JP2002289914A - 窒化物半導体素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い電極接触特性を有した窒化物半導体素子
を提供する。 【解決手段】 ３族窒化物半導体からなる半導体層及び
これにキャリアを供給する金属電極を含む窒化物半導体
素子であって、半導体層及び金属電極の間に積層され２
族元素の添加された３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）
1-yｌｎyＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる第１コ
ンタクト層と、第１コンタクト層と金属電極の間に積層
された３族窒化物半導体Ａｌx'Ｇａ1-x'Ｎ（０≦ｘ’≦
１）からなる第２コンタクト層と、を有する。
を提供する。 【解決手段】 ３族窒化物半導体からなる半導体層及び
これにキャリアを供給する金属電極を含む窒化物半導体
素子であって、半導体層及び金属電極の間に積層され２
族元素の添加された３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）
1-yｌｎyＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる第１コ
ンタクト層と、第１コンタクト層と金属電極の間に積層
された３族窒化物半導体Ａｌx'Ｇａ1-x'Ｎ（０≦ｘ’≦
１）からなる第２コンタクト層と、を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３族窒化物半導体
素子に関し、特に前記素子における金属電極との電気接
触に関する。
素子に関し、特に前記素子における金属電極との電気接
触に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード及び半導体レーザダイオ
ードなどの発光素子の分野において、３族窒化物半導体
（ＡｌxＧａ1-x）1-yｌｎyＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦
１）の単結晶にマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）な
どの２族元素が添加された結晶層を有する半導体発光素
子が、青色発光可能な素子として注目されている。３族
窒化物半導体においては電極と半導体との電気的接触性
の向上が求められている。
ードなどの発光素子の分野において、３族窒化物半導体
（ＡｌxＧａ1-x）1-yｌｎyＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦
１）の単結晶にマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）な
どの２族元素が添加された結晶層を有する半導体発光素
子が、青色発光可能な素子として注目されている。３族
窒化物半導体においては電極と半導体との電気的接触性
の向上が求められている。
【０００３】当業者にはよく知られていることである
が、基本的にはｐ型半導体／金属界面における電荷輸送
は、半導体の価電子帯と金属のフェルミレベルとのエネ
ルギー差に依存する。そのエネルギー差によって、オー
ミック接触又はショットキー接触になる。現時点でｐ型
窒化物半導体に対し十分にショットキーバリアを低くす
る金属はなく、電極金属の選択だけでは接触性の改善に
限界がある。
が、基本的にはｐ型半導体／金属界面における電荷輸送
は、半導体の価電子帯と金属のフェルミレベルとのエネ
ルギー差に依存する。そのエネルギー差によって、オー
ミック接触又はショットキー接触になる。現時点でｐ型
窒化物半導体に対し十分にショットキーバリアを低くす
る金属はなく、電極金属の選択だけでは接触性の改善に
限界がある。
【０００４】電極と半導体との電気的接触性を改善する
ための従来方法として、バンドギャップの小さい半導体
層を金属とのコンタクト層として用いる方法が知られて
いる。特開平１０−６５２１６号公報において、Ｉｎを
含むバンドギャップの小さい窒化物半導体を、電極との
コンタクト層として用いることによって、電極との接触
抵抗を低減しようとする試みが開示されている。
ための従来方法として、バンドギャップの小さい半導体
層を金属とのコンタクト層として用いる方法が知られて
いる。特開平１０−６５２１６号公報において、Ｉｎを
含むバンドギャップの小さい窒化物半導体を、電極との
コンタクト層として用いることによって、電極との接触
抵抗を低減しようとする試みが開示されている。
【０００５】接触性を改善する目的のために、高キャリ
ア濃度の半導体層を金属とのコンタクト層に用いる方法
も知られている。しかし、バンドギャップが大きい場
合、上記の方法では高キャリア密度が得ることが困難で
あることも一般に知られている。ＡｌＧａＮ系窒化物に
おいてもバンドギャップが大きく、特にｐ型で高キャリ
