(57)【要約】【課題】ＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子が２次元状に多数形成された半導体装置で、ＺｎＯ膜を用いたときに装置全体の電流−電圧特性を改善することができるＧａＮ系半導体装置を提供する。【解決手段】成長用基板１上に選択成長用マスク１１が形成され、選択成長用マスク１１の一部が除去された領域にＡｌＮバッファ層２が形成される。ＡｌＮバッファ層２上には、アンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＧａＮ層６が順に積層され、素子間を分離する分離溝Ａが形成される。受光面側又は光取り出し面側にｐ型ＧａＮ層６に接してＺｎＯ膜８が形成され、半導体素子は受光面側又は光取り出し面側から見た大きさが２００μｍ×２００μｍ以下に作製されている。【選択図】        図１
2009302314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子となる半導体素子が２次元状に複数形成されたＧａＮ系半導体装置であって、
前記半導体素子の受光面側又は光取り出し面側にｐ型ＧａＮ系半導体層に接してＺｎＯ膜が形成され、受光面側又は光取り出し面側から見た前記半導体素子の大きさが２００μｍ×２００μｍ以下に形成されていることを特徴とするＧａＮ系半導体装置。
【請求項２】
前記受光面側又は光取り出し面側から見た前記半導体素子の大きさが１００μｍ×１００μｍ以下に形成されていることを特徴とする請求項１記載のＧａＮ系半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子が１０個以上直列接続されたグループが少なくとも含まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系の半導体発光素子又は半導体受光素子が２次元状に多数形成されたＧａＮ系半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板上に複数の化合物半導体層を積層して形成した半導体発光素子又は半導体受光素子が知られている。半導体発光素子の代表的なものとしてＬＥＤ(Light Emitting Diode)や半導体レーザ等が知られている。例えば、ＬＥＤは化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ等）のｐｎまたはｐｉｎの接合を形成し、これに順方向電圧を印加することにより接合内部にキャリアを注入、その再結合の過程で生じる発光現象を利用したものである。このようなＬＥＤは従来、ＧａＡｓやＩｎＰなどの単結晶基板上にＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどそれぞれの基板に格子整合した化合物半導体をＬＰＥ(liquid phase epitaxy)法、ＭＯＣＶＤ(metal organic chemical vapordeposition)法、ＶＰＥ(vapor phase epitaxy)法、ＭＢＥ(molecular beam epitaxy)法などの結晶成長法を用いてエピタキシャル成長し、加工を施すことで製造される。
【０００３】
また、近年では、窒化物半導体が、照明、バックライト等用の光源として使われる青色ＬＥＤ、多色化で使用されるＬＥＤ、ＬＤ等に用いられている。窒化物半導体発光素子では、サファイア基板等の基板上に、ＭＯＣＶＤ法等を用いて、ｐｎまたはｐｉｎの接合を形成する。一方で、窒化物半導体を用いて、青色や紫外領域の光を受光するフォトダイオード等の半導体受光素子が作製されている。
【０００４】
以上のような半導体素子を共通の基板上に多数形成して、アレイ状に半導体素子を配置した半導体装置が提案されている。例えば、特許文献１には、上記半導体装置の一例として、窒化物半導体を用いた発光装置が記載されている。
【０００５】
特許文献１に示されるように、個々の半導体発光素子は、通常、ｐ型ＧａＮ層上面側を光取り出し面としているために、ｐ型ＧａＮ層上にｐ型金属透明電極を形成している。ｐ型金属透明導電膜は、Ｎｉ（ニッケル）とＡｕ（金）をｐ型ＧａＮ層上に積層した後、アニールすることにより形成している。
