JP3494478B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザダイオード、発光
ダイオード等の発光素子、および太陽電池等の受光素子
に使用される窒化ガリウム系化合物半導体（ＩｎXＡｌY
Ｇａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）素子の細部の
構造に係り、特にその素子のｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層に形成される電極に関する。
ダイオード等の発光素子、および太陽電池等の受光素子
に使用される窒化ガリウム系化合物半導体（ＩｎXＡｌY
Ｇａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）素子の細部の
構造に係り、特にその素子のｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層に形成される電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】広ワイドギャップ半導体である窒化ガリ
ウム系化合物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、
０≦Y、X＋Y≦１）は青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、
青色レーザダイオード、また太陽電池の材料として注目
されており、最近この材料を用いた光度１０００ｍｃｄ
の青色ＬＥＤが実用化されたばかりである。
ウム系化合物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、
０≦Y、X＋Y≦１）は青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、
青色レーザダイオード、また太陽電池の材料として注目
されており、最近この材料を用いた光度１０００ｍｃｄ
の青色ＬＥＤが実用化されたばかりである。
【０００３】このＬＥＤ素子の構造を図１に示す。この
素子はサファイア基板１の表面にＧａＮバッファ層２
と、ｎ型ＧａＮ層３と、ｎ型ＡｌＧａＮ層４と、ＩｎＧ
ａＮ活性層５と、ｐ型ＡｌＧａＮ層６と、ｐ型ＧａＮ層
７とが順に積層されたダブルへテロ構造を有している。
ｎ型ＧａＮ層３の表面にはＴｉとＡｌよりなるｎ電極８
が形成されており、ｐ型ＧａＮ層の表面にはＮｉとＡｕ
よりなるｐ電極９が形成されて、それぞれの電極がワイ
ヤーボンディングされている。ｎ電極８、およびｐ電極
９はそれぞれの層と良好なオーミック接触を得ており、
Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．６Ｖと非常に良好な特
性を示している。
素子はサファイア基板１の表面にＧａＮバッファ層２
と、ｎ型ＧａＮ層３と、ｎ型ＡｌＧａＮ層４と、ＩｎＧ
ａＮ活性層５と、ｐ型ＡｌＧａＮ層６と、ｐ型ＧａＮ層
７とが順に積層されたダブルへテロ構造を有している。
ｎ型ＧａＮ層３の表面にはＴｉとＡｌよりなるｎ電極８
が形成されており、ｐ型ＧａＮ層の表面にはＮｉとＡｕ
よりなるｐ電極９が形成されて、それぞれの電極がワイ
ヤーボンディングされている。ｎ電極８、およびｐ電極
９はそれぞれの層と良好なオーミック接触を得ており、
Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．６Ｖと非常に良好な特
性を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記青色ＬＥ
Ｄにおいても、理論的にはまだＶｆを低下させる余地が
十分にある。そこで本発明の目的とするところは、窒化
ガリウム系化合物半導体、特にｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体と良好なオーミック接触が得られる電極を提供
することにより、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた
発光素子、受光素子等のＶｆを低下させて効率を向上さ
せることにある。
Ｄにおいても、理論的にはまだＶｆを低下させる余地が
十分にある。そこで本発明の目的とするところは、窒化
ガリウム系化合物半導体、特にｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体と良好なオーミック接触が得られる電極を提供
することにより、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた
発光素子、受光素子等のＶｆを低下させて効率を向上さ
せることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体素子は、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導