ア濃度にすることが困難であった。
ア濃度の半導体層を金属とのコンタクト層に用いる方法
も知られている。しかし、バンドギャップが大きい場
合、上記の方法では高キャリア密度が得ることが困難で
あることも一般に知られている。ＡｌＧａＮ系窒化物に
おいてもバンドギャップが大きく、特にｐ型で高キャリ
ア濃度にすることが困難であった。
【０００６】昨今、ＩｎＧａＮにおいてＩｎＮモル分率
を大きくするに従って大きな正孔濃度が得られることが
知られている（Jpn. J. Appl, Phys. 39 (2000) 337 Ku
makura et. al.）。
を大きくするに従って大きな正孔濃度が得られることが
知られている（Jpn. J. Appl, Phys. 39 (2000) 337 Ku
makura et. al.）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、熱アニール処
理によって高正孔濃度にしたｐ型ＩｎＧａＮをコンタク
ト層として上記の特開平１０−６５２１６号公報に開示
された素子を作製し、かかる素子の接触性を調べたが、
大きな改善は見られなかった。そこで、本発明はかかる
状況に鑑みてなされたものであって、素子の電極接触特
性を向上できる３族窒化物半導体素子を提供することを
目的とする。
理によって高正孔濃度にしたｐ型ＩｎＧａＮをコンタク
ト層として上記の特開平１０−６５２１６号公報に開示
された素子を作製し、かかる素子の接触性を調べたが、
大きな改善は見られなかった。そこで、本発明はかかる
状況に鑑みてなされたものであって、素子の電極接触特
性を向上できる３族窒化物半導体素子を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体素
子は、３族窒化物半導体からなる半導体層及びこれにキ
ャリアを供給する金属電極を含む窒化物半導体素子であ
って、前記半導体層及び前記金属電極の間に積層され２
族元素の添加された３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）
1-yｌｎyＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる第１コ
ンタクト層と、前記第１コンタクト層と前記金属電極の
間に積層された３族窒化物半導体Ａｌ x'Ｇａ1-x'Ｎ（０
≦ｘ’≦１）からなる第２コンタクト層と、を有するこ
とを特徴とする。
子は、３族窒化物半導体からなる半導体層及びこれにキ
ャリアを供給する金属電極を含む窒化物半導体素子であ
って、前記半導体層及び前記金属電極の間に積層され２
族元素の添加された３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）
1-yｌｎyＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる第１コ
ンタクト層と、前記第１コンタクト層と前記金属電極の
間に積層された３族窒化物半導体Ａｌ x'Ｇａ1-x'Ｎ（０
≦ｘ’≦１）からなる第２コンタクト層と、を有するこ
とを特徴とする。
【０００９】本発明の窒化物半導体素子においては、前
記第２コンタクト層には２属元素が添加されていること
を特徴とする。本発明の窒化物半導体素子においては、
前記第２コンタクト層の厚さが５００Å以下であること
を特徴とする。本発明の窒化物半導体素子においては、
前記２族元素がマグネシウムであることを特徴とする。
記第２コンタクト層には２属元素が添加されていること
を特徴とする。本発明の窒化物半導体素子においては、
前記第２コンタクト層の厚さが５００Å以下であること
を特徴とする。本発明の窒化物半導体素子においては、
前記２族元素がマグネシウムであることを特徴とする。
【００１０】本発明の窒化物半導体素子においては、前
記第１コンタクト層がＧａ1-yＩｎyＮ（０．０５≦ｙ≦
０．４）であることを特徴とする。本発明の窒化物半導
体素子においては、前記第１コンタクト層の厚さが１０
〜１０００Åであることを特徴とする。本発明の窒化物
半導体素子においては、前記窒化物半導体素子は発光素
子であることを特徴とする。
記第１コンタクト層がＧａ1-yＩｎyＮ（０．０５≦ｙ≦
０．４）であることを特徴とする。本発明の窒化物半導
体素子においては、前記第１コンタクト層の厚さが１０
〜１０００Åであることを特徴とする。本発明の窒化物
半導体素子においては、前記窒化物半導体素子は発光素
子であることを特徴とする。
【００１１】
【作用】発明者は、３族窒化物からなる半導体層及びこ
れにキャリアすなわち正孔を供給する金属電極を含む素
子の電気特性改善を目的として、素子の電極接触特性に
関する実験を詳細に行い、本発明に至った。すなわち、
Ｍｇを添加した第１のコンタクト層のＩｎＧａＮ層など
を成長した後、第２のコンタクト層として最表面に薄い
ＧａＮ層などを成長した素子を熱アニール処理によって
