JP2013077690A - 半導体発光デバイス及び半導体発光デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャップ層表面でのひび割れの発生を抑制することが可能な、半導体発光デバイス及び半導体発光デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る半導体発光デバイスは、所定の基板上に形成されたバッファ層と、バッファ層上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上の一部に形成された量子井戸層と、量子井戸層上に形成された、ｐ−ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層上に形成された、ｐ−ＩｎＧａＮからなるキャップ層と、キャップ層上、及び、量子井戸層の形成されていないｎ型窒化物半導体層上にそれぞれ形成されたコンタクト電極と、を備える。本発明に係る半導体発光デバイスのキャップ層では、当該キャップ層とｐ型窒化物半導体層との間の界面からコンタクト電極の形成された側の面に向かうにつれて、キャップ層に含まれるＩｎの割合が増加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光デバイス及び半導体発光デバイスの製造方法に関する。

各種の半導体を用いたＬＥＤ素子等の半導体発光デバイスにおいて、デバイス構造の一部として形成されたｐ−ＧａＮ（窒化ガリウム）層とコンタクト電極との間にＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）キャップ層を形成する技術が提案されている（例えば、以下の非特許文献１を参照。）。

このようなＩｎＧａＮキャップ層を形成することで、ｐ−ＧａＮのバンド構造が曲がることとなり（バンドベンディング）、コンタクト抵抗を低減させることができる。その結果、上記非特許文献１に記載の技術では、ｐ−ＧａＮ層とコンタクト電極との間のオーミックコンタクトを確立することが可能となる。

上記のようなコンタクト電極を含む半導体デバイスの製造方法について、図４を参照しながら簡単に説明する。図４は、従来の半導体デバイスの製造方法の流れを説明するための説明図である。

従来の半導体デバイスの作製方法では、図４（ａ）に示したように、まず、シリコン（Ｓｉ）やサファイア等の基板９０１上に、バッファ層９０３、ｎ−ＧａＮ層９０５、量子井戸層９０７、ｐ−ＧａＮ層９０９及びｐ−ＩｎＧａＮ層９１１を、順に成長させる。各層を成長させるための方法としては、例えば、有機金属化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）や、分子線結晶成長法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）等といった各種の結晶成長法を利用する。

次に、図４（ｂ）に示したように、誘導結合プラズマイオンエッチング（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＩＣＰ−ＲＩＥ）等のようなドライエッチング法を利用して、ｐ−ＩｎＧａＮコンタクト電極９１３を設置する位置以外のｐ−ＩｎＧａＮ層を除去する。その後、残存したｐ−ＩｎＧａＮ層上に、電子ビーム蒸着やスパッタ蒸着等の蒸着法により、ｐ−ＩｎＧａＮコンタクト電極９１３を蒸着する。

続いて、図４（ｃ）に示したように、ｎ−ＧａＮコンタクト電極９１５を形成する部分に対応するｐ−ＧａＮ層９０７及び量子井戸層９０５を、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチング法により除去する。その後、図４（ｄ）に示したように、量子井戸層９０５及びｐ−ＧａＮ層９０７が除去されたｎ−ＧａＮ層９０５上に、電子ビーム蒸着やスパッタ蒸着等の蒸着法により、ｎ−ＧａＮコンタクト電極９１５を蒸着する。

以上のような方法により半導体デバイスを製造することで、ｐ−ＧａＮ層９０９とコンタクト電極９１３との間のオーミックコンタクトを確立することが可能となる。

Ｋ．Ｋｕｍａｋｕｒａ，Ｔ．Ｍａｋｉｍｏｔｏ，Ｎ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，"Ｏｈｍｉｃ Ｃｏｎｔａｃｔ ｔｏ ｐ−ＧａＮ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｔｒａｉｎｅｄ ＩｎＧａＮ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ"，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４２（２００３），ｐ．２２５４−２２５６