体層を有し、その半導体層に電極が形成されてなる窒化
ガリウム系化合物半導体素子において、前記ｐ型層の電
極は、そのｐ型層に接する側にＮｉとＭｇとを含む合
金、またはＮｉとＭｇとＡｕとを含む合金が使用されて
いることを特徴とする。
化合物半導体素子は、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導
体層を有し、その半導体層に電極が形成されてなる窒化
ガリウム系化合物半導体素子において、前記ｐ型層の電
極は、そのｐ型層に接する側にＮｉとＭｇとを含む合
金、またはＮｉとＭｇとＡｕとを含む合金が使用されて
いることを特徴とする。
【０００６】前記Ｍｇを含む合金には、Ｍｇの他に、Ｍ
ｇよりも電気陰性度の大きい金属、例えばＮｉ、Ｓｎ、
Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ等を含む合金を用いることが好まし
く、最も良好なオーミック接触を得る目的ではＮｉとＭ
ｇとを含む合金、またはＮｉとＭｇとＡｕとを含む合金
を使用することが好ましい。このようにＭｇよりも電気
陰性度の大きい金属を含む合金を使用することにより、
Ｍｇが酸化されにくくなり、電極の変質による素子の劣
化を防止することができる。
ｇよりも電気陰性度の大きい金属、例えばＮｉ、Ｓｎ、
Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ等を含む合金を用いることが好まし
く、最も良好なオーミック接触を得る目的ではＮｉとＭ
ｇとを含む合金、またはＮｉとＭｇとＡｕとを含む合金
を使用することが好ましい。このようにＭｇよりも電気
陰性度の大きい金属を含む合金を使用することにより、
Ｍｇが酸化されにくくなり、電極の変質による素子の劣
化を防止することができる。
【０００７】図２は本発明の一実施例の素子におけるｐ
型層７表面の電極９９を拡大して示す模式断面図であ
る。この図に示すように、本発明の素子において、ｐ型
層の電極９９は、ＮｉとＭｇとを含む合金、またはＮｉ
とＭｇとＡｕとを含む合金の表面に、さらにＡｕが積層
された少なくとも２層構造とされていることが好まし
く、最も好ましくはワイヤーボンディングのボール１０
と接触する層をＡｕとする。ＮｉとＭｇとを含む合金の
表面にＡｕを積層した構造とすると、前記のようにＭｇ
が酸化により変質するのを防止する作用があると共に、
図１のようにｐ型層の電極をワイヤーボンディングで接
続した際に、ボール１０とｐ電極９との接着性を高め
て、金ワイヤーが電極から剥がれるのを防止できる。さ
らに好都合なことに、Ａｕは他の金属に比べて、ｐ層に
接したＭｇによる良好なオーミック接触を損なうことが
ない。
型層７表面の電極９９を拡大して示す模式断面図であ
る。この図に示すように、本発明の素子において、ｐ型
層の電極９９は、ＮｉとＭｇとを含む合金、またはＮｉ
とＭｇとＡｕとを含む合金の表面に、さらにＡｕが積層
された少なくとも２層構造とされていることが好まし
く、最も好ましくはワイヤーボンディングのボール１０
と接触する層をＡｕとする。ＮｉとＭｇとを含む合金の
表面にＡｕを積層した構造とすると、前記のようにＭｇ
が酸化により変質するのを防止する作用があると共に、
図１のようにｐ型層の電極をワイヤーボンディングで接
続した際に、ボール１０とｐ電極９との接着性を高め
て、金ワイヤーが電極から剥がれるのを防止できる。さ
らに好都合なことに、Ａｕは他の金属に比べて、ｐ層に
接したＭｇによる良好なオーミック接触を損なうことが
ない。
【０００８】ｐ型層７の表面に直接形成するＮｉとＭｇ
とを含む合金の膜厚は１μｍ以下、さらに好ましくは５
０オングストローム〜０．５μｍとすることが好まし
い。１μｍよりも厚いとＭｇによる良好なオーミックが
得られにくくなる傾向にあるからである。次にＡｕを積
層して２層構造とする場合、Ａｕの膜厚は特に問うもの
ではない。しかしながら、ｐ型層側を発光観測面とする
発光素子、または受光側とする受光素子を実現した場
合、電極９９により光が遮断されるので、電極９９を透
光性とする必要がある。電極９９を透光性にするために
は、電極９９をアニーリングして膜厚を１μｍ以下に調
整することが好ましい。
とを含む合金の膜厚は１μｍ以下、さらに好ましくは５
０オングストローム〜０．５μｍとすることが好まし
い。１μｍよりも厚いとＭｇによる良好なオーミックが
得られにくくなる傾向にあるからである。次にＡｕを積
層して２層構造とする場合、Ａｕの膜厚は特に問うもの
ではない。しかしながら、ｐ型層側を発光観測面とする
発光素子、または受光側とする受光素子を実現した場
合、電極９９により光が遮断されるので、電極９９を透
光性とする必要がある。電極９９を透光性にするために
は、電極９９をアニーリングして膜厚を１μｍ以下に調
整することが好ましい。
【０００９】
【作用】図３は、Ｍｇがドープされたｐ型Ａｌ0.02Ｇａ
0.98Ｎ層表面に種々の電極を作成し、その電極とｐ層と
の電流電圧特性を測定することにより、電極のオーミッ
