JP2002043620A - 窒化ガリウム系化合物半導体素子及び電極形成方法 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体素子及び電極形成方法

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JP2002043620A
JP2002043620A JP2000227273A JP2000227273A JP2002043620A JP 2002043620 A JP2002043620 A JP 2002043620A JP 2000227273 A JP2000227273 A JP 2000227273A JP 2000227273 A JP2000227273 A JP 2000227273A JP 2002043620 A JP2002043620 A JP 2002043620A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧａＮ系化合物半導体素子において、電極と
のオーミック接触をとる。 【解決手段】 ＧａＮを活性層１４とし、ＡｌＧａＮを
クラッド層１２、１６とする。Ｐ型クラッド層１６上に
Ｐ型ＧａＮ層１８を形成して金属膜２０を形成する。Ａ
ｌＧａＮとのオーミック接触は困難であるが、Ｐ型Ｇａ
Ｎ層１８を介在させることでオーミック接触を容易に得
ることができる。Ｎ型クラッド層１２をＧａＮとＡｌＧ
ａＮの積層構造とした場合、表面に凹凸を形成してＧａ
Ｎを露出させ、金属膜を形成してＧａＮとのオーミック
接触をとることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系化合物半導体素子、特に電極との接続技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系化合物半導体を用いた青色（発
光波長４５０ｎｍ）あるいは紫外領域のＬＥＤは、幅広
い適用が考えられている。
【０００３】ＧａＮ系化合物半導体としては、ＡｌＧａ
ＮやＩｎＧａＮ、あるいはＧａＮとこれらの積層構造等
が考えられているが、発光素子とするためにはＰＮ接合
を構成し、さらに発光効率を向上させる構造とする必要
がある。
【０００４】例えば、活性層の両側をより広いバンドギ
ャップを有するクラッド層で挟むダブルへテロ構造とす
ることが考えられる。このような構造により、活性層か
ら射出した光はクラッド層で吸収されず、効率的に光を
取り出すことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性層
としてＧａＮ、ＡｌＧａＮ、あるいはＧａＮとＡｌＧａ
Ｎを積層した構造とする場合、クラッド層としてはこの
活性層よりもバンドギャップの広いＰ型ＡｌＧａＮ及び
Ｎ型ＡｌＧａＮを用いることが必要となるが、ＡｌＧａ
Ｎに電極をオーミック接触させることが困難となる問題
がある。
【０００６】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、Ｐ型ＧａＮ系半導
体層あるいはＮ型ＧａＮ系半導体層とのオーミック接触
（あるいはオーミック接点）を容易化することができる
素子、及び電極形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ＧａＮ系化合物半導体層を有する素子で
あって、前記ＧａＮ系化合物半導体層と電極との間に形
成されたＧａＮ層を有する。ＧａＮ系化合物半導体層、
例えばＡｌＧａＮ層にはオーミック接触をとることが困
難であるが、ＧａＮ層を介在させることでオーミック接
触、すなわち界面において流れる電流が界面の電位差に
比例する特性を容易に得ることができる。
【０００８】また、本発明は、ＧａＮ系化合物半導体層