しかしながら、上記非特許文献１の方法で製造した半導体発光デバイスでは、キャップ層として機能するｐ−ＩｎＧａＮ層９１１を成長させる際に、ｐ−ＩｎＧａＮ層９１１の格子定数と、ｐ−ＧａＮ層９０７の格子定数との違いに起因して、ＩｎＧａＮ層９１１の表面にひび割れが発生するという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、キャップ層表面でのひび割れの発生を抑制することが可能な、半導体発光デバイス及び半導体発光デバイスの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、所定の基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された、ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上の一部に形成された量子井戸層と、前記量子井戸層上に形成された、ｐ−ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された、ｐ−ＩｎＧａＮからなるキャップ層と、前記キャップ層上、及び、前記量子井戸層の形成されていない前記ｎ型窒化物半導体層上にそれぞれ形成されたコンタクト電極と、を備え、前記キャップ層では、当該キャップ層と前記ｐ型窒化物半導体層との間の界面から前記コンタクト電極の形成された側の面に向かうにつれて、前記キャップ層に含まれるＩｎの割合が増加する半導体発光デバイスが提供される。

かかる構成によれば、キャップ層とｐ型窒化物半導体層との間の界面では、キャップ層を構成するｐ−ＩｎＧａＮの格子定数と、ｐ型窒化物半導体層を構成するｐ−ＧａＮの格子定数との差分が小さくなる。その結果、本発明に係る半導体発光デバイスでは、キャップ層の格子定数とｐ型窒化物半導体層の格子定数との違いに起因するキャップ層表面でのひび割れの発生を、抑制することが可能となる。

前記キャップ層は、ｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}で表される化合物からなり、前記界面において、前記化合物を表す化学式におけるＩｎの割合を示すパラメータｘの値はゼロであり、前記コンタクト電極の形成された側の面に向かうにつれて、前記パラメータｘの値が増加することが好ましい。

かかる構成によれば、キャップ層とｐ型窒化物半導体層との間の界面では、キャップ層を構成するｐ−ＩｎＧａＮの格子定数と、ｐ型窒化物半導体層を構成するｐ−ＧａＮの格子定数との差分をよりゼロに近づけることができる。その結果、より効果的に、キャップ層表面でのひび割れの発生を、抑制することが可能となる。

前記化合物を表す化学式において、前記パラメータｘの値は、０〜０．２まで変化してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、所定の基板上に、バッファ層、ｎ型窒化物半導体層、量子井戸層及びｐ−ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層を順に積層するステップと、所定の結晶成長法により、前記ｐ型窒化物半導体層上に、ｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}で表される化合物を、当該化合物を表す化学式におけるＩｎの割合を示すパラメータｘの値を増加させながら成長させて、キャップ層を形成するステップと、前記キャップ層上の一部に、第１のコンタクト電極を形成するステップと、前記第１のコンタクト電極の形成されていない部分に対応する前記キャップ層、前記ｐ型窒化物半導体層及び前記量子井戸層を除去するステップと、前記キャップ層、前記ｐ型窒化物半導体層及び前記量子井戸層が除去された部分に対応する前記ｎ型窒化物半導体層上に、第２のコンタクト電極を形成するステップと、を含む半導体発光デバイスの製造方法が提供される。

かかる構成によれば、キャップ層とｐ型窒化物半導体層との間の界面では、キャップ層を構成するｐ−ＩｎＧａＮの格子定数と、ｐ型窒化物半導体層を構成するｐ−ＧａＮの格子定数との差分が小さくなる。その結果、本発明に係る半導体発光デバイスでは、キャップ層の格子定数とｐ型窒化物半導体層の格子定数との違いに起因するキャップ層表面でのひび割れの発生を、抑制することが可能となる。

前記キャップ層と前記ｐ型窒化物半導体層との間の界面において、前記化合物を表す化学式におけるＩｎの割合を示すパラメータｘの値はゼロであることが好ましい。

かかる構成によれば、キャップ層とｐ型窒化物半導体層との間の界面では、キャップ層を構成するｐ−ＩｎＧａＮの格子定数と、ｐ型窒化物半導体層を構成するｐ−ＧａＮの格子定数との差分をよりゼロに近づけることができる。その結果、より効果的に、キャップ層表面でのひび割れの発生を、抑制することが可能となる。

