專利名稱：氮化物系半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物系半導(dǎo)體元件及其制造方法，尤其是涉及帶電極的氮化物系半導(dǎo)體及其制造方法。
近年來，人們對利用氮化物系半導(dǎo)體激光元件作為下一代大容量光盤光源寄予希望，開發(fā)工作很活躍。
通常，用絕緣性藍(lán)寶石基板制造氮化物系半導(dǎo)體激光元件。但是，在藍(lán)寶石基板上形成氮化物系半導(dǎo)體層時(shí)，由于藍(lán)寶石基板和氮化物半導(dǎo)體層之間的晶格常數(shù)相差較大，所以在氮化物系半導(dǎo)體層內(nèi)，會產(chǎn)生起因于晶格常數(shù)之差的大量晶體缺陷(位移)這一不良現(xiàn)象。其結(jié)果，導(dǎo)致氮化物系半導(dǎo)體激光元件的特性下降。
因此，有一種方案是，采用與氮化物系半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)差異小的GaN基板等氮化物系半導(dǎo)體基板。
圖7是用n型GaN基板形成的以往的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的截面圖。參照圖7，在以往的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造工藝中，為了提高在n型GaN基板101上成長的氮化物系半導(dǎo)體層(102～110)的結(jié)晶性，氮化物半導(dǎo)體層(102～110)在具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型GaN基板1的Ga面〔(HKLM)面M是正整數(shù)〕上成長。另外，在具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型GaN基板101的氮面((HKL-M)面M是正整數(shù))用作背面的同時(shí)，在該n型GaN基板101背面上形成n側(cè)電極112。下面詳細(xì)說明以往的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造工藝。
如圖7所示，在厚約300μm～500μm的n型GaN基板101的上表面(Ga面)上，用MOCVD法(金屬有機(jī)氣相沉積法)等依次形成以下各層厚約3μm的由n型GaN構(gòu)成的n型層102，厚約10nm的由n型In0.05Ga0.05N構(gòu)成的緩沖層103，厚約400nm的由n型Al0.05Ga0.95N構(gòu)成的n型覆層104，厚約70nm的由n型GaN構(gòu)成的光導(dǎo)層105，具有MQW(Multiple QuantumWell多量子阱)結(jié)構(gòu)的MQW活性層106，厚約200nm的由p型Al0.2Ga0.8N構(gòu)成的p型層107，厚約70nm的由p型GaN構(gòu)成的p型光導(dǎo)層108，厚約400nm的由p型Al0.05Ga0.95N構(gòu)成的p型覆層109，厚約100nm的由p型GaN構(gòu)成的p型接觸層110。
接著，在p型接觸層110上表面上的指定區(qū)域形成p側(cè)電極111。研磨n型GaN基板101背面，使n型GaN基板101達(dá)到規(guī)定厚度(約100μm)后，在n型GaN基板101背面(氮面)上形成n側(cè)電極112。最后，劈開n型GaN基板101及層102～110，將元件分離，形成共振器端面。由此完成圖7所示的以往的氮化物系半導(dǎo)體激光元件。
在圖7所示的以往的氮化物系半導(dǎo)體激光元件中，因?yàn)閚型GaN基板101的硬度非常大，所以，難以通過劈開而很好地將元件分離和形成共振器端面。為了解決這一問題，有人提出過，在劈開工序之前，對n型GaN基板背面進(jìn)行機(jī)械研磨，減小GaN基板背面的凹凸度，由此很好地將元件分離和形成共振器端面。這些方法記載于日本特許公開公報(bào)2002-26438號中。
但是，用上述日本特許公開公報(bào)2002-26438號中記載的方法對n型GaN基板背面進(jìn)行機(jī)械研磨時(shí)，n型GaN基板背面附近會產(chǎn)生應(yīng)力。由此產(chǎn)生的問題是，在n型GaN基板背面近旁會產(chǎn)生裂紋等微細(xì)晶體缺陷。其結(jié)果，導(dǎo)致n型GaN基板與形成于n型GaN基板背面(氮面)的n側(cè)電極之間的接觸電阻增加。
另外，因?yàn)閚型GaN基板氮面容易被氧化，這也會引起與形成于n型GaN基板背面(氮面)的n側(cè)電極之間的接觸電阻增加這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種能降低氮化物系半導(dǎo)體基板等的背面與電極的接觸電阻的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，在上述氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法中，減少氮化物系半導(dǎo)體基板等的背面近旁的晶體缺陷。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供一種能降低氮化物系半導(dǎo)體基板等的背面與電極的接觸電阻的氮化物系半導(dǎo)體元件。
