專利名稱：氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

背景技術(shù)：
使用以氮化鎵(GaN)為首的III-V族氮化物半導(dǎo)體材料(AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)制作的藍紫色半導(dǎo)體激光器是用于實現(xiàn)光盤裝置的超高密度記錄的關(guān)鍵設(shè)備，現(xiàn)在已經(jīng)達到實用水平。藍紫色半導(dǎo)體激光器的高輸出化不僅能夠?qū)崿F(xiàn)光盤的高速寫入，而且對于向激光顯示器中的應(yīng)用等新型的技術(shù)領(lǐng)域的開拓來說是必需的技術(shù)。
近年來，作為為了制造氮化物半導(dǎo)體裝置而必需的基板，GaN基板被認為是有實力的。GaN基板與以往所用的藍寶石基板相比，在晶體的晶格整合或放熱性這樣的方面上更為優(yōu)良。另外，與藍寶石基板為絕緣性的情況不同，GaN基板具有導(dǎo)電性也是優(yōu)點之一。即，可以采用在GaN基板的背面?zhèn)纫残纬呻姌O，沿橫切GaN基板的方向流過電流的構(gòu)造。如果在具有導(dǎo)電性的GaN基板的背面形成電極，則可以縮小各個半導(dǎo)體裝置的尺寸(芯片面積)，當(dāng)縮小芯片面積時，由于由1片晶片制作得到的芯片的總數(shù)增加，因此可以降低制造成本。
在GaN基板的背面形成了n側(cè)電極的半導(dǎo)體激光器例如公布于專利文獻1到3等中。
專利文獻1特開2002-16312號公報 專利文獻2特開2004-71657號公報 專利文獻3特開2004-6718號公報 在GaN基板的背面形成了n側(cè)電極的情況下，會有其電接觸特性差這樣的問題。所述各專利文獻中所記載的以往技術(shù)中，也想要通過在基板背面形成凹凸等，來實現(xiàn)接觸特性的改善。
但是，以往的方法中，接觸電阻的改善不充分，另外還發(fā)現(xiàn)，根據(jù)后面詳細說明的理由，當(dāng)以批量生產(chǎn)水平采用在基板背面形成凹凸的技術(shù)時，則會有難以材料利用率優(yōu)良地制造半導(dǎo)體激光器裝置的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于所述情況而完成的，其目的在于，提供在改善基板背面?zhèn)鹊碾娊佑|特性的同時，可以材料利用率優(yōu)良地制造的氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置是具備含有n型雜質(zhì)的氮化物類半導(dǎo)體基板；形成于所述半導(dǎo)體基板的主面上，包括p型區(qū)域及n型區(qū)域的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造；與所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造中所含的所述p型區(qū)域的一部分接觸的p側(cè)電極；設(shè)于所述半導(dǎo)體基板的背面的n側(cè)電極的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面包括平坦區(qū)域和粗糙區(qū)域，所述n側(cè)電極將所述粗糙區(qū)域的至少一部分覆蓋。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述平坦區(qū)域具備具有20μm以上的寬度的帶形，位于所述粗糙區(qū)域的周圍。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導(dǎo)體基板的背面和所述n側(cè)電極的接觸區(qū)域的輪廓與所述平坦區(qū)域和所述粗糙區(qū)域的交界匹配。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域是研磨加工面或清凈化處理面。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導(dǎo)體基板的所述主面為+C極性面。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述平坦區(qū)域為-C極性面。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域具有利用蝕刻形成的多個凹部或凸部。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域中，形成有具有不同的面方位的多個刻面(facet)。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域的凹凸階梯處于10nm以上1μm以下的范圍，所述平坦區(qū)域的凹凸階梯在10nm以下。
