JP3106956B2 - 化合物半導体用電極材料 - Google Patents

化合物半導体用電極材料

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、紫外もしくは青色
発光ダイオードまたはレーザーダイオード等に使用され
るp型の3−5族化合物半導体の電極材料と電極に関
し、特にオーミック接触を得ることができる電極材料と
電極に関するものである。
【0002】
【従来の技術】紫外もしくは青色発光ダイオードまたは
レーザダイオード等の発光デバイスの材料として、一般
式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0
≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される窒化ガ
リウム系化合物半導体が知られている。該発光デバイス
を作製するためには、p型およびn型の層とコンタクト
をとるための電流注入特性の良好な電極が不可欠であ
る。n型の該化合物半導体に対する電極材料としては、
従来Al、Ti−Al合金が良好な電極材料として知ら
れている。
【0003】しかし、p型の3−5族化合物半導体に対
する電極材料としては、Au、NiAu合金、MgAu
合金、ZnAu合金などが知られているものの、接触抵
抗はn型の3−5族化合物半導体に対する電極材料に比
べて大きく、発光素子の駆動電圧を大きくする要因にな
っていた。特に、大電流を注入する半導体レーザーにお
いては、大きな接触抵抗のため駆動電圧が非常に大きく
なる問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、p型不純物
をドープした3−5族化合物半導体用の良好なオーミッ
ク接触の得られる電極材料およびこれを用いた電極を提
供して、該化合物半導体を用いたデバイスの駆動電圧の
低減を可能とすることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な問題点をみて鋭意研究した結果、特定の金属の積層構
造または合金がp型の3−5族化合物半導体に対して良
好な電流注入特性を示すことを見出し、本発明に至っ
た。即ち、本発明は、〔1〕p型不純物をドープした一
般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、
0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−
5族化合物半導体用の電極材料において、該電極材料が
少なくともCaと貴金属を含む金属であり、Caと貴金
属の重量の合計が電極材料全体の重量の50%以上10
0%以下である3−5族化合物半導体用の電極材料に係
るものである。
【0006】さらに、本発明は、〔2〕p型不純物をド
ープした一般式Inx Gay AlzN(ただし、x+y
+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表
される3−5族化合物半導体用の電極において、該電極
が該化合物半導体上に〔1〕記載の電極材料を用いて形
成されてなる3−5族化合物半導体用の電極に係るもの
である。
【0007】
【発明の実施の形態】次に本発明を詳細に説明する。本
発明における3−5族化合物半導体とは、一般式Inx
Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦
1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合
物半導体である。本発明における、該化合物半導体のp
型ドーパントとしては、Mg、Zn、Cd、Be、C
a、Hgが挙げられ、中でもMg、Ca、Znが好まし
い。
【0008】本発明のp型化合物半導体に対する電極材
料は、少なくともCaと貴金属を含むことを特徴とす
る。Caは、電流注入特性を向上させるために有効な電
極材料であるが、Caを単独で電極に使用した場合には
電極が酸化されやすく電極の信頼性が低下する場合があ
る。しかし、貴金属との積層により、または貴金属との
合金化により、酸化を防止し、電極の信頼性を高めるこ
とができる。
【0009】本発明の電極材料において、少なくともC
aと貴金属を含む金属の例としては、少なくともCaの
層と貴金属の層を含む積層構造からなる金属、または少
なくともCaと貴金属を含む合金が挙げられる。該貴金
属としては、Au、Pt、Ag、Ru、Rh、Pd、O
s、Irが挙げられるが、Au、Ptが好ましく、なか
でもAuが更に好ましい。
【0010】本発明における、少なくともCaと貴金属
の層を含む積層構造からなる電極材料の場合、Caがp
型の3−5族化合物半導体に直接接触していることが好
ましい。Caがp型の該化合物半導体に直接接触してい
ない場合には、本発明の効果が得られないので好ましく
ない。
【0011】また、本発明における、少なくともCaと
貴金属を含む合金からなる電極材料の作製方法として
は、少なくともCaと貴金属の層を含む積層構造を不活
性ガス雰囲気中で熱処理する方法、またはCaと貴金属
を同時に真空蒸着する方法等が挙げられる。
【0012】本発明の少なくともCaと貴金属を含む電
極材料中の好ましいCa濃度は、Caと貴金属の合計重
量に対して、Caが0.01重量%以上30重量%以下
である。Ca濃度の範囲が上記範囲以外では、本発明の
効果が得られないので好ましくない。
【0013】本発明の少なくともCaと貴金属を含む金
属からなる電極材料において、Caと貴金属以外の特定
の第三の金属材料を加えることにより本発明の効果をさ
らに高めることができる場合がある。このような第三の
金属材料の例として、Mg、Zn、Niなどが挙げられ
る。電極材料全体に対する該第三の電極材料の重量割合
は、0重量%以上50重量%未満であることが好まし
い。50重量%以上である場合には、電極の信頼性が低
下するので好ましくない。
【0014】本発明の電極材料は、p型の3−5族化合
物半導体上に形成した後で、更にアニール処理を行なう
ことにより電流注入特性を向上させることができる。ア
ニールする雰囲気としては、十分精製された窒素やアル
ゴン等の不活性ガスなどを用いることができる。アニー
ル温度としては、200℃以上1100℃以下が好まし
く、さらに好ましくは300℃以上1000℃以下であ
る。アニール温度が低すぎると十分な電流注入特性が得
られず、またアニール温度が高すぎると素子を構成する