為了達(dá)到上述目的，作為本發(fā)明第1方面的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法具有如下工序?qū)τ删哂欣w鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層及氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一個(gè)構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層背面進(jìn)行浸蝕的工序和隨后在浸蝕過的第1半導(dǎo)體層背面上形成n側(cè)電極的工序。
在上述方法中，如上所述，因?yàn)橥ㄟ^對由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層及氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一個(gè)構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層背面進(jìn)行浸蝕，可以除去包含由研磨工序等產(chǎn)生的第1半導(dǎo)體層背面近旁的晶體缺陷的區(qū)域，所以可以減少第1半導(dǎo)體層背面近旁的晶體缺陷。由此，可以抑制因晶體缺陷捕捉電子載體等而導(dǎo)致的電子載體濃度下降，從而可以增大第1半導(dǎo)體層背面的電子載體濃度。其結(jié)果，可以減少第1半導(dǎo)體層與n側(cè)電極的接觸電阻。另外，與機(jī)械研磨相比，通過浸蝕第1半導(dǎo)體層背面，可以提高第1半導(dǎo)體層背面的平坦性。由此，因?yàn)榭梢蕴岣咴诘?半導(dǎo)體層背面上形成的n側(cè)電極的平坦性，所以，對于n側(cè)電極安裝在放熱基臺上的結(jié)構(gòu)，可以提高n側(cè)電極與放熱基臺之間的附著性。其結(jié)果，可以得到良好的放熱特性。另外，因?yàn)榭梢蕴岣咴诘?半導(dǎo)體層背面上形成的n側(cè)電極的平坦性，在n側(cè)電極上連接引線，可以提高引線與n側(cè)電極的連接性。
在上述方法中，第1半導(dǎo)體層背面最好包含第1半導(dǎo)體層的氮面。在此，氮面不只是指整個(gè)背面為氮面的情況，而是還包括主要為氮面的情況的廣義概念具體地說，還包括氮面占50％以上的情況。在第1半導(dǎo)體層背面為氮面的情況下，因?yàn)楸趁嫒菀妆谎趸酝ㄟ^浸蝕可以除去背面被氧化的部分。由此，可以進(jìn)一步減小第1半導(dǎo)體層與n側(cè)電極的接觸電阻。
在上述方法中，浸蝕工序最好包括用干式浸蝕法浸蝕第1半導(dǎo)體層背面的工序。干式浸蝕可以容易地提高第1半導(dǎo)體層背面的平坦性，同時(shí)可以減少背面近旁的晶體缺陷。
在上述包含干式浸蝕工序的方法中，干式浸蝕工序最好包括用Cl2氣和BCl3氣進(jìn)行干式浸蝕的工序。這樣，可以容易地提高第1半導(dǎo)體層背面的平坦性，同時(shí)減少背面近旁的晶體缺陷。在該干式浸蝕工序中，BCl3氣相對于Cl2氣的的流量比最好在30％以上70％以下。該BCl3氣對Cl2氣的流量比范圍已經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)是可以提高第1半導(dǎo)體層背面平坦性的范圍，所以，使用該范圍的流量比，可以切實(shí)提高第1半導(dǎo)體層背面的平坦性。
在含有上述干式浸蝕的方法中，干式浸蝕工序中的浸蝕深度和浸蝕時(shí)間最好成正比關(guān)系。這樣，通過調(diào)整浸蝕時(shí)間，可以高精度地控制浸蝕深度。
在上述方法中，浸蝕工序最好包括將第1半導(dǎo)體層背面浸蝕成鏡面的工序。這樣，可以使第1半導(dǎo)體層背面的平坦性更好。
在上述方法中，在形成n側(cè)電極的工序之后，最好還有熱處理工序。這樣，可進(jìn)一步減小第1半導(dǎo)體層與n側(cè)電極之間的接觸電阻。
在上述方法中，浸蝕工序最好將第1半導(dǎo)體層背面浸蝕除去約1μm以上。這樣，可以充分除去包含因研磨工序等而產(chǎn)生的第1半導(dǎo)體層背面近旁的晶體缺陷的區(qū)域，從而可以進(jìn)一步減少第1半導(dǎo)體層背面近旁的晶體缺陷。
在上述方法中，第1半導(dǎo)體層可包括由選自GaN、BN、AlN、InN和TiN的至少一種材料構(gòu)成的氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板。另外，n側(cè)電極可以包括Al膜。
在上述方法中，氮化物系半導(dǎo)體元件最好是氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件。這樣，在氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件中，可以減小第1半導(dǎo)體層與n側(cè)電極之間的接觸電阻，從而可以得到具有良好發(fā)光特性的氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件。
在上述方法中，在形成n側(cè)電極的工序之前，最好還有將浸蝕過的第1半導(dǎo)體層氮面浸漬在含有氯、氟、溴、碘、硫和銨中的至少一種的溶液里的工序。這樣，可以容易地除去由第1半導(dǎo)體層背面浸蝕所產(chǎn)生的殘留物。從而，可以進(jìn)一步減小第1半導(dǎo)體層與n側(cè)電極之間的接觸電阻。在此情況下，在形成n側(cè)電極的工序之前，還有用鹽酸溶液處理第1半導(dǎo)體層背面的工序。這樣，通過浸蝕第1半導(dǎo)體層背面，可以容易地除去附著在背面的氯系殘留物。
在上述方法中，在浸蝕工序之前，最好還有研磨第1半導(dǎo)體層背面的工序。在進(jìn)行背面研磨的情況下，也可以通過研磨后的浸蝕工序，提高第1半導(dǎo)體層背面的平坦性，并減少降低因研磨而產(chǎn)生的背面近旁的晶體缺陷。