前記キャップ層を形成するステップでは、前記パラメータｘの値を０≦ｘ≦０．２まで変化させてもよい。

前記結晶成長法は、有機金属化学気相成長法であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、キャップ層に含まれるＩｎの含有量を、キャップ層とｐ型窒化物半導体層との間の界面からコンタクト電極の形成された側の面に向かうにつれて増加させることで、ｐ型窒化物半導体層の格子定数とキャップ層の格子定数との違いを緩和することができ、キャップ層表面でのひび割れの発生を抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る半導体発光デバイスの構造の一例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る半導体発光デバイスのキャップ層について説明するための説明図である。 同実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の流れを説明するための説明図である。 従来の半導体発光デバイスの製造方法の流れを説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
＜半導体発光デバイスの構造について＞
まず、図１及び図２を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光デバイスの構造について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る半導体発光デバイスの構造の一例を模式的に示した説明図であり、図２は、本実施形態に係る半導体発光デバイスのキャップ層について説明するための説明図である。

本実施形態に係る半導体発光デバイス１００は、図１に例示したように、基板１０１と、バッファ層１０３と、ｎ型窒化物半導体層１０５と、量子井戸層１０７と、ｐ型窒化物半導体層１０９と、キャップ層１１１と、第１コンタクト電極１１３と、第２コンタクト電極１１５と、を備える。

基板１０１は、図１に示したように、本実施形態に係る発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光デバイス１００の最下層に配置される平板である。この基板１０１としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板や、サファイア基板や、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板等を使用することが可能である。また、これらの基板以外にも、当該基板１０１上に成長させる各種半導体の種別等に応じて、公知の基板の材質を適宜選択することが可能である。

この基板１０１上に、例えば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等によって、所定の層厚のバッファ層１０３が形成される。バッファ層１０３は、基板１０１と、このバッファ層１０３上に形成されるｎ型窒化物半導体層１０５との密着性を高めたり、基板１０１の平坦性を担保しつつ、不純原子の浸透を遮断したりする役割を果たすものである。

このようなバッファ層１０３として、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）のような単一の半導体からなる層を用いることが可能である。また、バッファ層１０３は、上記のような単層でなくとも良く、例えば、ＡｌＧａＮ／ＡｌＮ中間層や、ＡｌＮ／ＧａＮ多層バッファ層等の公知の層構造を適用することが可能である。ここで、ＡｌＧａＮ／ＡｌＮ中間層とは、基板１０１の主表面にＡｌＮ（窒化アルミニウム）層を成長させた上で、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）層を成長させたものであり、ＡｌＮ／ＧａＮ多層バッファ層は、ＡｌＮ層と、ＧａＮ（窒化ガリウム）層とを交互に複数成長させた多層構造のバッファ層である。また、バッファ層１０３は、上記の例に限定されるわけではなく、後述するｎ型窒化物半導体層１０５に用いられるｎ型窒化物半導体に応じて、形成に用いる物質を公知の物質の中から適宜選択することが可能である。

すなわち、このバッファ層１０３上に成長させるｎ型窒化物半導体層１０５の組成に応じて、バッファ層１０３を構成する結晶とｎ型窒化物半導体層１０５を構成する結晶とが良好な格子整合性をもって積層構造を構成するために、これら両者の結晶の格子定数が互いに近い値又は同一の値となるような物質が選択される。

また、バッファ層１０３の層厚についても適宜決定することが可能であり、例えば２０ｎｍ程度の層厚とすることが可能である。

このバッファ層１０３上に、例えばＭＯＣＶＤ等を用いて、所定の層厚のｎ型窒化物半導体層１０５が形成される。ｎ型窒化物半導体層１０５を形成するための物質としては、例えば、ｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム、以下ｎ−ＧａＮともいう。）を用いることができる。また、以下の説明では、ｎ型窒化物半導体層１０５が単層である場合を例にとるが、ｎ型窒化物半導体層は、複数の層から構成されていてもよい。また、ｎ型窒化物半導体層１０５の層厚は、例えば、基板１０１がシリコン基板である場合には１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とすることができ、基板１０１がサファイア基板である場合には２μｍ〜３μｍ程度とすることができる。本実施形態に係る半導体発光デバイス１００では、以下で説明するように、ｎ型窒化物半導体層１０５上に第２コンタクト電極１１５が形成されるが、ｎ型窒化物半導体層１０５の層厚を上記のような値とすることで、第２コンタクト電極１１５を形成する際に行われるエッチングを、ｎ型窒化物半導体層１０５で停止させることが可能となる。なお、後述する第２コンタクト電極１１５を基板１０１上に設置する場合には、ｎ型窒化物半導体層１０５の層厚はこの限りではなく、〜１００ｎｍ程度とすればよい。

