专利名称：氮化物系半导体元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及氮化物系半导体元件及其制造方法，尤其是涉及带电极的氮化物系半导体及其制造方法。
近年来，人们对利用氮化物系半导体激光元件作为下一代大容量光盘光源寄予希望，开发工作很活跃。
通常，用绝缘性蓝宝石基板制造氮化物系半导体激光元件。但是，在蓝宝石基板上形成氮化物系半导体层时，由于蓝宝石基板和氮化物半导体层之间的晶格常数相差较大，所以在氮化物系半导体层内，会产生起因于晶格常数之差的大量晶体缺陷(位移)这一不良现象。其结果，导致氮化物系半导体激光元件的特性下降。
因此，有一种方案是，采用与氮化物系半导体层的晶格常数差异小的GaN基板等氮化物系半导体基板。
图7是用n型GaN基板形成的以往的氮化物系半导体激光元件的截面图。参照图7，在以往的氮化物系半导体激光元件的制造工艺中，为了提高在n型GaN基板101上成长的氮化物系半导体层(102～110)的结晶性，氮化物半导体层(102～110)在具有纤锌矿结构的n型GaN基板1的Ga面〔(HKLM)面M是正整数〕上成长。另外，在具有纤锌矿结构的n型GaN基板101的氮面((HKL-M)面M是正整数)用作背面的同时，在该n型GaN基板101背面上形成n侧电极112。下面详细说明以往的氮化物系半导体激光元件的制造工艺。
如图7所示，在厚约300μm～500μm的n型GaN基板101的上表面(Ga面)上，用MOCVD法(金属有机气相沉积法)等依次形成以下各层厚约3μm的由n型GaN构成的n型层102，厚约10nm的由n型In0.05Ga0.05N构成的缓冲层103，厚约400nm的由n型Al0.05Ga0.95N构成的n型覆层104，厚约70nm的由n型GaN构成的光导层105，具有MQW(Multiple QuantumWell多量子阱)结构的MQW活性层106，厚约200nm的由p型Al0.2Ga0.8N构成的p型层107，厚约70nm的由p型GaN构成的p型光导层108，厚约400nm的由p型Al0.05Ga0.95N构成的p型覆层109，厚约100nm的由p型GaN构成的p型接触层110。
接着，在p型接触层110上表面上的指定区域形成p侧电极111。研磨n型GaN基板101背面，使n型GaN基板101达到规定厚度(约100μm)后，在n型GaN基板101背面(氮面)上形成n侧电极112。最后，劈开n型GaN基板101及层102～110，将元件分离，形成共振器端面。由此完成图7所示的以往的氮化物系半导体激光元件。
在图7所示的以往的氮化物系半导体激光元件中，因为n型GaN基板101的硬度非常大，所以，难以通过劈开而很好地将元件分离和形成共振器端面。为了解决这一问题，有人提出过，在劈开工序之前，对n型GaN基板背面进行机械研磨，减小GaN基板背面的凹凸度，由此很好地将元件分离和形成共振器端面。这些方法记载于日本特许公开公报2002-26438号中。
但是，用上述日本特许公开公报2002-26438号中记载的方法对n型GaN基板背面进行机械研磨时，n型GaN基板背面附近会产生应力。由此产生的问题是，在n型GaN基板背面近旁会产生裂纹等微细晶体缺陷。其结果，导致n型GaN基板与形成于n型GaN基板背面(氮面)的n侧电极之间的接触电阻增加。
另外，因为n型GaN基板氮面容易被氧化，这也会引起与形成于n型GaN基板背面(氮面)的n侧电极之间的接触电阻增加这一问题。
发明内容
本发明的一个目的是，提供一种能降低氮化物系半导体基板等的背面与电极的接触电阻的氮化物系半导体元件的制造方法。
本发明的另一个目的是，在上述氮化物系半导体元件的制造方法中，减少氮化物系半导体基板等的背面近旁的晶体缺陷。
本发明的还有一个目的是，提供一种能降低氮化物系半导体基板等的背面与电极的接触电阻的氮化物系半导体元件。
为了达到上述目的，作为本发明第1方面的氮化物系半导体元件的制造方法具有如下工序对由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层及氮化物系半导体基板中的任一个构成的第1半导体层背面进行浸蚀的工序和随后在浸蚀过的第1半导体层背面上形成n侧电极的工序。
