JP2006066556A - 窒化物半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体または絶縁体基板上に、アンドープAlN層、n型AlN層、p型AlN層をエピタキシャル成長し、AlNのpn接合を形成する。これにより、欠陥の少ないアンドープAlN層によって電気的特性の優れたn型AlN層、p型AlN層が得られ、発光波長200nm付近において発光出力を大幅に増加できる。また、電子素子に適用した場合は、欠陥の少ないアンドープAlN層により電気伝導性が極めて優れたn型AlN層が得られるので、ショットキーバリア高さや絶縁破壊電圧を大幅に増加することができる。
【選択図】 図2
Description
図2に示すように、本実施例の発光ダイオードは、半導体または絶縁体基板21上に、アンドープAlN層22、n型AlN層23、p型AlN層24が順次積層されて、AlNのpn接合を形成している。p型AlN層24上にp型電極25が、またn型AlN層23上にn型電極26がそれぞれ形成されている。
図3に上記発光ダイオードの製造工程を示す。本実施例でのAlNのpn接合は、有機金属気相成長法(MOCVD法)により作製した。Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMA)を、N原料としてアンモニア(NH3)を、シリコン(Si)ドーパント原料としてシラン(SiH4)、Mgドーパント原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。成長温度は1200℃である。
図2に示す構造例では、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、n型AlN層23、p型AlN層24の順で積層したが、これに代えて、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、p型AlN層24、n型AlN層23の順で積層した場合には、発光出力は数十%減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
アンドープAlN層22の膜厚が、発光ダイオードの発光出力に及ぼす影響を調べた。図5に発光出力のアンドープAlN層22の膜厚依存性を示す。アンドープAlN層22の膜厚が0.1μm以下においては、発光出力は0.25mW以下と非常に低かった。その膜厚が0.4μm以上において、10mW以上の高い発光出力が得られた。その膜厚が1.0μmにおいて、発光出力30mWが得られた。この30mWの発光出力は200nm付近で発光する発光ダイオードでは最高値である。一方、その膜厚が1.0μm以上においては、発光出力はほぼ一定である。従って、10mW以上の高い発光出力を得るためには、アンドープAlN層22の膜厚を0.4μm以上にする必要がある。なお、1mW以上の発光出力は、アンドープAlN層22の膜厚が0.2μm以上で得られる。
アンドープAlN層22内の不純物濃度が、発光ダイオードの発光出力に及ぼす影響を調べた。図6に発光出力のアンドープAlN層22の不純物濃度を示す。不純物濃度はAlN中に含まれるSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cの合計の濃度として計算した。10mW以上の非常に高い発光出力は不純物濃度が5×1017cm−3以下において得られた。また、1mW以上の発光出力は不純物濃度が3×1018cm−3以下において得られた。このように、高い発光出力を得るには、アンドープAlN層22内の不純物濃度を極めて低くする必要がある。この理由は、不純物濃度の増加とともに、アンドープAlN層22の欠陥が増加するために、その上に成長したn型AlN層23とp型AlN層24の電気伝導性が劣化するためである。
n型AlN層23の膜厚が、発光ダイオードの発光出力に及ぼす影響を調べた。図7に発光出力のn型AlN層23の膜厚依存性を示す。アンドープAlN層22の膜厚は1μm、Siドープn型AlN層23のSi濃度は5×1018cm−3、Mgドープp型AlN24の膜厚は0.5μmで、そのMg濃度は3×1019cm−3とした。n型AlN層23の膜厚が0.1μm以下においては、発光出力は0.5mW以下と非常に低い。n型AlN層23の膜厚が0.4μm以上において、10mW以上の高い発光出力が得られる。なお、実用に必要な1mW以上の発光出力は、膜厚が0.2μm以上において得られる。
本実施例1では、基板21にAlNを用いたが、Al2O3、SiC、BN、あるいはダイヤモンド基板に用いた場合に、発光出力はAlN基板の場合の30mWに対して、それぞれ、18mW,15mW,10mW,5mWとなるが、それ以外は同様な特性を示す。
図8に示すように、本実施例の発光ダイオードは、n型AlN層23とp型AlN層24の間にAl1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81を挿入した構造を有する。その他の部分の構造は、図2の実施例1と同様である。
本実施例の発光ダイオードの作製は、図3の実施例1の製造手順に準じて行なわれる。すなわち、図3の(B)のn型AlN成長工程と(C)のp型AlN成長工程の間に、
n型AlN層23上にAl1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81をエピタキシャル成長させる発光層成長工程が挿入される。そして、図3の(E)のエッチング工程では、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81の一部分を貫いてエッチングし、n型AlN層23の一部を露出される。その他の手順は同様である。
図8に示す構造例では、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、n型AlN層23、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81、p型AlN層24の順で積層したが、これに代えて、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、p型AlN層24、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81、n型AlN層23の順で積層した場合には、発光出力は数十%減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
図8に示す構造例では、発光層にAl1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81を選んだが、発光層として他の組成のAlN発光層を用いた場合にも、発光波長を200nmに短波長化することができる。
n型AlN層23とp型AlN層24の間に、AlN発光層またはAl1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81を挿入した構造を含む発光ダイオードにおいて、それら発光層の膜厚が発光出力に及ぼす影響を調べた。図9に発光出力のAlN発光層またはAl1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層の膜厚依存性を示す。