ｐ型化してみたところ接触性が改善していることを見出
した。
れにキャリアすなわち正孔を供給する金属電極を含む素
子の電気特性改善を目的として、素子の電極接触特性に
関する実験を詳細に行い、本発明に至った。すなわち、
Ｍｇを添加した第１のコンタクト層のＩｎＧａＮ層など
を成長した後、第２のコンタクト層として最表面に薄い
ＧａＮ層などを成長した素子を熱アニール処理によって
ｐ型化してみたところ接触性が改善していることを見出
した。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明による素子につい
て添付図面を参照しつつ、実施例を用いて説明する。図
１は、本発明による多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の半導
体発光素子を示す。素子は、サファイアからなる基板１
の上に（ＡｌxＧａl-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１）で表される窒化物半導体単結晶膜の複数を順次
エピタキシャル成長させた多層構造体からなる。サファ
イアからなる基板１上には、ＡｌＮやＧａＮなどからな
る低温バッファ層２及び導電層を成長するＳｉなどをド
ーピングしたｎ型ＧａＮ下地層３が順次積層されてい
る。ｎ型ＧａＮ下地層３上には、活性層４が配されてい
る。活性層４上には、さらに熱アニール処理によってｐ
型となる、ＭｇドープＡｌＧａＮ電子バリア層５、Ｍｇ
ドープＩｎＧａＮ層６、及びＭｇドープＧａＮ層７が順
に積層されている。
て添付図面を参照しつつ、実施例を用いて説明する。図
１は、本発明による多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の半導
体発光素子を示す。素子は、サファイアからなる基板１
の上に（ＡｌxＧａl-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１）で表される窒化物半導体単結晶膜の複数を順次
エピタキシャル成長させた多層構造体からなる。サファ
イアからなる基板１上には、ＡｌＮやＧａＮなどからな
る低温バッファ層２及び導電層を成長するＳｉなどをド
ーピングしたｎ型ＧａＮ下地層３が順次積層されてい
る。ｎ型ＧａＮ下地層３上には、活性層４が配されてい
る。活性層４上には、さらに熱アニール処理によってｐ
型となる、ＭｇドープＡｌＧａＮ電子バリア層５、Ｍｇ
ドープＩｎＧａＮ層６、及びＭｇドープＧａＮ層７が順
に積層されている。
【００１３】さらにｐ型ＭｇドープＧａＮ層７及びｎ型
ＧａＮ下地層３上には、絶縁膜８が成膜され、それぞれ
対応する窓にはｐ側電極９及びｎ側電極１０が形成さ
れ、発光素子をなしている。以下、本発明による窒化物
半導体発光素子の製造方法について詳述する。ここで、
本発明においては、成膜方法として、特に断りのない限
り有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いている。ま
た原料輸送のために用いるガスとしては、特に断りのな
い限り水素ガスを用いている。
ＧａＮ下地層３上には、絶縁膜８が成膜され、それぞれ
対応する窓にはｐ側電極９及びｎ側電極１０が形成さ
れ、発光素子をなしている。以下、本発明による窒化物
半導体発光素子の製造方法について詳述する。ここで、
本発明においては、成膜方法として、特に断りのない限
り有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いている。ま
た原料輸送のために用いるガスとしては、特に断りのな
い限り水素ガスを用いている。
【００１４】サファイア基板１をＭＯＣＶＤ炉（図示せ
ず）に装填し、サファイア基板上にＡｌＮバッファ層２
を低温成長させた後、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を
１．７×１０-4ｍｏｌ／分、アンモニアを９．０×１０
-2ｍｏｌ／分、メチルシランを７．２×１０-9ｍｏｌ／
分の流量で、反応管に供給し、基板温度１０５０℃に
て、Ｓｉをドーピングしたｎ型ＧａＮ層３を約６μｍの
厚さに成長する。
ず）に装填し、サファイア基板上にＡｌＮバッファ層２
を低温成長させた後、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を
１．７×１０-4ｍｏｌ／分、アンモニアを９．０×１０
-2ｍｏｌ／分、メチルシランを７．２×１０-9ｍｏｌ／
分の流量で、反応管に供給し、基板温度１０５０℃に
て、Ｓｉをドーピングしたｎ型ＧａＮ層３を約６μｍの
厚さに成長する。
【００１５】続いて、アンモニア９．０×１０-2ｍｏｌ
／分を反応管に供給しながら基板温度を７８０℃に降温
する。原料キャリアガスを窒素に換えて、Ｉｎy1Ｇａ
1-y1Ｎ（ｙ１＝０．１）／Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２＝