を有する素子であって、前記ＧａＮ系化合物半導体層は
ＧａＮ層を含む複数層を積層して構成され、前記ＧａＮ
系化合物半導体層の電極が接する部位に形成された凹凸
部を有し、前記凹凸部により前記ＧａＮ層が前記ＧａＮ
系化合物半導体層表面に露出する。凹凸部によりＧａＮ
層を露出させることで、露出したＧａＮ層の部分でオー
ミック接触を容易に得ることができる。なお、凹凸部と
は、ＧａＮ系化合物半導体層に局所的に凹部あるいは穴
が形成されていることと同義である。
【０００９】また、本発明は、ＧａＮ系化合物半導体層
を有する素子であって、前記ＧａＮ系化合物半導体層は
ＧａＮ層を含む複数層を積層して構成され、前記ＧａＮ
系化合物半導体層の電極が接する部位に厚さ方向の傾斜
が形成され、前記傾斜により前記ＧａＮ層が前記ＧａＮ
系化合物半導体層表面に露出する。傾斜によりＧａＮ層
を露出させることで、露出したＧａＮ層の部分でオーミ
ック接触を得ることができる。厚さ方向の傾斜は、必ず
しも一様である必要はなく、不連続的あるいは階段状に
形成されていてもよい。
【００１０】本発明において、前記ＧａＮ系化合物半導
体層はＰ型ＧａＮ系化合物半導体層及びＮ型ＧａＮ系化
合物半導体層を含み、前記ＧａＮ系化合物半導体層はＡ
ｌＧａＮを含む層であり、前記Ｐ型ＧａＮ系化合物半導
体層及び前記Ｎ型ＧａＮ系化合物半導体層との間にＧａ
Ｎ系化合物活性層を有することができる。本発明の素子
の１実施態様は発光素子であり、その構造はＰ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層／ＧａＮ活性層／Ｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層のダブルヘテロ構造であり、Ｐ型あるいはＮ型のク
ラッド層にはＧａＮ層を介して電極が接続される。ま
た、本発明の他の実施態様はＰ型（ＧａＮ／ＡｌＧａ
Ｎ）クラッド層／ＧａＮ活性層／Ｎ型（ＧａＮ／ＡｌＧ
ａＮ）クラッド層のダブルヘテロ構造であり、Ｐ型ある
いはＮ型のクラッド層には凹凸部あるいは傾斜が形成さ
れてその表面にＧａＮ層が露出し、その露出されたＧａ
Ｎ層に電極が接続される。
【００１１】また、本発明は、ＧａＮ系化合物半導体素
子の電極形成方法を提供する。この方法は、前記ＧａＮ
系化合物半導体層と電極との界面にＧａＮ層を形成し、
前記ＧａＮ層と前記電極とをオーミック接触させること
を特徴とする。
【００１２】また、本発明の方法は、ＧａＮ系化合物半
導体層を有する素子の電極形成方法であって、前記Ｇａ
Ｎ系化合物半導体層はＧａＮ層を含む複数層を積層して
構成され、前記ＧａＮ系化合物半導体層の電極が接する
部位に凹凸部を形成し、前記凹凸部により前記ＧａＮ層
を前記ＧａＮ系化合物半導体層表面に露出させ、露出し
た前記ＧａＮ層と前記電極とをオーミック接触させるこ
とを特徴とする。
【００１３】さらに、本発明の方法は、ＧａＮ系化合物
半導体層を有する素子の電極形成方法であって、前記Ｇ
ａＮ系化合物半導体層はＧａＮ層を含む複数層を積層し
て構成され、前記ＧａＮ系化合物半導体層の電極が接す
る部位に厚さ方向の傾斜を形成し、前記傾斜により前記
ＧａＮ層を前記ＧａＮ系化合物半導体層表面に露出さ
せ、露出した前記ＧａＮ層と前記電極とをオーミック接
触させることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について、発光素子を例にとり説明する。
【００１５】図１には、本実施形態に係る発光素子の構
成が示されている。基板（サファイア等）１０上にＮ型
クラッド層１２、ＧａＮ活性層１４、Ｐ型クラッド層１
６が順次ＭＯＣＶＤ法等で形成される。活性層１４とし
ては、ＧａＮの他に、ＡｌＧａＮ、あるいはＧａＮとＡ