前述のように、本実施例では、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81の不純物濃度は1×1017cm−3とした。Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81の不純物濃度と発光特性の関係について調べた結果を図10に示す。
本実施例の発光ダイオードは、図11に示すように、図2の基本構造の発光ダイオードのn型AlN層23とp型AlN層24の間にダイヤモンド発光層111を挿入した構造となっている。
従って、図3の作製手順に準じて本実施例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図3の(B)のn型AlN成長工程と(C)のp型AlN成長工程の間に、
n型AlN層23上にダイヤモンド発光層111をエピタキシャル成長させる発光層成長工程が挿入される。そして、図3の(E)のエッチング工程では、ダイヤモンド発光層111の一部分を貫いてエッチングし、n型AlN層23の一部を露出される。その他の手順は同様である。
図11に示す構成では、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、n型AlN層23、ダイヤモンド発光層111、p型AlN層24の順で積層したが、これに代えて、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、p型AlN層24、ダイヤモンド発光層111、n型AlN層23の順で積層した場合には、発光出力は数十%減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
n型AlN層23とp型AlN層24の間にダイヤモンド発光層111を挿入した構造を含む発光ダイオードにおいては、ダイヤモンドとAlNの格子定数差に起因したクラックの発生を抑制するために、ダイヤモンド発光層111の膜厚を0.05μm以下とする必要がある。また、1mW以上の高い発光出力を得るには、ダイヤモンド発光層111の結晶構造がダイヤモンド構造であり、n型AlN層23の結晶構造がウルツ鉱構造であり、ダイヤモンド発光層111の(111)結晶面方位とn型AlN層23の(0001)結晶面方位が一致する必要がある。
本実施例の発光ダイオードは、図12に示すように、図2の基本構造の発光ダイオードのn型AlN層23とp型AlN層24の間に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層121、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層122を挿入した積層構造となっている。また、この発光ダイオードは、図8の発光ダイオードのn型AlN層23とAl1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81の間に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層121を挿入し、かつAl1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81とp型AlN層24の間に、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層122を挿入したものとみなすこともできる。
従って、図3の作製手順に準じて本実施例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図3の(B)のn型AlN成長工程と(C)のp型AlN成長工程の間に、n型AlN層23上に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層121、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層122を順次エピタキシャル成長させるクラッドおよび発光層成長工程が挿入される。そして、図3の(E)のエッチング工程では、クラッド層と発光層の一部分を貫いてエッチングし、n型AlN層23の一部を露出される。その他の手順はほぼ同様である。
図12の構成では、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、n型AlN層23、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層121、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層122、p型AlN層24の順で積層したが、本発明はこれに限らず、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、p型AlN層24、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層122、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層121、n型AlN層23の順で積層した場合にも、発光出力は数十%減少するものの同様な特性を示す。
図12に示す構成では、発光層にAl1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81を選んだが、AlN発光層を用いた場合には、発光波長を200nmに短波長化することができる。それ以外は同様な特性を示す。
n型AlN層23とp型AlN層24の間に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層121、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層122を挿入した構造を含む発光ダイオードにおいては、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層81内に発光出力低下の原因となる欠陥発生を抑制させるために、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層121とp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層122の膜厚を1μm以下に、組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲となるようにする必要がある。
本実施例の発光ダイオードは、図13に示すように、図2の基本構造の発光ダイオードのアンドープAlN層22とn型AlN層23との間に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層131を挿入した積層構造をしており、このn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層131の一部を露出した上にn型電極26を形成している。
