JP2003347238A - 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 動作電圧が低く、信頼性の高い窒化ガリウム
系半導体素子を提供する。 【解決手段】 本ＧａＮ系半導体レーザ素子は、ｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層上に凹凸を備え、ｐ側電極金属膜とコ
ンタクト層との密着性が向上し、接触面積が増大して接
触抵抗が減少し、金属膜が凹部に進入してコンタクト層
と強固に密着して固着されるので、金属膜がコンタクト
層から剥がれ難しくなる。コンタクト層の表面全域に形
成された凹凸部は、表面全域のいずれの１μｍ幅領域で
も、凹凸部又は凹部が幅方向の線上に２個以上位置する
ように、凹凸が表面全域に分散して存在し、かつ、凸部
４６の頂部と凸部４６に隣接する凹部４８の底部との高
さの差（段差）がＧａＮ結晶の格子定数より大きい。ま
た、表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在する凹
凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５ｎｍ
より大きい。
系半導体素子を提供する。 【解決手段】 本ＧａＮ系半導体レーザ素子は、ｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層上に凹凸を備え、ｐ側電極金属膜とコ
ンタクト層との密着性が向上し、接触面積が増大して接
触抵抗が減少し、金属膜が凹部に進入してコンタクト層
と強固に密着して固着されるので、金属膜がコンタクト
層から剥がれ難しくなる。コンタクト層の表面全域に形
成された凹凸部は、表面全域のいずれの１μｍ幅領域で
も、凹凸部又は凹部が幅方向の線上に２個以上位置する
ように、凹凸が表面全域に分散して存在し、かつ、凸部
４６の頂部と凸部４６に隣接する凹部４８の底部との高
さの差（段差）がＧａＮ結晶の格子定数より大きい。ま
た、表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在する凹
凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５ｎｍ
より大きい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系半
導体素子及びその製造方法に関し、更に詳細には動作電
圧が低く、信頼性の高い窒化ガリウム系半導体素子及び
その製造方法に関するものである。
導体素子及びその製造方法に関し、更に詳細には動作電
圧が低く、信頼性の高い窒化ガリウム系半導体素子及び
その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等
のIII −Ｖ族窒化ガリウム系化合物半導体は、禁制帯幅
が２．８〜６．８ｅＶにわたっているため、赤色から紫
外領域での発光が可能な半導体発光素子の材料として注
目されている。そして、III −Ｖ族窒化ガリウム系化合
物半導体を構成要素とする窒化ガリウム系半導体素子と
して、例えば青色や緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ)
や、約４０５ｎｍの紫色領域で発振するＧａＮ系半導体
レーザ素子などが、開発、実用化されている。
のIII −Ｖ族窒化ガリウム系化合物半導体は、禁制帯幅
が２．８〜６．８ｅＶにわたっているため、赤色から紫
外領域での発光が可能な半導体発光素子の材料として注
目されている。そして、III −Ｖ族窒化ガリウム系化合
物半導体を構成要素とする窒化ガリウム系半導体素子と
して、例えば青色や緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ)
や、約４０５ｎｍの紫色領域で発振するＧａＮ系半導体
レーザ素子などが、開発、実用化されている。
【０００３】ここで、図２を参照して、ＧａＮ系半導体
レーザ素子の構成を説明する。図２はＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の構成を示す断面図である。ＧａＮ系半導体レ
ーザ素子１０は、図２に示すように、サファイア基板１
２と、サファイア基板１２上に横方向成長法により形成
されたＧａＮ−ＥＬＯ構造層１４と、ＧａＮ−ＥＬＯ構
造層１４上にＭＯＣＶＤ法により順次成長させた、ｎ型
ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１
８、ｎ型ＧａＮガイド層２０、ＧａＩｎＮ多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造の活性層２２、ｐ型ＧａＮガイド層２
４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮコ
ンタクト層２８の積層構造とを備えている。
レーザ素子の構成を説明する。図２はＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の構成を示す断面図である。ＧａＮ系半導体レ
ーザ素子１０は、図２に示すように、サファイア基板１
２と、サファイア基板１２上に横方向成長法により形成
されたＧａＮ−ＥＬＯ構造層１４と、ＧａＮ−ＥＬＯ構
造層１４上にＭＯＣＶＤ法により順次成長させた、ｎ型
ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１
８、ｎ型ＧａＮガイド層２０、ＧａＩｎＮ多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造の活性層２２、ｐ型ＧａＮガイド層２
４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮコ
ンタクト層２８の積層構造とを備えている。
【０００４】ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２６の上部層、
及びｐ−ＧａＮコンタクト層２８は、ＧａＮ−ＥＬＯ構
造層１４の種結晶部と会合部との間に位置するストライ
プ状リッジ３０として形成されている。更に、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎクラッド層２６の残り層、ｐ−ＧａＮ光ガイド
層２４、活性層２２、ｎ−ＧａＮ光ガイド層２０、ｎ−
ＡｌＧａＩｎクラッド層１８、及びｎ−ＧａＮコンタク
ト層１６の上部層は、リッジ３０と平行なメサ３２とし
て形成されている。
及びｐ−ＧａＮコンタクト層２８は、ＧａＮ−ＥＬＯ構
造層１４の種結晶部と会合部との間に位置するストライ
プ状リッジ３０として形成されている。更に、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎクラッド層２６の残り層、ｐ−ＧａＮ光ガイド
層２４、活性層２２、ｎ−ＧａＮ光ガイド層２０、ｎ−
ＡｌＧａＩｎクラッド層１８、及びｎ−ＧａＮコンタク
ト層１６の上部層は、リッジ３０と平行なメサ３２とし
て形成されている。
【０００５】ｐ−ＧａＮコンタクト層２８上を開口し
て、リッジ３０の両側面及びｐ−ＡｌＧａＩｎクラッド
層２６の残り層上には、ＳｉＯ2 膜３４が成膜されてい
る。ｐ−ＧａＮコンタクト層２８上には、Ｐｄ／Ｐｔ／
Ａｕの積層金属膜からなるｐ側電極３６が、また、ｎ−
ＧａＮコンタクト層１６上には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積
層金属膜からなるｎ側電極３８が設けてある。
て、リッジ３０の両側面及びｐ−ＡｌＧａＩｎクラッド
層２６の残り層上には、ＳｉＯ2 膜３４が成膜されてい
る。ｐ−ＧａＮコンタクト層２８上には、Ｐｄ／Ｐｔ／
Ａｕの積層金属膜からなるｐ側電極３６が、また、ｎ−
ＧａＮコンタクト層１６上には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積
層金属膜からなるｎ側電極３８が設けてある。
【０００６】次に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）
法を用いて上述の半導体レーザ素子１０を製造する従来
の方法を説明する。窒素源としてアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）、Ｇａ、Ａｌ、及びＩｎのIII 族元素金属の原料
として、それぞれ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ) 、ト
リメチルアルミニウウム（ＴＭＡ) 、及びトリメチルイ
ンジウム（ＴＭＩ）を使用する。ドーパントはｎ型用に
はＳｉ、ｐ型用にはＭｇであり、それぞれの原料として
モノシラン（ＳｉＨ4 ）とｂｉｓ−メチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム（ＭｅＣｐ2 Ｍｇ）を使用する。
尚、アンモニア原料、及びIII 族元素金属の原料等の原
料は、上述のものに限られるものではない。
