎ型電極形成前に基板を薄くする必要があり、ＧａＮ基板は研磨される。しかし、この研磨により基板の研磨面には変質層が形成され、この面に設けるｎ型電極とのコンタクト抵抗が高くなる。このコンタクト抵抗を低減する方法としては、ｎ型電極を設けた後に７００℃程度の高温で熱処理をする方法があるが、このような高い温度での処理では、ＧａＮ基板に設けたｐ型電極が劣化するとの問題があった。
このような問題を解決するものとして、ＧａＮ基板の研磨後に、ハロゲンガスをエッチングガスに用い研磨面をドライエッチングして、研磨面に生成した変質層を除去するとともに、電極形成後に４００℃以上の温度で熱処理して、ｎ型電極とのコンタクト抵抗を低減する方法がある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４７６６０号公報（第４頁〜第５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＤの小型高出力化の進展に伴い、ＬＤへ入力する電力が増大し、電極のコンタクト抵抗の更なる低減が望まれている。しかし、研磨面をハロゲンガスでドライエッチングして変質層を除去する方法では、ｎ型電極のコンタクト抵抗の低減に限界があるとともに、コンタクト抵抗の低下には、やはり、４００℃以上での高温による熱処理が必要であるとの問題があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、４００℃以上での高温による熱処理が不要であり、高出力のＬＤに用いることができるレベルの低いｎ型電極のコンタクト抵抗が実現できる、基板研磨面のドライエッチング工程を備えた窒化物半導体装置の製造方法を得るものである。
【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の製造方法は、ＧａＮ基板を用いた窒化物半導体装置の製造方法であって、ＧａＮ基板主面に窒化物半導体層を形成する工程と、上記窒化物半導体層が形成されたＧａＮ基板の裏面を研磨する工程と、上記研磨されたＧａＮ基板の裏面を塩素と酸素との混合ガスにてドライエッチングする工程と、上記ドライエッチングされたＧａＮ基板の裏面にｎ型電極を形成する工程とを有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、ＧａＮ基板を用いた窒化物半導体装置の製造方法であって、ＧａＮ基板主面に窒化物半導体層を形成する工程と、上記窒化物半導体層が形成されたＧａＮ基板の裏面を研磨する工程と、上記研磨されたＧａＮ基板の裏面を塩素と酸素との混合ガスにてドライエッチングする工程と、上記ドライエッチングされたＧａＮ基板の裏面にｎ型電極を形成する工程とを有することにより、４００℃以上での高温による熱処理をすることなしに、塩素ガスのみのドライエッチングでは得られない、低い値のｎ型電極のコンタクト抵抗を有する窒化物半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１.
ＧａＮ基板は、ガリウム（Ｇａ）が多いＧａ面と窒素（Ｎ）が多いＮ面とがあり、ｎ型電極のコンタクト抵抗（Ｒｃ）は、Ｎ面よりＧａ面の方が低くい。ＧａＮ基板のｎ型電極が設けられる裏面はＮ面であるので、従来のハロゲンガスによるエッチングでは、変質層が除去されても、Ｎ面が現れＲｃの低下に限界がある。そこで、ｎ型電極を設ける面の窒素の含有率を下げる方法を見出して、ｎ型電極のＲｃを更に下げることにより、本発明を完成するにいたった。
【０００９】
図１は、本発明の製造方法で得られる窒化物半導体装置の構造を示す模式図である。
図１に示すように、窒化物半導体装置６は、ＧａＮ基板２の主面に半導体層３が設けられ、ＧａＮ基板２の裏面にｎ型電極１が設けられている。そして、半導体層３の上面の周辺部にはＳｉＯ２の絶縁膜４が設けられ、半導体層３の上面の中央部にはｐ型電極５が設けられている。
次に、本発明の窒化物半導体装置の製造方法を示す。
