(57)【要約】  ＧａＮ基板１１上にＴｉを構成元素とする第一層、Ｎｂを構成元素とする第二層、Ａｕを構成元素とする第三層を形成する。その後、ＧａＮ基板１１、第一層〜第三層を７００℃以上、１３００℃以下する。これにより、Ｔｉの金属酸化物がＧａＮ基板１１と電極１４との界面から、電極１４内部にわたって分布する。さらに、Ｎｂの金属窒化物がＧａＮ基板１１内部に形成される。Ｎｂの金属窒化物は、電極１４内部からＧａＮ基板１１内部にわたって分布する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層と、
この窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、
前記窒化物半導体層は、Ｎｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含む金属窒化物を含有し、
前記窒化物半導体層と前記電極との界面から、前記電極内部にわたって、ＴｉまたはＶを構成元素として含む金属酸化物が分布しており、
前記金属酸化物の濃度分布の最高濃度位置における前記金属酸化物の含有率は、３０％以下であり、前記最高濃度位置は、前記電極の前記窒化物半導体層との界面近傍よりも前記電極内部側に存在することを特徴とする電極構造。
【請求項２】
請求項１に記載の電極構造において、
前記金属窒化物は、前記電極から拡散した金属元素の窒化物であることを特徴とする電極構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電極構造において、
前記金属窒化物が、前記電極内部にも分布していることを特徴とする電極構造。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電極構造において、
前記金属窒化物は、前記窒化物半導体層表面から窒化物半導体層内部にわたって形成されていることを特徴とする電極構造。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電極構造において、
前記金属酸化物は、前記電極の構成元素であるＴｉまたはＶが、前記窒化物半導体層と前記電極との界面の酸素原子と結合し、前記界面から電極内部に拡散したものであることを特徴とする電極構造。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電極構造において、
前記窒化物半導体層は、Ｎｂの金属窒化物を含有することを特徴とする電極構造。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の電極構造において、
前記電極は、Ｔｉの金属酸化物を含有することを特徴とする電極構造。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の電極構造において、
前記電極の表面には、Ａｕが含まれていることを特徴とする電極構造。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の電極構造において、
前記窒化物半導体層はドライエッチングされた面を有し、
前記電極は、前記窒化物半導体層のドライエッチングされた面上に設けられていることを特徴とする電極構造。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の電極構造において、
前記窒化物半導体層は、ＧａＮ基板であることを特徴とする電極構造。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電極構造において、
前記電極は、前記ＧａＮ基板の（０００１）面上に設けられていることを特徴とする電極構造。
【請求項１２】
請求項１０に記載の電極構造において、
前記電極は、前記ＧａＮ基板の（０００−１）面上に設けられていることを特徴とする電極構造。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の電極構造において、
前記電極は、Ａｌを実質的に含有しないことを特徴とする電極構造。
【請求項１４】
窒化物半導体層と、
この窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、
前記窒化物半導体層は、Ｎｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含む金属窒化物を含有し、
前記窒化物半導体層と前記電極との界面から、前記電極内部にわたって、ＴｉまたはＶを構成元素として含む金属酸化物が分布しており、
前記金属酸化物の濃度分布における最高濃度位置は、前記電極の前記窒化物半導体層との界面近傍よりも前記電極内部側に存在することを特徴とする電極構造。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の電極構造を備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項１６】
窒化物半導体層と、この窒化物半導体層上に形成された電極とを備える電極構造を形成する電極構造の形成方法であって、
前記窒化物半導体層上にＴｉまたはＶを構成元素として含む第一層を形成する工程と、
前記第一層上にＮｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含む第二層を形成する工程と、
少なくとも前記窒化物半導体層、前記第一層、および前記第二層を７００℃以上、１３００℃以下で熱処理する工程とを備えることを特徴とする電極構造の形成方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電極構造の形成方法において、
熱処理する前記工程では、前記第一層のＴｉまたはＶと、前記窒化物半導体層および電極の界面の酸素原子とを結合させて金属酸化物を形成し、この金属酸化物を前記電極内部に拡散させるとともに、前記第二層の構成元素であるＮｂ、ＨｆまたはＺｒを前記窒化物半導体層内部に拡散させて金属窒化物を形成することを特徴とする電極構造の形成方法。
【請求項１８】
半導体素子の製造方法において、
窒化物半導体基板上に活性層を含む多層膜を形成する工程と、
前記多層膜および前記窒化物半導体基板表面を選択的に除去する工程と、
前記窒化物半導体基板のエッチング面上に第一の電極を設け、電極構造を形成する工程と、
前記多層膜上に第二の電極を形成する工程と、
を含み、
電極構造を形成する前記工程では、請求項１６または１７に記載の方法により電極構造を形成す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、窒化物半導体層を用いた電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザや、発光ダイオード等の窒化物半導体素子においては、良好なオーミック性を示す電極構造を形成することが重要な技術課題となっている。
