JP2003086533A - 窒化物半導体素子および半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、窒化物半導体上に形成された誘電
体膜と電極の、密着性を改善し、これらの剥離を防止す
ることを目的とする。 【解決手段】 本発明は、窒化物半導体層、電極および
誘電体膜を含む窒化物半導体素子において、前記窒化物
半導体層と前記誘電体膜との間に接して、Ａｓ、Ｐまた
はＳｂから選ばれる１種類以上の元素Ｘを含む、ＩｎＧ
ａＮＸコンタクト層を具備することによって誘電体膜の
剥離を防止することが可能である。また、前記ＩｎＧａ
ＮＸコンタクト層に接して電極を形成することによっ
て、電極剥離を防止することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体上に
形成された電極の剥離防止と、窒化物半導体上に形成さ
れた誘電体膜の剥離防止をした窒化物半導体素子および
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、窒化物半導体と電極との間の密着
性は好ましくなく、電極剥がれによる素子の歩留まり率
低下が問題であった。また、例えば、図１のリッジスト
ライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子が作製され
る際、そのリッジストライプ幅は２μｍ以下で微細加工
する必要があるため、リッジストライプの側壁に蒸着し
た誘電体膜がしばしば剥離し、素子不良率が増大すると
いった問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、窒化物半導
体上に形成された電極の剥がれと、誘電体膜の剥離を改
善することを主目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、窒化物半導体
層、電極および誘電体膜を含む窒化物半導体素子におい
て、前記窒化物半導体層と前記誘電体膜との間に接し
て、Ａｓ、ＰまたはＳｂから選ばれる１種類以上の元素
Ｘを含む、ＩｎＧａＮＸコンタクト層を具備することを
特徴とする。このことによって、誘電体膜の剥がれが防
止され、素子の歩留まり率が向上し得る。

【０００５】ここで、本明細書で説明される窒化物半導
体層とは、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を含む
層である。また、窒化物半導体層は、ｎ型もしくはｐ型
の極性を有する。

【０００６】本発明は、ＩｎＧａＮＸコンタクト層に接
して、電極が形成されることを特徴とする。このことに
よって、電極の剥がれが防止され、素子の歩留まり率が
向上し得る。

【０００７】本発明は、ＩｎＧａＮＸコンタクト層の、
元素Ｘ／（Ｎ＋元素Ｘ）で見積もられる元素Ｘの原子分
率が０．０１％以上１００％以下であることが好適であ
る。

【０００８】本発明は、ＩｎＧａＮＸコンタクト層の、
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で見積もられるＩｎの原子分率が
０．０１％以上３５％以下であることが好適である。

【０００９】本発明は、ＩｎＧａＮＸコンタクト層がＳ
ｉ、Ｃ、Ｚｎ、ＣｄまたはＭｇの不純物群のうち少なく
とも１種類以上の不純物を含み、かつ、前記不純物の総
添加量が１×１０¹⁶以上１×１０²¹／ｃｍ³以下である
ことが好適である。

【００１０】本発明は、ＩｎＧａＮＸコンタクト層の厚
みが１ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。

【００１１】本発明は、前記電極がＰｄまたはＰｔのう
ち少なくとも何れかを含むことが好適である。本発明
は、前記電極の厚みが１ｎｍ以上６００ｎｍ以下である
ことが好ましい。本発明は、前記誘電体膜の厚みが５０
ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。本発明
は、前記誘電体膜が酸化珪素もしくは窒化珪素の何れか
を含むことが好ましい。本発明は、前記窒化物半導体素
子の基板が窒化物半導体基板であることが好ましい。前
記ＩｎＧａＮＸコンタクト層は、半導体装置に好ましく
用いられる。

【００１２】

【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞ （本発明のＩｎＧａＮＸコンタクト層について）本発明
は、窒化物半導体層と誘電体膜との間に接して、Ａｓ、
ＰまたはＳｂから選ばれる１種類以上の元素Ｘを含む、
ＩｎＧａＮＸコンタクト層を具備することによって、誘
電体膜との密着性が好ましく、誘電体膜の剥がれを防止
することが可能である。また、ＩｎＧａＮＸコンタクト
層に接して電極が形成されることによって、電極剥がれ
も防止することができる。これらによって素子不良が低
減し、素子の歩留まり率が数％〜数十％程度向上する。

