ＩＩＩ族窒化物系半導体素子
【課題】III族窒化物系半導体領域の表面がｃ面から傾斜している場合に、該半導体層上に設けられる電極と該半導体領域との接触抵抗を小さく抑えることが可能なIII族窒化物系半導体素子を提供する。
【解決手段】III族窒化物系半導体素子は、III族窒化物結晶からなる非極性表面１３ａを有する半導体領域１３と、半導体領域１３の非極性表面１３ａに設けられた金属電極１７とを備え、非極性表面１３ａは半極性及び無極性のいずれかであり、半導体領域１３にはｐ型ドーパントが添加されており、半導体領域１３のIII族窒化物結晶と金属電極１７との間に、金属電極１７の金属と半導体領域１３のIII族窒化物とが相互拡散して成る遷移層１９を有する。
【解決手段】III族窒化物系半導体素子は、III族窒化物結晶からなる非極性表面１３ａを有する半導体領域１３と、半導体領域１３の非極性表面１３ａに設けられた金属電極１７とを備え、非極性表面１３ａは半極性及び無極性のいずれかであり、半導体領域１３にはｐ型ドーパントが添加されており、半導体領域１３のIII族窒化物結晶と金属電極１７との間に、金属電極１７の金属と半導体領域１３のIII族窒化物とが相互拡散して成る遷移層１９を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物系半導体素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２には、（０００１）面（所謂ｃ面）上に成長したｐ型ＧａＮ層上にオーミック電極を形成するための方法として、ｐ型ＧａＮ層上にＮｉ／Ａｕを蒸着した後、酸素雰囲気中で熱処理（アニール）を施すことが記載されている。この方法では、ｐ型ＧａＮ層の表面に存在する酸化膜をＮｉが吸収し、該酸化膜の酸素原子とＮｉとが結合することによって酸化膜が除去され、Ａｕがｐ型ＧａＮ結晶に接することができ、オーミック接合が形成されるものと考えられている。
【０００３】
また、特許文献３には、サファイア基板上にｐ型のIII族窒化物半導体層を成長させ、基板を３００℃に加熱した後、III族窒化物半導体層の表面にＰｔまたはＮｉを蒸着した場合に、接触抵抗を調べた結果が記載されている。
【０００４】
また、特許文献４には、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にＰｔを蒸着した後、酸素雰囲気中で５００℃〜６００℃の範囲で熱処理を行うことにより、電極の合金化処理を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２９１６２１号公報
【特許文献２】特開平９−６４３３７号公報
【特許文献３】特開２００４−２４７３２３号公報
【特許文献４】特開平１１−１８６６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えばIII族窒化物系の半導体発光素子を作製する際、要求される発光波長によっては、インジウム（Ｉｎ）を含むIII族窒化物系半導体（ＩｎＧａＮやＩｎＡｌＧａＮなど）を、ＧａＮ基板等のIII族窒化物系半導体基板上に成長させる場合がある。Ｉｎ原子の直径はＧａ原子の直径よりも大きいので、Ｉｎの組成を高めると格子不整合によりＩｎを含む層の内部歪が大きくなる。その結果、大きなピエゾ電界が当該層内に誘起され、再結合確率が低下して発光効率が抑えられてしまう。
【０００７】
このような問題点を解決するための技術として、Ｉｎを含むIII族窒化物系半導体を、III族窒化物系半導体結晶のｃ面から大きく傾斜した表面上に成長させる技術が研究されている。このようにｃ面から傾斜した面上に成長させることにより、Ｉｎを含む層に生じるピエゾ電界を低減できるからである。
【０００８】
しかしながら、上述した従来のオーミック電極では、表面がｃ面であるIII族窒化物系半導体領域上に電極を形成する場合には低い接触抵抗が得られるが、表面がｃ面から傾斜したIII族窒化物系半導体領域上に電極を形成する場合には、接触抵抗が高くなってしまうことがわかった。これは、III族窒化物系半導体領域の表面がｃ面から傾斜していることにより、厚い表面酸化膜が形成されたことが原因であると考えられる。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、III族窒化物系半導体領域の表面がｃ面から傾斜している場合に、該半導体層上に設けられる電極と該半導体領域との接触抵抗を小さく抑えることが可能なIII族窒化物系半導体素子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】
【００１０】
上記した課題を解決するために、本発明によるIII族窒化物系半導体素子は、III族窒化物結晶からなる非極性表面を有する半導体領域と、半導体領域の非極性表面に設けられた金属電極とを備え、非極性表面は半極性及び無極性のいずれかであり、半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されており、半導体領域のIII族窒化物結晶と金属電極との間に、金属電極の金属と半導体領域のIII族窒化物とが相互拡散して成る遷移層を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明者らは、非極性面を表面に有するｐ型のIII族窒化物半導体領域上にオーミック電極を形成する際に、電極とIII族窒化物結晶との界面に遷移層を生成することにより、接触抵抗を効果的に低減できることを見出した。すなわち、表面が非極性であるIII族窒化物半導体領域においては、該非極性表面の結晶状態が金属と結合し易い状態であるため、ｃ面を表面とするIII族窒化物半導体領域上に電極を形成する場合と異なり、III属窒化物半導体領域と電極との間に遷移層（金属電極の金属と半導体領域のIII族窒化物結晶とが相互拡散して成る層）を生成することができる。この遷移層により、III属窒化物半導体領域と電極との密着性が改善され、接触抵抗を小さく抑えることができる。
【００１２】
また、III族窒化物系半導体素子は、遷移層の厚さが０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴としてもよい。このような厚さの遷移層によって、より効果的に接触抵抗を低減できる。
【００１３】
また、III族窒化物系半導体素子は、金属電極がＰｄ及びＰｔの少なくとも一方を含むことを特徴としてもよい。このような金属電極によって、半導体領域との間に遷移層を好適に生じさせることができる。
【００１４】
また、III族窒化物系半導体素子は、金属電極が、半導体領域の非極性表面上に金属膜が形成されたのち、熱処理を経ずに完成されたことを特徴としてもよい。このIII族窒化物系半導体素子によれば、半導体領域との間に遷移層を好適に生じさせることができる。
【００１５】
また、III族窒化物系半導体素子は、半導体領域の非極性表面の法線と半導体領域のIII族窒化物結晶のｃ軸との成す角度が、１０度以上８０度以下または１００度以上１７０度以下の範囲内にあることを特徴としてもよい。このIII族窒化物系半導体素子によれば、非極性表面は、１０度以上８０度以下または１００度以上１７０度以下の範囲内にある半極性面である。
【００１６】