在優(yōu)選的實施方式中，所述n側(cè)電極將所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域的整體覆蓋。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述平坦區(qū)域被與解理面位置相接地配置。
在優(yōu)選的實施方式中，所述n側(cè)電極具有由選自Ti、Al、Pt、Au、Mo、Sn、In、Ni、Cr、Nb、Ba、Ag、Rh、Ir、Ru及Hf所構(gòu)成的組中的至少一種金屬或合金形成的層。
在優(yōu)選的實施方式中，所述n側(cè)電極的接觸電阻率在5×10-4Ω·cm2以下。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法是包括準(zhǔn)備含有n型雜質(zhì)的氮化物類半導(dǎo)體基板的工序、在所述半導(dǎo)體基板的主面上形成包括p型區(qū)域及n型區(qū)域的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造的工序、在所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造中所含的所述p型區(qū)域中形成p側(cè)電極的工序、在包括氮面的所述半導(dǎo)體基板的背面形成n側(cè)電極的工序的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，包括在所述半導(dǎo)體基板的背面形成n側(cè)電極之前，在所述背面形成平坦區(qū)域和粗糙區(qū)域的工序；在形成了所述n側(cè)電極后，使解理面穿過所述平坦區(qū)域地進行所述半導(dǎo)體基板的解理的工序。
在優(yōu)選的實施方式中，在所述半導(dǎo)體基板的背面形成了平坦區(qū)域和粗糙區(qū)域后，在所述半導(dǎo)體基板的背面形成n側(cè)電極之前，進行減少所述半導(dǎo)體基板的背面的碳濃度的工序。
在優(yōu)選的實施方式中，減少所述碳濃度的工序包括在所述半導(dǎo)體基板的背面形成絕緣膜的工序、除去所述絕緣膜的工序。
在優(yōu)選的實施方式中，減少所述碳濃度的工序包括在所述半導(dǎo)體基板的背面堆積氧化硅膜的工序、除去所述氧化硅膜的工序。
在優(yōu)選的實施方式中，形成所述粗糙區(qū)域的工序包括在所述半導(dǎo)體基板的背面形成掩模層的工序，該掩模層具備使所述半導(dǎo)體基板的背面當(dāng)中的應(yīng)當(dāng)形成所述粗糙區(qū)域的部分露出的開口部；對所述半導(dǎo)體基板的背面當(dāng)中的應(yīng)當(dāng)形成所述粗糙區(qū)域的部分進行蝕刻處理的工序。
在優(yōu)選的實施方式中，形成所述n側(cè)電極的工序包括在所述半導(dǎo)體基板的背面覆蓋所述掩模層地堆積金屬電極層的工序；通過將所述金屬電極層當(dāng)中的位于所述掩模層上的部分與所述掩模層一起除去，而將所述金屬電極層圖案處理為所述n側(cè)電極的工序。
根據(jù)本發(fā)明，由于利用氮化物類半導(dǎo)體基板的背面和n側(cè)電極的界面的粗糙區(qū)域，接觸界面的有效的面積增加，另外，還可以獲得接觸界面的碳濃度減少的效果，因此可以改善n側(cè)電極的接觸特性。另外，由于解理變得容易，因此可以材料利用率優(yōu)良地制造半導(dǎo)體激光器裝置。



圖1是示意性地表示GaN基板的GaN晶體構(gòu)造的立體圖。
圖2是表示本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置的第一實施方式的剖面圖。
圖3(a)是表示第一實施方式的氮化物半導(dǎo)體基板的上面?zhèn)鹊囊徊糠值母┮晥D，(b)是表示該氮化物半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)鹊母┮晥D。
圖4是表示第一實施方式的解理前的氮化物半導(dǎo)體裝置的主要部分的剖面圖。
圖5(a)和(b)是示意性地表示一次解理的立體圖。
圖6是表示本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置的其他的實施方式的剖面圖。
圖7是表示本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置的其他的實施方式的剖面圖。