【００１３】本発明に係わるＩｎＧａＮＸコンタクト層
は、具体的には、ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮＰ、Ｉｎ
ＧａＮＳｂ、ＩｎＧａＮＡｓＰなどである。

【００１４】また、前記誘電体膜とは、具体的には、酸
化珪素（ＳｉＯ₂など）、窒化珪素（ＳｉＮ_x）、Ａｌ₂
Ｏ₃などである。

【００１５】ＩｎＧａＮＸコンタクト層に電極を形成す
る際、予めウエットエッチングもしくはドライエッチン
グで該コンタクト層の表面を処理してから電極を蒸着し
ても構わない。このことにより、密着性がより向上され
る。また、ＩｎＧａＮＸコンタクト層はこれらのエッチ
ング処理を行っても表面損傷が少ないために好ましい。

【００１６】本発明に係るＩｎＧａＮＸコンタクト層に
添加される不純物は、Ｓｉ、Ｃ、Ｚｎ、ＣｄまたはＭｇ
の不純物群のうち少なくとも１種類以上が好ましく用い
られる。前記不純物の総添加量は１×１０¹⁶以上１×１
０²¹／ｃｍ³以下の範囲が好ましい。この範囲外で前記
不純物が添加されると密着性が好ましくなく、コンタク
ト抵抗も増大し、ＩｎＧａＮＸコンタクト層の結晶性が
低下する恐れがある。ＩｎＧａＮＸコンタクト層に添加
される前記不純物は、その上に形成される電極側に向か
って、不純物の添加量を多くした方が好ましい。このこ
とにより、電極形成によるコンタクト抵抗が低減し、尚
且つ密着性も向上し得る。Ｍｇを不純物としてＩｎＧａ
ＮＸコンタクト層に添加する場合は、Ｍｇの活性化を向
上させるために、その製法において前記ＩｎＧａＮＸコ
ンタクト層の成長中に微量の酸素が混入されても構わな
い。本発明に係わるＩｎＧａＮＸコンタクト層の厚みは
１ｎｍ以上４００ｎｍ以下が好ましく、さらに好ましく
は５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。ＩｎＧａＮＸコン
タクト層の厚みが１ｎｍ未満では、十分な密着性を得る
ことが困難になる。他方、ＩｎＧａＮＸコンタクト層の
厚みが４００ｎｍを超えると剥離しやすい。さらにＩｎ
ＧａＮＸコンタクト層は、元素Ｘの原子分率によって以
下の好ましい厚みを選択することが可能である。

【００１７】元素Ｘの原子分率が０．０１％以上１８％
以下であれば、ＩｎＧａＮＸコンタクト層の厚みは５０
ｎｍ以上４００ｎｍ以下が好ましく、さらに好ましくは
５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。他方、元素Ｘの原
子分率が１８％よりも大きく１００％以下であれば、Ｉ
ｎＧａＮＸコンタクト層の厚みは５ｎｍ以上２００ｎｍ
以下が好ましく、さらに好ましくは５ｎｍ以上１００ｎ
ｍ以下である。これらの厚みの範囲を選択することによ
って、表面モフォロジーの悪化を抑え、且つ誘電体膜の
剥離と電極剥離を防止することが可能である。

【００１８】本発明に係わるＩｎＧａＮＸコンタクト層
の、元素Ｘ／（Ｎ＋元素Ｘ）で見積もられる元素Ｘの原
子分率は０．０１％以上１００％以下が好ましい。元素
Ｘの原子分率が大きくなるにつれて誘電体膜剥離や電極
剥離を防止する効果が強くなる傾向にある。しかしなが
ら原子分率が０．０１％よりも小さいと前記効果が得ら
れにくくなる。

【００１９】元素Ｘの原子分率が０．０１％以上１８％
以下では電極剥離防止効果に加えて、コンタクト抵抗が
小さくなるために好適である。

【００２０】ＩｎＧａＮＸコンタクト層の元素Ｘの原子
分率は、その上に形成される誘電体膜側もしくは電極側
に向かって、大きくした方が好ましい。このことによ
り、誘電体膜剥離防止効果と電極剥離防止効果を得るこ
とが可能である。

