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JP6064586B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

半導体装置(半導体デバイス、半導体素子)としては、窒化ガリウム(GaN)系の半導体装置が知られている。GaN系の半導体装置は、GaNから主に成るN型半導体層およびP型半導体層を備える。GaN系のN型半導体層は、ケイ素(Si)をドナー(ドーパント、不純物)として含有し、GaN系のP型半導体層は、マグネシウム(Mg)をアクセプタ(ドーパント、不純物)として含有する。   As semiconductor devices (semiconductor devices, semiconductor elements), gallium nitride (GaN) -based semiconductor devices are known. A GaN-based semiconductor device includes an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer mainly made of GaN. The GaN-based N-type semiconductor layer contains silicon (Si) as a donor (dopant, impurity), and the GaN-based P-type semiconductor layer contains magnesium (Mg) as an acceptor (dopant, impurity).

一般的に、半導体装置の半導体層に形成される電極(オーミック電極)には、半導体層に対する密着性を確保しつつ接触抵抗(コンタクト抵抗)を抑制することが要求される。GaN系のN型半導体層には、チタン(Ti)から成る層にアルミニウム(Al)から成る層を積層した電極が用いられ(例えば、特許文献1を参照)、GaN系のP型半導体層には、ニッケル(Ni)から成る層に金(Au)から成る層を積層した電極が用いられる(例えば、特許文献2を参照)。   In general, an electrode (ohmic electrode) formed on a semiconductor layer of a semiconductor device is required to suppress contact resistance (contact resistance) while ensuring adhesion to the semiconductor layer. As the GaN-based N-type semiconductor layer, an electrode in which a layer made of aluminum (Al) is stacked on a layer made of titanium (Ti) is used (see, for example, Patent Document 1). Is an electrode in which a layer made of gold (Au) is laminated on a layer made of nickel (Ni) (see, for example, Patent Document 2).

特開平7−45867号公報JP 7-45867 A 特開平9−64337号公報JP-A-9-64337

特許文献1,2におけるGaN系の半導体装置では、N型半導体層およびP型半導体層にそれぞれ用いられる各電極の材料、構造および製造時の処理条件がそれぞれ異なるため、製造工程が煩雑化し、結果的にコストが増大するという問題があった。また、特許文献1,2におけるGaN系の半導体装置では、N型半導体層に電極を形成するためのフォトリソグラフィと、P型半導体層に電極を形成するためのフォトリソグラフィとの重ね合わせ精度を確保する関係から、半導体装置の微細化が困難になるという問題があった。   In the GaN-based semiconductor devices in Patent Documents 1 and 2, the materials, structures, and processing conditions during manufacture of the electrodes used for the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer are different, resulting in a complicated manufacturing process. There is a problem that the cost increases. Further, in the GaN-based semiconductor devices disclosed in Patent Documents 1 and 2, overlay accuracy is ensured between photolithography for forming electrodes on the N-type semiconductor layer and photolithography for forming electrodes on the P-type semiconductor layer. Therefore, there is a problem that it is difficult to miniaturize the semiconductor device.

そのため、GaN系の半導体装置において、N型半導体層およびP型半導体層における電極の共通化を図ることが可能な技術が望まれていた。そのほか、半導体装置においては、低コスト化、微細化、製造の容易化、省資源化、使い勝手の向上、耐久性の向上などが望まれていた。   For this reason, there has been a demand for a technique capable of sharing electrodes in an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer in a GaN-based semiconductor device. In addition, for semiconductor devices, there have been demands for cost reduction, miniaturization, ease of manufacture, resource saving, improved usability, and improved durability.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態は、半導体装置を提供する。この半導体装置は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るP型半導体層と;窒化ガリウム(GaN)から主に成るN型半導体層と;前記P型半導体層に形成された第1の電極と;前記N型半導体層に形成された第2の電極とを備える。前記第1および第2の電極は;パラジウム(Pd)、白金(Pt)およびニッケル(Ni)の少なくとも1つである第1の成分と;チタン(Ti)である第2の成分と;アルミニウム(Al)である第3の成分とから主に成り;前記第1および第2の電極の表面から内部に向かう深さ方向において前記第1の成分の分布割合が最大値P1となる深さT1、および、前記深さ方向において前記第2の成分の分布割合が最大値P2となる深さT2は、前記深さ方向において前記第3の成分の分布割合が最大値P3となる深さT3より深い位置にあり;前記深さT1は、前記深さ方向において前記深さT2よりも深い位置にあり;前記最大値P1は、前記深さT1における前記第2の成分の分布割合より高いとともに、前記深さT1における前記第3の成分の分布割合より低い。
また、本発明は以下の形態として実現することも可能である。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
One embodiment of the present invention provides a semiconductor device. The semiconductor device includes a P-type semiconductor layer mainly made of gallium nitride (GaN); an N-type semiconductor layer mainly made of gallium nitride (GaN); a first electrode formed on the P-type semiconductor layer; A second electrode formed on the N-type semiconductor layer. The first and second electrodes include: a first component that is at least one of palladium (Pd), platinum (Pt), and nickel (Ni); a second component that is titanium (Ti); aluminum ( A depth T1 at which the distribution ratio of the first component becomes a maximum value P1 in the depth direction from the surface of the first and second electrodes toward the inside; The depth T2 at which the distribution ratio of the second component is the maximum value P2 in the depth direction is deeper than the depth T3 at which the distribution ratio of the third component is the maximum value P3 in the depth direction. The depth T1 is at a position deeper than the depth T2 in the depth direction; the maximum value P1 is higher than the distribution ratio of the second component at the depth T1, and Said first at depth T1 Lower than the distribution ratio of the components of the.
The present invention can also be realized as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、半導体装置が提供される。この半導体装置は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るP型半導体層と;窒化ガリウム(GaN)から主に成るN型半導体層と;前記P型半導体層および前記N型半導体層の少なくとも一方に形成された電極とを備え、前記電極は、パラジウム(Pd)、白金(Pt)およびニッケル(Ni)の少なくとも1つである第1の成分と;チタン(Ti)である第2の成分と;アルミニウム(Al)である第3の成分とから主に成り、前記電極の表面から内部に向かう深さ方向において前記第1の成分の分布割合が最大値P1となる深さT1、および、前記深さ方向において前記第2の成分の分布割合が最大値P2となる深さT2は、前記深さ方向において前記第3の成分の分布割合が最大値P3となる深さT3より深い位置にあり、前記最大値P1は、前記深さT1における前記第2の成分の分布割合より高いとともに、前記深さT1における前記第3の成分の分布割合より低い。この形態の半導体装置によれば、P型半導体層およびN型半導体層の各層に対する電極の接触抵抗を抑制することができる。そのため、N型半導体層およびP型半導体層における電極の共通化を図ることができる。したがって、P型半導体層およびN型半導体層に電極を形成するための工数を削減することができ、結果的に半導体装置の低コスト化を図ることができる。 (1) According to one aspect of the present invention, a semiconductor device is provided. The semiconductor device includes a P-type semiconductor layer mainly made of gallium nitride (GaN); an N-type semiconductor layer mainly made of gallium nitride (GaN); and at least one of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer. A first component that is at least one of palladium (Pd), platinum (Pt), and nickel (Ni); and a second component that is titanium (Ti); A depth T1 mainly composed of a third component that is aluminum (Al), and a distribution ratio of the first component is a maximum value P1 in a depth direction from the surface of the electrode toward the inside; The depth T2 at which the distribution ratio of the second component is the maximum value P2 in the depth direction is deeper than the depth T3 at which the distribution ratio of the third component is the maximum value P3 in the depth direction. Maximum value 1, along with higher distribution ratio of the second component in the depth T1, lower than the distribution ratio of the third component in the depth T1. According to the semiconductor device of this aspect, the contact resistance of the electrode with respect to each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer can be suppressed. Therefore, it is possible to make the electrodes common to the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer. Therefore, the number of steps for forming electrodes on the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer can be reduced, and as a result, the cost of the semiconductor device can be reduced.

(2)上記形態の半導体装置において、前記最大値P2は、前記深さT2における前記第1の成分の分布割合より高いとともに、前記深さT2における前記第3の成分の分布割合より低くてもよい。この形態の半導体装置によれば、P型半導体層およびN型半導体層の各層に対する電極の接触抵抗を十分に抑制することができる。 (2) In the semiconductor device of the above aspect, the maximum value P2 may be higher than the distribution ratio of the first component at the depth T2 and lower than the distribution ratio of the third component at the depth T2. Good. According to the semiconductor device of this embodiment, the contact resistance of the electrode with respect to each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer can be sufficiently suppressed.

(3)上記形態の半導体装置において、前記最大値P1と前記最大値P2と前記最大値P3との関係は、P1<P2<P3を満たしてもよい。この形態の半導体装置によれば、P型半導体層およびN型半導体層の各層に対する電極の接触抵抗を十分に抑制することができる。 (3) In the semiconductor device of the above aspect, the relationship among the maximum value P1, the maximum value P2, and the maximum value P3 may satisfy P1 <P2 <P3. According to the semiconductor device of this embodiment, the contact resistance of the electrode with respect to each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer can be sufficiently suppressed.

(4)上記形態の半導体装置において、前記P型半導体層から前記N型半導体層にわたって前記電極が一体的に形成されてもよい。この形態の半導体装置によれば、P型半導体層からN型半導体層にわたって一体的に形成された電極の各半導体層に対する接触抵抗を抑制することができる。また、P型半導体層およびN型半導体層の各層に電極を個別に形成する場合と比較して、フォトリソグラフィの重ね合わせ精度を緩和することができ、結果的に半導体装置の微細化を図ることができる。 (4) In the semiconductor device of the above aspect, the electrodes may be integrally formed from the P-type semiconductor layer to the N-type semiconductor layer. According to the semiconductor device of this aspect, it is possible to suppress the contact resistance of the electrodes formed integrally from the P-type semiconductor layer to the N-type semiconductor layer with respect to each semiconductor layer. Further, compared with the case where electrodes are individually formed on each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer, the overlay accuracy of photolithography can be relaxed, and as a result, the semiconductor device can be miniaturized. Can do.

