JP2007258588A - 半導体素子及び半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子及び半導体素子の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】半導体素子は、酸化亜鉛系材料を用いたp型半導体層103と、p型半導体層103上に形成されたp側電極105とを備える。p型半導体層103とp側電極105との界面(中間層104)には、主要な構成元素として5B族元素が含まれる。
【選択図】図1
Description
本実施形態に係る半導体発光素子は、図1に示すように、n型ZnO単結晶からなる基板101上の一部に形成された、酸化亜鉛系材料を用いた活性層102と、活性層102上に形成され、酸化亜鉛系材料を用い、Li及びNがドーピングされているp型半導体層103と、p型半導体層103上に形成された中間層104と、中間層104上に形成されたp側電極105とを備える。又、基板101の露出した平坦部上には、Alからなるn側電極106が形成されている。
次に、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について、図1を用いて説明する。
従来の半導体発光素子では、図2(a)に示すように、p型ZnOのホール濃度が低いことによって、p型ZnO層と電極層(ここでは、Ni/Au)とのショットキー障壁の幅Aが厚いため、良好なオーミック接触を得ることができない。
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
比較例として、図3に示す半導体発光素子を作製した。以下に、比較例に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。尚、ZnO層の製法としてはレーザーアブレーション法を用い、基板にはn型ZnO単結晶基板を用いた。
KrFレーザーパワー:1J/cm2
ターゲット:ノンドープZnO
基板温度:550℃
チャンバー圧力:1×10-4Pa
次に、Li及びNが同時ドープされたZnOからなるp型半導体層203(膜厚:0.3μm)を下記形成条件2で作製し、ZnO積層膜を形成した。
KrFレーザーパワー:1J/cm2
ターゲット:1wt%LiドープZnO
基板温度:350℃
チャンバー圧力:3×10-2Pa
ガス流量:N2 ;5sccm
Nラジカル源RFパワー:300W
次に、フォトリソグラフィーを用いて選択加工を施し、その上にp側電極205を形成した。電極形成としては、まず、p型半導体層203上に、メタルマスクを用いてNi層205aを抵抗加熱蒸着によって形成し、Ni層205a上に、メタルマスクを用いてAu層205bを抵抗加熱蒸着によって形成した。一方、基板201上には、メタルマスクを用いてAlを抵抗加熱蒸着し、n側電極206を形成した。
実施例として、図1に示す半導体発光素子を作製した。以下に、実施例に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。尚、ZnO層の製法としてはレーザーアブレーション法を用い、基板にはn型ZnO単結晶基板を用いた。
又、上記比較例及び実施例におけるp側電極のオーミック性を直接評価するため、上記素子作製と並行して、サファイア基板上に直接p型ZnO薄膜(膜厚:0.3μm)を上記形成条件2に基づくレーザーアブレーション法で形成し、この上にNi/Auからなる従来の電極を形成した(図4の左上図参照)。一方、サファイア基板上に直接p型ZnO薄膜(膜厚:0.3μm)を上記形成条件2に基づくレーザーアブレーション法で形成し、この上に、Bi層、Au電極層を形成した(図5の左上図参照)。これらのp型ZnO−p電極間の電流−電圧特性(いわゆる、p−p特性)の結果を、それぞれ図4及び図5に示す。
次に、比較例及び実施例に係る素子の電流−電圧特性を、それぞれ図6及び図7に示す。図6及び図7より整流特性はともに確認されるが、本結果においても比較例に比べて、実施例の方がカーブの傾きが急峻となって内部直列抵抗の低減が示唆される結果であった。又、半導体発光素子の発光実験においても、比較例に係る半導体発光素子では、オレンジ色の発光であったことに対し、実施例に係る半導体発光素子では、青白色の発光を確認できた。
実施例に係る構造によって、上述した効果をもたらした要因としては、以下のように考えられる。実施例に係る構造では、p型ZnO層とAu電極層との間に、Bi層を介入させているが、Bi層の形成時、あるいは、その後の熱処理時、又は、電極層の形成時において、Bi層からBi層とp型ZnOとの界面近傍にBiの一部が拡散によって混入する。このBiがp型ZnOにおけるアクセプタ準位をより浅くする効果を持つことは、表1に示すバンド計算(局所電子状態密度計算)シミュレーション結果から示唆されており、従って、p型ZnOに混入したBiにより、Bi層とp型ZnOの界面近傍におけるホール濃度が大きく向上することが考えられる。このため、従来ではなし得なかったp型ZnO層と電極層とのショットキー障壁幅の低減が可能となり、良好なオーミック接触が得られたと考えられる。従って、実施例に係る半導体素子の素子特性は従来よりも向上したと考えられる。
