(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された窒化物半導体層と、前記シリコン基板に接して形成された金属電極とを備えた窒化物半導体素子であって、
前記金属電極は、前記シリコン基板に接して離散した島状に形成された第１金属層と、前記第１金属層の島同士の間から露出したシリコン基板に接して前記第１金属層を覆うよう形成された第２金属層と、を有し、
前記第２金属層は、シリコンとオーミック接触可能な金属から成り、前記第１金属層は、前記第２金属層と異なる金属とシリコンとを含む合金から成ることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第１金属層は、遷移金属とシリコンとを含む合金から成ることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１金属層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉから選択された少なくとも１種とシリコンとを含む合金から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１金属層は、島の平均粒径が１００Å以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１金属層の膜厚は、５〜１００Åであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記シリコン基板がｐ型であり、前記第２金属層が白金族の少なくとも１種を主成分として含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第２金属層が、Ｐｔを主成分として含むことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記シリコン基板がｎ型であり、前記第２金属層がＴｉ又はＡｌを主成分として含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記シリコン基板と前記窒化物半導体積層体は、導電性接合層を用いて接合されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記金属電極が、前記シリコン基板の第１の主面に形成され、前記金属電極上に前記窒化物半導体層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記金属電極が、前記シリコン基板の第２の主面に形成され、前記第２の主面に対向する第１の主面上に前記窒化物半導体層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記シリコン基板の厚さが５０μｍ〜２５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項１３】
シリコン基板と、前記シリコン基板上に有する窒化物半導体層と、前記シリコン基板に接して形成された金属電極とを備えた窒化物半導体素子の製造方法であって、
前記シリコン基板上に、前記シリコン基板に接して離散した島状に第１の金属層を形成する過程と、前記第１金属層の島同士の間から露出したシリコン基板に接して前記第１金属層を覆うように第２金属層を形成する過程と、を含む、金属電極形成工程を含み、
前記第２金属層は、シリコンとオーミック接触可能な金属から成り、前記第１金属層は、前記第２金属層と異なる金属とシリコンとを含む合金から成る事を特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記シリコン基板の第１の主面上に前記窒化物半導体層を有し、
金属電極形成工程において、前記金属電極が、前記第１の主面に対向する第２の主面に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記電極形成工程の前に、前記シリコン基板と前記窒化物半導体層とを接合する接合工程を有することを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
接合工程と前記電極形成工程との間に、前記シリコン基板の前記第２の主面を研磨する研磨工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記研磨工程において、前記シリコン基板の厚さを５０μｍ〜２５０μｍまで研磨することを特徴とする請求項１６に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の金属層を形成する過程において、前記第１金属層が、遷移金属とシリコンとを含む合金から形成されることを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の金属層を形成する過程において、前記第１の金属層は、島の平均粒径が１００Å以下になるように形成されることを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記シリコン基板がｐ型であり、
前記第２の金属層を形成する過程において、前記第２金属層が、白金族の少なくとも１種を主成分とする材料から形成されることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、シリコン基板を用いた窒化物半導体素子及びその製造方法に関し、より詳細にはシリコン基板に対するオーミック接触性と密着性に優れた電極を備えた窒化物半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体素子は、高出力の短波長光を発光可能であり、青色、緑色ＬＥＤや、蛍光体と組み合わせた白色ＬＥＤとして広く利用されている。また、窒化物半導体素子は、ＨＥＭＴ等の高速電子デバイスとしても近年盛んに研究されている。
【０００３】
窒化物半導体素子は、窒化物半導体層をホモエピタキシャル成長させるためのＧａＮ基板が高価であるため、サファイア等の異種基板上に窒化物半導体層をヘテロエピタキシャル成長させて製造するのが一般的である。しかしながら、サファイア等の異種基板であっても、大口径のウェハを得ることは難しく、コスト的にも安価ではない。また、サファイアは絶縁性であるために、サファイア基板の裏面に電極を形成することができず、両極性の電極を同じ窒化物半導体層側に形成しなければならない。そのため窒化物半導体素子内の電流分布を均一にすることが難しい。
【０００４】
