JP2000114597A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 青色発光ダイオードの低コスト化及び特性向
上が困難であった。 【解決手段】 サファイアから成る絶縁性基板１１の上
に窒化チタン膜１２を設ける。窒化チタン膜１２の上に
窒化ガリウムから成るｎ形半導体領域１４、窒化ガリウ
ムインジウムから成る活性層１５、窒化ガリウムから成
るｐ形半導体領域１６を順次に形成する。ｐ形半導体領
域１６のアノード電極１８を設ける。窒化チタン膜１２
の上にｎ形半導体領域１４を部分的に設けるためにアモ
ルファス膜２０を設ける。エピタキシャル成長層の形成
後にアモルファス膜２０を除去して窒化チタン膜をカソ
ード電極とする。
上が困難であった。 【解決手段】 サファイアから成る絶縁性基板１１の上
に窒化チタン膜１２を設ける。窒化チタン膜１２の上に
窒化ガリウムから成るｎ形半導体領域１４、窒化ガリウ
ムインジウムから成る活性層１５、窒化ガリウムから成
るｐ形半導体領域１６を順次に形成する。ｐ形半導体領
域１６のアノード電極１８を設ける。窒化チタン膜１２
の上にｎ形半導体領域１４を部分的に設けるためにアモ
ルファス膜２０を設ける。エピタキシャル成長層の形成
後にアモルファス膜２０を除去して窒化チタン膜をカソ
ード電極とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系化合
物半導体を用いた半導体発光素子及びその製造方法に関
する。
物半導体を用いた半導体発光素子及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＧａＡＩＮ、ＩｎＧａＮ、Ｉｎ
ＧａＡＩＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青
色発光素子（青色発光ダイオード）は公知である。この
種の発光素子は、一般に窒化ガリウム系化合物半導体が
サファイアから成る絶縁性基板上に形成されており、一
対の電極が素子の上面に配置された構造を有する。即
ち、従来の発光素子は図１に示すように、サファイアか
ら成る絶縁性基板１、この絶縁性基板１の一方の主面
（上面）に周知のエピタキシャル成長法によって形成さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体（例えばＧａＮ）から
成るｎ形半導体領域２、このｎ形半導体領域２の上にエ
ピタキシャル成長法によって形成された窒化ガリウム系
化合物半導体（例えばＩｎＧａＮ）から成る活性層３、
及びこの活性層３の上にエピタキシャル成長法によって
形成されたｐ形半導体領域４を備えた半導体基体５と、
この半導体基体５の一方の主面（上面）においてｎ形半
導体領域２に接続されたカソード電極６と、ｐ形半導体
領域４に電気的に接続されたアノード電極７とから成
る。図１の発光素子は絶縁性基板１の他方の主面（下
面）が回路基板やリードフレームに固着され、活性層３
にて生じた光は半導体基体５の一方の主面側に導かれ、
この一方の主面のうち電極６、７の形成されていない領
域から外部に放出される。
ＧａＡＩＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青
色発光素子（青色発光ダイオード）は公知である。この
種の発光素子は、一般に窒化ガリウム系化合物半導体が
サファイアから成る絶縁性基板上に形成されており、一
対の電極が素子の上面に配置された構造を有する。即
ち、従来の発光素子は図１に示すように、サファイアか
ら成る絶縁性基板１、この絶縁性基板１の一方の主面
（上面）に周知のエピタキシャル成長法によって形成さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体（例えばＧａＮ）から
成るｎ形半導体領域２、このｎ形半導体領域２の上にエ
ピタキシャル成長法によって形成された窒化ガリウム系
化合物半導体（例えばＩｎＧａＮ）から成る活性層３、
及びこの活性層３の上にエピタキシャル成長法によって
形成されたｐ形半導体領域４を備えた半導体基体５と、
この半導体基体５の一方の主面（上面）においてｎ形半
導体領域２に接続されたカソード電極６と、ｐ形半導体
領域４に電気的に接続されたアノード電極７とから成
る。図１の発光素子は絶縁性基板１の他方の主面（下
面）が回路基板やリードフレームに固着され、活性層３
にて生じた光は半導体基体５の一方の主面側に導かれ、
この一方の主面のうち電極６、７の形成されていない領
域から外部に放出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図１の発光
素子では、絶縁性基板のサファイアを使用しており、基
板裏面側に電極形成ができない。このためデバイス構造
をサファイア上にエピタキシャル成長した後に、図１に
示すように、ｐ形半導体領域４、活性層３及びｎ形半導
体領域２の一部をエッチングし、カソ−ド電極６を形成
する必要があった。しかし、ＧａＮのエッチングには、
ＧａＮの有効なウエットエッチング液が見出だされてい
ないため、Ｃ12とＨ2 の混合ガスなどを使用したドライ
エッチング装置が必要になった。また従来方法では、エ
ッチングをｎ形半導体領域２内でストップさせるため
に、精密にエッチングレートをコントロールする技術の
他、ｎ形半導体領域２を他の領域３、４に比べて大幅に
厚くエピタキシャル成長することが必要になり、コスト
高となった。またドライエッチング法では、ウエハをプ
ラズマ中で反応性ガスにさらすため、エピタキシャル層
の結晶性に深刻なダメージを与える。特にｐ形層のアク
セプタは水素などにより不活性化されやすいため、エッ
チングプロセス後には、ｐ形層が高抵抗化し、デバイス