(5)上記形態の半導体装置において、前記P型半導体層における第1の界面から、前記N型半導体層における前記第1の界面との間に段差を有する第2の界面にわたって、前記電極が一体的に形成されてもよい。この形態の半導体装置によれば、P型半導体層から段差を超えてN型半導体層にわたって一体的に形成された電極の各半導体層に対する接触抵抗を抑制することができる。また、P型半導体層およびN型半導体層の各層に電極を個別に形成する場合と比較して、フォトリソグラフィの重ね合わせ精度を緩和することができ、結果的に半導体装置の微細化を図ることができる。 (5) In the semiconductor device of the above aspect, the electrode is integrated from the first interface in the P-type semiconductor layer to the second interface having a step between the first interface in the N-type semiconductor layer. It may be formed automatically. According to the semiconductor device of this aspect, it is possible to suppress the contact resistance of the electrodes formed integrally from the P-type semiconductor layer over the N-type semiconductor layer across the step to each semiconductor layer. Further, compared with the case where electrodes are individually formed on each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer, the overlay accuracy of photolithography can be relaxed, and as a result, the semiconductor device can be miniaturized. Can do.

(6)本発明の一形態によれば、P型半導体層およびN型半導体層を備える半導体装置を製造する、半導体装置の製造方法が提供される。この半導体装置の製造方法は、(a) 窒化ガリウム(GaN)から主に成る前記P型半導体層および前記N型半導体層を形成する工程と;(b) 前記P型半導体層および前記N型半導体層の少なくとも一方に電極を形成する工程とを備え、前記工程(b)は、(b1) パラジウム(Pd)、白金(Pt)およびニッケル(Ni)の少なくとも1つから成る第1の金属層を、前記P型半導体層および前記N型半導体層の少なくとも一方に形成する工程と;(b2) チタン(Ti)から成る第2の金属層を、前記第1の金属層に積層する工程と;(b3) アルミニウム(Al)から成る第3の金属層を、前記第2の金属層に積層する工程と;(b4) 窒素(N2)から主に成る450〜550℃の雰囲気ガスを用いて、前記第1の金属層、前記第2の金属層および前記第3の金属層を焼成することによって、前記電極を形成する工程とを含む。この形態の半導体装置の製造方法によれば、P型半導体層およびN型半導体層の各層に対する電極の接触抵抗を抑制することができる。そのため、N型半導体層およびP型半導体層における電極の共通化を図ることができる。したがって、P型半導体層およびN型半導体層に電極を形成するための工数を削減することができ、結果的に半導体装置の低コスト化を図ることができる。 (6) According to one form of this invention, the manufacturing method of a semiconductor device which manufactures a semiconductor device provided with a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer is provided. The semiconductor device manufacturing method includes: (a) forming the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer mainly made of gallium nitride (GaN); and (b) the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor. Forming an electrode on at least one of the layers, wherein the step (b) includes (b1) a first metal layer made of at least one of palladium (Pd), platinum (Pt), and nickel (Ni). (B2) laminating a second metal layer made of titanium (Ti) on the first metal layer; and (b2) forming a layer on at least one of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer; b3) a step of laminating a third metal layer made of aluminum (Al) on the second metal layer; and (b4) using an atmospheric gas mainly composed of nitrogen (N 2 ) at 450 to 550 ° C., Said first metal layer, front By firing the second metal layer and the third metal layer, and forming the electrode. According to the method for manufacturing a semiconductor device of this aspect, the contact resistance of the electrode with respect to each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer can be suppressed. Therefore, it is possible to make the electrodes common to the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer. Therefore, the number of steps for forming electrodes on the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer can be reduced, and as a result, the cost of the semiconductor device can be reduced.

(7)上記形態の半導体装置の製造方法において、前記工程(b1)は、前記第1の金属層を、5〜100nmの厚さに形成する工程であり、前記工程(b2)は、前記第2の金属層を、5〜50nmの厚さに形成する工程であり、前記工程(b3)は、前記第3の金属層を、100nm以上の厚さに形成する工程であってもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、P型半導体層およびN型半導体層の各層に対する電極の接触抵抗を十分に抑制することができる。 (7) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the above aspect, the step (b1) is a step of forming the first metal layer with a thickness of 5 to 100 nm, and the step (b2) The second metal layer may be formed to a thickness of 5 to 50 nm, and the step (b3) may be a step of forming the third metal layer to a thickness of 100 nm or more. According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the contact resistance of the electrode with respect to each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer can be sufficiently suppressed.

(8)上記形態の半導体装置の製造方法において、前記工程(b)は、前記P型半導体層から前記N型半導体層にわたって前記電極を一体的に形成する工程であってもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、P型半導体層からN型半導体層にわたって一体的に形成された電極の各半導体層に対する接触抵抗を抑制することができる。また、P型半導体層およびN型半導体層の各層に電極を個別に形成する場合と比較して、フォトリソグラフィの重ね合わせ精度を緩和することができ、結果的に半導体装置の微細化を図ることができる。 (8) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the above aspect, the step (b) may be a step of integrally forming the electrodes from the P-type semiconductor layer to the N-type semiconductor layer. According to the method for manufacturing a semiconductor device of this aspect, it is possible to suppress the contact resistance of each electrode formed integrally from the P-type semiconductor layer to the N-type semiconductor layer. Further, compared with the case where electrodes are individually formed on each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer, the overlay accuracy of photolithography can be relaxed, and as a result, the semiconductor device can be miniaturized. Can do.

(9)上記形態の半導体装置の製造方法において、前記工程(b)は、前記P型半導体層における第1の界面から、前記N型半導体層における前記第1の界面との間に段差を有する第2の界面にわたって、前記電極を一体的に形成する工程であってもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、P型半導体層から段差を超えてN型半導体層にわたって一体的に形成された電極の各半導体層に対する接触抵抗を抑制することができる。また、P型半導体層およびN型半導体層の各層に電極を個別に形成する場合と比較して、フォトリソグラフィの重ね合わせ精度を緩和することができ、結果的に半導体装置の微細化を図ることができる。 (9) In the method for manufacturing a semiconductor device according to the above aspect, the step (b) has a step between the first interface in the P-type semiconductor layer and the first interface in the N-type semiconductor layer. It may be a step of integrally forming the electrodes over the second interface. According to the method for manufacturing a semiconductor device of this aspect, it is possible to suppress the contact resistance of the electrodes formed integrally over the N-type semiconductor layer across the step from the P-type semiconductor layer to each semiconductor layer. Further, compared with the case where electrodes are individually formed on each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer, the overlay accuracy of photolithography can be relaxed, and as a result, the semiconductor device can be miniaturized. Can do.

(10)本発明の一形態によれば、上記形態の半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置が提供される。この形態の半導体装置によれば、P型半導体層およびN型半導体層の各層に対する電極の接触抵抗を抑制することができる。 (10) According to one aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufactured using the semiconductor device manufacturing method of the above aspect. According to the semiconductor device of this aspect, the contact resistance of the electrode with respect to each of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer can be suppressed.

本発明は、半導体装置およびその製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、上記形態の半導体装置を備える電気機器、上記形態の半導体装置を製造する装置などの形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms other than the semiconductor device and the manufacturing method thereof. For example, it can be realized in the form of an electric device including the semiconductor device of the above form, an apparatus for manufacturing the semiconductor device of the above form, or the like.

本願発明によれば、P型半導体層およびN型半導体層の各層に対する電極の接触抵抗を抑制することができる。そのため、N型半導体層およびP型半導体層における電極の共通化を図ることができる。したがって、P型半導体層およびN型半導体層に電極を形成するための工数を削減することができ、結果的に半導体装置の低コスト化を図ることができる。   According to this invention, the contact resistance of the electrode with respect to each layer of a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer can be suppressed. Therefore, it is possible to make the electrodes common to the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer. Therefore, the number of steps for forming electrodes on the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer can be reduced, and as a result, the cost of the semiconductor device can be reduced.

第1実施形態における半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor device in 1st Embodiment. 半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of a semiconductor device. 熱処理温度が電極の接触抵抗に及ぼす影響を評価した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having evaluated the influence which heat processing temperature has on contact resistance of an electrode. 電極におけるパラジウムおよびチタンの各層厚が接触抵抗に及ぼす影響を評価した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having evaluated the influence which each layer thickness of palladium and titanium in an electrode has on contact resistance. 第2実施形態における半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第3実施形態における半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor device in 3rd Embodiment. 第4実施形態における半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor device in 4th Embodiment. 第5実施形態における半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor device in 5th Embodiment. 電極を構成する成分の分布割合を示すグラフである。It is a graph which shows the distribution ratio of the component which comprises an electrode. 第1変形例における電極を構成する成分の分布割合を示すグラフである。It is a graph which shows the distribution ratio of the component which comprises the electrode in a 1st modification. 第2変形例における電極を構成する成分の分布割合を示すグラフである。It is a graph which shows the distribution ratio of the component which comprises the electrode in a 2nd modification.

A.第1実施形態:
A1.半導体装置の構成:
図1は、第1実施形態における半導体装置10の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置10は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置10は、電力制御に用いられ、パワーデバイスとも呼ばれ、高周波デバイスとも呼ばれる。
A. First embodiment:
A1. Semiconductor device configuration:
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 10 in the first embodiment. The semiconductor device 10 is a GaN-based semiconductor device formed using gallium nitride (GaN). In the present embodiment, the semiconductor device 10 is used for power control and is also called a power device or a high-frequency device.

半導体装置10は、基板110と、第1のN型半導体層120と、P型半導体層130と、第2のN型半導体層140とを備える。半導体装置10は、NPN型の半導体装置であり、第1のN型半導体層120と、P型半導体層130と、第2のN型半導体層140とが順に接合した構造を有する。   The semiconductor device 10 includes a substrate 110, a first N-type semiconductor layer 120, a P-type semiconductor layer 130, and a second N-type semiconductor layer 140. The semiconductor device 10 is an NPN-type semiconductor device, and has a structure in which a first N-type semiconductor layer 120, a P-type semiconductor layer 130, and a second N-type semiconductor layer 140 are sequentially joined.