まず、ＧａＮ基板の裏面にｎ型の導電性を持たせるため、ｎ型の不純物をドーピングする。次に、ＧａＮ主面側には、窒化物半導体または化合物半導体による半導体層を形成し、この形成された半導体層面にｐ型電極を形成する。
次に、ＧａＮ基板の裏面を研削と研磨により２００〜３００μｍ程度削除して、ＧａＮ基板を１００〜２００μｍの厚さとする。具体的には、研削機を用い２００〜３００μｍのほとんどを研削し、その後、ダイヤモンドスラリーにて表面の平坦化を行い、最後に、アルミナを研磨剤として研磨布で研磨する。
【００１０】
次に、上記ＧａＮ基板の研磨面に生成された変質層を、エッチングガスに塩素と酸素との混合ガスを用い、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のドライエッチングにより除去する。この場合のエッチング条件としては、温度が２０〜６０℃、圧力が０.２〜０.５Ｐａ、ガス流量が２５〜５０ｓｃｃｍ、バイアスパワーが２０〜５０ｗであり、エッチング量は０.５〜２μｍ程度である。
エッチングガスとして、塩素と酸素との混合ガスを用いると、酸素がＧａＮ基板の窒素と反応するので、ＧａＮ基板のＮ面からの窒素の除去が促進され、変質層が除去されるとともに、変質層除去後のＧａＮ基板面の窒素とガリウムとの比（Ｎ／Ｇａ）を小さくできる。
特に、塩素と酸素との混合エッチングガス中の酸素の含有率（ｍ）を５〜２０％とすることにより、ＧａＮ基板のエッチング後の面での（Ｎ／Ｇａ）比を、０．７５〜０.５５とすることができる。
ここで、ｍ（％）は以下の（１）式から求められる酸素の分圧百分率である。
ｍ＝｛Ｐｏ２／（Ｐcl２＋Ｐｏ２）｝×１００            （１）
但し、Ｐｏ２：酸素ガスの分圧    Ｐcl２：塩素ガスの分圧
特に、ｍを５％以上とすると、ＧａＮ基板のエッチング後の面での（Ｎ／Ｇａ）比が０.７５以下となり、塩素ガスのみでエッチングしたＧａＮ基板のエッチング後の面の１.０より大きい（Ｎ／Ｇａ）比に比べ、かなり小さくなる。そして、ｍの増加とともに、ＧａＮ基板のエッチング後の面での（Ｎ／Ｇａ）比は、さらに小さくなり、ｍが２０％では０.５５となる。
本実施の形態では、ドライエッチングとして、ＩＣＰエッチングを用いたが、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や電子サイクロン共鳴（ＥＣＲ）エッチング等を用いても良い。
【００１１】
次に、エッチング後、エッチング面にｎ型電極を形成して、窒化物半導体装置を得る。
この時、ｎ型電極としては、例えば、Ｔｉ/Ａｌ/Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ等で構成される。
このようにして製造された窒化物半導体装置は、ｎ型電極が設けられるＧａＮ基板のエッチング後の面での（Ｎ／Ｇａ）比が１より小さいので、ｎ型電極のコンタクト抵抗（Ｒｃ）が４００℃以上の温度での熱処理をすること無しに、塩素ガスのみのドライエッチングでは得られない低い値となる。また、４００℃以上の温度での熱処理工程がないので、劣化によるｐ型電極の抵抗の増加も認められない。
特に、上記塩素と酸素との混合エッチングガス中の酸素の含有率（ｍ）を５〜２０％とすると、ｎ型電極が設けられるＧａＮ基板のエッチング面での（Ｎ／Ｇａ）比が、０.７５〜０.５５となる。すなわち、（Ｎ／Ｇａ）比が０.７５以下とガリウムが多い面となるので、Ｒｃが、塩素ガスのみでドライエッチングした場合に比べ１／１０以下となる。
ＧａＮはＧａの比率が多くなると結晶欠陥を生じ、この結晶欠陥の量が多くなるとＧａＮの抵抗が増大する。しかし、（Ｎ／Ｇａ）比が０.５５以上であるので、ＧａＮ基板のｎ型電極を設ける面の結晶欠陥の量が多くなく、結晶欠陥によるＲｃの増化量を抑えることができ、塩素ガスのみでドライエッチングした場合の１／１０以下のＲｃ値を維持できる。
【００１２】
実施の形態２.