従って、図3の作製手順に準じて本実施例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図3の(A)のアンドープAlN成長工程と(B)のn型AlN成長工程の間に、アンドープAlN層22上に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層131をエピタキシャル成長させる中間層成長工程が挿入される。そして、図3の(E)のエッチング工程では、p型AlN層24とn型AlN層23の一部分を貫いてエッチングし、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層131の一部を露出される。その後、図3の(F)のn型電極形成ではn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層131の露出した部分の上にn型電極26を形成する。その他の手順はほぼ同様である。
図13の構成では、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層131、n型AlN層23、p型AlN層24の順で積層したが、これに代えて、AlN基板21上に、アンドープAlN層22、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層(図示しない)、p型AlN層24、n型AlN層23の順で積層した場合には、発光出力は数十%減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
アンドープAlN22とn型AlN23の間に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層131を挿入した場合には、これを挿入しない場合と比較して、発光出力は1.5倍増加する。ただし、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層131を挿入した構造を含むことを特徴とする発光ダイオードにおいては、発光出力低下の原因となる欠陥発生を抑制するために、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層131の膜厚が0.1μm以上で、かつその組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲とする必要がある。
p型AlNとアンドープAlNの間に、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層(図示しない)を挿入した場合、これを挿入しない場合と比較して、発光出力は1.2倍増加する。ただし、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層を挿入した構造を含むことを特徴とする発光ダイオードにおいては、発光出力低下の原因となる欠陥発生を抑制するために、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層の膜厚が0.1μm以上で、かつその組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲とする必要がある。
本実施例の発光ダイオードは、図14に示すように、図2の基本構造の発光ダイオードのp型AlN層24とp型電極25との間に、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層141を挿入し、n型AlN層23とn型電極26との間に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層142を挿入した積層構造をしている。
従って、図3の作製手順に準じて本実施例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図3の(C)のp型AlN成長工程と(D)のp型電極形成工程の間に、p型AlN層24上に、p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層141をエピタキシャル成長させる第1のコンタクト層成長工程が挿入される。そして、図3の(E)のエッチング工程と(F)のn型電極形成工程の間に、n型AlN層23の露出部分にn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層142をエピタキシャル成長させる第2のコンタクト層成長工程が挿入される。その他の手順はほぼ同様である。
Siドープn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層142の膜厚とn型電極の接触抵抗の関係を調べた結果を図15に示す。図15中の特性曲線(A)で示すように、組成がX=0.01、Y=0.2、Z=0.01のSiドープn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層142(Si濃度5×1018cm−3)の場合には、膜厚が1nmから50nmの範囲で、接触抵抗を10分の1以下に大幅に低減できる。つまり、n型AlN層23とn型電極26との間にn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層142を挿入することで、n型電極26の接触抵抗が大きく低減され、発光ダイオードの動作電圧が低減される。
次に、Mgドープp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層141の膜厚とp型電極25の接触抵抗の関係を調べた結果を図16に示す。図16中の特性曲線(A)で示すように、組成がX=0.01、Y=0.2、Z=0.01のMgドープp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層141(Mg濃度3×1019cm−3)の場合には、膜厚が1nmから50nmの範囲で、接触抵抗を10分の1以下に大幅に低減できる。つまり、p型AlN層24とp型電極25の間にp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層141を挿入することで、p型電極の接触抵抗が大きく低減され、発光ダイオードの動作電圧が低減される。
本実施例の半導体レーザーは、図17に示すように、図8の構造をベースにして、図12のクラッド層の構造、図13の中間層の構造、図14のコンタクト層の構造を適宜組み合わせた構造となっている。