そこで導電性で裏面に電極形成が可能であり、かつ、大口径ウェハが安価に入手可能なシリコン基板上に窒化物半導体素子を形成することが検討されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ｎ型シリコン基板上に、ガリウムとインジウムとシリコンを主成分とする金属化合物領域と、窒化アルミニウム層を形成し、その上に窒化物半導体の素子構造を形成した窒化物半導体素子が開示されている。ｎ型シリコン基板の裏面には、チタンとアルミニウムとを真空蒸着したカソード電極が形成される。そして、窒化物半導体層のｐ側にはニッケルと金を真空蒸着したアノード電極が形成されている。また、チタンとアルミニウムのカソード電極に代えて、チタン／金ゲルマニウムニッケル合金／金が順次積層された電極を形成することも開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、ｎ型シリコン基板の表面に、予めＩＩＩＢ族含有層を形成しておき、その上に窒化物半導体層を形成した窒化物半導体素子が開示されている。ｎ型シリコン基板の裏面には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＶまたはＮｂのいずれかから成るボンディング電極が形成される。そして、窒化物半導体層のｐ側にはＴａ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｕのいずれかから成る薄膜の透明電極が形成され、さらに第２のボンディング電極が形成される。
【０００７】
さらに、特許文献３には、サファイア等の異種基板上に成長させた窒化物半導体層を、共晶層などの導電性接合層を介してシリコン基板に接合し、その後でサファイア等の異種基板を除去して形成した窒化物半導体素子が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２０８７２９号公報
【特許文献２】特開２００３−８０６１号公報
【特許文献３】特開２００５−１０８８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１〜３のようにシリコン基板を用いて窒化物半導体素子を構成した場合、素子の製造工程においてシリコン基板に形成した金属電極が剥離し易いという問題があった。即ち、シリコン基板は導電性であるため基板裏面に金属電極を形成することが可能であるが、シリコン基板と金属電極が良好にオーミック接触しなければならない。ところが、シリコン基板とオーミック接触性が良好な金属によって金属電極を形成した場合、ダイシング工程など、窒化物半導体素子の製造工程中に金属電極がシリコン基板から剥離してしまう場合があった。窒化物半導体素子では、シリコン基板上に熱膨張係数や格子定数が異なる窒化物半導体層を形成する必要があるため、通常のシリコン半導体素子に比べて、シリコン基板に形成する金属電極に加わる応力が大きくなる。このため特に金属電極の剥離が起き易いと推定される。
【０００９】
特に、特許文献３のように貼り合わせによってシリコン基板と窒化物半導体層を接合した場合、成長用基板、窒化物半導体層、シリコン基板という熱膨張係数の異なる３つの層を貼り合わせた後に、成長用基板を除去するため、製造工程中のシリコン基板の反りが大きく変化し、金属電極の剥離が起き易くなる。また、特許文献３のように導電性接合層によってシリコン基板と窒化物半導体層を接合した後は、導電性接合層の融点を超える温度でアニールすることができない。このため、特に貼り合わせ後にシリコン基板に形成する金属電極は高温でアニールしなくてもオーミック接触が可能な金属にする必要があり、電極材料の選択が限られてしまう。従って、金属電極のオーミック接触性と付着力の両立は一層難しくなる。
【００１０】
そこで本件発明は、シリコン基板を用いた窒化物半導体素子において、シリコン基板に形成する金属電極のオーミック接触性と基板への付着力を両立し、電気特性と信頼性に優れた窒化物半導体素子及びその製造方法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】
上記目的を達成するために本件発明の窒化物半導体素子は、シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された窒化物半導体層と、前記シリコン基板に接して形成された金属電極とを備えた窒化物半導体素子であって、前記金属電極は、前記シリコン基板に接して離散した島状に形成された第１金属層と、前記第１金属層の島同士の間から露出したシリコン基板に接して前記第１金属層を覆うよう形成された第２金属層と、を有し、前記第２金属層は、シリコンとオーミック接触可能な金属から成り、前記第１金属層は、前記第２金属層と異なる金属とシリコンとを含む合金から成ることを特徴とする。
【００１２】
本件発明によれば、第２金属層によってシリコン基板との良好なオーミック接触を確保しながら、第１金属層によってシリコン基板に対する高い付着力が得られるため、オーミック接触性と機械的安定性の両方に優れた金属電極が容易に得られる。即ち、本件発明において、第２金属層は、白金族などシリコンと良好にオーミック接触可能な金属から成り、シリコン基板への付着力は高くないが、島状に離散した第１金属層の島同士の間から露出したシリコン基板の表面と良好にオーミック接触する。一方、第１金属層は、第２金属層とは異なる金属とシリコンとを含む合金から成り、シリコン基板に対する付着力が高い。従って、第１金属層をシリコン基板上に島状に形成することによって、第１金属層がシリコン基板と第２金属層を接続するアンカーとして機能し、金属電極全体としての付着力を確保することができる。
【００１３】
尚、本件発明において、「第２金属層と異なる金属」とは、第２金属層の主成分である金属とは異なる金属を意味し、第２金属層に少量含まれる金属は除外されない。また、本件発明において、「主成分である」とは、当該成分のモル比が５０％以上である場合を指す。
【００１４】
第１金属層は、遷移金属とシリコンとを含む合金から成ることが好ましく、より好ましくはＴｉ、Ｗ、Ｃｏから選択された少なくとも１種とシリコンとを含む合金から成ることが望ましい。これらのシリコン合金は、シリコン基板に対して高い接続強度を示すため、金属電極の剥離を一層効果的に抑制できる。
【００１５】
また、第１金属層はシリコン基板との密着性を確保するための層であり、シリコン基板とのオーミック接触は第１金属層同士の間から露出したシリコン基板と第２金属層との間で取る。従って、第１金属層を島の粒径が１００Å以下であることが好ましく、それによって第２金属層とシリコン基板のオーミック接触領域も広くなり、接触抵抗が一層低くなる。また、第１金属層の膜厚は、５〜１００Åであることが望ましい。この膜厚であれば、スパッタリングによって第１金属層を微細な径の島状に形成することが可能となる。
【００１６】