特許文献１には、窒化物半導体層上に、複数の金属層からなる積層構造のｎ側電極を設けた半導体レーザが記載されている。この半導体レーザのｎ側電極は、特許文献１の請求項１にあるように、窒化物半導体層上に形成されたＴｉよりなる層と、Ａｕよりなる最上層と、Ｔｉよりなる層および前記最上層間に配置されたＮｂを含む層とを有しており、窒化物半導体層とともに、４００℃以上（例えば、６００℃）で熱処理されている。【０００３】
この特許文献１に記載されたｎ側電極は、Ｔｉよりなる層と窒化物半導体層との間で良好なオーミック接触を得ることを目的としたものである。
特許文献１では、ｎ側電極およびｎ型ＧａＮ層を、４００℃以上（例えば、６００℃）で熱処理することにより、ｎ型ＧａＮ層に入り込んだ水素原子を追い出している。水素原子を追い出すことのより、ｎ側電極のＴｉよりなる層と窒化物半導体層との間で良好なオーミック接触をとることができるとされている。
これにくわえ、特許文献１では、Ｎｂを含む層により、熱処理時における窒化物半導体層側へのＡｕの拡散を防止し、オーミック接触の悪化を防止している。すなわち、特許文献１の電極において、Ｎｂを含む層はバリア層としての機能を有している。
【特許文献１】特許３２３９３５０号
【発明の開示】
【０００４】
しかしながら、近年、半導体装置の駆動電流・駆動電圧のさらなる低減が求められており、窒化物半導体層とｎ側電極との接触抵抗についてより一層の低減が要求される状況となっている。特許文献１に開示されたような従来技術では、こうした要求に応える電極構造を実現することは困難である。
【０００５】
電極構造内部には、不可避的にＯ原子が混入する。上述した特許文献１に開示された電極では、窒化物半導体層と電極との界面において、Ｏ原子と電極を構成するＴｉ原子とが結合し、金属酸化物を形成していると考えられる。この金属酸化物は導電性が低いため、窒化物半導体層と電極との界面や界面近傍に、金属酸化物の濃度分布における最高濃度位置が存在すると、電極と窒化物半導体層との接触抵抗を上昇させ、接触抵抗の低減を妨げる要因となると推測される。
【０００６】
本発明によれば、窒化物半導体層と、この窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、前記窒化物半導体層は、Ｎｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含む金属窒化物を含有し、前記窒化物半導体層と前記電極との界面から、前記電極内部にわたって、ＴｉまたはＶを構成元素として含む金属酸化物が分布しており、前記金属酸化物の濃度分布の最高濃度位置における前記金属酸化物の含有率は、３０％以下であり、前記最高濃度位置は、前記電極の前記窒化物半導体層との界面近傍よりも前記電極内部側に存在することを特徴とする電極構造が提供される。
また、本発明によれば、窒化物半導体層と、この窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、前記窒化物半導体層は、Ｎｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含む金属窒化物を含有し、前記窒化物半導体層と前記電極との界面から、前記電極内部にわたって、ＴｉまたはＶを構成元素として含む金属酸化物が分布しており、前記金属酸化物の濃度分布における最高濃度位置は、前記電極の前記窒化物半導体層との界面近傍よりも前記電極内部側に存在することを特徴とする電極構造が提供される。
ここで、最高濃度位置における金属酸化物の含有率とは、最高濃度位置においてオージェ分光装置や、２次イオン質量分析装置で検出された構成元素の比率のことである。
【０００７】
本発明の電極に含まれる金属酸化物は、窒化物半導体層と電極との界面から電極内部にわたって分布しており、金属酸化物の濃度分布における最高濃度位置は窒化物半導体層と電極の界面近傍（電極と窒化物半導体層との界面から、電極の厚みの１／１０までの範囲をいう）よりも電極内部側に存在する。このように、本発明では、金属酸化物が拡散しており、電極と窒化物半導体層との界面や、界面近傍において、金属酸化物の濃度分布における最高濃度位置が存在しないため、金属酸化物により、電極と窒化物半導体層との接触抵抗が上昇してしまうことを防止できる。これにより、電極と窒化物半導体層との接触抵抗の低減を図ることができる。
さらに、最高濃度位置における金属酸化物の含有率を３０％以下とすることで、より確実に電極と窒化物半導体層との接触抵抗の低減を図ることができる。
なお、最高濃度位置における金属酸化物の含有率は、２０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは１０％以下である。
【０００８】
これに加え、窒化物半導体層中の金属窒化物により、窒化物半導体層には、Ｎ原子が存在しないＮ空孔が形成され、電子濃度が増加する。これにより、電極と窒化物半導体層との接触抵抗が低下するので、低抵抗のオーミック接触を確実に得ることができる。
ここで、電極と窒化物半導体層との接触抵抗を確実に低下させるためには、窒化物半導体層と電極との界面やこの界面近傍にＮ空孔が形成されることが好ましい。
従って、金属窒化物は、窒化物半導体層と電極との界面から界面近傍（例えば、界面から窒化物半導体層内部に５ｎｍ入った位置までの範囲）に拡散して形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明によれば、上述した電極構造を備えることを特徴とする半導体素子も提供できる。
さらに、本発明によれば、窒化物半導体層と、この窒化物半導体層上に形成された電極とを備える電極構造を形成する電極構造の形成方法であって、窒化物半導体層上にＴｉまたはＶを構成元素として含む第一層を形成する工程と、前記第一層上にＮｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含む第二層を形成する工程と、少なくとも前記窒化物半導体層、前記第一層、および前記第二層を７００℃以上、１３００℃以下で熱処理する工程とを備えることを特徴とする電極構造の形成方法が提供できる。
ここで、窒化物半導体層は、基板であってもよい。
【００１０】
本発明によれば、窒化物半導体層、第一層、第二層を７００℃以上、１３００℃以下で熱処理しているため、第一層のＴｉまたはＶ（以下Ｔｉ等という）の原子は、主として、窒化物半導体層と電極との界面に存在するＯ原子（窒化物半導体層表面に結合しているＯ原子）と結合する。Ｔｉ等の原子とＯ原子との結合により生じたＴｉ等の金属酸化物は、熱処理により、窒化物半導体層と電極との界面から電極内部に拡散する。そのため、電極の窒化物半導体層との界面近傍に、高い濃度の金属酸化物が存在しなくなり、窒化物半導体層と電極との間の接触抵抗を低減することができる。
【００１１】
一方、第二層のＮｂ、ＨｆまたはＺｒ（以下、Ｎｂ等という）の原子は、窒化物半導体層のＮ原子と結合し、窒化物半導体層中で金属窒化物を形成する。これにより、窒化物半導体層にＮ原子が存在しないＮ空孔が形成され、電子濃度が増加する。電子濃度が増加すると、電極と窒化物半導体層との接触抵抗が低下するので、より低抵抗のオーミック接触を得ることができる。