【０００６】
また、特許文献２に示されるように、１つの半導体素子について、ＺｎＯ膜を透明導電電極に用いて光透過度を向上させ、かつｐ型ＧａＮ層との間のオーミック特性を良くしたものが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−６５８２号公報
【特許文献２】特許第３７２０３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の場合、金属が原材料となっているため、透明度が十分ではなく、光の取り出し効率が悪化する。また、金属透明導電膜とｐ型ＧａＮ層との間のオーミック特性は悪く、駆動電圧の上昇を招いていた。特に、上記発光装置では、多数の発光素子が接続されているので、１素子の光透過度やオーミック特性が悪いと、発光装置全体の性能に大きな影響を与える。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子が２次元状に多数形成された半導体装置で、装置全体の電流−電圧特性を改善することができるＧａＮ系半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板上にＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子となる半導体素子が２次元状に複数形成されたＧａＮ系半導体装置であって、前記半導体素子の受光面側又は光取り出し面側にｐ型ＧａＮ系半導体層に接してＺｎＯ膜が形成され、前記半導体素子は受光面側又は光取り出し面側から見た大きさが２００μｍ×２００μｍ以下に形成されていることを特徴とするＧａＮ系半導体装置である。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、前記受光面側又は光取り出し面側から見た前記半導体素子の大きさが１００μｍ×１００μｍ以下に形成されていることを特徴とする請求項１記載のＧａＮ系半導体装置である。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、前記半導体素子が１０個以上直列接続されたグループが少なくとも含まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板上にＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子となる半導体素子が２次元状に複数設けられており、これら半導体素子の受光面側又は光取り出し面側にｐ型ＧａＮ系半導体層に接してＺｎＯ膜が形成され、半導体素子は受光面側又は光取り出し面側から見た大きさが２００μｍ×２００μｍ以下に作製されているので、各素子が複数直列に接続された場合でも、電流−電圧特性の悪化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の１枚のウエハからなるＧａＮ系半導体装置を示す。
【００１４】
本発明のＧａＮ系半導体装置は、共通の基板上にＧａＮ系半導体素子を２次元状に多数形成した構成となっており、図１は、ＧａＮ系半導体素子が並列に接続された構造を示す。
【００１５】
ＧａＮ系半導体は、既知のＭＯＣＶＤ法等によって形成する。ここで、ＧａＮ系半導体は、ＡｌＧａＩｎＮ４元混晶で、いわゆるIII−V族窒化物半導体と呼ばれるもののうち、ＧａＮを含む化合物で、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表すことができる。ＧａＮ系半導体素子は、主としてＧａＮ系半導体により構成されている。
【００１６】
成長用基板１上に選択成長用マスク１１が形成され、選択成長用マスク１１の一部が除去された領域にＡｌＮバッファ層２が形成される。ＡｌＮバッファ層２上には、アンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮ層４、活性層（発光層又は受光層）５、ｐ型ＧａＮ層６が順に積層されており、これらの各半導体層は、ＭＯＣＶＤ法によって形成される。各ＧａＮ系半導体素子Ｄは、選択横方向成長と呼ばれる方法によって分離した状態に形成され、丁度、選択成長用マスク１１の上部に、素子間を分離する分離溝Ａが形成される。ここで、選択成長又は選択横方向成長（ＥＬＯ：Epitaxial Lateral  Overgrowth）は、転位を低減する方法として良く知られている。
