JP2002164570A - 窒化ガリウム系化合物半導体装置 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体装置

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light
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Shiro Sakai
士郎 酒井
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    • H01L33/42Transparent materials

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化ガリウム系発光素子において、光の取り
出し効率を向上させる。 【解決手段】 窒化ガリウム系発光素子は、サファイア
基板10上にn型GaNバッファ層12、n型GaN層
14、InGaN発光層16、p型GaN層18、n型
電極20、p型電極22を順次形成することで構成され
る。p型GaN層上でp型電極22に隣接してZnO透
明電極21を形成する。ZnO透明電極21により電流
を発光層に均一に供給するとともに、発光層からの光を
透過して外部に取り出す。

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系化合
物半導体装置、特に発光効率の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、窒化ガリウム(GaN)系化
合物半導体を用いた発光素子が知られており、青色LE
Dなどへの適用が考えられている。
【0003】図3には、GaN系化合物半導体を用いた
発光素子の構成が示されている。サファイア基板10の
上にn型GaN層12が形成され、GaN層12の上に
薄いn型GaN層14が形成される。そして、発光層と
して例えばInGaN発光層16が形成され、さらにp
型GaN層18を形成してPN接合を構成する。p型G
aN層18を形成した後、表面の一部をエッチングして
n型GaNバッファ層12の表面を露出させ、n型Ga
Nバッファ層12上にn型電極20を形成し、またp型
GaN層18の表面にp型電極22を形成する。そし
て、p型電極22とn型電極20に順方向電圧を印加す
ることで、キャリアがInGaN発光層16に注入さ
れ、InGaN発光層16から所定波長の光(青色)が
射出する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3の
構成では、p型電極22からn型電極20に向けて電流
が流れ、特にp型電極22の下部において電流が最も多
く流れるため、p型電極22の下部において発光が最も
強くなる。しかしながら、InGaN発光層16から射
出した光はp型電極22に遮られてしまい、発光した光
を効率よく外部に取り出すことはできない。
【0005】そこで、従来より、p型GaN層18上に
金属のp型電極22を形成するとともに透明電極を形成
することが提案されている。透明電極を形成すること
で、p型電極22の下部のみに電流を流すのではなく、
InGaN発光層16のほぼ全面にわたって電流を均一
に流し、かつ透明電極から光を取り出すことで発光効率
を向上させることができる。
【0006】ところが、従来においては透明電極として
Ni/AuあるいはITO(Indium Tin O
xide)などが用いられており、Ni/Auは金属で
あるため電極の厚さが厚いと電流広がりはよくなるもの
の光の透過率が悪くなり、電極の厚さが薄いと光はよく
透過するものの膜の横方向抵抗が高くなるため電流広が
りが生じにくいという問題がある。また、ITOでは、
光の透過率は波長400nm以上では高いものの、n型
の伝導特性を有し、抵抗率も金属ほど小さくないのでp
型GaN層18とのオーミック接触がよくなく電流が均
一に流れにくい問題がある。さらに、ITOはエッチン
グが比較的困難で、エッチングしたパターンの端の形状
が崩れやすく、したがって電極として加工する場合に所
望の形状が得られない問題もある。
【0007】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、GaN系半導体を
用いた発光素子において、その発光効率を向上させるこ
とができる構造を提供することにある。
【0008】
【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、窒化ガリウム系化合物半導体装置であっ
て、電極としてZnO透明電極を有することを特徴とす
る。ZnOは、所定の波長(350nm)以上で透明と
なり、光を遮ることなく外部に取り出すことができる。
また、抵抗率も金属膜に比べて低く、GaN系層とのオ
ーミック接触に優れているので、均一に電流を流すこと
ができる。
【0009】ここで、前記窒化ガリウム系化合物半導体
装置は、基板と、基板上に形成されたn型GaN系層
と、前記n型GaN層上に形成されたGaN系発光層
と、前記発光層上に形成されたp型GaN系層と、n型
GaN層上に形成されたn型電極と、前記p型GaN層
上に形成されたp型電極とを有し、前記ZnO透明電極
は、前記p型GaN系層上であって前記p型電極に隣接
して形成され、前記発光層からの光は前記ZnO透明電
極を透過して外部に射出することが好適である。
【0010】また、前記ZnO透明電極はp型とするこ
とが好適である。p型とすることで、p型GaN系層上
に形成した場合の電気的接触を良好なものとすることが
できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の形態について説明する。
【0012】図1には、本実施形態に係るGaN系半導
体装置の構成が示されている。図3に示された構成とほ
ぼ同様であるが、図3と異なり、p型GaN層18上に
p型電極22が形成されるとともに、p型電極に隣接し
て透明電極21が形成されており、電極としてp型電極
22と透明電極21は一体化されている。この透明電極
21は、ZnOで形成される。