特性を劣化させる。また図１の発光素子では、表面から
ｎ側のカソ−ド電極６及びｐ側のアノ−ド電極７を取り
出しているため、必然的に電極面積が小さくなる。例え
ばＡｌＧａＩｎＮ系ＬＥＤの場合、ｎ側電極領域が直径
１００μｍ程度で、これは他の材料系において導電性基
板を使用し、チップ裏面にｎ側電極を形成している従来
のＬＥＤと比較すると、半導体／電極接触面積が１／１
０程度である。電流が一定の条件下において、コンタク
ト抵抗成分により発生する電極／半導体間の電圧は、コ
ンタクト面積に反比例する。即ち、コンタクト面積が大
きい方が、動作電圧の低減には有利となる。このコンタ
クト面積の問題は、現状のＬＥＤの順方向の高動作電圧
（２０ｍＡで３．６〜４．０Ｖ）の要因の一つである。
素子では、絶縁性基板のサファイアを使用しており、基
板裏面側に電極形成ができない。このためデバイス構造
をサファイア上にエピタキシャル成長した後に、図１に
示すように、ｐ形半導体領域４、活性層３及びｎ形半導
体領域２の一部をエッチングし、カソ−ド電極６を形成
する必要があった。しかし、ＧａＮのエッチングには、
ＧａＮの有効なウエットエッチング液が見出だされてい
ないため、Ｃ12とＨ2 の混合ガスなどを使用したドライ
エッチング装置が必要になった。また従来方法では、エ
ッチングをｎ形半導体領域２内でストップさせるため
に、精密にエッチングレートをコントロールする技術の
他、ｎ形半導体領域２を他の領域３、４に比べて大幅に
厚くエピタキシャル成長することが必要になり、コスト
高となった。またドライエッチング法では、ウエハをプ
ラズマ中で反応性ガスにさらすため、エピタキシャル層
の結晶性に深刻なダメージを与える。特にｐ形層のアク
セプタは水素などにより不活性化されやすいため、エッ
チングプロセス後には、ｐ形層が高抵抗化し、デバイス
特性を劣化させる。また図１の発光素子では、表面から
ｎ側のカソ−ド電極６及びｐ側のアノ−ド電極７を取り
出しているため、必然的に電極面積が小さくなる。例え
ばＡｌＧａＩｎＮ系ＬＥＤの場合、ｎ側電極領域が直径
１００μｍ程度で、これは他の材料系において導電性基
板を使用し、チップ裏面にｎ側電極を形成している従来
のＬＥＤと比較すると、半導体／電極接触面積が１／１
０程度である。電流が一定の条件下において、コンタク
ト抵抗成分により発生する電極／半導体間の電圧は、コ
ンタクト面積に反比例する。即ち、コンタクト面積が大
きい方が、動作電圧の低減には有利となる。このコンタ
クト面積の問題は、現状のＬＥＤの順方向の高動作電圧
（２０ｍＡで３．６〜４．０Ｖ）の要因の一つである。
【０００４】そこで、本発明の目的は製造が容易であり
且つ特性の向上を図ることができる半導体発光素子及び
その製造方法を提供することにある。
且つ特性の向上を図ることができる半導体発光素子及び
その製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための本願の装置の発明は、絶縁性基板
と、前記絶縁性基板の一方の主面に形成された窒化チタ
ン膜と、前記窒化チタン膜の主面の一部に接触するよう
に形成された窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体か
ら成る第１の導電形の第１の半導体領域と、前記第１の
半導体領域の上に形成された窒化ガリウム又は窒化ガリ
ウム系半導体から成る第２の導電形の第２の半導体領域
と、前記第２の半導体領域の表面の一部に形成された第
１の電極とを有し、前記窒化チタン膜の前記第１の半導
体領域で覆われていない部分を第２の電極又は第２の電
極形成領域として使用するように形成されている半導体
発光素子に係わるものである。また、本願の方法の発明
は、窒化チタン膜を形成することができる基板を用意
し、この基板の一方の主面上に窒化チタン膜を形成する
工程と、前記窒化チタン膜の上の一部にアモルファス膜
を形成する工程と、前記窒化チタン膜の前記アモルファ
ス膜で覆われていない部分の上に窒化ガリウム又は窒化
ガリウム系半導体から成る第１の導電形の第１の半導体
領域を気相成長方法で形成する工程と、前記第１の半導
体領域の上に窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体か
ら成る第２の導電形の第２の半導体領域を気相成長方法
で形成する工程と、前記アモルファス膜をウエットエッ
チングによって除去する工程と、前記第２の半導体領域
の表面の一部に電極を形成する工程とを備えている半導
体発光素子の製造方法に係わるものである。なお請求項
２及び４に示すように活性層を設けることが望ましい。
活性層は窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体で形成
されるので、第１の半導体領域又は第２の半導体領域を
多層構造とし、この１つの層を活性層と呼ぶこともでき
る。
目的を達成するための本願の装置の発明は、絶縁性基板
と、前記絶縁性基板の一方の主面に形成された窒化チタ
ン膜と、前記窒化チタン膜の主面の一部に接触するよう
に形成された窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体か
ら成る第１の導電形の第１の半導体領域と、前記第１の
半導体領域の上に形成された窒化ガリウム又は窒化ガリ
ウム系半導体から成る第２の導電形の第２の半導体領域
と、前記第２の半導体領域の表面の一部に形成された第
１の電極とを有し、前記窒化チタン膜の前記第１の半導
体領域で覆われていない部分を第２の電極又は第２の電
極形成領域として使用するように形成されている半導体
発光素子に係わるものである。また、本願の方法の発明
は、窒化チタン膜を形成することができる基板を用意
し、この基板の一方の主面上に窒化チタン膜を形成する