ｎ型窒化物半導体層１０５を例えばＭＯＣＶＤにより形成する場合、例えば、バッファ層１０３の形成された基板１０１をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、所定の温度となるように調整したうえで、窒素と水素とを含むキャリアガスを用いて、ＩＩＩ族原料ガス、ｎ型ドーパントを含むドーピングガス及びアンモニアガス等を装置内に導入する。これにより、ｎ型窒化物半導体層１０５を結晶成長させることができる。

なお、ｎ型窒化物半導体層１０５を形成するために用いられるＩＩＩ族原料ガスとしては、例えばｎ−ＧａＮを成長させる場合には、トリメチルガリウムやトリエチルガリウム等の物質をＧａの先駆物質として利用することが可能である。この物質以外にも、結晶成長させたい半導体に応じて、公知の物質を適宜選択すればよい。また、ｎ型ドーパントを含むドーピングガスについても、公知のものを適宜選択すればよい。例えば、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる場合には、Ｓｉを含むドーピングガスとして、例えばシランガス等を利用することが可能である。

ｎ型窒化物半導体層１０５上の一部には、例えばＭＯＣＶＤ等を用いて、所定の層厚の量子井戸層１０７が形成される。量子井戸層１０７は、本実施形態に係る半導体発光デバイス１００の発光層として機能する層である。量子井戸層１０７を構成するために用いられる半導体は、所望の発光波長に応じて公知の物質の中から適宜選択することが可能である。本実施形態に係る半導体発光デバイス１００では、量子井戸層１０７を形成するために、例えばＩｎＧａＮ／ＧａＮ等を利用する。

また、量子井戸層１０７の層厚は、当該量子井戸層１０７からの発光波長に応じて適した層厚は異なるものの、寒色系（青から緑）の発光を実現する場合２０ｎｍ程度であることが好ましい。また、本実施形態では、発光層として量子井戸層１０７が形成される場合を例に挙げているが、発光層の構造は、単一井戸構造、多重井戸構造、多重量子井戸構造等のいずれであってもよい。

なお、量子井戸層１０７を例えばＭＯＣＶＤにより形成する場合には、ｎ型窒化物半導体層１０５を成長させる場合と同様に、所望の物質に応じて公知の原料ガスやドーピングガス等を選択すればよい。

量子井戸層１０７上には、例えばＭＯＣＶＤ等を用いて、所定の層厚のｐ型窒化物半導体層１０９が形成される。ｐ型窒化物半導体層１０９を形成するための物質としては、例えば、ｐ型ＧａＮ（窒化ガリウム、以下ｐ−ＧａＮともいう。）が用いられる。また、ｐ型窒化物半導体層１０９の層厚は、特に限定されるものではないが、例えば、１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度とすることができ、通常は１００ｎｍ程度とすればよい。

ｐ型窒化物半導体層１０９を例えばＭＯＣＶＤにより形成する場合、例えば、基板温度をｐ型窒化物半導体を結晶成長させるために適した温度に調整したうえで、窒素と水素とを含むキャリアガスを用いて、ＩＩＩ族原料ガス、ｐ型ドーパントを含むドーピングガス及びアンモニアガス等を装置内に導入する。これにより、ｐ型窒化物半導体層１０９を結晶成長させることができる。

なお、ｐ型窒化物半導体層１０９を形成するために用いられるＩＩＩ族原料ガスとしては、例えばｐ−ＧａＮを成長させる場合には、トリメチルガリウムやトリエチルガリウム等の物質をＧａの先駆物質として利用することが可能である。また、ｐ型ドーパントを含むドーピングガスについても、公知のものを適宜選択すればよい。例えば、ｐ型ドーパントとしてＭｇを用いる場合には、Ｍｇを含むドーピングガスとして、例えばシクロペンタジエニルマグネシウムやビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム等といった公知のドーピングガスを利用することが可能である。

ｐ型窒化物半導体層１０９上には、例えばＭＯＣＶＤ等を用いて、所定の層厚のキャップ層１１１が形成される。このキャップ層１１１は、ｐ型窒化物半導体層１０９がｐ−ＧａＮから形成される場合に、ｐ型化された窒化インジウムガリウム（ｐ−ＩｎＧａＮ）を用いて形成される。キャップ層１１１を構成するｐ−ＩｎＧａＮは、より詳細には、ｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}と表記することができる。