在上述方法中，如上所述，因为通过对由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层及氮化物系半导体基板中的任一个构成的第1半导体层背面进行浸蚀，可以除去包含由研磨工序等产生的第1半导体层背面近旁的晶体缺陷的区域，所以可以减少第1半导体层背面近旁的晶体缺陷。由此，可以抑制因晶体缺陷捕捉电子载体等而导致的电子载体浓度下降，从而可以增大第1半导体层背面的电子载体浓度。其结果，可以减少第1半导体层与n侧电极的接触电阻。另外，与机械研磨相比，通过浸蚀第1半导体层背面，可以提高第1半导体层背面的平坦性。由此，因为可以提高在第1半导体层背面上形成的n侧电极的平坦性，所以，对于n侧电极安装在放热基台上的结构，可以提高n侧电极与放热基台之间的附着性。其结果，可以得到良好的放热特性。另外，因为可以提高在第1半导体层背面上形成的n侧电极的平坦性，在n侧电极上连接引线，可以提高引线与n侧电极的连接性。
在上述方法中，第1半导体层背面最好包含第1半导体层的氮面。在此，氮面不只是指整个背面为氮面的情况，而是还包括主要为氮面的情况的广义概念具体地说，还包括氮面占50％以上的情况。在第1半导体层背面为氮面的情况下，因为背面容易被氧化，所以通过浸蚀可以除去背面被氧化的部分。由此，可以进一步减小第1半导体层与n侧电极的接触电阻。
在上述方法中，浸蚀工序最好包括用干式浸蚀法浸蚀第1半导体层背面的工序。干式浸蚀可以容易地提高第1半导体层背面的平坦性，同时可以减少背面近旁的晶体缺陷。
在上述包含干式浸蚀工序的方法中，干式浸蚀工序最好包括用Cl2气和BCl3气进行干式浸蚀的工序。这样，可以容易地提高第1半导体层背面的平坦性，同时减少背面近旁的晶体缺陷。在该干式浸蚀工序中，BCl3气相对于Cl2气的的流量比最好在30％以上70％以下。该BCl3气对Cl2气的流量比范围已经实验确认是可以提高第1半导体层背面平坦性的范围，所以，使用该范围的流量比，可以切实提高第1半导体层背面的平坦性。
在含有上述干式浸蚀的方法中，干式浸蚀工序中的浸蚀深度和浸蚀时间最好成正比关系。这样，通过调整浸蚀时间，可以高精度地控制浸蚀深度。
在上述方法中，浸蚀工序最好包括将第1半导体层背面浸蚀成镜面的工序。这样，可以使第1半导体层背面的平坦性更好。
在上述方法中，在形成n侧电极的工序之后，最好还有热处理工序。这样，可进一步减小第1半导体层与n侧电极之间的接触电阻。
在上述方法中，浸蚀工序最好将第1半导体层背面浸蚀除去约1μm以上。这样，可以充分除去包含因研磨工序等而产生的第1半导体层背面近旁的晶体缺陷的区域，从而可以进一步减少第1半导体层背面近旁的晶体缺陷。
在上述方法中，第1半导体层可包括由选自GaN、BN、AlN、InN和TiN的至少一种材料构成的氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板。另外，n侧电极可以包括Al膜。
在上述方法中，氮化物系半导体元件最好是氮化物系半导体发光元件。这样，在氮化物系半导体发光元件中，可以减小第1半导体层与n侧电极之间的接触电阻，从而可以得到具有良好发光特性的氮化物系半导体发光元件。
在上述方法中，在形成n侧电极的工序之前，最好还有将浸蚀过的第1半导体层氮面浸渍在含有氯、氟、溴、碘、硫和铵中的至少一种的溶液里的工序。这样，可以容易地除去由第1半导体层背面浸蚀所产生的残留物。从而，可以进一步减小第1半导体层与n侧电极之间的接触电阻。在此情况下，在形成n侧电极的工序之前，还有用盐酸溶液处理第1半导体层背面的工序。这样，通过浸蚀第1半导体层背面，可以容易地除去附着在背面的氯系残留物。
在上述方法中，在浸蚀工序之前，最好还有研磨第1半导体层背面的工序。在进行背面研磨的情况下，也可以通过研磨后的浸蚀工序，提高第1半导体层背面的平坦性，并减少降低因研磨而产生的背面近旁的晶体缺陷。
在上述方法中，浸蚀工序最好包括用湿式浸蚀法浸蚀第1半导体层背面的工序。湿式浸蚀可以容易地提高第1半导体层背面的平坦性，并可减少背面近旁的晶体缺陷。此时，湿式浸蚀工序最好包括用选自王水、KOH和K2SO8中的至少一种浸蚀液进行浸蚀的工序。另外，湿式浸蚀工序，最好包括在升温至约120℃的状态下进行浸蚀的工序。这样，可使浸蚀速度提高至在室温浸蚀的约10倍。
作为本发明第2方面的氮化物系半导体元件的制造方法，它具有对由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板中的任一种构成的第1半导体层的氮面进行干式浸蚀的工序和其后在浸蚀过的第1半导体层氮面上形成n侧电极的工序。