次に、表2は、p型半導体層がZnMgOである場合のp型化シミュレーション結果の一例である。但し、計算モデルはZn:31原子、O:32原子、Mg:1原子とし、上記と同様に種々の不純物元素をZn原子又はO原子に置換させて、シミュレーションを行った。又、表1同様に、局所電子状態密度のピーク位置の値が小さいほど、その不純物元素又はその組み合わせにより形成されるアクセプタ準位が浅い、即ち、正孔濃度が高いことを示唆している。又、不純物元素が2元素以上の場合には、最も小さい局所電子状態密度のピーク位置の値を表には記載している。
そこで、サファイア基板上に直接p型ZnMgO薄膜(膜厚:0.3μm)を形成条件3に基づくレーザーアブレーション法で作製し、この上に比較例1と同様の手法で、Ni/Auからなる従来の電極を形成した(図8の左上図参照)。一方、サファイア基板上に直接p型ZnMgO薄膜(膜厚:0.3μm)を形成条件3に基づくレーザーアブレーション法で作製し、この上に、実施例と同様の手法で、Bi層、Au電極層を形成した(図9の左上図参照)。これらのp型ZnMgO−p側電極間の電流−電圧特性(いわゆる、p−p特性)の結果を、それぞれ図8及び図9に示す。
KrFレーザーパワー:1.5J/cm2
ターゲット:15wt%Mg&1wt%LiドープZnO
基板温度:550℃
チャンバー圧力:3×10-2Pa
ガス流量:N2;5sccm
Nラジカル源RFパワー:300W
図8及び図9の結果から、比較例に基づく従来電極を用いた場合には、p−p特性は非直線となりショットキー性を示しているのに対し、実施例に基づくBi層を介したAu電極層を用いた場合には、p−p特性は直線を示し、オーミック性を示していることが分かった。このため、p型半導体層として、p型ZnMgOを用いた場合においても、本発明の構造が有効であることが確認された。
次に、本実施例に係るBi層の形成方法として、(a)p型半導体層形成時にBiをドープする場合と、(b)p型半導体層形成後にBi層を形成し、更に熱処理を行った場合のp型特性について検討した。
ターゲット:0.1wt%BiドープZnターゲット
基板温度:400℃
チャンバー圧力:0.6Pa
ガス流量:O2;10sccm N2;5sccm
Nラジカル源RFパワー:150W
又、(b)p型半導体層形成後にBi層を形成し、更に熱処理を行った場合として、コーニング製ガラス基板上に直接p型ZnO薄膜(膜厚:0.2μm)を、形成条件5に基づくスパッタ法で形成した。
ターゲット:Znターゲット(4N)
基板温度:400℃
チャンバー圧力:0.6Pa
ガス流量:O2;10sccm N2;5sccm
Nラジカル源RFパワー:100W
次に、p型ZnO膜上に、Biを抵抗加熱蒸着し、Bi層を形成した。次に、不活性ガスであるAr雰囲気中で、400℃30分で、熱処理を行った。
102…活性層
103…p型半導体層
104…中間層
105…p側電極
106…n側電極
201…基板
202…活性層
203…p型半導体層
205a、205b…p側電極
206…n側電極
Claims (4)
- 酸化亜鉛系材料を用いたp型半導体層と、該p型半導体層上に形成された電極層とを備える半導体素子であって、
前記p型半導体層と前記電極層との界面には、主要な構成元素として5B族元素が含まれることを特徴とする半導体素子。 - 前記電極層は、前記5B属元素よりも高融点の金属からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
- 前記5B属元素は、Biであることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体素子。
- 基板上に、酸化亜鉛系材料を用いたp型半導体層を形成する工程と、
前記p型半導体層上に、5B族元素を主要な構成元素とする中間層を形成する工程と、
前記p型半導体層及び前記中間層の熱処理を行う工程と、
前記中間層上に、電極層を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
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KR20140128633A (ko) * | 2013-04-29 | 2014-11-06 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자, 발광소자 패키지 및 라이트 유닛 |
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