キャップ層１１１を例えばＭＯＣＶＤにより形成する場合、例えば、基板温度をＩｎＧａＮを結晶成長させるために適した温度に調整したうえで、窒素と水素とを含むキャリアガスを用いて、ＩＩＩ族原料ガス、ｐ型ドーパントを含むドーピングガス及びアンモニアガス等を装置内に導入する。これにより、ｐ−ＩｎＧａＮからなるキャップ層１１１を結晶成長させることができる。

ｐ−ＩｎＧａＮからなるキャップ層１１１を形成するために用いられるＩＩＩ族原料ガスとしては、Ｇａの先駆物質としてトリメチルガリウムやトリエチルガリウム等の物質を利用し、Ｉｎの先駆物質としてはトリメチルインジウムやトリエチルインジウム等の物質を利用することが可能である。また、ｐ−ＩｎＧａＮを結晶成長させるために用いる原料ガスは上記の例に限定されるわけではなく、これらの物質以外の公知の物質を適宜利用することが可能である。また、ｐ型ドーパントを含むドーピングガスについても、公知のものを適宜選択すればよい。例えば、ｐ型ドーパントとしてＭｇを用いる場合には、Ｍｇを含むドーピングガスとして、例えばシクロペンタジエニルマグネシウムやビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム等といった公知のドーピングガスを利用することが可能である。

なお、ＩｎＧａＮに対するｐ型ドーパントのドーピング量については、特に限定されるわけではなく、適宜設定することが可能である。

ｐ型窒化物半導体層１０９上にキャップ層１１１を形成することで、ｐ型窒化物半導体層１０９を構成するｐ型窒化物半導体のバンド構造に曲がりが生じる（バンドベンディング）。その結果、キャップ層１１１上に形成される第１コンタクト電極１１３に用いられる金属とｐ型窒化物半導体層１０９を構成するｐ型窒化物半導体との間のコンタクト抵抗を低減させることができる。これにより、ｐ型窒化物半導体層１０９と第１コンタクト電極１１３とのオーミックコンタクトを実現することができる。

本実施形態に係るキャップ層１１１の役割は、上述のようにバンドベンディングを生じさせ、トンネル電流によってコンタクト抵抗を低減することである。従って、キャップ層１１１の層厚は、バンドを曲げるために必要最低限の層厚とすればよい。このようなキャップ層１１１の層厚は、例えば、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。なお、キャップ層１１１の層厚が厚い場合であってもバンドベンディングを生じさせることは可能であるが、トンネル電流が減少することによりコンタクト抵抗が見かけ上大きくなってしまう。

ここで、先だって説明したように、従来のｐ−ＩｎＧａＮを用いたキャップ層では、キャップ層に隣接するｐ−ＧａＮ層を構成するｐ−ＧａＮの格子定数と、キャップ層を構成するｐ−ＩｎＧａＮの格子定数との違いに起因して、キャップ層表面にひび割れが発生してしまうという問題があった。本発明者は、この問題を解決するために鋭意検討を行った結果、以下で説明したような方法によってｐ−ＩｎＧａＮからなるキャップ層を形成することで、キャップ層表面に発生するひび割れを抑制可能であることに想到した。

すなわち、本実施形態に係る半導体発光デバイス１００では、図２に模式的に示したように、キャップ層１１１とｐ型窒化物半導体層１０９との間の界面から、後述する第１コンタクト電極１１３の形成される側の面へと向かうにつれて、キャップ層１１１を構成するｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}に含まれるＩｎの割合ｘを増加させる。

この際、図２に例示したように、キャップ層１１１とｐ型窒化物半導体層１０９との界面では、Ｉｎの割合を示すパラメータｘをゼロとすることが好ましい。Ｉｎの割合ｘをゼロとすることで、当該界面にこの時点で成長する半導体の組成は、ｐ型窒化物半導体層１０９を形成するｐ−ＧａＮの組成とほぼ等しくなり、当該界面における双方の結晶の格子定数の差分をほぼゼロとすることができる。

また、キャップ層１１１の第１コンタクト電極１１３が形成される面へと向かうにつれてＩｎの割合を増加させることで、ｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}の格子定数も変化することとなり、ｐ型窒化物半導体層１０９を形成するｐ−ＧａＮの格子定数との相違に起因するひび割れの発生を抑制することが可能となる。