法を用いて上述の半導体レーザ素子１０を製造する従来
の方法を説明する。窒素源としてアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）、Ｇａ、Ａｌ、及びＩｎのIII 族元素金属の原料
として、それぞれ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ) 、ト
リメチルアルミニウウム（ＴＭＡ) 、及びトリメチルイ
ンジウム（ＴＭＩ）を使用する。ドーパントはｎ型用に
はＳｉ、ｐ型用にはＭｇであり、それぞれの原料として
モノシラン（ＳｉＨ4 ）とｂｉｓ−メチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム（ＭｅＣｐ2 Ｍｇ）を使用する。
尚、アンモニア原料、及びIII 族元素金属の原料等の原
料は、上述のものに限られるものではない。
【０００７】先ず、サファイア基板１２上に横方向成長
法を適用してＧａＮ−ＥＬＯ構造層１４を形成する。次
いで、ＧａＮ−ＥＬＯ構造層１４上に、ＭＯＣＶＤ法に
よりｎ型ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層１８、ｎ型ＧａＮガイド層２０、及びＧａＩｎＮ
多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活性層２２を順次
成長させる。更に、ｐ型ＧａＮガイド層２４、ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮ層２８を順次成
長させる。
法を適用してＧａＮ−ＥＬＯ構造層１４を形成する。次
いで、ＧａＮ−ＥＬＯ構造層１４上に、ＭＯＣＶＤ法に
よりｎ型ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層１８、ｎ型ＧａＮガイド層２０、及びＧａＩｎＮ
多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活性層２２を順次
成長させる。更に、ｐ型ＧａＮガイド層２４、ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮ層２８を順次成
長させる。
【０００８】積層構造を形成するに当たり、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２６を成長させた後、ｐ型ＧａＮ層２８
を成長させる際には、先ず、基板温度約１，０００℃で
ｐ型ＧａＮ層２８を成長させる。次いで、ｐ型ＧａＮ層
２８の成長が終了した時点で、ＴＭＧ及びＭｅＣｐ2 Ｍ
ｇの供給を停止し、ＮＨ3 ガスだけを供給し続けながら
基板温度を室温程度に下げて、積層構造の形成が終了す
る。
ａＮクラッド層２６を成長させた後、ｐ型ＧａＮ層２８
を成長させる際には、先ず、基板温度約１，０００℃で
ｐ型ＧａＮ層２８を成長させる。次いで、ｐ型ＧａＮ層
２８の成長が終了した時点で、ＴＭＧ及びＭｅＣｐ2 Ｍ
ｇの供給を停止し、ＮＨ3 ガスだけを供給し続けながら
基板温度を室温程度に下げて、積層構造の形成が終了す
る。
【０００９】次いで、リッジ３０及びメサ３２を形成
し、ＳｉＯ2 膜３４を成膜する。続いて、ＳｉＯ2 膜３
４を開口してｐ側電極３６及びｎ側電極３８を形成す
る。更に、劈開し、チップ化して、ＧａＮ系半導体レー
ザ素子１０を製造することができる。
し、ＳｉＯ2 膜３４を成膜する。続いて、ＳｉＯ2 膜３
４を開口してｐ側電極３６及びｎ側電極３８を形成す
る。更に、劈開し、チップ化して、ＧａＮ系半導体レー
ザ素子１０を製造することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のＧａＮ系半導体レーザ素子には、動作電圧が高いとい
う問題があって、例えば電流５０ｍＡ注入時に７．０Ｖ
以上の動作電圧を必要とすることもあった。動作電圧が
高いと、消費電力を低減することが難しくなり、また信
頼性の向上、或いは長寿命化を図る上でも制約となる。
更には、電源の供給電圧に制約されて、小型化、軽量化
が難しく、半導体レーザ素子を光源とする機器の携帯性
を向上させることが難しくなる。
のＧａＮ系半導体レーザ素子には、動作電圧が高いとい
う問題があって、例えば電流５０ｍＡ注入時に７．０Ｖ
以上の動作電圧を必要とすることもあった。動作電圧が
高いと、消費電力を低減することが難しくなり、また信
頼性の向上、或いは長寿命化を図る上でも制約となる。
更には、電源の供給電圧に制約されて、小型化、軽量化
が難しく、半導体レーザ素子を光源とする機器の携帯性
を向上させることが難しくなる。
【００１１】また、ＧａＮ系半導体レーザ素子では、し
きい値電流を低下させ、注入電流対光出力の効率を高め
るために、ｐ側電極としてｐ型コンタクト層上に例えば
幅３μｍほどのストライプ状の電極を形成しているもの
の、ｐ側電極を構成する金属膜がｐ型コンタクト層から
剥がれ易く、一旦剥がれが部分的にでも生じると、それ
がμｍオーダーの領域であっても、ｐ側電極とｐ型コン
タクト層との接触抵抗が大幅に増加する。更には、剥が
れが生じた場合、電流注入の不均一による発光特性の低
下や動作電圧上昇による消費電力の増大、極端な場合に
はレーザ発振が停止することもある。これでは、ＧａＮ
系半導体レーザ素子の信頼性を高めることが難しい。
きい値電流を低下させ、注入電流対光出力の効率を高め
るために、ｐ側電極としてｐ型コンタクト層上に例えば
幅３μｍほどのストライプ状の電極を形成しているもの
の、ｐ側電極を構成する金属膜がｐ型コンタクト層から
剥がれ易く、一旦剥がれが部分的にでも生じると、それ
がμｍオーダーの領域であっても、ｐ側電極とｐ型コン
タクト層との接触抵抗が大幅に増加する。更には、剥が
れが生じた場合、電流注入の不均一による発光特性の低
下や動作電圧上昇による消費電力の増大、極端な場合に
はレーザ発振が停止することもある。これでは、ＧａＮ
系半導体レーザ素子の信頼性を高めることが難しい。
【００１２】以上の説明では、ＧａＮ系半導体レーザ素
子を例に挙げて説明しているが、この問題は、発光ダイ
オード、電子デバイス等を含む窒化ガリウム系半導体素
子全般に該当する問題である。そこで、本発明の目的
は、動作電圧が低く、信頼性の高い窒化ガリウム系半導
体素子及びその製造方法を提供することである。
子を例に挙げて説明しているが、この問題は、発光ダイ
オード、電子デバイス等を含む窒化ガリウム系半導体素
子全般に該当する問題である。そこで、本発明の目的
は、動作電圧が低く、信頼性の高い窒化ガリウム系半導
体素子及びその製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】ＧａＮ系半導体レーザ素
子の動作電圧が高い原因の一つは、ｎ型化合物半導体層
と比べてキャリア濃度や移動度が低く、抵抗値が高くな
るｐ型化合物半導体層の特性に起因してｐ側電極の接触
抵抗が高くなることである。
子の動作電圧が高い原因の一つは、ｎ型化合物半導体層
と比べてキャリア濃度や移動度が低く、抵抗値が高くな
るｐ型化合物半導体層の特性に起因してｐ側電極の接触
抵抗が高くなることである。
【００１４】ｐ型半導体層の電気抵抗を減少させること
は技術的に難しい。そこで、本発明者は、上述の課題を
解決するために、ｐ型半導体層自体の電気抵抗を低減す
ることに代わる解決案を探す過程で、ｐ側電極の金属膜
の下地になるｐ型ＧａＮコンタクト層の最表面モフォロ
ジ（凹凸の状況）を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察し
たところ、図３に示すように、表面にテラス型の平坦な
面やステップ（段差）構造は存在するものの、表面が、
比較的、平坦であることを見い出した。図３は従来のＧ
ａＮ系半導体レーザ素子のｐ側電極金属膜の下地膜であ
るｐ型ＧａＮコンタクト層の最表面モフォロジを示す図
である。尚、図３は写真を写した図であって、元の写真
は参考写真（１）として別途特許庁に提出している。更
に、図３の線Ｂ−Ｂ′でｐ型ＧａＮコンタクト層の表層
部の断面を調べると、図４に示すように、表面の凹凸が
比較的少なく、ｎｍオーダーの凹部は存在せず、凹凸の
段差は０．５ｎｍ程度であった。段差の数値０．５ｎｍ
は、ＧａＮ、ＡｌＮ及びＩｎＮの格子定数ｃに非常に近
い値である。また、表面全域の凹凸（高さ）の標準偏差
（Ｒｍｓ）は０．１８６ｎｍであった。図４は従来のＧ
ａＮ系半導体レーザ素子の図４の線Ｂ−Ｂ′でのｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層の表層部の断面図である。
は技術的に難しい。そこで、本発明者は、上述の課題を
解決するために、ｐ型半導体層自体の電気抵抗を低減す
ることに代わる解決案を探す過程で、ｐ側電極の金属膜
の下地になるｐ型ＧａＮコンタクト層の最表面モフォロ
ジ（凹凸の状況）を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察し
たところ、図３に示すように、表面にテラス型の平坦な
面やステップ（段差）構造は存在するものの、表面が、