【００２１】本発明に係わるＩｎＧａＮＸコンタクト層
の、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で見積もられるＩｎの原子分
率は０．０１％以上３５％以下が好ましい。さらに好ま
しくは０．５％以上２５％以下である。Ｉｎが大きくな
るにつれてコンタクト抵抗が低減し、誘電体膜剥離や電
極剥離を防止する効果が強くなる傾向にある。しかしな
がらＩｎの原子分率が０．０１％よりも小さいと前記効
果が得られにくくなる。またＩｎの原子分率が３５％を
超えると結晶性が低下し始める。０．５％以上２５％以
下ではより歩留まり率を向上し得る。

【００２２】また、コンタクト層に上記範囲内でＩｎが
含まれると、ドライエッチングやウエットエッチングを
施してもその表面が荒れにくく、表面モフォロジーが好
ましい。

【００２３】ＩｎＧａＮＸコンタクト層のＩｎの原子分
率は、その上に形成される誘電体膜側もしくは電極側に
向かって、大きくした方が好ましい。このことにより、
より一層の誘電体膜剥離防止効果と電極剥離防止効果を
得ることが可能である。 （窒化物半導体層について）本発明に係わるＩｎＧａＮ
Ｘコンタクト層と接する窒化物半導体層は、少なくとも
Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）含む層である。前記窒化物半導
体層は、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、
ＭｇおよびＢｅの不純物群のうち、何れかの不純物が１
種類以上添加されても構わない。

【００２４】また、窒化物半導体層に添加される不純物
は、その上に形成される本発明のＩｎＧａＮＸコンタク
ト層側に向かって、不純物の添加量を多くした方が好ま
しい。このことにより、コンタクト抵抗の低減に寄与す
ることができる。Ｍｇを不純物として窒化物半導体層に
添加する場合は、Ｍｇの活性化を向上させるために、そ
の製造方法において前記窒化物半導体層の成長中に微量
の酸素が混入されても構わない。

【００２５】本発明に係わるＩｎＧａＮＸコンタクト層
と接する窒化物半導体層は、具体的には、ＩｎＧａＮ、
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどが好ましく用
いられる。

【００２６】ＩｎＧａＮ層上にＩｎＧａＮＸコンタクト
層が形成されると、これらの層との間の接触比抵抗が低
いために好ましい。また、元素Ｘが前記ＩｎＧａＮ層中
に拡散したとしても、その結晶中の構成要素はＩｎＧａ
ＮＸコンタクト層と同じであり、素子に与える劣化は小
さい。また、ＩｎＧａＮ層上のＩｎＧａＮＸコンタクト
層は結晶性が良好であるため好ましい。

【００２７】ＧａＮ層上にＩｎＧａＮＸコンタクト層が
形成されると、これらの層との間の接触比抵抗が小さく
なるために好ましい。

【００２８】ＡｌＧａＮ層上にＩｎＧａＮＸコンタクト
層が形成されると、元素ＸがＡｌＧａＮ層を伝播してさ
らにその下の層へと拡散するのを防止し、素子特性が悪
化するのを抑制し得るために好ましい。

【００２９】ＩｎＡｌＧａＮ層上にＩｎＧａＮＸコンタ
クト層が形成されると、元素ＸがＩｎＡｌＧａＮ層を伝
播してさらにその下の層へと拡散するのを防止し、素子
特性が悪化するのを抑制し得るために好ましい。また、
ＩｎＡｌＧａＮ層上のＩｎＧａＮＸコンタクト層は結晶
性が良好であるため好ましい。 （電極について）本発明に係わるＩｎＧａＮＸコンタク
ト層と接する電極は、具体的には、Ｐｄ、Ｐｔ、ＰｄＳ
ｉ（Ｓｉの割合は約５〜２０％）、Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆま
たはＭｏによる電極、あるいは、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐ
ｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ａｌ／Ｈｆ
／Ａｌなどの金属多層電極である（ＩｎＧａＮＸコンタ
クト層側から積層された順に記載）。特に、Ｐｄまたは
Ｐｔを含む電極とＩｎＧａＮＸコンタクト層との密着性
は、従来の前記電極と窒化物半導体層との密着性に比べ
て好ましく、その電極剥離を改善することが可能であ
る。