ここで、キャップ層１１１の第１コンタクト電極１１３が形成される面におけるＩｎの割合ｘの具体的な値は、第１コンタクト電極１１３の形成に用いられる金属の仕事関数の大きさ等に応じて適宜設定することが可能であるが、例えばｘ＝０．２とすることが好ましい。すなわち、本実施形態に係るキャップ層１１１では、ｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}のＩｎ組成ｘは、０〜０．２まで変化することとなる。また、Ｉｎの割合を示すパラメータｘが０〜０．２まで変化する際、Ｇａの割合を示すパラメータｙの大きさは、０．５≧ｙ≧０．３とすることが好ましい。

また、Ｉｎの割合を示すパラメータｘの値の増加度合いは特に限定されるものではなく、例えば、０〜０．２まで段階的に増加させてもよいし、指数関数的に増加させてもよい。パラメータｘの値を指数関数的に増加させることで、より高い効果を得ることが可能となる。

なお、キャップ層１１１をＭＯＣＶＤにより成長させる際にＩｎ組成ｘを変化させる方法については、公知の方法を適宜利用すればよいが、例えばＭＯＣＶＤ装置に導入するＩｎの先駆物質の導入量を所定の増加度合いで変化させることで実現可能である。

このようにして形成されるキャップ層１１１上の少なくとも一部には、図１に示したように、第１コンタクト電極１１３が形成される。第１コンタクト電極１１３は、上述のようなキャップ層１１１が形成されることで、ｐ−ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層１０９との間で良好なオーミックコンタクトを実現することができる。

また、ｎ型窒化物半導体層１０５上における量子井戸層１０７が形成されていない部分の少なくとも一部には、第２コンタクト電極１１５が形成される。

このような２種類のコンタクト電極１１３，１１５が形成されることで、窒化物半導体からなる半導体発光デバイスを得ることができる。第１コンタクト電極１１３及び第２コンタクト電極１１５は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタ蒸着法等の各種の蒸着法により形成することが可能である。このようなコンタクト電極１１３，１１５の形成に利用する金属としては、公知のものを利用することが可能であり、例えば、Ｔｉ，Ａｌ，Ａｕ等を利用することができる。また、第１コンタクト電極１１３及び第２コンタクト電極１１５は、単層構造に限定されるわけではなく、多層構造としてもよい。

以上、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る半導体発光デバイスの構造について、詳細に説明した。

＜半導体発光デバイスの製造方法について＞
続いて、図３を参照しながら、本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法について説明する。図３は、本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の流れを模式的に示した説明図である。

まず、図３（ａ）に示したように、ＭＯＣＶＤ等の結晶成長法を用いて、基板１０１上に、バッファ層１０３、ｎ型窒化物半導体層１０５、量子井戸層１０７及びｐ−ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層１０９を順に積層する。その後、ＭＯＣＶＤ等の結晶成長法を用いて、ｐ型窒化物半導体層１０９上に、ｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}で表される化合物を、当該化合物を表す化学式におけるＩｎの割合を示すパラメータｘの値を増加させながら成長させて、キャップ層１１１を形成する。

この際、先だって説明したような方法により、キャップ層１１１とｐ型窒化物半導体層１０９との界面では、Ｉｎの割合を示すパラメータｘの値がゼロとなるようにし、当該界面に対向する側の面では、Ｉｎの割合を示すパラメータｘの値が例えば０．２となるようにする。また、Ｇａの割合を示すパラメータｙの値は、０．５≧ｙ≧０．３となるようにする。

その後、キャップ層１１１上の少なくとも一部に、電子ビーム蒸着法等により第１コンタクト電極１１３を形成する。

続いて、図３（ｂ）に示したように、誘導結合プラズマイオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等のようなドライエッチング法を利用して、第１のコンタクト電極１１３の形成されていない部分に対応するキャップ層１１１、ｐ型窒化物半導体層１０９及び量子井戸層１０７を、エッチングにより除去する。これにより、図３（ｃ）に示したように、ｎ型窒化物半導体層１０５が露出したリセス部１２１を形成することができる。

その後、図３（ｄ）に示したように、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングにより形成したリセス部１２１に露出しているｎ型窒化物半導体層１０５上の少なくとも一部に、電子ビーム蒸着法等により第２コンタクト電極１１５を形成する。