比較的、平坦であることを見い出した。図３は従来のＧ
ａＮ系半導体レーザ素子のｐ側電極金属膜の下地膜であ
るｐ型ＧａＮコンタクト層の最表面モフォロジを示す図
である。尚、図３は写真を写した図であって、元の写真
は参考写真（１）として別途特許庁に提出している。更
に、図３の線Ｂ−Ｂ′でｐ型ＧａＮコンタクト層の表層
部の断面を調べると、図４に示すように、表面の凹凸が
比較的少なく、ｎｍオーダーの凹部は存在せず、凹凸の
段差は０．５ｎｍ程度であった。段差の数値０．５ｎｍ
は、ＧａＮ、ＡｌＮ及びＩｎＮの格子定数ｃに非常に近
い値である。また、表面全域の凹凸（高さ）の標準偏差
（Ｒｍｓ）は０．１８６ｎｍであった。図４は従来のＧ
ａＮ系半導体レーザ素子の図４の線Ｂ−Ｂ′でのｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層の表層部の断面図である。
【００１５】上述のように、表面の凹凸が比較的乏し
く、段差も低いと、ｐ側電極金属膜と下地膜との密着性
が悪く、接触面積が小さくなり、固着性も悪くなる。そ
こで、本発明者は、ｐ側電極金属膜の下地膜に凹凸を付
けることを着想した。そして、本発明者は、下地膜を成
長させた後の降温過程で、下地膜上に再エピタキシャル
成長層を分散的かつミクロ的に設けることにより、下地
膜上に凹凸が形成できることに注目し、次の実験を行っ
た。
く、段差も低いと、ｐ側電極金属膜と下地膜との密着性
が悪く、接触面積が小さくなり、固着性も悪くなる。そ
こで、本発明者は、ｐ側電極金属膜の下地膜に凹凸を付
けることを着想した。そして、本発明者は、下地膜を成
長させた後の降温過程で、下地膜上に再エピタキシャル
成長層を分散的かつミクロ的に設けることにより、下地
膜上に凹凸が形成できることに注目し、次の実験を行っ
た。
【００１６】実験例
本実験例では、前述の半導体レーザ素子１０のｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層２８を成膜する際、従来と同様にして、
基板温度約１，０００℃でＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ層
をエピタキシャル成長させ、所定膜厚のｐ型ＧａＮコン
タクト層２８を形成した。続いて、ＴＭＧ、ＴＭＩ、Ｎ
Ｈ3 ガス及びＭｅＣｐ2 Ｍｇを導入しながら基板温度を
約７００℃まで１分間ないし２分間かけて降温し、７０
０℃の温度を５秒間ないし６０秒間維持した。次いで、
ＴＭＧ、ＴＭＩ、及びＭｅＣｐ2 Ｍｇの供給を停止し、
ＮＨ3 ガスだけを導入しながら基板温度を室温にまで冷
却した。
Ｎコンタクト層２８を成膜する際、従来と同様にして、
基板温度約１，０００℃でＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ層
をエピタキシャル成長させ、所定膜厚のｐ型ＧａＮコン
タクト層２８を形成した。続いて、ＴＭＧ、ＴＭＩ、Ｎ
Ｈ3 ガス及びＭｅＣｐ2 Ｍｇを導入しながら基板温度を
約７００℃まで１分間ないし２分間かけて降温し、７０
０℃の温度を５秒間ないし６０秒間維持した。次いで、
ＴＭＧ、ＴＭＩ、及びＭｅＣｐ2 Ｍｇの供給を停止し、
ＮＨ3 ガスだけを導入しながら基板温度を室温にまで冷
却した。
【００１７】形成したｐ型ＧａＮコンタクト層２８の最
表面モフォロジをＡＦＭで観察したところ、以下のこと
が判った。 （１）図５に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層２８
の表面全域に、ＧａＮ結晶の格子定数より深い深さで、
溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の溝状の凹部４０が、
５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で不規則な網目状に延
在している。図５は実験例のｐ型ＧａＮコンタクト層の
最表面モフォロジを示す図である。尚、図５は写真を写
した図であって、元の写真は参考写真（２）として別途
特許庁に提出している。 （２）ＡＦＭの測定結果から、図５のＡ−Ａ′で示した
線の断面を描いたところ、図６に示すような断面形状を
得た。図６は図５の線Ａ−Ａ′での実験例のｐ型ＧａＮ
コンタクト層の表層部の断面図である。図６より、凹凸
の段差の大きさ、つまり凹凸を構成する凸部４２の頂部
と凸部４２に隣接する凹部４４の底部との高さの差（段
差）の典型値が１〜２ｎｍであることが判った。ウルツ
鉱型ＧａＮ、ＡｌＮおよびＩｎＮの格子定数ｃは、それ
ぞれ、約０．５１９ｎｍ、約０．４９８ｎｍ、及び約
０．５７６ｎｍであるから、凹凸の段差は、それらの格
子定数より明らかに大きな値である。また、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層２８の表面全域のいずれの１μｍ幅領域で
も、凹凸が幅方向の線上に２個以上位置するように、凹
凸が表面全域に分散して存在している。 （３）１μｍ四方を走査して得られた測定結果を示して
いる図５では、凹凸（高さ）の標準偏差（Ｒｍｓ）の値
は０．４６６ｎｍであった。また、ｐ型ＧａＮコンタク
ト層２８の表面全域の走査（測定）したところ、表面全
域のいずれの１μｍ四方の領域に存在する凹凸も、凹凸
のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５ｎｍより大きい
ことが判った。
表面モフォロジをＡＦＭで観察したところ、以下のこと
が判った。 （１）図５に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層２８
の表面全域に、ＧａＮ結晶の格子定数より深い深さで、
溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の溝状の凹部４０が、
５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で不規則な網目状に延
在している。図５は実験例のｐ型ＧａＮコンタクト層の
最表面モフォロジを示す図である。尚、図５は写真を写
した図であって、元の写真は参考写真（２）として別途
特許庁に提出している。 （２）ＡＦＭの測定結果から、図５のＡ−Ａ′で示した
線の断面を描いたところ、図６に示すような断面形状を
得た。図６は図５の線Ａ−Ａ′での実験例のｐ型ＧａＮ
コンタクト層の表層部の断面図である。図６より、凹凸
の段差の大きさ、つまり凹凸を構成する凸部４２の頂部
と凸部４２に隣接する凹部４４の底部との高さの差（段
差）の典型値が１〜２ｎｍであることが判った。ウルツ
鉱型ＧａＮ、ＡｌＮおよびＩｎＮの格子定数ｃは、それ
ぞれ、約０．５１９ｎｍ、約０．４９８ｎｍ、及び約
０．５７６ｎｍであるから、凹凸の段差は、それらの格
子定数より明らかに大きな値である。また、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層２８の表面全域のいずれの１μｍ幅領域で
も、凹凸が幅方向の線上に２個以上位置するように、凹
凸が表面全域に分散して存在している。 （３）１μｍ四方を走査して得られた測定結果を示して
いる図５では、凹凸（高さ）の標準偏差（Ｒｍｓ）の値
は０．４６６ｎｍであった。また、ｐ型ＧａＮコンタク
ト層２８の表面全域の走査（測定）したところ、表面全
域のいずれの１μｍ四方の領域に存在する凹凸も、凹凸
のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５ｎｍより大きい
ことが判った。
【００１８】以上の実験結果から、所定の膜厚のｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２８を所定温度で成膜した後、所定温
度から室温に降温する際の降温過程の条件を変えること
により、ＧａＮ結晶の格子定数より大きい段差を有する
凹凸が表面全域に分散して形成されることを確認するこ
とができた。また、表面に凹凸の有るｐ型ＧａＮコンタ
クト層２８にｐ側電極金属膜を形成したところ、金属膜
とｐ型ＧａＮコンタクト層２８との密着性が向上し、接
触面積が著しく増大することにより、接触抵抗が大幅に
減少したこと、及び金属膜が凹部に進入して金属膜とｐ
型ＧａＮコンタクト層２８とが強固に固着されるので、
ｐ側電極金属膜がｐ型ＧａＮコンタクト層２８から剥が
れるようなことが無くなったことを確認することができ
た。
ａＮコンタクト層２８を所定温度で成膜した後、所定温
度から室温に降温する際の降温過程の条件を変えること
により、ＧａＮ結晶の格子定数より大きい段差を有する
凹凸が表面全域に分散して形成されることを確認するこ
とができた。また、表面に凹凸の有るｐ型ＧａＮコンタ
クト層２８にｐ側電極金属膜を形成したところ、金属膜
とｐ型ＧａＮコンタクト層２８との密着性が向上し、接
触面積が著しく増大することにより、接触抵抗が大幅に
減少したこと、及び金属膜が凹部に進入して金属膜とｐ
型ＧａＮコンタクト層２８とが強固に固着されるので、
ｐ側電極金属膜がｐ型ＧａＮコンタクト層２８から剥が
れるようなことが無くなったことを確認することができ
た。