シリコン基板がｐ型である場合、第２金属層が白金族（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）の少なくとも１種を主成分として含むことが望ましく、最も好ましくはＰｔを主成分として含む。白金族の金属は、ｐ型シリコン基板に対してオーミック接触が取りやすく、例えば、抵抗率がある程度高くても良好にオーミック接触可能である。特に、Ｐｔはｐ型シリコン基板の抵抗率が２Ωｃｍ以上であっても良好なオーミック接触が可能である。また、白金属の金属は、ｐ型シリコン基板の抵抗率がある程度低ければ（例えば、０．５Ωｃｍ以下）、高温アニールを行わなくてもオーミック接触が可能である点でも望ましい。
【００１７】
尚、シリコン基板と窒化物半導体積層体は、導電性接合層を用いて接合されていることが好ましく、これによって本件発明による金属電極の剥離防止効果が一層重要となる。
【００１８】
また、本件発明の窒化物半導体素子の製造方法は、シリコン基板と、前記シリコン基板上に有する窒化物半導体層と、前記シリコン基板に接して形成された金属電極とを備えた窒化物半導体素子の製造方法であって、前記シリコン基板上に、前記シリコン基板に接して離散した島状に第１の金属層を形成する過程と、前記第１金属層の島同士の間から露出したシリコン基板に接して前記第１金属層を覆うように第２金属層を形成する過程とを含む金属電極形成工程を含み、前記第２金属層は、シリコンとオーミック接触可能な金属から成り、前記第１金属層は、前記第２金属層と異なる金属とシリコンとを含む合金から成る事を特徴とする。
【００１９】
本件製造方法によれば、シリコン基板上に、シリコン基板に対する高い付着力を有する第１金属層を形成し、続いてシリコン基板との良好なオーミック接触を有する第２金属層を形成することにより、オーミック接触性と機械的安定性の両方に優れた金属電極を形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本件発明によれば、シリコン基板を用いた窒化物半導体素子において、シリコン基板に形成する金属電極のオーミック接触性と密着性を両立し、電気特性と信頼性に優れた窒化物半導体素子及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１Ａ及び図１Ｂは、本実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す上面図及び断面図である。図１Ａ及びＢに示す窒化物半導体素子１では、略矩形で導電性のシリコン基板２の表面（第１の主面）２２上に、金属電極８、基板側密着層９、基板側バリア層１１、導電性接合層１７、半導体側バリア層１３、半導体側密着層１５及びｐ電極１２を介して、窒化物半導体層１０が接合されている。また、シリコン基板２の裏面（第２の主面）２４にも金属電極８’が形成されている。ｐ電極１２は、窒化物半導体層１０のｐ側にオーミック接続しており、シリコン基板２を介して外部と電気的に接続可能である。また、ｐ電極１２の周囲には絶縁保護膜１４が形成されている。一方、窒化物半導体層１０のｎ側にはｎ電極１６が形成されており、パッド部１６ａを除いて第２絶縁保護膜１８によって覆われている。ｎ電極１６は、パッド部１６ａに接続されるワイヤー等を介して外部と電気的に接続可能である。
【００２２】
図１Ａ及び図１Ｂに示す窒化物半導体素子１は、導電性のシリコン基板２を用いて、シリコン基板２の裏面２４に金属電極８’を設けているため、素子全体に均一に電流を流すことができる。また、安価なシリコン基板を用いているため低コストである。さらに、シリコン基板２はもともとダイシングが容易な材料である上、本実施の形態では従来問題となっていたダイシング時の金属電極８、８’の剥離も抑制されるため、高い歩留まりで製造することができる。
【００２３】
図２は、シリコン基板２上の金属電極８の部分を示す模式図である。図２に示すように、本実施の形態においてシリコン基板２の表面２２に形成された金属電極８は、島状に離散して形成された第１金属層４と、第１金属層４を覆ってシリコン基板２のほぼ全面に面状に形成された第２金属層６とを有している。第２金属層６は、白金族などのシリコンと良好にオーミック接触可能な金属から成り、島状に離散した第１金属層４の島同士の間から露出したシリコン基板２の表面２２とオーミック接触している。一方、第１金属層４は、第２金属層６とは異なる金属とシリコンとを含む合金から成り、シリコン基板２に高強度で付着している。この第１金属層４が、シリコン基板２と第２金属層６を接合するアンカーの役割を果たす。従って、本実施の形態の金属電極８によれば、第２金属層６によってシリコン基板２との良好なオーミック接触を確保しながら、第１金属層４のアンカー効果によって第２金属層６がシリコン基板２から剥離することを効果的に防止できる。尚、シリコン基板２の裏面２４に形成された金属電極８’も、表面の金属電極８と同じ組成、構造にすることが好ましい。以下の金属電極８に関する説明は、金属電極８’にも適用できる。
【００２４】
図３のように、シリコン基板２の表面２２に、第１金属層４と第２金属層６とを有する金属電極８を形成すると、ダイシング時に金属電極８の剥離を抑えることができる（すなわち、ダイシング時に、シリコン基板２と窒化物半導体１０との剥離を抑えることもできる）ので好ましい。また、シリコン基板２の表面２２と金属電極８とをオーミック接触を確立することもできる。
同様に、図４のように、シリコン基板２の裏面２４に、第１金属層４’と第２金属層６’とを有する金属電極８’を形成すると、ダイシング時に金属電極８’の剥離を抑えることができるので好ましい。そして、シリコン基板２の表面２４と金属電極８’とをオーミック接触を確立することもできる。
最も好ましいのは、図２のようにシリコン基板２の表面２２及び裏面２４の両方に金属電極８、８’を形成することである。これにより、シリコン基板２の表面２２及び裏面２４の両方に、オーミック接触性と密着性に優れた金属電極８、８’を備えることができる。
【００２５】
第１金属層４は、第２金属層６と異なる金属とシリコンとを含む合金である。シリコン合金は一般にシリコンに対する付着力が高いため、第１金属層４のシリコン基板に対する付着力は高くなる。また、シリコン合金は、シリコン単体と比べると、白金族などのシリコンとのオーミック接触性に優れた金属に対する付着力も高い。さらに、島状に形成された第１金属層４の周囲を第２金属層６が埋め込むことによって、第１金属層４と第２金属層６の間に機械的な接合力も生じる。従って、第１金属層４をシリコン基板２上に島状に形成することによって、第１金属層４がシリコン基板２と第２金属層６を結びつけるアンカーとして機能し、金属電極８の剥離を効果的に抑制できる。
【００２６】