前述したように、特許文献１のＮｂを含む層は、最上層に含まれるＡｕのｎ型ＧａＮ層への拡散を防ぐバリア層としての機能を有する。そのため、熱処理により、Ｎｂ原子自身がｎ型ＧａＮ層（窒化物半導体層）中に入り込むことはないと考えられる。
なお、特許文献１において、Ｔｉよりなる層のＴｉ原子がｎ型ＧａＮ層（窒化物半導体層）中に入り込み、Ｔｉ原子とＮ原子とが結合する可能性もある。しかしながら、Ｔｉよりなる層のＴｉ原子は、ｎ型ＧａＮ層と電極との界面の酸素原子とも結合するので、Ｔｉ原子とＮ原子とが効率よく結合せず、特許文献１の技術では、窒化物半導体層に充分な数のＮ空孔を形成することができない。従って、電極と窒化物半導体層との接触抵抗の低下を図ることは難しい。
これに対し、本発明は、第一層のＴｉ等の原子を主として、窒化物半導体層と電極との界面に存在するＯ原子に結合させるとともに、意図的に第二層のＮｂ等の原子を窒化物半導体層中に拡散させたものとなっている。このＮｂ等の原子の拡散により、窒化物半導体層中に充分な数のＮ空孔が形成され、電極と窒化物半導体層との接触抵抗の低下を図ることができるのである。
【００１２】
ここで、熱処理する工程では、窒化物半導体層の表面からＯ原子が解離した後、窒化物半導体層中のＮ原子が解離する。第一層を設けずに、第二層のみを設けて電極を形成する場合には、第二層のＮｂ等が、はじめにＯ原子と結合し、Ｎｂ等の金属酸化物が生成される。このＮｂ等の金属酸化物は、電極と窒化物半導体層との界面で生成されるが、拡散しにくい特性を有するため、熱処理による熱が加わっても、電極と窒化物半導体層との界面からほとんど移動しない。そのため、電極と窒化物半導体層との界面にあるＮｂ等の金属酸化物により、Ｏ原子と結合していないＮｂ等の原子の窒化物半導体層側への拡散が阻害されてしまう。
【００１３】
従って、窒化物半導体層内でＮｂ等の原子とＮ原子との結合による金属窒化物を生成することが困難となり、窒化物半導体層中に充分な数のＮ空孔を形成することができない。そのため、電極と窒化物半導体層との間の接触抵抗を充分に低減することが困難となる。
これに対し、本発明では、Ｔｉ等を含む第一層およびＮｂ等を含む第二層を設けている。窒化物半導体層の表面のＯ原子と第一層のＴｉ等との結合が生じ、Ｔｉ等の金属酸化物が生成することとなるが、このＴｉ等の金属酸化物は熱処理により界面から電極内部にわたって拡散する。Ｎｂ等の原子の窒化物半導体層側への拡散は、Ｔｉ等の金属酸化物により阻害されることはなく、Ｎｂ等の原子は、窒化物半導体層内部に入り込む。そのため、窒化物半導体層中でＮｂ等の原子とＮ原子との結合による金属窒化物を生成することができ、窒化物半導体層中に充分な数のＮ空孔を形成することが可能となる。従って、電極と窒化物半導体層との間の接触抵抗を充分に低減することできる。
さらに、本発明によれば、半導体素子の製造方法であって、窒化物半導体基板上に活性層を含む多層膜を形成する工程と、前記多層膜および前記窒化物半導体基板表面を選択的に除去する工程と、前記窒化物半導体基板のエッチング面上に第一の電極を設け、電極構造を形成する工程と、前記多層膜上に第二の電極を形成する工程と、を含み、電極構造を形成する前記工程では、上述した方法により電極構造を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法も提供できる。
【００１４】
本発明によれば、接触抵抗を低減し、低抵抗のオーミック接触を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる半導体レーザの断面図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、第一実施形態の半導体レーザの製造工程を示す模式図である。
【図３】（Ｃ）および（Ｄ）は、第一実施形態の半導体レーザの製造工程を示す模式図である。
【図４】（Ｅ）は、第一実施形態の半導体レーザの製造工程を示す模式図である。
【図５】窒素原子との結合エネルギーおよび酸素原子との結合エネルギーとの関係を示す図である。
【図６】本発明の第二実施形態にかかる半導体レーザの断面図である。
【図７】本発明の変形例にかかる半導体レーザの断面図である。
【図８】本発明の他の変形例にかかる半導体レーザの断面図である。
【図９】熱処理温度と、ｎ側電極およびｐ側電極間の電圧との関係を示す図である。
【図１０】熱処理を行ってない電極構造の原子の濃度分布を示す図である。
【図１１】４００℃の熱処理が施された電極構造の原子の濃度分布を示す図である。
【図１２】８００℃での熱処理が施された電極構造の原子の濃度分布を示す図である。
【図１３】８００℃での熱処理が施された電極構造の断面の電子顕微鏡による観察結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。【００１８】
（第一実施形態）
図１は、本実施形態にかかる半導体レーザ（半導体素子）１の断面図である。
半導体レーザ１は、窒化物半導体層としてのｎ型ＧａＮ基板１１と、このＧａＮ基板１１上に形成された多層膜１２と、多層膜１２上に形成されたｐ側電極１３（第二の電極）と、ＧａＮ基板１１上に形成されたｎ側電極１４（第一の電極）とを備える。
ＧａＮ基板１１は、断面略Ｌ字状になっており、平板状の基板の表面の一部を、ドライエッチングにより、除去したものとなっている。このＧａＮ基板１１のエッチング面１１１に、ｎ側電極１４が形成されている。【００１９】
多層膜１２は、ＧａＮ基板１１の（０００１）面（いわゆるＧａ面）上に形成されており、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２１、ｎ型ＧａＮガイド層１２２、レーザ光を発振するＩｎＧａＮ量子井戸活性層１２３、ｐ型ＡｌＧａＮ電子オーバーフロー防止層１２４、ｐ型ＧａＮガイド層１２５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２７、絶縁膜１２８を備える。
ＡｌＧａＮクラッド層１２６には、共振器方向（レーザ光射出方向と略平行な方向）に沿って延びるリッジ部が形成されている。
このリッジ部の頂部には、ＧａＮコンタクト層１２７が形成されている。このＧａＮコンタクト層１２７の表面に接触するように、ｐ側電極１３が形成される。
また、リッジ部の側面及びクラッド層１２６のリッジ部と隣接する表面には、ＳｉＯ２膜である絶縁膜１２８が成膜されている。【００２０】
ｎ側電極１４もＧａＮ基板１１の（０００１）面上に形成されている。このｎ側電極１４と、ＧａＮ基板１１とで本発明の電極構造１５が構成される。
電極１４は、複数種類の金属が合金化した層である。詳しくは後段の実施例において説明するが、図１２に例示するように、下方側（ＧａＮ基板１１のエッチング面１１１側）から上方側に向かってＡｕの含有量が多くなっている。この電極１４の最表面（図１における電極１４の上面）には、Ａｕが含まれている。図１２は、電極およびＧａＮ基板を８００℃で熱処理したものの原子の濃度分布を示す図である。この図１２において、横軸は電極構造の深さを示しており、図面右側がＧａＮ基板側であり、図面左側が電極側である。【００２１】
また、図１２に例示するように、電極１４は、Ｔｉを構成元素として含む金属酸化物（本実施形態では、Ｔｉの金属酸化物）を含有する。