半導体装置10の基板110には、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、有機金属気相成長法)装置を用いた結晶成長によって、第1のN型半導体層120と、P型半導体層130と、第2のN型半導体層140とが順に積層した状態で形成されている。   The substrate 110 of the semiconductor device 10 is formed on the first N-type semiconductor layer 120, the P-type semiconductor layer 130, and the first layer by crystal growth using a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus. Two N-type semiconductor layers 140 are sequentially stacked.

図1には、相互に直交するXYZ軸が図示されている。図1のXYZ軸のうち、X軸は、基板110に対して第1のN型半導体層120が積層する積層方向に沿った軸である。X軸に沿ったX軸方向のうち、+X軸方向は、基板110から第1のN型半導体層120に向かう方向であり、−X軸方向は、+X軸方向に対向する方向である。図1のXYZ軸のうち、Y軸およびZ軸は、X軸に直交するとともに相互に直交する軸である。Y軸に沿ったY軸方向のうち、+Y軸方向は、図1の紙面左から紙面右に向かう方向であり、−Y軸方向は、+Y軸方向に対向する方向である。Z軸に沿ったZ軸方向のうち、+Z軸方向は、図1の紙面手前から紙面奥に向かう方向であり、−Z軸方向は、+Z軸方向に対向する方向である。   FIG. 1 shows XYZ axes orthogonal to each other. Of the XYZ axes in FIG. 1, the X axis is an axis along the stacking direction in which the first N-type semiconductor layer 120 is stacked on the substrate 110. Among the X-axis directions along the X-axis, the + X-axis direction is a direction from the substrate 110 toward the first N-type semiconductor layer 120, and the −X-axis direction is a direction facing the + X-axis direction. Among the XYZ axes in FIG. 1, the Y axis and the Z axis are axes that are orthogonal to the X axis and orthogonal to each other. Among the Y-axis directions along the Y-axis, the + Y-axis direction is a direction from the left side to the right side in FIG. 1, and the −Y-axis direction is a direction facing the + Y-axis direction. Among the Z-axis directions along the Z-axis, the + Z-axis direction is a direction from the front side of the paper in FIG. 1 toward the back of the paper surface, and the −Z-axis direction is a direction facing the + Z-axis direction.

半導体装置10の基板110は、Y軸およびZ軸に沿って広がる板状をなす。本実施形態では、基板110は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るとともに、第1のN型半導体層120よりも高い濃度でケイ素(Si)をドナーとして含有する。   The substrate 110 of the semiconductor device 10 has a plate shape extending along the Y axis and the Z axis. In the present embodiment, the substrate 110 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains silicon (Si) as a donor at a higher concentration than the first N-type semiconductor layer 120.

基板110は、界面111と、界面112とを有する。基板110の界面111は、Y軸およびZ軸に平行かつ−X軸方向を向いた面である。基板110の界面112は、Y軸およびZ軸に平行かつ+X軸方向を向いた面であり、界面111に背向する。界面112は、第1のN型半導体層120に隣接する。   The substrate 110 has an interface 111 and an interface 112. The interface 111 of the substrate 110 is a surface parallel to the Y axis and the Z axis and facing the −X axis direction. The interface 112 of the substrate 110 is a surface parallel to the Y axis and the Z axis and facing the + X axis direction, and faces away from the interface 111. The interface 112 is adjacent to the first N-type semiconductor layer 120.

本実施形態では、基板110の界面111には、ドレイン電極とも呼ばれる電極210が形成されている。本実施形態では、電極210は、チタン(Ti)から成る層にアルミニウム(Al)から成る層を積層した電極である。   In the present embodiment, an electrode 210, also called a drain electrode, is formed on the interface 111 of the substrate 110. In the present embodiment, the electrode 210 is an electrode in which a layer made of aluminum (Al) is laminated on a layer made of titanium (Ti).

基板110の厚さは、界面111と界面112との間におけるX軸方向に沿った距離であり、本実施形態では、320μm(マイクロメートル)である。他の実施形態では、基板110の厚さは、10μm〜10mm(ミリメートル)の範囲から選択される他の値であってもよく、この範囲を外れた値であってもよい。   The thickness of the substrate 110 is a distance along the X-axis direction between the interface 111 and the interface 112, and is 320 μm (micrometers) in the present embodiment. In another embodiment, the thickness of the substrate 110 may be another value selected from the range of 10 μm to 10 mm (millimeters), or may be a value outside this range.

半導体装置10における第1のN型半導体層120は、基板110に積層した状態で形成され、Y軸およびZ軸に沿って広がる層をなす。第1のN型半導体層120は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るとともに、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。第1のN型半導体層120は、「n-−GaN」とも呼ばれる。 The first N-type semiconductor layer 120 in the semiconductor device 10 is formed in a state of being stacked on the substrate 110 and forms a layer extending along the Y axis and the Z axis. The first N-type semiconductor layer 120 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains silicon (Si) as a donor. The first N-type semiconductor layer 120 is also referred to as “n -GaN”.

第1のN型半導体層120は、界面121と、界面122とを有する。第1のN型半導体層120における界面121は、Y軸およびZ軸に平行かつ−X軸方向を向いた面である。界面121は、基板110に隣接する。第1のN型半導体層120における界面122は、Y軸およびZ軸に平行かつ+X軸方向を向いた面であり、界面121に背向する。界面122は、P型半導体層130に隣接する。   The first N-type semiconductor layer 120 has an interface 121 and an interface 122. The interface 121 in the first N-type semiconductor layer 120 is a surface parallel to the Y-axis and the Z-axis and facing the −X-axis direction. The interface 121 is adjacent to the substrate 110. The interface 122 in the first N-type semiconductor layer 120 is a surface parallel to the Y axis and the Z axis and facing the + X axis direction, and faces away from the interface 121. The interface 122 is adjacent to the P-type semiconductor layer 130.

第1のN型半導体層120の厚さは、界面121と界面122との間におけるX軸方向に沿った距離であり、本実施形態では、10μmである。他の実施形態では、第1のN型半導体層120の厚さは、5〜15μmの範囲から選択される他の値であってもよく、この範囲を外れた値であってもよい。   The thickness of the first N-type semiconductor layer 120 is a distance along the X-axis direction between the interface 121 and the interface 122, and is 10 μm in this embodiment. In other embodiments, the thickness of the first N-type semiconductor layer 120 may be another value selected from the range of 5 to 15 μm, or may be a value outside this range.

半導体装置10のP型半導体層130は、第1のN型半導体層120に積層した状態で形成され、Y軸およびZ軸に沿って広がる層をなす。P型半導体層130は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るとともに、マグネシウム(Mg)をアクセプタとして含有する。P型半導体層130は、「p−GaN」とも呼ばれる。   The P-type semiconductor layer 130 of the semiconductor device 10 is formed in a state of being stacked on the first N-type semiconductor layer 120, and forms a layer extending along the Y axis and the Z axis. The P-type semiconductor layer 130 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains magnesium (Mg) as an acceptor. The P-type semiconductor layer 130 is also called “p-GaN”.

P型半導体層130は、界面131と、界面132とを有する。P型半導体層130の界面131は、Y軸およびZ軸に平行かつ−X軸方向を向いた面である。界面131は、第1のN型半導体層120に隣接する。P型半導体層130の界面132は、Y軸およびZ軸に平行かつ+X軸方向を向いた面であり、界面131に背向する。界面132における第2のN型半導体層140に隣接する部位と、第2のN型半導体層140に隣接しない部位との間は、平坦であってもよいし、段状であってもよい。   The P-type semiconductor layer 130 has an interface 131 and an interface 132. The interface 131 of the P-type semiconductor layer 130 is a surface parallel to the Y axis and the Z axis and facing the −X axis direction. The interface 131 is adjacent to the first N-type semiconductor layer 120. The interface 132 of the P-type semiconductor layer 130 is a surface parallel to the Y axis and the Z axis and facing the + X axis direction, and faces away from the interface 131. A portion between the portion adjacent to the second N-type semiconductor layer 140 and the portion not adjacent to the second N-type semiconductor layer 140 at the interface 132 may be flat or stepped.

本実施形態では、P型半導体層130の界面132には、第2のN型半導体層140よりも+Y軸方向側に、Pボディ電極とも呼ばれる電極230が形成されている。電極230の詳細については後述する。   In the present embodiment, an electrode 230, also called a P body electrode, is formed on the interface 132 of the P-type semiconductor layer 130 on the + Y-axis direction side of the second N-type semiconductor layer 140. Details of the electrode 230 will be described later.

P型半導体層130の厚さは、界面131と界面132との間におけるX軸方向に沿った距離であり、本実施形態では、1μmである。他の実施形態では、P型半導体層130の厚さは、0.3〜2μmの範囲から選択される他の値であってもよいし、この範囲を外れた値であってもよい。   The thickness of the P-type semiconductor layer 130 is a distance along the X-axis direction between the interface 131 and the interface 132, and is 1 μm in this embodiment. In other embodiments, the thickness of the P-type semiconductor layer 130 may be another value selected from the range of 0.3 to 2 μm, or may be a value outside this range.

半導体装置10における第2のN型半導体層140は、P型半導体層130に積層した状態で形成され、Y軸およびZ軸に沿って広がる層をなす。第2のN型半導体層140は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るとともに、第1のN型半導体層120よりも高い濃度でケイ素(Si)をドナーとして含有する。第2のN型半導体層140は、「n+−GaN」とも呼ばれる。 The second N-type semiconductor layer 140 in the semiconductor device 10 is formed in a state of being stacked on the P-type semiconductor layer 130, and forms a layer extending along the Y axis and the Z axis. The second N-type semiconductor layer 140 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains silicon (Si) as a donor at a higher concentration than the first N-type semiconductor layer 120. The second N-type semiconductor layer 140 is also called “n + -GaN”.