次に、図17を参照して本実施例の半導体レーザーの製造手順を述べる。まず、MOCVD法により、AlN基板21上に、アンドープAlN層22(膜厚1.0μm、不純物濃度1×1017cm−3)、Siドープn型Al1-X-YGaXInYN中間層131(膜厚0.8μm、X=0.1、Y=0.01)、Siドープn型AlN層23(膜厚0.5μm、Si濃度5×1018cm−3)、Siドープn型Al1-XGaXNクラッド層121(膜厚0.1μm、X=0.05、Si濃度5×1018cm−3)、Al1-X-YInXGaY発光層81(膜厚2nm、X=0.1、Y=0.02)、Mgドープp型Al1-XGaXNクラッド層122(膜厚0.1μm、X=0.05、Mg濃度3×1019cm−3)、Mgドープp型AlN層24(膜厚0.5μm、Mg濃度3×1019cm−3)、Mgドープp型Al1-X-YGaXInYNコンタクト層141(膜厚3nm、X=0.2、Y=0.01、Mg濃度3×1019cm−3)を順次エピタキシャル成長した。その後、Mgドープp型Al1-X-YGaXInYNコンタクト層141上にPd/Au電極(p型電極)25を形成した後、エッチングによりSiドープn型Al1-X-YGaXInYN中間層131の一部を露出させる。露出したSiドープn型Al1-X-YGaXInYN中間層131上にTi/Al/Ti/Au電極(n型電極)26を形成した。
本実施例のショットキーダイオードは、図18に示すように、半導体または絶縁体基板21上に、アンドープAlN層22、n型AlN層23の順で積層された構造を有し、n型AlN層23上の一部にn型Al1-XGaXNコンタクト層181を介してオーミック電極182が形成され、n型AlN層23上の露出した部分にショットキー電極183が直接形成されている。
次に、図18を参照して本実施例のショットキーダイオードの製造手順を述べる。まず、MOCVD法により、AlN基板21上に、アンドープAlN層22(膜厚1.0μm、不純物濃度1×1017cm−3)、Siドープn型AlN層23(膜厚1.0μm、Si濃度1×1018cm−3)、Siドープn型Al1-XGaXNコンタクト層181(膜厚3nm、X=0.2、Si濃度1×1018cm−3)をエピタキシャル成長した。その後、Siドープn型Al1-XGaXNコンタクト層181の一部をエッチングにより除去し、Siドープn型AlN層23の一部を露出させる。残ったSiドープn型Al1-XGaXNコンタクト層181上にオーミック電極182(Ti/Al/Ti/Au)を形成し、露出したSiドープn型AlN層82上にショットキー電極183(Pd/Au)を形成した。
図18の構成では、Siドープn型Al1-XGaXNコンタクト層181上にオーミック電極182を形成したが、これに代えて、Siドープn型Al1-XGaXNコンタクト層181をエピタキシャル成長せずに、Siドープn型AlN層23上に直接にオーミック電極182とショットキー電極183を形成した場合には、整流比は108と低下したが、それ以外の点では同様な特性を示した。
図18の構成では、露出したSiドープn型AlN層23上にショットキー電極183を形成し、Siドープn型Al1-XGaXNコンタクト層181上にオーミック電極182を形成したが、これに代えて、n型SiC半導体基板21上にSiドープn型AlN層23(膜厚1.0μm、Si濃度1×1018cm−3)をエピタキシャル成長し、そのSiドープn型AlN層23上にショットキー電極183(Pd/Au)を形成し、n型SiC半導体基板21に直接にオーミック電極182(Ni/Au)を形成した場合には、整流比は108と低下したが、それ以外の点では同様な特性を示した。
本実施例の電界効果トランジスターは、図19に示すように、半導体または絶縁体基板21上に、アンドープAlN層22、n型AlN層23の順で積層された構造を有し、n型AlN層23上の一部にn型Al1-XGaXNコンタクト層181を介してソース電極191とドレイン電極192が形成され、n型AlN層23上の露出した部分にゲート電極183が直接形成されている。
次に、図19を参照して本実施例の電界効果トランジスターの製造手順を述べる。まず、MOCVD法により、AlN基板21上に、アンドープAlN層22(膜層1.0μm、不純物濃度1×1017cm−3)、Siドープn型AlN層23(膜厚1.0μm、Si濃度1×1018cm−3)、Siドープn型Al1-XGaXNコンタクト層181(膜厚3nm、X=0.2、Si濃度1×1018cm−3)を順次エピタキシャル成長した。その後、エッチングにより、Siドープn型AlN層23の一部を露出させる。残ったSiドープn型Al1-XGaXNコンタクト層181上にソース電極191とドレイン電極192(Ti/Al/Ti/Au)を形成し、露出したSiドープn型AlN層23上にゲート電極193(Pd/Au)を形成した。
図19の構成では、Siドープn型Al1-XGaXNコンタクト層181上にソース電極191とドレイン電極192を形成したが、これに代えて、Siドープn型Al1-XGaXNコンタクト層をエピタキシャル成長せずに、Siドープn型AlN層23上直接にソース電極191、ドレイン電極192、およびゲート電極193を形成した場合には、絶縁破壊電圧は800V以上となったが、それ以外の点では同様な特性を示した。
なお、本発明の好適な実施形態を具体的な実施例を用いて説明したが、本発明の実施形態は上記の例示に限定されるものではなく、請求の範囲の各請求項に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
22 アンドープAlN層
23 n型AlN層
24 p型AlN層
25 p型電極
26 n型電極
81 Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層
111 ダイヤモンド発光層
121 n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層
122 p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層
131 n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層
141 p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層
142 n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層
181 n型Al1-XGaXInZNコンタクト層
182 オーミック電極
183 ショットキー電極
191 ソース電極
192 ドレイン電極
193 ゲート電極
220 紫外光発生装置
221 発光ダイオード
228、239 電源装置
230 レーザー発振装置
231 半導体レーザー
232 ヒートシンク
242 マスク
244 レジスト
245 ウエハー
251 蛍光体
Claims (48)
- 半導体または絶縁体基板上に、アンドープAlN層、n型AlN層の順で積層された構造を有することを特徴とする半導体素子。
- 前記半導体素子が、前記半導体または絶縁体基板上に、前記アンドープAlN層、前記n型AlN層、p型AlN層の順で積層されたpn接合構造を有する発光素子であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