Ｔｉの金属酸化物は、電極１４とＧａＮ基板１１との界面から電極１４の最表層との間に分布している。また、Ｔｉの金属酸化物の濃度分布における最高濃度位置は、電極１４のＧａＮ基板１１との界面近傍（図１２の位置Ａ）よりも、電極１４内側に存在している。
なお、ここで界面近傍とは、電極１４とＧａＮ基板１１との界面から、電極１４の厚み
の１／１０までの範囲をいう。
さらに、Ｔｉの金属酸化物の含有率は３０％以下となっている。ここで、最高濃度位置における含有率とは、前記最高濃度位置においてオージェ分光装置や、２次イオン質量分析装置で検出された構成元素の比率のことである。また、Ｔｉの金属酸化物の最高濃度は、１×１０２２ｃｍ−３以下である。【００２２】
さらに、電極１４は、Ｎｂを構成元素として含む金属窒化物（本実施形態では、Ｎｂの金属酸化物）を含有する。Ｎｂの金属窒化物は、電極１４から、ＧａＮ基板１１表面（すなわち、電極１４とＧａＮ基板１１との界面）、さらには、ＧａＮ基板１１の間をまたがるように分布している。従って、ＧａＮ基板１１内部にも、前記金属窒化物が存在し、ＧａＮ基板１１は前記金属窒化物を含有することとなる。図１２に示すように、Ｎｂの金属窒化物は、ＧａＮ基板１１と電極１４との界面から、ＧａＮ基板１１の界面近傍（界面から５ｎｍまでの位置（図１２の位置Ｂ））を超えて、ＧａＮ基板１１内部にわたって分布している。【００２３】
また、電極１４を形成する際には、金属材料として、Ａｌを含有させてもよいが、Ａｌの酸化により、半導体レーザ１の駆動電圧が上昇してしまうことがある。
そのため、電極１４を形成する際に、金属原料にＡｌを混入せずに、電極１４をＡｌを実質的に含有しないものとすることが好ましい。
ここで、実質的にＡｌを含有しないとは、意図的にＡｌを電極１４に添加しないことをいい、不可避的にＡｌが入ってしまうものは含む概念である。【００２４】
次に、以上のような半導体レーザ１の製造方法について説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、ＧａＮ基板１１上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２１、ｎ型ＧａＮガイド層１２２、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１２３、ｐ型ＡｌＧａＮ電子オーバーフロー防止層１２４、ｐ型ＧａＮガイド層１２５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２７を形成する。各層１２１〜１２７の形成方法は、特に限定されないが、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）により形成することができる。【００２５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２７上にｐ型ＧａＮコンタクト層１２７の表面の一部を覆うＳｉＯ２膜のマスク（図示略）を形成する。このマスクは、半導体レーザの共振器方向に延びるものである。
その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２６の一部をドライエッチングにより選択的に除去する。これにより、リッジ部が形成されることとなる（図２（Ｂ）参照）。ここで、ドライエッチングのエッチャントとしては、塩素を含むガスを使用する。【００２６】
次に、ＡｌＧａＮクラッド層１２６のリッジ部およびこのリッジ部の近傍をＳｉＯ２膜である絶縁膜１２８のマスクで覆い、絶縁膜１２８が形成されていない部分をドライエッチングにより、選択的に除去する。ここでのエッチングは、ＧａＮ基板１１の表面の一部を除去するまで行う（図３（Ｃ））。【００２７】
次に、ドライエッチングにより露出したＧａＮ基板１１のエッチング面１１１にｎ側電極１４を形成する。
まず、図３（Ｄ）に示すように、ＧａＮ基板１１のエッチング面１１１にＴｉを構成元素として含む第一層１４１を形成する。本実施形態では、第一層１４１にはＴｉ以外の他の金属が意図的に添加されておらず、第一層１４１は、Ｔｉにより構成される層である。
第一層１４１の厚みは、４ｎｍ以上、１５ｎｍ以下であることが好ましい。
後述する熱処理工程で、ＧａＮ基板１１のエッチング面１１１（ＧａＮ基板１１と電極１４との界面）に存在するＯ原子と、第一層１４１を構成するＴｉ原子とが結合し、Ｔｉの金属酸化物を形成し、ＧａＮ基板１１のエッチング面１１１からＯ原子が拡散することとなるが、第一層１４１を４ｎｍ未満とした場合には、Ｔｉ原子の数がＯ原子の数に対して非常に少なくなってしまい、Ｏ原子をエッチング面１１１から充分に拡散させることができない場合がある。
また、後述する熱処理工程では、ＧａＮ基板１１内部に、後述する第二層１４２のＮｂ原子が侵入し、Ｎｂの金属窒化物を形成することとなるが、第一層１４１の厚みを、１５ｎｍを超えるものとすると、Ｎｂの金属窒化物が形成しにくくなる場合がある。【００２８】
次に、第一層１４１上に第二層１４２を形成する。第二層１４２は、Ｎｂを構成元素として含む層である。本実施形態では、第二層１４２には、Ｎｂ以外の他の金属が意図的に添加されておらず、第二層１４２は、Ｎｂにより構成される層である。
さらに、第二層１４２上にＡｕ、或いは、Ａｕを含む合金（例えば、ＡｕとＡｇとの合金）により構成される第三層１４３を形成する。
これらの第一層１４１〜第三層１４３は、蒸着により形成することができる。【００２９】
その後、電極１４が形成されたＧａＮ基板１１を、窒素雰囲気下で、７００℃以上、１３００℃以下で熱処理を行う（図４（Ｅ））。
ここで、図１２に例示されたプロファイルを参照しながら、熱処理の効果について詳細に説明する。
電極１４が形成されたＧａＮ基板１１を加熱すると、はじめに、ＧａＮ基板１１のエッチング面１１１からＯ原子が脱離し、Ｏ原子がＧａＮ基板１１上にある第一層１４１のＴｉ原子と結合する。図５に示すように、Ｔｉ原子は、Ｇａ原子よりもＯ原子との結合エネルギーが高いため、Ｏ原子が、Ｔｉ原子と結合するのである。
Ｔｉ原子とＯ原子との結合によるＴｉの金属酸化物は、電極１４とＧａＮ基板１１の界面で生成されるが、熱処理に伴って、Ｔｉの金属酸化物が界面から、電極１４の上部に向かって拡散する。【００３０】
次に、さらに熱処理が進むと、第二層１４２のＮｂ原子がＧａＮ基板１１内部まで拡散する。
ここで、図１２のプロファイルをみると、Ｎｂ原子は、ＧａＮ基板１１内部にまで入り込んでいることがわかる。従って、Ｎｂ原子の拡散がＴｉの金属酸化物により、阻害されることがほとんどないと考えられる。
ＧａＮ基板１１からは、Ｎ原子が脱離し、Ｎ原子は、Ｎｂ原子と結合する。これにより、ＧａＮ基板１１内部に金属窒化物が形成されることとなる。この金属窒化物は、ＧａＮ基板１１表面からＧａＮ基板１１内部にわたって分布する。
なお、ＧａＮ基板１１から脱離したＮ原子は、第二層１４２側にも拡散するので、電極１４内部にも、Ｎｂの金属窒化物が分布することとなる。
Ｎｂ原子とＮ原子との結合により、ＧａＮ基板１１と電極１４との界面およびＧａＮ基板１１内部の前記界面近傍にはＮ空孔が形成される。このＮ空孔により、電極１４とＧａＮ基板１１との接触抵抗を低減することができる。