また、III族窒化物系半導体素子は、半導体領域の非極性表面の法線と半導体領域のIII族窒化物結晶のｃ軸との成す角度が、６３度以上８０度以下または１００度以上１１７度以下の範囲内にあることを特徴としてもよい。このIII族窒化物系半導体素子によれば、非極性表面は、６３度以上８０度以下または１００度以上１１７度以下の範囲内にある半極性面である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るIII族窒化物系半導体素子によれば、III族窒化物系半導体領域の表面がｃ面から傾斜している場合に、該半導体層上に設けられる電極と該半導体領域との接触抵抗を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係るIII族窒化物系半導体素子を製造する方法における主要な工程を示す図面である。
【図２】図２は、図１に示された主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、図１に示された主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図４】図４（ａ）は、第１実施例において作製されたエピタキシャル基板の構成を示す図である。図４（ｂ）は、フォトリソグラフィで形成した内側の電極と、これと隔てられた外側の電極とを含むＰｄ電極構造を示す図である。
【図５】図５は、接触抵抗の測定結果を示すグラフである。
【図６】図６は、第２実施例におけるエピタキシャル基板の分析結果を示すグラフである。図６（ａ）及び図６（ｂ）はＧａ２ｐスペクトルを示している。
【図７】図７は、第２実施例におけるエピタキシャル基板の分析結果を示すグラフである。図７（ａ）及び図７（ｂ）はＮ１ｓスペクトルを示している。
【図８】図８は、第２実施例において作製されたエピタキシャル基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影した写真である。図８（ａ）はＰｄ電極が形成され且つ熱処理を経ていないエピタキシャル基板の断面を示しており、図８（ｂ）はＰｄ電極が形成され且つ熱処理（３１０℃、１分）を経たエピタキシャル基板の断面を示している。
【図９】図９は、第２実施例において作製されたエピタキシャル基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影した写真である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、Ａｕ／Ｎｉ電極が形成されたエピタキシャル基板の断面を示している。
【図１０】図１０は、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板において、表面処理の有無によるスペクトルの相違を示すグラフである。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はＧａ２ｐスペクトルを示している。
【図１１】図１１は、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板において、表面処理の有無によるスペクトルの相違を示すグラフである。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はＮ１ｓスペクトルを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるIII族窒化物系半導体素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明に係るIII族窒化物系半導体素子を製造する方法における主要な工程を示す図面である。また、図２及び図３は、図１に示された主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。III族窒化物系半導体素子は、例えばレーザダイオード及び発光ダイオードといった光素子、または例えばｐｎ接合ダイオード及びトランジスタといった電子デバイスであることが好ましい。
【００２１】
図１の工程Ｓ１０１では、図２（ａ）に示される基板１１を準備する。好適な実施例では、基板１１は非極性主面を有することが好ましい。基板１１は、例えばウルツ鉱構造のIII族窒化物系半導体からなる。III族窒化物系半導体としては、例えばＡｌＮ、並びにＡｌＧａＮ及びＧａＮといった窒化ガリウム系半導体等がある。これらの窒化ガリウム系半導体において、基板１１の主面１１ａは非極性を示す。非極性は、半極性又は無極性である。図２（ａ）に示される軸Ｃｘは、基板１１のIII族窒化物系半導体のｃ軸（＜０００１＞軸）の方向を示しており、軸Ｃｘの向きはｃ軸ベクトルＶＣとして表される。法線ベクトルＮＶは、基板１１の主面１１ａに垂直である。基板１１の法線ベクトルＮＶとｃ軸ベクトルＶＣとの成す角度Ａｌｐｈａは、例えば１０度以上１７０度以下の範囲にある。
【００２２】
工程Ｓ１０２では、図２（ｂ）に示されるように、成長炉といった処理装置１０ａに基板１１を配置した後に、基板１１の主面１１ａ上に半導体領域１３を成長する。半導体領域１３はIII族窒化物結晶からなり、例えば一又は複数の窒化ガリウム系半導体層を含むことが好ましい。本実施例では、半導体領域１３は、基板１１の主面１１ａへのエピタキシャル成長によって提供され、この結晶成長は例えば有機金属気相成長法又は分子線エピタキシ法等で行われる。半導体領域１３の表面１３ａは非極性を有する。この非極性もまた半極性又は無極性である。また、半導体領域１３の非極性表面１３ａはｐ型III族窒化物系半導体、例えば窒化ガリウム系半導体からなる。ｐ型III族窒化物系半導体には、例えばＭｇといったｐ型ドーパントが高濃度で添加されている。ｐ型III族窒化物系半導体の形成は、エピタキシャル成長に限定されるものではない。これらの工程により第１の基板生産物Ｐ１が作製される。
【００２３】
工程Ｓ１０３では、処理装置１０ａから第１の基板生産物Ｐ１を取り出す。このとき、大気にさらされた半導体領域１３の非極性表面１３ａ（半極性面及び無極性面）は、ｃ面（極性面）に比べて酸化されやすい。つまり、大気にさらされた半導体領域１３の非極性面には、比較的厚い酸化物（いわゆる、厚い自然酸化膜）が形成される。処理装置１０ａから成膜装置へ基板生産物Ｐ１を移動するときに、自然酸化膜が形成されて、図２（ｃ）に示されるように、第１の基板生産物Ｐ１の表面には酸化物１５が存在する。
【００２４】
必要な場合には、工程Ｓ１０４として、第１の基板生産物Ｐ１の前処理を行う工程を設けてもよい。前処理のための溶液として、例えば王水、フッ酸及び塩酸の少なくともいずれかを用いることが好適である。これらの溶液によって、半導体領域１３の非極性表面１３ａに形成された酸化物１５を或る程度除去できる。
【００２５】
そして、図３（ａ）に示されるように、工程Ｓ１０５では、成膜装置１０ｂに第１の基板生産物Ｐ１を配置する。
【００２６】
必要な場合には、成膜装置１０ｂへの配置に先立って、第１の基板生産物Ｐ１上にリフトオフのためのマスクを形成することができ、このマスクはレジスト層を含む。成膜装置１０ｂに基板生産物Ｐ１を配置した後に速やかに、成膜装置１０ｂを真空排気して、１×１０−６Ｔｏｒｒ（１Ｐａは０．００７５Ｔｏｒｒで換算される）程度の真空度を達成する。成膜装置１０ｂを用いて、図３（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０６では、第１の基板生産物Ｐ１の表面に金属電極１７を膜状に堆積する。金属電極１７の形成は、例えば電子ビーム蒸着法または抵抗加熱法等を用いることができる。このときの基板１１の温度は、例えば１５℃以上１００℃以下であることが好ましい。金属電極１７はパラジウム（Ｐｄ）を含む。一実施例では、金属電極１７はＰｄ層からなり、その厚みは例えば１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