第2のN型半導体層140は、界面141と、界面142と、界面143とを有する。第2のN型半導体層140における界面141は、Y軸およびZ軸に平行かつ−X軸方向を向いた面である。界面141は、P型半導体層130に隣接する。第2のN型半導体層140における界面142は、Y軸およびZ軸に平行かつ+X軸方向を向いた面であり、界面141に背向する。第2のN型半導体層140における界面143は、X軸およびZ軸に平行かつ+Y軸方向を向いた面である。界面143は、P型半導体層130の界面132と、第2のN型半導体層140の界面142との間を繋ぐ面である。第2のN型半導体層140における界面142は、P型半導体層130における第1の界面である界面132との間に、界面143に応じた段差を有する第2の界面である。   The second N-type semiconductor layer 140 has an interface 141, an interface 142, and an interface 143. The interface 141 in the second N-type semiconductor layer 140 is a surface parallel to the Y-axis and the Z-axis and facing the −X-axis direction. The interface 141 is adjacent to the P-type semiconductor layer 130. The interface 142 in the second N-type semiconductor layer 140 is a surface parallel to the Y axis and the Z axis and facing the + X axis direction, and faces away from the interface 141. The interface 143 in the second N-type semiconductor layer 140 is a surface parallel to the X axis and the Z axis and facing the + Y axis direction. The interface 143 is a surface that connects the interface 132 of the P-type semiconductor layer 130 and the interface 142 of the second N-type semiconductor layer 140. The interface 142 in the second N-type semiconductor layer 140 is a second interface having a step corresponding to the interface 143 with the interface 132 that is the first interface in the P-type semiconductor layer 130.

本実施形態では、第2のN型半導体層140の界面142には、ソース電極とも呼ばれる電極240が形成されている。電極240の詳細については後述する。   In the present embodiment, an electrode 240 also called a source electrode is formed at the interface 142 of the second N-type semiconductor layer 140. Details of the electrode 240 will be described later.

第2のN型半導体層140の厚さは、界面141と界面142との間におけるX軸方向に沿った距離であり、本実施形態では、0.2μmである。他の実施形態では、第2のN型半導体層140の厚さは、0.1〜0.5μmの範囲から選択される他の値であってもよし、この範囲を外れた値であってもよい。   The thickness of the second N-type semiconductor layer 140 is a distance along the X-axis direction between the interface 141 and the interface 142, and is 0.2 μm in this embodiment. In another embodiment, the thickness of the second N-type semiconductor layer 140 may be another value selected from the range of 0.1 to 0.5 μm, and is a value outside this range. Also good.

本実施形態では、第1のN型半導体層120とP型半導体層130との各表面にわたって絶縁膜330が形成され、第1のN型半導体層120とP型半導体層130と第2のN型半導体層140との各表面にわたって絶縁膜340が形成されている。本実施形態では、絶縁膜330,340は、二酸化ケイ素(SiO2)から成る層である。 In the present embodiment, an insulating film 330 is formed over each surface of the first N-type semiconductor layer 120 and the P-type semiconductor layer 130, and the first N-type semiconductor layer 120, the P-type semiconductor layer 130, and the second N-type semiconductor layer 130 are formed. An insulating film 340 is formed over each surface of the mold semiconductor layer 140. In the present embodiment, the insulating films 330 and 340 are layers made of silicon dioxide (SiO 2 ).

本実施形態では、ゲート電極とも呼ばれる電極250が、第1のN型半導体層120とP型半導体層130と第2のN型半導体層140との各表面にわたって、絶縁膜340を間に挟む状態で形成されている。本実施形態では、電極250は、アルミニウム(Al)から主に成る電極である。   In this embodiment, the electrode 250, also called a gate electrode, sandwiches the insulating film 340 across the surfaces of the first N-type semiconductor layer 120, the P-type semiconductor layer 130, and the second N-type semiconductor layer 140. It is formed with. In the present embodiment, the electrode 250 is an electrode mainly made of aluminum (Al).

A2.電極の詳細構成:
半導体装置10の電極230は、P型半導体層130の界面132に対して、順に、パラジウム(Pd)から成る第1の金属層と、チタン(Ti)から成る第2の金属層と、アルミニウム(Al)から成る第3の金属層と、を積層した後、窒素(N2)から主に成る雰囲気ガスを用いて焼成することによって形成される。本実施形態では、第1の金属層の厚さは20nm(ナノメートル)であり、第2の金属層の厚さは35nmであり、第3の金属層の厚さは300nmである。本実施形態では、電極230を焼成する雰囲気ガスの温度は500℃であり、電極230を焼成する時間は5分である。
A2. Detailed electrode configuration:
The electrode 230 of the semiconductor device 10 includes, in order with respect to the interface 132 of the P-type semiconductor layer 130, a first metal layer made of palladium (Pd), a second metal layer made of titanium (Ti), and aluminum ( A third metal layer made of Al) is laminated, and then fired using an atmospheric gas mainly made of nitrogen (N 2 ). In the present embodiment, the thickness of the first metal layer is 20 nm (nanometers), the thickness of the second metal layer is 35 nm, and the thickness of the third metal layer is 300 nm. In this embodiment, the temperature of the atmospheric gas for firing the electrode 230 is 500 ° C., and the time for firing the electrode 230 is 5 minutes.

電極230は、第1の成分であるパラジウム(Pd)と、第2の成分であるチタン(Ti)と、第3の成分であるアルミニウム(Al)とから主に成る。電極230の表面から内部に向かう深さ方向は、図1の−X軸方向である。半導体装置10の電極240は、第2のN型半導体層140の界面142に対して形成される点を除き、電極230と同様である。   The electrode 230 is mainly composed of palladium (Pd) as the first component, titanium (Ti) as the second component, and aluminum (Al) as the third component. The depth direction from the surface of the electrode 230 toward the inside is the −X axis direction of FIG. 1. The electrode 240 of the semiconductor device 10 is the same as the electrode 230 except that the electrode 240 is formed with respect to the interface 142 of the second N-type semiconductor layer 140.

図9は、電極230を構成する成分の分布割合を示すグラフである。図9のグラフにおける縦軸は、元素の存在率を示す。図9のグラフにおける横軸は、電極230の表面からの深さを酸化ケイ素(SiO2)のエッチングレートに換算したスパッタ深さを示す。図9のグラフにおける横軸の値が0を示す位置は、電極230の表面に相当する。図9におけるガリウム(Ga)および窒素(N)の各成分は、P型半導体層130に由来する成分である。電極240を構成する成分の分布割合は、電極230と同様である。 FIG. 9 is a graph showing the distribution ratio of components constituting the electrode 230. The vertical axis in the graph of FIG. 9 indicates the abundance ratio of elements. The horizontal axis in the graph of FIG. 9 indicates the sputter depth obtained by converting the depth from the surface of the electrode 230 into the etching rate of silicon oxide (SiO 2 ). The position where the value of the horizontal axis in the graph of FIG. 9 indicates 0 corresponds to the surface of the electrode 230. Each component of gallium (Ga) and nitrogen (N) in FIG. 9 is a component derived from the P-type semiconductor layer 130. The distribution ratio of the components constituting the electrode 240 is the same as that of the electrode 230.

深さT1は、第1の成分であるPdの分布割合が最大値P1となる深さである。深さT2は、第2の成分であるTiの分布割合が最大値P2となる深さである。深さT3は、第3の成分であるAlの分布割合が最大値P3となる深さである。深さT1および深さT2は、深さT3より深い位置にある。本実施形態では、深さT1は、深さT2より深い位置にある。   The depth T1 is a depth at which the distribution ratio of Pd as the first component becomes the maximum value P1. The depth T2 is a depth at which the distribution ratio of Ti as the second component becomes the maximum value P2. The depth T3 is a depth at which the distribution ratio of Al as the third component becomes the maximum value P3. The depth T1 and the depth T2 are deeper than the depth T3. In the present embodiment, the depth T1 is at a position deeper than the depth T2.

最大値P1は、深さT1におけるTiの分布割合である値R2_T1より高い。最大値P1は、深さT1におけるAlの分布割合である値R3_T1より低い。   The maximum value P1 is higher than a value R2_T1 that is a distribution ratio of Ti at the depth T1. The maximum value P1 is lower than a value R3_T1 which is a distribution ratio of Al at the depth T1.

最大値P2は、深さT2におけるPdの分布割合である値R1_T2より高い。最大値P2は、深さT2におけるAlの分布割合である値R3_T2より低い。   The maximum value P2 is higher than a value R1_T2 that is a distribution ratio of Pd at the depth T2. The maximum value P2 is lower than a value R3_T2 that is a distribution ratio of Al at the depth T2.

最大値P1と最大値P2と最大値P3との関係は、P1<P2<P3を満たす。   The relationship among the maximum value P1, the maximum value P2, and the maximum value P3 satisfies P1 <P2 <P3.

A3.半導体装置の製造方法:
図2は、半導体装置10の製造方法を示す工程図である。半導体装置10を製造する際には、まず、製造者は、基板110上に第1のN型半導体層120とP型半導体層130と第2のN型半導体層140とが形成された半導体装置10の中間製品を用意する(工程P120)。
A3. Manufacturing method of semiconductor device:
FIG. 2 is a process diagram illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 10. When manufacturing the semiconductor device 10, the manufacturer firstly includes a semiconductor device in which the first N-type semiconductor layer 120, the P-type semiconductor layer 130, and the second N-type semiconductor layer 140 are formed on the substrate 110. Ten intermediate products are prepared (process P120).

半導体装置10の中間製品を用意した後(工程P120)、製造者は、半導体装置10の中間製品における+X軸方向を向く面にフォトレジストを塗布する(工程P130)。   After preparing the intermediate product of the semiconductor device 10 (process P120), the manufacturer applies a photoresist to the surface facing the + X-axis direction of the intermediate product of the semiconductor device 10 (process P130).

フォトレジストを塗布した後(工程P130)、製造者は、電極230,240のパターンが形成されたフォトマスクを用いたフォトリソグラフィによって、電極230,240に対応する開口部をフォトレジストに形成する(工程P140)。   After applying the photoresist (process P130), the manufacturer forms openings corresponding to the electrodes 230, 240 in the photoresist by photolithography using a photomask in which the patterns of the electrodes 230, 240 are formed (step P130). Step P140).