- 前記半導体素子が、前記半導体または絶縁体基板上に、前記アンドープAlN層、p型AlN層、前記n型AlN層の順で積層されたpn接合構造を有する発光素子であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
- 前記n型AlN層と前記p型AlN層間にAlN発光層を積層した構造を有することを特徴とする請求項2または3に記載の半導体素子。
- 前記n型AlN層と前記AlN発光層間にn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層を挿入し、該前記AlN発光層とp型AlN層間にp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層を積層した構造を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体素子。
- 前記AlN発光層が、Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層であることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体素子。
- 前記n型AlN層と前記p型AlN層間にダイヤモンド発光層を積層した構造を有することを特徴とする請求項2または3に記載の半導体素子。
- 前記アンドープAlN層と前記n型AlN層との間にn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層を挿入した構造を有することを特徴とする請求項2に記載の半導体素子。
- 前記アンドープAlN層と前記p型AlN層との間にp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層を挿入した構造を有することを特徴とする請求項3に記載の半導体素子。
- 前記n型AlN層とn型電極の間にn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層を挿入し、前記p型AlN層とp型電極の間にp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層を挿入した構造を有することを特徴とする請求項2または3に記載の半導体素子。
- 前記半導体素子が、前記n型AlN層上にショットキー電極およびオーミック電極を形成したショットキーダイオード、または前記n型AlN層上にソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を形成した電界効果トランジスターであることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
- 前記n型AlN層と前記オーミック電極との間に、または前記n型AlN層と前記ソース電極、ドレイン電極との間に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層が積層されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体素子。
- 前記n型AlN層と前記オーミック電極、前記ショットキー電極、前記ソース電極、前記ゲート電極、前記ドレイン電極の間に、n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層が積層されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体素子。
- 前記n型AlN層上に前記ショットキー電極または前記ゲート電極が形成され、前記半導体基板上に前記オーミック電極または前記ソース電極とゲート電極が形成されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体素子。
- 前記アンドープAlN層の膜厚が0.2μm以上で、前記n型AlN層の膜厚が0.2μm以上、特に好ましくは、前記アンドープAlN層の膜厚が0.4μm以上で、前記n型AlN層の膜厚が0.4μm以上であることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記アンドープAlN層の不純物濃度が3×1018cm−3以下、特に好ましくは5×1017cm−3以下であることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記AlN発光層の膜厚が0.1μm以下であることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体素子。
- 前記Al1-X-Y-ZBXGaYInZN発光層の膜厚が0.1μm以下、組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲であることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。
- 前記ダイヤモンド発光層の膜厚が0.1μm以下、その結晶構造がダイヤモンド構造であり、前記n型AlNの結晶構造がウルツ鉱構造であり、該ダイヤモンド発光層の(111)結晶面方位と前記n型AlNの(0001)結晶面方位が一致することを特徴とする請求項7に記載の半導体素子。
- 前記n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層の膜厚が1μm以下、その組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲であり、前記p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層の膜厚が1μm以下、その組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲であることを特徴とする請求項5に記載の半導体素子。
- 前記n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層の膜厚が0.1μm以上、組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲であることを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
- 前記p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層の膜厚が0.1μm以上、組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲であることを特徴とする請求項9に記載の半導体素子。
- 前記n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層の膜厚が1nmから50nmの範囲、組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲であり、前記p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層の膜厚が1nmから50nmの範囲、組成が0≦X≦0.2、0≦Y≦0.4、0≦Z≦0.2の範囲であることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子。