【００１９】上記目的を達成するために、以上の実験に
基づいて、本発明に係る窒化ガリウム系半導体素子は、
金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系化合物半導体
層（以下、下地化合物半導体層と言う）上に有する窒化
ガリウム系半導体素子において、下地化合物半導体層の
電極金属膜と接する表面全域のいずれの１μｍ幅領域で
も、下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数より
深い深さの凹部が幅方向の線上に２個以上存在するよう
に、凹部が表面全域に分散して存在していることを特徴
としている。
基づいて、本発明に係る窒化ガリウム系半導体素子は、
金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系化合物半導体
層（以下、下地化合物半導体層と言う）上に有する窒化
ガリウム系半導体素子において、下地化合物半導体層の
電極金属膜と接する表面全域のいずれの１μｍ幅領域で
も、下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数より
深い深さの凹部が幅方向の線上に２個以上存在するよう
に、凹部が表面全域に分散して存在していることを特徴
としている。
【００２０】また、本発明に係る窒化ガリウム系半導体
素子は、金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系化合
物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）上に有
する窒化ガリウム系半導体素子において、下地化合物半
導体層の電極金属膜と接する表面全域のいずれの１μｍ
幅領域でも、凹凸を構成する凸部の頂部と凸部に隣接す
る凹部の底部との高さの差（段差）が下地化合物半導体
層を構成する結晶の格子定数より大きな凹凸が幅方向の
線上に２個以上存在するように、凹凸が表面全域に分散
して存在していることを特徴としている。
素子は、金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系化合
物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）上に有
する窒化ガリウム系半導体素子において、下地化合物半
導体層の電極金属膜と接する表面全域のいずれの１μｍ
幅領域でも、凹凸を構成する凸部の頂部と凸部に隣接す
る凹部の底部との高さの差（段差）が下地化合物半導体
層を構成する結晶の格子定数より大きな凹凸が幅方向の
線上に２個以上存在するように、凹凸が表面全域に分散
して存在していることを特徴としている。
【００２１】また、本発明に係る窒化ガリウム系半導体
素子は、金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系化合
物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）上に有
する窒化ガリウム系半導体素子において、下地化合物半
導体層の電極金属膜と接する表面全域に凹凸が分散して
存在し、表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在す
る凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５
ｎｍより大きいことを特徴としている。
素子は、金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系化合
物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）上に有
する窒化ガリウム系半導体素子において、下地化合物半
導体層の電極金属膜と接する表面全域に凹凸が分散して
存在し、表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在す
る凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５
ｎｍより大きいことを特徴としている。
【００２２】更には、本発明に係る窒化ガリウム系半導
体素子は、金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系化
合物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）上に
有する窒化ガリウム系半導体素子において、下地化合物
半導体層の電極金属膜と接する表面全域に、下地化合物
半導体層を構成する結晶の格子定数より深い溝深さで、
溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の溝状の凹部が、５ｎ
ｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で不規則な網目状に延在し
ていることを特徴としている。
体素子は、金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系化
合物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）上に
有する窒化ガリウム系半導体素子において、下地化合物
半導体層の電極金属膜と接する表面全域に、下地化合物
半導体層を構成する結晶の格子定数より深い溝深さで、
溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の溝状の凹部が、５ｎ
ｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で不規則な網目状に延在し
ていることを特徴としている。
【００２３】本発明で、窒化ガリウム系化合物半導体と
は、Ｖ族として窒素（Ｎ）を有し、組成がＡｌaＢbＧａ
cＩｎd ＮxＰyＡｓz（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、
ｂ、ｃ、ｄ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦
ｙ、ｚ≦１）で表示される組成を有する化合物半導体で
ある。また、窒化ガリウム系半導体素子とは、少なくと
も一部の化合物半導体層が窒化ガリウム系化合物半導体
で形成されている、発光素子、受光素子、電子デバイス
等を含む半導体素子である。
は、Ｖ族として窒素（Ｎ）を有し、組成がＡｌaＢbＧａ
cＩｎd ＮxＰyＡｓz（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、
ｂ、ｃ、ｄ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦
ｙ、ｚ≦１）で表示される組成を有する化合物半導体で
ある。また、窒化ガリウム系半導体素子とは、少なくと
も一部の化合物半導体層が窒化ガリウム系化合物半導体
で形成されている、発光素子、受光素子、電子デバイス
等を含む半導体素子である。
【００２４】本発明に係る窒化ガリウム系半導体素子で
は、以下の４つの要件のうちの少なくともいずれかが下
地化合物半導体層上に存在する凹凸について満足される
ことより、金属膜と下地化合物半導体層との密着性が向
上し、接触面積が著しく増大して、接触抵抗が大幅に減
少し、また、金属膜が凹部に進入して金属膜と下地化合
物半導体層とが強固に密着して固着されるので、金属膜
が下地化合物半導体層から剥がれ難くなる。 （１）下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全
域のいずれの１μｍ幅領域でも、下地化合物半導体層を
構成する結晶の格子定数より深い深さの凹部が幅方向の
線上に２個以上存在するように、凹部が表面全域に分散
して存在していること。 （２）下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全
域のいずれの１μｍ幅領域でも、凹凸を構成する凸部の
頂部と凸部に隣接する凹部の底部との高さの差（段差）
が下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数より大
きな凹凸が幅方向の線上に２個以上存在するように、凹
凸が表面全域に分散して存在していること。 （３）表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在する
凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５ｎ
ｍより大きいこと。 （４）下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数よ
り深い深さで、溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の溝状
の凹部が、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で不規則な
網目状に延在していること。