フォトリソグラフィの後(工程P140)、製造者は、半導体装置10の中間製品におけるフォトレジストが形成された側の面に対して、第1の金属層を蒸着によって形成する(工程P152)。これによって、フォトレジストの開口部から露出した界面132と界面142とに第1の金属層が形成される。工程P152において形成される第1の金属層は、パラジウム(Pd)、白金(Pt)およびニッケル(Ni)の少なくとも1つから主になる金属層であることが好ましく、本実施形態では、Pdから成る金属層である。工程P152において形成される第1の金属層の厚さは、5〜100nmであることが好ましく、本実施形態では、20nmである。   After photolithography (process P140), the manufacturer forms a first metal layer by vapor deposition on the surface of the intermediate product of the semiconductor device 10 on which the photoresist is formed (process P152). As a result, a first metal layer is formed at the interface 132 and the interface 142 exposed from the opening of the photoresist. The first metal layer formed in the process P152 is preferably a metal layer mainly composed of at least one of palladium (Pd), platinum (Pt), and nickel (Ni). In this embodiment, from the Pd A metal layer. The thickness of the first metal layer formed in the process P152 is preferably 5 to 100 nm, and in this embodiment, 20 nm.

第1の金属層の形成に続いて(工程P152)、製造者は、半導体装置10の中間製品における第1の金属層が形成された側の面に対して、チタン(Ti)から成る第2の金属層を蒸着によって形成する(工程P154)。これによって、フォトレジストの開口部から露出した界面132と界面142とに形成された第1の金属層の上に、第2の金属層が積層される。工程P154において形成される第2の金属層の厚さは、5〜50nmであることが好ましく、本実施形態では、35nmである。   Subsequent to the formation of the first metal layer (process P152), the manufacturer makes a second made of titanium (Ti) with respect to the surface of the intermediate product of the semiconductor device 10 on which the first metal layer is formed. The metal layer is formed by vapor deposition (process P154). As a result, the second metal layer is laminated on the first metal layer formed at the interface 132 and the interface 142 exposed from the opening of the photoresist. The thickness of the second metal layer formed in the process P154 is preferably 5 to 50 nm, and in the present embodiment, it is 35 nm.

第2の金属層の形成に続いて(工程P154)、製造者は、半導体装置10の中間製品における第2の金属層が形成された側の面に対して、アルミニウム(Al)から成る第3の金属層を蒸着によって形成する(工程P156)。これによって、フォトレジストの開口部から露出した界面132と界面142とに形成された第2の金属層の上に、第3の金属層が積層される。工程P156において形成される第3の金属層の厚さは、100nm以上であることが好ましく、本実施形態では、300nmである。   Subsequent to the formation of the second metal layer (process P154), the manufacturer performs a third step of forming aluminum (Al) on the surface of the intermediate product of the semiconductor device 10 on which the second metal layer is formed. The metal layer is formed by vapor deposition (process P156). As a result, the third metal layer is laminated on the second metal layer formed at the interface 132 and the interface 142 exposed from the opening of the photoresist. The thickness of the third metal layer formed in the process P156 is preferably 100 nm or more, and in this embodiment, is 300 nm.

第3の金属層を形成した後(工程P154)、製造者は、半導体装置10の中間製品からフォトレジストを除去する(工程P160)。   After forming the third metal layer (process P154), the manufacturer removes the photoresist from the intermediate product of the semiconductor device 10 (process P160).

フォトレジストを除去した後(工程P160)、製造者は、焼成装置を用いて半導体装置10の中間製品を加熱処理し、第1の金属層と第2の金属層と第3の金属層とを焼成することによって、電極230,240を形成する(工程P170)。本実施形態では、工程P170の加熱処理に用いられる雰囲気ガスは、窒素(N2)から主になり、酸素(O2)を含有してもよい。工程P170の加熱処理に用いられる雰囲気ガスは、450〜550℃の範囲から選択される温度であることが好ましく、本実施形態では、雰囲気ガスの温度(熱処理温度)は、500℃である。工程P170の加熱処理を実施する時間は、数秒〜10分程度であることが好ましく、本実施形態では、加熱処理を実施する時間は、5分間である。 After removing the photoresist (process P160), the manufacturer heat-processes the intermediate product of the semiconductor device 10 using a baking apparatus, and removes the first metal layer, the second metal layer, and the third metal layer. By firing, the electrodes 230 and 240 are formed (process P170). In the present embodiment, the atmospheric gas used for the heat treatment in the process P170 is mainly made of nitrogen (N 2 ) and may contain oxygen (O 2 ). The atmospheric gas used for the heat treatment in the process P170 is preferably a temperature selected from a range of 450 to 550 ° C. In this embodiment, the temperature of the atmospheric gas (heat treatment temperature) is 500 ° C. The time for performing the heat treatment of the process P170 is preferably about several seconds to 10 minutes. In this embodiment, the time for performing the heat treatment is 5 minutes.

本実施形態では、電極230,240を形成した後(工程P170)、製造者は、電極210,250と、絶縁膜330,340とを形成する。これによって、半導体装置10が完成する。他の実施形態では、製造者は、電極210を形成する工程の少なくとも一部を、電極230,240の形成に先立って、または、電極230,240の形成と同時に行ってもよい。他の実施形態では、製造者は、電極250を形成する工程の少なくとも一部を、電極230,240の形成に先立って、または、電極230,240の形成と同時に行ってもよい。他の実施形態では、製造者は、絶縁膜330,340を形成する工程の少なくとも一部を、電極230,240の形成に先立って行ってもよい。   In this embodiment, after forming the electrodes 230 and 240 (process P170), the manufacturer forms the electrodes 210 and 250 and the insulating films 330 and 340. Thereby, the semiconductor device 10 is completed. In other embodiments, the manufacturer may perform at least a portion of the process of forming the electrode 210 prior to the formation of the electrodes 230, 240 or simultaneously with the formation of the electrodes 230, 240. In other embodiments, the manufacturer may perform at least a portion of the process of forming the electrode 250 prior to the formation of the electrodes 230, 240 or simultaneously with the formation of the electrodes 230, 240. In another embodiment, the manufacturer may perform at least a part of the process of forming the insulating films 330 and 340 prior to the formation of the electrodes 230 and 240.

A4.電極の評価試験:
図3は、熱処理温度が電極の接触抵抗に及ぼす影響を評価した結果を示すグラフである。図3の評価試験では、発明者は、相互に異なる金属層から形成される電極である8系統の試料S1〜S8について、工程P170の熱処理温度を変えて焼成し、GaN系のP型半導体層に形成した場合の接触抵抗と、GaN系のN型半導体層に形成した場合の接触抵抗とを測定した。これによって、発明者は、GaN系のP型半導体層に形成した試料S1〜S8と、GaN系のN型半導体層に形成した試料S1〜S8とについて、熱処理温度に応じた接触抵抗の変化を確認した。図3の評価試験では、工程P170の加熱処理を実施する時間は、5分間である。
A4. Electrode evaluation test:
FIG. 3 is a graph showing the results of evaluating the influence of the heat treatment temperature on the contact resistance of the electrode. In the evaluation test of FIG. 3, the inventor baked eight samples S1 to S8, which are electrodes formed from different metal layers, by changing the heat treatment temperature in step P170, and the GaN-based P-type semiconductor layer. The contact resistance when formed on and the contact resistance when formed on a GaN-based N-type semiconductor layer were measured. Accordingly, the inventor changed the contact resistance according to the heat treatment temperature for the samples S1 to S8 formed on the GaN-based P-type semiconductor layer and the samples S1 to S8 formed on the GaN-based N-type semiconductor layer. confirmed. In the evaluation test of FIG. 3, the time for performing the heat treatment in the process P170 is 5 minutes.

図3には、熱処理温度に応じた試料S1〜S8の接触抵抗を示す片対数グラフが図示されている。図3のグラフでは、横軸は、工程P158における熱処理温度を示し、縦軸は、対数目盛を用いて接触抵抗を示す。図3のグラフでは、GaN系のP型半導体層に形成した各試料の測定値は、実線を用いて表され、GaN系のN型半導体層に形成した各試料の測定値は、破線を用いて表される。   FIG. 3 shows a semilogarithmic graph showing the contact resistance of samples S1 to S8 according to the heat treatment temperature. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis indicates the heat treatment temperature in step P158, and the vertical axis indicates the contact resistance using a logarithmic scale. In the graph of FIG. 3, the measurement value of each sample formed on the GaN-based P-type semiconductor layer is represented by a solid line, and the measurement value of each sample formed on the GaN-based N-type semiconductor layer is represented by a broken line. It is expressed as

試料S1〜S6の各々は、パラジウム(Pd)から成る第1の金属層と、チタン(Ti)から成る第2の金属層と、アルミニウム(Al)から成る第3の金属層とを、半導体層側から順に積層した電極である。   Each of the samples S1 to S6 includes a first metal layer made of palladium (Pd), a second metal layer made of titanium (Ti), and a third metal layer made of aluminum (Al). It is the electrode laminated in order from the side.

試料S1では、第1の金属層の厚さは5nmであり、第2の金属層の厚さは17.5nmであり、第3の金属層の厚さは300nmである。試料S2では、第1の金属層の厚さは5nmであり、第2の金属層の厚さは35nmであり、第3の金属層の厚さは300nmである。   In sample S1, the thickness of the first metal layer is 5 nm, the thickness of the second metal layer is 17.5 nm, and the thickness of the third metal layer is 300 nm. In sample S2, the thickness of the first metal layer is 5 nm, the thickness of the second metal layer is 35 nm, and the thickness of the third metal layer is 300 nm.

試料S3では、第1の金属層の厚さは20nmであり、第2の金属層の厚さは17.5nmであり、第3の金属層の厚さは300nmである。試料S4では、第1の金属層の厚さは20nmであり、第2の金属層の厚さは35nmであり、第3の金属層の厚さは300nmである。   In sample S3, the thickness of the first metal layer is 20 nm, the thickness of the second metal layer is 17.5 nm, and the thickness of the third metal layer is 300 nm. In sample S4, the thickness of the first metal layer is 20 nm, the thickness of the second metal layer is 35 nm, and the thickness of the third metal layer is 300 nm.

試料S5では、第1の金属層の厚さは50nmであり、第2の金属層の厚さは17.5nmであり、第3の金属層の厚さは300nmである。試料S6では、第1の金属層の厚さは50nmであり、第2の金属層の厚さは35nmであり、第3の金属層の厚さは300nmである。   In sample S5, the thickness of the first metal layer is 50 nm, the thickness of the second metal layer is 17.5 nm, and the thickness of the third metal layer is 300 nm. In sample S6, the thickness of the first metal layer is 50 nm, the thickness of the second metal layer is 35 nm, and the thickness of the third metal layer is 300 nm.

