(57)【要約】【課題】本発明は、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であって、安定した出力および動作が得られるようなＰ型電極を備える窒化物半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による窒化物半導体装置は、窒化物半導体であるＰ型コンタクト層１と、Ｐ型コンタクト層１上に形成されるＡｕＧａＭｇ膜３と、ＡｕＧａＭｇ膜３上に形成されるＡｕ膜４とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
2009099754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体からなるＰ型コンタクト層と、
前記Ｐ型コンタクト層上に形成されるＡｕＧａＭｇ膜と、
前記ＡｕＧａＭｇ膜上に形成されるＡｕ膜と、
を備える、窒化物半導体装置。
【請求項２】
窒化物半導体からなるＰ型コンタクト層と、
前記Ｐ型コンタクト層上に形成されるＡｕ膜と、
前記Ａｕ膜上に形成されるＡｕＧａＭｇ膜と、
を備える、窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体装置において、
前記ＡｕＧａＭｇ膜中に含まれるＭｇ原子の含有率は０．１原子％以上５０原子％以下であることを特徴とする、窒化物半導体装置。
【請求項４】
窒化物半導体からなるＰ型コンタクト層上にＡｕＧａＭｇ膜を形成する工程と、
前記ＡｕＧａＭｇ膜上にＡｕ膜を形成する工程と、
前記ＡｕＧａＭｇ膜および前記Ａｕ膜を熱処理する工程と、
を備える、窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項５】
窒化物半導体からなるＰ型コンタクト層上にＡｕ膜を形成する工程と、
前記Ａｕ膜上にＡｕＧａＭｇ膜を形成する工程と、
前記Ａｕ膜および前記ＡｕＧａＭｇ膜を熱処理する工程と、
を備える、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。
【背景技術】
【０００２】
従来の窒化物半導体装置では、例えばレーザダイオードを作成した場合において、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十分に低くないと動作電圧が増加し、動作時に発生する熱によってレーザダイオードの特性にばらつきが生じていた。レーザダイオードを規定の温度範囲内で安定した動作および出力させることは困難なため、Ｐ型コンタクト層とＰ型電極との間のコンタクト抵抗が低減された窒化物半導体装置が望まれている。
【０００３】
これらの問題の対策として、Ｐ型コンタクト層である窒化ガリウム（ＧａＮ）または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）上に、Ｐ型電極層として金ガリウム（ＡｕＧａ）を形成した窒化物半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４７９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の窒化物半導体装置では、Ｐ型コンタクト層にドーパントとして含まれるマグネシウム（Ｍｇ）がＰ型電極層であるＡｕＧａ側へ拡散するため、Ｐ型コンタクト層表面のキャリア濃度が低下し、コンタクトの低抵抗化を妨げるという問題があった。
【０００６】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、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であり、安定した出力および動作が得られる窒化物半導体装置およ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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明による窒化物半導体装置は、窒化物半導体であるＰ型コンタクト層と、Ｐ型コンタクト層上に形成されるＡｕＧａＭｇ膜と、ＡｕＧａＭｇ膜上に形成されるＡｕ膜とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、Ｐ型コンタクト層は窒化物半導体であり、ＡｕＧａＭｇ膜はＰ型コンタクト層上に形成され、Ａｕ膜はＡｕＧａＭｇ膜上に形成されるので、Ｐ型電極のコンタクト抵抗が低抵抗である窒化物半導体装置およ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】