金属電極１７を堆積すると、この金属電極１７と半導体領域１３の非極性表面１３ａとの界面に、遷移層１９が生じる。遷移層１９は、ＰｄとＧａＮが相互拡散している層であり、金属電極１７の堆積と同時に生じる。本実施形態では、半導体領域１３の非極性表面１３ａが非極性であるため、ｃ面と異なり金属と結合しやすいことから、このような遷移層１９が広がる。
【００２８】
金属電極１７の形成により、半導体領域１３の非極性主面１３ａに電気的接触を成すオーミック電極を形成できる。また、この工程により、基板生産物Ｐ１の半導体領域１３上に設けられた金属電極１７と、半導体領域１３及び金属電極１７の界面に生じた遷移層１９とを含む第２の基板生産物Ｐ２が作製される。
【００２９】
工程Ｓ１０７では、成膜装置１０ｂから第２の基板生産物Ｐ２を取り出す。リフトオフのためのマスクを第１の基板生産物Ｐ１上に形成していたとき、リフトオフの処理を行う工程を行って、パターン形成された電極を形成する。リフトオフ処理は、例えばアセトン等を用いて行われる。
【００３０】
その後、一般的には、熱処理装置に第２の基板生産物Ｐ２を配置して４００℃程度の熱処理を行うところ、本実施形態では、そのような熱処理を行うことなく、オーミック電極の形成を完了する。そして、第２の基板生産物Ｐ２をチップ状に切断することにより、III族窒化物系半導体素子が完成する。
【００３１】
以上に説明した本実施形態のIII族窒化物系半導体素子及びその製造方法が奏する効果について説明する。
【００３２】
本発明者らは、ＧａＮ結晶のｃ面上にオーミック電極を形成するための先行技術（特許文献１，２）を、ＧａＮ非極性面上に電極を形成する際に適用することを試みた。しかし、ＧａＮの非極性面（例えば（１１−２２）面）上にＮｉ／Ａｕ金属膜を形成し、酸素雰囲気中で該金属膜を合金化しても、低い接触抵抗を有するオーミック電極を得ることはできなかった。また、他の先行技術（特許文献３，４）のように、高温状態でＰｔ電極を非極性面上に作製しても、良好なオーミック電極は得られなかった。つまり、これらの先行技術では、ＧａＮ結晶のｃ面上には良好なオーミック電極を形成できるが、ＧａＮ結晶の非極性面上には良好なオーミック電極を形成することが困難であることが明らかとなった。
【００３３】
そこで、本発明者らは、ＧａＮ結晶の非極性面上に低温でＰｄ電極を作製したところ、良好なオーミック特性が得られた。この理由を考察するために、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて表面分析を行ったところ、ＧａＮ結晶の非極性面上に低温形成されたＰｄ電極には、他の場合では見られなかったサブピークを確認することができた。すなわち、ＧａＮ結晶の非極性面とＰｄ電極との間に、ＰｄとＧａＮが相互拡散して成る層（遷移層）が新たに生じ、これによってＧａＮ結晶とＰｄ電極との接触抵抗が改善されたものと考えられる。また、非極性面上では結晶表面の結合状態がｃ面とは異なるので、ＧａＮとＰｄとが結合し易く、このような遷移層がＧａＮ結晶とＰｄ電極との界面に広がったものと推測される。このような作用は、ＧａＮ以外のIII族窒化物系半導体においても同様に生じるものと考えられる。
【００３４】
本実施形態においては、上述したように、半導体領域１３が非極性表面１３ａを有し、この非極性表面１３ａ上にＰｄを含む金属電極１７が形成されたことにより、半導体領域１３と金属電極１７との間に遷移層１９が生じている。この遷移層１９によって、半導体領域１３と金属電極１７との密着性が改善され、これらの接触抵抗を小さく抑えることができる。
【００３５】
また、遷移層１９の厚さは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることが好ましい。本発明者らが遷移層１９の厚さと電気特性との関係を調べたところ、上記範囲で良好な特性を得ることができた。すなわち、このような厚さの遷移層１９によって、より効果的に接触抵抗を低減できる。
【００３６】
また、本実施形態のように、金属電極１７はＰｄを含むことが好ましい。このような金属電極１７によって、半導体領域１３との間に遷移層１９を好適に生じさせることができる。なお、遷移層１９を生じさせる金属はＰｄに限られず、例えば金属電極１７がＰｔを含むことによって同様の遷移層を生じさせることができる。
【００３７】
また、本実施形態のように、金属電極１７は、半導体領域１３の非極性表面１３ａ上に金属膜が形成されたのち、熱処理を経ずに完成されたものであることが好ましい。これにより、半導体領域１３との間に遷移層１９を好適に生じさせることができる。
【００３８】
（第１の実施例）
図４（ａ）に示されるエピタキシャル基板を、ｎ型半極性ＧａＮ基板３１を用いて有機金属位相成長法で作製した。ＧａＮ基板３１の主面（ｍ面）にはｎ型ＧａＮバッファ層３２を形成した。エピタキシャル基板Ｅｐｉ１は、１μｍ厚のＳｉドープｎ型ＧａＮ層３３と、０．４μｍ厚のＭｇドープＧａＮ層３４と、５０ｎｍ厚の高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層（ｐ＋層）３５とを含み、これらの窒化ガリウム系半導体層は基板３１上に順に成長された。
【００３９】
そして、ｐ型電極となる金属膜の蒸着前に、円環状の開口を有するレジストをフォトリソグラフィにより形成した。この後に、１×１０−６Ｔｏｒｒ程度の真空度で、蒸着装置内で電子ビーム法により厚さ５００Åのパラジウム電極をエピタキシャル基板上に蒸着した。その後、レジストをアセトンでリフトオフして、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィで形成した内側の電極ＥＩＮと、これと隔てられた外側の電極ＥＯＵＴとを含むＰｄ電極構造を作製した。なお、これらの電極構造に対しては熱処理を行っていない。
【００４０】
このようなドーナツ形の開口で分離された電極構造を用いて、電極の接触抵抗を測定した。図５は、接触抵抗の測定結果を示すグラフである。なお、図５には、上記と同様の方法によって作製されたＮｉ／Ａｕ電極構造に関する接触抵抗の測定結果も併せて示している。図５に示すように、本実施例のＰｄ電極構造によれば、Ｎｉ／Ａｕ電極構造と比較して接触抵抗が効果的に低減されていることがわかる。
【００４１】
（第２の実施例）
第１実施例と同様の手順により作製したエピタキシャル基板に対し、アセトンや２−プロパノール等を用いて超音波有機洗浄を行った後、塩酸、王水、及びフッ酸による洗浄をそれぞれ５分ずつ行った。その後、エピタキシャル基板上に、電子ビーム法により厚さ１００Åのパラジウム電極を室温で蒸着した。一方、同じ工程を経て作製及び洗浄されたエピタキシャル基板上に、Ｎｉ／Ａｕ電極を蒸着し、熱処理を行った。Ｎｉは電子ビーム法を用い、Ａｕは抵抗加熱法を用いて蒸着し、それぞれの厚さを５０Åとした。こうして２種類のｐ型電極が作製された各エピタキシャル基板に対し、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて、ＧａＮ結晶とｐ型電極との界面の分析を行った。