以上のような流れで処理を行うことで、本実施形態に係る半導体発光デバイス１００を製造することができる。

以上のような製造方法により本実施形態に係る半導体発光デバイス１００を製造したところ、キャップ層１１１の表面に発生するひび割れを完全に抑制することができた。

（まとめ）
以上説明したように、本発明の実施形態に係る半導体発光デバイス及び半導体発光デバイスの製造方法では、ｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}からなるキャップ層１１１を結晶成長法により形成する際に、キャップ層１１１とｐ型窒化物半導体層１０９との間の界面から第１コンタクト電極１１３の形成された側の面に向かうにつれて、キャップ層１１１に含まれるＩｎの割合を増加させるようにする。これにより、ｐ型窒化物半導体層１０９を構成する窒化物半導体の格子定数と、キャップ層１１１を構成するｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}の格子定数との相違を緩和することができ、キャップ層１１１の表面に発生するひび割れを抑制することができる。その結果、本発明の実施形態に係る半導体発光デバイス及び半導体発光デバイスの製造方法では、オーミック接触抵抗を低減するためのｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}からなるキャップ層を、表面ひび割れを起こすことなく設置することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ 半導体発光デバイス
１０１ 基板
１０３ バッファ層
１０５ ｎ型窒化物半導体層
１０７ 量子井戸層
１０９ ｐ型窒化物半導体層
１１１ キャップ層
１１３ 第１コンタクト電極
１１５ 第２コンタクト電極

Claims (7)

1. 所定の基板上に形成されたバッファ層と、
   前記バッファ層上に形成された、ｎ型窒化物半導体層と、
   前記ｎ型窒化物半導体層上の一部に形成された量子井戸層と、
   前記量子井戸層上に形成された、ｐ−ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層と、
   前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された、ｐ−ＩｎＧａＮからなるキャップ層と、
   前記キャップ層上、及び、前記量子井戸層の形成されていない前記ｎ型窒化物半導体層上にそれぞれ形成されたコンタクト電極と、
   を備え、
   前記キャップ層では、当該キャップ層と前記ｐ型窒化物半導体層との間の界面から前記コンタクト電極の形成された側の面に向かうにつれて、前記キャップ層に含まれるＩｎの割合が増加する
   ことを特徴とする、半導体発光デバイス。
2. 前記キャップ層は、ｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}で表される化合物からなり、
   前記界面において、前記化合物を表す化学式におけるＩｎの割合を示すパラメータｘの値はゼロであり、前記コンタクト電極の形成された側の面に向かうにつれて、前記パラメータｘの値が増加する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
3. 前記化合物を表す化学式において、前記パラメータｘの値は、０〜０．２まで変化する
   ことを特徴とする、請求項２に記載の半導体発光デバイス。
4. 所定の基板上に、バッファ層、ｎ型窒化物半導体層、量子井戸層及びｐ−ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層を順に積層するステップと、
   所定の結晶成長法により、前記ｐ型窒化物半導体層上に、ｐ−Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＮ_{１−ｘ−ｙ}で表される化合物を、当該化合物を表す化学式におけるＩｎの割合を示すパラメータｘの値を増加させながら成長させて、キャップ層を形成するステップと、
   前記キャップ層上の一部に、第１のコンタクト電極を形成するステップと、
   前記第１のコンタクト電極の形成されていない部分に対応する前記キャップ層、前記ｐ型窒化物半導体層及び前記量子井戸層を除去するステップと、
   前記キャップ層、前記ｐ型窒化物半導体層及び前記量子井戸層が除去された部分に対応する前記ｎ型窒化物半導体層上に、第２のコンタクト電極を形成するステップと、
   を含むことを特徴とする、半導体発光デバイスの製造方法。
5. 前記キャップ層と前記ｐ型窒化物半導体層との間の界面において、前記化合物を表す化学式におけるＩｎの割合を示すパラメータｘの値はゼロである
   ことを特徴とする、請求項４に記載の半導体発光デバイスの製造方法。
6. 前記キャップ層を形成するステップでは、前記パラメータｘの値を０≦ｘ≦０．２まで変化させる
   ことを特徴とする、請求項４又は５に記載の半導体発光デバイスの製造方法。
7. 前記結晶成長法は、有機金属化学気相成長法である
   ことを特徴とする、請求項４〜６の何れか１項に記載の半導体発光デバイスの製造方法。
   
   

Images