在上述方法中，浸蝕工序最好包括用濕式浸蝕法浸蝕第1半導(dǎo)體層背面的工序。濕式浸蝕可以容易地提高第1半導(dǎo)體層背面的平坦性，并可減少背面近旁的晶體缺陷。此時(shí)，濕式浸蝕工序最好包括用選自王水、KOH和K2SO8中的至少一種浸蝕液進(jìn)行浸蝕的工序。另外，濕式浸蝕工序，最好包括在升溫至約120℃的狀態(tài)下進(jìn)行浸蝕的工序。這樣，可使浸蝕速度提高至在室溫浸蝕的約10倍。
作為本發(fā)明第2方面的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，它具有對由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一種構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層的氮面進(jìn)行干式浸蝕的工序和其后在浸蝕過的第1半導(dǎo)體層氮面上形成n側(cè)電極的工序。
在上述第2方面的方法中，如上所述，通過干式浸蝕由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一種構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層的氮面，可以除去包含因研磨工序等而產(chǎn)生的第1半導(dǎo)體層氮面近旁晶體缺陷的區(qū)域，從而可以減少第1半導(dǎo)體層氮面近旁的晶體缺陷。由此，可以抑制因晶體缺陷捕捉電子載體等而導(dǎo)致的電子載體濃度下降，從而可以增大第1半導(dǎo)體層氮面的電子載體濃度。其結(jié)果，可以降低第1半導(dǎo)體層與n側(cè)電極之間的接觸電阻。另外，與機(jī)械研磨相比，干式浸蝕可以提高第1半導(dǎo)體層氮面的平坦性。由此，可以提高在第1半導(dǎo)體層氮面上形成的n側(cè)電極的平坦性，從而，對于n側(cè)電極安裝在放熱基臺上的結(jié)構(gòu)，可以提高n側(cè)電極與放熱基臺的附著性。其結(jié)果，可以得到良好的放熱特性。另外，因?yàn)榭梢蕴岣咴诘?半導(dǎo)體層氮面上形成的n側(cè)電極的平坦性，所以，在n側(cè)電極上連接引線時(shí)，可以提高引線與n側(cè)電極的連接性。
作為本發(fā)明第3方面的氮化物系半導(dǎo)體元件，是通過浸蝕由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層及氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一種構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層的背面的工序和其后在浸蝕過的第1半導(dǎo)體層背面上形成n側(cè)電極的工序來制成的。
在上述氮化物系半導(dǎo)體元件中，如上所述，通過浸蝕由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層及氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一種構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層的背面，可以除去包含因研磨工序而產(chǎn)生的第1半導(dǎo)體層背面近旁的晶體缺陷的區(qū)域，從而可以減少第1半導(dǎo)體層背面近旁的晶體缺陷。由此，可以抑制因晶體缺陷捕捉電子載體等而導(dǎo)致的電子載體濃度下降，從而可以提高第1半導(dǎo)體層背面的電子載體濃度。其結(jié)果，可以減小第1半導(dǎo)體層與n側(cè)電極之間的接觸電阻。另外，與機(jī)械研磨相比，浸蝕可以提高第1半導(dǎo)體層背面的平坦性。由此可以提高在第1半導(dǎo)體層背面上形成的n側(cè)電極的平坦性，從而，對于n側(cè)電極安裝在放熱基臺上的結(jié)構(gòu)，可以提高n側(cè)電極與放熱基臺的附著性。其結(jié)果，可以得到良好的放熱特性。另外，因?yàn)榭梢蕴岣咴诘?半導(dǎo)體層氮面上形成的n側(cè)電極的平坦性，所以，在n側(cè)電極上連接引線時(shí)，可以提高引線與n側(cè)電極的連接性。
作為本發(fā)明第4方面的氮化物系半導(dǎo)體元件，它具有由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層及氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一種構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層和在第1半導(dǎo)體層背面上形成的n側(cè)電極，n側(cè)電極與第1半導(dǎo)體層之間的接觸電阻在0.05Ωcm2以下。
在上述第4方面的氮化物系半導(dǎo)體元件中，將n側(cè)電極與第1半導(dǎo)體層之間的接觸電阻控制在0.05Ωcm2以下，可以得到n側(cè)電極與第1半導(dǎo)體層的接觸電阻減小、具有良好元件特性的氮化物系半導(dǎo)體元件。
在上述第4方面的氮化物系半導(dǎo)體元件中，第1半導(dǎo)體層的與n側(cè)電極的界面近旁的電子載體濃度最好在1×1017cm-3以上。這樣，可以容易地得到n側(cè)電極與第1半導(dǎo)體層的接觸電阻減小的氮化物系半導(dǎo)體元件。
在上述第4方面的氮化物系半導(dǎo)體元件中，第1半導(dǎo)體層的與n側(cè)電極的界面近旁的位移密度最好在1×109cm-2以下。這樣，可以減少第1半導(dǎo)體層的與n側(cè)電極的界面近旁的晶體缺陷(位移)，從而可以減小第1半導(dǎo)體層在與n側(cè)電極接觸的界面上的接觸電阻。