在上述第2方面的方法中，如上所述，通过干式浸蚀由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板中的任一种构成的第1半导体层的氮面，可以除去包含因研磨工序等而产生的第1半导体层氮面近旁晶体缺陷的区域，从而可以减少第1半导体层氮面近旁的晶体缺陷。由此，可以抑制因晶体缺陷捕捉电子载体等而导致的电子载体浓度下降，从而可以增大第1半导体层氮面的电子载体浓度。其结果，可以降低第1半导体层与n侧电极之间的接触电阻。另外，与机械研磨相比，干式浸蚀可以提高第1半导体层氮面的平坦性。由此，可以提高在第1半导体层氮面上形成的n侧电极的平坦性，从而，对于n侧电极安装在放热基台上的结构，可以提高n侧电极与放热基台的附着性。其结果，可以得到良好的放热特性。另外，因为可以提高在第1半导体层氮面上形成的n侧电极的平坦性，所以，在n侧电极上连接引线时，可以提高引线与n侧电极的连接性。
作为本发明第3方面的氮化物系半导体元件，是通过浸蚀由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层及氮化物系半导体基板中的任一种构成的第1半导体层的背面的工序和其后在浸蚀过的第1半导体层背面上形成n侧电极的工序来制成的。
在上述氮化物系半导体元件中，如上所述，通过浸蚀由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层及氮化物系半导体基板中的任一种构成的第1半导体层的背面，可以除去包含因研磨工序而产生的第1半导体层背面近旁的晶体缺陷的区域，从而可以减少第1半导体层背面近旁的晶体缺陷。由此，可以抑制因晶体缺陷捕捉电子载体等而导致的电子载体浓度下降，从而可以提高第1半导体层背面的电子载体浓度。其结果，可以减小第1半导体层与n侧电极之间的接触电阻。另外，与机械研磨相比，浸蚀可以提高第1半导体层背面的平坦性。由此可以提高在第1半导体层背面上形成的n侧电极的平坦性，从而，对于n侧电极安装在放热基台上的结构，可以提高n侧电极与放热基台的附着性。其结果，可以得到良好的放热特性。另外，因为可以提高在第1半导体层氮面上形成的n侧电极的平坦性，所以，在n侧电极上连接引线时，可以提高引线与n侧电极的连接性。
作为本发明第4方面的氮化物系半导体元件，它具有由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层及氮化物系半导体基板中的任一种构成的第1半导体层和在第1半导体层背面上形成的n侧电极，n侧电极与第1半导体层之间的接触电阻在0.05Ωcm2以下。
在上述第4方面的氮化物系半导体元件中，将n侧电极与第1半导体层之间的接触电阻控制在0.05Ωcm2以下，可以得到n侧电极与第1半导体层的接触电阻减小、具有良好元件特性的氮化物系半导体元件。
在上述第4方面的氮化物系半导体元件中，第1半导体层的与n侧电极的界面近旁的电子载体浓度最好在1×1017cm-3以上。这样，可以容易地得到n侧电极与第1半导体层的接触电阻减小的氮化物系半导体元件。
在上述第4方面的氮化物系半导体元件中，第1半导体层的与n侧电极的界面近旁的位移密度最好在1×109cm-2以下。这样，可以减少第1半导体层的与n侧电极的界面近旁的晶体缺陷(位移)，从而可以减小第1半导体层在与n侧电极接触的界面上的接触电阻。
在上述第4方面的氮化物系半导体元件中，第1半导体层背面最好包含氮面。
在上述第4方面的氮化物系半导体元件中，第1半导体层可以包括由选自GaN、BN、AlN、InN以及TiN中的至少一种材料构成的氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板。另外，n侧电极可以包括Al膜。
在上述第4方面的氮化物系半导体元件中，氮化物系半导体元件最好是氮化物系半导体发光元件。这样，可以减小第1半导体层与n侧电极之间的接触电阻，从而可以得到具有良好发光特性的氮化物系半导体发光元件。
图1是本发明的氮化物系半导体激光元件制造工序一实施方式的截面图。
图2是本发明的氮化物系半导体激光元件制造工序一实施方式的截面图。
图3是本发明的氮化物系半导体激光元件制造工序一实施方式的截面图。