材料または電極材料の変性を起こし、特性が劣化する場
合があるので好ましくない。好ましいアニール時間は、
アニール温度にもよるが、1秒以上2時間以下であり、
更に好ましくは、2秒以上30分以下である。アニール
時間が短すぎると十分な効果が得られず、また長すぎる
と素子構成材料が変性をおこし素子特性が劣化したり、
また生産性が悪くなるので好ましくない。
【0015】本発明の電極の膜厚の好ましい範囲は、5
0Å以上50μm以下である。該膜厚が50Åよりも薄
いと充分な導電性を示さない場合があるので好ましくな
く、また50μmよりも厚いと形成に長時間を要するの
で好ましくない。
【0016】LED等の発光素子に用いる電極において
は、電極を透光性にすることにより、素子からの発光を
電極を透過させて外部に取り出せるので、発光素子の効
率を高めることができる。電極に透光性を付与させるた
めには電極膜厚を薄くすることが必要になる。本発明の
電極材料に透光性を付与させる場合の好ましい電極の厚
さは、50Å以上2000Å以下である。該電極の厚さ
が50Åより小さいと充分な導電性を示さない場合があ
るので好ましくなく、2000Åよりも大きいと充分な
透光性が得られないので好ましくない。透光性の電極を
不活性雰囲気でアニールすることにより、透光性がさら
に向上する場合がある。
【0017】なお、該化合物半導体と接触する本発明の
電極上に、本発明の目的を損なわない範囲で、さらにそ
の他の金属を積層して機械的強度等の特性を増すことが
できる。具体的には、そのような例として、図1に示す
ように、該化合物半導体1の上に本発明の電極材料から
形成されてなる第1の電極2の表面と、該化合物半導体
の表面とに、共に第2の電極3が接してなるものが挙げ
られる。該第2の電極に用いる金属としては、Al、T
iまたはCrが挙げられ、特にAlはこの中でも密着性
が優れるため好ましい。電極端子は第2の電極金属に接
合されることが好ましい。
【0018】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳しく説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例1 常圧MOCVD法によりMgをドープしたGaNをサフ
ァイアC面基板上に成長した。成長後、試料を窒素中、
800℃で20分間アニール処理した。こうして得られ
たMgをドープしたGaNは、p型の導電性を示し、ア
クセプタ濃度は約1×1019cm-3であった。
【0019】得られたp型GaN膜に、Ca、Auをこ
の順に図2に示すパターンに真空蒸着して電極を得た。
CaおよびAuの厚さは、その合計の厚さが1500Å
であり、Caの重量が合計の重量の0.3%となるもの
を作製した。なお、このようにして作製した電極は、図
2のパターンの内側の円形電極がプラスになる場合が順
方向である。本実施例の電極のアニール温度と、順方向
に4V加えたときに流れる電流との相関を図3に示す。
アニールは窒素中で90秒間行った。本実施例では、ア
ニール温度が500℃以下、または700℃以上900
℃以下のとき良好な電流注入特性を示すことがわかる。
【0020】比較例1 Ca、Auを積層するかわりに、従来電極材料であるN
i、Auを順に積層したことを除いては、実施例1と同
様にして電極を作製した。NiおよびAuの厚さは、そ
の合計の厚さが1500Åであり、Niの重量が合計の
重量の1%となるものを作製した。本比較例の電極のア
ニール温度と、順方向に4V加えたときに流れる電流と
の相関を図3に示す。アニールは窒素中で90秒間行っ
た。アニール温度は500℃までは電流注入特性は大き
な変化を示さないが、600℃以上では電流値は低下し
た。また、電流値は600℃を除いて実施例1に比べて
小さかった。
【0021】
【発明の効果】本発明の電極材料を用いて得られる電極
は、p型の窒化物系3−5族化合物半導体との接触抵抗
が小さいので、該電極を用いると、電流注入特性が良好
で、低電圧で駆動できるLEDや半導体レーザー等の発
光素子を作製できるため、重要であり工業的価値が大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電極上にその他の電極を積層した電極
の例を示す断面図。
【図2】実施例1で作製した電極パターンを示す図。
【図3】実施例1および比較例1の電極のアニール温度
と電流との相関を示す図。
【符号の説明】
1・・・p型3−5族化合物半導体 2・・・本発明の電極材料からなる第1の電極 3・・・第2の電極 4・・・電極端子 5・・・電極未蒸着部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 勝美 茨城県つくば市北原6 住友化学工業株 式会社内 (56)参考文献 特開 平2−39535(JP,A) 特開 昭64−76758(JP,A) 特開 昭64−8613(JP,A) 特開 昭62−203369(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/285 301 H01B 1/16 H01L 33/00 H01S 5/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】p型不純物をドープした一般式Inx Ga
    y Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0
    ≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導
    体用の電極材料において、該電極材料が少なくともCa
    と貴金属を含む金属であり、Caと貴金属の重量の合計
    が電極材料全体の重量の50%以上100%以下である
    ことを特徴とする3−5族化合物半導体用の電極材料。
  2. 【請求項2】p型不純物をドープした一般式Inx Ga
    y Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0
    ≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導
    体用の電極において、該電極が該化合物半導体上に請求
    項1記載の電極材料を用いて形成されてなることを特徴
    とする3−5族化合物半導体用の電極。
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