在上述第4方面的氮化物系半導(dǎo)體元件中，第1半導(dǎo)體層背面最好包含氮面。
在上述第4方面的氮化物系半導(dǎo)體元件中，第1半導(dǎo)體層可以包括由選自GaN、BN、AlN、InN以及TiN中的至少一種材料構(gòu)成的氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板。另外，n側(cè)電極可以包括Al膜。
在上述第4方面的氮化物系半導(dǎo)體元件中，氮化物系半導(dǎo)體元件最好是氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件。這樣，可以減小第1半導(dǎo)體層與n側(cè)電極之間的接觸電阻，從而可以得到具有良好發(fā)光特性的氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件。


圖1是本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體激光元件制造工序一實(shí)施方式的截面圖。
圖2是本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體激光元件制造工序一實(shí)施方式的截面圖。
圖3是本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體激光元件制造工序一實(shí)施方式的截面圖。
圖4是圖3所示工序的放大截面圖。
圖5是本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體激光元件制造工序一實(shí)施方式的斜視圖。
圖6是改變RIE法浸蝕氣體時(shí)的浸蝕速率變化曲線圖。
圖7是以往的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，通過

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
參照圖1～圖5，說明本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體激光元件制造工序的一種實(shí)施方式。首先，在本實(shí)施方式中，用例如日本特許公開公報(bào)2000-44400號記載的方法形成具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的摻雜氧的n型GaN基板1。具體地說，用HVPE法在GaAs基板(圖中未示出)上形成厚約120-400μm的摻雜氧的n型GaN層。其后，除去GaAs基板，得到圖1所示的n型GaN基板1。該n型GaN基板1通過霍耳效應(yīng)測得的基板載體濃度為5×1018cm-3。該n型GaN基板1用次級離子質(zhì)譜(SIMS)法測得的雜質(zhì)濃度為1×1019cm-3。該n型GaN基板1是本發(fā)明的“第一半導(dǎo)體層”之一例。
在n型GaN基板1的(0001)面即上表面(Ga面)上用常壓MOCVD法在約1個(gè)大氣壓(約100kPa)的壓力下依次形成以下各層厚約5μm的由n型GaN構(gòu)成的緩沖層2，厚約1μm的由n型Al0.08Ga0.92N構(gòu)成的覆層3，由InGaN構(gòu)成的MQW活性層4，厚約0.28μm的由p型Al0.08Ga0.92N構(gòu)成組成的p型覆層5，厚約70nm的由p型GaN組成的p型接觸層6。
MQW活性層4通過約20nm厚的由p型GaN構(gòu)成的4層阻擋層和約3.5nm厚的由In0.15Ga0.85N構(gòu)成的3層的阱層交互層疊而形成。原料氣體為Ga(CH3)3、In(CH3)3、Al(CH3)3和NH3，載氣為H2和N2。在本實(shí)施方式中，通過改變這些原料氣體的供應(yīng)量來調(diào)整層2～6的組成。n型緩沖層2和n型覆層3的n型摻雜劑為SiH4氣(Si)。p型覆層5和p型接觸層6的p型摻雜劑為Cp2Mg氣(Mg)。
接著，用光刻技術(shù)和浸蝕技術(shù)浸蝕p型接觸層6和p型覆層5的部分區(qū)域，如圖2所示，形成由p型覆層5的凸部和p型接觸層6構(gòu)成的約2μm寬的凸部(突緣部)。然后，在p型接觸層6的上表面上，自下朝上，形成由約1nm厚的Pt膜、約10nm厚的Pd膜和約300nm厚的Ni膜構(gòu)成的p側(cè)電極7。由此，形成圖2所示的包含形成有多個(gè)元件的區(qū)域的氮化物系半導(dǎo)體激光元件結(jié)構(gòu)體20。
接著，如圖3和圖4所示，對n型GaN基板1的(000-1)面即背面(氮面)進(jìn)行機(jī)械研磨。所用的機(jī)械研磨裝置30如圖3所示，由具有平坦表面的玻璃基板11、可上下移動且被支承但可在R方向上旋轉(zhuǎn)的夾具12和拋光輪(buff)13構(gòu)成。拋光輪13上由粒徑約0.2-1μm的金剛石、氧化硅或氧化鋁等構(gòu)成的研磨劑(圖中未示出)。該研磨劑的粒徑如在約0.2-0.5μm的范圍內(nèi)，則研磨效果特別好。在夾具12的下面，如圖3和圖4所示，裝有氮化物系半導(dǎo)體激光元件結(jié)構(gòu)體20，結(jié)構(gòu)體20通過石蠟14與夾具12彼此一定間隔，不與之直接接觸。由此，防止氮化物系半導(dǎo)體激光元件結(jié)構(gòu)體20在機(jī)械研磨時(shí)破損。也可用由金屬等構(gòu)成的平坦的研磨盤代替玻璃基板11等。