ここで、ＧａＮ基板１１のＮ原子は、第二層１４２のＮｂ原子とだけでなく、第一層１４１のＴｉ原子とも結合すると考えられる。しかしながら、図５に示すように、Ｎｂ原子の方が、Ｔｉ原子よりもＮ原子との結合エネルギーが高いので、Ｎｂ原子とＮ原子との結合が優先的に行われることとなる。Ｎｂ原子は、ＧａＮ基板１１表面に存在するＯ原子（ＧａＮ基板１１と電極１４との界面に存在するＯ原子）との結合には、ほとんど消費されていないので、多くのＮｂ原子をＮ原子との結合に使用することができる。
これにより、ＧａＮ基板１１内部に充分な数のＮ空孔を形成することができる。
なお、第一層１４１のＴｉ原子と、Ｏ原子との解離エネルギーは、非常に高い値となるので、Ｔｉの金属酸化物から、Ｏ原子が脱離して第二層１４２のＮｂ原子と再結合する現象は起こらないと考えられる。【００３１】
ここで、熱処理温度は、７００℃以上、１３００℃以下であればよいが、なかでも、８００℃以上、１３００℃以下とすることが好ましい。８００℃以上とすることで、ＧａＮ基板１１のＮ原子と、第二層１４２のＮｂ原子との結合が促進され、電極１４とＧａＮ基板１１との間の接触抵抗をより低減させることができる。
なお、熱処理温度を１３００℃以下としたのは、１３００℃を超えると、ＧａＮ基板１１の融点を超えてしまうからである。
また、熱処理温度を７００℃未満とした場合には、第二層１４２のＮｂ原子の拡散が不充分となるため、ＧａＮ基板１１内に充分な数のＮ空孔を形成することができない。【００３２】
次に、リッジ部上の絶縁膜１２８を開口し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２７を露出させ、表面にｐ側電極１３を形成する。その後、熱処理を行う（例えば、４００℃、１５分で熱処理する）。さらに、ＧａＮ基板１１の裏面を研磨する。
以上により、半導体レーザ１が完成する。【００３３】
以下、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態では、ｎ側電極１４が設けられたＧａＮ基板１１を７００℃以上、１３００℃以下で熱処理しているため、第一層１４１に含まれるＴｉは、主として、ＧａＮ基板１１および電極１４界面（すなわち、ＧａＮ基板１１のエッチング面１１１表面）のＯ原子と結合する。このＴｉとＯ原子との結合により生成される金属酸化物は、電極１４上部に向かって拡散する。
そして、金属酸化物の濃度分布の最高濃度位置における金属酸化物の含有率が３０％以下となり、最高濃度位置は電極１４のＧａＮ基板１１との界面近傍よりも電極１４内部側に存在することとなる。
このような金属酸化物の拡散により、ＧａＮ基板１１の電極１４との界面や界面近傍に、金属酸化物の濃度分布における最高濃度位置が存在せず、さらに、ＧａＮ基板１１の電極１４との界面や界面近傍に、高い濃度の金属酸化物が存在しなくなるため、ＧａＮ基板１１と電極１４との間の接触抵抗の低減を図ることができる。【００３４】
特に、本実施形態において、電極１４を形成するＧａＮ基板１１の面は、ドライエッチングされたエッチング面１１１であるため、非常に多くのＯ原子が存在していると考えられる。そのため、ＧａＮ基板１１と電極１４との界面には、高濃度の金属酸化物が形成されることとなるが、本実施形態では、金属酸化物を界面から電極１４内部にわたって拡散させているので、ＧａＮ基板１１と電極１４との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。【００３５】
また、第二層１４２に含まれるＮｂは、７００℃以上、１３００℃以下の熱処理により、ＧａＮ基板１１と電極１４との界面、さらには、ＧａＮ基板１１内部にまで拡散し、主として、ＧａＮ基板１１のＮ原子と結合する。これにより、電極１４内部、さらには、ＧａＮ基板１１と電極１４との界面からＧａＮ基板１内部にわたって金属窒化物が形成される。そのため、ＧａＮ基板１１と電極１４との界面およびＧａＮ基板１１の界面近傍に、Ｎ原子が存在しないＮ空孔が形成され、ＧａＮ基板１１の電極１４との界面およびこの界面近傍の電子濃度が増加する。電子濃度が増加すると、電極１４とＧａＮ基板１１との接触抵抗が低下するので、より低抵抗のオーミック接触を得ることができる。
なお、Ｎｂ原子の拡散は、Ｔｉの金属酸化物により、阻害されることはほとんどないと考えられるので、本実施形態では、Ｎｂ原子を確実にＧａＮ基板１１内部に拡散させることができる。【００３６】
以上のように本実施形態では、ＧａＮ基板１１にＮ空孔を形成し、かつ、ＧａＮ基板１１と電極１４との界面の金属酸化物を拡散させているので、電極１４とＧａＮ基板１１との接触抵抗を充分に低下させることができるのである。【００３７】
さらに、本実施形態では、電極１４の最表面に、Ａｕが含まれるとしている。電極１４の最表面にＡｕを含むことで、電極１４内部を保護することができる。また、電極１４の最表面にＡｕを含むことで、電極１４と外部リードとを接続するためのワイヤを、電極１４に確実に接着させることができる。【００３８】
さらに、Ａｌを主成分とする電極を形成した場合には、半導体レーザを長期間、高出力で作動した際に、発熱によりＡｌが劣化することがある。このＡｌの劣化により、接触抵抗が高くなるため、半導体レーザの駆動電圧が変動し、半導体レーザの長期信頼性が低くなってしまう。
これに対し、本実施形態では、電極１４はＡｌを実質的に含有しないものとしており、さらに、発熱により劣化しにくい材料（Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｕ）を使用して、電極１４を構成しているため、半導体レーザ１を長期間、高出力で作動しても、電極１４の劣化が生じにくく、長期信頼性の高い半導体レーザ１となる。【００３９】
また、本実施形態では、半導体レーザ１を製造する際に、ＧａＮ基板１１上に、各層１２１〜１２７を形成し、その後、各層１２１〜１２６の一部および、ＧａＮ基板１１の表面の一部をドライエッチングしている。ＧａＮ基板１１をエッチングしないように、層１２１〜１２６の一部を除去するためには、エッチング条件を高度に制御しなければならないが、本実施形態では、ＧａＮ基板１１の表面の一部も除去しているので、エッチング条件を高度に制御する必要がない。【００４０】
さらに、本実施形態では、ｐ側電極１３と、ｎ側電極１４とを、ＧａＮ基板１１の（０００１）面上に形成しており、ｎ側電極１４を形成した後、ｐ側電極１３を形成している。ｐ側電極１３の熱処理温度は、ｎ側電極１４の熱処理温度よりも低温であるため、ｎ側電極１４を形成した後、ｐ側電極１３を形成することにより、ｐ側電極１３がｎ側電極１４の熱処理の影響を受けてしまうことを防止できる。【００４１】
また、本実施形態では、ｎ側電極１４の第一層１４１をＴｉにより構成される層としている。Ｔｉにより構成される層は、ＧａＮ基板１１との密着性に優れるため、第一層１４１がＧａＮ基板１１から剥離されてしまうのを防止できる。【００４２】
（第二実施形態）
図６を参照して、第二実施形態の半導体レーザ２について説明する。