【００１７】
また、活性層５は、ＧａＮからなる障壁層と、ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ（０＜Ｘ１）からなる井戸層との多重量子井戸構造で構成される。また、成長用基板１としてはサファイア基板等が用いられるが、その他にも六方晶構造（ウルツ鉱構造）を持つ基板であれば良い。また、アンドープＧａＮ層３に替えてｎ型不純物ＳｉドープＧａＮ層で構成しても良い。
【００１８】
ここで、順バイアス時において、活性層５でキャリアの再結合が発生する。この時、禁制帯幅が光子のエネルギーより大きければ、再結合に伴って光が放出される場合があり、これを応用すると発光素子として構成できる。逆に、活性層５に禁制帯幅よりも大きなエネルギーの光子などが入射すると、価電子帯から電子が励起されて伝導電子となり、内蔵電場に引かれてドリフト電流を増大させる光起電力効果が発生し、これを応用すると、受光素子として構成できる。したがって、組成比率等を除けば、基本的には、図１の構成で、発光装置としても受光装置としても用いることができる。
【００１９】
ＡｌＮバッファ層２〜ｐ型ＧａＮ層６までを選択成長させるための選択成長用マスク１１には、絶縁膜が用いられ、絶縁膜としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２等がある。
【００２０】
次に、ｐ型ＧａＮ層６からｎ型ＧａＮ層４の一部が露出するまでメサエッチングして、六角形状のメサ領域Ｄ１が形成される。したがって、半導体素子Ｄは、台座領域Ｄ２とメサ領域Ｄ１とで構成される。露出したｎ型ＧａＮ層４上にｎ電極（負電極）７が、ｐ型ＧａＮ層６上にｐ側透明導電膜であるＺｎＯ（酸化亜鉛）膜８が設けられる。ＺｎＯ膜８上には、ｐ側金属電極８１が形成される。
【００２１】
ｐ側金属電極８１の上面の一部とｎ電極７の上面を除いて、各半導体素子Ｄの表面はすべて絶縁膜９で覆われている。絶縁膜９には、絶縁性が高く発光波長又は入射光波長に対して透明なＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２等が用いられる。絶縁膜９には、ｎ電極７上及びｐ側金属電極８１上の一部にコンタクトホールが設けられており、コンタクトホールを介して配線１２や配線１３、配線１５と接続されている。
【００２２】
配線１２、１３、１５は、Ａｌ又はＡｕ等の金属で形成されており、膜厚は、５０００Å程度に作製される。また、ｐ側金属電極８１及びｎ電極７は、Ａｌ等の金属、若しくは下層から順にＡｌ／Ｎｉと積層された金属多層膜やＴｉ／Ａｕと積層された金属多層膜等で形成される。
【００２３】
一方、図２は、図１とは異なり、各ＧａＮ系半導体素子Ｄのｐ電極（正電極）とｎ電極（負電極）について、異極性の電極を接続し、各ＧａＮ系半導体素子Ｄを直列接続した構成を示している。
【００２４】
図２に示すように、一方の素子のｐ側金属電極８１と他方の素子のｎ電極７が素子間を分離する分離溝Ａを挟んで隣接するように形成されている。図１と同じ符号は、同じ構成を示しており、ＧａＮ系半導体素子Ｄを直列に接続したこと以外の層構造や材料構成は同じである。ここで、配線２０、２１は、配線１２、１３、１５と同様、Ａｌ又はＡｕ等の金属で形成されており、膜厚は、５０００Å程度に作製される。
【００２５】
図１、２の両方ともに、素子の正電極（ｐ電極）は、ＺｎＯ膜８とｐ側金属電極８１とで構成されているが、ｐ側金属電極８１を形成せずに、正電極をＺｎＯ膜８のみとし、ＺｎＯ膜８と配線１２、２０又は配線２１との直接接合とすることもできる。
【００２６】
ところで、図１又は図２のように、ＧａＮ系半導体素子Ｄが直列に接続される場合や並列に接続される場合のどちらでも、金属により光の吸収、反射が起こり、光が遮られてしまうため、光の取り出し又は入射を最大限にするためには、ｐ側金属電極８１をなるべく小さい面積で形成する必要がある。また、正電極をＺｎＯ膜８のみとし、ＺｎＯ膜８と配線１２、２０又は配線２１との直接接合とした場合でも、配線１２、２０、２１が金属なので、金属により光の吸収、反射が起こるため、ＺｎＯ膜と配線との接合領域（ｐ側電極接合領域）をなるべく小さい面積で形成する必要がある。