其中，10 n型GaN基板，10a 長條，12 n型GaN層，14 n型AlGaN包覆層，16 GaN光導(dǎo)引層，18 InGaN多重量子阱層，20InGaN中間層，22 p型AlGaN帽層，24 p型GaN光導(dǎo)引層，26 p型AlGaN包覆層，28 p型GaN接觸層，30 SiO2層，32 p側(cè)電極(Pd/Pt)，34 n側(cè)電極(Ti/Pt/Au)，36 SiO2層，40a 基板背面的粗糙區(qū)域，40b 基板背面的平坦區(qū)域，50 解理導(dǎo)引，100 半導(dǎo)體疊層構(gòu)造。

具體實施例方式 本申請發(fā)明人利用實驗查明，在氮化物半導(dǎo)體基板的背面(bottomsurface)上形成的n側(cè)電極的電接觸電阻高的原因是由存在于氮化物半導(dǎo)體基板的背面的碳(C)造成的，另外發(fā)現(xiàn)，減少氮化物半導(dǎo)體基板的背面和n側(cè)電極的界面的碳濃度對于接觸電阻的減少是有效的，從而形成了本發(fā)明。
GaN晶體如圖1所示地由Ga原子和N原子構(gòu)成，具有六方晶構(gòu)造。各種半導(dǎo)體層的進行外延生長的一側(cè)的GaN基板的表面(top surface)是Ga原子以層狀排列的面(Ga面或+C極性面)。與之不同，GaN基板的背面是氮原子(N原子)以層狀排列的面(氮面或-C極性面)。氮面(以下稱作「N面」。)即使在從背面?zhèn)妊心aN基板而將基板厚度減少為任意的厚度的情況下，也具有總是在GaN基板的背面顯現(xiàn)出來的性質(zhì)。而且，在GaN基板的Ga原子在一部分的點位上與Al原子或In原子置換的一般的氮化物半導(dǎo)體基板中，也與所述相同，基板背面為N面。
根據(jù)本申請發(fā)明人的研究，GaN基板等氮化物半導(dǎo)體基板的N面容易吸附碳，在N面形成了電極后，碳在N面與電極的界面上穩(wěn)定地存在。該碳即使利用電極形成后的熱處理也不會向周圍擴散，穩(wěn)定地存在于界面上，作為接觸界面的電勢壘發(fā)揮作用。如果可以在n側(cè)電極形成前將存在于基板背面的碳適當(dāng)?shù)嘏懦?，則可以減小存在于接觸界面上的電勢壘，大幅度地改善n側(cè)電極的接觸特性。
當(dāng)在GaN基板的背面形成凹凸，進行粗糙化時，則可以降低在基板背面中所占的N面的比例(面積比率)。但是，當(dāng)利用以往技術(shù)在基板背面形成凹凸時，則會有難以材料利用率優(yōu)良地施行GaN基板的「解理」的問題。以下將對該問題進行說明。
由于GaN基板具有六方晶構(gòu)造，因此材料利用率優(yōu)良地施行利用GaN基板的「解理」分離為各個半導(dǎo)體芯片(具有近似長方體的形狀)的工序是非常困難的。為了材料利用率優(yōu)良地進行該解理，采用以下的方法是有效的，即，在GaN基板的上面?zhèn)鹊慕饫眍A(yù)定線上形成多個「凹部的排列(以下稱作『解理導(dǎo)引』)」的從基板背面沿著「解理導(dǎo)引」進行一次解理。
由于GaN基板具有透光性，因此本來可以從基板背面?zhèn)扔^察形成于基板上面?zhèn)鹊摹附饫韺?dǎo)引」的位置，沿著解理導(dǎo)引進行一次解理。但是，當(dāng)在GaN背面全面形成凹凸時，則由于產(chǎn)生基板背面上的散射，因此無法從基板背面觀察解理導(dǎo)引。由此，當(dāng)利用以往技術(shù)在GaN基板的背面形成凹凸時，則無法材料利用率優(yōu)良地進行解理工序。
所以，本發(fā)明中，不是在氮化物半導(dǎo)體基板的背面全面形成凹凸，而是通過僅在特定的區(qū)域形成凹凸，將基板背面區(qū)分為平坦區(qū)域(窗區(qū)域)和粗糙區(qū)域。此外，n側(cè)電極是將粗糙區(qū)域的至少一部分覆蓋地形成的。
而且，本說明書中的所謂「平坦區(qū)域」是與「粗糙區(qū)域」相比相對地平滑的面。更具體來說，「平坦區(qū)域」是基板背面當(dāng)中的保持了利用研磨加工平滑化的狀態(tài)的部分，是指并非有意地形成凹凸的區(qū)域。但是，該「平坦區(qū)域」也可以在研磨加工后接受用于清凈化的處理(清潔處理)。另一方面，「粗糙區(qū)域」是基板背面當(dāng)中的利用蝕刻等處理有意地形成了凹凸的部分。用于粗糙化的蝕刻如果是蝕刻速度根據(jù)晶面方位而不同的各向異性蝕刻，則在粗糙區(qū)域中就形成具有多個不同的面方位的刻面。
根據(jù)本發(fā)明，由于在基板背面的平坦區(qū)域中不產(chǎn)生散射，因此在基板上面?zhèn)刃纬闪恕附饫韺?dǎo)引」的情況下，可以從基板背面?zhèn)扔^察該「解理導(dǎo)引」，恰當(dāng)?shù)厥┬幸淮谓饫怼?br> 以下將對本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法進行說明。