【０００９】
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００１０】
〈実施形態１〉
図１は本発明の実施形態１による窒化物半導体装置の一例である半導体レーザ素子の断面構造を示す構造図である。レーザ素子は、Ｐ型電極２からＮ型電極１８に電流を流すことで、Ｐ型電極２からＰ型コンタクト層１、Ｐクラッド層１２を介し正孔が活性層１４へ、また、Ｎ型電極１８から基板１７、バッファ層１６、Ｎクラッド層１５を介し電子が活性層１４へ到達し、活性層において正孔と電子が再結合することで発光しレーザとして機能する。
【００１１】
図２は、本発明の実施形態１による窒化物半導体装置のコンタクト層部分を示す構造図であり、図１のリッジ１９におけるＰ型コンタクト層１とＰ型電極２の接合部を拡大したものである。図２に示すように、Ｐ型コンタクト層１上にＰ型電極２が形成されている。Ｐ型電極２は、ＡｕＧａＭｇ膜３、Ａｕ膜４、Ｐｔ膜５、Ａｕ膜６から構成されており、Ｐコンタクト層１上にＡｕＧａＭｇ膜３、Ａｕ膜４、Ｐｔ膜５、Ａｕ膜６の順に形成されている。なお、本発明の実施形態において、Ｐ型コンタクト層１としてＰ型のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）が用いられている。
【００１２】
図３ないし図５は、本発明の実施形態１による窒化物半導体装置の作製工程図である。まず、図３に示すように、Ｐ型コンタクト層１上にＰ型電極２を選択的に形成するために、レジスト膜７を形成する。次に、図４に示すように、Ｐ型コンタクト層１およびレジスト膜７上に、Ｐ型電極材料８を構成するＡｕＧａＭｇ膜３、Ａｕ膜４、Ｐｔ膜５、Ａｕ膜６の順序で３元蒸着法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、スパッタ法などによって堆積させる。本実施形態では、ＡｕＧａＭｇ膜３、Ａｕ膜４、Ｐｔ膜５、Ａｕ膜６の各膜厚を１５ｎｍ／４５ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍとしている。Ｐ型電極材料８の形成後、リフトオフ法によってレジスト膜７およびＰ型電極材料８を除去すると、図５に示すような構造が形成される。その後、図５に示す構造を熱処理することによって、Ｐ型電極２が形成される。本実施形態では、熱処理を６５０℃から８６０℃の範囲内で行なっている。上記の作製工程を経て、本発明の実施形態１による窒化物半導体装置が形成される。
【００１３】
図６は、本発明の実施形態１によるＡｕＧａＭｇ膜３に含まれるＭｇ原子の含有率とコンタクト抵抗の相対値との関係を示すグラフである。Ｍｇ濃度は、ＡｕＧａＭｇ膜３に含まれるＭｇ原子の含有率である。また、コンタクト抵抗率（相対値）は、従来技術におけるＡｕＧａ膜を用いたＰ型電極のコンタクト抵抗に対する、本発明によるＡｕＧａＭｇ膜３を用いたＰ型電極２のコンタクト抵抗の比率である。以後、コンタクト抵抗率とは上記のことをいう。従来よりも低抵抗な窒化物半導体装置を作製するためには、コンタクト抵抗率が１以下でなければならない。
【００１４】
図６に示す結果は、Ｇａ原子の含有率を２５原子％としてＭｇ原子の割合を変化させたときのコンタクト抵抗の相対値をプロットしたものである。Ｍｇ濃度０原子％は従来のＡｕＧａ膜と同様であり、基準としている。Ｍｇ濃度が０．１原子％以下では、ＡｕＧａＭｇ膜３のコンタクト抵抗は従来のＡｕＧａ膜のコンタクト抵抗と同程度であるが、Ｍｇ濃度が０．１原子％以上になると従来よりもコンタクト抵抗が低くなることが分かる。Ｍｇ濃度が５０原子％以上では、コンタクト抵抗が低くならないことが分かる。従って、Ｍｇ濃度は０．１原子％以上５０原子％以下であることが好ましい。０．１原子％とはＰ型コンタクト層から熱拡散し抜けるＭｇの量に対し充分大きい濃度である。このような条件によって、熱処理時にＰ型コンタクト層１中でアクセプタとして働くＭｇ原子が、ＡｕＧａＭｇ膜３中へ拡散することを防止することができる。また、上記の熱処理の条件によっては、図２に示すようなＡｕＧａＭｇ膜３とＡｕ膜４とがそれぞれ別々の層として形成される場合と、図７に示すようなＡｕＧａＭｇ膜３とＡｕ膜４とが合金化されて合金層９が形成される場合とがあるが、どちらの場合においても同様の効果を持つ。
【００１５】
なお、本発明の実施形態１における熱処理時において、ＡｕＧａＭｇ膜３中のＡｕの効果によりＰ型コンタクト層１表層におけるＧａ原子がＡｕＧａＭｇ膜３内へ引き抜かれる。そこで発生したＰ型コンタクト層１表層のＧａ空孔に、Ｐｔ膜５から拡散してきたＰｔ原子が入ることでオーミック接合が形成される。Ｐｔ原子はこのようにオーミック接合を形成する上で重要な役割を担うが、他の仕事関数の高い材料でも代替は可能である。本発明においてはこの材料の種類を規定しない。また、Ａｕ膜６についても、後のボンディングとの間で密着性を保てる材料であれば他の材料でも良く、本実施形態ではＡｕとした。