は、以下の４つの要件のうちの少なくともいずれかが下
地化合物半導体層上に存在する凹凸について満足される
ことより、金属膜と下地化合物半導体層との密着性が向
上し、接触面積が著しく増大して、接触抵抗が大幅に減
少し、また、金属膜が凹部に進入して金属膜と下地化合
物半導体層とが強固に密着して固着されるので、金属膜
が下地化合物半導体層から剥がれ難くなる。 （１）下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全
域のいずれの１μｍ幅領域でも、下地化合物半導体層を
構成する結晶の格子定数より深い深さの凹部が幅方向の
線上に２個以上存在するように、凹部が表面全域に分散
して存在していること。 （２）下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全
域のいずれの１μｍ幅領域でも、凹凸を構成する凸部の
頂部と凸部に隣接する凹部の底部との高さの差（段差）
が下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数より大
きな凹凸が幅方向の線上に２個以上存在するように、凹
凸が表面全域に分散して存在していること。 （３）表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在する
凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５ｎ
ｍより大きいこと。 （４）下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数よ
り深い深さで、溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の溝状
の凹部が、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で不規則な
網目状に延在していること。
【００２５】本発明は、窒化ガリウム系半導体素子の構
成を問わず、発光素子、受光素子、電子素子等に適用で
きるが、特に下地化合物半導体層がｐ型半導体層である
半導体発光素子に好適に適用できる。抵抗が高いｐ型半
導体層の抵抗を低減できるからである。
成を問わず、発光素子、受光素子、電子素子等に適用で
きるが、特に下地化合物半導体層がｐ型半導体層である
半導体発光素子に好適に適用できる。抵抗が高いｐ型半
導体層の抵抗を低減できるからである。
【００２６】本発明に係る窒化ガリウム系半導体素子の
製造方法は、金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系
化合物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）上
に有する窒化ガリウム系半導体素子の製造方法におい
て、下地化合物半導体層を成長させる際、所定膜厚の下
地化合物半導体層を第１の所定温度でエピタキシャル成
長させた後、下地化合物半導体を成長させる原料ガスを
成膜チャンバに導入し続けつつ第１の所定温度より低い
第２の所定温度に降温するステップと、第２の所定温度
で所定時間維持するステップと、次いで、窒素原料ガス
以外の原料ガスの供給を停止し、窒素原料ガスを導入し
続けつつ室温まで降温するステップとを有することを特
徴としている。
製造方法は、金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム系
化合物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）上
に有する窒化ガリウム系半導体素子の製造方法におい
て、下地化合物半導体層を成長させる際、所定膜厚の下
地化合物半導体層を第１の所定温度でエピタキシャル成
長させた後、下地化合物半導体を成長させる原料ガスを
成膜チャンバに導入し続けつつ第１の所定温度より低い
第２の所定温度に降温するステップと、第２の所定温度
で所定時間維持するステップと、次いで、窒素原料ガス
以外の原料ガスの供給を停止し、窒素原料ガスを導入し
続けつつ室温まで降温するステップとを有することを特
徴としている。
【００２７】本発明方法では、第１の所定温度から第２
の所定温度に降温するステップで、また、第２の所定温
度に維持するステップで、下地窒化ガリウム系化合物半
導体の原料ガスを成膜チャンバに導入することにより、
窒化ガリウム系化合物半導体が下地化合物半導体層の表
面全域に分散してミクロ的に成長し、下地化合物半導体
層の表面に凹凸を形成する。具体的には、下地窒化ガリ
ウム系化合物半導体層をＧａＮで形成するときには、第
１の所定温度が８００℃以上１０５０℃以下、第２の所
定温度が４００℃以上８５０℃以下、所定時間が５秒以
上６０秒以下である。
の所定温度に降温するステップで、また、第２の所定温
度に維持するステップで、下地窒化ガリウム系化合物半
導体の原料ガスを成膜チャンバに導入することにより、
窒化ガリウム系化合物半導体が下地化合物半導体層の表
面全域に分散してミクロ的に成長し、下地化合物半導体
層の表面に凹凸を形成する。具体的には、下地窒化ガリ
ウム系化合物半導体層をＧａＮで形成するときには、第
１の所定温度が８００℃以上１０５０℃以下、第２の所
定温度が４００℃以上８５０℃以下、所定時間が５秒以
上６０秒以下である。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。窒化ガリウム系化合物半導体の実施形態例 本実施形態例は本発明に係る半導体レーザ素子をＧａＮ
系半導体レーザ素子に適用した実施形態の一例であっ
て、図１は本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子の
ｐ側電極金属膜の下地膜であるｐ型ＧａＮコンタクト層
の幅１μｍの表層部の断面図である。本実施形態例のＧ
ａＮ系半導体レーザ素子は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の
表面全域に凹凸部が分散して形成されていることを除い
て、前述の半導体レーザ素子１０と同じ構成を備えてい
る。
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。窒化ガリウム系化合物半導体の実施形態例 本実施形態例は本発明に係る半導体レーザ素子をＧａＮ
系半導体レーザ素子に適用した実施形態の一例であっ
て、図１は本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子の
ｐ側電極金属膜の下地膜であるｐ型ＧａＮコンタクト層
の幅１μｍの表層部の断面図である。本実施形態例のＧ
ａＮ系半導体レーザ素子は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の
表面全域に凹凸部が分散して形成されていることを除い
て、前述の半導体レーザ素子１０と同じ構成を備えてい
る。
【００２９】ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面全域に形成
された凹凸部は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面全域の
いずれの１μｍ幅領域でも、図１に示すように、凹凸部
又は凹部が幅方向の線上に２個以上位置するように、凹
凸が表面全域に分散して存在し、かつ、凹凸を構成する
凸部４６の頂部と凸部４６に隣接する凹部４８の底部と
の高さの差（段差）がＧａＮ結晶の格子定数より大き
い。また、表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在
する凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２
５ｎｍより大きい。更には、表面全域にＧａＮ結晶の格
子定数より深い深さで、溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以
下の溝状の凹部が、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で
不規則な網目状に延在している。
された凹凸部は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面全域の
いずれの１μｍ幅領域でも、図１に示すように、凹凸部
又は凹部が幅方向の線上に２個以上位置するように、凹
凸が表面全域に分散して存在し、かつ、凹凸を構成する
凸部４６の頂部と凸部４６に隣接する凹部４８の底部と
の高さの差（段差）がＧａＮ結晶の格子定数より大き
い。また、表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在
する凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２
５ｎｍより大きい。更には、表面全域にＧａＮ結晶の格
子定数より深い深さで、溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以