首先，本發(fā)明中，在氮化物半導(dǎo)體基板的表面(Ga面)上，利用使用了外延生長技術(shù)的公知的半導(dǎo)體生長法，形成半導(dǎo)體疊層構(gòu)造。半導(dǎo)體疊層構(gòu)造包括p型區(qū)域及n型區(qū)域。在制造半導(dǎo)體激光器等發(fā)光元件時，半導(dǎo)體疊層構(gòu)造將會包括雙異質(zhì)構(gòu)造、用于將光及電流關(guān)入一定空間內(nèi)的構(gòu)造。
在氮化物基板的表面?zhèn)龋纬闪伺c半導(dǎo)體疊層構(gòu)造中的p型區(qū)域電接觸的p側(cè)電極后，在氮化物半導(dǎo)體基板的背面形成n側(cè)電極之前，本發(fā)明中，進行特別的處理，即，進行在氮化物半導(dǎo)體基板的背面的規(guī)定區(qū)域形成粗糙區(qū)域的工序。該工序可以通過在將基板背面的一部分用掩模層覆蓋后，蝕刻未由掩模層覆蓋的區(qū)域而進行。
在優(yōu)選的實施方式中，在基板背面形成了粗糙區(qū)域及平坦區(qū)域后，進行用于減少碳濃度的表面處理。該處理包括將氮化物半導(dǎo)體基板的背面用堆積物的層覆蓋的工序、將該層利用蝕刻除去的工序。更優(yōu)選在氮化物半導(dǎo)體基板的背面堆積了二氧化硅(SiO2)膜后，將該SiO2膜從背面去掉。根據(jù)本發(fā)明人的實驗發(fā)現(xiàn)，通過對基板背面進行所述的處理(SiO2膜的堆積和除去)，就可以大幅度地減少存在于基板背面的碳的濃度，由此可以獲得減少接觸電阻的效果。
在進行了所述的各工序(背面處理)后，當(dāng)在氮化物半導(dǎo)體基板的背面形成n側(cè)電極時，則在基板背面與n側(cè)電極的界面上有效的接觸面積增大，并且可以將界面上的碳濃度減少為測定裝置的檢測界限以下。利用這些操作，就可以大大地減少接觸電阻。
在優(yōu)選的實施方式中，在設(shè)于基板主面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體疊層構(gòu)造的上部形成規(guī)定解理線的多個凹部(解理導(dǎo)引)。此種凹部例如可以利用劃片技術(shù)及蝕刻技術(shù)來容易地形成。
在基板背面形成了n側(cè)電極后，通過在穿過存在于未被n側(cè)電極覆蓋的位置上的平坦區(qū)域觀察所述的解理導(dǎo)引的同時，沿著解理導(dǎo)引從基板背面進行一次解理，而將氮化物半導(dǎo)體基板分割為多個長條。接下來，通過進行對各長條的二次解理，就可以從各長條中分離各個半導(dǎo)體激光器芯片。
(第一實施方式) 以下，將在參照附圖的同時，對本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法的第一實施方式進行說明。
首先，參照圖2。圖2示意性地表示了本實施方式的氮化物半導(dǎo)體裝置，即，GaN類半導(dǎo)體激光器的剖面。圖示的元件剖面是與諧振器端面平行的面，諧振器長度方向與該剖面正交。
本實施方式的半導(dǎo)體激光器具備摻雜了n型雜質(zhì)的n型GaN基板(厚度約100μm)10、設(shè)于n型GaN基板10的表面(Ga面)的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造100。
半導(dǎo)體疊層構(gòu)造100包括n型GaN層12、n型AlGaN包覆層14、GaN光導(dǎo)引層16、InGaN多重量子阱層18、InGaN中間層20、p型AlGaN帽層22、p型GaN光導(dǎo)引層24、p型AlGaN包覆層26及p型GaN接觸層28。
本實施方式的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造100中所含的各半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度(摻雜劑濃度)或厚度如以下的表1中所示。
[表1] 而且，表1中所示的雜質(zhì)、雜質(zhì)濃度及各半導(dǎo)體層的厚度只不過是一個例子，不是限定本發(fā)明的數(shù)據(jù)。
半導(dǎo)體疊層構(gòu)造100當(dāng)中的p型GaN接觸層28及p型AlGaN包覆層26被加工為沿著諧振器長度方向延伸的脊條紋的形狀。脊條紋的寬度例如為1.5μm左右，諧振器長度例如為600μm。芯片寬度(圖5中為與各半導(dǎo)體層平行的方向的元件尺寸)例如為200μm。
半導(dǎo)體疊層構(gòu)造100的上面當(dāng)中的除去脊條紋的上面的部分被SiO2層30覆蓋，在SiO2層30的中央部形成有使脊條紋的上面露出的條紋狀的開口部。穿過SiO2層30的開口部，p型GaN接觸層28的表面與p側(cè)電極(Pd/Pt)32接觸。