ｌＧａＮを交互に積層した量子井戸構造とすることもで
きる。Ｎ型クラッド層１２及びＰ型クラッド層１６とし
ては、ＧａＮよりバンドギャップの広いＡｌＧａＮを用
いることができる。このようなダブルヘテロ構造におい
て順方向バイアスを印加すると、活性層１４から光が射
出し、この光はクラッド層で吸収されることなく外部に
取り出すことができる。但し、Ｐ型クラッド層１６に直
接金属膜を接続してもオーミック接触を得ることは困難
で、駆動特性ひいては発光効率の低下を招く。
【００１６】そこで、本実施形態では、Ｐ型クラッド層
１６上に部分的にＰ型ＧａＮ層１８を形成し、このＰ型
ＧａＮ層１８上にＮｉ／Ａｕ等の金属膜（電極）２０を
形成する。ＡｌＧａＮと異なり、Ｐ型ＧａＮへのオーミ
ック接触は容易であり、これにより発光効率を向上させ
ることが可能となる。
【００１７】図２には、図１に示された発光素子の製造
処理フローチャートが示されている。まず、基板１０上
にＭＯＣＶＤ法によりＮ型クラッド層１２を成長させる
（Ｓ１０１）。具体的には、反応管内のサセプタに基板
を載置し、基板を加熱しつつ反応ガス（ＴＭＧやＴＭＡ
ｌ、ＮＨ3等）を導入して基板１０上にＡｌＧａＮを形
成する。Ｎ型とするには、例えばＮ型不純物（Ｓｉ等）
をドープすればよい。次に、Ｎ型クラッド層１２上に活
性層１４をＭＯＣＶＤ法で成長させる（Ｓ１０２）。活
性層１４は、上述したようにＧａＮでもよく、あるいは
ＧａＮとＡｌＧａＮの量子井戸構造でもよい。活性層１
４を形成した後、Ｐ型クラッド層１６を同様にＭＯＣＶ
Ｄ法で形成する（Ｓ１０３）。
【００１８】ダブルヘテロ構造を形成した後、Ｐ型クラ
ッド層１６上にＰ型ＧａＮ層１８をＭＯＣＶＤ法で成長
させる（Ｓ１０４）。Ｐ型とするには、例えばＰ型不純
物（Ｍｇ等）をドープすればよく、必要に応じて加熱処
理やビーム処理、電磁波照射を行うことができる。その
後、Ｐ型ＧａＮ層１８上に金属膜２０をスパッタや蒸着
などで形成する（Ｓ１０５）。そして、電極以外の金属
膜及びＰ型ＧａＮ層をＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）等で除去する（Ｓ１０６）。
【００１９】以上のように、Ｐ型クラッド層１６に直接
電極を接続するのではなく、Ｐ型ＧａＮ層１８を介在さ
せて電極を接続することで、Ｐ型ＧａＮ層１８との界面
でオーミック接触を実現することができる。
【００２０】図３には、他の実施形態に係る発光素子の
構成が示されている。本実施形態では、Ｐ型クラッド層
１６とのオーミック接触を図ると共に、Ｎ型クラッド層
１２とのオーミック接触を図るものである。
【００２１】図において、基板１０上にＮ型クラッド層
１２、ＧａＮ活性層１４、Ｐ型クラッド層１６が順次形
成され、Ｐ型ＧａＮ層１８を介して金属膜２０がＰ型ク
ラッド層上に形成される。活性層１４としてはＡｌＧａ
Ｎ、あるいはＧａＮとＡｌＧａＮを積層した量子井戸構
造でもよい。また、Ｎ型クラッド層１２及びＰ型クラッ
ド層１６は本実施形態ではＧａＮとＡｌＧａＮを交互に
積層した構造を有する。Ｎ型クラッド層１２の特定部位
表面には凹凸部１３が形成され、この凹凸部１３上に金
属膜（電極）２２が形成される。この凹凸部１３はエッ
チングで形成され、その凹部の深さはＮ型クラッド層１
２を構成する各層の厚さよりも深く設定される。したが
って、ＧａＮ活性層との界面にＡｌＧａＮ層が存在して
いても、この凹部からは内部のＧａＮ層が露出し、この
露出したＧａＮ層と金属膜が接触してオーミック接触を
とることができる。
【００２２】図４には、凹凸部１３の凹部の拡大説明図
が示されている。Ｎ型クラッド層１２はＧａＮ層１２ａ
とＡｌＧａＮ層１２ｂとを交互に積層して構成され、凹
部は各層の厚さよりも深く形成されているため凹部表面
にはＧａＮ層１２ａ及びＡｌＧａＮ層１２ｂが露出す