- 前記n型AlN層に対して、n型ドーパントとしてSiを用い、そのSi濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてGe,O,Snのいずれか1つの元素を用い、その濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてSi,Ge,O,Snのうちの2つ以上の元素を同時に用い、それらの合計の濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、Si,Ge,O,Sn濃度の総和がMg,Be,Zn,C濃度の総和より高い、のいずれかであることを特徴とする請求項1から8、および10から14のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層に対して、n型ドーパントとしてSiを用い、そのSi濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてGe,O,Snのいずれか1つの元素を用い、その濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてSi,Ge,O,Snのうちの2つ以上の元素を同時に用い、それらの合計の濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、Si,Ge,O,Sn濃度の総和がMg,Be,Zn,C濃度の総和より高い、のいずれかであることを特徴とする請求項5に記載の半導体素子。
- 前記n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層に対して、n型ドーパントとしてSiを用い、そのSi濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてGe,O,Snのいずれか1つの元素を用い、その濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてSi,Ge,O,Snのうちの2つ以上の元素を同時に用い、それらの合計の濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、Si,Ge,O,Sn濃度の総和がMg,Be,Zn,C濃度の総和より高い、のいずれかであることを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
- 前記n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層に対して、n型ドーパントとしてSiを用い、そのSi濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてGe,O,Snのいずれか1つの元素を用い、その濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてSi,Ge,O,Snのうちの2つ以上の元素を同時に用い、それらの合計の濃度が3×1017cm−3から5×1019cm−3の範囲、あるいは該n型ドーパントとしてSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、Si,Ge,O,Sn濃度の総和がMg,Be,Zn,C濃度の総和より高い、のいずれかであることを特徴とする請求項10、12および13のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記p型AlN層に対して、p型ドーパントとしてMgを用い、そのMg濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてBe,Zn,Cのうちのいずれか1つの元素を用い、その濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてMg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、それらの合計の濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、Mg,Be,Zn,C濃度の総和がSi,Ge,O,Sn濃度の総和よりも高い、のいずれかであることを特徴とする請求項2から7および9、10のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層に対して、p型ドーパントとしてMgを用い、そのMg濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてBe,Zn,Cのうちのいずれか1つの元素を用い、その濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてMg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、それらの合計の濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、Mg,Be,Zn,C濃度の総和がSi,Ge,O,Sn濃度の総和よりも高い、のいずれかであることを特徴とする請求項5に記載の半導体素子。
- 前記p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層に対して、p型ドーパントとしてMgを用い、そのMg濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてBe,Zn,Cのうちのいずれか1つの元素を用い、その濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてMg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、それらの合計の濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、Mg,Be,Zn,C濃度の総和がSi,Ge,O,Sn濃度の総和よりも高い、のいずれかであることを特徴とする請求項9に記載の半導体素子。
- 前記p型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層に対して、p型ドーパントとしてMgを用い、そのMg濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてBe,Zn,Cのうちのいずれか1つの元素を用い、その濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてMg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、それらの合計の濃度が1×1018cm−3から1×1020cm−3の範囲、あるいは該p型ドーパントとしてSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時に用い、Mg,Be,Zn,C濃度の総和がSi,Ge,O,Sn濃度の総和よりも高い、のいずれかであることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子。