n型GaN基板10的背面被區(qū)分為形成了凹凸的粗糙區(qū)域40a、未形成凹凸的平坦區(qū)域40b。覆蓋粗糙區(qū)域地設(shè)置有n側(cè)電極(Ti/Pt/Au)34。粗糙區(qū)域40a中的凹凸階梯例如處于10nm以上(優(yōu)選50nm以上)1μm以下的范圍。平坦區(qū)域40b中的凹凸階梯例如處于1nm以上10nm以下的范圍。
本實施方式中，n型GaN基板10的背面和n側(cè)電極34的界面上的碳濃度被減少為5原子％以下，更具體來說，被減少為2原子％以下。
以下，將對制造本實施方式的氮化物半導(dǎo)體裝置的方法的優(yōu)選的實施方式進行說明。
首先，準(zhǔn)備利用公知的方法制作的n型GaN基板10。n型GaN基板10的厚度例如約為400μm左右。n型GaN基板10的表面被利用研磨加工平坦化。
然后，在n型GaN基板10的表面形成半導(dǎo)體疊層構(gòu)造100。半導(dǎo)體疊層構(gòu)造100的形成可以利用公知的外延生長技術(shù)來進行。例如如下所示地生長各半導(dǎo)體層。
首先，將n型GaN基板10插入有機金屬氣相生長(MOVPE)裝置的小室內(nèi)。其后，對n型GaN基板10的表面進行500～1100℃左右的熱處理(熱清潔)。該熱處理例如在750℃下進行1分鐘以上，優(yōu)選進行5分鐘以上。在進行該熱處理期間，最好向小室內(nèi)流入含有氮原子(N)的氣體(N2、NH3、肼等)。
其后，將反應(yīng)爐控制為約1000℃的溫度，同時供給作為原料氣體的三甲基鎵(TMG)及氨氣(NH3)、作為載氣的氫和氮，并且還供給作為n型摻雜劑的硅烷(SiH4)氣體，生長厚度約為1μm而Si雜質(zhì)濃度約為5×1017cm-3的n型GaN層12。
然后，在還供給三甲基鋁(TMA)的同時，生長由厚度約為1.5μm而Si雜質(zhì)濃度約為5×1017cm-3的Al0.05Ga0.95N構(gòu)成的n型AlGaN包覆層14。其后，在生長了由厚度約為120nm的GaN構(gòu)成的GaN層16后，將溫度降低至約800℃，將載氣變更為氮，供給三甲基銦(TMI)和TMG，生長由膜厚約為3nm的In0.02Ga0.98N構(gòu)成的量子阱(3層)和膜厚約為9nm的In0.01Ga0.99N阻擋層(2層)構(gòu)成的多重量子阱活性層18。其后，生長由In0.01Ga0.99N構(gòu)成的InGaN中間層20。InGaN中間層20可以大幅度地抑制從形成于其上的p型半導(dǎo)體層中向活性層18的p型摻雜劑(Mg)的擴散，在晶體生長后也可以將活性層18維持為高質(zhì)量。
然后，再次將反應(yīng)爐內(nèi)的溫度升高為約1000℃，向載氣的氮中又導(dǎo)入氫，在供給作為p型摻雜劑的雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)氣體的同時，生長由膜厚約為20nm而Mg雜質(zhì)濃度約為1×1019cm-3的Al0.20Ga0.80N構(gòu)成的p型AlGaN帽層22。
然后，生長由厚度約為20nm而Mg雜質(zhì)濃度約為1×1019cm-3的p型GaN構(gòu)成的第二GaN光導(dǎo)引層24。其后，生長由厚度約為0.5μm而雜質(zhì)濃度約為1×1019cm-3的Al0.05Ga0.95N構(gòu)成的p型AlGaN包覆層26。最后，生長由厚度約為0.1μm而Mg雜質(zhì)濃度約為1×1020cm-3的p型GaN接觸層28。
下面，參照圖3(a)，對在半導(dǎo)體疊層構(gòu)造的上面形成多個凹部(解理導(dǎo)引)50的工序進行說明。圖3(a)是從上面?zhèn)瓤吹桨雽?dǎo)體基板的一部分的俯視圖。解理導(dǎo)引50的列在應(yīng)當(dāng)進行解理的線上周期性地排列，以沿著該線產(chǎn)生解理的方式發(fā)揮作用。作為解理導(dǎo)引50發(fā)揮作用的各凹部例如具有1～20μm的深度、1～5μm的寬度、1～40μm的長度，可以利用劃片工序及蝕刻工序形成。圖3(a)中所示的例子中，凹部的排列間距相當(dāng)于基板的半導(dǎo)體激光器元件區(qū)域的排列區(qū)域，然而只要可以沿適當(dāng)?shù)姆较蛞龑?dǎo)解理，則凹部的形狀或排列間距的大小可以是任意的。但是，該凹部最好具備從基板上面?zhèn)瓤囱亍附饫矸较颉咕哂袖J角的菱形的形狀，與基板垂直的剖面形狀為錘狀。這是因為，當(dāng)將此種形狀的凹部的列作為解理導(dǎo)引而從基板背面?zhèn)冗M行解理時，則很容易沿著凹部的列筆直地進行解理，解理的材料利用率提高。