る。凹凸部１３に金属膜２２を形成すると、この凹部表
面に露出したＧａＮ層１２ａと金属膜２２とが接触し
（図における接触部１３ａ）、この部分でオーミック接
触が実現する。
【００２３】図５には、本実施形態に係る発光素子の製
造処理フローチャートが示されている。まず、図２にお
けるＳ１０１〜Ｓ１０３と同様に基板１０上にＮ型クラ
ッド層１２及び活性層１４並びにＰ型クラッド層１６を
ＭＯＣＶＤ法で形成する（Ｓ２０１）。次に、Ｎ型クラ
ッド層１２の表面が露出するまでエッチングするととも
に、エッチング条件を調整してＮ型クラッド層１２の表
面に「荒れ」、すなわち凹凸が生じるようにする（Ｓ２
０２）。例えば、ＲＩＥによるエッチングの場合、ＲＩ
Ｅへ供給する高周波電磁波の出力を増減する、あるいは
印加するメタンガスの量を増減する等により表面に「荒
れ」を形成することができる（Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38
(1999)pp.2646-2651）。荒れの程度、すなわち凹凸部の
凹部の深さはＮ型クラッド層１２の各層の厚さ以上とす
る。凹凸を形成した後、凹凸部分にＴｉ／Ａｌなどの金
属膜２２をスパッタや蒸着で形成する（Ｓ２０３）。さ
らに、図２のＳ１０４〜Ｓ１０６と同様の処理によりＰ
型クラッド層１６とのオーミック接触をとる。
【００２４】このように、本実施形態ではＮ型クラッド
層１２の表面に凹凸部を形成してＧａＮ層を露出させ、
露出ＧａＮ層と金属膜を接続することでオーミック接触
を得ることができる。
【００２５】なお、本実施形態において、Ｐ型クラッド
層１６の表面に凹凸を形成してＧａＮ層を露出させ、露
出ＧａＮ層と金属膜を接触させてオーミック接触を得て
もよい。
【００２６】図６には、図４に示された発光素子の他の
製造処理フローチャートが示されている。まず、図２に
おけるＳ１０１〜Ｓ１０３と同様に基板１０上にＮ型ク
ラッド層１２及び活性層１４並びにＰ型クラッド層１６
をＭＯＣＶＤ法で形成する（Ｓ３０１）。次に、Ｎ型ク
ラッド層１２の表面が露出するまでエッチングする（Ｓ
３０２）。Ｎ型クラッド層１２の表面を露出させた後、
２回目のエッチングを行ってその表面に凹凸部１３を形
成する（Ｓ３０３）。以下、図５と同様にして凹凸部１
３に金属膜２２を形成し、凹部において露出したＧａＮ
層とオーミック接触させる（Ｓ３０４）。凹凸部１３を
形成するには、例えば露出した表面にフォトレジストを
ストライプ状あるいは円形に形成し、ＲＩＥでエッチン
グすればよい。１回のエッチング処理でＮ型クラッド層
１２の表面に凹凸部１３を形成するよりも、２回に分け
て形成することで確実に凹凸部１３を形成することがで
きる。また、凹凸を形成するための方法として他のエッ
チング方法を採用することも可能となる。
【００２７】図７には、他の実施形態に係る発光素子の
構成が示されている。基板１０上にＮ型クラッド層１
２、ＧａＮ活性層１４、Ｐ型クラッド層１６が順次形成
される。活性層１４としてはＡｌＧａＮ、あるいはＧａ
ＮとＡｌＧａＮの量子井戸構造でもよい。また、Ｎ型ク
ラッド層１２及びＰ型クラッド層１６はＧａＮとＡｌＧ
ａＮを交互に積層して構成される。Ｐ型クラッド層１６
にはＰ型ＧａＮ層１８が形成され、さらにＮｉ／Ａｕ金
属膜２０が形成されてオーミック接触となる。
【００２８】一方、Ｎ型クラッド層１２の特定部位には
傾斜部１５が形成されており、この傾斜部１５上にＴｉ
／Ａｌ金属膜２２が形成される。傾斜部１５の傾斜度合
い、すなわち最も浅い部分と最も深い部分との差は少な
くともＮ型クラッド層１２の各層の厚さよりも大きく設
定される。これにより、傾斜部からはＮ型クラッド層１
２中のＧａＮ層が露出し、金属膜２２と接触することに
なる。
【００２９】図８には、傾斜部１５の拡大説明図が示さ