工程と、前記窒化チタン膜の上の一部にアモルファス膜
を形成する工程と、前記窒化チタン膜の前記アモルファ
ス膜で覆われていない部分の上に窒化ガリウム又は窒化
ガリウム系半導体から成る第１の導電形の第１の半導体
領域を気相成長方法で形成する工程と、前記第１の半導
体領域の上に窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体か
ら成る第２の導電形の第２の半導体領域を気相成長方法
で形成する工程と、前記アモルファス膜をウエットエッ
チングによって除去する工程と、前記第２の半導体領域
の表面の一部に電極を形成する工程とを備えている半導
体発光素子の製造方法に係わるものである。なお請求項
２及び４に示すように活性層を設けることが望ましい。
活性層は窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体で形成
されるので、第１の半導体領域又は第２の半導体領域を
多層構造とし、この１つの層を活性層と呼ぶこともでき
る。
【０００６】
【発明の効果】各請求項の発明によれば、窒化チタン膜
が電極として機能するので、第１の半導体領域に図１に
示す従来のカソード電極６に相当するものを設けること
が不要になり、第１の半導体領域を薄くすることができ
る。第１の半導体領域を薄くすると、この薄くなった分
だけコストの低減を図ることができるのみでなく、動作
抵抗が低減する。また、電極として機能する窒化チタン
膜と第１の半導体領域との接触面積を大きくすることが
できるので、動作抵抗を低減することができる。また、
請求項３の方法の発明によれば、アルモファス膜を使用
して第１及び第２の半導体領域を選択的に形成するの
で、図１の従来の発光素子で必要になったｎ形半導体領
域２の中間までドライエッチングする工程が不要にな
る。従って、請求項３の発明によれば、特性の劣化を伴
わないで半導体発光素子を容易に製造することができ
る。
が電極として機能するので、第１の半導体領域に図１に
示す従来のカソード電極６に相当するものを設けること
が不要になり、第１の半導体領域を薄くすることができ
る。第１の半導体領域を薄くすると、この薄くなった分
だけコストの低減を図ることができるのみでなく、動作
抵抗が低減する。また、電極として機能する窒化チタン
膜と第１の半導体領域との接触面積を大きくすることが
できるので、動作抵抗を低減することができる。また、
請求項３の方法の発明によれば、アルモファス膜を使用
して第１及び第２の半導体領域を選択的に形成するの
で、図１の従来の発光素子で必要になったｎ形半導体領
域２の中間までドライエッチングする工程が不要にな
る。従って、請求項３の発明によれば、特性の劣化を伴
わないで半導体発光素子を容易に製造することができ
る。
【０００７】
【実施形態及び実施例】次に、図２及び図３を参照して
本発明の実施形態及び実施例に係わる半導体発光素子と
しての窒化ガリウム系化合物半導体青色発光ダイオード
を説明する。図２及び図３に示す本発明の実施例に従う
青色発光ダイオードは、サファイアから成る絶縁性基板
１１、窒化チタン膜１２、ＧａＮ（窒化ガリウム）から
成る第１の半導体領域としてのｎ形半導体領域１４、ｐ
形のＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウム）から成る窒
化ガリウム系半導体の活性層１５、及び第２の半導体領
域としてのＧａＮ（窒化ガリウム）から成るｐ形半導体
領域１６を順次に積層した構成の板状基体１７と、この
基体１７の一方の主面（上面）即ちｐ形半導体領域１６
に電気的に接続された第１の電極としてのアノード電極
１８とを備えている。なお、窒化チタン膜１２、ｎ形半
導体領域１４、活性層１５、及びｐ形半導体領域１６は
絶縁性基板１１の上に順次にそれぞれの結晶方位の配向
を揃えて成長させたものである。
本発明の実施形態及び実施例に係わる半導体発光素子と
しての窒化ガリウム系化合物半導体青色発光ダイオード
を説明する。図２及び図３に示す本発明の実施例に従う
青色発光ダイオードは、サファイアから成る絶縁性基板
１１、窒化チタン膜１２、ＧａＮ（窒化ガリウム）から
成る第１の半導体領域としてのｎ形半導体領域１４、ｐ
形のＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウム）から成る窒
化ガリウム系半導体の活性層１５、及び第２の半導体領
域としてのＧａＮ（窒化ガリウム）から成るｐ形半導体
領域１６を順次に積層した構成の板状基体１７と、この
基体１７の一方の主面（上面）即ちｐ形半導体領域１６
に電気的に接続された第１の電極としてのアノード電極
１８とを備えている。なお、窒化チタン膜１２、ｎ形半
導体領域１４、活性層１５、及びｐ形半導体領域１６は
絶縁性基板１１の上に順次にそれぞれの結晶方位の配向
を揃えて成長させたものである。
【０００８】以下、図２の発光ダイオードの製造方法を
説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、サファイア
から成る絶縁性基板１１を用意し、その一方の主面全体
に窒化チタン膜１２を形成する。なお、絶縁性基板１１
をｎ形半導体領域１４、活性層１５及びｐ形半導体領域
１６から成る発光部の支持体として機能させるため、こ
の絶縁性基板１１の厚みを約３５０μｍに設定した。
説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、サファイア
から成る絶縁性基板１１を用意し、その一方の主面全体
に窒化チタン膜１２を形成する。なお、絶縁性基板１１
をｎ形半導体領域１４、活性層１５及びｐ形半導体領域
１６から成る発光部の支持体として機能させるため、こ
の絶縁性基板１１の厚みを約３５０μｍに設定した。