ここで「第２金属層と異なる金属とシリコンとを含む合金」は、そのシリコン合金がシリコン基板２に高強度に付着可能であれば特に限定されない。但し、「第２金属層と異なる金属」は、遷移金属が望ましく、より好ましくはＴｉ、Ｃｏ、Ｗ及びＮｉから成る群から選択された１種であることが望ましい。中でもＴｉ、Ｃｏ及びＷが好ましく、Ｔｉが最も好ましい。これらのシリコン合金は、シリコン基板２に対して高い接続強度を示す。また、第１金属層４におけるシリコン含有率は、４０〜７５atom％であることが好ましい。シリコン含有率が４０atom％よりも低いシリコン基板２との接続強度が低下し易く、シリコン含有率が７５atom％よりも高いと第１金属層４が第２金属層６に対して示すアンカー効果が低下する傾向にある。尚、本件明細書における「合金」とは、ある金属に他の金属元素や非金属元素を添加溶解したものを指し、シリサイドも含まれる。第１金属層６がシリサイドであると一層好ましい。中でもＴｉＳｉ２はシリサイドの中でも最も安定しており、好ましい。
【００２７】
一方、第２金属層６は、シリコンと良好なオーミック接触可能な金属から成る。シリコン基板２がｐ型である場合には、第２金属層６は仕事関数の大きな金属とすることが好ましい。例えば、第２金属層６が白金族（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）から成ることが望ましく、最も好ましくはＰｔである。白金族の金属は、ｐ型シリコン基板２に対してオーミック接触が取りやすく、例えば、シリコン基板２の抵抗率がある程度高くても良好にオーミック接触可能である。特に、Ｐｔはｐ型シリコン基板２の抵抗率が２Ωｃｍ以上であっても良好なオーミック接触が可能である。また、白金属の金属であれば、ｐ型シリコン基板２の抵抗率がある程度低い場合には、高温アニールを行わなくてもオーミック接触が可能である。一方、シリコン基板２がｎ型である場合には、Ｔｉ又はＡｌを主成分と含む金属、より好ましくはＴｉ又はＡｌが望ましい。尚、第２金属層６は、全体としてオーミック接触が良好な金属であれば良い。例えば、白金族の金属に、そのオーミック接触性を阻害しない程度に他の金属元素が含まれていても良い。
【００２８】
尚、第１金属層４によるアンカー効果が得られれば、第１金属層４と第２金属層６は必ずしも接している必要はない。例えば、第１金属層４と第２金属層６の間に、それら両方に密着可能な第３の金属が介在していても構わない。
【００２９】
金属電極８は、次のようにして形成することができる。まず、シリコン基板２上に、第１金属層４を島状に離散した形態に成長させる。第１金属層４は、フォトリソグラフィを用いたパターニングによって島状に形成することも可能であるが、スパッタリングや真空蒸着を利用して島状に成長することが好ましく、特にスパッタリングが好ましい。即ち、スパッタリングでは、成長初期に島状の核がクラスタとして生成し、成長を続けると島状のクラスタ同士がつながって均一な膜に成長する。そこで均一な膜に成長する前にスパッタリングを停止することにより、微細な径の島状に離散した形態の第１金属層４を形成することができる。そして島状に形成された第１金属層４を覆うように第２金属層６を形成する。第２金属層６は、スパッタリングや真空蒸着などの通常の方法で形成することができる。これによってシリコン基板２上に金属電極８が形成される。
【００３０】
尚、第１金属層４はシリコン基板２に対する付着力を確保するための層であり、シリコン基板２とのオーミック接触は第１金属層４同士の間から露出したシリコン基板２と第２金属層６との間で取る。従って、第１金属層４を島の粒径が１００Å以下であることが好ましく、それによって第２金属層６とシリコン基板２のオーミック接触領域も広くなり、接触抵抗が一層低くなる。また、第１金属層４の島が配列する平均ピッチは、島の平均粒径以上であることが好ましい。第１金属層４の膜厚は、５〜１００Å、より好ましくは１０〜５０Åであることが望ましい。この膜厚であれば、スパッタリングのクラスタ形成を利用して第１金属層４を微細な径でファインピッチの島状に形成することが可能となる。一方、第２金属層６は、少なくとも第１金属層を完全に覆うように形成する。第２金属層６の膜厚は、２０００〜５０００Å、より好ましくは２５００〜３０００Åであることが望ましい。
【００３１】
また、シリコン合金から成る第１金属層４は、目的とする組成のシリコン合金をターゲットとして用いたスパッタリングによって形成することが好ましい。これによってシリコン基板２の密度が金属電極８との界面近傍においても一定に保たれる。即ち、例えばＴｉＳｉ２という組成のシリコン合金を第１金属層４として形成する場合、Ｔｉを島状に形成した後にアニールしてＴｉＳｉ２とすることも可能である。しかし、その場合はシリコン基板２内のシリコンが消費されてシリコン合金が形成されるため、シリコン基板２の密度が第１金属層４との界面近傍において低下してしまう。これに対して、例えばＴｉＳｉ２をターゲットとして用いたスパッタリングによって第１金属層４を形成すれば、シリコン基板２の密度が金属電極８との界面近傍においても一定に保たれる。シリコン基板２の密度が金属電極８との界面近傍においても一定であれば、シリコン基板２と金属電極８のオーミック接触性及び密着性がより良好になるため好ましい。
【００３２】
（窒化物半導体素子１の製造方法）
次に、窒化物半導体素子１の製造方法について図５Ａ〜Ｈを参照しながら説明する。図面の簡単のため、図５Ａ〜Ｈにおいては、ｐ電極１２及びｎ電極１６のパターンは簡略化してある。
【００３３】
図５Ａに示すように、サファイア等の成長用基板２０の表面に、窒化物半導体層１０を形成する。窒化物半導体層１０は、適当な素子構造を実現するためｎ型及びｐ型の窒化物半導体層を複数積層して形成される。結晶性の観点からは、ｎ型窒化物半導体層を先に成長し、ｐ型窒化物半導体層を後から形成することが好ましい。例えば、窒化物半導体発光素子の場合であれば、バッファ層、高温成長層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型コンタクト層などを含む。
【００３４】
次に、図５Ｂに示すように、窒化物半導体層１０のｐ側の表面にオーミック接触するようにｐ電極１２を形成する。ｐ電極１２には、例えば、Ｒｈなどを用いることができる。そして、ｐ電極１２の周囲にＳｉＯ２などの絶縁保護膜１４を形成し、素子全面を覆うように、窒化物半導体層１０側から順に、Ｔｉ等の半導体側密着層１５、Ｐｔ等の半導体側バリア層１３、第１導電性接合層１７ａを形成する。第１導電性接合層１７ａは、Ｓｎ、Ｉｎ等の比較的低融点の金属を主たる組成として含む。尚、ここで第１導電性接合層１７ａの露出面となる界面及び／又は半導体側バリア層１３との界面にＡｕ等の層（図示せず）を形成しておくことも好ましい。Ａｕ層は、第１導電性接合層１７ａを保護すると共に、接合をより良好にするという効果を有する。
【００３５】
次に、図５Ｃに示すように、ｐ型（又はｎ型）のシリコン基板２を準備し、その上にＴｉＳｉ２等のシリコン合金から成る第１金属層４を島状に離散した形態に成長させる。第１金属層４は、目的とするシリコン合金のターゲットを用いたスパッタリングを利用して成長することが好ましい。即ち、均一な膜に成長する前にスパッタリングを停止することにより、島状に離散した形態の第１金属層４を形成することができる。