【００４２】
図６及び図７は、各エピタキシャル基板の分析結果を示すグラフである。図６（ａ）及び図６（ｂ）はＧａ２ｐスペクトルを示しており、図７（ａ）及び図７（ｂ）はＮ１ｓスペクトルを示している。また、図６及び図７において、グラフＧ１及びＧ２はＰｄ電極が形成されたエピタキシャル基板のスペクトルを示しており、グラフＧ３及びＧ４はＮｉ／Ａｕ電極が形成されたエピタキシャル基板のスペクトルを示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板では、Ｇａ２ｐスペクトルにおいて、高エネルギー側にサブピークが見られた。しかし、Ｎｉ／Ａｕ電極が形成されたエピタキシャル基板では、そのようなピークは見られなかった。すなわち、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板において、ＧａＮ結晶以外の新たな層（遷移層）が生じていることが確認された。
【００４３】
また、図８及び図９は、これらのエピタキシャル基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影した写真である。図８（ａ）はＰｄ電極が形成され且つ熱処理を経ていないエピタキシャル基板の断面を示しており、図８（ｂ）はＰｄ電極が形成され且つ熱処理（３１０℃、１分）を経たエピタキシャル基板の断面を示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、Ａｕ／Ｎｉ電極が形成されたエピタキシャル基板の断面を示している。
【００４４】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板では、Ｐｄ電極とＧａＮ層との間に生じた薄い新たな層（遷移層１９）が確認された。しかし、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、Ｎｉ／Ａｕ電極が形成されたエピタキシャル基板では、このような層は確認されなかった。また、図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較すると、図８（ａ）では遷移層１９の厚さは０．５ｎｍであるのに対し、図８（ｂ）では遷移層１９の厚さは２．０ｎｍに拡大していた。このように、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板に熱処理を施すと遷移層が深さ方向に広がる傾向があり、Ｐｄ電極とＧａＮ層との間の接触抵抗がやや低下することがわかった。
【００４５】
図１０及び図１１は、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板において、表面処理の有無によるスペクトルの相違を示すグラフである。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はＧａ２ｐスペクトルを示しており、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はＮ１ｓスペクトルを示している。また、図１０及び図１１において、グラフＧ１１及びＧ１２は表面処理がされていない場合のスペクトルを示しており、グラフＧ１３及びＧ１４、並びにＧ１５及びＧ１６は表面処理がなされた場合のスペクトルを示している。
【００４６】
図１０及び図１１に示すように、表面処理がされたエピタキシャル基板では、表面処理がされてないエピタキシャル基板に比べてサブピークの高さが若干高いが、バンド曲がりには殆ど差がなかった。すなわち、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板においては、表面処理の有無にかかわらず遷移層が好適に形成されることが確認された。
【００４７】
本発明によるIII族窒化物系半導体素子は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、本発明に係るIII族窒化物系半導体素子は、例えば半導体レーザ、発光ダイオードといった半導体光素子に適用され、さらにｐ型ドーパントが添加されたIII族窒化物系半導体からなる非極性表面に形成される電極を有する半導体素子に適用される。
【符号の説明】
【００４８】
１１…基板、１１ａ…基板主面、Ｃｘ…軸、ＶＣ…ｃ軸ベクトル、ＮＶ…法線ベクトル、Ａｌｐｈａ…角度（オフ角）、１０ａ…処理装置、１０ｂ…成膜装置、１３…半導体領域、１３ａ…非極性表面、Ｐ１、Ｐ２…基板生産物、１５…酸化物、１７…金属電極、１９…遷移層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物系半導体素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２には、（０００１）面（所謂ｃ面）上に成長したｐ型ＧａＮ層上にオーミック電極を形成するための方法として、ｐ型ＧａＮ層上にＮｉ／Ａｕを蒸着した後、酸素雰囲気中で熱処理（アニール）を施すことが記載されている。この方法では、ｐ型ＧａＮ層の表面に存在する酸化膜をＮｉが吸収し、該酸化膜の酸素原子とＮｉとが結合することによって酸化膜が除去され、Ａｕがｐ型ＧａＮ結晶に接することができ、オーミック接合が形成されるものと考えられている。
【０００３】
また、特許文献３には、サファイア基板上にｐ型のIII族窒化物半導体層を成長させ、基板を３００℃に加熱した後、III族窒化物半導体層の表面にＰｔまたはＮｉを蒸着した場合に、接触抵抗を調べた結果が記載されている。
【０００４】
また、特許文献４には、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にＰｔを蒸着した後、酸素雰囲気中で５００℃〜６００℃の範囲で熱処理を行うことにより、電極の合金化処理を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２９１６２１号公報
【特許文献２】特開平９−６４３３７号公報
【特許文献３】特開２００４−２４７３２３号公報
【特許文献４】特開平１１−１８６６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えばIII族窒化物系の半導体発光素子を作製する際、要求される発光波長によっては、インジウム（Ｉｎ）を含むIII族窒化物系半導体（ＩｎＧａＮやＩｎＡｌＧａＮなど）を、ＧａＮ基板等のIII族窒化物系半導体基板上に成長させる場合がある。Ｉｎ原子の直径はＧａ原子の直径よりも大きいので、Ｉｎの組成を高めると格子不整合によりＩｎを含む層の内部歪が大きくなる。その結果、大きなピエゾ電界が当該層内に誘起され、再結合確率が低下して発光効率が抑えられてしまう。
【０００７】
このような問題点を解決するための技術として、Ｉｎを含むIII族窒化物系半導体を、III族窒化物系半導体結晶のｃ面から大きく傾斜した表面上に成長させる技術が研究されている。このようにｃ面から傾斜した面上に成長させることにより、Ｉｎを含む層に生じるピエゾ電界を低減できるからである。
【０００８】