用圖3所示的機(jī)械研磨裝置30研磨n型GaN基板1的背面(氮面)，使n型GaN基板1的厚度達(dá)到約120-180μm。具體地說，以一定負(fù)荷將安裝在夾具12下面的氮化物系半導(dǎo)體激光元件結(jié)構(gòu)體20的n型GaN基板1背面(參照圖4)擠壓在有研磨劑的拋光輪13上。一邊讓水或者油流到拋光輪13(參照圖3)上，一邊使夾具12在R方向上旋轉(zhuǎn)。如此進(jìn)行機(jī)械研磨，使n型GaN基板1的厚度磨至約120-180μm。這樣，后述的劈開工序可以很好地進(jìn)行。
此后，在本實(shí)施方式中，用反應(yīng)離子浸蝕(RIE)法將n型GaN基板1的背面(氮面)浸蝕約20分鐘。該浸蝕的條件如下氣體流量Cl2氣，10sccm；BCl3，5sccm；浸蝕壓力約3.3Pa；RF功率200w(0.63w/cm2)；浸蝕溫度常溫。由此，將n型GaN基板1的背面(氮面)除去約1μm。其結(jié)果，可以除去包含因上述機(jī)械研磨而產(chǎn)生的晶體缺陷的n型GaN基板1背面近旁的區(qū)域。另外，與僅機(jī)械研磨相比，可使n型GaN基板1的背面成為更平坦的鏡面。此外，將用肉眼能夠很好地觀察到n型GaN基板1背面的反射像的表面狀態(tài)作為鏡面。
在此，為了確認(rèn)上述浸蝕效果，用透射電鏡(TEM)測定浸蝕前后的n型GaN基板1背面的晶體缺陷(位移)密度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，浸蝕前的晶體缺陷密度在1×1010cm-2以上，而浸蝕后的晶體缺陷密度減少到1×106cm-2以下。另外，用電化學(xué)C-V測定濃度剖面測量儀測定了浸蝕后的n型GaN基板1背面近旁的電子載體濃度。結(jié)果，n型GaN基板1背面近旁的電子載體濃度在1.0×1018cm-3以上。由此可知，用RIE法進(jìn)行浸蝕，可以使背面近旁的電子載體濃度控制在與n型GaN基板1的基板載流子濃度(5.0×1018cm-3)同等水平。
另外，在上述浸蝕條件下，浸蝕時(shí)間和浸蝕深度成正比關(guān)系。因此，通過調(diào)整浸蝕時(shí)間，可以精確控制浸蝕深度。另外，浸蝕速率和表面狀態(tài)隨浸蝕氣體的組成而變化。圖6是改變RIE法的浸蝕氣體時(shí)的浸蝕速度變化曲線圖。此時(shí)，將Cl2氣流量固定在10sccm，測定改變BCl3氣流量時(shí)的浸蝕速率。結(jié)果如圖6所示，BCl3氣與Cl2氣的流量比如在30％以上70％以下的范圍內(nèi)，則浸蝕過的表面成為平坦的鏡面。如BCl3氣與Cl2氣的流量比小于5％或超過85％，則浸蝕面的平坦性受損，并成為白濁面。
在上述浸蝕工序之后，在室溫下，將氮化物系半導(dǎo)體激光元件結(jié)構(gòu)體20在HCl溶液(濃度10％)中浸漬1分鐘，進(jìn)行鹽酸處理。由此，將用RIE法浸蝕時(shí)附著在n型GaN基板1背面的氯系殘留物除去。
然后，用濺射法或真空蒸鍍法等在氮化物系半導(dǎo)體激光元件結(jié)構(gòu)體20的n型GaN基板1背面(氮面)上，從靠近n型GaN基板1背面的一側(cè)起，依次形成6nm厚的Al膜、2nm厚的Si膜、10nm厚的Ni膜和300nm厚的Au膜，構(gòu)成n側(cè)電極8。
最后，通過劈開，將元件分離和形成共振器端面，完成圖5所示的本實(shí)施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件。
在本實(shí)施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造工藝中，如上所述，用RIE法浸蝕n型GaN基板1的背面(氮面)，可以除去包含因研磨工序而產(chǎn)生的n型GaN基板1背面近旁的晶體缺陷的區(qū)域。由此，可以控制因晶體缺陷捕捉電子載體等而導(dǎo)致的電子載體濃度下降。另外，當(dāng)n型GaN基板1背面是氮面時(shí)，因?yàn)閚型GaN基板1的背面容易被氧化，所以可以通過浸蝕除去氧化部分。其結(jié)果，可以減小n型GaN基板1與n側(cè)電極8之間的接觸電阻。另外，用TLM(傳輸線模型)法測得按本實(shí)施方式制成的氮化物系半導(dǎo)體激光元件中的n型GaN基板1與n側(cè)電極8之間的接觸電阻在2.0×10-4Ωcm2以下。另外，在n型GaN基板1背面(氮面)上形成n側(cè)電極8之后，再在500℃的氮?dú)夥罩袩崽幚?0分鐘，則接觸電阻更低，在1.0×10-5Ωcm2以下。
在本實(shí)施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造工藝中，如上所述，與機(jī)械研磨相比，用RIE法浸蝕n型GaN基板1背面，可以進(jìn)一步提高n型GaN基板1背面的平坦性。由此，可以進(jìn)一步提高在n型GaN基板1背面形成的n側(cè)電極8的平坦性。其結(jié)果，在用連接法安裝氮化物系半導(dǎo)體激光元件時(shí)，可以提高引線對n側(cè)電極8的連接性。另外，在將n側(cè)電極8安裝在放熱基臺(輔助固定件)時(shí)可以提高n側(cè)電極8與放熱基臺的附著性，從而可以得到良好的放熱特性。
下面，為了更詳細(xì)地確認(rèn)本發(fā)明的用RIE法浸蝕n型GaN基板背面(氮面)的效果，進(jìn)行了下面的表1所示的實(shí)驗(yàn)。
表1

參照上述表1，對由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型GaN基板構(gòu)成的試樣1-7進(jìn)行各種氮面(背面)處理之后，用電化學(xué)C-V測定濃度剖面測量儀測定了n型GaN基板背面近旁的電子載體濃度。另外，在測定了電子載體濃度之后的試樣1-7的n型GaN基板的背面上形成n側(cè)電極之后，用TLM法測定了n型GaN基板與n側(cè)電極之間的接觸電阻。