下の溝状の凹部が、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で
不規則な網目状に延在している。
【００３０】本実施形態例では、凹凸の存在により、ｐ
側電極３６の金属膜とｐ型ＧａＮコンタクト層２８との
密着性が向上し、接触面積が著しく増大することによ
り、接触抵抗が大幅に減少し、加えて金属膜が凹部４８
に進入して金属膜とｐ型ＧａＮコンタクト層２８とが強
固に密着して固着されるので、金属膜がｐ型ＧａＮコン
タクト層２８から剥がれるようなことが無くなる。本実
施形態例の半導体レーザ素子では、電流５０ｍＡ注入時
の動作電圧が６．０Ｖ以下であって、従来のＧａＮ系半
導体レーザ素子１０の動作電圧７．０Ｖに比べて１．０
Ｖ以上低下している。
側電極３６の金属膜とｐ型ＧａＮコンタクト層２８との
密着性が向上し、接触面積が著しく増大することによ
り、接触抵抗が大幅に減少し、加えて金属膜が凹部４８
に進入して金属膜とｐ型ＧａＮコンタクト層２８とが強
固に密着して固着されるので、金属膜がｐ型ＧａＮコン
タクト層２８から剥がれるようなことが無くなる。本実
施形態例の半導体レーザ素子では、電流５０ｍＡ注入時
の動作電圧が６．０Ｖ以下であって、従来のＧａＮ系半
導体レーザ素子１０の動作電圧７．０Ｖに比べて１．０
Ｖ以上低下している。
【００３１】製造方法の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る窒化ガリウム系半導体素
子の製造方法を上述のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造
に適用した実施形態の一例である。以下に図２を参照し
て、本実施形態例の窒化ガリウム系半導体素子の製造方
法を説明する。前述した従来の製造方法と同じ原料を使
い、同様にして、図２に示すように、サファイア基板１
２上に横方向成長法を適用してＧａＮ−ＥＬＯ構造層１
４を形成し、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ−ＥＬＯ構造層
１４上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１８、ｎ型ＧａＮガイド層２０、及びＧａ
ＩｎＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活性層２２
を順次成長させる。更に、ｐ型ＧａＮガイド層２４、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２６及びｐ型ＧａＮ層２８を順
次成長させる。
子の製造方法を上述のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造
に適用した実施形態の一例である。以下に図２を参照し
て、本実施形態例の窒化ガリウム系半導体素子の製造方
法を説明する。前述した従来の製造方法と同じ原料を使
い、同様にして、図２に示すように、サファイア基板１
２上に横方向成長法を適用してＧａＮ−ＥＬＯ構造層１
４を形成し、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ−ＥＬＯ構造層
１４上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１８、ｎ型ＧａＮガイド層２０、及びＧａ
ＩｎＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活性層２２
を順次成長させる。更に、ｐ型ＧａＮガイド層２４、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２６及びｐ型ＧａＮ層２８を順
次成長させる。
【００３２】積層構造の形成で、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２６を成長させた後、ｐ型ＧａＮ層２８を成長させ
る際には、先ず、基板温度約１，０００℃で所定膜厚の
ｐ型ＧａＮ層２８を成長させる。次いで、本実施形態例
では、ｐ型ＧａＮコンタクト層２８の成長を終了した時
点で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＭｅＣｐ2 Ｍｇ、及びＮＨ3 ガ
スを成膜チャンバに供給し続けながら、基板温度を１分
間ないし２分間かけて１，０００℃から７００℃に降温
し、７００℃で５秒間から６０秒間維持する。次に、Ｔ
ＭＧ、ＴＭＩ、及びＭｅＣｐ2 Ｍｇの供給を停止し、Ｎ
Ｈ3 ガスだけを供給しながら室温に下げて、積層構造の
形成を終了する。
ド層２６を成長させた後、ｐ型ＧａＮ層２８を成長させ
る際には、先ず、基板温度約１，０００℃で所定膜厚の
ｐ型ＧａＮ層２８を成長させる。次いで、本実施形態例
では、ｐ型ＧａＮコンタクト層２８の成長を終了した時
点で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＭｅＣｐ2 Ｍｇ、及びＮＨ3 ガ
スを成膜チャンバに供給し続けながら、基板温度を１分
間ないし２分間かけて１，０００℃から７００℃に降温
し、７００℃で５秒間から６０秒間維持する。次に、Ｔ
ＭＧ、ＴＭＩ、及びＭｅＣｐ2 Ｍｇの供給を停止し、Ｎ
Ｈ3 ガスだけを供給しながら室温に下げて、積層構造の
形成を終了する。
【００３３】形成したｐ型ＧａＮコンタクト層２８の最
表面モフォロジをＡＦＭで観察したところ、深さの典型
値が１〜２ｎｍである溝状凹部が表面全域に数十〜数百
ｎｍ間隔で不規則な網目状に広がった構造になっている
ことが判った。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２８の表
面全域のいずれの１μｍ幅領域でも、凹凸を構成する凸
部の頂部と凸部に隣接する凹部の底部との高さの差（段
差）がＧａＮ結晶の格子定数より大きな凹凸が幅方向の
線上に２個以上存在するように、凹凸が表面全域に分散
して存在していること、及び、表面全域のいずれの１μ
ｍ四方の領域の凹凸も、凹凸の高さの標準偏差（Ｒｍ
ｓ）の値が、０．２５ｎｍより大きいことが確認でき
た。
表面モフォロジをＡＦＭで観察したところ、深さの典型
値が１〜２ｎｍである溝状凹部が表面全域に数十〜数百
ｎｍ間隔で不規則な網目状に広がった構造になっている
ことが判った。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２８の表
面全域のいずれの１μｍ幅領域でも、凹凸を構成する凸
部の頂部と凸部に隣接する凹部の底部との高さの差（段
差）がＧａＮ結晶の格子定数より大きな凹凸が幅方向の
線上に２個以上存在するように、凹凸が表面全域に分散
して存在していること、及び、表面全域のいずれの１μ
ｍ四方の領域の凹凸も、凹凸の高さの標準偏差（Ｒｍ
ｓ）の値が、０．２５ｎｍより大きいことが確認でき
た。
【００３４】次いで、従来の方法と同様にして、ストラ
イプ状リッジ３０及びメサ３２を形成し、リッジ３０の
両側面及びｐ−ＡｌＧａＩｎクラッド層２６の残り層上
にＳｉＯ2 膜３４を成膜する。続いて、ｐ−ＧａＮコン
タクト層２８上にｐ側電極３６を、ｎ−ＧａＮコンタク
ト層１６上にｎ側電極３８を設ける。これにより、動作
電圧が低く、ｐ側電極３６の金属膜とｐ型ＧａＮコンタ
クト層との密着性及び固着性が向上してｐ側電極３６が
剥がれ難いＧａＮ系半導体レーザ素子を製造することが
できる。
イプ状リッジ３０及びメサ３２を形成し、リッジ３０の
両側面及びｐ−ＡｌＧａＩｎクラッド層２６の残り層上
にＳｉＯ2 膜３４を成膜する。続いて、ｐ−ＧａＮコン
タクト層２８上にｐ側電極３６を、ｎ−ＧａＮコンタク
ト層１６上にｎ側電極３８を設ける。これにより、動作
電圧が低く、ｐ側電極３６の金属膜とｐ型ＧａＮコンタ
クト層との密着性及び固着性が向上してｐ側電極３６が
剥がれ難いＧａＮ系半導体レーザ素子を製造することが
できる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、以下の４つの要件のう
ちの少なくともいずれかが下地化合物半導体層上に存在
する凹凸について満足されることより、金属膜と下地化
合物半導体層との密着性が向上し、接触面積が著しく増
大して、接触抵抗が大幅に減少し、また、金属膜が凹部
に進入して金属膜と下地化合物半導体層とが強固に密着
して固着されるので、金属膜が下地化合物半導体層から
剥がれ難くなる。 （１）下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全
域のいずれの１μｍ幅領域でも、下地化合物半導体層を
構成する結晶の格子定数より深い深さの凹部が幅方向の
線上に２個以上存在するように、凹部が表面全域に分散
して存在していること。 （２）下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全
域のいずれの１μｍ幅領域でも、凹凸を構成する凸部の
頂部と凸部に隣接する凹部の底部との高さの差（段差）
が下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数より大