しかしながら、上述した従来のオーミック電極では、表面がｃ面であるIII族窒化物系半導体領域上に電極を形成する場合には低い接触抵抗が得られるが、表面がｃ面から傾斜したIII族窒化物系半導体領域上に電極を形成する場合には、接触抵抗が高くなってしまうことがわかった。これは、III族窒化物系半導体領域の表面がｃ面から傾斜していることにより、厚い表面酸化膜が形成されたことが原因であると考えられる。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、III族窒化物系半導体領域の表面がｃ面から傾斜している場合に、該半導体層上に設けられる電極と該半導体領域との接触抵抗を小さく抑えることが可能なIII族窒化物系半導体素子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】
【００１０】
上記した課題を解決するために、本発明によるIII族窒化物系半導体素子は、III族窒化物結晶からなる非極性表面を有する半導体領域と、半導体領域の非極性表面に設けられた金属電極とを備え、非極性表面は半極性及び無極性のいずれかであり、半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されており、半導体領域のIII族窒化物結晶と金属電極との間に、金属電極の金属と半導体領域のIII族窒化物とが相互拡散して成る遷移層を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明者らは、非極性面を表面に有するｐ型のIII族窒化物半導体領域上にオーミック電極を形成する際に、電極とIII族窒化物結晶との界面に遷移層を生成することにより、接触抵抗を効果的に低減できることを見出した。すなわち、表面が非極性であるIII族窒化物半導体領域においては、該非極性表面の結晶状態が金属と結合し易い状態であるため、ｃ面を表面とするIII族窒化物半導体領域上に電極を形成する場合と異なり、III属窒化物半導体領域と電極との間に遷移層（金属電極の金属と半導体領域のIII族窒化物結晶とが相互拡散して成る層）を生成することができる。この遷移層により、III属窒化物半導体領域と電極との密着性が改善され、接触抵抗を小さく抑えることができる。
【００１２】
また、III族窒化物系半導体素子は、遷移層の厚さが０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴としてもよい。このような厚さの遷移層によって、より効果的に接触抵抗を低減できる。
【００１３】
また、III族窒化物系半導体素子は、金属電極がＰｄ及びＰｔの少なくとも一方を含むことを特徴としてもよい。このような金属電極によって、半導体領域との間に遷移層を好適に生じさせることができる。
【００１４】
また、III族窒化物系半導体素子は、金属電極が、半導体領域の非極性表面上に金属膜が形成されたのち、熱処理を経ずに完成されたことを特徴としてもよい。このIII族窒化物系半導体素子によれば、半導体領域との間に遷移層を好適に生じさせることができる。
【００１５】
また、III族窒化物系半導体素子は、半導体領域の非極性表面の法線と半導体領域のIII族窒化物結晶のｃ軸との成す角度が、１０度以上８０度以下または１００度以上１７０度以下の範囲内にあることを特徴としてもよい。このIII族窒化物系半導体素子によれば、非極性表面は、１０度以上８０度以下または１００度以上１７０度以下の範囲内にある半極性面である。
【００１６】
また、III族窒化物系半導体素子は、半導体領域の非極性表面の法線と半導体領域のIII族窒化物結晶のｃ軸との成す角度が、６３度以上８０度以下または１００度以上１１７度以下の範囲内にあることを特徴としてもよい。このIII族窒化物系半導体素子によれば、非極性表面は、６３度以上８０度以下または１００度以上１１７度以下の範囲内にある半極性面である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るIII族窒化物系半導体素子によれば、III族窒化物系半導体領域の表面がｃ面から傾斜している場合に、該半導体層上に設けられる電極と該半導体領域との接触抵抗を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係るIII族窒化物系半導体素子を製造する方法における主要な工程を示す図面である。
【図２】図２は、図１に示された主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、図１に示された主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図４】図４（ａ）は、第１実施例において作製されたエピタキシャル基板の構成を示す図である。図４（ｂ）は、フォトリソグラフィで形成した内側の電極と、これと隔てられた外側の電極とを含むＰｄ電極構造を示す図である。
【図５】図５は、接触抵抗の測定結果を示すグラフである。
【図６】図６は、第２実施例におけるエピタキシャル基板の分析結果を示すグラフである。図６（ａ）及び図６（ｂ）はＧａ２ｐスペクトルを示している。
【図７】図７は、第２実施例におけるエピタキシャル基板の分析結果を示すグラフである。図７（ａ）及び図７（ｂ）はＮ１ｓスペクトルを示している。
【図８】図８は、第２実施例において作製されたエピタキシャル基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影した写真である。図８（ａ）はＰｄ電極が形成され且つ熱処理を経ていないエピタキシャル基板の断面を示しており、図８（ｂ）はＰｄ電極が形成され且つ熱処理（３１０℃、１分）を経たエピタキシャル基板の断面を示している。
【図９】図９は、第２実施例において作製されたエピタキシャル基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影した写真である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、Ａｕ／Ｎｉ電極が形成されたエピタキシャル基板の断面を示している。
【図１０】図１０は、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板において、表面処理の有無によるスペクトルの相違を示すグラフである。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はＧａ２ｐスペクトルを示している。
【図１１】図１１は、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板において、表面処理の有無によるスペクトルの相違を示すグラフである。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はＮ１ｓスペクトルを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるIII族窒化物系半導体素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明に係るIII族窒化物系半導体素子を製造する方法における主要な工程を示す図面である。また、図２及び図３は、図１に示された主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。III族窒化物系半導体素子は、例えばレーザダイオード及び発光ダイオードといった光素子、または例えばｐｎ接合ダイオード及びトランジスタといった電子デバイスであることが好ましい。
【００２１】