試樣1-7的n側(cè)電極與上述實(shí)施方式同樣，是由Al膜、Si膜、Ni膜和Au膜形成的。另外，基板研磨、RIE法浸蝕和鹽酸處理及其他條件也與上述實(shí)施方式同樣。試樣6采用上述實(shí)施方式的制造工序制作。
其結(jié)果，用RIE法對n型GaN基板背面浸蝕過的本發(fā)明的試樣3-7比用以往方法制作的試樣1的接觸電阻大大減少。具體地說，試樣1的接觸電阻為20Ωcm2，而本發(fā)明的試樣3-7的接觸電阻在0.05Ωcm2以下。其原因可能是在本發(fā)明的試樣3-7中，包含由機(jī)械研磨產(chǎn)生的晶體缺陷的n型GaN基板背面近旁的區(qū)域經(jīng)RIE法浸蝕除去。因此，可以認(rèn)為，因n型GaN基板背面近旁的晶體缺陷而導(dǎo)致的電子載體濃度下降的現(xiàn)象得到了抑制。
另外，本發(fā)明的試樣3-7和與現(xiàn)有實(shí)例對應(yīng)的試樣1相比，其n型GaN基板背面近旁的電子載體濃度高。具體地說，試樣1的電子載體濃度為2.0×1016cm-3，而本發(fā)明的試樣3-7的電子載體濃度在1.0×1017cm-3以上。
另外，與通過使用Cl2氣的RIE法除去了n型GaN基板背面約0.5μm厚度的試樣3相比，通過使用Cl2氣的RIE法除去了n型GaN基板背面約1μm厚度的試樣4得到了更低的接觸電阻。這可以認(rèn)為，除去約0.5μm厚度，沒有能充分除去含有由機(jī)械研磨產(chǎn)生的晶體缺陷的n型GaN基板背面近旁的區(qū)域。用TEM分析測定了這些試樣的n型GaN基板背面的晶體缺陷(位移)密度，試樣3的晶體缺陷密度為1×109cm-2，而試樣4在所觀察的視野中沒有觀察到晶體缺陷，晶體缺陷密度在1×106cm-2以下。因此，由RIE法除去n型GaN基板背面的厚度最好在1.0μm以上。
另外，通過使用Cl2氣和BCl3氣的RIE法進(jìn)行浸蝕的試樣5與通過單用Cl2氣的RIE法浸蝕n型GaN基板背面的試樣4相比，得到了更低的接觸電阻。
另外，用Cl2氣和BCl2氣通過RIE法浸蝕n型GaN基板背面之后進(jìn)行了鹽酸處理的對應(yīng)于上述一實(shí)施方式的試樣6和再在500℃氮?dú)夥罩羞M(jìn)行了10分鐘熱處理的試樣7與沒有進(jìn)行過鹽酸處理和熱處理的試樣5相比，得到了更低的接觸電阻。另外，從試樣6和試樣7的比較得知，通過熱處理，可以進(jìn)一步減少n型GaN基板與n側(cè)電極的接觸電阻，同時(shí)可以進(jìn)一步提高n型GaN基板背面近旁的電子載體濃度。
另外，不進(jìn)行RIE法的浸蝕、但在10％HCl溶液中浸漬約10分鐘(鹽酸處理)的試樣2與不進(jìn)行鹽酸處理的對應(yīng)于以往例的試樣1相比，得到了更低的接觸電阻。具體地說，試樣1的接觸電阻為20Ωcm2，而試樣2的接觸電阻為0.1Qcm2。這可能是經(jīng)過鹽酸處理，n型GaN基板的背面得到凈化的緣故。
另外，在用氧做n型GaN基板的n型摻雜劑的情況下，為了降低接觸電阻而增加氧的摻雜量、提高載體濃度，則結(jié)晶性會下降。但是，按照本發(fā)明，即便是上述一實(shí)施方式的n型GaN基板1的摻雜量(基板載體濃度5×1018cm-3)的情況下，也可以降低接觸電阻。
另外，應(yīng)該認(rèn)識到，這次公示的實(shí)施方式的各方面只是舉例說明，并非是限制性的。本發(fā)明的范圍包括未在上述實(shí)施方式中說明但由權(quán)利要求書確定的、以及與權(quán)利要求的范圍等同的含義和范圍內(nèi)的所有變更。
例如，在上述一實(shí)施方式中，對用n型GaN基板1形成氮化物系半導(dǎo)體激光元件的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于此，也可以是使用具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體基板或氮化物系半導(dǎo)體層。例如，可以是由BN(氮化硼)、AIN(氮化鋁)、InN(氮化銦)或TlN(氮化鉈)等構(gòu)成的氮化物系半導(dǎo)體基板或氮化物系半導(dǎo)體層。還可以是由它們的混晶構(gòu)成的氮化物系半導(dǎo)體基板或氮化物系半導(dǎo)體層。
在上述實(shí)施方式中，RIE法浸蝕n型GaN基板1的背面(氮面)，但是本發(fā)明不限于此，也可以采用其他干式浸蝕法。例如，可以采用反應(yīng)離子束浸蝕法、游離基浸蝕法、等離子浸蝕法。
在上述實(shí)施方式中，用Cl2氣和BCl3氣通過RIE法浸蝕n型GaN基板1的背面(氮面)，但是本發(fā)明不限于此，也可以采用其他浸蝕氣體。例如，可以采用Cl2與SiCl4的混合氣體、Cl2與CF4的混合氣體以及Cl2氣。
在上述一實(shí)施方式中，在RIE法浸蝕之后，通過將n型氮化物系半導(dǎo)體激光元件結(jié)構(gòu)體20浸漬在HCl溶液中(鹽酸處理)，除去附著在n型GaN基板1背面的氯系殘留物，但是本發(fā)明不限于此，也可以浸漬在含有氯、氟、溴、碘、硫和銨中的至少一種的溶液中。
在上述一實(shí)施方式中，就使層2～6在n型GaN基板1的上表面(Ga面)上生長后機(jī)械研磨n型GaN基板1的背面(氮面)的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于此，也可以是預(yù)先將n型GaN基板1的背面(氮面)機(jī)械研磨至規(guī)定厚度之后，再在n型GaN基板1的上表面(Ga面)上形成層2～6。還可以是不對n型GaN基板1的氮面進(jìn)行機(jī)械研磨。
在上述一實(shí)施方式中，作為形成層2～6時(shí)的n型摻雜劑和p型摻雜劑，分別采用了Si和Mg，但是本發(fā)明并不限于此，也可以采用其他n型或p型摻雜劑。例如，可以用Se、Ge等做n型摻雜劑，用Be和Zn等做p型摻雜劑。