图4是图3所示工序的放大截面图。
图5是本发明的氮化物系半导体激光元件制造工序一实施方式的斜视图。
图6是改变RIE法浸蚀气体时的浸蚀速率变化曲线图。
图7是以往的氮化物系半导体激光元件的截面图。
具体实施例方式
以下，通过
本发明的具体实施方式
。
参照图1～图5，说明本发明的氮化物系半导体激光元件制造工序的一种实施方式。首先，在本实施方式中，用例如日本特许公开公报2000-44400号记载的方法形成具有纤锌矿结构的掺杂氧的n型GaN基板1。具体地说，用HVPE法在GaAs基板(图中未示出)上形成厚约120-400μm的掺杂氧的n型GaN层。其后，除去GaAs基板，得到图1所示的n型GaN基板1。该n型GaN基板1通过霍耳效应测得的基板载体浓度为5×1018cm-3。该n型GaN基板1用次级离子质谱(SIMS)法测得的杂质浓度为1×1019cm-3。该n型GaN基板1是本发明的“第一半导体层”之一例。
在n型GaN基板1的(0001)面即上表面(Ga面)上用常压MOCVD法在约1个大气压(约100kPa)的压力下依次形成以下各层厚约5μm的由n型GaN构成的缓冲层2，厚约1μm的由n型Al0.08Ga0.92N构成的覆层3，由InGaN构成的MQW活性层4，厚约0.28μm的由p型Al0.08Ga0.92N构成组成的p型覆层5，厚约70nm的由p型GaN组成的p型接触层6。
MQW活性层4通过约20nm厚的由p型GaN构成的4层阻挡层和约3.5nm厚的由In0.15Ga0.85N构成的3层的阱层交互层叠而形成。原料气体为Ga(CH3)3、In(CH3)3、Al(CH3)3和NH3，载气为H2和N2。在本实施方式中，通过改变这些原料气体的供应量来调整层2～6的组成。n型缓冲层2和n型覆层3的n型掺杂剂为SiH4气(Si)。p型覆层5和p型接触层6的p型掺杂剂为Cp2Mg气(Mg)。
接着，用光刻技术和浸蚀技术浸蚀p型接触层6和p型覆层5的部分区域，如图2所示，形成由p型覆层5的凸部和p型接触层6构成的约2μm宽的凸部(突缘部)。然后，在p型接触层6的上表面上，自下朝上，形成由约1nm厚的Pt膜、约10nm厚的Pd膜和约300nm厚的Ni膜构成的p侧电极7。由此，形成图2所示的包含形成有多个元件的区域的氮化物系半导体激光元件结构体20。
接着，如图3和图4所示，对n型GaN基板1的(000-1)面即背面(氮面)进行机械研磨。所用的机械研磨装置30如图3所示，由具有平坦表面的玻璃基板11、可上下移动且被支承但可在R方向上旋转的夹具12和抛光轮(buff)13构成。抛光轮13上由粒径约0.2-1μm的金刚石、氧化硅或氧化铝等构成的研磨剂(图中未示出)。该研磨剂的粒径如在约0.2-0.5μm的范围内，则研磨效果特别好。在夹具12的下面，如图3和图4所示，装有氮化物系半导体激光元件结构体20，结构体20通过石蜡14与夹具12彼此一定间隔，不与之直接接触。由此，防止氮化物系半导体激光元件结构体20在机械研磨时破损。也可用由金属等构成的平坦的研磨盘代替玻璃基板11等。
用图3所示的机械研磨装置30研磨n型GaN基板1的背面(氮面)，使n型GaN基板1的厚度达到约120-180μm。具体地说，以一定负荷将安装在夹具12下面的氮化物系半导体激光元件结构体20的n型GaN基板1背面(参照图4)挤压在有研磨剂的抛光轮13上。一边让水或者油流到抛光轮13(参照图3)上，一边使夹具12在R方向上旋转。如此进行机械研磨，使n型GaN基板1的厚度磨至约120-180μm。这样，后述的劈开工序可以很好地进行。
此后，在本实施方式中，用反应离子浸蚀(RIE)法将n型GaN基板1的背面(氮面)浸蚀约20分钟。该浸蚀的条件如下气体流量Cl2气，10sccm；BCl3，5sccm；浸蚀压力约3.3Pa；RF功率200w(0.63w/cm2)；浸蚀温度常温。由此，将n型GaN基板1的背面(氮面)除去约1μm。其结果，可以除去包含因上述机械研磨而产生的晶体缺陷的n型GaN基板1背面近旁的区域。另外，与仅机械研磨相比，可使n型GaN基板1的背面成为更平坦的镜面。此外，将用肉眼能够很好地观察到n型GaN基板1背面的反射像的表面状态作为镜面。