れている。Ｎ型クラッド層１２の傾斜部１５からはＮ型
クラッド層１２の各層が露出し、ＧａＮ層と金属膜２２
が接触する（図における接触部１５ａ）。なお、傾斜部
１５は少なくともＧａＮ層の一部が表面から露出する程
度に形成すればよい。
【００３０】図９には、図７に示された発光素子の製造
処理フローチャートが示されている。まず、Ｓ１０１〜
Ｓ１０３と同様に基板１０上にＮ型クラッド層１２、Ｇ
ａＮ活性層１４、Ｐ型クラッド層１６を順次ＭＯＣＶＤ
法で形成する（Ｓ４０１）。次に、Ｎ型クラッド層１２
まで達するようにエッチングするとともに、Ｎ型クラッ
ド層１２の表面において、そのエッチング深さが異なる
ようにエッチング条件を調整して傾斜部１５を形成する
（Ｓ４０２）。エッチング深さが異なるようにするに
は、例えばエッチングを行う際のフォトレジストの厚さ
を変化させＲＩＥを行えばよい。フォトレジストの薄い
部分はより深くエッチングされることになる。フォトレ
ジストを階段状に積層してその厚さに変化をもたせても
よい。エッチング深さの差は、Ｎ型クラッド層１２の各
層の厚さ以上とするのが好適である。傾斜部１５を形成
した後、傾斜部１５上に金属膜２２を形成して露出した
ＧａＮとオーミック接触をとる。Ｎ型クラッド層１２に
ついてオーミック接触をとった後、Ｓ１０４〜Ｓ１０６
と同様にしてＰ型クラッド層１６についてもオーミック
接触をとる。
【００３１】なお、本実施形態においても、Ｐ型クラッ
ド層１６の表面に傾斜を形成し、この傾斜上に金属膜を
形成してオーミック接触をとることもできる。
【００３２】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変
更が可能である。
【００３３】例えば、図３に示された構成では、Ｎ型ク
ラッド層１２の表面にエッチングで凹凸を形成している
が、例えばＮ型クラッド層１２の表面に離散的にビーム
照射などにより複数の穴を形成し、この穴を埋めるよう
に金属膜を形成することもできる。穴の深さは各層の厚
さ以上とすることができ、穴の側面にＧａＮが露出する
ようにして金属膜と接触させる。あるいは、Ｎ型クラッ
ド層１２の表面を鋸歯状にエッチングすることもでき
る。このような複数の穴が形成されたＮ型クラッド層１
２や鋸波状の表面を有するＮ型クラッド層は、本発明に
おける凹凸が形成されたＮ型クラッド層１２に含まれる
ものである。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば簡
易にＰ型ＧａＮ系化合物半導体層あるいはＮ型ＧａＮ系
化合物半導体層とオーミック接触を得ることができる。
したがって、発光特性（あるいは駆動特性）に優れた発
光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係る発光素子の構成説明図であ
る。
【図２】 図１の発光素子の製造処理フローチャートで
ある。
【図３】 他の実施形態に係る発光素子の構成説明図で
ある。
【図４】 図３の一部拡大説明図である。
【図５】 図３の発光素子の製造処理フローチャートで
ある。
【図６】 図３の発光素子の他の製造処理フローチャー
トである。
【図７】 他の実施形態に係る発光素子の構成説明図で
ある。
【図８】 図７の一部拡大説明図である。
【図９】 図７の発光素子の製造処理フローチャートで
ある。
【符号の説明】
１０ 基板、１２ Ｎ型クラッド層、１４ 活性層、１
６ Ｐ型クラッド層、１８ Ｐ型ＧａＮ層、２０ 金属
膜、２２ 金属膜。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 AA04 BB05 BB14 CC01 FF31 GG04 HH15 5F041 CA34 CA40 CA74 CA75 CA82 CA91 CA98 CA99