【００３０】本発明に係わる電極の厚みは１ｎｍ以上６
００ｎｍ以下の範囲が好ましい。さらに好ましくは、５
ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。電極の厚みが１ｎｍ未
満では通電したときに短絡が生じやすい。他方、電極の
厚みが６００ｎｍよりも厚くなると電極剥離が生じやす
くなる。５ｎｍ以上３００ｎｍ以下ではより歩留まり率
を向上し得る。 （誘電体膜の厚みについて）本発明に係わるＩｎＧａＮ
Ｘコンタクト層と接する誘電体膜の厚みは、５０ｎｍ以
上５００ｎｍ以下の範囲が好ましい。さらに好ましくは
１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。誘電体膜の厚み
がこれらの範囲外であると剥離が生じやすくなる。１０
０ｎｍ以上３００ｎｍ以下ではより歩留まり率を向上し
得る。 （基板について）本発明に係わるＩｎＧａＮＸコンタク
ト層を含む窒化物半導体素子の基板が、窒化物半導体で
あることが好ましい。基板が窒化物半導体基板であるこ
とによって、格子不整合による転位の発生が減少し、Ｉ
ｎＧａＮＸコンタクト層の結晶性が向上し得る。また、
前記転位を介して元素ＸがＩｎＧａＮＸコンタクト層以
外の層中に伝播し、素子特性を劣化させることも防ぐこ
とができる。さらに、窒化物半導体基板はその上に形成
される窒化物半導体素子と近い熱膨張係数を有するた
め、基板の反りによる誘電体膜剥離や電極剥離を防止す
ることが可能である。

【００３１】ここで、窒化物半導体基板とは、少なくと
もＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を含む基板である。前記窒化
物半導体基板は、それを構成している窒素元素の約１０
％以下（ただし、六方晶系であること）が、Ａｓ、Ｐお
よびＳｂの元素群のうち何れかの元素で置換されても良
い。また、前記窒化物半導体基板は、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、
Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅの不純物群
のうち、何れかの不純物が添加されても構わない。 （本発明に係る半導体装置について）本発明に係るＩｎ
ＧａＮＸコンタクト層を窒化物半導体装置に用いること
によって、誘電体膜剥離と電極剥離による素子不良の低
減から、信頼性の高い窒化物半導体装置を提供すること
ができる。 ＜実施の形態２＞本実施の形態２では、本発明に係わる
ＩｎＧａＮＸコンタクト層を用いた窒化物半導体レーザ
素子が図１を用いて説明される。その他の本発明に係わ
る事柄は、実施の形態１と同様である。

【００３２】図１の窒化物半導体レーザ素子は、（００
０１）面ｎ型ＧａＮ基板１００、ｎ型Ｉｎ_0.07Ｇａ_0.93
Ｎクラック防止層１０１、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッ
ド層１０２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０３、発光層１０
４、 ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック層１０
５、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9
Ｎクラッド層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０８、ｐ型Ｉｎ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎ_0.9Ｐ_0.1コンタクト層１０９、ｎ電極１１
０、ｐ電極１１１およびＳｉＯ₂誘電体膜１１２を含ん
でいる。

【００３３】まず、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装
置を用いてＧａＮ基板１００に、Ｖ族原料のＮＨ₃とＩ
ＩＩ族原料のＴＭＧａ(トリメチルガリウム)またはＴＥ
Ｇａ（トリエチルガリウム）に、ＴＭＩｎ（トリメチル
インジウム）のＩＩＩ族原料とＳｉＨ₄が加えられ、８
００℃の成長温度でｎ型Ｉｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラック防
止層１０１が４０ｎｍ成長された。次に、基板温度が１
０５０℃に上げられ、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウ
ム）またはＴＥＡｌ（トリエチルアルミニウム）のＩＩ
Ｉ族原料が用いられて、１．２μｍ厚のｎ型Ａｌ_0.1Ｇ
ａ_0.9Ｎクラッド層１０２（Ｓｉ不純物濃度１×１０¹⁸
／ｃｍ³）が成長され、続いてｎ型ＧａＮ光ガイド層１
０３（Ｓｉ不純物濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³）が０．１μ
ｍ成長された。