在此，为了确认上述浸蚀效果，用透射电镜(TEM)测定浸蚀前后的n型GaN基板1背面的晶体缺陷(位移)密度。结果发现，浸蚀前的晶体缺陷密度在1×1010cm-2以上，而浸蚀后的晶体缺陷密度减少到1×106cm-2以下。另外，用电化学C-V测定浓度剖面测量仪测定了浸蚀后的n型GaN基板1背面近旁的电子载体浓度。结果，n型GaN基板1背面近旁的电子载体浓度在1.0×1018cm-3以上。由此可知，用RIE法进行浸蚀，可以使背面近旁的电子载体浓度控制在与n型GaN基板1的基板载流子浓度(5.0×1018cm-3)同等水平。
另外，在上述浸蚀条件下，浸蚀时间和浸蚀深度成正比关系。因此，通过调整浸蚀时间，可以精确控制浸蚀深度。另外，浸蚀速率和表面状态随浸蚀气体的组成而变化。图6是改变RIE法的浸蚀气体时的浸蚀速度变化曲线图。此时，将Cl2气流量固定在10sccm，测定改变BCl3气流量时的浸蚀速率。结果如图6所示，BCl3气与Cl2气的流量比如在30％以上70％以下的范围内，则浸蚀过的表面成为平坦的镜面。如BCl3气与Cl2气的流量比小于5％或超过85％，则浸蚀面的平坦性受损，并成为白浊面。
在上述浸蚀工序之后，在室温下，将氮化物系半导体激光元件结构体20在HCl溶液(浓度10％)中浸渍1分钟，进行盐酸处理。由此，将用RIE法浸蚀时附着在n型GaN基板1背面的氯系残留物除去。
然后，用溅射法或真空蒸镀法等在氮化物系半导体激光元件结构体20的n型GaN基板1背面(氮面)上，从靠近n型GaN基板1背面的一侧起，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，构成n侧电极8。
最后，通过劈开，将元件分离和形成共振器端面，完成图5所示的本实施方式的氮化物系半导体激光元件。
在本实施方式的氮化物系半导体激光元件的制造工艺中，如上所述，用RIE法浸蚀n型GaN基板1的背面(氮面)，可以除去包含因研磨工序而产生的n型GaN基板1背面近旁的晶体缺陷的区域。由此，可以控制因晶体缺陷捕捉电子载体等而导致的电子载体浓度下降。另外，当n型GaN基板1背面是氮面时，因为n型GaN基板1的背面容易被氧化，所以可以通过浸蚀除去氧化部分。其结果，可以减小n型GaN基板1与n侧电极8之间的接触电阻。另外，用TLM(传输线模型)法测得按本实施方式制成的氮化物系半导体激光元件中的n型GaN基板1与n侧电极8之间的接触电阻在2.0×10-4Ωcm2以下。另外，在n型GaN基板1背面(氮面)上形成n侧电极8之后，再在500℃的氮气氛中热处理10分钟，则接触电阻更低，在1.0×10-5Ωcm2以下。
在本实施方式的氮化物系半导体激光元件的制造工艺中，如上所述，与机械研磨相比，用RIE法浸蚀n型GaN基板1背面，可以进一步提高n型GaN基板1背面的平坦性。由此，可以进一步提高在n型GaN基板1背面形成的n侧电极8的平坦性。其结果，在用连接法安装氮化物系半导体激光元件时，可以提高引线对n侧电极8的连接性。另外，在将n侧电极8安装在放热基台(辅助固定件)时可以提高n侧电极8与放热基台的附着性，从而可以得到良好的放热特性。
下面，为了更详细地确认本发明的用RIE法浸蚀n型GaN基板背面(氮面)的效果，进行了下面的表1所示的实验。
表1
参照上述表1，对由具有纤锌矿结构的n型GaN基板构成的试样1-7进行各种氮面(背面)处理之后，用电化学C-V测定浓度剖面测量仪测定了n型GaN基板背面近旁的电子载体浓度。另外，在测定了电子载体浓度之后的试样1-7的n型GaN基板的背面上形成n侧电极之后，用TLM法测定了n型GaN基板与n侧电极之间的接触电阻。
试样1-7的n侧电极与上述实施方式同样，是由Al膜、Si膜、Ni膜和Au膜形成的。另外，基板研磨、RIE法浸蚀和盐酸处理及其他条件也与上述实施方式同样。试样6采用上述实施方式的制造工序制作。
其结果，用RIE法对n型GaN基板背面浸蚀过的本发明的试样3-7比用以往方法制作的试样1的接触电阻大大减少。具体地说，试样1的接触电阻为20Ωcm2，而本发明的试样3-7的接触电阻在0.05Ωcm2以下。其原因可能是在本发明的试样3-7中，包含由机械研磨产生的晶体缺陷的n型GaN基板背面近旁的区域经RIE法浸蚀除去。因此，可以认为，因n型GaN基板背面近旁的晶体缺陷而导致的电子载体浓度下降的现象得到了抑制。
另外，本发明的试样3-7和与现有实例对应的试样1相比，其n型GaN基板背面近旁的电子载体浓度高。具体地说，试样1的电子载体浓度为2.0×1016cm-3，而本发明的试样3-7的电子载体浓度在1.0×1017cm-3以上。