０．０１）＝３０Å／６０Åを５周期積層して発光層と
なるＭＱＷ活性層４を形成する。活性層４のＩｎy1Ｇａ
1- y1Ｎ（ｙ１＝０．１）層の成長においては、ＴＭＧを
４．８×１０-6ｍｏｌ／分、トリメチルインジウム（Ｔ
ＭＩ）を２．６×１０-5ｍｏｌ／分、アンモニアを３．
１×１０-1ｍｏｌ／分で供給し、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ
２＝０．０１）層の成長においてＴＭＧを４．８×１０
-6ｍｏｌ／分、ＴＭＩを２．６×１０-6ｍｏｌ／分、ア
ンモニアを３．１×１０-1ｍｏｌ／分で供給する。
／分を反応管に供給しながら基板温度を７８０℃に降温
する。原料キャリアガスを窒素に換えて、Ｉｎy1Ｇａ
1-y1Ｎ（ｙ１＝０．１）／Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２＝
０．０１）＝３０Å／６０Åを５周期積層して発光層と
なるＭＱＷ活性層４を形成する。活性層４のＩｎy1Ｇａ
1- y1Ｎ（ｙ１＝０．１）層の成長においては、ＴＭＧを
４．８×１０-6ｍｏｌ／分、トリメチルインジウム（Ｔ
ＭＩ）を２．６×１０-5ｍｏｌ／分、アンモニアを３．
１×１０-1ｍｏｌ／分で供給し、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ
２＝０．０１）層の成長においてＴＭＧを４．８×１０
-6ｍｏｌ／分、ＴＭＩを２．６×１０-6ｍｏｌ／分、ア
ンモニアを３．１×１０-1ｍｏｌ／分で供給する。
【００１６】続いて、キャリアガスを水素とし、基板温
度を１０５０℃に昇温、保持し、ＴＭＧを７×１０-6ｍ
ｏｌ／分、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を１．２
×１０-6ｍｏｌ／分、ビスエチルシクロペンタジエニル
マグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）｛Ｍｇ（Ｃ2Ｈ5Ｃ
5Ｈ4）2｝を５．２×１０-7ｍｏｌ／分、アンモニアを
２．２×１０-1ｍｏｌ／分で供給し、活性層４直上にＡ
ｌxＧａ1-xＮ（Ｘ＝０．２）からなる電子バリア層５を
０．０２μｍ成長する。
度を１０５０℃に昇温、保持し、ＴＭＧを７×１０-6ｍ
ｏｌ／分、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を１．２
×１０-6ｍｏｌ／分、ビスエチルシクロペンタジエニル
マグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）｛Ｍｇ（Ｃ2Ｈ5Ｃ
5Ｈ4）2｝を５．２×１０-7ｍｏｌ／分、アンモニアを
２．２×１０-1ｍｏｌ／分で供給し、活性層４直上にＡ
ｌxＧａ1-xＮ（Ｘ＝０．２）からなる電子バリア層５を
０．０２μｍ成長する。
【００１７】続いて、基板温度を７７０℃に降温する。
キャリアガスを窒素に変えて、電子バリア層５上に厚さ
０．１μｍのＭｇドープＩｎxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．１
４）層６を成長する。次に、ＭｇドープＩｎＧａＮ層６
を基板温度７７０℃において、ＴＭＧを１．０×１０-5
ｍｏｌ／分、ＴＭＩを１．７×１０-5ｍｏｌ／分、Ｅｔ
Ｃｐ２Ｍｇを８．８×１０-8ｍｏｌ／分、アンモニアを
４．５×１０-1ｍｏｌ／分で供給して、堆積する。続い
て、ＴＭＩの供給を止め、さらにＥｔＣｐ２Ｍｇの供給
を２．３×１０-7ｍｏｌ／分に変更し、第１コンタクト
層６上に１０ÅのＭｇドープＧａＮ層７すなわち第２コ
ンタクト層を成長し、図２に示すようなウエハ１が完成
する。最後のＭｇドープＧａＮの第２コンタクト層７の
成長においては、４０秒かけてエピタキシャル成長する
ことで厚さを制御した。ＥｔＣｐ２Ｍｇの流量は窒素中
９５０℃、５分の熱アニール後に正孔濃度が最大になる
ように調整する。
キャリアガスを窒素に変えて、電子バリア層５上に厚さ
０．１μｍのＭｇドープＩｎxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．１
４）層６を成長する。次に、ＭｇドープＩｎＧａＮ層６
を基板温度７７０℃において、ＴＭＧを１．０×１０-5
ｍｏｌ／分、ＴＭＩを１．７×１０-5ｍｏｌ／分、Ｅｔ
Ｃｐ２Ｍｇを８．８×１０-8ｍｏｌ／分、アンモニアを
４．５×１０-1ｍｏｌ／分で供給して、堆積する。続い
て、ＴＭＩの供給を止め、さらにＥｔＣｐ２Ｍｇの供給
を２．３×１０-7ｍｏｌ／分に変更し、第１コンタクト
層６上に１０ÅのＭｇドープＧａＮ層７すなわち第２コ
ンタクト層を成長し、図２に示すようなウエハ１が完成
する。最後のＭｇドープＧａＮの第２コンタクト層７の
成長においては、４０秒かけてエピタキシャル成長する
ことで厚さを制御した。ＥｔＣｐ２Ｍｇの流量は窒素中
９５０℃、５分の熱アニール後に正孔濃度が最大になる
ように調整する。