【００３６】
次に、図５Ｄに示すように、島状に形成された第１金属層４を覆うようにＰｔ等から成る第２金属層６を形成する。第２金属層６は、スパッタリング、真空蒸着などの通常の方法で形成することができる。これによってシリコン基板２上に金属電極８が形成される。
【００３７】
次に、図５Ｅに示すように、シリコン基板２の金属電極８上に、さらに基板側密着層９、基板側バリア層１１、第２導電性接合層１７ｂを形成し、シリコン基板２を上下反転する。第２導電性接合層１７ｂは、Ｐｄ、Ａｕ等から成り、第１導電性接合層１７ａと共晶形成可能であり、第１導電性接合層１７ａよりも高融点の金属を主たる組成として含む。そして、第１導電性接合層１７ａと第２導電性接合層１７ｂとが対向するように、窒化物半導体層１０の上にシリコン基板２を積層し、加熱圧接する。尚、基板側密着層９、基板側バリア層１１は、必ずしも必要ではなく、省略しても良い。また、第１導電性接合層１７ａと第２導電性接合層１７ｂは、互いに濡れ性が良く、相互拡散する材料の組合せとすることが好ましい。例えば、ＡｕとＳｎ、ＳｎとＰｄ、ＡｇとＳｎなどは、互いに濡れ性が良く、相互拡散する組合せとなる。従って、例えば、第１導電性接合層１７ａをＡｕ−Ｓｎ合金とし、第２導線性接合層１７ｂをＡｕやＰｄで構成することができる。
【００３８】
図５Ｆに示すように、加熱圧接されると、第１導電性接合層１７ａと第２導電性接合層１７ｂが互いに拡散して導電性接合層１７を形成し、シリコン基板２と窒化物半導体層１０とが接合される。
【００３９】
そして図５Ｇに示すように、シリコン基板２が下側となるように素子を上下反転させて研磨器に設置し、成長用基板２０のラッピングを行う。このとき、成長用基板２と共に、窒化物半導体層１０内のバッファ層や下地層も同時に除去することができる。
【００４０】
次に、図５Ｈに示すように、窒化物半導体層１０のｎ側の表面をポリシングした後、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ等のｎ電極１６を形成し、パッド部を残して第２絶縁保護膜１８で覆う。次に、シリコン基板２の裏面２４に、ＴｉＳｉ２等の第１金属層４’を島状に形成し、その第１金属層４’を覆うようにＰｔ等の第２金属層６’を形成して、金属電極８’を形成する。このとき窒化物半導体素子に導電性接合層１７の融点を超えるような高温を加えるとシリコン基板２が窒化物半導体層１０から剥がれてしまう。本実施の形態の金属電極８’は、例えば第２金属層６がＰｔ等であれば高温でアニールしなくてもオーミック接触を取ることが可能であるので、シリコン基板２の剥離等の問題を起こすことなくオーミック接触の良好な金属電極８’を形成できる。
【００４１】
なお、シリコン基板２の裏面２４に第１金属層４’及び第２金属層６’を形成する前に、シリコン基板２の裏面２４を研磨してもよい。これにより、シリコン基板２が薄くなり、薄い窒化物半導体素子を得ることができる。特に、シリコン基板２の厚さが５０μｍ〜２５０μｍであると、窒化物半導体素子２の基板として機能するのに必要な厚さを確保しながら、薄い窒化物半導体素子を得ることができるので好ましい。
【００４２】
シリコン基板２を薄くするには、窒化物半導体層１０をシリコン基板２に接合した後に、シリコン基板２の裏面２４を研磨するのが好ましい。薄いシリコン基板２は強度が低いので、窒化物半導体層１０を接合する前にシリコン基板２を研磨するのは、シリコン基板２が破損する可能性があるので望ましくない。さらには、接合する前にシリコン基板を薄くし、窒化物半導体層と接合すると、接合されたとしても、シリコン基板と窒化物半導体層との間の熱膨張係数差により、シリコン基板が破損してしまう傾向にあり望ましくない。特に、シリコン基板２の厚さを２５０μｍ以下まで薄くする場合には、これらに起因する破損の可能性は高まる。そこで、シリコン基板２を窒化物半導体層１０に接合した後に、シリコン基板２の裏面２４を研磨すれば、シリコン基板２を破損することなくシリコン基板２を薄くすることができる。
【００４３】
なお、図６のフローチャートに示すように、シリコン基板２の裏面２４を研磨する場合、裏面２４の金属電極８’は、研磨の工程Ｓ２０の後に形成しなくてはならない。すなわち、シリコン基板２と窒化物半導体層１０とを接合する工程Ｓ１０の後に、金属電極８を形成する工程（第１の金属層４’を形成する工程Ｓ３０と、第２の金属層６’を形成する工程Ｓ４０）を行う必要がある。本実施の形態の金属電極８’は、高温でアニールしなくてもオーミック接触を取ることが可能である。よって、シリコン基板２と窒化物半導体層１０とを接合した後に金属電極８’を設けても、シリコン基板２と窒化物半導体層１０との間に剥離等を起こすことなく、オーミック接触の良好な金属電極８’を形成できる。
【００４４】
そして、ダイシングにより発光素子をチップ状に分離する。これにより、シリコン基板２上に窒化物半導体層１０が積層され、ｎ電極１６及びｐ電極１２が窒化物半導体層１０を上下から挟んだ構造の窒化物半導体素子を得ることができる。このときシリコン基板２の金属電極８、８’には応力や衝撃など剥離要因となる力が加わるが、本実施の形態の金属電極８、８’は密着性に優れるため、シリコン基板２からの剥離が有効に防止される。
【００４５】
次に、本実施の形態の窒化物半導体素子について、主要な部分の構成や製造工程をより詳細に説明する。
【００４６】
（シリコン基板２）
窒化物半導体層１０に接合するシリコン基板２は、ｐ型又はｎ型のいずれでも良い。シリコン基板２の導電率は、０．００２〜３Ωｃｍであることが望ましい。シリコン基板２の導電率（及び不純物濃度）が上記範囲であると、金属電極８、８’のオーミック接触が取り易くなり、また、窒化物半導体素子を低Ｖｆにできる。尚、ｐ型シリコン基板は、例えばＢドープによりｐ型となるので、低コストのＣＺ法で作成することが可能である。また、ｐ型シリコン基板は、ｎ型シリコン基板に比べて、抵抗率も制御し易い。
【００４７】
（基板側密着層９、半導体側密着層１５）
基板側密着層９や半導体側密着層１５などの密着層は、下地層との間に高い密着性を確保するための層であり、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏのいずれか１種の金属を含むことが好ましい。密着層の膜厚は、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００４８】
（基板側バリア層１１、半導体側バリア層１３）