- 前記AlN発光層において、その不純物濃度が5×1017cm−3以下であることを特徴とする請求項4から6のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記AlN発光層において、Si,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちのいずれか1つの元素をドープし、その濃度が5×1018cm−3以下、あるいはSi,Ge,O,Sn,Mg,Be,Zn,Cのうちの2つ以上の元素を同時にドープし、それらの合計の濃度が5×1019cm−3以下である、のいずれかであることを特徴とする請求項4から6のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記半導体基板に、n型AlN、p型AlN、n型窒化ホウ素(BN)、p型BN、n型シリコンカーバイド(SiC)、p型SiC、n型ダイヤモンド、p型ダイヤモンドのいずれか1つを用いたことを特徴とする請求項1から33のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記絶縁体基板に、半絶縁性AlN、半絶縁性BN、半絶縁性SiC、半絶縁性ダイヤモンド、サファイア(Al2O3)のいずれか1つを用いたことを特徴とする請求項1から33のいずれかに記載の半導体素子。
- 請求項2から10のいずれかに記載の発光素子と電源装置とを備え、該発光素子のp型電極を正極に、n型電極を負極に接続し、該両電極に該電源装置から電源が供給されることを特徴とする紫外光発生装置。
- 請求項2から10のいずれかに記載の発光素子と電源装置とを備え、該発光素子のp型電極を正極に、n型電極を負極に接続し、該両電極に該電源装置から電源が供給されることを特徴とするレーザー発振装置。
- 請求項37に記載のレーザー発振装置を備えたことを特徴とする露光装置。
- 請求項36に記載の紫外光発生装置と、該紫外光発生装置から発する紫外光を可視光に変換する光波長変換手段とを備え、該光波長変換手段を通して可視光を発生することを特徴とする可視光発生装置。
- 半導体または絶縁体基板上にアンドープAlN層、n型AlN層をエピタキシャル成長させる第1の工程と、
前記n型AlN層上にp型AlN層をエピタキシャル成長させる第2の工程と、
前記p型AlN層上にp型電極を形成する第3の工程と、
エッチングにより前記n型AlN層の一部を露出させ、露出した該n型AlN層上にn型電極を形成する第4の工程とを有することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 半導体または絶縁体基板上にアンドープAlN層、p型AlN層をエピタキシャル成長させる第1の工程と、
前記p型AlN層上にn型AlN層をエピタキシャル成長させる第2の工程と、
前記n型AlN層上にn型電極を形成する第3の工程と、
エッチングにより前記p型AlN層の一部を露出させ、露出した該p型AlN層上にp型電極を形成する第4の工程とを有することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記第2の工程が、前記n型AlN層と前記p型AlN層間にエピタキシャル成長によりAlN発光層またはダイヤモンド発光層を積層する工程を含むことを特徴とする請求項40または41に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2の工程が、前記n型AlN層と前記AlN発光層間にn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層を積層し、該前記AlN発光層とp型AlN層間にp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNクラッド層を積層する工程を含むことを特徴とする請求項42に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第1の工程が、前記アンドープAlN層と前記n型AlN層間にエピタキシャル成長によりn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層を積層する工程を含むことを特徴とする請求項40に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第1の工程が、前記アンドープAlN層と前記p型AlN層間にエピタキシャル成長によりp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZN中間層を積層する工程を含むことを特徴とする請求項41に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第3と第4の工程において、前記p型AlN層と前記p型電極間にp型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層を積層し、前記n型AlN層と前記n型電極間にn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層を積層する工程が含まれていることを特徴とする請求項40から45のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
- 半導体または絶縁体基板上にアンドープAlN層、n型AlN層をエピタキシャル成長させる第1の工程と、
前記n型AlN層上にn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層をエピタキシャル成長させる第2の工程と、
前記n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層上にオーミック電極を形成する第3の工程と、
エッチングにより前記n型AlN層の一部を露出させ、露出した該n型AlN層上にショットキー電極を形成する第4の工程とを有することを特徴とするショットキーダイオードの製造方法。 - 半導体または絶縁体基板上にアンドープAlN層、n型AlN層をエピタキシャル成長させる第1の工程と、
前記n型AlN層上にn型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層をエピタキシャル成長させる第2の工程と、
前記n型Al1-X-Y-ZBXGaYInZNコンタクト層上にソース電極とドレイン電極を形成する第3の工程と、
エッチングにより前記n型AlN層の一部を露出させ、露出した該n型AlN層上にゲート電極を形成する第4の工程とを有することを特徴とする電界効果トランジスターの製造方法。
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