【００３４】その後、基板温度が８００℃に下げられ、
３周期の、厚さ４ｎｍのＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層と厚
さ８ｎｍのＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層から構成された発
光層（多重量子井戸構造）１０４が、障壁層／井戸層／
障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で成長
された。その際、障壁層と井戸層の両方にＳｉＨ₄（Ｓ
ｉ不純物濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³）が添加された。

【００３５】発光層にＡｓが添加される場合はＡｓＨ₃
（アルシン）またはＴＢＡｓ（ターシャリブチルアルシ
ン）を、発光層にＰが添加される場合はＰＨ₃（ホスフ
ィン）またはＴＢＰ（ターシャリブチルホスフィン）
を、発光層にＳｂが添加される場合はＴＭＳｂ（トリメ
チルアンチモン）またはＴＥＳｂ（トリエチルアンチモ
ン）をそれぞれ添加すると良い。また、発光層が形成さ
れる際、Ｎ原料として、ＮＨ₃以外にジメチルヒドラジ
ンが用いられても構わない。これらの原料は、本発明の
ＩｎＧａＮＸコンタクト層にも用いられる。

【００３６】次に、基板温度が再び１０５０℃まで昇温
されて、厚み２０ｎｍのｐ型Ａｌ_{0. 3}Ｇａ_0.7Ｎキャリア
ブロック層１０５、０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０６、０．５μｍのｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層
１０７と０．１μｍのｐ型ＧａＮ層１０８が順次成長さ
れた。そして、基板温度を７００℃に下げてｐ型Ｉｎ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎ_0.9Ｐ_0.1コンタクト層１０９を２０ｎｍ成
長した。前記のｐ型不純物としてＭｇ（ＥｔＣＰ₂Ｍ
ｇ：ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム）が
添加された。

【００３７】続いて、上記で成長されたエピウエハーを
ＭＯＣＶＤ装置から取り出して、電極が形成される。ｎ
電極１１０は、エピウエハーの裏面にＨｆ／Ａｌの順序
で形成された。そして、ｎ電極１１０にｎ型電極パッド
としてＡｕが蒸着された。前記ｎ電極材料の他に、Ｔｉ
／Ａｌ、Ｔｉ／ＭｏまたはＨｆ／Ａｕ等が用いられても
構わない。ｎ電極にＨｆが用いられるとｎ電極のコンタ
クト抵抗が下げられるため好ましい。

【００３８】ｐ電極部分はストライプ状にエッチングさ
れ、リッジストライプ部（図１）が形成された。リッジ
ストライプ部の幅は１．７μｍであった。その後、Ｓｉ
Ｏ₂誘電体膜１１２が２００ｎｍ蒸着され、ｐ型Ｉｎ_0.1
Ｇａ_0.9Ｎ_0.9Ｐ_0.1コンタクト層１０９が露出されて、
ｐ電極１１１がＰｄ（１５ｎｍ）／Ｍｏ（１５ｎｍ）／
Ａｕ（２００ｎｍ）の順序で蒸着されて形成された。

【００３９】本実施の形態で用いられた基板はＧａＮ基
板以外に、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板などが
用いられても構わない。しかしながら、ＧａＮ基板など
の窒化物半導体基板を用いた方が本発明による効果が発
揮され易い。

【００４０】上記で説明されたＩｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラ
ック防止層１０２は、Ｉｎ組成比が０．０７以外であっ
ても構わないし、ＩｎＧａＮクラック防止層自体がなく
ても構わない。しかしながら、クラッド層とＧａＮ基板
との格子不整合が大きくなる場合は、前記ＩｎＧａＮク
ラック防止層が挿入された方がクラック防止の点でより
好ましい。

【００４１】上記で説明された発光層１０４は、障壁層
で始まり障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始ま
り井戸層で終わる構成であってもよい。また、井戸層の
層数は、前述の３層に限らず、１０層以下であれば閾値
電流密度が低く、室温連続発振が可能であった。