【００１６】
以上のことから、Ｐ型電極２とＰ型コンタクト層１との接触部分の構造として、Ｐ型コンタクト層１上にＡｕＧａＭｇ膜３、Ａｕ膜４の順序で形成することによって、Ｐ型コンタクト層１とＰ型電極２との間におけるコンタクト抵抗を低減することができる。従って、本発明の実施形態１による窒化物半導体装置では、動作電圧が低減されて発熱による窒化物半導体装置への影響も低減され、動作が安定して出力が向上する。
【００１７】
〈実施形態２〉
図８は、本発明の実施形態２による窒化物半導体装置のコンタクト層部分を示す構造図である。本発明の実施形態２では、実施形態１におけるＡｕＧａＭｇ膜３とＡｕ膜４との形成の順序を逆にしていることを特徴としている。すなわち、Ｐコンタクト層１上には、Ａｕ膜１０、ＡｕＧａＭｇ膜１１、Ｐｔ膜５、Ａｕ膜６の順序で形成されている。その他の構成および作製工程は、実施形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００１８】
図９は、本発明の実施形態２による窒化物半導体装置の作製工程図である。図９に示すように、Ｐ型コンタクト層１上にレジスト膜７を形成後、Ｐ型電極材料８を構成するＡｕ膜１０、ＡｕＧａＭｇ膜１１、Ｐｔ膜５、Ａｕ膜６の順に堆積させる。その後、レジスト膜７およびＰ型電極材料８を除去して図８の構造を形成し、熱処理を行なうことによってＰ型電極が形成される。なお、実施形態１と同様に、上記の熱処理の条件によっては、図８に示すようなＡｕＧａＭｇ膜１１とＡｕ膜１０とがそれぞれ別々の層として形成される場合と、図７に示すようなＡｕＧａＭｇ膜１１とＡｕ膜１０とが合金化されて合金層９が形成される場合とがある。
【００１９】
以上の構造によれば、Ｐ型電極２とＰ型コンタクト層１との接合をＡｕ／ＧａＮ構造とすることで、ＡｕＧａＭｇ／ＧａＮ構造に比べ密着性を上げることができる。また、熱処理の際にＡｕＧａＭｇ膜１１中のＭｇがＡｕ膜１０内へＰ型コンタクト層１より充分多い量で拡散し含まれるため、Ｐ型コンタクト層１からＰ電極２へのＭｇの抜けを抑止する効果は実施形態１とほぼ同等に得られる。その際、Ａｕ膜１０の膜厚は約１０ｎｍと薄くしておくのが好ましい。従って、本発明の実施形態２による窒化物半導体装置では、動作電圧が低減されて発熱による窒化物半導体装置への影響も低減され、動作が安定して出力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１による窒化物半導体装置の一例である半導体レーザ素子の断面構造図である。
【図２】本発明の実施形態１による窒化物半導体装置のコンタクト層部分を示す構造図である。
【図３】本発明の実施形態１による窒化物半導体装置の作製工程図である。
【図４】本発明の実施形態１による窒化物半導体装置の作製工程図である。
【図５】本発明の実施形態１による窒化物半導体装置の作製工程図である。
【図６】本発明の実施形態１によるＡｕＧａＭｇ膜に含まれるＭｇ原子の含有率とコンタクト抵抗の相対値との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態による窒化物半導体装置の構造の一例を示した図である。
【図８】本発明の実施形態２による窒化物半導体装置のコンタクト層部分を示す構造図である。
【図９】本発明の実施形態２による窒化物半導体装置の作製工程図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  Ｐ型コンタクト層、２  Ｐ型電極、３  ＡｕＧａＭｇ膜、４  Ａｕ膜、５  Ｐｔ膜、６  Ａｕ膜、７  レジスト膜、８  Ｐ型電極材料、９  合金層、１０  Ａｕ膜、１１  ＡｕＧａＭｇ膜、１２  Ｐクラッド層、１３  絶縁膜、１４  活性層、１５  Ｎクラッド層、１６  バッファ層、１７  基板、１８  Ｎ型電極、１９  リッジ、２０  チャネル。
【図１】
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【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】
2009099754.tif 000009
【図８】
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【図９】
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