【０００９】窒化チタン膜１２は周知の反応性スパッタ
リング方法によって形成する。即ち、この窒化チタン膜
には、窒素（Ｎ2 ）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスの雰
囲気中でチタンから成るターゲットをスパッタリングし
て、チタンとガス中の窒素とを反応させてその化合物で
ある窒化チタンを絶縁性基板１１の一方の主面に堆積さ
せる。なお、窒化チタン膜１２はこの反応性スパッタリ
ング方法以外の方法によって形成することもできる。例
えばターゲットに窒化チタンを使用したスパッタリング
方法や、チタンから成る金属膜を絶縁性基板１１の一方
の主面にスパッタリング方法等で形成した後にこの金属
膜をＮＨ3 の雰囲気中の熱処理で窒化させる方法を用い
ても形成することができる。窒化チタン（ＴｉＮ）は、
六方晶系の絶縁性基板１１上に成長した場合、〈１１
１〉方向に良好に配向する。窒化チタン膜１２の比抵抗
は２５〜２５０μΩｃｍであり、窒化チタン膜１２の膜
厚は５０〜２０００オングストロームである。このた
め、窒化チタン膜１２は実質的に導電膜となっており、
後述のｎ形半導体領域１４と低抵抗性接触し、カソード
電極として機能する。
リング方法によって形成する。即ち、この窒化チタン膜
には、窒素（Ｎ2 ）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスの雰
囲気中でチタンから成るターゲットをスパッタリングし
て、チタンとガス中の窒素とを反応させてその化合物で
ある窒化チタンを絶縁性基板１１の一方の主面に堆積さ
せる。なお、窒化チタン膜１２はこの反応性スパッタリ
ング方法以外の方法によって形成することもできる。例
えばターゲットに窒化チタンを使用したスパッタリング
方法や、チタンから成る金属膜を絶縁性基板１１の一方
の主面にスパッタリング方法等で形成した後にこの金属
膜をＮＨ3 の雰囲気中の熱処理で窒化させる方法を用い
ても形成することができる。窒化チタン（ＴｉＮ）は、
六方晶系の絶縁性基板１１上に成長した場合、〈１１
１〉方向に良好に配向する。窒化チタン膜１２の比抵抗
は２５〜２５０μΩｃｍであり、窒化チタン膜１２の膜
厚は５０〜２０００オングストロームである。このた
め、窒化チタン膜１２は実質的に導電膜となっており、
後述のｎ形半導体領域１４と低抵抗性接触し、カソード
電極として機能する。
【００１０】次に、図３（Ｂ）に示すように窒化チタン
膜１２の上面全体に周知のＣＶＤ（気相成長）方法を用
いてアモルファス膜を形成し、これにウエットエッチン
グを施して窒化チタン膜１２のうちカソード電極１９と
なる部分を被覆するアモルファス膜２０を形成する。こ
のアモルファス膜２０は例えばＳｉＯ2 膜からなり、そ
の厚みは１μｍ以下である。
膜１２の上面全体に周知のＣＶＤ（気相成長）方法を用
いてアモルファス膜を形成し、これにウエットエッチン
グを施して窒化チタン膜１２のうちカソード電極１９と
なる部分を被覆するアモルファス膜２０を形成する。こ
のアモルファス膜２０は例えばＳｉＯ2 膜からなり、そ
の厚みは１μｍ以下である。
【００１１】次に、図３（Ｃ）に示すように窒化チタン
膜１２のうちアモルファス膜２０によって被覆されてい
ない領域の上面にｎ形半導体領域１４、活性層１５、ｐ
形半導体領域１６を順次周知のＭＯＣＶＤ（有機金属気
相成長）方法によって連続的に形成する。即ち、上面に
窒化チタン膜１２とアモルファス膜２０の形成された絶
縁性基板１１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置して、
反応室内にまずトリメチルガリウムガス（以下、ＴＭＧ
ガスという）、ＮＨ3 （アンモニア）ガス、ＳｉＨ
4 （シラン）ガスを供給してアモルファス膜２０によっ
て被覆されていない窒化チタン膜１２の上面にｎ形半導
体領域１４を選択的に形成する。ここで、シランガスは
形成膜中にｎ形不純物としてのＳｉを導入するためのも
のである。本実施例では窒化チタン膜１２の形成された
絶縁性基板１１の加熱温度を１０４０℃とした後、ＴＭ
Ｇガスの流量即ちＧａの供給量を約４．３μmol ／分、
ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3 の供給量を約５３．６ｍmol
／分、シランガスの流量即ちＳｉの供給量を約１．５
ｎmol ／分とした。また、本実施例では、ｎ形半導体領
域１４の厚みを約１〜１．５μｍとした。図１の従来の
発光ダイオードのｎ形半導体領域２の厚みは約４．０〜
５．０μｍであるから、これに比べて図２及び図３
（Ｃ）の本実施例のｎ形半導体領域１４はかなり肉薄に
形成されている。また、ｎ形半導体領域１４の不純物濃
度は約３×１０18ｃｍ-3であり、絶縁性基板１１の不純
物濃度よりは十分に低い。アモルファス膜２０上にはｎ
形半導体領域１４はエピタキシャル成長しないので、ｎ
形半導体領域１４はアモルファス膜２０によって被覆さ
れていない窒化チタン膜１２上に選択的にエピタキシャ
ル成長する。なお、本実施例によれば、窒化チタン膜１
２の触媒効果により、比較的低温で成長させる緩衝層を
介さずに比較的高温でこのｎ形半導体領域１４を金属層
１３の上面に直接に形成することが可能になる。
膜１２のうちアモルファス膜２０によって被覆されてい
ない領域の上面にｎ形半導体領域１４、活性層１５、ｐ
形半導体領域１６を順次周知のＭＯＣＶＤ（有機金属気
相成長）方法によって連続的に形成する。即ち、上面に
窒化チタン膜１２とアモルファス膜２０の形成された絶
縁性基板１１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置して、
反応室内にまずトリメチルガリウムガス（以下、ＴＭＧ