前記実施形態では、ｎ側電極１４と、ｐ側電極１３とは、ＧａＮ基板１１の（０００１）面上に形成されていたが、本実施形態では、ｎ側電極１４は、ＧａＮ基板１１の（０００−１）面（いわゆるＮ面）に形成されている。他の点は、前記実施形態と同じである。
半導体レーザ２を製造する際には、前記実施形態と同様、ｎ側電極１４、ｐ側電極１３を熱処理する必要がある。
ここで、ｎ側電極１４の熱処理温度よりもｐ側電極１３の熱処理温度が低い場合は、ｐ側電極１３の熱処理よりも、ｎ側電極１４の熱処理を先に行うことが好ましい。ｐ側電極１３の熱処理よりも、ｎ側電極１４の熱処理を先に行う場合には、ｎ側電極１４の形成および熱処理を行った後に、ＧａＮ基板１１をサポート基板上に貼り付けてｐ側電極１３の形成を行えばよい。【００４３】
なお、ｐ側電極１３の熱処理を行った後、ｎ側電極１４の熱処理を行ってもよい。
例えば、ＧａＮ基板１１の表面（（０００１）面）側にｐ側電極１３の形成し、熱処理を行った後、ＧａＮ基板１１の裏面（（０００−１）面）を研磨する。その後、ＧａＮ基板１１の裏面にｎ側電極１４を形成し、ＧａＮ基板１１の裏面側のみを選択的に７００℃以上、１３００℃以下で熱処理する。この場合、レーザーアニールあるいはフラッシュランプアニールなどを用いて、ＧａＮ基板１１の裏面側のみを選択的に７００℃以上、１３００℃以下で加熱することができる。【００４４】
このような本実施形態によれば、ｎ側電極１４を、ＧａＮ基板１１のｐ側電極１３が形成された面と、反対側の面に形成しているので、ｎ側電極１４を形成する面を多く確保することができ、例えば、前記反対側の面全面にｎ側電極１４を形成することができるので、第一実施形態のように、ｐ側電極１３が形成された面にｎ側電極１４を形成する場合に比べ、接触抵抗をさらに低下させることができる。
また、ＧａＮ基板１１の（０００−１）面は研磨面であるため、ＧａＮ基板１１の（０００−１）面には、Ｏ原子のみならず、有機不純物も存在すると考えられる。熱処理工程において、Ｏ原子のみならず、有機不純物も電極１４を構成するＴｉと結合し、電極１４内部に取り込まれることとなるので、電極１４およびＧａＮ基板１１間の接触抵抗の増加を防止することができる。【００４５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
例えば、前記各実施形態では、電極１４の第一層１４１をＴｉにより構成される層としたが、これに限らず、Ｖにより構成される層としてもよい。この場合には、熱処理後の電極１４内部には、Ｖの金属酸化物が存在することとなる。
Ｖ原子は、図５に示すように、Ｏ原子との結合エネルギーおよびＮ原子との結合エネルギーがＴｉ原子と同程度である。従って、第一層１４１をＶにより構成される層とした場合であっても、Ｔｉ原子と同様に、Ｏ原子と結合し、熱処理後の電極１４内部に金属酸化物を形成することとなる。
また、第一層をＴｉおよびＶを構成元素として含む層としてもよい。
なお、第一層はＴｉまたはＶを構成元素として含んでいればよく、他の金属元素を含有していてもよい。
ただし、第一層をＴｉにより構成される層は、窒化物半導体基板との密着性に優れるため、第一層をＴｉにより構成される層とすることが好ましい。【００４６】
さらに、前記実施形態では、電極１４の第二層１４２をＮｂにより構成される層としたが、これに限らず、ＨｆあるいはＺｒにより構成される層としてもよい。図５に示すように、Ｈｆ原子、Ｚｒ原子は、Ｏ原子との結合エネルギーおよびＮ原子との結合エネルギーがＮｂ原子と同程度である。従って、第二層１４２をＨｆあるいはＺｒにより構成される層としても、Ｎｂ原子と同様に、Ｎ原子と結合し、熱処理後のＧａＮ基板１１内部や、電極１４内部にＨｆの金属窒化物、Ｚｒの金属窒化物が形成されることとなる。
なお、Ｎｂは、Ｈｆ，Ｚｒに比べ、熱的安定性に優れるため、第二層１４２をＮｂにより構成される層とすることが好ましい。
さらに、第二層１４２をＮｂ、Ｈｆ、Ｚｒのうち、２種類以上の金属を構成元素として含む層としてもよい。
なお、第二層はＮｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含んでいればよく、他の金属元素を含有していてもよい。
第一層の構成元素を、Ｔｉ、Ｖのなかから任意に選択し、さらに、第二層の構成元素をＮｂ、Ｈｆ、Ｚｒのなかから任意に選択することで、前記各実施形態と同様の効果を奏することができる。【００４７】
前記各実施形態では、熱処理後の電極１４内部には、Ｎｂの金属窒化物が含まれるとしたが、これに限らず、電極１４内部にＮｂの金属窒化物は含まれなくてもよい。【００４８】
また、前記各実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２６には、リッジ部が形成されていたが、これに限らず、リッジ部は形成されていなくてもよい。例えば、図７に示す半導体レーザ３、図８に示す半導体レーザ４のようにインナーストライプ構造の半導体レーザとしてもよい。
半導体レーザ３，４を製造する際には、ＧａＮ基板１１の表面にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２１、ｎ型ＧａＮガイド層１２２、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１２３、p型ＡｌＧａＮ電子オーバーフロー防止層１２４、ｐ型ＧａＮガイド層１２５、ＡｌＮブロック層１２９を積層した後、ＳｉＯ２膜のマスクを用いてＡｌＮブロック層１２９の中央をエッチング除去し、通電部を形成する。
その後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２７を成長させる。その後、前記各実施形態と同様の方法で、ｎ側電極１４、ｐ側電極１３を形成する。
このような半導体レーザ３，４では、ＡｌＮブロック層１２９が電流狭窄機能ならびに光閉じこめ機能を有するため、リッジ部を形成する必要がない。【００４９】
また、前記各実施形態の半導体レーザ１，２は代表的な例であり、層構造は、前記各実施形態で言及したものに限られない。
例えば、前記各実施形態では、クラッド層１２６を、ＡｌＧａＮにより構成される層としたが、これに限らず、クラッド層１２６を、ＡｌＧａＮ／ＧａＮからなる超格子クラッドとしてもよい。これにより、効果的に半導体レーザの駆動電圧を低減することができる。【００５０】
さらに、前記各実施形態では、半導体レーザ１，２の窒化物半導体基板として、ＧａＮ基板１１を使用したが、これに限らず、III族元素としてＩｎやＡｌを含む窒化物半導体基板であってもよい。また、ＢＮ基板等であってもよい。
また、本発明の電極構造は、基板上に電極を直接、形成したものに限られない。例えば、サファイア基板上に、窒化物半導体層としてのＧａＮ層を形成し、このＧａＮ層上に電極を形成してもよい。
さらに、前記実施形態では、本発明の電極構造が適用される半導体素子として、半導体レーザ１，２を示したが、これに限らず、発光ダイオード等であってもよい。
また、半導体素子は、発光素子に限らず、受光素子であってもよい。