在上述一實(shí)施方式中，用常壓MOCVD法在n型GaN基板1上形成了層2～6，但是本發(fā)明并不限于此，也可以采用其他成長方法形成層2～6。例如，可以用減壓MOCVD法形成層2～6。
在上述一實(shí)施方式中，就在n型GaN基板1上形成n型緩沖層2的情況做了說明，但是本發(fā)明并不限于此，也可以不形成n型緩沖層2。在此情況下，層3～6的結(jié)晶性稍微差一點(diǎn)，但可使制造工藝簡化。
在上述一實(shí)施方式中，作為n側(cè)電極材料，使用了Al/Si/Ni/Au膜，但是本發(fā)明并不限于此，也可以采用由10nm厚的Ti膜和500nm厚的Al膜構(gòu)成的n側(cè)電極、由6nm厚的Al膜、10nm厚的Ni膜和300nm厚的Au膜構(gòu)成的n側(cè)電極、或由10nm厚的AlSi膜、300nm厚的Zn膜以及100nm厚的Au膜構(gòu)成的n側(cè)電極等含Al的其他電極結(jié)構(gòu)。
在上述一實(shí)施方式中，就突緣結(jié)構(gòu)作為電流狹窄結(jié)構(gòu)或橫向光封閉結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明并不限于此，也可以通過采用高電阻的塊(block)層或者n型塊層的埋入式結(jié)構(gòu)進(jìn)行電流狹窄。另外，也可以用離子注入法等形成作為電流狹窄層或橫向光封閉結(jié)構(gòu)的光吸收層。
在上述一實(shí)施方式中，就將本發(fā)明應(yīng)用于氮化物系半導(dǎo)體激光元件的情況做了說明，但是本發(fā)明不限于此，也可以是使用具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層或氮化物系半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體元件。例如，可以將本發(fā)明應(yīng)用于對表面平坦性有要求的MESFET(金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、HEMT(高電子遷移晶體管)、發(fā)光二極管(LED)或面發(fā)光激光元件〔VCSEL(垂直空腔表面發(fā)射激光器)〕等之中。
在上述一實(shí)施方式中，使用了具有規(guī)定厚度的p側(cè)電極7及n側(cè)電極8，但是本發(fā)明并不限于此，也可以是具有其他厚度的電極。例如，可以減小電極各層的厚度，形成具有透光性的電極，用作面發(fā)光激光元件或發(fā)光二極管元件。特別是，即使使n側(cè)電極薄至具有透光性，也可以根據(jù)本發(fā)明，充分減小n側(cè)電極的接觸電阻。
在上述一實(shí)施方式中，用RIE法浸蝕n型GaN基板1的背面(氮面)，但是本發(fā)明并不限于此，也可以濕式浸蝕n型GaN基板1的背面(氮面)。濕式浸蝕時(shí)，作為濕式浸蝕液，可以使用王水、KOH和K2S2O8等。例如，可以用0.1摩爾KOH在室溫下濕式浸蝕n型GaN基板1背面的氮面。此時(shí)，如果升溫到約120℃，與在室溫時(shí)相比，浸蝕速度可以提高約10倍。
在上述一實(shí)施方式中，就用RIE法干式浸蝕n型GaN基板1的由氮面構(gòu)成的背面做了說明，但是本發(fā)明并不限于此，當(dāng)背面為Ga面時(shí)，也可以采用濕式浸蝕法。在采用濕式浸蝕法時(shí)，作為濕式浸蝕液，可以使用王水、KOH和K2S2O8等。例如，可以用0.1摩爾KOH和365nm的水銀燈，室溫下該n型GaN基板1背面的Ga面進(jìn)行濕浸蝕。此時(shí)，如果升溫到約120℃，與在室溫時(shí)相比，浸蝕速度可以提高約10倍。
在上述一實(shí)施方式中，就整個(gè)背面為氮面的n型GaN標(biāo)準(zhǔn)基板的情況做了說明，但是本發(fā)明并不限于此，也可以使用n型GaN基板1的背面有少許Ga面的n型GaN非標(biāo)準(zhǔn)基板。在這種n型GaN非標(biāo)準(zhǔn)基板的情況下，其背面也屬于本發(fā)明的氮面。
權(quán)利要求
1.一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，它具有對由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一個(gè)構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層的背面進(jìn)行浸蝕的工序，隨后在上述浸蝕過的第1半導(dǎo)體層的背面上形成n側(cè)電極的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層的背面包含氮面。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸蝕工序包括干式浸蝕第1半導(dǎo)體層的背面的工序。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述干式工序使用Cl2氣和BCl3氣。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述干式浸蝕工序中BCl3氣相對于Cl2氣的的流量比在30％以上、70％以下。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述干式浸蝕中浸蝕深度和浸蝕時(shí)間之間成正比關(guān)系。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸蝕工序包括將第1半導(dǎo)體層背面浸蝕成鏡面。