【００１８】電極金属と接する半導体層を違えた場合に
おける電気的接触性を比較するために、上記ウエハ１の
第１コンタクト層６及び第２コンタクト層７の部分すな
わち活性層−電極間の半導体層を上記第２コンタクト層
７の材料であるＭｇドープＧａＮのみで構成したウエハ
２と、上記第１コンタクト層６の材料であるＭｇドープ
ＩｎxＧａ1-xＮ（Ｘ＝０．１４）のみで構成したウエハ
３を作製した。素子２の活性層−電極間のＩｎＧａＮ第
１コンタクト層及び素子３の同ＧａＮ第２コンタクト層
の膜厚は素子１のＧａＮ／ＩｎＧａＮ（第２コンタクト
層７／第１コンタクト層６）の合計膜厚と等しい。
おける電気的接触性を比較するために、上記ウエハ１の
第１コンタクト層６及び第２コンタクト層７の部分すな
わち活性層−電極間の半導体層を上記第２コンタクト層
７の材料であるＭｇドープＧａＮのみで構成したウエハ
２と、上記第１コンタクト層６の材料であるＭｇドープ
ＩｎxＧａ1-xＮ（Ｘ＝０．１４）のみで構成したウエハ
３を作製した。素子２の活性層−電極間のＩｎＧａＮ第
１コンタクト層及び素子３の同ＧａＮ第２コンタクト層
の膜厚は素子１のＧａＮ／ＩｎＧａＮ（第２コンタクト
層７／第１コンタクト層６）の合計膜厚と等しい。
【００１９】その後、Ｍｇドーピングした半導体層をｐ
型半導体とするため、完成したレーザーウエハそれぞれ
に対して窒素雰囲気中で９５０℃、５分の熱アニール処
理を行う。ｐ型ドーパントであるＭｇをドーピングした
ＧａＮ系半導体をＭＯＣＶＤ法で成長した場合、何も処
理を行わない状態では半絶縁性であり、ｐ型の導電性を
示さない。そのため、発光素子ウエハ完成後、熱アニー
ル処理を行うことでＭｇをドーピングした層を活性化
し、ｐ型の導電性を発現させる。
型半導体とするため、完成したレーザーウエハそれぞれ
に対して窒素雰囲気中で９５０℃、５分の熱アニール処
理を行う。ｐ型ドーパントであるＭｇをドーピングした
ＧａＮ系半導体をＭＯＣＶＤ法で成長した場合、何も処
理を行わない状態では半絶縁性であり、ｐ型の導電性を
示さない。そのため、発光素子ウエハ完成後、熱アニー
ル処理を行うことでＭｇをドーピングした層を活性化
し、ｐ型の導電性を発現させる。
【００２０】さらに例えば反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）などにより、図３に示すように、ｎ型ＧａＮ層３
を露出させる。その後、各素子のＭｇドープＩｎxＧａ
1-xＮ（ｘ＝０．１４）層６又はＭｇドープＧａＮ層７
の部分表面にＳｉＯ2などの絶縁膜８を堆積する。次
に、この絶縁膜８に、電極を形成するための窓をパター
ニングする。ｐ型化したＭｇドープ層６又は７及びｎ型
ＧａＮ層３上には、塩酸による半導体表面処理の後、窓
を介して、それぞれｐ側電極９及びｎ側電極１０を形成
する（図１）。ｐ側電極９及びｎ側電極１０の材料はそ
れぞれニッケル及びチタンである。
ＩＥ）などにより、図３に示すように、ｎ型ＧａＮ層３
を露出させる。その後、各素子のＭｇドープＩｎxＧａ
1-xＮ（ｘ＝０．１４）層６又はＭｇドープＧａＮ層７
の部分表面にＳｉＯ2などの絶縁膜８を堆積する。次
に、この絶縁膜８に、電極を形成するための窓をパター
ニングする。ｐ型化したＭｇドープ層６又は７及びｎ型
ＧａＮ層３上には、塩酸による半導体表面処理の後、窓
を介して、それぞれｐ側電極９及びｎ側電極１０を形成
する（図１）。ｐ側電極９及びｎ側電極１０の材料はそ
れぞれニッケル及びチタンである。
【００２１】その後、裏面のサファイア基板側を研磨
し、ウエハ厚を１００μｍ程度として劈開、チップ化を
行い、素子が完成する。ウェハ１，２及び３から作成し
た素子を以下それぞれ素子１、素子２及び素子３と呼
ぶ。図４は本発明の実施例による素子１と、比較用素子
２及び３の電流電圧の電気特性を示す。図４から明らか
なように、本発明によって駆動電圧が低減している。
し、ウエハ厚を１００μｍ程度として劈開、チップ化を
行い、素子が完成する。ウェハ１，２及び３から作成し
た素子を以下それぞれ素子１、素子２及び素子３と呼
ぶ。図４は本発明の実施例による素子１と、比較用素子
２及び３の電流電圧の電気特性を示す。図４から明らか
なように、本発明によって駆動電圧が低減している。
【００２２】一般に、Ｍｇをドーピングした窒化物半導
体をｐ型化するには、膜に何らかの処理を加える必要が
あり、その結果として膜の表面が劣化しやすい。特にＩ
ｎＧａＮにおいてはＩｎとＮの結合が弱いため、その劣
化が顕著になる。素子２の場合、熱によるＩｎＧａＮ表
面の劣化が、期待される電気的接触性の改善を阻害して
いると推測される。
体をｐ型化するには、膜に何らかの処理を加える必要が
あり、その結果として膜の表面が劣化しやすい。特にＩ
ｎＧａＮにおいてはＩｎとＮの結合が弱いため、その劣
化が顕著になる。素子２の場合、熱によるＩｎＧａＮ表
面の劣化が、期待される電気的接触性の改善を阻害して
いると推測される。
【００２３】当該最表面のＧａＮの第２コンタクト層７