其后，從背面?zhèn)妊心型GaN基板10，將n型GaN基板10的厚度減少為約100μm左右。然后，如圖3(b)所示，在n型GaN基板10的背面形成了具有格子形狀的掩模層42后，通過將未被掩模層42覆蓋的區(qū)域暴露于蝕刻液中，而形成多個蝕刻坑或突起，從而粗糙化。作為蝕刻液，例如可以使用氫氧化鉀(KOH)或熱磷酸等，通過在室溫下進行10～60分鐘的所述蝕刻，就可以形成數(shù)密度為5×106個/cm2、深度為10～1000nm的坑。被粗糙化了的區(qū)域(粗糙區(qū)域40a)的形成也可以通過不利用所述的濕式蝕刻，或者與濕式蝕刻并用地進行干式蝕刻來進行。
掩模層42具有規(guī)定粗糙區(qū)域40a的位置及形狀的多個開口部，例如可以通過將抗蝕劑膜曝光·顯影而制作。n型GaN基板10的背面當(dāng)中的被掩模層42覆蓋的部分與進行一次解理或二次解理的部分對應(yīng)。在n型GaN基板10當(dāng)中的未被掩模層42覆蓋的區(qū)域中不形成蝕刻坑，作為平坦區(qū)域40b發(fā)揮作用。
本實施方式中，由于利用所述的方法，在基板背面當(dāng)中的應(yīng)當(dāng)形成n側(cè)電極34的區(qū)域形成粗糙區(qū)域40a，因此接觸界面中的N面的面積比例減少，并且表面積增大。該結(jié)果會帶來接觸界面的碳濃度的減少效果，另外會增大接觸的有效的面積，因此可以減少接觸電阻。
此后，本實施方式中，為了進一步減少接觸電阻，利用ECR濺射法，在n型GaN基板10的背面(研磨面)上堆積厚度0.5～1.5μm左右的SiO2膜。通過蝕刻該SiO2膜，從n型GaN基板1O的背面將SiO2膜除去。SiO2膜在n型GaN基板10的背面中至少需要從應(yīng)當(dāng)形成n側(cè)電極的區(qū)域中完全地除去。本實施方式中，利用氫氟酸進行SiO2膜的除去。為了除去SiO2膜而使用的蝕刻劑并不限定于氫氟酸，也可以是其他的種類的蝕刻劑。另外，SiO2膜的除去并不限于濕式蝕刻，也可以是干式蝕刻或濕式蝕刻及干式蝕刻的組合。即使在基板背面形成凹凸，也會有在粗糙區(qū)域42中殘存部分N面的情況，碳吸附于此種N面上，有可能使接觸特性惡化。由此，最好進行所述的背面處理(碳減少處理)。
然后，在n型GaN基板1O的背面，將Ti/Pt/Au各金屬層從基板側(cè)以該順序連續(xù)地堆積。其后，通過將掩模層42除去，進行位于掩模層42上的金屬層的提離，由位于粗糙區(qū)域40a上的金屬層形成n側(cè)電極34。其后，在氮氣氣氛中進行燒結(jié)處理(約300℃)。該燒結(jié)處理具有進一步減少n側(cè)電極34的接觸電阻的效果。根據(jù)本實施方式，可以將n側(cè)電極34的接觸電阻率設(shè)為5×10-4Ω·cm以下。
根據(jù)本實施方式，由于利用在粗糙區(qū)域40a的形成中使用的掩模層42來進行n側(cè)電極34的圖案處理，因此n型GaN基板10的背面與n側(cè)電極34的接觸區(qū)域的輪廓與粗糙區(qū)域40a和平坦區(qū)域40b的交界匹配。
圖4是表示形成了n側(cè)電極34的階段的n型GaN基板1O的一部分的剖面圖。從圖4中可以看出，利用蝕刻形成的凹凸形成于基板背面的局部(粗糙區(qū)域)。此種凹凸由(000-1)面以外的晶面露出的刻面構(gòu)成。本實施方式的粗糙區(qū)域具有利用蝕刻形成的多個突起部，各突起部(高度10～1000nm)為多角錐形或多角錐臺形，其表面由(000-1)面以外的刻面構(gòu)成。
然后，沿著圖3(b)所示的虛線進行一次解理。圖5(a)及(b)示意性地表示了利用一次解理從半導(dǎo)體基板中形成長條10a的工序。通過對利用一次解理得到的長條10a進行二次解理，就可以得到圖2所示的半導(dǎo)體激光器。二次解理的方向與一次解理的方向正交。
根據(jù)本實施方式，由于形成將粗糙區(qū)域40a作為接觸面而具有的n側(cè)電極，因此可以增大接觸面的有效的面積，并且可以減少接觸面中的碳濃度，所以就可以減少n側(cè)電極的接觸電阻。另外，如圖3(b)所示，由于可以從基板背面觀察解理導(dǎo)引，因此也可以材料利用率優(yōu)良地施行解理。而且，利用解理從基板中分割的各半導(dǎo)體激光器元件的基板背面的平坦區(qū)域40b被與解理位置相接地配置。
利用解理從基板中分割的各半導(dǎo)體激光器元件的基板背面的平坦區(qū)域40b具備具有20μm以上的寬度的帶形，位于粗糙區(qū)域40a的周圍(參照圖3(b))。
基板背面的平坦區(qū)域40b的布置并不限定于圖3(b)所示的例子。只要平坦區(qū)域40b形成于可以從基板背面?zhèn)扔^察解理導(dǎo)引50的位置即可。
(實施方式2) 在參照圖6及圖7的同時，對本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置的其他的實施方式進行說明。