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述形成n側(cè)電極的工序之后，還具有熱處理工序。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸蝕工序包括將第1半導(dǎo)體層背面浸蝕除去約1μm以上。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層包括由選自GaN、BN、AlN、InN以及TiN中的至少一種材料構(gòu)成的n型氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述n側(cè)電極包括Al膜。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化物系半導(dǎo)體元件是氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成n側(cè)電極的工序之前，還具有將浸蝕過的第1半導(dǎo)體層的氮面浸漬在含有氯、氟、溴、碘、硫和銨中的至少一種的溶液中的工序。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在形成n側(cè)電極的工序之前，還具有用HCl溶液對第1半導(dǎo)體層的背面進(jìn)行鹽酸處理的工序。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在浸蝕工序之前，還具有研磨第1半導(dǎo)體層的背面的工序。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸蝕工序包括濕式浸蝕。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述濕式浸蝕使用選自王水、KOH、K2S2O8中的至少一種浸蝕液。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述濕式浸蝕在升溫至120℃的狀態(tài)下進(jìn)行。
19.一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，它具有用反應(yīng)浸蝕法浸蝕由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一個(gè)構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層的氮面的工序，然后在上述浸蝕過的第1半導(dǎo)體層氮面上形成n側(cè)電極的工序。
20.一種氮化物系半導(dǎo)體元件，它用以下工序形成對由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一個(gè)構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層的背面進(jìn)行浸蝕的工序，然后在上述浸蝕過的第1半導(dǎo)體層的背面上形成n側(cè)電極的工序。
21.一種氮化物系半導(dǎo)體元件，它具有由纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一個(gè)構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層和在該第1半導(dǎo)體層的背面上形成的n側(cè)電極，所述n側(cè)電極與第1半導(dǎo)體層之間的接觸電阻在0.05Ωcm2以下。
22.如權(quán)利要求21所述的元件，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層的與n側(cè)電極的界面近旁的電子載體濃度在1×1017cm-3以上。
23.如權(quán)利要求21所述的元件，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層的與n側(cè)電極的界面近旁的位移密度在1×109cm-2以下。
24.如權(quán)利要求21所述的元件，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層的背面包含氮面。
25.如權(quán)利要求21所述的元件，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層包括由選自GaN、BN、AlN、InN以及TiN中的任一種材料構(gòu)成的氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板。
26.如權(quán)利要求21所述的元件，其特征在于，所述n側(cè)電極包括Al膜。
27.如權(quán)利要求21所述的元件，其特征在于，所述氮化物系半導(dǎo)體元件是氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，它可降低氮化物系半導(dǎo)體基板等的氮面與電極之間的接觸電阻。該方法具有浸蝕由纖鋅礦結(jié)構(gòu)的n型氮化物系半導(dǎo)體層和氮化物系半導(dǎo)體基板中的任一個(gè)構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層的背面的工序和在該浸蝕過的第1半導(dǎo)體層背面上形成n側(cè)電極的工序。
文檔編號H01L33/00GK1447485SQ0310882
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者戶田忠夫, 山口勤, 畑雅幸, 野村康彥 申請人:三洋電機(jī)株式會社