另外，与通过使用Cl2气的RIE法除去了n型GaN基板背面约0.5μm厚度的试样3相比，通过使用Cl2气的RIE法除去了n型GaN基板背面约1μm厚度的试样4得到了更低的接触电阻。这可以认为，除去约0.5μm厚度，没有能充分除去含有由机械研磨产生的晶体缺陷的n型GaN基板背面近旁的区域。用TEM分析测定了这些试样的n型GaN基板背面的晶体缺陷(位移)密度，试样3的晶体缺陷密度为1×109cm-2，而试样4在所观察的视野中没有观察到晶体缺陷，晶体缺陷密度在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，通过使用Cl2气和BCl3气的RIE法进行浸蚀的试样5与通过单用Cl2气的RIE法浸蚀n型GaN基板背面的试样4相比，得到了更低的接触电阻。
另外，用Cl2气和BCl2气通过RIE法浸蚀n型GaN基板背面之后进行了盐酸处理的对应于上述一实施方式的试样6和再在500℃氮气氛中进行了10分钟热处理的试样7与没有进行过盐酸处理和热处理的试样5相比，得到了更低的接触电阻。另外，从试样6和试样7的比较得知，通过热处理，可以进一步减少n型GaN基板与n侧电极的接触电阻，同时可以进一步提高n型GaN基板背面近旁的电子载体浓度。
另外，不进行RIE法的浸蚀、但在10％HCl溶液中浸渍约10分钟(盐酸处理)的试样2与不进行盐酸处理的对应于以往例的试样1相比，得到了更低的接触电阻。具体地说，试样1的接触电阻为20Ωcm2，而试样2的接触电阻为0.1Qcm2。这可能是经过盐酸处理，n型GaN基板的背面得到净化的缘故。
另外，在用氧做n型GaN基板的n型掺杂剂的情况下，为了降低接触电阻而增加氧的掺杂量、提高载体浓度，则结晶性会下降。但是，按照本发明，即便是上述一实施方式的n型GaN基板1的掺杂量(基板载体浓度5×1018cm-3)的情况下，也可以降低接触电阻。
另外，应该认识到，这次公示的实施方式的各方面只是举例说明，并非是限制性的。本发明的范围包括未在上述实施方式中说明但由权利要求书确定的、以及与权利要求的范围等同的含义和范围内的所有变更。
例如，在上述一实施方式中，对用n型GaN基板1形成氮化物系半导体激光元件的情况进行了说明，但本发明不限于此，也可以是使用具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体基板或氮化物系半导体层。例如，可以是由BN(氮化硼)、AIN(氮化铝)、InN(氮化铟)或TlN(氮化铊)等构成的氮化物系半导体基板或氮化物系半导体层。还可以是由它们的混晶构成的氮化物系半导体基板或氮化物系半导体层。
在上述实施方式中，RIE法浸蚀n型GaN基板1的背面(氮面)，但是本发明不限于此，也可以采用其他干式浸蚀法。例如，可以采用反应离子束浸蚀法、游离基浸蚀法、等离子浸蚀法。
在上述实施方式中，用Cl2气和BCl3气通过RIE法浸蚀n型GaN基板1的背面(氮面)，但是本发明不限于此，也可以采用其他浸蚀气体。例如，可以采用Cl2与SiCl4的混合气体、Cl2与CF4的混合气体以及Cl2气。
在上述一实施方式中，在RIE法浸蚀之后，通过将n型氮化物系半导体激光元件结构体20浸渍在HCl溶液中(盐酸处理)，除去附着在n型GaN基板1背面的氯系残留物，但是本发明不限于此，也可以浸渍在含有氯、氟、溴、碘、硫和铵中的至少一种的溶液中。
在上述一实施方式中，就使层2～6在n型GaN基板1的上表面(Ga面)上生长后机械研磨n型GaN基板1的背面(氮面)的情况进行了说明，但本发明不限于此，也可以是预先将n型GaN基板1的背面(氮面)机械研磨至规定厚度之后，再在n型GaN基板1的上表面(Ga面)上形成层2～6。还可以是不对n型GaN基板1的氮面进行机械研磨。
在上述一实施方式中，作为形成层2～6时的n型掺杂剂和p型掺杂剂，分别采用了Si和Mg，但是本发明并不限于此，也可以采用其他n型或p型掺杂剂。例如，可以用Se、Ge等做n型掺杂剂，用Be和Zn等做p型掺杂剂。
在上述一实施方式中，用常压MOCVD法在n型GaN基板1上形成了层2～6，但是本发明并不限于此，也可以采用其他成长方法形成层2～6。例如，可以用减压MOCVD法形成层2～6。
在上述一实施方式中，就在n型GaN基板1上形成n型缓冲层2的情况做了说明，但是本发明并不限于此，也可以不形成n型缓冲层2。在此情况下，层3～6的结晶性稍微差一点，但可使制造工艺简化。