本実施の形態の窒化物半導体装置の製造方法は、実施の形態１の窒化物半導体装置の製造方法におけるｎ型電極形成後に、少量の酸素を添加した不活性ガス中での３５０〜３９０℃の温度による熱処理工程を設けたものである。少量の酸素の添加は、ｎ型電極界面にある不安定な状態にある窒素を除去し、ｎ型電極のコンタクト抵抗（Ｒｃ）を安定化させる。
熱処理温度が３５０℃未満では、上記効果がなく、また、３９０℃より高いとｐ型電極を劣化させ、その抵抗値を上昇させる。熱処理時間は２分以上が好ましいが、この時間を長くしても効果は同じであり、あまり長いと窒化物半導体装置の製造時間が長くなるので、１０分程度までが好ましい。また、２分未満では、上記効果が得られない。
【００１３】
この熱処理で用いる不活性ガスとしては、窒素やアルゴン、キセノンなどの希ガスが挙げられる。酸素の濃度は、混合ガス（処理大気）の圧力に対する酸素分圧を百分率で表した値（ｎ）が１〜１０％であることが好ましい。酸素濃度（ｎ）が５％未満では、ｎ型電極のコンタクト抵抗の安定化効果がなく、１５％より多いとｎ型電極やｐ型電極などが酸化されるので好ましくない。
【実施例】
【００１４】
次に実施例にて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
実施例１．
裏面にｎ型の不純物をドーピングし、主面側に窒化物半導体層を形成し、この半導体層面にｐ型電極を形成したＧａＮ基板を準備する。
次に、上記ＧａＮ基板の裏面を研削機を用い約３００μｍを研削し、その後、ダイヤモンドスラリーにて表面の平坦化を行い、最後に、アルミナを研磨剤として研磨布で研磨し、ＧａＮ基板を約１００μｍの厚さとする。
次に、上記ＧａＮ基板の研磨面を、酸素の含有率（ｍ）が１０％である塩素と酸素との混合ガスを用い、ＩＣＰ法によりドライエッチングする。この場合のエッチング条件は、温度が３０℃、圧力が０.３Ｐａ、ガス流量が３５ｓｃｃｍ、バイアスパワーが４０ｗであり、エッチング時間はエッチング量が２μｍ程度となる時間である。
【００１６】
上記ＧａＮ基板のドライエッチング面はＸ線光電子分光分析法により分析し、ドライエッチング面の（Ｎ／Ｇａ）比を求めた。
また、上記ＧａＮ基板のドライエッチング面に、Ｔｉ/Ａｌ/Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕで構成される、接触面積が０.０６ｍｍ２のｎ型電極を２個形成して評価用窒化物半導体装置を製造する。この評価用窒化物半導体装置の２個のｎ型電極間に１ｍＡの電流を流す電圧を測定して、コンタクト抵抗（Ｒｃ）を求めた。
得られた（Ｎ／Ｇａ）比と（Ｒｃ）と抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とを表１に示した。
【００１７】
実施例２〜５．
ドライエッチングに用いる塩素と酸素との混合ガスにおける酸素の含有率（ｍ）を表１に示すものとした以外、実施例１と同様にして、評価用窒化物半導体装置を製造する。得られた（Ｎ／Ｇａ）比と（Ｒｃ）と抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とを表１に示した。
【００１８】
実施例６.
ドライエッチングに用いる塩素と酸素との混合ガスの圧力を０.５Ｐａとした以外、実施例１と同様にして、評価用窒化物半導体装置を製造する。得られた（Ｎ／Ｇａ）比と（Ｒｃ）と抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とを表１に示した。
【００１９】
実施例７.
ドライエッチング法として、ＲＩＥ法を用い、エッチング条件を、圧力が２Ｐａ、ガス流量が３５ｓｃｃｍ、ＲＦパワーが１００ｗとした以外、実施例１と同様にして、評価用窒化物半導体装置を製造する。得られた（Ｎ／Ｇａ）比と（Ｒｃ）と抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とを表１に示した。
【００２０】
比較例１.