【0013】図2には、図1に示された半導体装置の製
造フローチャートが示されている。まず、サファイア基
板10上にMOCVD法などによりn型GaNバッファ
層を形成する(S101)。GaNバッファ層は比較的
低温で形成することが好適であり、またGaNバッファ
層を形成するに先だってまずSiNを形成し、そのSi
N上にGaNバッファ層12を形成することも好適であ
る。次に、MOCVD法によりGaNバッファ層上にn
型GaN層12、14を形成する(S102)。n型G
aN層12、14はその形成過程でシリコンなどをドー
プすることも好適である。n型GaN層12は例えば3
μm、n型GaN層14は0.1μm程度形成すること
ができる。n型GaN層12、14を形成した後、MO
CVD法によりn型InGaN発光層16を例えば2n
m程度形成する(S103)。発光層を形成した後、発
光層16上にMOCVD法によりp型GaN層18を形
成する(S104)。p型GaN層は例えば0.1μm
程度形成することができる。p型GaN層18を形成し
た後、その表面の一部を0.2μm程度の深さまでエッ
チングしてn型GaNバッファ層12の表面を露出する
(S105)。そして、露出したn型GaNバッファ層
12上にn型電極としてAl電極を蒸着やスパッタリン
グなどにより形成する(S106)。また、p型GaN
層18上にPt/Au電極22を蒸着あるいはスパッタ
リングにより形成する(S107)。
【0014】以上のようにして、p型電極22及びn型
電極20を形成した後、さらにp型GaN層18上にp
型電極22と接するようにp型ZnO透明電極21をス
パッタリング法などを用いて形成する(S108)。Z
nOは波長350nm以上で透明になり、10−3Ωc
m程度の膜をスパッタリング法で形成できることが知ら
れている(K.Tominaga,et al,Thi
n Solid Films243(1994)9−1
3)。そして、ZnOとGaNは、格子定数(ZnO:
a=3.252Å、c=5.213Å、GaN:a=
3.189Å、c=5.185Å、ITO:10.13
Å)、熱膨張係数(ZnO:a軸方向2.9×10−6
−1、C軸方向4.75×10−6−1、GaN:
a軸方向5.59×10−6−1、C軸方向3.17
×10−6 −1)が共に近似しているため、p型G
aN層18との密着性に優れ、さらにエッチング特性に
も優れている。さらに、p型ZnOの膜を作成すること
もできることが知られており(Jpn.J.Appl.
Phys.Vol.38(1999)L1205−L1
207 Part2,No.11A.1 Novemb
er1999)、p型GaN層18との電気的接触も良
好なものとすることができる。
【0015】このように、Ni/AuあるいはITOで
透明電極を形成するのではなく、ZnO、特にp型Zn
Oで透明電極21を形成することで、p型GaN層18
との電気的整合性を向上させて均一な電流が得られ、か
つ電極形状も所望の形状とでき、光を効率的に外部に取
り出すことが可能となる。
【0016】本願出願人は、透明電極21の材料とし
て、Ni/Au、ITO、n型ZnO、p型ZnOを用
いて発光素子を形成し、その発光出力を測定した結果、
以下のような値を得ることができた。
【0017】
【表1】
【0018】ここで、発光波長は全て450nmであ
る。この表からわかるように、従来の透明電極材料(N
i/AuあるいはITO)に比べて、n型ZnO及びp
型ZnOは共に相対出力パワーが優れており、特にp型
ZnOでは従来に比べて約2倍程度の相対出力パワーが
得られており、効率的に光を外部に取り出すことができ
る。
【0019】なお、本実施形態においては、発光層とし
てInGaNを用いているが、GaN系化合物半導体で
あれば任意の材料を用いることができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば透
明電極にZnOを用いたので、発光層から射出した光を
効率的に外部に取り出すことが可能となる。これによ
り、発光素子に適用した場合に発光効率を向上させるこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の構成図である。
【図2】 図1に示された半導体装置の製造フローチャ
ートである。
【図3】 従来装置の構成図である。
【符号の説明】
10 サファイア基板、12 n型GaN層、14 n
型GaN層、16 InGaN発光層、18 p型Ga
N層、20 n型電極、21 透明電極、22p型電
極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA04 BB02 BB06 BB36 CC01 DD37 FF01 GG04 HH20 5F041 AA03 CA12 CA40 CA82 CA88 CA93

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化ガリウム系化合物半導体装置であっ
    て、 電極としてZnO透明電極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装置。
  2. 【請求項2】 前記窒化ガリウム系化合物半導体装置
    は、 基板と、 基板上に形成されたn型GaN系層と、 前記n型GaN層上に形成されたGaN系発光層と、 前記発光層上に形成されたp型GaN系層と、 n型GaN層上に形成されたn型電極と、 前記p型GaN層上に形成されたp型電極と、 を有し、前記ZnO透明電極は、前記p型GaN系層上
    であって前記p型電極に隣接して形成され、前記発光層
    からの光は前記ZnO透明電極を透過して外部に射出す
    ることを特徴とする請求項1記載の窒化ガリウム系化合
    物半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記ZnO透明電極はp型であることを
    特徴とする請求項1,2のいずれかに記載の窒化ガリウ
    ム系化合物半導体装置。
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