図１の工程Ｓ１０１では、図２（ａ）に示される基板１１を準備する。好適な実施例では、基板１１は非極性主面を有することが好ましい。基板１１は、例えばウルツ鉱構造のIII族窒化物系半導体からなる。III族窒化物系半導体としては、例えばＡｌＮ、並びにＡｌＧａＮ及びＧａＮといった窒化ガリウム系半導体等がある。これらの窒化ガリウム系半導体において、基板１１の主面１１ａは非極性を示す。非極性は、半極性又は無極性である。図２（ａ）に示される軸Ｃｘは、基板１１のIII族窒化物系半導体のｃ軸（＜０００１＞軸）の方向を示しており、軸Ｃｘの向きはｃ軸ベクトルＶＣとして表される。法線ベクトルＮＶは、基板１１の主面１１ａに垂直である。基板１１の法線ベクトルＮＶとｃ軸ベクトルＶＣとの成す角度Ａｌｐｈａは、例えば１０度以上１７０度以下の範囲にある。
【００２２】
工程Ｓ１０２では、図２（ｂ）に示されるように、成長炉といった処理装置１０ａに基板１１を配置した後に、基板１１の主面１１ａ上に半導体領域１３を成長する。半導体領域１３はIII族窒化物結晶からなり、例えば一又は複数の窒化ガリウム系半導体層を含むことが好ましい。本実施例では、半導体領域１３は、基板１１の主面１１ａへのエピタキシャル成長によって提供され、この結晶成長は例えば有機金属気相成長法又は分子線エピタキシ法等で行われる。半導体領域１３の表面１３ａは非極性を有する。この非極性もまた半極性又は無極性である。また、半導体領域１３の非極性表面１３ａはｐ型III族窒化物系半導体、例えば窒化ガリウム系半導体からなる。ｐ型III族窒化物系半導体には、例えばＭｇといったｐ型ドーパントが高濃度で添加されている。ｐ型III族窒化物系半導体の形成は、エピタキシャル成長に限定されるものではない。これらの工程により第１の基板生産物Ｐ１が作製される。
【００２３】
工程Ｓ１０３では、処理装置１０ａから第１の基板生産物Ｐ１を取り出す。このとき、大気にさらされた半導体領域１３の非極性表面１３ａ（半極性面及び無極性面）は、ｃ面（極性面）に比べて酸化されやすい。つまり、大気にさらされた半導体領域１３の非極性面には、比較的厚い酸化物（いわゆる、厚い自然酸化膜）が形成される。処理装置１０ａから成膜装置へ基板生産物Ｐ１を移動するときに、自然酸化膜が形成されて、図２（ｃ）に示されるように、第１の基板生産物Ｐ１の表面には酸化物１５が存在する。
【００２４】
必要な場合には、工程Ｓ１０４として、第１の基板生産物Ｐ１の前処理を行う工程を設けてもよい。前処理のための溶液として、例えば王水、フッ酸及び塩酸の少なくともいずれかを用いることが好適である。これらの溶液によって、半導体領域１３の非極性表面１３ａに形成された酸化物１５を或る程度除去できる。
【００２５】
そして、図３（ａ）に示されるように、工程Ｓ１０５では、成膜装置１０ｂに第１の基板生産物Ｐ１を配置する。
【００２６】
必要な場合には、成膜装置１０ｂへの配置に先立って、第１の基板生産物Ｐ１上にリフトオフのためのマスクを形成することができ、このマスクはレジスト層を含む。成膜装置１０ｂに基板生産物Ｐ１を配置した後に速やかに、成膜装置１０ｂを真空排気して、１×１０−６Ｔｏｒｒ（１Ｐａは０．００７５Ｔｏｒｒで換算される）程度の真空度を達成する。成膜装置１０ｂを用いて、図３（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０６では、第１の基板生産物Ｐ１の表面に金属電極１７を膜状に堆積する。金属電極１７の形成は、例えば電子ビーム蒸着法または抵抗加熱法等を用いることができる。このときの基板１１の温度は、例えば１５℃以上１００℃以下であることが好ましい。金属電極１７はパラジウム（Ｐｄ）を含む。一実施例では、金属電極１７はＰｄ層からなり、その厚みは例えば１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
金属電極１７を堆積すると、この金属電極１７と半導体領域１３の非極性表面１３ａとの界面に、遷移層１９が生じる。遷移層１９は、ＰｄとＧａＮが相互拡散している層であり、金属電極１７の堆積と同時に生じる。本実施形態では、半導体領域１３の非極性表面１３ａが非極性であるため、ｃ面と異なり金属と結合しやすいことから、このような遷移層１９が広がる。
【００２８】
金属電極１７の形成により、半導体領域１３の非極性主面１３ａに電気的接触を成すオーミック電極を形成できる。また、この工程により、基板生産物Ｐ１の半導体領域１３上に設けられた金属電極１７と、半導体領域１３及び金属電極１７の界面に生じた遷移層１９とを含む第２の基板生産物Ｐ２が作製される。
【００２９】
工程Ｓ１０７では、成膜装置１０ｂから第２の基板生産物Ｐ２を取り出す。リフトオフのためのマスクを第１の基板生産物Ｐ１上に形成していたとき、リフトオフの処理を行う工程を行って、パターン形成された電極を形成する。リフトオフ処理は、例えばアセトン等を用いて行われる。
【００３０】
その後、一般的には、熱処理装置に第２の基板生産物Ｐ２を配置して４００℃程度の熱処理を行うところ、本実施形態では、そのような熱処理を行うことなく、オーミック電極の形成を完了する。そして、第２の基板生産物Ｐ２をチップ状に切断することにより、III族窒化物系半導体素子が完成する。
【００３１】
以上に説明した本実施形態のIII族窒化物系半導体素子及びその製造方法が奏する効果について説明する。
【００３２】
本発明者らは、ＧａＮ結晶のｃ面上にオーミック電極を形成するための先行技術（特許文献１，２）を、ＧａＮ非極性面上に電極を形成する際に適用することを試みた。しかし、ＧａＮの非極性面（例えば（１１−２２）面）上にＮｉ／Ａｕ金属膜を形成し、酸素雰囲気中で該金属膜を合金化しても、低い接触抵抗を有するオーミック電極を得ることはできなかった。また、他の先行技術（特許文献３，４）のように、高温状態でＰｔ電極を非極性面上に作製しても、良好なオーミック電極は得られなかった。つまり、これらの先行技術では、ＧａＮ結晶のｃ面上には良好なオーミック電極を形成できるが、ＧａＮ結晶の非極性面上には良好なオーミック電極を形成することが困難であることが明らかとなった。
【００３３】
そこで、本発明者らは、ＧａＮ結晶の非極性面上に低温でＰｄ電極を作製したところ、良好なオーミック特性が得られた。この理由を考察するために、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて表面分析を行ったところ、ＧａＮ結晶の非極性面上に低温形成されたＰｄ電極には、他の場合では見られなかったサブピークを確認することができた。すなわち、ＧａＮ結晶の非極性面とＰｄ電極との間に、ＰｄとＧａＮが相互拡散して成る層（遷移層）が新たに生じ、これによってＧａＮ結晶とＰｄ電極との接触抵抗が改善されたものと考えられる。また、非極性面上では結晶表面の結合状態がｃ面とは異なるので、ＧａＮとＰｄとが結合し易く、このような遷移層がＧａＮ結晶とＰｄ電極との界面に広がったものと推測される。このような作用は、ＧａＮ以外のIII族窒化物系半導体においても同様に生じるものと考えられる。
【００３４】
本実施形態においては、上述したように、半導体領域１３が非極性表面１３ａを有し、この非極性表面１３ａ上にＰｄを含む金属電極１７が形成されたことにより、半導体領域１３と金属電極１７との間に遷移層１９が生じている。この遷移層１９によって、半導体領域１３と金属電極１７との密着性が改善され、これらの接触抵抗を小さく抑えることができる。
【００３５】
