[发明专利]半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件及其制造方法，所述半导体元件包括n型氮化镓基化合物半导体和与所述半导体进行欧姆接触的电极。

背景技术

氮化镓基化合物半导体(在下文中也称作“GaN基半导体”)是一种通过以下化学式表示的III族氮化物构成的化合物半导体：

Al_aIn_bGa_1-a-bN(0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1)，

所述GaN基半导体由具有诸如GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、InN等之类的这些化合物作为示例。在上述化学式的化合物半导体中，将一部分III族元素用B(硼)、Tl(铊)等来代替、将一部分N(氮)用P(磷)、As(砷)、Sb(锑)、Bi(铋)等来代替的化合物也包含在GaN基半导体中。

近年来，发射具有从绿光到紫外光波长的光的诸如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等之类的GaN基半导体发光元件已经实践并且引起了注意.该发光元件具有通过将n型GaN基半导体和p型GaN基半导体连接形成的pn结二极管结构作为基本机构。简单地说，根据发光元件的发光机制，当注入到n型GaN基半导体中的电子和注入到p型GaN基半导体中的正空穴在pn结及其附近再次接合失去能量时，发射出与所述能量相对应的光。在这种元件中，将与n型GaN基半导体进行欧姆接触的电极(在下文中也称作“n型欧姆电极”)用于将电极有效地注入到n型GaN基半导体中。在LED中，一般采用其中n型欧姆电极也用作接触电极的结构。接触电极是一种将用于元件和元件的外部电极电连接的接合引线、焊料等所接合的电极。要求接触电极表现出与接合引线(例如Au线)或焊料(例如Au-Sn共溶体)良好的接合性。当接合性较弱时，可能会在芯片安装工艺中出现缺陷。

传统地，已经使用Al(铝)单层膜或其中将铝层层压到Ti(钛)层上的多层膜作为n型欧姆电极(JP-A-7-45867，USP 5,563,422)。然而，因为这些电极主要由铝层构成，他们表现出较低的热阻，例如当施加热处理时可能易于变形。这是由以下事实引起的：铝具有较低熔点，因为与GaN基半导体等相比铝的热膨胀系数相当大，热应力易于发展到电极内部。此外，当使用这些电极作为接触电极时，在铝的表面上形成氧化膜，这使通过Au-Sn共熔体焊料退化了Au线的接合性和润湿性。因此，在芯片安装过程中产量倾向于较低。为了解决该问题，已经建议了一种电极(JP-A-7-221103，USP 5,563,422)，其中在由具有相当高熔点的金属构成的层处的Al层上层压了Au层。然而，该电极也要求在约400℃的温度下的热处理以减小接触电阻，因为该电极在Al层处与n型GaN基半导体接触。热处理使电极表面粗糙，并且可能退化与接合线或焊料的接合性。该电极与难以生产具有良好可再现性的相同性质的问题相关联，因为由于热应力导致的Al和Au的扩散状态影响热处理之后与n型GaN基半导体的接触电阻。

作为不含Al的n型欧姆电极，JP-A-11-8410公开了提供通过层压TiW合金层、Ge(锗)层和Rh(铑)层并且通过对层压进行热处理而获得的n型欧姆电极。通过与n型GaN基半导体的电极形成良好欧姆接触的原理是不清楚的。然而，因为与这三个金属层的层压顺序无关地形成良好的欧姆接触，假定由包括全部三种金属层的化学反应产生的产品起某种作用。由此期望除非在将这三层层压的调节下并且严格地控制控制在电极形成时随后的热处理的条件，否则不能稳定所获得电极的性质。因此，认为使用该电极的半导体元件不适用于大规模生产。

发明内容

考虑到这种情况已经实现了本发明，并且旨在提供包括新型欧姆电极的半导体元件，所述欧姆电极与n型GaN基半导体形成良好的欧姆接触。本发明还旨在提供一种包括n型欧姆电极的半导体元件，优选地，可以所述n型欧姆电极作为接触电极。此外，本发明旨在提供一种包括热阻优异的n型欧姆电极的半导体元件。此外，本发明旨在提供一种上述半导体元件的生产方法。

本发明的特征如下。

(1)包括n型氮化镓基化合物半导体的半导体元件，以及与所述半导体欧姆接触的电极，其中所述电极具有与所述半导体接触的TiW合金层。

(2)以上(1)的半导体元件，其中所述TiW合金层具有小于等于70wt％的Ti浓度。

(3)以上(2)的半导体元件，其中所述TiW合金层具有小于等于40wt％的Ti浓度。