ガスという）、ＮＨ3 （アンモニア）ガス、ＳｉＨ
4 （シラン）ガスを供給してアモルファス膜２０によっ
て被覆されていない窒化チタン膜１２の上面にｎ形半導
体領域１４を選択的に形成する。ここで、シランガスは
形成膜中にｎ形不純物としてのＳｉを導入するためのも
のである。本実施例では窒化チタン膜１２の形成された
絶縁性基板１１の加熱温度を１０４０℃とした後、ＴＭ
Ｇガスの流量即ちＧａの供給量を約４．３μmol ／分、
ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3 の供給量を約５３．６ｍmol
／分、シランガスの流量即ちＳｉの供給量を約１．５
ｎmol ／分とした。また、本実施例では、ｎ形半導体領
域１４の厚みを約１〜１．５μｍとした。図１の従来の
発光ダイオードのｎ形半導体領域２の厚みは約４．０〜
５．０μｍであるから、これに比べて図２及び図３
（Ｃ）の本実施例のｎ形半導体領域１４はかなり肉薄に
形成されている。また、ｎ形半導体領域１４の不純物濃
度は約３×１０18ｃｍ-3であり、絶縁性基板１１の不純
物濃度よりは十分に低い。アモルファス膜２０上にはｎ
形半導体領域１４はエピタキシャル成長しないので、ｎ
形半導体領域１４はアモルファス膜２０によって被覆さ
れていない窒化チタン膜１２上に選択的にエピタキシャ
ル成長する。なお、本実施例によれば、窒化チタン膜１
２の触媒効果により、比較的低温で成長させる緩衝層を
介さずに比較的高温でこのｎ形半導体領域１４を金属層
１３の上面に直接に形成することが可能になる。
【００１２】続いて、絶縁性基板１１の加熱温度を８０
０℃とし、反応室内にＴＭＧガス、アンモニアガスに加
えてトリメチルインジウムガス（以下、ＴＭＩガスとい
う）とビスシクロペンタジェニルマグネシウムガス（以
下、Ｃｐ2 Ｍｇガスという）を供給してｎ形半導体領域
１４の上面にｐ形ＩｎＧａＮから成る窒化ガリウム系半
導体の活性層１５を形成する。ここで、Ｃｐ2 Ｍｇガス
は形成膜中にｐ形導電形の不純物としてのＭｇを導入す
るためのものである。本実施例では、ＴＭＧガスの流量
を約１．１μmol ／分、ＮＨ3 ガスの流量を約６７ｍmo
l ／分、ＴＭＩガスの流量即ちＩｎの供給量を約４．５
μmol ／分、Ｃｐ2 Ｍｇガスの流量即ちＭｇの供給量を
約１２ｎmol ／分とした。また、活性層１５の厚みは図
１の発光ダイオードの活性層３の厚みと同様に約２０オ
ングストロームとした。なお、活性層１５の不純物濃度
は約３×１０17ｃｍ-3である。なお、活性層は次に形成
するｐ形半導体領域１６の一部と見なすこともできる。
０℃とし、反応室内にＴＭＧガス、アンモニアガスに加
えてトリメチルインジウムガス（以下、ＴＭＩガスとい
う）とビスシクロペンタジェニルマグネシウムガス（以
下、Ｃｐ2 Ｍｇガスという）を供給してｎ形半導体領域
１４の上面にｐ形ＩｎＧａＮから成る窒化ガリウム系半
導体の活性層１５を形成する。ここで、Ｃｐ2 Ｍｇガス
は形成膜中にｐ形導電形の不純物としてのＭｇを導入す
るためのものである。本実施例では、ＴＭＧガスの流量
を約１．１μmol ／分、ＮＨ3 ガスの流量を約６７ｍmo
l ／分、ＴＭＩガスの流量即ちＩｎの供給量を約４．５
μmol ／分、Ｃｐ2 Ｍｇガスの流量即ちＭｇの供給量を
約１２ｎmol ／分とした。また、活性層１５の厚みは図
１の発光ダイオードの活性層３の厚みと同様に約２０オ
ングストロームとした。なお、活性層１５の不純物濃度
は約３×１０17ｃｍ-3である。なお、活性層は次に形成
するｐ形半導体領域１６の一部と見なすこともできる。
【００１３】続いて、絶縁性基板１１の加熱温度を１０
４０℃とし、反応室内にＴＭＧガス、アンモニアガス及
びＣｐ2 Ｍｇガスを供給して活性層１５の上面にｐ形Ｇ
ａＮから成るｐ形半導体領域１６を形成する。本実施例
では、この時のＴＭＧガスの流量を約４．３μmol ／
分、アンモニアガスの流量を約５３．６μmol ／分、Ｃ
ｐ2 Ｍｇガスの流量を約０．１２μmol ／分とした。ま
た、ｐ形半導体領域１６の厚みは図１の発光ダイオード
のｐ形半導体領域４の厚みと同様に約０．５μｍとし
た。なお、ｐ形半導体領域１６の不純物濃度は約３×１
０18ｃｍ-3である。上記のＭＯＣＶＤ成長方法によれ
ば、アモルファス膜２０で被覆されていない窒化チタン
膜１２の上面にこの窒化チタン膜１２の結晶方位に対し
てｎ形半導体領域１４、活性層１５及びｐ形半導体領域
１６の結晶方位を揃えて選択的に形成することができ
る。即ち、サファイア基板から成る絶縁性基板１１の結
晶方位を良好に引き継いでいる窒化チタン膜１２の上に
これを核としてｎ形半導体領域１４、活性層１５及びｐ
形半導体領域１６が順次にエピタキシャル成長させるこ
とができる。
４０℃とし、反応室内にＴＭＧガス、アンモニアガス及
びＣｐ2 Ｍｇガスを供給して活性層１５の上面にｐ形Ｇ
ａＮから成るｐ形半導体領域１６を形成する。本実施例
では、この時のＴＭＧガスの流量を約４．３μmol ／
分、アンモニアガスの流量を約５３．６μmol ／分、Ｃ
ｐ2 Ｍｇガスの流量を約０．１２μmol ／分とした。ま
た、ｐ形半導体領域１６の厚みは図１の発光ダイオード
のｐ形半導体領域４の厚みと同様に約０．５μｍとし
た。なお、ｐ形半導体領域１６の不純物濃度は約３×１
０18ｃｍ-3である。上記のＭＯＣＶＤ成長方法によれ
ば、アモルファス膜２０で被覆されていない窒化チタン
膜１２の上面にこの窒化チタン膜１２の結晶方位に対し
てｎ形半導体領域１４、活性層１５及びｐ形半導体領域
１６の結晶方位を揃えて選択的に形成することができ
る。即ち、サファイア基板から成る絶縁性基板１１の結
晶方位を良好に引き継いでいる窒化チタン膜１２の上に
これを核としてｎ形半導体領域１４、活性層１５及びｐ