試料S7は、パラジウム(Pd)から成る厚さ50nmの電極である。GaN系のN型半導体層に形成した試料S7の接触抵抗の測定値は、1×102Ωcm2を超える値であり、図3には図示されていない。 Sample S7 is an electrode made of palladium (Pd) and having a thickness of 50 nm. The measured value of the contact resistance of the sample S7 formed on the GaN-based N-type semiconductor layer exceeds 1 × 10 2 Ωcm 2 and is not shown in FIG.

試料S8は、チタン(Ti)から成る厚さ17.5nmの金属層と、アルミニウム(Al)から成る厚さ300nmの金属層とを、半導体層側から順に積層した電極である。GaN系のP型半導体層に形成した試料S8の接触抵抗の測定値は、1×102Ωcm2を超える値であり、図3には図示されていない。 Sample S8 is an electrode in which a metal layer made of titanium (Ti) having a thickness of 17.5 nm and a metal layer made of aluminum (Al) having a thickness of 300 nm are stacked in this order from the semiconductor layer side. The measured value of the contact resistance of the sample S8 formed on the GaN-based P-type semiconductor layer exceeds 1 × 10 2 Ωcm 2 and is not shown in FIG.

図3の結果から、GaN系のP型半導体層に形成された第1の電極と、GaN系のN型半導体層と形成された第2の電極とを同一構造としながら、各電極の接触抵抗を抑制するためには、Pdから成る第1の金属層と、Tiから成る第2の金属層と、Alから成る第3の金属層とを半導体層側から順に積層した構造の場合、工程P170の熱処理温度は、450〜550℃であることが好ましい。   From the result of FIG. 3, the first electrode formed in the GaN-based P-type semiconductor layer and the second electrode formed in the GaN-based N-type semiconductor layer have the same structure, and the contact resistance of each electrode. In the case of a structure in which a first metal layer made of Pd, a second metal layer made of Ti, and a third metal layer made of Al are laminated in this order from the semiconductor layer side, the process P170 is performed. The heat treatment temperature is preferably 450 to 550 ° C.

図4は、電極におけるパラジウム(Pd)およびチタン(Ti)の各層厚が接触抵抗に及ぼす影響を評価した結果を示すグラフである。図4のグラフには、図3の評価試験で確認された測定値のうち、500℃の熱処理温度で形成した試料S1〜S6についての測定値が表されている。図4には、Pdの層厚に応じた試料S1〜S6の接触抵抗を示す片対数グラフが図示されている。図4のグラフでは、横軸は、Pdの層厚を示し、縦軸は、対数目盛を用いて接触抵抗を示す。図4のグラフでは、GaN系のP型半導体層に形成した各試料の測定値は、実線を用いて表され、GaN系のN型半導体層に形成した各試料の測定値は、破線を用いて表される。   FIG. 4 is a graph showing the results of evaluating the influence of palladium (Pd) and titanium (Ti) layer thickness on the contact resistance in the electrode. In the graph of FIG. 4, among the measured values confirmed in the evaluation test of FIG. 3, measured values for samples S1 to S6 formed at a heat treatment temperature of 500 ° C. are shown. FIG. 4 shows a semilogarithmic graph showing the contact resistance of samples S1 to S6 according to the layer thickness of Pd. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis indicates the layer thickness of Pd, and the vertical axis indicates the contact resistance using a logarithmic scale. In the graph of FIG. 4, the measurement value of each sample formed on the GaN-based P-type semiconductor layer is represented by a solid line, and the measurement value of each sample formed on the GaN-based N-type semiconductor layer is represented by a broken line. It is expressed as

図4の結果から、電極は、Pdの層厚を20nmとし、Tiの層厚を35nmとし、Alの層厚を300nmとする構造を中心として、GaN系のP型半導体層とGaN系のN型半導体層との双方に対する接触抵抗をバランス良く抑制可能であることが確認された。   From the results shown in FIG. 4, the electrode has a GaN-based P-type semiconductor layer and a GaN-based N-type semiconductor, with a Pd layer thickness of 20 nm, a Ti layer thickness of 35 nm, and an Al layer thickness of 300 nm. It was confirmed that the contact resistance with both the type semiconductor layer can be suppressed in a well-balanced manner.

A5.効果:
以上説明した第1実施形態によれば、電極230と電極240とを同一構造としながら、電極230および電極240の各接触抵抗を抑制することができる。そのため、電極230と電極240との共通化を図ることができる。したがって、電極230と電極240とを形成するための工数を削減することができ、結果的に半導体装置10の低コスト化を図ることができる。
A5. effect:
According to the first embodiment described above, each contact resistance of the electrode 230 and the electrode 240 can be suppressed while the electrode 230 and the electrode 240 have the same structure. Therefore, the electrode 230 and the electrode 240 can be shared. Therefore, the number of steps for forming the electrode 230 and the electrode 240 can be reduced, and as a result, the cost of the semiconductor device 10 can be reduced.

A6.第1変形例:
第1変形例における半導体装置10は、電極230,240の詳細構成が異なる点を除き、上述の実施形態と同様である。第1変形例における電極230,240は、チタン(Ti)から成る第2の金属層の厚さが17.5nmである点を除き、上述の実施形態と同様に形成される。
A6. First modification:
The semiconductor device 10 in the first modified example is the same as that in the above-described embodiment except that the detailed configurations of the electrodes 230 and 240 are different. The electrodes 230 and 240 in the first modified example are formed in the same manner as in the above embodiment except that the thickness of the second metal layer made of titanium (Ti) is 17.5 nm.

図10は、第1変形例における電極230,240を構成する成分の分布割合を示すグラフである。図10のグラフにおける縦軸および横軸は、図9と同様である。   FIG. 10 is a graph showing a distribution ratio of components constituting the electrodes 230 and 240 in the first modification. The vertical axis and the horizontal axis in the graph of FIG. 10 are the same as those in FIG.

第1変形例では、上述の実施形態と同様に、深さT1および深さT2は、深さT3より深い位置にある。第1変形例では、深さT1は、深さT2より深い位置にある。   In the first modified example, the depth T1 and the depth T2 are at positions deeper than the depth T3, as in the above-described embodiment. In the first modification, the depth T1 is at a position deeper than the depth T2.

第1変形例では、上述の実施形態と同様に、最大値P1は、深さT1におけるTiの分布割合である値R2_T1より高い。最大値P1は、深さT1におけるAlの分布割合である値R3_T1より低い。   In the first modification, as in the above-described embodiment, the maximum value P1 is higher than the value R2_T1, which is the Ti distribution ratio at the depth T1. The maximum value P1 is lower than a value R3_T1 which is a distribution ratio of Al at the depth T1.

第1変形例では、上述の実施形態と同様に、最大値P2は、深さT2におけるPdの分布割合である値R1_T2より高い。最大値P2は、深さT2におけるAlの分布割合である値R3_T2より低い。   In the first modification, as in the above-described embodiment, the maximum value P2 is higher than the value R1_T2 that is the distribution ratio of Pd at the depth T2. The maximum value P2 is lower than a value R3_T2 that is a distribution ratio of Al at the depth T2.

第1変形例では、上述の実施形態と同様に、最大値P1と最大値P2と最大値P3との関係は、P1<P2<P3を満たす。第1変形例では、最大値P1と最大値P2とは、ほぼ等しい。   In the first modification, as in the above-described embodiment, the relationship among the maximum value P1, the maximum value P2, and the maximum value P3 satisfies P1 <P2 <P3. In the first modification, the maximum value P1 and the maximum value P2 are substantially equal.

以上説明した第1変形例によれば、上述の実施形態と同様に、電極230と電極240との共通化を図ることができる。   According to the first modification described above, the electrode 230 and the electrode 240 can be shared as in the above-described embodiment.

A7.第2変形例:
第2変形例における半導体装置10は、電極230,240の詳細構成が異なる点を除き、上述の実施形態と同様である。第2変形例における電極230,240は、パラジウム(Pd)から成る第1の金属層の厚さが5nmであり、チタン(Ti)から成る第2の金属層の厚さが17.5nmである点を除き、上述の実施形態と同様に形成される。
A7. Second modification:
The semiconductor device 10 in the second modification is the same as that in the above-described embodiment except that the detailed configurations of the electrodes 230 and 240 are different. In the electrodes 230 and 240 in the second modification, the thickness of the first metal layer made of palladium (Pd) is 5 nm, and the thickness of the second metal layer made of titanium (Ti) is 17.5 nm. Except for the point, it is formed in the same manner as the above-described embodiment.

図11は、第2変形例における電極230,240を構成する成分の分布割合を示すグラフである。図11のグラフにおける縦軸および横軸は、図9と同様である。   FIG. 11 is a graph showing a distribution ratio of components constituting the electrodes 230 and 240 in the second modification. The vertical axis and horizontal axis in the graph of FIG. 11 are the same as those in FIG.

第2変形例では、上述の実施形態と同様に、深さT1および深さT2は、深さT3より深い位置にある。第2変形例では、深さT2は、深さT1より深い位置にある。   In the second modification, as in the above-described embodiment, the depth T1 and the depth T2 are at positions deeper than the depth T3. In the second modification, the depth T2 is at a position deeper than the depth T1.

第2変形例では、上述の実施形態と同様に、最大値P1は、深さT1におけるTiの分布割合である値R2_T1より高い。最大値P1は、深さT1におけるAlの分布割合である値R3_T1より低い。   In the second modification, as in the above-described embodiment, the maximum value P1 is higher than the value R2_T1, which is the Ti distribution ratio at the depth T1. The maximum value P1 is lower than a value R3_T1 which is a distribution ratio of Al at the depth T1.

第2変形例では、上述の実施形態と同様に、最大値P2は、深さT2におけるPdの分布割合である値R1_T2より高い。最大値P2は、深さT2におけるAlの分布割合である値R3_T2より低い。   In the second modification, as in the above-described embodiment, the maximum value P2 is higher than the value R1_T2 that is the distribution ratio of Pd at the depth T2. The maximum value P2 is lower than a value R3_T2 that is a distribution ratio of Al at the depth T2.