を厚くするほどＩｎＧａＮに対する保護効果は増大する
が、抵抗値も増加する。従って、第２コンタクト層７の
厚さは５００Å以下であることが好ましい。第１コンタ
クト層６は、その下にある層と格子定数差を有している
ため、この層の厚さを厚くしすぎると結晶性が低下し、
期待される効果が得られない。従って、第１コンタクト
層６の厚さは１０〜１０００Åであることが好ましい。
を厚くするほどＩｎＧａＮに対する保護効果は増大する
が、抵抗値も増加する。従って、第２コンタクト層７の
厚さは５００Å以下であることが好ましい。第１コンタ
クト層６は、その下にある層と格子定数差を有している
ため、この層の厚さを厚くしすぎると結晶性が低下し、
期待される効果が得られない。従って、第１コンタクト
層６の厚さは１０〜１０００Åであることが好ましい。
【００２４】上記実施例は本発明を発光ダイオードに適
用した場合について説明したが、レーザーダイオードに
ついても同様に適用可能である。さらに他の実施例とし
ては、新たにガイド層及びクラッド層を設ける以外、上
記実施例と同一の手法を用いて、図５に示すような、リ
ッジ型半導体発光素子を形成することもできる。すなわ
ち、ｎ型ＧａＮ下地層３と活性層４との間にｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層１１及びｎ型ＧａＮガイド層１２を積層
し、さらに、ｐ型ＭｇドープＡｌＧａＮ電子バリア層５
とｐ型第１コンタクト層６との間にｐ型ＧａＮガイド層
１３及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１４を積層して、上
記図３に対応する工程において、所定幅のマスクを第２
コンタクト層７上に形成し、ＲＩＥを用いて、マスク直
下以外の部分、すなわちｐ型第１コンタクト層６、ｐ型
第２コンタクト層７及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１４
を、ｐ型ＧａＮガイド層１３の一部厚さを残して除去
し、狭リッジ構造を形成する。そして得られたウェハ上
に、絶縁膜８を形成し、リッジ部上部のｐ側電極用窓部
及びｎ側電極用窓部を形成し、各電極を設けて、リッジ
型半導体発光素子を作製する。図５及び図１にて同一の
符号により示される部材は同一の部材である。レーザー
ダイオードの場合はＬＥＤの場合に比べ単位面積当たり
の電流注入量を大きくする必要がある。従って、本発明
による電流を注入する際に必要な電圧を下げる効果はレ
ーザーダイオードで一層有用となる。
用した場合について説明したが、レーザーダイオードに
ついても同様に適用可能である。さらに他の実施例とし
ては、新たにガイド層及びクラッド層を設ける以外、上
記実施例と同一の手法を用いて、図５に示すような、リ
ッジ型半導体発光素子を形成することもできる。すなわ
ち、ｎ型ＧａＮ下地層３と活性層４との間にｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層１１及びｎ型ＧａＮガイド層１２を積層
し、さらに、ｐ型ＭｇドープＡｌＧａＮ電子バリア層５
とｐ型第１コンタクト層６との間にｐ型ＧａＮガイド層
１３及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１４を積層して、上
記図３に対応する工程において、所定幅のマスクを第２
コンタクト層７上に形成し、ＲＩＥを用いて、マスク直
下以外の部分、すなわちｐ型第１コンタクト層６、ｐ型
第２コンタクト層７及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１４
を、ｐ型ＧａＮガイド層１３の一部厚さを残して除去
し、狭リッジ構造を形成する。そして得られたウェハ上
に、絶縁膜８を形成し、リッジ部上部のｐ側電極用窓部
及びｎ側電極用窓部を形成し、各電極を設けて、リッジ
型半導体発光素子を作製する。図５及び図１にて同一の
符号により示される部材は同一の部材である。レーザー
ダイオードの場合はＬＥＤの場合に比べ単位面積当たり
の電流注入量を大きくする必要がある。従って、本発明
による電流を注入する際に必要な電圧を下げる効果はレ
ーザーダイオードで一層有用となる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、３族窒化物半導体素子
における半導体の活性層及び金属電極の間に第１コンタ
クト層と第２コンタクト層とを有するので、素子の電極
接触特性が向上できる。
における半導体の活性層及び金属電極の間に第１コンタ
クト層と第２コンタクト層とを有するので、素子の電極
接触特性が向上できる。
【図１】本発明による実施例の多重量子井戸構造の半導
体発光素子を示す概略断面図。
体発光素子を示す概略断面図。
【図２】本発明による実施例の多重量子井戸構造の半導
体発光素子の製造工程中における基板の概略断面図。
体発光素子の製造工程中における基板の概略断面図。