【００２７】
そこで、ＺｎＯ膜は、ｐ型ＧａＮ系層とのオーミック特性が良く、可視光に対して透明なので、用いているが、ｐ側金属電極やｐ側電極接合領域を小さくすれば、相対的にＺｎＯ膜の面積が大きくなって、電流の横方向の拡がりが不十分となり、素子の電流−電圧特性の悪化を招く。したがって、ｐ側金属電極やｐ側電極接合領域の大きさに伴ってＺｎＯ膜８の面積を小さくし、その面積にあわせるように、受光面側又は光取り出し面側から見た素子Ｄの面積を小さくすることが行われる。そして、このときの素子Ｄの大きさは、後述するように、２００μｍ×２００μｍ以下とし、さらに１００μｍ×１００μｍ以下とすることが望ましい。
【００２８】
次に、各ＧａＮ系半導体素子Ｄの形状の一例と、素子Ｄに形成されるｐ電極、ｎ電極の形状について、図３に示す。これは、図１〜図２に記載したＧａＮ系半導体素子Ｄの一例を上から見た平面図で示したものである。素子Ｄは六角形状に形成されており、電極の配置は、活性層５での発光面積又は受光面積が最大で、かつ、各半導体素子相互の配線が簡単になる位置に形成される。
【００２９】
正電極又は負電極は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、素子形状と相似な六角形の一辺又は頂点を挟んだ二辺を利用した形状の電極接合領域となっており、正と負の電極接合領域は対向して配置されている。ここで、受光面側又は光取り出し面側から見た素子Ｄの大きさが１００μｍ×１００μｍ以下であるとは、図３（ａ）において、Ｌ２及びＬ３の長さがいずれも１００μｍ以下であることを示す。
【００３０】
図３（ａ）は、ｐ側金属電極８１、ｎ電極７ともに、ＧａＮ系半導体素子Ｄの形状の六角形の一辺と平行な長辺を有する四角形に形成されている。図３（ｂ）は、ｐ側金属電極８１、ｎ電極７ともに、半導体素子形状の六角形の頂点を挟んだ二辺と平行な二辺を用いており、「く」の字形状に形成されている。図３（ｃ）は、ｐ側金属電極８１、ｎ電極７ともに、半導体素子形状の六角形の頂点を挟んだ二辺と平行な二辺を利用しており、扇形状に形成されている。図３（ｃ）では、扇形とせずに、円弧部分を直線形状にして三角形としても良い。
【００３１】
図５は、図１の構成を上から見た平面図であり、ｎ電極７、ｐ側金属電極８１、金属配線１２、１３との関係をわかりやすくするために、絶縁膜９を透した状態で記載している。ここで、活性層５からの発光は、ＺｎＯ膜８の上面方向から取り出されるようになっている。受光装置として機能する場合は、ＺｎＯ膜８の上面方向から光を活性層５で受光するようになっている。
【００３２】
図５の例えば、Ｃ−Ｃ断面の一部が、図１に相当し、各ＧａＮ系半導体素子Ｄのｐ側金属電極８１とｎ電極７を横方向に交互に並べて、素子Ｄの正負の極性が交互に異なるように４個並列接続し、この並列接続したグループを１０列直列接続した場合の構成を示している。
【００３３】
図５に示すように、端部の金属配線１４、１５と接続される電極を除いては、隣接する半導体素子のｐ電極同士、又はｎ電極同士が素子間を分離する分離溝Ａを挟んで隣接するように形成されている。また、配線１２、１３、１４、１５は、図示されていない他の多くの半導体素子の電極と接続されている。配線１４、１５についても、ＡｌやＡｕ等の金属で構成される。
【００３４】
図５の場合、例えば、配線１４、１５に交流電圧を印加する。また、配線１４と配線１２とを同一のプラス電極に、配線１３と配線１５とを同一のマイナス電極に接続すれば、図５の１２個の各ＧａＮ系半導体素子Ｄは、すべて並列に接続される。また、図示はされていないが、配線１２〜１５は、ワイヤーボンディング用電極に接続され、電圧が供給される。
【００３５】