【００４２】上記で説明された発光層１０４は、井戸層
と障壁層の両層にＳｉ（ＳｉＨ₄）が１×１０¹⁸／ｃｍ³
添加されたが、Ｓｉが添加されなくても構わない。ま
た、井戸層と障壁層の両層に限らず片方の層のみに前記
不純物が添加されても良い。

【００４３】上記発光層１０４にＡｓもしくはＰが含ま
れていても良い。これらの元素が含まれることによって
発光層の電子とホールの有効質量が小さくなって、レー
ザ発振閾値電流密度が低減し得るために好ましい。

【００４４】上記で説明されたｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキ
ャリアブロック層１０７は、Ａｌ組成比が０．３以外で
あっても構わないし、キャリアブロック層自体が無くて
も構わない。しかしながら、キャリアブロック層を設け
た方が閾値電流密度が低くかった。前記キャリアブロッ
ク層のＡｌ組成比は、高くすることによってキャリアの
閉じ込めが強くなって好ましい。また、キャリアの閉じ
込めが保持される程度までＡｌ組成比を小さくすれば、
キャリアブロック層内のキャリア移動度が大きくなり電
気抵抗が低くなって好ましい。

【００４５】上記の説明では、ｐ型クラッド層とｎ型ク
ラッド層として、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ結晶が用いられた
が、Ａｌの組成比が０．１以外のＡｌＧａＮ３元結晶で
あっても構わない。Ａｌの混晶比が高くなると発光層と
のエネルギーギャップ差及び屈折率差が大きくなり、キ
ャリアや光が該発光層に効率良く閉じ込められ、レーザ
発振閾値電流密度の低減が図られる。また、キャリアお
よび光の閉じ込めが保持される程度までＡｌ組成比を小
さくすれば、クラッド層でのキャリア移動度が大きくな
り、素子の動作電圧を低くすることができる。

【００４６】上記で説明されたＡｌＧａＮクラッド層の
厚みは、０．７μｍ〜１．５μｍが好ましい。このこと
により、垂直横モードの単峰化と光り閉じ込め効率が増
し、レーザの光学特性の向上とレーザ閾値電流密度の低
減が図れる。

【００４７】上記で説明されたクラッド層は、ＡｌＧａ
Ｎ３元混晶であったが、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ
Ｐ、ＡｌＧａＮＡｓ等の４元混晶であっても良い。さら
に、ｐ型クラッド層は、電気抵抗を低減するために、ｐ
型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造、ま
たはｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＩｎＧａＮ層からなる超格
子構造を有していても良い。

【００４８】上記では、ＭＯＣＶＤ装置による結晶成長
方法が説明されたが、分子線エピタキシー法（ＭＢ
Ｅ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）が用いられ
ても構わない。

【００４９】本実施の形態２で説明された窒化物半導体
レーザ素子は、本発明によるＩｎＧａＮＸコンタクト層
を用いることによって、ｐ電極の剥離が防止されるとと
もにリッジストライプ部に蒸着されたＳｉＯ₂誘電体膜
の剥離も防止することができる。このことによって歩留
まりが向上した。

【００５０】このようにして作製された窒化物半導体レ
ーザ素子は、レーザプリンター、バーコードリーダー、
光の三原色（青色、緑色、赤色）レーザによるプロジェ
クター等に好ましく用いられる。 ＜実施の形態３＞本実施の形態３では、本発明に係わる
ＩｎＧａＮＸコンタクト層を用いた窒化物半導体発光ダ
イオード素子が図２を用いて説明される。その他の本発
明に係わる事柄は、実施の形態１もしくは実施の形態２
と同様である。

【００５１】図２の窒化物半導体発光ダイオード素子
は、（０００１）面ｎ型ＧａＮ基板２００、ｎ型短周期
超格子２０１、ｎ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック
層２０２、発光層２０３、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリ
アブロック層２０４、ｐ型短周期超格子２０５、ｐ型Ｉ
ｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ_0.96Ａｓ_0.04コンタクト層２０６、ｐ型
透光性電極２０７、ｐ電極２０８、ｎ電極２０９を含ん
でいる。