ドライエッチングに用いるエッチングガスに塩素のみを用いた以外、実施例１と同様にして、評価用窒化物半導体装置を製造する。得られた（Ｎ／Ｇａ）比と（Ｒｃ）と抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とを表１に示した。
【００２１】
表１から明らかなように、エッチングガスに塩素と酸素との混合ガスを用いてエッチング処理した実施例１〜７の製造方法で得られた窒化物半導体装置は、比較例１のエッチングガスに塩素のみを用いてエッチング処理して得られた窒化物半導体装置に比べ、ｎ型電極のコンタクト抵抗（Ｒｃ）が十分に小さい値となった。特に、ｍが５〜２０％である塩素と酸素との混合ガスを用いてエッチング処理する実施例1〜３と実施例６、７の製造方法で得られらた窒化物半導体装置は、比較例１の製造方法で得られた窒化物半導体装置に比べ、ｎ型電極のコンタクト抵抗（Ｒｃ）が１／１０以下となった。
そして、実施例１〜７の製造方法では、４００℃以上の温度での熱処理工程がないので、得られた窒化物半導体装置は、抵抗が許容値をオーバするｐ型電極の劣化も認められなかった。
すなわち、実施例１〜７の製造方法では、、高出力のＬＤに用いることができるレベルのｎ型電極のコンタクト抵抗を有する窒化物半導体装置を得ることができるとの効果があり、実施例1〜３と実施例６、７との製造方法が、上記効果が顕著である。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
実施例８.
ＧａＮ基板のドライエッチング面にｎ型電極を形成した後に、酸素濃度（ｎ）が５％の窒素と酸素との混合ガスの大気圧中で、熱処理温度３５０℃で５分間の熱処理をした以外、実施例１と同様にして、評価用窒化物半導体装置を製造する。同時に１００個の評価用窒化物半導体装置を作製し、１００個の評価用窒化物半導体装置のｎ型電極のコンタクト抵抗の平均値（Ｒｃａ）とそのバラツキの幅（σｒ）を求め、抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とともに、表２に示した。
【００２４】
実施例９〜１１.
熱処理時の大気中の酸素濃度（ｎ）と熱処理温度とを表２に示すものとして熱処理をした以外、実施例８と同様にして１００個の評価用窒化物半導体装置を作製し、１００個の評価用窒化物半導体装置のｎ型電極のコンタクト抵抗の平均値（Ｒｃａ）とそのバラツキの幅（σr）とを求め、抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とともに、表２に示した。
【００２５】
比較例２.
実施例１の製造方法で、１００個の評価用窒化物半導体装置を作製し、１００個の評価用窒化物半導体装置のｎ型電極のコンタクト抵抗の平均値（Ｒｃａ）とそのバラツキの幅（σr）とを求め、抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とともに、表２に示した。
【００２６】
比較例３.
熱処理時の処理大気中の酸素濃度（ｎ）を１５％とし、熱処理温度を３４５℃として熱処理をした以外、実施例８と同様にして１００個の評価用窒化物半導体装置を作製し、１００個の評価用窒化物半導体装置のｎ型電極のコンタクト抵抗の平均値（Ｒｃａ）とそのバラツキの幅（σr）とを求め、抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とともに、表２に示した。
【００２７】
比較例４〜５．
熱処理時の処理大気中の酸素濃度（ｎ）と熱処理温度とを表２に示すものとして熱処理をした以外、実施例８と同様にして１００個の評価用窒化物半導体装置を作製し、抵抗が許容値をオーバするかどうかで判定したｐ型電極の劣化の有無とともに、表２に示した。
【００２８】
表２から明らかなように、処理大気中の分圧百分率で示した酸素濃度（ｎ）が５〜１５％であり、温度が３５０〜３９０℃である熱処理をすることにより、ｐ型電極を劣化させることなしに、ｎ型電極のコンタクト抵抗のバラツツキを小さくできる。
【００２９】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の製造方法で得られる窒化物半導体装置の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ｎ型電極、２  ＧａＮ基板、３  半導体層、４  ＳｉＯ２の絶縁膜、５  ｐ型電極、６  窒化物半導体装置。
【図１】
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