ク特性を調べた結果を示す図である。具体的には、ｐ型
Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ層層表面に、 Ａ・・Ｍｇを０．５μｍの膜厚で蒸着、 Ｂ・・Ｍｇを０．０５μｍ、その上にＮｉを０．４５μ
ｍの膜厚で蒸着、 Ｃ・・Ｍｇを０．０５μｍ、その上にＡｕを０．４５μ
ｍの膜厚で蒸着、 Ｄ・・Ｍｇを０．０５μｍ、その上にＮｉを０．０５μ
ｍ、最後にＡｕを０．４μｍの膜厚で蒸着した後、５０
０℃でアニーリングを行い、電極を合金化して、同一種
類の電極間の電流電圧特性を調べたものである。
0.98Ｎ層表面に種々の電極を作成し、その電極とｐ層と
の電流電圧特性を測定することにより、電極のオーミッ
ク特性を調べた結果を示す図である。具体的には、ｐ型
Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ層層表面に、 Ａ・・Ｍｇを０．５μｍの膜厚で蒸着、 Ｂ・・Ｍｇを０．０５μｍ、その上にＮｉを０．４５μ
ｍの膜厚で蒸着、 Ｃ・・Ｍｇを０．０５μｍ、その上にＡｕを０．４５μ
ｍの膜厚で蒸着、 Ｄ・・Ｍｇを０．０５μｍ、その上にＮｉを０．０５μ
ｍ、最後にＡｕを０．４μｍの膜厚で蒸着した後、５０
０℃でアニーリングを行い、電極を合金化して、同一種
類の電極間の電流電圧特性を調べたものである。
【００１０】Ａ〜Ｄに示すように、いずれの電極におい
てもｐ層と好ましいオーミック接触が得られていること
がわかる。さらにＭｇ単独の電極Ａでは電極が酸化され
やすいせいか、他の電極に比べて抵抗が大きくなってお
り、ＭｇにＮｉ、Ａｕ等の酸化されにくい金属を含有さ
せることにより電極自体が安定化し、抵抗が小さくなる
傾向にある。
てもｐ層と好ましいオーミック接触が得られていること
がわかる。さらにＭｇ単独の電極Ａでは電極が酸化され
やすいせいか、他の電極に比べて抵抗が大きくなってお
り、ＭｇにＮｉ、Ａｕ等の酸化されにくい金属を含有さ
せることにより電極自体が安定化し、抵抗が小さくなる
傾向にある。
【００１１】
【実施例】以下、図１および図２を元に本発明の素子を
詳説する。
詳説する。
【００１２】［実施例１］２インチφのサファイア基板
１の表面に、ＧａＮバッファ層２を２００オングストロ
ームと、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３を４μｍと、Ｓｉド
ープｎ型ＡｌＧａＮ層４を０．１μｍと、ＺｎおよびＳ
ｉドープＩｎＧａＮ活性層５を０．０５μｍと、Ｍｇド
ープｐ型ＡｌＧａＮ層６を０．１μｍと、Ｍｇドープｐ
型ＧａＮ層７を０．５μｍの膜厚で順に積層したウェー
ハを用意する。
１の表面に、ＧａＮバッファ層２を２００オングストロ
ームと、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３を４μｍと、Ｓｉド
ープｎ型ＡｌＧａＮ層４を０．１μｍと、ＺｎおよびＳ
ｉドープＩｎＧａＮ活性層５を０．０５μｍと、Ｍｇド
ープｐ型ＡｌＧａＮ層６を０．１μｍと、Ｍｇドープｐ
型ＧａＮ層７を０．５μｍの膜厚で順に積層したウェー
ハを用意する。
【００１３】次にこのウェーハのｐ型ＧａＮ層７の表面
に所定の形状のマスクを形成し、ドライエッチングによ
り、ｐ型ＧａＮ層７側からエッチングを行い、電極を形
成するべきｎ型ＧａＮ層３の一部を露出させる。
に所定の形状のマスクを形成し、ドライエッチングによ
り、ｐ型ＧａＮ層７側からエッチングを行い、電極を形
成するべきｎ型ＧａＮ層３の一部を露出させる。
【００１４】次にｎ型ＧａＮ層３の表面に、ｎ電極８と
してＴｉを０．５μｍ、Ｔｉの上にＡｌを２μｍの膜厚
で、所定の形状で蒸着する。
してＴｉを０．５μｍ、Ｔｉの上にＡｌを２μｍの膜厚
で、所定の形状で蒸着する。
【００１５】さらに、ｐ電極９９として、ｐ型ＧａＮ層
７表面のほぼ全面に亙って、Ｍｇを０．０５μｍ、Ｍｇ
の上にＮｉを０．１μｍ、さらにＭｇ上にＡｕを０．５
μｍの膜厚で蒸着する。
７表面のほぼ全面に亙って、Ｍｇを０．０５μｍ、Ｍｇ
の上にＮｉを０．１μｍ、さらにＭｇ上にＡｕを０．５
μｍの膜厚で蒸着する。
【００１６】蒸着後、前記ウェーハに不活性ガス雰囲気
中でアニーリングを施し、両電極を合金化すると共に、
ｐ電極９９を透光性にする。アニーリング後、ウェーハ
を所定の形状にカットして、発光チップとし、それぞれ
の電極に金線で１００μｍφのボールを形成してワイヤ
ーボンディングを行いＬＥＤとした。
中でアニーリングを施し、両電極を合金化すると共に、
ｐ電極９９を透光性にする。アニーリング後、ウェーハ
を所定の形状にカットして、発光チップとし、それぞれ
の電極に金線で１００μｍφのボールを形成してワイヤ
ーボンディングを行いＬＥＤとした。
【００１７】このＬＥＤは、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖ
ｆ３．２Ｖを達成し、光度１２００ｍｃｄ、発光出力
１．６ｍＷと非常に優れた性能を示した。さらに、前記