さらに、本発明の電極構造を、電解効果型トランジスタ(ＦＥＴ)などの電子デバイスにも適用してもよい。本発明の電極構造を電界効果型トランジスタ(ＦＥＴ)などへ適用する場合は、ＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比０．２〜０．４程度）基板の表面に電極を形成してもよい。
（実施例）【００５１】
第一実施形態と同様の半導体レーザを製造し、電極構造の熱処理温度と電圧との関係についての検討を行った。
具体的には、ＧａＮ基板上に第一実施形態と同様の多層膜を形成し、さらに、ｎ側電極を形成した。ここで、ｎ側電極の第一層をＴｉにより構成される層、第二層をＮｂにより構成される層、第三層をＡｕにより構成される層とし、第二層の厚みを５０ｎｍ、第三層の厚みを１００ｎｍとした。また、第一層の膜厚は、５〜１００ｎｍの範囲で変化させ、６種類のｎ側電極を形成した。
その後、ｎ側電極が形成されたＧａＮ基板を異なる温度で熱処理し、ｐ側電極を形成した。
各熱処理温度におけるｎ側電極およびｐ側電極間の電圧を測定した。なお、熱処理は、窒素雰囲気下で行った。【００５２】
結果を図９に示す。
図９において、黒三角の点は第一層の膜厚が１００ｎｍのもの、白四角の点は第一層の膜厚が５ｎｍのもの、黒四角の点は第一層の膜厚が５０ｎｍのもの、白三角の点は第一層の膜厚が３０ｎｍのもの、黒丸の点は、第一層の膜厚が１０ｎｍのもの、白丸の点は、第一層の膜厚が１５ｎｍのものを示す。
図９を見ると、熱処理温度が３００℃に達するまでは、電圧が急激に上昇していることがわかる。また、熱処理温度３００℃から６５０℃にかけては、徐々に電圧が上昇していることがわかる。さらに、熱処理温度が７００℃以上になると電圧が低下することがわかる。
上述した特許文献１の実施例では、電極構造の熱処理を６００℃で行っている。図９を参照すると、７００℃以上で熱処理を行った本発明の電極構造の方が、従来の特許文献１で開示された電極構造よりも、抵抗値が低くなることがわかった。
なお、実用上、充分に低い接触抵抗を得るためには、図９に示す電圧値が０．１Ｖ以下であることが好ましい。従って、熱処理温度を７５０℃以上とすることがより好ましい。【００５３】
次に、ｎ側電極、ＧａＮ基板を含む電極構造の熱処理温度と、前記電極構造を構成する原子の濃度分布との関係について検討した。
まず、ＧａＮ基板上に第一層（Ｔｉから構成される層、膜厚５ｎｍ）、第二層（Ｎｂから構成される層、膜厚５０ｎｍ）、第三層（Ａｕから構成される層、膜厚１００ｎｍ）を設け、電極構造を形成した。そして、熱処理をおこなわなかった電極構造、４００℃での熱処理を施した電極構造、８００℃での熱処理を施した電極構造の３つの電極構造におけるオージェ分光スペクトルを評価し、電極構造を構成する原子の濃度分布を確認した。結果を図１０〜図１２に示す。
なお、図１０〜図１２において、横軸は、電極構造の深さを示し、図面の右側がＧａＮ基板側、図面の左側が電極側となっている。【００５４】
図１０には、熱処理を行ってない電極構造の原子の濃度分布が示されている。
熱処理を行っていない電極構造では、ＧａＮ基板上に、Ｔｉから構成される第一層、Ｎｂから構成される第二層、Ａｕから構成される第三層が積層されていることが確認できる。また、ＧａＮ基板と電極との界面にＯ原子が高濃度で存在していることがわかる。【００５５】
図１１には、４００℃の熱処理が施された電極構造の原子の濃度分布が示されている。ＧａＮ基板と電極との界面のＯ原子が、第一層のＴｉ原子と結合し、金属酸化物を形成していることがわかる。この金属酸化物は、ＧａＮ基板と電極の界面近傍に集中して存在している。この金属酸化物の最高濃度位置は界面近傍にあり、金属酸化物の最高濃度位置における含有率が３０％を超えるものとなっている。
図９において、３００℃付近で急激に電圧が増加したのは、ＧａＮ基板表面のＯ原子が第一層のＴｉ原子と結合し、電気伝導性の低い金属酸化物がＧａＮ基板の電極との界面近傍に、高濃度で形成されたためであると考えられる。【００５６】
図１２には、８００℃での熱処理が施された電極構造の原子の濃度分布が示されている。８００℃での熱処理が施された電極構造では、第二層のＮｂの原子がＧａＮ基板の電極との界面、さらには、ＧａＮ基板内部まで拡散し、Ｎｂの金属窒化物を形成していることがわかる。
図１２では、Ｇａと結合しているＮと、Ｎｂと結合しているＮとを分離して表示しており、それぞれＮ（Ｇａ）、Ｎ（Ｎｂ）と表示している。Ｎ（Ｇａ）のプロファイルは、Ｇａのプロファイルに沿っており、Ｎ（Ｎｂ）のプロファイルは、界面側においてＮｂのプロファイルとほぼ一致している。【００５７】
また、図１３に、８００℃での熱処理が施された電極構造の断面の電子顕微鏡による観察結果を示す。この観察結果によっても、８００℃の熱処理により、Ｎｂの原子がＧａＮ基板内部にまで侵入し、Ｎｂの金属窒化物がＧａＮ基板表面からＧａＮ基板内部にわたって形成されていることが確認された。
図１３の右側の模式図において、ＧａＮ基板１１内部の斜線部分がＮｂの金属窒化物を示している。【００５８】
また、再度、図１２を見ると、ＧａＮ基板表面に存在していたＯ原子は、主として、Ｔｉ原子と結合し、Ｔｉの金属酸化物となっていることがわかる。そして、このＴｉの金属酸化物は、電極とＧａＮ基板との界面から電極内部に存在していることがわかる。このＴｉの金属酸化物の濃度分布における最高濃度位置は界面近傍にあり、金属酸化物の最高濃度位置における含有率は３０％以下（図１２では、１０％以下）であった。さらに、Ｔｉの金属酸化物の分布における最高濃度位置は、電極のＧａＮ基板との界面近傍よりも電極側に位置していた。
また、Ｔｉの金属酸化物の最高濃度は、１×１０２２ｃｍ−３以下であった。
以上のように、８００℃の熱処理により、Ｎｂ原子がＧａＮ基板内部に侵入し、ＧａＮ基板内部にＮ空孔が形成され、かつ、ＧａＮ基板と電極との界面に存在していた金属酸化物が拡散されるため、図９に示すように、電圧が大幅に低くなったと考えられる。
なお、熱処理後のＴｉの金属酸化物の最高濃度位置における含有率が３０％以下の時に、熱処理による抵抗低減効果が認められ、２０％以下ではさらに電圧の低下が顕著となり（ｎ側電極およびｐ側電極間の電圧０．２Ｖ以下）、さらに図１２のように１０％以下となると、ｎ側電極およびｐ側電極間の電圧が０．１Ｖ以下となり、実用上十分な低電圧動作が再現性よく実現できた。【００５９】
次に、第一層を設けずに電極の形成を行った電極構造における熱処理と接触抵抗との関係について検討した。
具体的には、第一実施形態と同様の多層膜が形成されたＧａＮ基板上に、第一層を設けず、Ｎｂから構成される第二層（５０ｎｍ）、Ａｕから構成される第三層（１００ｎｍ）を設けた。そして、多層膜、ＧａＮ基板、第二層、第三層を窒素雰囲気下で、８００℃で熱処理し、その後、ｐ側電極を形成し、半導体レーザを得た。
この半導体レーザのｎ側電極およびｐ側電極間の電圧を測定した。この場合には、８００℃での熱処理を施したにもかかわらず、電圧は非常に高くなってしまった。
この半導体レーザのｎ側電極およびＧａＮ基板のオージェ分光スペクトルを評価したところ、電極とＧａＮ基板との界面にＮｂの金属酸化物が存在していることが確認された。また、ＧａＮ基板内部には、Ｎｂはほとんど拡散しておらず、ここでは、Ｎｂの金属窒化物を確認することはできなかった。【００６０】