圖6所示的實施方式除了n型GaN基板的背面的平坦區(qū)域由絕緣層36覆蓋這一點以外，具備與實施方式1的半導(dǎo)體激光器裝置相同的構(gòu)成。
如圖6所示，在基板背面的一部分也可以殘存SiO2膜等絕緣層36。雖然需要從n側(cè)電極34應(yīng)當(dāng)與基板背面接觸的區(qū)域中除去絕緣膜，然而即使在n側(cè)電極34的周邊作為絕緣層36殘存有絕緣膜的一部分，也不會對接觸特性產(chǎn)生影響。另外，通過在基板背面殘存由SiO2等構(gòu)成的絕緣層34，該絕緣層34就會吸收從活性層18向基板10漏出的光(雜散光)，還可以獲得減少噪音的效果。
圖7所示的實施方式除了基板背面傾斜這一點以外，具備與實施方式1的半導(dǎo)體激光器裝置相同的構(gòu)成。如圖7所示，基板背面也可以作為整體從N面傾斜。這可以通過在研磨基板背面時將基板背面相對于研磨盤傾斜固定來實現(xiàn)。
而且，根據(jù)本發(fā)明，由于可以減少基板背面與n側(cè)電極的界面的接觸電阻，因此可以打開將以往無法使用的各種金屬作為n電極的材料使用的道路。即，可以將Ti、Al、Pt、Au、Mo、Sn、In、Ni、Cr、Nb、Ba、Ag、Rh、Ir、Ru或Hf等金屬或合金用于n側(cè)電極的材料中。
所述的各實施方式中，雖然作為氮化物半導(dǎo)體基板使用了GaN基板，然而氮化物半導(dǎo)體基板并不限于GaN，也可以是由AlGaN、InGaN等形成的基板。另外，基板也可以是傾角(off)基板。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性 本發(fā)明由于改善了被期待作為短波長光源或高耐壓元件的利用的氮化物半導(dǎo)體裝置的n側(cè)電極接觸特性，因此可以有助于可靠性優(yōu)良的氮化物半導(dǎo)體激光器等的批量生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體裝置，是具備含有n型雜質(zhì)的氮化物類半導(dǎo)體基板；形成于所述半導(dǎo)體基板的主面上，包括p型區(qū)域及n型區(qū)域的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造；與所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造中所含的所述p型區(qū)域的一部分接觸的p側(cè)電極；設(shè)于所述半導(dǎo)體基板的背面的n側(cè)電極的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，
所述半導(dǎo)體基板的背面包括平坦區(qū)域和粗糙區(qū)域，
所述n側(cè)電極將所述粗糙區(qū)域的至少一部分覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述平坦區(qū)域具備具有20μm以上的寬度的帶形，位于所述粗糙區(qū)域的周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面和所述n側(cè)電極的接觸區(qū)域的輪廓與所述平坦區(qū)域和所述粗糙區(qū)域的交界匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域是研磨加工面或清凈化處理面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的所述主面為+C極性面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述平坦區(qū)域為-C極性面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域具有利用蝕刻形成的多個凹部或凸部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域中，形成有具有不同的面方位的多個刻面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域的凹凸階梯處于10nm以上1μm以下的范圍，所述平坦區(qū)域的凹凸階梯在10nm以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述n側(cè)電極將所述半導(dǎo)體基板的背面的所述粗糙區(qū)域的整體覆蓋。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面的所述平坦區(qū)域被與解理面位置相接地配置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述n側(cè)電極具有由選自Ti、Al、Pt、Au、Mo、Sn、In、Ni、Cr、Nb、Ba、Ag、Rh、Ir、Ru及Hf所構(gòu)成的組中的至少一種金屬或合金形成的層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述n側(cè)電極的接觸電阻率在5×10-4Ω·cm2以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體基板的背面由研磨加工面構(gòu)成。