きな凹凸が幅方向の線上に２個以上存在するように、凹
凸が表面全域に分散して存在していること。 （３）表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在する
凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５ｎ
ｍより大きいこと。 （４）下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数よ
り深い深さで、溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の溝状
の凹部が、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で不規則な
網目状に延在していること。
ちの少なくともいずれかが下地化合物半導体層上に存在
する凹凸について満足されることより、金属膜と下地化
合物半導体層との密着性が向上し、接触面積が著しく増
大して、接触抵抗が大幅に減少し、また、金属膜が凹部
に進入して金属膜と下地化合物半導体層とが強固に密着
して固着されるので、金属膜が下地化合物半導体層から
剥がれ難くなる。 （１）下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全
域のいずれの１μｍ幅領域でも、下地化合物半導体層を
構成する結晶の格子定数より深い深さの凹部が幅方向の
線上に２個以上存在するように、凹部が表面全域に分散
して存在していること。 （２）下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全
域のいずれの１μｍ幅領域でも、凹凸を構成する凸部の
頂部と凸部に隣接する凹部の底部との高さの差（段差）
が下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数より大
きな凹凸が幅方向の線上に２個以上存在するように、凹
凸が表面全域に分散して存在していること。 （３）表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に存在する
凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が０．２５ｎ
ｍより大きいこと。 （４）下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数よ
り深い深さで、溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の溝状
の凹部が、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で不規則な
網目状に延在していること。
【００３６】本発明方法は、動作電圧が低く、信頼性の
高い窒化ガリウム系半導体素子を製造する方法を実現し
ている。
高い窒化ガリウム系半導体素子を製造する方法を実現し
ている。
【図１】実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子のｐ側
電極の金属膜の下地膜であるｐ型ＧａＮコンタクト層の
表層部の断面図である。
電極の金属膜の下地膜であるｐ型ＧａＮコンタクト層の
表層部の断面図である。
【図２】ＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図
である。
である。
【図３】従来のＧａＮ系半導体レーザ素子のｐ側電極の
金属膜の下地膜であるｐ型ＧａＮコンタクト層の最表面
モフォロジを示す図である。
金属膜の下地膜であるｐ型ＧａＮコンタクト層の最表面
モフォロジを示す図である。
【図４】従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の図４の線Ｂ
−Ｂ′でのｐ型ＧａＮコンタクト層の表層部の断面図で
ある。
−Ｂ′でのｐ型ＧａＮコンタクト層の表層部の断面図で
ある。
【図５】実験例のｐ型ＧａＮコンタクト層の最表面モフ
ォロジを示す図である。
ォロジを示す図である。
【図６】図５の線Ａ−Ａ′での実験例のｐ型ＧａＮコン
タクト層の表層部の断面図である。
タクト層の表層部の断面図である。
１０……ＧａＮ系半導体レーザ素子、１２……サファイ
ア基板、１４……ＧａＮ−ＥＬＯ構造層、１６……ｎ型
ＧａＮコンタクト層、１８……ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層、２０……ｎ型ＧａＮガイド層、２２……ＧａＩｎＮ
多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層、２４……ｐ型Ｇ
ａＮガイド層、２６……ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２
８……ｐ型ＧａＮコンタクト層、３０……ストライプ状
リッジ ３２……メサ、３４……ＳｉＯ2 膜、３６……ｐ側電
極、３８……ｎ側電極、４０……溝状凹部、４２……凸
部、４４……凹部、４６……凸部、４８……凹部。
ア基板、１４……ＧａＮ−ＥＬＯ構造層、１６……ｎ型
ＧａＮコンタクト層、１８……ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層、２０……ｎ型ＧａＮガイド層、２２……ＧａＩｎＮ
多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層、２４……ｐ型Ｇ
ａＮガイド層、２６……ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２
８……ｐ型ＧａＮコンタクト層、３０……ストライプ状
リッジ ３２……メサ、３４……ＳｉＯ2 膜、３６……ｐ側電
極、３８……ｎ側電極、４０……溝状凹部、４２……凸
部、４４……凹部、４６……凸部、４８……凹部。
─────────────────────────────────────────────────────
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(72)発明者 後藤 修
宮城県白石市白鳥三丁目53番地の２ ソニ
ー白石セミコンダクタ株式会社内
(72)発明者 東條 剛
東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ
ー株式会社内
Ｆターム(参考） 4M104 AA04 CC01 DD24 GG04 HH08
HH15
5F041 AA24 AA43 CA40 CA46 CA65
CA99
5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AC19
AD08 AD09 AD10 AD11 AD12
AD13 AD14 AF09 BB16 CA10
CA12 CB10 DA52 DA61
5F073 AA11 AA45 AA61 AA74 CA03
CB05 DA05 DA35 EA28 EA29
Claims (9)
- 【請求項１】 金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム
系化合物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）
上に有する窒化ガリウム系半導体素子において、 下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全域のい
ずれの１μｍ幅領域でも、下地化合物半導体層を構成す
る結晶の格子定数より深い深さの凹部が幅方向の線上に
２個以上存在するように、凹部が表面全域に分散して存
在していることを特徴とする窒化ガリウム系半導体素
子。 - 【請求項２】 金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム
系化合物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）
上に有する窒化ガリウム系半導体素子において、 下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全域のい
ずれの１μｍ幅領域でも、凹凸を構成する凸部の頂部と
凸部に隣接する凹部の底部との高さの差（段差）が下地
化合物半導体層を構成する結晶の格子定数より大きな凹
凸が幅方向の線上に２個以上存在するように、凹凸が表
面全域に分散して存在していることを特徴とする窒化ガ
リウム系半導体素子。 - 【請求項３】 金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム
系化合物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）
上に有する窒化ガリウム系半導体素子において、 下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全域に凹
凸が分散して存在し、表面全域のいずれの１μｍ四方の