【図３】本発明による実施例の半導体発光素子の製造工
程中における基板の概略断面図。
程中における基板の概略断面図。
【図４】本発明による実施例の半導体発光素子及び比較
例の素子の電圧電流の電気特性を示すグラフ。
例の素子の電圧電流の電気特性を示すグラフ。
【図５】本発明による他の実施例の多重量子井戸構造の
半導体発光素子を示す概略断面図。
半導体発光素子を示す概略断面図。
１ 基板 ２ 低温バッファ層 ３ ｎ型ＧａＮ下地層 ４ 活性層 ５ ｐ型ＭｇドープＡｌＧａＮ電子バリア層 ６ ｐ型第１コンタクト層 ７ ｐ型第２コンタクト層 ８ 絶縁膜 ９ ｐ側電極 １０ ｎ側電極 １１ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 １２ ｎ型ＧａＮガイド層 １３ ｐ型ＧａＮガイド層 １４ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 温 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 5F041 AA24 CA04 CA05 CA22 CA34 CA49 CA65 CA73 CA74 CA82 5F073 AA45 AA74 CA07 CB05 CB19 CB22 DA05 DA16 DA25 EA29
Claims (7)
- 【請求項１】 ３族窒化物半導体からなる半導体層及び
これにキャリアを供給する金属電極を含む窒化物半導体
素子であって、 前記半導体層及び前記金属電極の間に積層され２族元素
の添加された３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-yｌ
ｎyＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる第１コンタ
クト層と、 前記第１コンタクト層と前記金属電極の間に積層された
３族窒化物半導体Ａｌ x'Ｇａ1-x'Ｎ（０≦ｘ’≦１）か
らなる第２コンタクト層と、を有することを特徴とする
窒化物半導体素子。 - 【請求項２】 前記第２コンタクト層には２属元素が添
加されていることを特徴とする請求項１記載の窒化物半
導体素子。 - 【請求項３】 前記第２コンタクト層の厚さが５００Å
以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化
物半導体素子。 - 【請求項４】 前記２族元素がマグネシウムであること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の窒化物半
導体素子。 - 【請求項５】 前記第１コンタクト層がＧａ1-yＩｎyＮ
（０．０５≦ｙ≦０．４）であることを特徴とする請求
項１〜４のいずれか１記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項６】 前記第１コンタクト層の厚さが１０〜１
０００Åであることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
か１記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項７】 前記窒化物半導体素子は発光素子である
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１記載の窒化
物半導体素子。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP2001092899A JP2002289914A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 窒化物半導体素子 |
| US10/105,633 US20020149026A1 (en) | 2001-03-28 | 2002-03-26 | Nitride semiconductor device |
| EP02006937A EP1246264A3 (en) | 2001-03-28 | 2002-03-26 | Nitride semiconductor device |
| TW091106078A TW533606B (en) | 2001-03-28 | 2002-03-27 | Nitride semiconductor device |
| KR10-2002-0017054A KR100475005B1 (ko) | 2001-03-28 | 2002-03-28 | 질화물반도체소자 |
| CN02108234A CN1379483A (zh) | 2001-03-28 | 2002-03-28 | 氮化物半导体器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001092899A JP2002289914A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 窒化物半導体素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=18947295