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧａＮ系化合物半導体層を有する素子で
    あって、 前記ＧａＮ系化合物半導体層と電極との間に形成された
    ＧａＮ層を有し、前記ＧａＮ層と前記電極との界面でオ
    ーミック接触を構成することを特徴とする窒化ガリウム
    系化合物半導体素子。
  2. 【請求項２】 ＧａＮ系化合物半導体層を有する素子で
    あって、 前記ＧａＮ系化合物半導体層はＧａＮ層を含む複数層を
    積層して構成され、 前記ＧａＮ系化合物半導体層の電極が接する部位に形成
    された凹凸部を有し、前記凹凸部により前記ＧａＮ層が
    前記ＧａＮ系化合物半導体層表面に露出し、露出した前
    記ＧａＮ層と前記電極との界面でオーミック接触を構成
    することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素
    子。
  3. 【請求項３】 ＧａＮ系化合物半導体層を有する素子で
    あって、 前記ＧａＮ系化合物半導体層はＧａＮ層を含む複数層を
    積層して構成され、 前記ＧａＮ系化合物半導体層の電極が接する部位に厚さ
    方向の傾斜が形成され、 前記傾斜により前記ＧａＮ層が前記ＧａＮ系化合物半導
    体層表面に露出し、露出した前記ＧａＮ層と前記電極と
    の界面でオーミック接触を構成することを特徴とする窒
    化ガリウム系化合物半導体素子。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の素子に
    おいて、 前記ＧａＮ系化合物半導体層はＰ型ＧａＮ系化合物半導
    体層及びＮ型ＧａＮ系化合物半導体層を含み、 前記ＧａＮ系化合物半導体層はＡｌＧａＮを含む層であ
    り、 前記Ｐ型ＧａＮ系化合物半導体層及び前記Ｎ型ＧａＮ系
    化合物半導体層との間にＧａＮ系化合物活性層を有する
    ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子。
  5. 【請求項５】 ＧａＮ系化合物半導体層を有する素子の
    電極形成方法であって、 前記ＧａＮ系化合物半導体層と電極との界面にＧａＮ層
    を形成し、 前記ＧａＮ層と前記電極とをオーミック接触させること
    を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子の電極形
    成方法。
  6. 【請求項６】 ＧａＮ系化合物半導体層を有する素子
    の電極形成方法であって、 前記ＧａＮ系化合物半導体層はＧａＮ層を含む複数層を
    積層して構成され、 前記ＧａＮ系化合物半導体層の電極が接する部位に凹凸
    部を形成し、 前記凹凸部により前記ＧａＮ層を前記ＧａＮ系化合物半
    導体層表面に露出させ、露出した前記ＧａＮ層と前記電
    極とをオーミック接触させることを特徴とする窒化ガリ
    ウム系化合物半導体素子の電極形成方法。
  7. 【請求項７】 ＧａＮ系化合物半導体層を有する素子の
    電極形成方法であって、 前記ＧａＮ系化合物半導体層はＧａＮ層を含む複数層を
    積層して構成され、 前記ＧａＮ系化合物半導体層の電極が接する部位に厚さ
    方向の傾斜を形成し、 前記傾斜により前記ＧａＮ層を前記ＧａＮ系化合物半導
    体層表面に露出させ、露出した前記ＧａＮ層と前記電極
    とをオーミック接触させることを特徴とする窒化ガリウ
    ム系化合物半導体素子の電極形成方法。
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