第2変形例では、上述の実施形態と同様に、最大値P1と最大値P2と最大値P3との関係は、P1<P2<P3を満たす。   In the second modification, as in the above-described embodiment, the relationship among the maximum value P1, the maximum value P2, and the maximum value P3 satisfies P1 <P2 <P3.

以上説明した第2変形例によれば、上述の実施形態と同様に、電極230と電極240との共通化を図ることができる。   According to the second modification described above, the electrode 230 and the electrode 240 can be shared as in the above-described embodiment.

B.第2実施形態:
図5は、第2実施形態における半導体装置10Bの構成を模式的に示す断面図である。第2実施形態の半導体装置10Bは、電極230および電極240に代えて、電極260を備える点を除き、第1実施形態の半導体装置10と同様である。
B. Second embodiment:
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 10B in the second embodiment. The semiconductor device 10B according to the second embodiment is the same as the semiconductor device 10 according to the first embodiment, except that an electrode 260 is provided instead of the electrode 230 and the electrode 240.

半導体装置10Bの電極260は、P型半導体層130の界面132から、第2のN型半導体層140における界面143を介して、第2のN型半導体層140における界面142にわたって一体的に形成された電極である。電極260は、P型半導体層130に形成された第1の電極として機能するとともに、第2のN型半導体層140に形成された第2の電極として機能する。言い換えると、電極260は、P型半導体層130に形成された第1の電極と、第2のN型半導体層140に形成された第2の電極とによって構成されている。第2実施形態の電極260の詳細構成および製造方法は、第1実施形態の電極230,240と同様である。   The electrode 260 of the semiconductor device 10B is integrally formed from the interface 132 of the P-type semiconductor layer 130 to the interface 142 of the second N-type semiconductor layer 140 through the interface 143 of the second N-type semiconductor layer 140. Electrode. The electrode 260 functions as a first electrode formed in the P-type semiconductor layer 130 and also functions as a second electrode formed in the second N-type semiconductor layer 140. In other words, the electrode 260 is composed of a first electrode formed on the P-type semiconductor layer 130 and a second electrode formed on the second N-type semiconductor layer 140. The detailed configuration and manufacturing method of the electrode 260 of the second embodiment are the same as those of the electrodes 230 and 240 of the first embodiment.

以上説明した第2実施形態によれば、P型半導体層130から段差を超えて第2のN型半導体層140にわたって一体的に形成された電極260の各半導体層に対する接触抵抗を抑制することができる。その結果、第1実施形態と同様に、半導体装置10Bの低コスト化を図ることができる。また、P型半導体層130および第2のN型半導体層140の各層に電極を個別に形成する場合と比較して、フォトリソグラフィの重ね合わせ精度を緩和することができ、結果的に半導体装置10Bの微細化を図ることができる。   According to the second embodiment described above, the contact resistance of each electrode 260 of the electrode 260 integrally formed across the second N-type semiconductor layer 140 across the step from the P-type semiconductor layer 130 can be suppressed. it can. As a result, the cost of the semiconductor device 10B can be reduced as in the first embodiment. Further, compared with the case where electrodes are individually formed on each of the P-type semiconductor layer 130 and the second N-type semiconductor layer 140, the overlay accuracy of photolithography can be relaxed, and as a result, the semiconductor device 10B. Can be miniaturized.

C.第3実施形態:
図6は、第3実施形態における半導体装置50の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置50は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置50は、発光素子であり、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)とも呼ばれる。
C. Third embodiment:
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 50 according to the third embodiment. The semiconductor device 50 is a GaN-based semiconductor device formed using gallium nitride (GaN). In the present embodiment, the semiconductor device 50 is a light emitting element and is also called a light emitting diode (LED).

半導体装置50は、N型半導体層510と、発光層520と、P型半導体層530とを備える。半導体装置50は、N型半導体層510と、発光層520と、P型半導体層530とが順に接合した構造を有する。   The semiconductor device 50 includes an N-type semiconductor layer 510, a light emitting layer 520, and a P-type semiconductor layer 530. The semiconductor device 50 has a structure in which an N-type semiconductor layer 510, a light emitting layer 520, and a P-type semiconductor layer 530 are joined in order.

半導体装置50のN型半導体層510は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るとともに、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。N型半導体層510は、「n−GaN」とも呼ばれる。   The N-type semiconductor layer 510 of the semiconductor device 50 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains silicon (Si) as a donor. The N-type semiconductor layer 510 is also referred to as “n-GaN”.

N型半導体層510には、電極610が形成されている。電極610の詳細構成および製造方法は、第1実施形態の電極240と同様である。   An electrode 610 is formed on the N-type semiconductor layer 510. The detailed configuration and manufacturing method of the electrode 610 are the same as those of the electrode 240 of the first embodiment.

半導体装置50の発光層520は、発光可能に構成された半導体層であり、本実施形態では、窒化インジウムガリウム(InGaN)から主に成る。   The light emitting layer 520 of the semiconductor device 50 is a semiconductor layer configured to be capable of emitting light, and is mainly composed of indium gallium nitride (InGaN) in the present embodiment.

半導体装置50のP型半導体層530は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るとともに、マグネシウム(Mg)をアクセプタとして含有する。P型半導体層530は、「p−GaN」とも呼ばれる。   The P-type semiconductor layer 530 of the semiconductor device 50 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains magnesium (Mg) as an acceptor. The P-type semiconductor layer 530 is also called “p-GaN”.

P型半導体層530には、電極630が形成されている。電極630の詳細構成および製造方法は、第1実施形態の電極230と同様である。   An electrode 630 is formed on the P-type semiconductor layer 530. The detailed configuration and manufacturing method of the electrode 630 are the same as those of the electrode 230 of the first embodiment.

以上説明した第3実施形態によれば、電極610と電極630とを同一構造としながら、電極610および電極630の各接触抵抗を抑制することができる。その結果、第1実施形態と同様に、半導体装置50の低コスト化を図ることができる。   According to the third embodiment described above, the contact resistances of the electrode 610 and the electrode 630 can be suppressed while the electrode 610 and the electrode 630 have the same structure. As a result, the cost of the semiconductor device 50 can be reduced as in the first embodiment.

D.第4実施形態:
図7は、第4実施形態における半導体装置70の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置70は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。半導体装置70は、P型半導体層710と、N型半導体層720と、電極730とを備える。半導体装置70は、P型半導体層710における表面側の一部をN型半導体層720に置き換えた構造を有する。
D. Fourth embodiment:
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 70 in the fourth embodiment. The semiconductor device 70 is a GaN-based semiconductor device formed using gallium nitride (GaN). The semiconductor device 70 includes a P-type semiconductor layer 710, an N-type semiconductor layer 720, and an electrode 730. The semiconductor device 70 has a structure in which a part of the surface side of the P-type semiconductor layer 710 is replaced with an N-type semiconductor layer 720.

半導体装置70のP型半導体層710は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るとともに、マグネシウム(Mg)をアクセプタとして含有する。P型半導体層710は、「p−GaN」とも呼ばれる。   The P-type semiconductor layer 710 of the semiconductor device 70 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains magnesium (Mg) as an acceptor. The P-type semiconductor layer 710 is also referred to as “p-GaN”.

半導体装置70のN型半導体層720は、窒化ガリウム(GaN)から主になる成るとともに、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。N型半導体層720は、「n−GaN」とも呼ばれる。   The N-type semiconductor layer 720 of the semiconductor device 70 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains silicon (Si) as a donor. The N-type semiconductor layer 720 is also referred to as “n-GaN”.

半導体装置70の電極730は、P型半導体層710からN型半導体層720にわたって一体的に形成された電極である。電極730は、P型半導体層710に形成された第1の電極として機能するとともに、N型半導体層720に形成された第2の電極として機能する。言い換えると、電極730は、P型半導体層710に形成された第1の電極と、N型半導体層720に形成された第2の電極とによって構成されている。第4実施形態の電極730の詳細構成および製造方法は、第1実施形態の電極230,240と同様である。   The electrode 730 of the semiconductor device 70 is an electrode formed integrally from the P-type semiconductor layer 710 to the N-type semiconductor layer 720. The electrode 730 functions as a first electrode formed in the P-type semiconductor layer 710 and also functions as a second electrode formed in the N-type semiconductor layer 720. In other words, the electrode 730 includes a first electrode formed on the P-type semiconductor layer 710 and a second electrode formed on the N-type semiconductor layer 720. The detailed configuration and manufacturing method of the electrode 730 of the fourth embodiment are the same as those of the electrodes 230 and 240 of the first embodiment.

以上説明した第4実施形態によれば、P型半導体層710からN型半導体層720にわたって一体的に形成された電極730の各半導体層に対する接触抵抗を抑制することができる。その結果、第1実施形態と同様に、半導体装置70の低コスト化を図ることができる。また、P型半導体層710およびN型半導体層720の各層に電極を個別に形成する場合と比較して、フォトリソグラフィの重ね合わせ精度を緩和することができ、結果的に半導体装置70の微細化を図ることができる。   According to the fourth embodiment described above, the contact resistance of the electrode 730 formed integrally from the P-type semiconductor layer 710 to the N-type semiconductor layer 720 to each semiconductor layer can be suppressed. As a result, the cost of the semiconductor device 70 can be reduced as in the first embodiment. Further, compared with the case where electrodes are individually formed on each of the P-type semiconductor layer 710 and the N-type semiconductor layer 720, the overlay accuracy of photolithography can be relaxed, resulting in the miniaturization of the semiconductor device 70. Can be achieved.

E.第5実施形態:
図8は、第5実施形態における半導体装置80の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置80は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。半導体装置80は、N型半導体層810と、P型半導体層820と、電極830とを備える。半導体装置80は、N型半導体層810における表面側の一部をP型半導体層820に置き換えた構造を有する。
E. Fifth embodiment:
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 80 in the fifth embodiment. The semiconductor device 80 is a GaN-based semiconductor device formed using gallium nitride (GaN). The semiconductor device 80 includes an N-type semiconductor layer 810, a P-type semiconductor layer 820, and an electrode 830. The semiconductor device 80 has a structure in which a part of the surface side of the N-type semiconductor layer 810 is replaced with a P-type semiconductor layer 820.