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020149026A1 (ja) |
| EP (1) | EP1246264A3 (ja) |
| JP (1) | JP2002289914A (ja) |
| KR (1) | KR100475005B1 (ja) |
| CN (1) | CN1379483A (ja) |
| TW (1) | TW533606B (ja) |
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| JP2007188990A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | 窒化物半導体素子 |
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| CN1333470C (zh) * | 2004-02-27 | 2007-08-22 | 广镓光电股份有限公司 | 发光二极管结构 |
| KR101337615B1 (ko) | 2006-06-26 | 2013-12-06 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 질화갈륨계 화합물 반도체 및 그 제조방법 |
| CN101931036B (zh) * | 2010-07-21 | 2014-03-12 | 中国科学院半导体研究所 | 一种氮化镓系发光二极管 |
| JP5598437B2 (ja) * | 2011-07-12 | 2014-10-01 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| WO2014002959A1 (ja) * | 2012-06-25 | 2014-01-03 | 三菱化学株式会社 | ｍ面窒化物系発光ダイオードの製造方法 |
| CN111640836A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-09-08 | 佛山紫熙慧众科技有限公司 | GaN基LED器件电极结构及LED器件 |
| CN114242860A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-25 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | Led芯片及其制备方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5656832A (en) * | 1994-03-09 | 1997-08-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor heterojunction device with ALN buffer layer of 3nm-10nm average film thickness |
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| JPH1051070A (ja) * | 1996-07-29 | 1998-02-20 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ |
| JP3374737B2 (ja) * | 1997-01-09 | 2003-02-10 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
| JP3322179B2 (ja) * | 1997-08-25 | 2002-09-09 | 松下電器産業株式会社 | 窒化ガリウム系半導体発光素子 |
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| JPH11251685A (ja) * | 1998-03-05 | 1999-09-17 | Toshiba Corp | 半導体レーザ |
| KR100683234B1 (ko) * | 1998-03-12 | 2007-02-15 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 소자 |
| JP4149054B2 (ja) * | 1998-11-27 | 2008-09-10 | シャープ株式会社 | 半導体装置 |
-
2001
- 2001-03-28 JP JP2001092899A patent/JP2002289914A/ja active Pending
-
2002
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