領域に存在する凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏
差）が０．２５ｎｍより大きいことを特徴とする窒化ガ
リウム系半導体素子。 - 【請求項４】 金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム
系化合物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）
上に有する窒化ガリウム系半導体素子において、 下地化合物半導体層の電極金属膜と接する表面全域に、
下地化合物半導体層を構成する結晶の格子定数より深い
溝深さで、溝幅が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の溝状の凹
部が、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の間隔で不規則な網目
状に延在していることを特徴とする窒化ガリウム系半導
体素子。 - 【請求項５】 表面全域のいずれの１μｍ四方の領域に
存在する凹凸も、凹凸のＲｍｓ（高さの標準偏差）が
０．２５ｎｍより大きいことを特徴とする請求項４に記
載の窒化ガリウム系半導体素子。 - 【請求項６】 下地化合物半導体層がｐ型半導体層であ
ることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１
項に記載の窒化ガリウム系半導体素子。 - 【請求項７】 窒化ガリウム系半導体素子が発光素子で
あることを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか
１項に記載の窒化ガリウム系半導体素子。 - 【請求項８】 金属膜からなる電極を下地窒化ガリウム
系化合物半導体層（以下、下地化合物半導体層と言う）
上に有する窒化ガリウム系半導体素子の製造方法におい
て、下地化合物半導体層を成長させる際、 所定膜厚の下地化合物半導体層を第１の所定温度でエピ
タキシャル成長させた後、下地化合物半導体を成長させ
る原料ガスを成膜チャンバに導入し続けつつ第１の所定
温度より低い第２の所定温度に降温するステップと、 第２の所定温度で所定時間維持するステップと、 次いで、窒素原料ガス以外の原料ガスの供給を停止し、
窒素原料ガスを導入し続けつつ室温まで降温するステッ
プとを有することを特徴とする窒化ガリウム系半導体素
子の製造方法。 - 【請求項９】 下地化合物半導体層をＧａＮで形成する
ときには、第１の所定温度が８００℃以上１０５０℃以
下、第２の所定温度が４００℃以上８５０℃以下、所定
時間が５秒以上６０秒以下であることを特徴とする請求
項８に記載の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2002155507A JP4178836B2 (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 |
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| US11/045,652 US20050145856A1 (en) | 2002-05-29 | 2005-01-28 | Gallium nitride semiconductor device and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002155507A JP4178836B2 (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP4178836B2 JP4178836B2 (ja) | 2008-11-12 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2002155507A Expired - Lifetime JP4178836B2 (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 |
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005069388A1 (ja) * | 2004-01-20 | 2005-07-28 | Nichia Corporation | 半導体発光素子 |
| WO2005124950A1 (ja) * | 2004-06-18 | 2005-12-29 | Nec Corporation | Iii族窒化物半導体光素子およびその製造方法 |
| JP2012064663A (ja) * | 2010-09-14 | 2012-03-29 | Advanced Power Device Research Association | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
| WO2013150984A1 (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-10 | 旭化成株式会社 | 光学基板、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
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| KR101684859B1 (ko) * | 2011-01-05 | 2016-12-09 | 삼성전자주식회사 | 발광 다이오드 제조방법 및 이에 의하여 제조된 발광 다이오드 |
| CN113410356B (zh) * | 2021-07-21 | 2023-11-17 | 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 | 一种倒装结构深紫外发光二极管芯片及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5578839A (en) * | 1992-11-20 | 1996-11-26 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| JP2000049114A (ja) * | 1998-07-30 | 2000-02-18 | Sony Corp | 電極およびその形成方法ならびに半導体装置およびその製造方法 |
| JP3469484B2 (ja) * | 1998-12-24 | 2003-11-25 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP3833848B2 (ja) * | 1999-05-10 | 2006-10-18 | パイオニア株式会社 | ３族窒化物半導体素子製造方法 |
| GB2350927A (en) * | 1999-06-12 | 2000-12-13 | Sharp Kk | A method growing nitride semiconductor layer by molecular beam epitaxy |
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| US6744075B2 (en) * | 2001-09-17 | 2004-06-01 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light-emitting device and method of forming the same |
| JP3569807B2 (ja) * | 2002-01-21 | 2004-09-29 | 松下電器産業株式会社 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
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-
2002
- 2002-05-29 JP JP2002155507A patent/JP4178836B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-05-27 US US10/445,601 patent/US20040056267A1/en not_active Abandoned
-
2005
- 2005-01-28 US US11/045,652 patent/US20050145856A1/en not_active Abandoned
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| JPWO2013150984A1 (ja) * | 2012-04-02 | 2015-12-17 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | 光学基板、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
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