条件で連続して点灯させたところ、１０００時間経過後
において、Ｖｆの変化はなかった。さらにまたｐ層のワ
イヤーの引っ張り試験を行ったところ、ボールが剥がれ
ることはなく、金ワイヤーが途中で切れてしまった。
ｆ３．２Ｖを達成し、光度１２００ｍｃｄ、発光出力
１．６ｍＷと非常に優れた性能を示した。さらに、前記
条件で連続して点灯させたところ、１０００時間経過後
において、Ｖｆの変化はなかった。さらにまたｐ層のワ
イヤーの引っ張り試験を行ったところ、ボールが剥がれ
ることはなく、金ワイヤーが途中で切れてしまった。
【００１８】［実施例２］ｐ電極９９を形成する際、ｐ
層側から順にＭｇを０．１μｍとＭｇの上にＡｕを０．
４μｍで蒸着する他は実施例１と同様にしてＬＥＤとし
た。このＬＥＤは、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、同じくＶｆ
３．２Ｖを達成し、光度、発光出力、および１０００時
間経過後のＶｆの変化、ワイヤーの引っ張り試験におい
ても、実施例１のＬＥＤと同一であった。
層側から順にＭｇを０．１μｍとＭｇの上にＡｕを０．
４μｍで蒸着する他は実施例１と同様にしてＬＥＤとし
た。このＬＥＤは、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、同じくＶｆ
３．２Ｖを達成し、光度、発光出力、および１０００時
間経過後のＶｆの変化、ワイヤーの引っ張り試験におい
ても、実施例１のＬＥＤと同一であった。
【００１９】［実施例３］ｐ電極９９を形成する際、ｐ
層側から順にＭｇを０．０５μｍとＭｇの上にＮｉを
０．５μｍで蒸着する他は実施例１と同様にしてＬＥＤ
とした。このＬＥＤは、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、同じく
Ｖｆ３．２Ｖを達成し、光度、発光出力とも実施例１と
ほぼ同一であったが、１０００時間経過後のＶｆは３．
４Ｖであった。また、ワイヤーの引っ張り試験では金ワ
イヤーが切れる前に、ボールがｐ層から剥がれた。
層側から順にＭｇを０．０５μｍとＭｇの上にＮｉを
０．５μｍで蒸着する他は実施例１と同様にしてＬＥＤ
とした。このＬＥＤは、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、同じく
Ｖｆ３．２Ｖを達成し、光度、発光出力とも実施例１と
ほぼ同一であったが、１０００時間経過後のＶｆは３．
４Ｖであった。また、ワイヤーの引っ張り試験では金ワ
イヤーが切れる前に、ボールがｐ層から剥がれた。
【００２０】［実施例４］ｐ電極９９を形成する際、ｐ
層側にＭｇを０．５μｍの膜厚で蒸着する他は実施例１
と同様にしてＬＥＤとした。このＬＥＤはＩｆ２０ｍＡ
においてＶｆ３．３Ｖを達成し、光度、発光出力は実施
例１とほぼ同一であった。さらに、１０００時間経過後
のＶｆは３．５Ｖであった。またワイヤーの引っ張り試
験では実施例３と同じく、金ワイヤーが切れる前に、ボ
ールがｐ層から剥がれてしまった。
層側にＭｇを０．５μｍの膜厚で蒸着する他は実施例１
と同様にしてＬＥＤとした。このＬＥＤはＩｆ２０ｍＡ
においてＶｆ３．３Ｖを達成し、光度、発光出力は実施
例１とほぼ同一であった。さらに、１０００時間経過後
のＶｆは３．５Ｖであった。またワイヤーの引っ張り試
験では実施例３と同じく、金ワイヤーが切れる前に、ボ
ールがｐ層から剥がれてしまった。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化ガリ
ウム系化合物半導体素子はｐ層に接する電極を良好なオ
ーミック接触が得られるＭｇとしているため、Ｖｆが低
下した高効率な素子が実現できる。さらに、Ｍｇでオー
ミック接触を得ると共に、Ｍｇの酸化を防止する目的
で、他の酸化しにくい金属をＭｇに含有させて合金とす
ることにより素子の寿命を向上させることが可能であ
る。その中でもＡｕおよびＮｉは、オーミック接触を損
なうことがなく非常に好適な材料である。さらにＡｕは
ｐ電極をワイヤーボンドする際にボールとの接着力を高
め、素子の信頼性を高めることができる。
ウム系化合物半導体素子はｐ層に接する電極を良好なオ
ーミック接触が得られるＭｇとしているため、Ｖｆが低
下した高効率な素子が実現できる。さらに、Ｍｇでオー
ミック接触を得ると共に、Ｍｇの酸化を防止する目的
で、他の酸化しにくい金属をＭｇに含有させて合金とす
ることにより素子の寿命を向上させることが可能であ
る。その中でもＡｕおよびＮｉは、オーミック接触を損
なうことがなく非常に好適な材料である。さらにＡｕは
ｐ電極をワイヤーボンドする際にボールとの接着力を高
め、素子の信頼性を高めることができる。
【図１】 従来の窒化ガリウム系化合物半導体素子の構
造を示す模式断面図。
造を示す模式断面図。
【図２】 本発明の一実施例の素子の電極部分を拡大し
て示す模式断面図。
て示す模式断面図。
【図３】 本発明の素子に用いられるｐ電極の電流電圧
特性を示す図。
特性を示す図。
７・・・ｐ型ＧａＮ層
１０・・・ボール