在上述一实施方式中，作为n侧电极材料，使用了Al/Si/Ni/Au膜，但是本发明并不限于此，也可以采用由10nm厚的Ti膜和500nm厚的Al膜构成的n侧电极、由6nm厚的Al膜、10nm厚的Ni膜和300nm厚的Au膜构成的n侧电极、或由10nm厚的AlSi膜、300nm厚的Zn膜以及100nm厚的Au膜构成的n侧电极等含Al的其他电极结构。
在上述一实施方式中，就突缘结构作为电流狭窄结构或横向光封闭结构进行了说明，但是本发明并不限于此，也可以通过采用高电阻的块(block)层或者n型块层的埋入式结构进行电流狭窄。另外，也可以用离子注入法等形成作为电流狭窄层或横向光封闭结构的光吸收层。
在上述一实施方式中，就将本发明应用于氮化物系半导体激光元件的情况做了说明，但是本发明不限于此，也可以是使用具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层或氮化物系半导体基板的半导体元件。例如，可以将本发明应用于对表面平坦性有要求的MESFET(金属半导体场效应晶体管)、HEMT(高电子迁移晶体管)、发光二极管(LED)或面发光激光元件〔VCSEL(垂直空腔表面发射激光器)〕等之中。
在上述一实施方式中，使用了具有规定厚度的p侧电极7及n侧电极8，但是本发明并不限于此，也可以是具有其他厚度的电极。例如，可以减小电极各层的厚度，形成具有透光性的电极，用作面发光激光元件或发光二极管元件。特别是，即使使n侧电极薄至具有透光性，也可以根据本发明，充分减小n侧电极的接触电阻。
在上述一实施方式中，用RIE法浸蚀n型GaN基板1的背面(氮面)，但是本发明并不限于此，也可以湿式浸蚀n型GaN基板1的背面(氮面)。湿式浸蚀时，作为湿式浸蚀液，可以使用王水、KOH和K2S2O8等。例如，可以用0.1摩尔KOH在室温下湿式浸蚀n型GaN基板1背面的氮面。此时，如果升温到约120℃，与在室温时相比，浸蚀速度可以提高约10倍。
在上述一实施方式中，就用RIE法干式浸蚀n型GaN基板1的由氮面构成的背面做了说明，但是本发明并不限于此，当背面为Ga面时，也可以采用湿式浸蚀法。在采用湿式浸蚀法时，作为湿式浸蚀液，可以使用王水、KOH和K2S2O8等。例如，可以用0.1摩尔KOH和365nm的水银灯，室温下该n型GaN基板1背面的Ga面进行湿浸蚀。此时，如果升温到约120℃，与在室温时相比，浸蚀速度可以提高约10倍。
在上述一实施方式中，就整个背面为氮面的n型GaN标准基板的情况做了说明，但是本发明并不限于此，也可以使用n型GaN基板1的背面有少许Ga面的n型GaN非标准基板。在这种n型GaN非标准基板的情况下，其背面也属于本发明的氮面。
权利要求
1.一种氮化物系半导体元件的制造方法，它具有对由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板中的任一个构成的第1半导体层的背面进行浸蚀的工序，随后在上述浸蚀过的第1半导体层的背面上形成n侧电极的工序。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第1半导体层的背面包含氮面。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸蚀工序包括干式浸蚀第1半导体层的背面的工序。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述干式工序使用Cl2气和BCl3气。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述干式浸蚀工序中BCl3气相对于Cl2气的的流量比在30％以上、70％以下。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述干式浸蚀中浸蚀深度和浸蚀时间之间成正比关系。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸蚀工序包括将第1半导体层背面浸蚀成镜面。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述形成n侧电极的工序之后，还具有热处理工序。