基板側バリア層１１や半導体側バリア層１３などのバリア層は、導電性接合層１７中の金属が拡散するのを防止する層であり、白金族（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）、Ｔｉ、ＮｉおよびＷ等を含むことが好ましい。白金族の中でも、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈが好ましく、特にＰｔ又はＰｄが好ましい。最も好ましい組成はＰｄである。バリア層は、導電性接合層１７と混ざる材料を選択して拡散を防止しても良いし、混ざらない材料を選択して拡散を防止しても良い。前者の例が、白金族、Ｔｉ及びＮｉであり、後者の例がＷである。バリア層の膜厚は、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。尚、密着層及び／又はバリア層は、窒化物半導体素子の構成によっては省略することもできる。
【００４９】
（第１導電性接合層１７ａ）
第１導電性接合層１７ａは、比較的低融点の金属を主たる組成として含む層である。融点が３００℃以下であり、後述する第２導電性接合層１７ｂと共晶形成可能な金属であることが好ましい。例えば、Ｓｎ又はＩｎであることが好ましく、特にＳｎであることが一層好ましい。第１導電性接合層１７ａの膜厚は、１０００〜３０００ｎｍであることが好ましい。
【００５０】
（Ａｕ層（図示せず））
また、第１導電性接合層１７ａの酸化を防止するために、第１導電性接合層１７ａの上に第１導電性接合層１７ａよりも高融点で、第２導電性接合層１７ｂよりも低融点な金属、例えば、Ａｕ層等を形成しておくことが好ましい。このＡｕ層は、第１導電性接合層１７ａが半導体側密着層１５等へ拡散するのをさらに防止するため、半導体側バリア層１３と第１導電性接合層１７ａの間にも形成することが好ましい。
【００５１】
（第２導電性接合層１７ｂ）
第２導電性接合層１７ｂは、比較的高融点の金属を主たる組成として含む層である。第２導電性接合層１７ｂとしては、第１導電性接合層１７ａと共晶形成可能であり、第１導電性接合層１７ａよりも高融点の金属を選択する。例えば、第２導電性接合層１７ｂは、Ｐｄ又はＡｕであることが好ましく、特にＰｄであることが一層好ましい。第２導電性接合層１７ｂの膜厚は、５００ｎｍ以下、より好ましくは３５０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００５２】
尚、本実施の形態では、窒化物半導体層１０側に第１導電性接合層１７ａを形成し、シリコン基板２側に第２導電性接合層１７ｂを形成する例について説明したが、逆の構成でも構わない。その場合にも、上記説明した事項は、窒化物半導体層とシリコン基板を入れ替えて考えれば、そのまま適用することができる。
【００５３】
（窒化物半導体層１０）
窒化物半導体層１０は、一般式がＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）で表される窒化物半導体から成る層であり、素子の種類によって種々の構造をとり得る。例えば、窒化物半導体発光素子の場合には、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有することが好ましい。
【００５４】
（ｐ電極１２）
ｐ電極１２は、ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触し、高い反射率を有することが好ましい。ｐ電極１２には、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｌから成る群から選択される少なくとも１種を含む金属材料を用いることが好ましい。より好ましくは、Ｒｈ，Ａｇ，ニッケル金，Ｎｉ／Ａｕ／ＲｈＯ及びＲｈ／Ｉｒのいずれか、より好ましくは、Ｒｈを用いることができる。ここで、ｐ電極１２は、ｎ型窒化物半導体層に比べ抵抗率の高いｐ型窒化物半導体層上に形成するため、窒化物半導体層１０のｐ側ほぼ全面に形成することが好ましい。なお、ｐ電極１２の厚さは、０．０５〜０．５μｍが好ましい。
【００５５】
窒化物半導体１０と接しているｐ電極１２には開口部が設けられ、その開口部内には絶縁保護膜１４が形成されている。この絶縁保護膜１４の材料には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を用いることができる。絶縁保護膜１４を備えることにより、ショート等を防ぎ、歩留まりや信頼性を向上することができる。また、絶縁保護膜１４は、反射膜（図示されていない）との２層構造であっても良い。例えば、絶縁保護膜１４の窒化物半導体１０と接していない側に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ等の反射膜（図示されていない）を５００Å以上２０００Å以下の膜厚で形成することにより、横方向に伝播する光を効率良く取り出せる。反射膜は、シリコン基板２側にあっても良いし、窒化物半導体１０側にあっても良い。
【００５６】
（ｎ電極１６）
窒化物半導体層１０のｎ側に形成するｎ電極１６には、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／ＡｕあるいはＷ／Ａｌ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕの多層電極を用いることができる。ｎ電極１６の厚さは、０．１〜１．５μｍが好ましい。また、ｎ電極以外の露出面を覆うように、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等の絶縁性の第２絶縁保護膜１８を設けることが好ましい。
【００５７】
また、図１Ａ及びＢに示すように、ｎ電極１６は、チップの対角線上の隅部にパッド部１６ａを有し、パッド部１６ａの間に、網目状に広がっている。ｎ電極１６を網目状、格子状等で発光範囲のほぼ全面に形成することにより、窒化物半導体層１０に均一に電流を流すことができる。パッド部１６ａは、対角上の２カ所に限らず、四隅全てに形成してもよい。尚、ｐ電極１２とｎ電極１６は、両電極が窒化物半導体層１０の積層方向から見て、互いに重ならないように対向配置されていることが好ましい。これにより、発光した光を、ｎ電極１６により遮られることなく効率良く取出すことができる。
【００５８】
（成長用基板２０）
窒化物半導体層１０を成長するための成長用基板には、Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４のような絶縁性基板）、ＳｉＣ、Ｓｉ、そして窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等を挙げることができる。サファイアやスピネルが好ましい。
【００５９】
（成長用基板２０の除去工程）