【００５２】本実施の形態ではｎ型短周期超格子２０１
として、１００周期のＡｌ_0.15Ｇａ _0.85Ｎ（厚み１．５
ｎｍ、Ｓｉドープあり）／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ（厚み１．
５ｎｍ、Ｓｉドープあり）を用いた。発光層２０３とし
ては、３周期のＡｌ_0.06Ｇａ _0.94Ｎ井戸層（厚み２ｎ
ｍ、Ｓｉドープあり）／Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎ（厚み４ｎ
ｍ、Ｓｉドープあり）を用いた。ｐ型短周期超格子２０
５として、１００周期のＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ（厚み１．
５ｎｍ、Ｍｇドープあり）／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ（厚み
１．５ｎｍ、Ｍｇドープあり）を用いた。また、ｐ型Ｉ
ｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ_0.96Ａｓ_0.04コンタクト層２０６は、ｐ
型短周期超格子２０５のＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ上に３０ｎｍ
積層された。ｐ型透光性電極２０７はＰｄ（７ｎｍ）
が、ｐ電極２０８はＡｕ（５００ｎｍ）がそれぞれ用い
られた。

【００５３】本実施の形態３で説明された発光ダイオー
ド素子は、本発明によるＩｎＧａＮＸコンタクト層を用
いることによってｐ型透光性電極２０７を含む電極の剥
離が防止され、歩留まりが向上した。

【００５４】本発明に係るコンタクト層を用いた発光ダ
イオードは、紫外線光源装置、白色光源装置または表示
装置などに好ましく用いることができる。 ＜実施の形態４＞本実施の形態４では、本発明に係わる
ＩｎＧａＮＸコンタクト層を用いた窒化物半導体レーザ
素子が図３を用いて説明される。その他の本発明に係わ
る事柄は、実施の形態１または実施の形態２と同様であ
る。

【００５５】図３の窒化物半導体レーザ素子は、サファ
イア基板３００、ＧａＮバッファ層３０１、ｎ型ＩｎＧ
ａＮＸコンタクト層３０２、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラ
ッド層３０３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層３０４、発光層３
０５、 ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック層３０
６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３０７、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_{0 .9}
Ｎクラッド層３０８、ｐ型Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層３０
９、ｐ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ_0.9Ｐ_0.1コンタクト層３１
０、ｎ電極３１１、ｐ電極３１２およびＳｉＮ_X誘電体
膜３１３を含んでいる。

【００５６】本実施の形態の半導体レーザ素子は、ドラ
イエッチングを用いてｎ型ＩｎＧａＮＸコンタクト層３
０２が図３のように露出され、その面に接してｎ電極３
１１が形成された。

【００５７】ｎ型ＩｎＧａＮＸコンタクト層３０２とし
て、例えばＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ_0.96Ｐ _0.04コンタクト層
（厚み１００ｎｍ、Ｓｉ不純物濃度：２×１０¹⁸／ｃｍ
³）が用いられる。ｎ電極３１１としてはＴｉ（１５ｎ
ｍ）／Ａｌ（３０ｎｍ）／Ｔｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（２
００ｎｍ）が用いられる。

【００５８】本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子
は、本発明によるＩｎＧａＮＸコンタクト層を用いるこ
とによって、ｎ電極の剥離とその両脇のＳｉＮ_X誘電体
膜が剥離されるのを防止することができる。このことに
よって歩留まりが向上した。さらに、ＩｎＧａＮＸコン
タクト層はドライエッチング等の処理を行ってもエッチ
ングによる表面損傷が小さかった。

【００５９】本実施の形態のｐ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ_0.9
Ｐ_0.1コンタクト層３１０とｐ電極３１２、およびＳｉ
Ｎ_X誘電体膜３１３との関係は、実施の形態２と同様で
ある。

【００６０】本実施の形態で用いられた基板はサファイ
ア基板以外に、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基
板、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板などが用いられても構わな
い。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、窒化物半導体層上に形
成された誘電体膜の、または窒化物半導体層上に形成さ
れた電極の、密着性を改善しその剥離を防止することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】窒化物半導体レーザ素子の一例を表した図であ
る。