15.一種氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，是包括
準(zhǔn)備含有n型雜質(zhì)的氮化物類半導(dǎo)體基板的工序、
在所述半導(dǎo)體基板的主面上形成包括p型區(qū)域及n型區(qū)域的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造的工序、
在所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造中所含的所述p型區(qū)域中形成p側(cè)電極的工序、
在包括氮面的所述半導(dǎo)體基板的背面形成n側(cè)電極的工序的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，包括
在所述半導(dǎo)體基板的背面形成n側(cè)電極之前，在所述背面形成平坦區(qū)域和粗糙區(qū)域的工序；
在形成了所述n側(cè)電極后，使解理面穿過所述平坦區(qū)域地進行所述半導(dǎo)體基板的解理的工序。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，在所述半導(dǎo)體基板的背面形成了平坦區(qū)域和粗糙區(qū)域后，在所述半導(dǎo)體基板的背面形成n側(cè)電極之前，進行減少所述半導(dǎo)體基板的背面的碳濃度的工序。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，減少所述碳濃度的工序包括在所述半導(dǎo)體基板的背面形成絕緣膜的工序、除去所述絕緣膜的工序。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，減少所述碳濃度的工序包括在所述半導(dǎo)體基板的背面堆積氧化硅膜的工序、和除去所述氧化硅膜的工序。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，形成所述粗糙區(qū)域的工序包括
在所述半導(dǎo)體基板的背面形成掩模層的工序，該掩模層具備使所述半導(dǎo)體基板的背面當(dāng)中的應(yīng)當(dāng)形成所述粗糙區(qū)域的部分露出的開口部；
對所述半導(dǎo)體基板的背面當(dāng)中的應(yīng)當(dāng)形成所述粗糙區(qū)域的部分進行蝕刻處理的工序。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，形成所述n側(cè)電極的工序包括
在所述半導(dǎo)體基板的背面覆蓋所述掩模層地堆積金屬電極層的工序；
通過將所述金屬電極層當(dāng)中的位于所述掩模層上的部分與所述掩模層一起除去，而將所述金屬電極層圖案處理為所述n側(cè)電極的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物半導(dǎo)體裝置，該氮化物半導(dǎo)體裝置(100)具備n－GaN基板(1)；形成于n－GaN基板(1)的主面上，包括p型區(qū)域及n型區(qū)域的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造；與半導(dǎo)體疊層構(gòu)造中所含的p型區(qū)域的一部分接觸的p側(cè)電極(32)；設(shè)于基板(1)的背面的n側(cè)電極(34)。基板(1)的背面包括粗糙區(qū)域(40a)和平坦區(qū)域(40b)，n側(cè)電極(34)將粗糙區(qū)域(40a)的至少一部分覆蓋。
文檔編號H01L21/28GK1957510SQ20068000026
公開日2007年5月2日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月19日
發(fā)明者長谷川義晃, 石橋明彥, 橫川俊哉 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社