また、遷移層１９の厚さは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることが好ましい。本発明者らが遷移層１９の厚さと電気特性との関係を調べたところ、上記範囲で良好な特性を得ることができた。すなわち、このような厚さの遷移層１９によって、より効果的に接触抵抗を低減できる。
【００３６】
また、本実施形態のように、金属電極１７はＰｄを含むことが好ましい。このような金属電極１７によって、半導体領域１３との間に遷移層１９を好適に生じさせることができる。なお、遷移層１９を生じさせる金属はＰｄに限られず、例えば金属電極１７がＰｔを含むことによって同様の遷移層を生じさせることができる。
【００３７】
また、本実施形態のように、金属電極１７は、半導体領域１３の非極性表面１３ａ上に金属膜が形成されたのち、熱処理を経ずに完成されたものであることが好ましい。これにより、半導体領域１３との間に遷移層１９を好適に生じさせることができる。
【００３８】
（第１の実施例）
図４（ａ）に示されるエピタキシャル基板を、ｎ型半極性ＧａＮ基板３１を用いて有機金属位相成長法で作製した。ＧａＮ基板３１の主面（ｍ面）にはｎ型ＧａＮバッファ層３２を形成した。エピタキシャル基板Ｅｐｉ１は、１μｍ厚のＳｉドープｎ型ＧａＮ層３３と、０．４μｍ厚のＭｇドープＧａＮ層３４と、５０ｎｍ厚の高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層（ｐ＋層）３５とを含み、これらの窒化ガリウム系半導体層は基板３１上に順に成長された。
【００３９】
そして、ｐ型電極となる金属膜の蒸着前に、円環状の開口を有するレジストをフォトリソグラフィにより形成した。この後に、１×１０−６Ｔｏｒｒ程度の真空度で、蒸着装置内で電子ビーム法により厚さ５００Åのパラジウム電極をエピタキシャル基板上に蒸着した。その後、レジストをアセトンでリフトオフして、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィで形成した内側の電極ＥＩＮと、これと隔てられた外側の電極ＥＯＵＴとを含むＰｄ電極構造を作製した。なお、これらの電極構造に対しては熱処理を行っていない。
【００４０】
このようなドーナツ形の開口で分離された電極構造を用いて、電極の接触抵抗を測定した。図５は、接触抵抗の測定結果を示すグラフである。なお、図５には、上記と同様の方法によって作製されたＮｉ／Ａｕ電極構造に関する接触抵抗の測定結果も併せて示している。図５に示すように、本実施例のＰｄ電極構造によれば、Ｎｉ／Ａｕ電極構造と比較して接触抵抗が効果的に低減されていることがわかる。
【００４１】
（第２の実施例）
第１実施例と同様の手順により作製したエピタキシャル基板に対し、アセトンや２−プロパノール等を用いて超音波有機洗浄を行った後、塩酸、王水、及びフッ酸による洗浄をそれぞれ５分ずつ行った。その後、エピタキシャル基板上に、電子ビーム法により厚さ１００Åのパラジウム電極を室温で蒸着した。一方、同じ工程を経て作製及び洗浄されたエピタキシャル基板上に、Ｎｉ／Ａｕ電極を蒸着し、熱処理を行った。Ｎｉは電子ビーム法を用い、Ａｕは抵抗加熱法を用いて蒸着し、それぞれの厚さを５０Åとした。こうして２種類のｐ型電極が作製された各エピタキシャル基板に対し、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて、ＧａＮ結晶とｐ型電極との界面の分析を行った。
【００４２】
図６及び図７は、各エピタキシャル基板の分析結果を示すグラフである。図６（ａ）及び図６（ｂ）はＧａ２ｐスペクトルを示しており、図７（ａ）及び図７（ｂ）はＮ１ｓスペクトルを示している。また、図６及び図７において、グラフＧ１及びＧ２はＰｄ電極が形成されたエピタキシャル基板のスペクトルを示しており、グラフＧ３及びＧ４はＮｉ／Ａｕ電極が形成されたエピタキシャル基板のスペクトルを示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板では、Ｇａ２ｐスペクトルにおいて、高エネルギー側にサブピークが見られた。しかし、Ｎｉ／Ａｕ電極が形成されたエピタキシャル基板では、そのようなピークは見られなかった。すなわち、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板において、ＧａＮ結晶以外の新たな層（遷移層）が生じていることが確認された。
【００４３】
また、図８及び図９は、これらのエピタキシャル基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影した写真である。図８（ａ）はＰｄ電極が形成され且つ熱処理を経ていないエピタキシャル基板の断面を示しており、図８（ｂ）はＰｄ電極が形成され且つ熱処理（３１０℃、１分）を経たエピタキシャル基板の断面を示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、Ａｕ／Ｎｉ電極が形成されたエピタキシャル基板の断面を示している。
【００４４】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板では、Ｐｄ電極とＧａＮ層との間に生じた薄い新たな層（遷移層１９）が確認された。しかし、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、Ｎｉ／Ａｕ電極が形成されたエピタキシャル基板では、このような層は確認されなかった。また、図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較すると、図８（ａ）では遷移層１９の厚さは０．５ｎｍであるのに対し、図８（ｂ）では遷移層１９の厚さは２．０ｎｍに拡大していた。このように、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板に熱処理を施すと遷移層が深さ方向に広がる傾向があり、Ｐｄ電極とＧａＮ層との間の接触抵抗がやや低下することがわかった。
【００４５】
図１０及び図１１は、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板において、表面処理の有無によるスペクトルの相違を示すグラフである。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はＧａ２ｐスペクトルを示しており、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はＮ１ｓスペクトルを示している。また、図１０及び図１１において、グラフＧ１１及びＧ１２は表面処理がされていない場合のスペクトルを示しており、グラフＧ１３及びＧ１４、並びにＧ１５及びＧ１６は表面処理がなされた場合のスペクトルを示している。
【００４６】
図１０及び図１１に示すように、表面処理がされたエピタキシャル基板では、表面処理がされてないエピタキシャル基板に比べてサブピークの高さが若干高いが、バンド曲がりには殆ど差がなかった。すなわち、Ｐｄ電極が形成されたエピタキシャル基板においては、表面処理の有無にかかわらず遷移層が好適に形成されることが確認された。
【００４７】
本発明によるIII族窒化物系半導体素子は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、本発明に係るIII族窒化物系半導体素子は、例えば半導体レーザ、発光ダイオードといった半導体光素子に適用され、さらにｐ型ドーパントが添加されたIII族窒化物系半導体からなる非極性表面に形成される電極を有する半導体素子に適用される。