９９・・・ｐ電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−302770（ＪＰ，Ａ)
特開 昭53−128273（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−95695（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−252471（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−27767（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−44773（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−288321（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00,29/40 - 29/64
H01L 21/28 - 21/288
Claims (2)
- 【請求項１】 ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層を
有し、その半導体層に電極が形成されてなる窒化ガリウ
ム系化合物半導体素子において、前記ｐ型層の電極は、
そのｐ型層に接する側にＮｉとＭｇとを含む合金、また
はＮｉとＭｇとＡｕとを含む合金が使用されていること
を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項２】 前記ｐ型層の電極は、ＮｉとＭｇとを含
む合金、またはＮｉとＭｇとＡｕとを含む合金の表面
に、さらに金（Ａｕ）が積層された少なくとも２層構造
とされていることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガ
リウム系化合物半導体素子。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP19637494A JP3494478B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19637494A JP3494478B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864871A JPH0864871A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3494478B2 true JP3494478B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=16356806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19637494A Expired - Lifetime JP3494478B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3494478B2 (ja) |
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| KR100226833B1 (ko) * | 1996-10-21 | 1999-10-15 | 구자홍 | 발광 다이오드 제조방법 |
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| CN102203967B (zh) | 2010-01-18 | 2012-10-03 | 松下电器产业株式会社 | 氮化物类半导体元件以及其制造方法 |
| WO2011125279A1 (ja) | 2010-04-01 | 2011-10-13 | パナソニック株式会社 | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
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| JP2019036629A (ja) * | 2017-08-15 | 2019-03-07 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 深紫外発光ダイオードおよびそれを備える電気機器 |
| CN116364768A (zh) * | 2021-12-21 | 2023-06-30 | 南方科技大学 | 一种p-GaN欧姆接触电极及其制备方法和电子元件 |
-
1994
- 1994-08-22 JP JP19637494A patent/JP3494478B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0864871A (ja) | 1996-03-08 |
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