【図２】窒化物半導体発光ダイオード素子の一例であ
る。

【図３】窒化物半導体へテロ接合型電界効果トランジス
タ素子の一例である。

【符号の説明】

１００、２００…ｎ型ＧａＮ基板 １０１…ｎ型Ｉｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラック防止層 １０２、３０３…ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層 １０３、３０４…ｎ型ＧａＮ光ガイド層 １０４、２０３、３０５…発光層 １０５、３０６…ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロッ
ク層 １０６、３０７…ｐ型ＧａＮ光ガイド層 １０７、３０８…ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層 １０８…ｐ型ＧａＮ層 １０９、３１０…ｐ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ_0.9Ｐ_0.1コンタ
クト層 １１０、２０９、３１１…ｎ電極 １１１、２０８、３１２…ｐ電極 １１２…ＳｉＯ₂誘電体膜 ３１３…ＳｉＮ_X誘電体膜 ２０１…ｎ型短周期超格子 ２０２…ｎ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック層 ２０４…ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック層 ２０５…ｐ型短周期超格子 ２０６…ｐ型Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ_0.96Ａｓ_0.04コンタクト
層２０６ ２０７…ｐ型透光性電極 ３００…サファイア基板 ３０１…ＧａＮバッファ層 ３０２…ｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ_0.96Ｐ_0.04コンタクト層 ３０９…ｐ型Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層

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Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化物半導体層、電極および誘電体膜を
   含む窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体層と
   前記誘電体膜との間に接して、Ａｓ、ＰまたはＳｂから
   選ばれる１種類以上の元素Ｘを含む、ＩｎＧａＮＸコン
   タクト層を具備することを特徴とする窒化物半導体素
   子。
2. 【請求項２】 前記ＩｎＧａＮＸコンタクト層に接し
   て、電極が形成されることを特徴とする窒化物半導体素
   子。
3. 【請求項３】 前記ＩｎＧａＮＸコンタクト層の、元素
   Ｘ／（Ｎ＋元素Ｘ）で見積もられる元素Ｘの原子分率が
   ０．０１％以上１００％以下であることを特徴とする請
   求項１または２に記載の窒化物半導体素子。
4. 【請求項４】 前記ＩｎＧａＮＸコンタクト層の、Ｉｎ
   ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で見積もられるＩｎの原子分率が０．
   ０１％以上３５％以下であることを特徴とする請求項１
   から３の何れかの項に記載の窒化物半導体素子。
5. 【請求項５】 前記ＩｎＧａＮＸコンタクト層がＳｉ、
   Ｃ、Ｚｎ、ＣｄまたはＭｇの不純物群のうち少なくとも
   １種類以上の不純物を含み、かつ、前記不純物の総添加
   量が１×１０¹⁶以上１×１０²¹／ｃｍ³以下であること
   を特徴とする請求項１から４の何れかの項に記載の窒化
   物半導体素子。
6. 【請求項６】 前記ＩｎＧａＮＸコンタクト層の厚みが
   １ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求
   項１から５の何れかの項に記載の窒化物半導体素子。
7. 【請求項７】 前記電極がＰｄまたはＰｔのうち少なく
   とも何れかを含むことを特徴とする請求項１から６の何
   れかの項に記載の窒化物半導体素子。
8. 【請求項８】 前記電極の厚みが１ｎｍ以上６００ｎｍ
   以下であることを特徴とする請求項１から７の何れかの
   項に記載の窒化物半導体素子。
9. 【請求項９】 前記誘電体膜の厚みが５０ｎｍ以上５０
   ０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から８の何
   れかの項に記載の窒化物半導体素子。
10. 【請求項１０】 前記誘電体膜が酸化珪素もしくは窒化
    珪素の何れかを含むことを特徴とする請求項１から９の
    何れかの項に記載の窒化物半導体素子。
11. 【請求項１１】 前記窒化物半導体素子の基板が窒化物
    半導体基板であることを特徴とする請求項１から１０の
    何れかの項に記載の窒化物半導体素子。
12. 【請求項１２】 請求項１から１１の何れかの項に記載
    のＩｎＧａＮＸコンタクト層を用いた半導体装置。