形半導体領域１６が順次にエピタキシャル成長させるこ
とができる。
【００１４】次に、アモルファス膜２０をフッ酸等を用
いたウエットエッチングによって除去した後、ｐ形半導
体領域１６の上面にアノード電極１８を形成する。第１
の電極としてのアノード電極１８は、例えばニッケルと
金を周知の真空蒸着法等によってｐ形半導体領域１６の
上面に付着させることによって形成し、ｐ形半導体領域
１６の表面に低抵抗接触させる。このアノード電極１８
は円形の平面形状を有しており、ｐ形半導体領域１６の
上面のほぼ中央に配置されている。ｐ形半導体領域１６
の上面のうち、アノード電極１８の形成されていない領
域２１は光取り出し領域として機能する。第２の電極と
してのカソード電極部分１９は窒化チタン膜１２のうち
ｎ形半導体領域１４から露出した部分である。なお、窒
化チタン膜１２のうちｎ形半導体領域１４で被覆された
部分を含む全体をカソード電極と呼ぶこともできる。
いたウエットエッチングによって除去した後、ｐ形半導
体領域１６の上面にアノード電極１８を形成する。第１
の電極としてのアノード電極１８は、例えばニッケルと
金を周知の真空蒸着法等によってｐ形半導体領域１６の
上面に付着させることによって形成し、ｐ形半導体領域
１６の表面に低抵抗接触させる。このアノード電極１８
は円形の平面形状を有しており、ｐ形半導体領域１６の
上面のほぼ中央に配置されている。ｐ形半導体領域１６
の上面のうち、アノード電極１８の形成されていない領
域２１は光取り出し領域として機能する。第２の電極と
してのカソード電極部分１９は窒化チタン膜１２のうち
ｎ形半導体領域１４から露出した部分である。なお、窒
化チタン膜１２のうちｎ形半導体領域１４で被覆された
部分を含む全体をカソード電極と呼ぶこともできる。
【００１５】図２の青色発光ダイオードを外部装置に取
付ける時には例えば図４に示すように絶縁性基板１１を
光透過性の接着剤２２で支持基体２３に固着し、支持基
体２３の導体２４、２５にアノード電極１８及びカソー
ド電極部分１９を周知のワイヤボンディング方法によっ
てワイヤ２６、２７で電気的に接続する。
付ける時には例えば図４に示すように絶縁性基板１１を
光透過性の接着剤２２で支持基体２３に固着し、支持基
体２３の導体２４、２５にアノード電極１８及びカソー
ド電極部分１９を周知のワイヤボンディング方法によっ
てワイヤ２６、２７で電気的に接続する。
【００１６】本実施例は次の効果を有する。 （１） ｎ形半導体領域１４を形成する時に、図１のｎ
形半導体領域２のようにドライエッチングで除去する工
程が不要になり、アモルファス膜２０のウエットエッチ
ングでｎ形半導体領域１４を特定パターンに形成するこ
とができるので、製造装置の低コスト化、製造工程の簡
単化が可能になり、発光ダイオードのコストの削減が達
成される。 （２） ｎ形半導体領域１４に図１のｎ形半導体領域２
のような段部を設けることが不要になるので、ｎ形半導
体領域１４を薄くすることができ、この薄くなった分だ
けコストの削除及び動作抵抗の低減が達成される。 （３） プラズマエッチングを必要としないので、ｎ形
半導体領域１４、活性層１５、ｐ形半導体領域１６の結
晶性を良好に保ち、良好な特性を有する発光ダイオード
を得ることができる。 （４） カソード電極として機能する窒化チタン膜１２
がｎ形半導体領域１４の下面全体に接触しているので、
動作抵抗を低くすることができる。
形半導体領域２のようにドライエッチングで除去する工
程が不要になり、アモルファス膜２０のウエットエッチ
ングでｎ形半導体領域１４を特定パターンに形成するこ
とができるので、製造装置の低コスト化、製造工程の簡
単化が可能になり、発光ダイオードのコストの削減が達
成される。 （２） ｎ形半導体領域１４に図１のｎ形半導体領域２
のような段部を設けることが不要になるので、ｎ形半導
体領域１４を薄くすることができ、この薄くなった分だ
けコストの削除及び動作抵抗の低減が達成される。 （３） プラズマエッチングを必要としないので、ｎ形
半導体領域１４、活性層１５、ｐ形半導体領域１６の結
晶性を良好に保ち、良好な特性を有する発光ダイオード
を得ることができる。 （４） カソード電極として機能する窒化チタン膜１２
がｎ形半導体領域１４の下面全体に接触しているので、
動作抵抗を低くすることができる。
【００１７】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 絶縁性基板１１と窒化チタン膜１２との間にチ
タンから成る金属膜が介在していても良い。また、窒化
チタン膜１２と第１の半導体領域１４との間に白金族元
素（Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ等）から成る
金属膜が介在しても良い。この場合も、実施例と同様の
効果を得ることができる。 （２） 図２の発光素子において第１の導電形がｎ形、
第２の導電形がｐ形であるが、これを逆にしてもよい。
即ち、ｎ形半導体領域１４、活性層１５、ｐ形半導体領
域１６の導電形を反転してもよい。また、図２のｐ形半
導体領域１６の代りにｎ形ＧａＮを形成すると、ｎ形Ｇ
ａＮはｐ形ＧａＮに比べてキャリア移動度が極めて大き
いので、電流通路を素子の外周側にまで広げることがで
き、発光領域を広げることができる。 （３） 窒化チタン膜１２の厚みは下側の絶縁性基板１
１の結晶方位を上側のｎ形半導体領域１４に良好に伝達
できるように５０〜２０００オングストロームの範囲に
設定するのが望ましい。５０オングストロームより薄い
と窒化チタン膜１２が半導体領域１４の成長のための核
となって上側の半導体領域１４に下側の絶縁性基板１１
の結晶方位を良好に伝えることが難しくなり、一方、２
０００オングストロームよりも厚くなると、窒化チタン