図６は、各ＧａＮ系半導体素子Ｄが直列に接続した構成を含む配置状態を上から見た平面図であり、絶縁膜９を透した状態で記載している。この図のＢ−Ｂ断面の一部が図２に相当する。図５とは異なり、各ＧａＮ系半導体素子Ｄが４個並列に同極性を接続されたグループが、１０列直列に接続された構成となっている。端部の配線２１、２２と接続される電極を除き、直列接続されている素子については、隣接する半導体素子間において、一方の素子のｐ電極と他方の素子のｎ電極が素子間を分離する分離溝Ａを挟んで隣接するように形成されている。また、配線２１、２２は、ＡｌやＡｕ等の金属で構成される。図示はしていないが、配線２０〜２２は、ワイヤーボンディング用電極に接続され、電圧が供給される。
【００３６】
なお、図５、６のいずれの構成の場合でも、分離溝を挟んで隣接する半導体素子間のｐ電極とｐ電極を接続する配線、あるいは、ｐ電極とｎ電極とを接続する配線は平面図上で光取り出し面又は受光面を跨らずに、最短距離で接続されている。
【００３７】
さらに、隣接する半導体素子間のｐ電極とｐ電極を接続する配線、あるいは、ｐ電極とｎ電極とを接続する配線は、六角形状の半導体素子Ｄに形成された１２個の頂点をすべてを避けた構成としている。ＧａＮ系半導体素子Ｄの台座領域Ｄ２における六角形の頂点及びメサ領域Ｄ１における六角形の頂点のいずれも角を形成しているため、電界が集中する。したがって、電極間の配線がＧａＮ系半導体素子Ｄに形成された１２個の頂点のいずれかの上を跨って形成されると、配線とＧａＮ系半導体素子Ｄとが短絡しやすくなるので、これを避けるためである。
【００３８】
以上のような構成で、ＺｎＯ膜８をｐ側透明電極として用いた場合、従来の金属透明電極を用いた場合と比較して、電流−電圧特性がどの程度改善するのかを測定した。図７（ａ）に示されるように、ＧａＮ系半導体素子Ｄを正電極と負電極の極性が逆になるように２個並列接続したものを１０列直列に接続した構成を用いる。図７（ａ）に対応する回路図が図７（ｂ）である。このような構成で、交流電圧をかけてＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）を測定した。実際には、素子Ｄの大きさについては、Ｌ２が５０μｍ、Ｌ３が８０μｍのものを用いた。測定結果を図８のＸで示す。図８の横軸は、上記のように並列接続２個を１０個直列接続した装置全体の電流（単位：アンペア）を、縦軸は装置に印加された電圧（単位：ボルト）を示す。
【００３９】
一方、Ｘを測定したのと同じ構造で、ＺｎＯ膜８のみを、従来のＰｄ／Ａｕ透明電極とした場合の測定曲線をＹで示す。このグラフからわかるように、本発明の構成による電流−電圧特性Ｘの方が、従来の透明電極を用いた電流−電圧特性Ｙよりも、傾きが非常に緩やかとなっており、電流−電圧特性が改善されている。したがって、電流を大きく流す場合でも、駆動電圧をそれほど上げる必要がない。この結果からわかるように、素子Ｄの大きさを、１００μｍ×１００μｍ以下としておけば、素子Ｄを１０個以上直列接続しても、Ｉ−Ｖ特性はそれほど悪くはならないと考えられる。
【００４０】
また、各領域の大きさは、例えば、以下のように設定する。素子Ｄの大きさを１７０μｍ×２００μｍとした場合、ＺｎＯ膜８の大きさは、図３の平面図のＤ１の大きさに相当し、１３０μｍ×１５０μｍに形成される。また、ｐ側金属電極８１は４０μｍ×４０μｍ、ｎ電極７は１５０μｍ×１０μｍに形成される。素子Ｄの大きさを１００μｍ×１００μｍとした場合、ＺｎＯ膜８の大きさは６０μｍ×５０μｍ、ｐ側金属電極８１は３０μｍ×３０μｍ、ｎ電極７は６０μｍ×１０μｍに形成される。素子Ｄの大きさを５５μｍ×８０μｍとした場合、ＺｎＯ膜８の大きさは２５μｍ×４０μｍ、ｐ側金属電極８１は２０μｍ×２５μｍ、ｎ電極７は３０μｍ×５μｍに形成される。
【００４１】
なお、素子Ｄの大きさが上記いずれの場合も、ＺｎＯ膜８の形状については、図３のＤ１と同形状の六角形状として良いが、その他に扇形状、菱形状、矩形状、楕円状に形成しても良い。一方、ｎ電極については、図３に示す（ａ）〜（ｃ）のいずれの形状でも良いが、（ｂ）の「く」の字形状の場合は、実際には、例えば上に記載した大きさの長方形と同程度の大きさの「く」の字形状で構成される。
【００４２】