このように、ＧａＮ基板上に第一層を形成せず、ＧａＮ基板上に第二層を形成した場合には、Ｎｂの金属酸化物が、電極のＧａＮ基板との界面に存在し、Ｎｂ原子のＧａＮ基板側への拡散を阻害していると考えられる。そのため、ＧａＮ基板内部に充分な数のＮ空孔を形成することができず、電極とＧａＮ基板との接触抵抗の低減を図ることができないと考えられる。
これに対し、図１２に示したように、ＧａＮ基板上にＴｉにより構成される第一層、Ｎｂにより構成される第二層、Ａｕにより構成される第三層を形成した場合には、Ｔｉの金属酸化物により、Ｎｂ原子のＧａＮ基板側への拡散が阻害されることがなく、ＧａＮ基板内部に、Ｎｂの金属窒化物が形成されると考えられる。そのため、ＧａＮ基板内部にＮ空孔を形成することができ、電極とＧａＮ基板との接触抵抗の低減を図ることができると考えられる。
【図１】
2007007634.tif 000002
【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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【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】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年11月17日(2006.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】窒化物半導体層と、
この窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、
前記窒化物半導体層は、Ｎｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含む金属窒化物を含有し、
ＴｉまたはＶを構成元素として含む金属酸化物が前記電極の一部に形成されていることを特徴とする電極構造。
【請求項２】請求項１に記載の電極構造において、
前記金属酸化物の濃度分布の最高濃度位置が、前記電極の前記窒化物半導体層との界面近傍よりも前記電極内部側に存在することを特徴とする電極構造。
【請求項３】請求項２に記載の電極構造において、
前記金属酸化物の濃度分布の最高濃度位置における前記金属酸化物の濃度は、前記最高濃度位置における全原子の３０％以下であることを特徴とする電極構造。
【請求項４】請求項１に記載の電極構造において、
前記金属窒化物は、前記電極から拡散した金属元素の窒化物であることを特徴とする電極構造。
【請求項５】請求項１に記載の電極構造において、
前記金属窒化物が、前記電極内部にも分布していることを特徴とする電極構造。
【請求項６】請求項１に記載の電極構造において、
前記金属窒化物は、前記窒化物半導体層表面から窒化物半導体層内部にわたって形成されていることを特徴とする電極構造。
【請求項７】請求項１に記載の電極構造において、
前記金属酸化物は、前記電極の構成元素であるＴｉまたはＶが、前記窒化物半導体層と前記電極との界面の酸素原子と結合し、前記界面から電極内部に拡散したものであることを特徴とする電極構造。
【請求項８】請求項１に記載の電極構造において、
前記窒化物半導体層は、Ｎｂの金属窒化物を含有することを特徴とする電極構造。
【請求項９】請求項１に記載の電極構造において、
前記電極は、Ｔｉの金属酸化物を含有することを特徴とする電極構造。
【請求項１０】請求項１に記載の電極構造において、
前記電極の表面には、Ａｕが含まれていることを特徴とする電極構造。
【請求項１１】請求項１に記載の電極構造において、
前記窒化物半導体層はドライエッチングされた面を有し、
前記電極は、前記窒化物半導体層のドライエッチングされた面上に設けられていることを特徴とする電極構造。
【請求項１２】請求項１に記載の電極構造において、
前記窒化物半導体層は、ＧａＮ基板であることを特徴とする電極構造。
【請求項１３】請求項１２に記載の電極構造において、
前記電極は、前記ＧａＮ基板の（０００１）面上に設けられていることを特徴とする電極構造。
【請求項１４】請求項１２に記載の電極構造において、
前記電極は、前記ＧａＮ基板の（０００−１）面上に設けられていることを特徴とする電極構造。
【請求項１５】請求項１に記載の電極構造において、
前記電極は、Ａｌを実質的に含有しないことを特徴とする電極構造。
【請求項１６】請求項１に記載の電極構造において、
前記窒化物半導体層は、Ｎｂの金属窒化物を含有し、
前記電極は、Ｔｉの金属酸化物を含有することを特徴とする電極構造。
【請求項１７】請求項１に記載の電極構造において、
前記電極の表面には、Ａｕが含まれており、
前記電極は、Ａｌを実質的に含有しないことを特徴とする電極構造。
【請求項１８】窒化物半導体層と、
この窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、
前記窒化物半導体層は、Ｎｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含む金属窒化物を含有し、
前記窒化物半導体層と前記電極との界面から、前記電極内部にわたって、ＴｉまたはＶを構成元素として含む金属酸化物が分布しており、
前記金属酸化物の濃度分布における最高濃度位置は、前記電極の前記窒化物半導体層との界面近傍よりも前記電極内部側に存在することを特徴とする電極構造。
【請求項１９】請求項１に記載の電極構造を備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項２０】窒化物半導体層と、この窒化物半導体層上に形成された電極とを備える電極構造を形成する電極構造の形成方法であって、
前記窒化物半導体層上にＴｉまたはＶを構成元素として含む第一層を形成する工程と、
前記第一層上にＮｂ、ＨｆまたはＺｒを構成元素として含む第二層を形成する工程と、
少なくとも前記窒化物半導体層、前記第一層、および前記第二層を７００℃以上、１３００℃以下で熱処理する工程とを備えることを特徴とする電極構造の形成方法。
【請求項２１】請求項２０に記載の電極構造の形成方法において、
熱処理する前記工程では、前記第一層のＴｉまたはＶと、前記窒化物半導体層および電極の界面の酸素原子とを結合させて金属酸化物を形成し、この金属酸化物を前記電極内部に拡散させるとともに、前記第二層の構成元素であるＮｂ、ＨｆまたはＺｒを前記窒化物半導体層内部に拡散させて金属窒化物を形成することを特徴とする電極構造の形成方法。
【請求項２２】半導体素子の製造方法において、
窒化物半導体基板上に活性層を含む多層膜を形成する工程と、
前記多層膜および前記窒化物半導体基板表面を選択的に除去する工程と、
前記窒化物半導体基板のエッチング面上に第一の電極を設け、電極構造を形成する工程と、
前記多層膜上に第二の電極を形成する工程と、
を含み、
電極構造を形成する前記工程では、請求項１９または２０に記載の方法により電極構造を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【国際調査報告】
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