膜１２内の結晶方位が下側の絶縁性基板１１の結晶方位
と一致しなくなるため、同様に上側の半導体領域１４に
結晶方位を良好に伝達できなくなる。 （４） 第１の半導体領域としてのｎ形半導体領域１４
を不純物濃度や材料の異なる複数の層にすること、及び
ｐ形半導体領域１６を不純物濃度や材料の異なる複数の
層にすることができる。また、アノード電極１８の下に
オーミック接触を良好にするための半導体領域を形成す
ることができる。 （５） 活性層１５の導電形を第１の半導体領域１４の
導電形と同じにすることもできる。 （６） 図４で破線で示すように窒化チタン膜１２のカ
ソード電極部分１９の上に金属層３０を形成し、これを
カソード電極とすることができる。
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 絶縁性基板１１と窒化チタン膜１２との間にチ
タンから成る金属膜が介在していても良い。また、窒化
チタン膜１２と第１の半導体領域１４との間に白金族元
素（Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ等）から成る
金属膜が介在しても良い。この場合も、実施例と同様の
効果を得ることができる。 （２） 図２の発光素子において第１の導電形がｎ形、
第２の導電形がｐ形であるが、これを逆にしてもよい。
即ち、ｎ形半導体領域１４、活性層１５、ｐ形半導体領
域１６の導電形を反転してもよい。また、図２のｐ形半
導体領域１６の代りにｎ形ＧａＮを形成すると、ｎ形Ｇ
ａＮはｐ形ＧａＮに比べてキャリア移動度が極めて大き
いので、電流通路を素子の外周側にまで広げることがで
き、発光領域を広げることができる。 （３） 窒化チタン膜１２の厚みは下側の絶縁性基板１
１の結晶方位を上側のｎ形半導体領域１４に良好に伝達
できるように５０〜２０００オングストロームの範囲に
設定するのが望ましい。５０オングストロームより薄い
と窒化チタン膜１２が半導体領域１４の成長のための核
となって上側の半導体領域１４に下側の絶縁性基板１１
の結晶方位を良好に伝えることが難しくなり、一方、２
０００オングストロームよりも厚くなると、窒化チタン
膜１２内の結晶方位が下側の絶縁性基板１１の結晶方位
と一致しなくなるため、同様に上側の半導体領域１４に
結晶方位を良好に伝達できなくなる。 （４） 第１の半導体領域としてのｎ形半導体領域１４
を不純物濃度や材料の異なる複数の層にすること、及び
ｐ形半導体領域１６を不純物濃度や材料の異なる複数の
層にすることができる。また、アノード電極１８の下に
オーミック接触を良好にするための半導体領域を形成す
ることができる。 （５） 活性層１５の導電形を第１の半導体領域１４の
導電形と同じにすることもできる。 （６） 図４で破線で示すように窒化チタン膜１２のカ
ソード電極部分１９の上に金属層３０を形成し、これを
カソード電極とすることができる。
【図１】従来の発光ダイオードを示す断面図である。
【図２】本発明の実施例の発光ダイオードを示す中央縦
断面図である。
断面図である。
【図３】図２の発光ダイオードの製造工程を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図４】図２の発光ダイオードを支持体に装着したもの
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１１ 絶縁性基板 １２ 窒化チタン膜 １４ ｎ形半導体領域 １５ 活性層 １６ ｐ形半導体領域 １８ アノード電極 １９ カソード電極部分
Claims (4)
- 【請求項１】 絶縁性基板と、 前記絶縁性基板の一方の主面に形成された窒化チタン膜
と、 前記窒化チタン膜の主面の一部に接触するように形成さ
れた窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体から成る第
１の導電形の第１の半導体領域と、 前記第１の半導体領域の上に形成された窒化ガリウム又
は窒化ガリウム系半導体から成る第２の導電形の第２の
半導体領域と、 前記第２の半導体領域の表面の一部に形成された第１の
電極とを有し、前記窒化チタン膜の前記第１の半導体領
域で覆われていない部分を第２の電極又は第２の電極形
成領域として使用するように形成されていることを特徴
とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第１の半導体領域と前記第２の半導
体領域との間に活性層が介在していることを特徴とする
請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 窒化チタン膜を形成することができる基
板を用意し、この基板の一方の主面上に窒化チタン膜を
形成する工程と、 前記窒化チタン膜の上の一部にアモルファス膜を形成す
る工程と、 前記窒化チタン膜の前記アモルファス膜で覆われていな
い部分の上に窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体か
ら成る第１の導電形の第１の半導体領域を気相成長方法
で形成する工程と、 前記第１の半導体領域の上に窒化ガリウム又は窒化ガリ
ウム系半導体から成る第２の導電形の第２の半導体領域
を気相成長方法で形成する工程と、 前記アモルファス膜をウエットエッチングによって除去
する工程と、 前記第２の半導体領域の表面の一部に電極を形成する工
程とを備えていることを特徴とする半導体発光素子の製
造方法。 - 【請求項４】 前記第１の半導体領域と前記第２の半導
体領域との間に活性層を気相成長方法で形成する工程を
有していることを特徴とする請求項３記載の半導体発光