図１、２に示すＧａＮ系半導体装置の製造方法を以下に説明する。まず、成長用基板１上に選択成長用マスク１１を形成する。例えば、成長用基板１としてサファイア基板をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置に入れ、水素ガスを流しながら、１０５０℃程度まで温度を上げ、サファイア基板をサーマルクリーニングする。その後、サファイア基板上に選択成長用マスク１１として絶縁膜であるＳｉＯ２を形成する。スパッタパワー３００Ｗ、スパッタ原子Ａｒを２０ｃｃ／分で供給し、圧力１Ｐａの雰囲気中で２０分スパッタを行ってサファイア基板上にＳｉＯ２を膜厚１０００Å程度形成する。
【００４３】
次に、フォトリソグラフィー技術により所定のパターンにレジストをＳｉＯ２膜上に形成し、ドライエッチング、例えば、ＣＦ４ガスを圧力３Ｐａ、パワー１００Ｗでプラズマ状態にして供給し、エッチングを行う。このときの選択成長用マスク１１のパターンは後述するように、図６のようになる。
【００４４】
その後、ＡｌＮバッファ層２を成長させる。このＡｌＮバッファ層２は、高温ＡｌＮバッファ層であり、温度９００℃以上で（例えば９００℃）、成長圧力は２００Ｔｏｒｒとし、キャリアガスとしては水素を用い、このキャリア水素（Ｈ２）の流量を１４Ｌ／分とし、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の流量については２０ｃｃ／分、ＮＨ３（アンモニア）の流量については５００ｃｃ／分とした。このときのＮＨ３／ＴＭＡのモル比を計算すると、約２６００となる。この成長条件下で膜厚３０Åの高温ＡｌＮバッファ層２を形成する。なお、選択成長用マスク１１として用いる絶縁膜には、上記ＳｉＯ２の他に、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２等がある。
【００４５】
このようにＡｌＮバッファ層２を積層すると、ＡｌＮバッファ層２を薄く形成できるだけでなく、選択成長用マスク１１上へは、ＡｌＮバッファ層２は堆積せずに、選択成長用マスク１１の間を埋めるように形成される。
【００４６】
ところで、図１、２のように、分離した半導体素子Ｄを形成するためには、横方向の成長レートよりも縦方向の成長レートを大きくしておく必要がある。このようにするために、選択成長用マスク１１の開口部は絶縁膜の一部を除去して作製するのであるが、その開口部の形状が図４に示されている。
【００４７】
図４のように、六角形状の開口部１１ａを多数形成した選択成長用マスク１１を用いる。このようにして、六角形状の素子が得られる。窒化物半導体は、（０００１）方位のウルツ鉱型（六方晶）の結晶構造を持ち、Ｇａ原子又はＮ原子が成長表面方向になる結晶極性（ｃ軸方向に成長）を有している。
【００４８】
したがって、成長用基板には、同じウルツ鉱型の結晶構造を有するサファイア基板等が用いられ、サファイア基板の主面がＣ面を有し、その主面に窒化物半導体が積層された場合は、すべてＣ面が成長表面方向となる。その場合、図４の六角形状の開口部１１ａを有する選択成長用マスクであれば、六角形の一辺Ｌ１を成長用基板のＭ面と平行に配置すれば、選択成長によって成長する結晶は、ほとんど縦方向方向に成長を行うので、分離した半導体層になる。
【００４９】
次に、ＭＯＣＶＤ装置において、成長温度を１０２０℃〜１０４０℃にし、ＮＨ３とＴＭＡのうち、ＴＭＡの供給を停止し、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を２０μモル／分供給し、アンドープＧａＮ層３を厚さ０．５μｍ程度積層する。
【００５０】
その後、ｎ型ドーパントガスとしてシラン（ＳｉＨ４）を供給してｎ型ＧａＮ層４を膜厚４μｍ程度成長させる。次に、ＴＭＧａ、シランの供給を停止し、アンモニアと水素の混合雰囲気中で基板温度を７００℃〜８００℃の間に下げて、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を２０μモル／分供給して活性層５のアンドープＧａＮ障壁層を積層し、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を２００μモル／分供給してＩｎＧａＮ井戸層を積層する。そして、ＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との繰り返しにより多重量子井戸構造とする。活性層５の膜厚は例えば０．１μｍ程度形成する。
【００５１】