また、シリコン基板２を接合後に成長用基板２０を除去するには、研磨、エッチング、電磁波照射、あるいはこれらの方法を組合せた方法を用いることができる。電磁波照射を行う場合、電磁波に例えばレーザを用い、シリコン基板２を接合後、成長用基板２０の下地層の形成されていない面の全面にレーザを照射して、下地層を分解させることにより成長用基板と下地層とを除去することができる。電磁波照射による除去は、研磨による方法に比べ、作業工程を簡略化し、歩留まりも向上する。さらに、成長用基板と下地層とを除去した後、露出した窒化物半導体層の表面をＣＭＰ処理して所望の膜を露出させる。これにより、ダメージ層の除去や、窒化物半導体層の厚み及び表面粗さの調整を行うことができる。
【００６０】
また、成長用基板２０を除去した後、光の取出し効率を向上させるため、窒化物半導体層１０の露出面をＲＩＥにより凹凸（ディンプル加工）を形成しても良い。凹凸（ディンプル加工）形成部は、窒化物半導体の光取り出し側となる。この表面の凹凸形成により全反射で出てこない光を凹凸面で光の角度が変わることで取り出すことができる。即ち、発光した光を凹凸部で乱反射させることにより、従来は全反射していた光を上方へ導き、素子外部に取出すことができる。この凹凸形成は凹凸無しに比べて１．５倍以上の出力向上が期待できる。凹凸の平面形状は、丸状、または六角形や三角形の多角形状であることが好ましい。また、凹凸の平面形状を、ストライプ形状、格子形状、矩形等で形成してもよい。
【００６１】
（蛍光体）
窒化物半導体素子が発光素子である場合、活性層からの光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質が含有されたコーティング層や封止部材を形成することで、様々な波長の光を発光することができる。蛍光体としては、活性層の発光の一部を吸収して長波長に変換し、活性層の発光と併せて白色を発光可能とするものが好ましい。
【００６２】
尚、本実施の形態では、シリコン基板上に窒化物半導体積層体を貼り合わせる場合を例に説明したが、本件発明はこれに限定されない。例えば、シリコン基板上に窒化物半導体積層体を直接成長し、シリコン基板の裏面に本件明細書で説明した基板側電極を形成しても良い。
【実施例１】
【００６３】
本実施例では、発光波長が３７５ｎｍの発光ダイオードに本件発明を適用し、図５Ａ〜Ｆに示す製造方法に従って、図１Ａ及びＢに示す構造の窒化物半導体素子を作成する。
【００６４】
（成長用基板）
成長用基板２０として、サファイア（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【００６５】
（下地層）
バッファ層：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層を約２００Åの膜厚で成長させた。
高温成長層：バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体４を５μｍの膜厚で成長させた。
【００６６】
（ｎ型クラッド層兼ｎ型コンタクト層）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層を４００Åの膜厚で形成した。
【００６７】
（活性層６）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)の順に積層した。この時、障壁層(1)を２００Å、障壁層(2)と(3)を４０Å、井戸層(1)と(2)を７０Åの膜厚で形成した。活性層は、総膜厚約４２０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００６８】
（ｐ型クラッド層）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を６００Åの膜厚で成長させた。
【００６９】
（ｐ型コンタクト層）
続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
【００７０】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化した。
【００７１】
（ｐ電極１２）
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極１２とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極１２以外の露出面に絶縁保護膜１４としてＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【００７２】
（半導体側密着層１５、半導体側バリア層１３、第１導電性接合層１７ａ）
次に、ｐ電極の上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕの多層膜を、膜厚１００ｎｍ／５００ｎｍ／３００ｎｍ／３０００ｎｍ／１００ｎｍで形成した。ここでで、Ｔｉは半導体側密着層１５、Ｐｔは半導体側バリア層１３、Ｓｎは第１導電性接合層１７ａ、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層４４へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は第２導電性接合層との密着性を向上させる役割を果たす。
【００７３】
（シリコン基板２）
一方、導電性のシリコン基板２として、膜厚が４００μｍで、ボロンがドープされて抵抗が３Ωｃｍ以下のｐ型シリコン基板を用いた。そのシリコン基板２をアセトンなどの有機溶剤に浸漬して表面の有機物を除去し、さらにＨＦ水溶液に浸漬して表面に形成された自然酸化膜を除去して、シリコン基板２の表面２２を清浄化する。そして、シリコン基板２の表面２２に、ＴｉＳｉ２をターゲットとしてスパッタリングを行い、成長レート換算で膜厚３０Åとなった時点でスパッタリングを停止した。それによって島状のＴｉＳｉ２から成る第１金属層４が形成された。その上にＰｔをターゲットとしてスパッタリングを行い、膜厚２５００ÅのＰｔから成る第２金属層６を形成した。これによってシリコン基板２上に金属電極８が形成できた。その上に、Ｐｄから成る第２導電性接合層１７ｂを、膜厚３５０ｎｍで形成した。
【００７４】
次に、第１導電性接合層１７ａと第２導電性接合層１７ｂとを対向させた状態で、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１導電性接合層１７ａと第２導電性接合層１７ｂを互いに拡散させて導電性接合層１７を形成させた。
【００７５】
（成長用基板２０の除去）
次に、研削によってサファイア基板１を除去した後、露出したバッファ層及び高温成長層を研磨して、さらにｎ型クラッド層が露出するまで研磨して、面荒れを無くした。
【００７６】
（ｎ電極１６）