半導体装置80のN型半導体層810は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るとともに、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。半導体装置80のP型半導体層820は、窒化ガリウム(GaN)から主に成るとともに、マグネシウム(Mg)をアクセプタとして含有する。   The N-type semiconductor layer 810 of the semiconductor device 80 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains silicon (Si) as a donor. The P-type semiconductor layer 820 of the semiconductor device 80 is mainly made of gallium nitride (GaN) and contains magnesium (Mg) as an acceptor.

半導体装置80の電極830は、N型半導体層810からP型半導体層820にわたって一体的に形成された電極である。電極830は、P型半導体層820に形成された第1の電極として機能するとともに、N型半導体層810に形成された第2の電極として機能する。言い換えると、電極830は、P型半導体層820に形成された第1の電極と、N型半導体層810に形成された第2の電極とによって構成されている。第5実施形態の電極830の詳細構成および製造方法は、第1実施形態の電極230,240と同様である。   The electrode 830 of the semiconductor device 80 is an electrode formed integrally from the N-type semiconductor layer 810 to the P-type semiconductor layer 820. The electrode 830 functions as a first electrode formed in the P-type semiconductor layer 820 and also functions as a second electrode formed in the N-type semiconductor layer 810. In other words, the electrode 830 includes a first electrode formed on the P-type semiconductor layer 820 and a second electrode formed on the N-type semiconductor layer 810. The detailed configuration and manufacturing method of the electrode 830 of the fifth embodiment are the same as those of the electrodes 230 and 240 of the first embodiment.

以上説明した第5実施形態によれば、N型半導体層810からP型半導体層820にわたって一体的に形成された電極830の各半導体層に対する接触抵抗を抑制することができる。その結果、第1実施形態と同様に、半導体装置80の低コスト化を図ることができる。また、N型半導体層810およびP型半導体層820の各層に電極を個別に形成する場合と比較して、フォトリソグラフィの重ね合わせ精度を緩和することができ、結果的に半導体装置80の微細化を図ることができる。   According to the fifth embodiment described above, the contact resistance of the electrode 830 integrally formed from the N-type semiconductor layer 810 to the P-type semiconductor layer 820 to each semiconductor layer can be suppressed. As a result, the cost of the semiconductor device 80 can be reduced as in the first embodiment. Further, as compared with the case where electrodes are individually formed on each of the N-type semiconductor layer 810 and the P-type semiconductor layer 820, the overlay accuracy of photolithography can be relaxed, resulting in the miniaturization of the semiconductor device 80. Can be achieved.

F.他の実施形態:
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
F. Other embodiments:
The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

例えば、上述の第1実施形態および第2実施形態では、NPN型の半導体装置10,10Bについて説明したが、他の実施形態では、PNP型の半導体装置に、半導体装置10,10Bの構造および製造方法を適用してもよい。   For example, in the first and second embodiments described above, the NPN semiconductor devices 10 and 10B have been described. In other embodiments, the structure and manufacturing of the semiconductor devices 10 and 10B are included in the PNP semiconductor device. A method may be applied.

上述の実施形態において、電極を構成する第1の成分は、パラジウム(Pd)に近い電気的特性を有する白金(Pt)およびニッケル(Ni)の少なくとも1つであってもよい。   In the above-described embodiment, the first component constituting the electrode may be at least one of platinum (Pt) and nickel (Ni) having electrical characteristics close to palladium (Pd).

上述の実施形態において、基板とN型半導体層と間に真性半導体層(アンドープ半導体層)が形成されてもよいし、N型半導体層とP型半導体層との間に真性半導体層が形成されてもよい。   In the above-described embodiment, an intrinsic semiconductor layer (undoped semiconductor layer) may be formed between the substrate and the N-type semiconductor layer, or an intrinsic semiconductor layer is formed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer. May be.

上述の実施形態において、基板の材質は、窒化ガリウム(GaN)に限らず、ケイ素(Si)、サファイア、炭化ケイ素(SiC)などであってもよい。   In the above-described embodiment, the material of the substrate is not limited to gallium nitride (GaN), but may be silicon (Si), sapphire, silicon carbide (SiC), or the like.

上述の実施形態において、基板とN型半導体層とに含まれるドナーは、ケイ素(Si)に限らず、ゲルマニウム(Ge)、酸素(O)などであってもよい。   In the above embodiment, the donor contained in the substrate and the N-type semiconductor layer is not limited to silicon (Si), but may be germanium (Ge), oxygen (O), or the like.

上述の実施形態において、P型半導体層に含まれるアクセプタは、マグネシウム(Mg)に限らず、亜鉛(Zn)、炭素(C)などであってもよい。   In the above-described embodiment, the acceptor included in the P-type semiconductor layer is not limited to magnesium (Mg) but may be zinc (Zn), carbon (C), or the like.

上述の実施形態において、絶縁膜は、窒化ケイ素(SiN)、窒化酸化ケイ素(SiON)、酸化アルミニウム(Al23)、窒化酸化アルミニウム(AlON)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)、五酸化タンタル(Ta25)、五酸化ニオブ(Nb25)、二酸化ハフニウム(HfO2)、窒化アルミニウム(AlN)などから成る層であってもよい。 In the above embodiment, the insulating film is made of silicon nitride (SiN), silicon nitride oxide (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride oxide (AlON), zirconium dioxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ). 2 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), hafnium dioxide (HfO 2 ), aluminum nitride (AlN), or the like.

10…半導体装置
10B…半導体装置
50…半導体装置
70…半導体装置
80…半導体装置
110…基板
111…界面
112…界面
120…第1のN型半導体層
121…界面
122…界面
130…P型半導体層
131…界面
132…界面
140…第2のN型半導体層
141…界面
142…界面
143…界面
210…電極
230…電極
240…電極
250…電極
260…電極
330…絶縁膜
340…絶縁膜
510…N型半導体層
520…発光層
530…P型半導体層
610…電極
630…電極
710…P型半導体層
720…N型半導体層
730…電極
810…N型半導体層
820…P型半導体層
830…電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor device 10B ... Semiconductor device 50 ... Semiconductor device 70 ... Semiconductor device 80 ... Semiconductor device 110 ... Substrate 111 ... Interface 112 ... Interface 120 ... First N-type semiconductor layer 121 ... Interface 122 ... Interface 130 ... P-type semiconductor layer 131 ... Interface 132 ... Interface 140 ... Second N-type semiconductor layer 141 ... Interface 142 ... Interface 143 ... Interface 210 ... Electrode 230 ... Electrode 240 ... Electrode 250 ... Electrode 260 ... Electrode 330 ... Insulating film 340 ... Insulating film 510 ... N Type semiconductor layer 520 ... Light emitting layer 530 ... P type semiconductor layer 610 ... Electrode 630 ... Electrode 710 ... P type semiconductor layer 720 ... N type semiconductor layer 730 ... Electrode 810 ... N type semiconductor layer 820 ... P type semiconductor layer 830 ... Electrode

Claims (5)

半導体装置であって、
窒化ガリウム(GaN)から主に成るP型半導体層と、
窒化ガリウム(GaN)から主に成るN型半導体層と、
前記P型半導体層に形成された第1の電極と、
前記N型半導体層に形成された第2の電極と
を備え、
前記第1および第2の電極は、
パラジウム(Pd)、白金(Pt)およびニッケル(Ni)の少なくとも1つである第1の成分と、
チタン(Ti)である第2の成分と、
アルミニウム(Al)である第3の成分と
から主に成り、
前記第1および第2の電極の表面から内部に向かう深さ方向において前記第1の成分の分布割合が最大値P1となる深さT1、および、前記深さ方向において前記第2の成分の分布割合が最大値P2となる深さT2は、前記深さ方向において前記第3の成分の分布割合が最大値P3となる深さT3より深い位置にあり、
前記深さT1は、前記深さ方向において前記深さT2よりも深い位置にあり、
前記最大値P1は、前記深さT1における前記第2の成分の分布割合より高いとともに、前記深さT1における前記第3の成分の分布割合より低い、
半導体装置。
A semiconductor device,
A P-type semiconductor layer mainly composed of gallium nitride (GaN);
An N-type semiconductor layer mainly composed of gallium nitride (GaN);
A first electrode formed on the P-type semiconductor layer;
A second electrode formed on the N-type semiconductor layer,
The first and second electrodes are:
A first component that is at least one of palladium (Pd), platinum (Pt), and nickel (Ni);
A second component that is titanium (Ti);
A third component that is aluminum (Al) and
The depth T1 at which the distribution ratio of the first component reaches the maximum value P1 in the depth direction from the surface of the first and second electrodes toward the inside, and the distribution of the second component in the depth direction The depth T2 at which the ratio becomes the maximum value P2 is deeper than the depth T3 at which the distribution ratio of the third component becomes the maximum value P3 in the depth direction.
The depth T1 is at a position deeper than the depth T2 in the depth direction,
The maximum value P1 is higher than the distribution ratio of the second component at the depth T1 and lower than the distribution ratio of the third component at the depth T1.
Semiconductor device.
前記最大値P2は、前記深さT2における前記第1の成分の分布割合より高いとともに、前記深さT2における前記第3の成分の分布割合より低い、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the maximum value P <b> 2 is higher than a distribution ratio of the first component at the depth T <b> 2 and lower than a distribution ratio of the third component at the depth T <b> 2. 前記最大値P3は、前記深さT3における前記第1成分の分布割合より高いとともに、前記深さT3における前記第2の成分の分布割合よりも高い、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 The maximum value P3, as well as higher than the distribution ratio of the first component in the depth T3, greater than the distribution ratio of the second component in the depth T3, according to claim 1 or claim 2 Semiconductor device. 前記P型半導体層から前記N型半導体層にわたって前記第1および第2の電極が一体的に形成された請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second electrodes are integrally formed from the P-type semiconductor layer to the N-type semiconductor layer. 5. 前記P型半導体層における第1の界面から、前記N型半導体層における前記第1の界面との間に段差を有する第2の界面にわたって、前記第1および第2の電極が一体的に形成された請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の半導体装置。   The first and second electrodes are integrally formed across a second interface having a step between the first interface in the P-type semiconductor layer and the first interface in the N-type semiconductor layer. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4.
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