素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30342498A JP3019085B1 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30342498A JP3019085B1 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3019085B1 JP3019085B1 (ja) | 2000-03-13 |
| JP2000114597A true JP2000114597A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=17920858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30342498A Expired - Fee Related JP3019085B1 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3019085B1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002007233A2 (en) * | 2000-07-19 | 2002-01-24 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group iii nitride compound semiconductor device |
| WO2002056393A1 (fr) * | 2001-01-15 | 2002-07-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Element semi-conducteur compose a base de nitrure du groupe iii des elements |
| JP2004096133A (ja) * | 2003-12-02 | 2004-03-25 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
| JP2009076914A (ja) * | 2007-09-21 | 2009-04-09 | Seoul Opto Devices Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体装置 |
| US7550782B2 (en) | 2004-09-27 | 2009-06-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Semiconductor device having an undercoat layer and method of manufacturing the same |
-
1998
- 1998-10-09 JP JP30342498A patent/JP3019085B1/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002007233A2 (en) * | 2000-07-19 | 2002-01-24 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group iii nitride compound semiconductor device |
| WO2002007233A3 (en) * | 2000-07-19 | 2002-08-22 | Toyoda Gosei Kk | Group iii nitride compound semiconductor device |
| US6897139B2 (en) | 2000-07-19 | 2005-05-24 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device |
| WO2002056393A1 (fr) * | 2001-01-15 | 2002-07-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Element semi-conducteur compose a base de nitrure du groupe iii des elements |
| US7312472B2 (en) | 2001-01-15 | 2007-12-25 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Compound semiconductor element based on Group III element nitride |
| JP2004096133A (ja) * | 2003-12-02 | 2004-03-25 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
| US7550782B2 (en) | 2004-09-27 | 2009-06-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Semiconductor device having an undercoat layer and method of manufacturing the same |
| JP2009076914A (ja) * | 2007-09-21 | 2009-04-09 | Seoul Opto Devices Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3019085B1 (ja) | 2000-03-13 |
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