次に、ｎ型コンタクトとしても機能するｎ型クラッド層上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る多層電極を、膜厚５ｎｍ／１００ｎｍ／１８００ｎｍで形成してｎ電極１６とした。その後、シリコン基板２を１００μｍまで研磨した後、シリコン基板２の裏面２４に、ＴｉＳｉ２から成る島状の第１金属層４’とＰｔから成る第２金属層６’を膜厚２５００Åでシリコン基板２の表側２２と同様にして形成して金属電極８’とし、さらにＡｕ層を膜厚５０００Åで形成した。次に、ダイシングにより素子を分離した。
【００７７】
得られた窒化物半導体素子は、シリコン基板２と金属電極８、８’との間の密着力が顕著に優れていた。
【００７８】
尚、シリコン基板と金属電極８、８’との密着力は、例えば株式会社コベルコ科研の提案する改良エッジリフトオフテスト（ｍＥＬＴ法）によって評価することができる。改良エッジリフトオフテストとは、測定試料にエポキシ樹脂を塗布してベーキングし、試料を１０ｍｍ角に割断した後に液体窒素で冷却し、膜が剥がれた温度から密着力を測定する方法である。即ち、剥離温度Ｔ、エポキシ樹脂の残留応力σ、エポキシ樹脂の膜厚ｈに基づいて次式から剥離強度Ｋapp［ＭＰａ・ｍ１／２］を計算する。
Ｋapp＝σ・（ｈ／２）１／２
ここで温度Ｔにおけるエポキシ樹脂の残留応力σは、エポキシ樹脂のＣｆ、ｍ、ｃに基づいて次式から計算できる。
σ＝ＣｆＴ２-ｍＴ-ｃ
【００７９】
シリコン基板上に上記実施例１と同様の方法でＴｉＳｉ２、Ｐｔ層１２００Å、Ａｕ層１２００Å、Ｔｉ層１００Å（エポキシ樹脂との密着性を高めるため）を形成し、ＴｉＳｉ２の膜厚を０Åから１００Åの間で変化させて剥離強度Ｋappを測定した。その結果、ＴｉＳｉ２を形成しなかった（膜厚０Å）試料の剥離強度が約０．１５［ＭＰａ・ｍ１／２］であったのに対し、ＴｉＳｉ２を１０〜１００Åの膜厚で形成した試料はいずれも剥離強度Ｋappが約０．３［ＭＰａ・ｍ１／２］であり、剥離強度が約２倍に向上していた。
【実施例２】
【００８０】
実施例１において、第１金属層をＮｉＳｉ２に変更した他は同様にして窒化物半導体素子を形成する。実施例１と同様に、シリコン基板と金属電極８、８’との間の密着力が顕著に優れた窒化物半導体素子が得られる。
【実施例３】
【００８１】
実施例１において、ｐ型シリコン基板をｎ型シリコン基板に変え、第２金属層６をＴｉに変えた他は、実施例１と同様にして窒化物半導体素子を形成する。実施例１と同様に、シリコン基板と金属電極８、８’との間の密着力が顕著に優れた窒化物半導体素子が得られる。
【実施例４】
【００８２】
実施例４では図６に示すような工程で素子を作成する。実施例１と同様に、シリコン基板２の裏面２４を研磨して、シリコン基板２の厚さを４００μｍから１００μｍに減らす。本実施例では、その後に、さらに裏面２４をポリッシングする過程を追加する。そして、ポリッシング過程の後に、金属電極８’を形成する。実施例１に比べて、シリコン基板２の裏面２５と金属電極８’との間の密着力がさらに向上した窒化物半導体素子が得られる。
【００８３】
（比較例１）
シリコン基板の表面および裏面に、島状ではなく連続するＴｉＳｉ２層を厚さ１００Åで形成し、Ｐｔ膜を１２００Åで形成したところ、シリコン基板とＴｉＳｉ２層との間でオーミック接触は得られなかった。そこで以下のような素子を作成する。実施例１において、金属電極８、８’を変更して、比較用の窒化物半導体素子を作成する。本比較例では、シリコン基板２の表面２２及び裏面２４に島状の第１金属層４、４’を形成する代わりに、連続するＴｉＳｉ２層を厚さ１００Åで形成する。そして、第２金属層６、６’の代わりに、Ｐｔ膜を厚さ１２００Åで形成する。Ｐｔ膜は、ＴｉＳｉ２層の上に形成されているので、シリコン基板２に直接接触していない。
得られる比較用の素子は、シリコン基板２とＴｉＳｉ２層との間でオーミック接触が得られないので、その駆動電圧は、実施例１の素子に比べて非常に高い。なお、シリコン基板２の表面２２側の金属電極８と裏面２４側の金属電極８’とのいずれか一方を、ＴｉＳｉ２層とＰｔ膜の構成を有する電極に変更した場合でも、素子の駆動電力は高くなる。
【００８４】
（比較例２）
実施例１において、金属電極８’を変更して、比較用の窒化物半導体素子を作成する。本比較例では、シリコン基板２の裏面２４に島状の第１金属層４’を形成する代わりに、連続するＴｉ層を厚さ１００Åで形成する。その後に、シリコン基板２を６００度でアニールして、Ｔｉ層から厚さ２００ÅのＴｉＳｉ２層を形成する。そして、第２金属層６’の代わりに、Ｐｔ膜を厚さ１２００Åで形成する。Ｐｔ膜は、ＴｉＳｉ２層の上に形成されているので、シリコン基板２に直接接触していない。
この方法で作成すると、アニールした時点でシリコン基板２と窒化物半導体層１０との間に配置された第１導電性接合層１７ａ及び第２導電性接合層１７ｂの付近で剥離が発生して、シリコン基板が窒化物半導体層から剥がれてしまい、素子が得られない。また、アニールした時点で剥がれなかったとしても、素子化する際のダイシング工程で、同様の箇所が剥がれてしまい、素子が得られない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明に係る窒化物半導体素子の一例を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す窒化物半導体素子のＢ−Ｂ’断面における断面図である。
【図２】図２は、シリコン基板と金属電極を示す模式図である。
【図３】図３は、窒化物半導体素子の第１の変形例を示す断面図である。
【図４】図４は、窒化物半導体素子の第２の変形例を示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、窒化物半導体素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの次の工程を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、図５Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、図５Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図６】図６は、窒化物半導体素子の製造工程の一部を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
１  窒化物半導体素子
２  シリコン基板
４、４’  第１金属層
６、６’  第２金属層
８、８’  金属電極
１０  窒化物半導体層
１２  ｐ電極
１４  絶縁保護膜
１６  ｎ電極
１７  導電性接合層
１８  第２絶縁保護膜
２０  成長用基板
２２  シリコン基板の第１の主面（表面）
２４  シリコン基板の第２の主面（裏面）
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６】
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