【符号の説明】
【００４８】
１１…基板、１１ａ…基板主面、Ｃｘ…軸、ＶＣ…ｃ軸ベクトル、ＮＶ…法線ベクトル、Ａｌｐｈａ…角度（オフ角）、１０ａ…処理装置、１０ｂ…成膜装置、１３…半導体領域、１３ａ…非極性表面、Ｐ１、Ｐ２…基板生産物、１５…酸化物、１７…金属電極、１９…遷移層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物結晶からなる非極性表面を有する半導体領域と、
前記半導体領域の前記非極性表面に設けられた金属電極と
を備え、
前記非極性表面は半極性及び無極性のいずれかであり、
前記半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されており、
前記半導体領域のIII族窒化物結晶と前記金属電極との間に、前記金属電極の金属と前記半導体領域のIII族窒化物とが相互拡散して成る遷移層を有することを特徴とする、III族窒化物系半導体素子。
【請求項２】
前記遷移層の厚さが０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【請求項３】
前記金属電極がＰｄ及びＰｔの少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【請求項４】
前記金属電極が、前記半導体領域の前記非極性表面上に金属膜が形成されたのち、熱処理を経ずに完成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【請求項５】
前記半導体領域の前記非極性表面の法線と前記半導体領域のIII族窒化物結晶のｃ軸との成す角度が、１０度以上８０度以下または１００度以上１７０度以下の範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【請求項６】
前記半導体領域の前記非極性表面の法線と前記半導体領域のIII族窒化物結晶のｃ軸との成す角度が、６３度以上８０度以下または１００度以上１１７度以下の範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【請求項１】
III族窒化物結晶からなる非極性表面を有する半導体領域と、
前記半導体領域の前記非極性表面に設けられた金属電極と
を備え、
前記非極性表面は半極性及び無極性のいずれかであり、
前記半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されており、
前記半導体領域のIII族窒化物結晶と前記金属電極との間に、前記金属電極の金属と前記半導体領域のIII族窒化物とが相互拡散して成る遷移層を有することを特徴とする、III族窒化物系半導体素子。
【請求項２】
前記遷移層の厚さが０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【請求項３】
前記金属電極がＰｄ及びＰｔの少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【請求項４】
前記金属電極が、前記半導体領域の前記非極性表面上に金属膜が形成されたのち、熱処理を経ずに完成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【請求項５】
前記半導体領域の前記非極性表面の法線と前記半導体領域のIII族窒化物結晶のｃ軸との成す角度が、１０度以上８０度以下または１００度以上１７０度以下の範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【請求項６】
前記半導体領域の前記非極性表面の法線と前記半導体領域のIII族窒化物結晶のｃ軸との成す角度が、６３度以上８０度以下または１００度以上１１７度以下の範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のIII族窒化物系半導体素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１４６６３９（Ｐ２０１１−１４６６３９Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８２３２（Ｐ２０１０−８２３２）
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 刊行物名 ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ Ｖｏｌ．３ Ｎｏ．１（２０１０） 発行日及び掲載日 平成２２年１月８日 発行所 Ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（応用物理学会） 刊行物名 ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．８（２００９） 発行日及び掲載日 平成２１年７月１７日 発行所 Ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（応用物理学会） 刊行物名 ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．９（２００９） 発行日及び掲載日 平成２１年８月２１日 発行所 Ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（応用物理学会） 刊行物名 日刊工業新聞 平成２１年８月２０日号 発行日 平成２１年８月２０日 発行所 日刊工業新聞社 刊行物名 日経エレクトロニクス 平成２１年８月２４日号 発行日 平成２１年８月２４日 発行所 日経ＢＰ社
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 刊行物名 ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ Ｖｏｌ．３ Ｎｏ．１（２０１０） 発行日及び掲載日 平成２２年１月８日 発行所 Ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（応用物理学会） 刊行物名 ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．８（２００９） 発行日及び掲載日 平成２１年７月１７日 発行所 Ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（応用物理学会） 刊行物名 ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．９（２００９） 発行日及び掲載日 平成２１年８月２１日 発行所 Ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（応用物理学会） 刊行物名 日刊工業新聞 平成２１年８月２０日号 発行日 平成２１年８月２０日 発行所 日刊工業新聞社 刊行物名 日経エレクトロニクス 平成２１年８月２４日号 発行日 平成２１年８月２４日 発行所 日経ＢＰ社
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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