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸蚀工序包括将第1半导体层背面浸蚀除去约1μm以上。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第1半导体层包括由选自GaN、BN、AlN、InN以及TiN中的至少一种材料构成的n型氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述n侧电极包括Al膜。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化物系半导体元件是氮化物系半导体发光元件。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成n侧电极的工序之前，还具有将浸蚀过的第1半导体层的氮面浸渍在含有氯、氟、溴、碘、硫和铵中的至少一种的溶液中的工序。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在形成n侧电极的工序之前，还具有用HCl溶液对第1半导体层的背面进行盐酸处理的工序。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在浸蚀工序之前，还具有研磨第1半导体层的背面的工序。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸蚀工序包括湿式浸蚀。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述湿式浸蚀使用选自王水、KOH、K2S2O8中的至少一种浸蚀液。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述湿式浸蚀在升温至120℃的状态下进行。
19.一种氮化物系半导体元件的制造方法，它具有用反应浸蚀法浸蚀由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板中的任一个构成的第1半导体层的氮面的工序，然后在上述浸蚀过的第1半导体层氮面上形成n侧电极的工序。
20.一种氮化物系半导体元件，它用以下工序形成对由具有纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板中的任一个构成的第1半导体层的背面进行浸蚀的工序，然后在上述浸蚀过的第1半导体层的背面上形成n侧电极的工序。
21.一种氮化物系半导体元件，它具有由纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板中的任一个构成的第1半导体层和在该第1半导体层的背面上形成的n侧电极，所述n侧电极与第1半导体层之间的接触电阻在0.05Ωcm2以下。
22.如权利要求21所述的元件，其特征在于，所述第1半导体层的与n侧电极的界面近旁的电子载体浓度在1×1017cm-3以上。
23.如权利要求21所述的元件，其特征在于，所述第1半导体层的与n侧电极的界面近旁的位移密度在1×109cm-2以下。
24.如权利要求21所述的元件，其特征在于，所述第1半导体层的背面包含氮面。
25.如权利要求21所述的元件，其特征在于，所述第1半导体层包括由选自GaN、BN、AlN、InN以及TiN中的任一种材料构成的氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板。
26.如权利要求21所述的元件，其特征在于，所述n侧电极包括Al膜。
27.如权利要求21所述的元件，其特征在于，所述氮化物系半导体元件是氮化物系半导体发光元件。
全文摘要
本发明提供一种氮化物系半导体元件的制造方法，它可降低氮化物系半导体基板等的氮面与电极之间的接触电阻。该方法具有浸蚀由纤锌矿结构的n型氮化物系半导体层和氮化物系半导体基板中的任一个构成的第1半导体层的背面的工序和在该浸蚀过的第1半导体层背面上形成n侧电极的工序。
文档编号H01L33/00GK1447485SQ0310882
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月26日 优先权日2002年3月26日
发明者户田忠夫, 山口勤, 畑雅幸, 野村康彦 申请人:三洋电机株式会社