活性層５成長後、成長温度を１０２０℃〜１０４０℃に上昇させて、Ｇａ原子の原料ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、窒素原子の原料ガスであるアンモニア（ＮＨ３）、ｐ型不純物Ｍｇのドーパント材料であるＣＰ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエチルマグネシウム）を供給し、ｐ型不純物ＭｇドープのＧａＮ層６を膜厚約０．３μｍ成長させる。
【００５２】
次に、ｐ型ＧａＮ層６からｎ型ＧａＮ層４が露出するまでメサエッチングを行い、ｐ型ＧａＮ層６上にｐ側透明電極としてＺｎＯ膜８を膜厚２０００Å程度で形成し、ＺｎＯ膜８上の一部にｐ側金属電極８１を形成する。また、露出したｎ型ＧａＮ層４の面上にｎ電極７を形成する。
【００５３】
その後、絶縁膜９としてＳｉＯ２を０．５μｍ〜２μｍ程度、ウエハ上の表面全体に渡って堆積させる。ウエハ表面をＳｉＯ２で被覆するために、プラズマＣＶＤが用いられ、パワー３００Ｗ、成長温度４００℃にして、シラン（ＳｉＨ４）を１０ｃｃ／分、Ｎ２Ｏを５００ｃｃ／分供給して、ＳｉＯ２を０．５μｍ〜２μｍ程度形成する。
【００５４】
次に、ｐ側金属電極８１、ｎ電極７上のＳｉＯ２をウエットエッチング又はドライエッチングにより除去してコンタクトホールを形成する。次に、配線１２〜１５、配線２０〜２２を、Ａｌ又はＡｕ等の金属で形成する。このときの膜厚は、５０００Å程度に作製する。
【００５５】
また、ＺｎＯ膜８を形成する場合には、パルスレーザーデポジション（PLD）法で作製する。この場合、レーザ照射のターゲットには、２％〜３％のＧａ（ガリウム）が含まれた焼結ＺｎＯを用いる。ＧａドープＺｎＯとすることにより、アニールを行うことなく、ｐ型ＧａＮ層とオーミック接触させることができる。
【００５６】
なお、各半導体層の製造については、キャリアガスの水素又は窒素とともに、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などの各半導体層の成分に対応する反応ガス、ｎ型にする場合のドーパントガスとしてのシラン（ＳｉＨ４）、ｐ型にする場合のドーパントガスとしてのＣＰ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）等の必要なガスを供給して、７００℃〜１２００℃程度の範囲で順次成長させることにより、所望の組成で、所望の導電型の半導体層を、必要な厚さに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のＧａＮ系半導体装置の断面構造の一例を示す図である。
【図２】本発明のＧａＮ系半導体装置の断面構造の一例を示す図である。
【図３】本発明のＧａＮ系半導体装置における半導体素子の正電極及び負電極の形状例を示す図である。
【図４】選択成長用マスクの形状例を示す図である。
【図５】半導体素子を並列接続した場合の配線状態を示す平面図である。
【図６】半導体素子を一部直列接続した場合の配線状態を示す平面図である。
【図７】２個の半導体素子を並列接続したものを直列に接続した配線状態を示す平面図である。
【図８】図７の構成で直列接続を１０個として、ＺｎＯ膜を使用した場合と従来の透明電極を使用した場合のＩ−Ｖ特性比較を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    成長用基板
２    ＡｌＮバッファ層
３    アンドープＧａＮ層
４    ｎ型ＧａＮ層
５    活性層
６    ｐ型ＧａＮ層
７    ｎ電極
８    ＺｎＯ膜
８１  ｐ側金属電極
９    絶縁膜
１１  選択成長用マスク
１２  配線
１３  配線
２０  配線
【図１】
2009302314.tif 000003
【図２】
2009302314.tif 000004
【図３】
2009302314.tif 000005
【図４】
2009302314.tif 000006
【図５】
2009302314.tif 000007
【図６】
2009302314.tif 000008
【図７】
2009302314.tif 000009
【図８】
2009302314.tif 000010