JP4142958B2 - 金属酸化物の成膜方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板または半導体エピタキシャル層上、特にGaAs系基板またはAlGaAs系エピタキシャル層上に低抵抗な金属酸化物を成膜する方法に関する。また、本発明は、上記方法により形成される低抵抗な金属酸化物からなる薄膜を、GaAs半導体基板またはAlXGa1-XAs(但し、0≦X≦0.5)からなる最表面エピタキシャル層上に有した半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウエハに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ITO(錫添加インジウム酸化物)等の金属酸化物はガラス基板に使用されることが殆どであったが、近年、例えばITOは、3eV程度の禁止帯幅を有するため、発光した光を良好に透過したり、非常に低抵抗な膜が形成できる等の理由から、半導体発光素子である発光ダイオード等の窓層または電流分散層として用いる研究が行われている。特に、MOVPE法により窓層または電流分散層を厚く形成するpn接合型ダブルへテロ構造の高輝度AlGaInP系LEDにおいて、ITO膜を用いる研究が盛んに行われている。
【0003】
例えば、下記特許文献1には、p型オーミックコンタクト層上にITOからなる窓層を形成したAlGaInP系LEDが開示されている。
【特許文献1】
米国特許第5,481,122号公報
また、下記特許文献2には、p型オーミックコンタクト層上にITOからなる電流分散層を形成したAlGaInP系LEDが開示されている。
【特許文献2】
特開平11−4020号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、AlGaInP系LEDの最表面エピタキシャル層(窓層、コンタクト層、電流分散層)はp−GaP、p−AlGaInP、p−AlXGa1-XAs(X≦0.7)から成り、該最表面エピタキシャル層上に形成するITO膜はn型である。このため、これらの層に電流を流すために、最表面エピタキシャル層として、キャリア濃度が高く、移動度が大きい材料を用いることが有効である。特に、p−AlXGa1-XAs(X≦0.5)は比較的キャリア濃度が高く、移動度が大きい材料として好適である。
しかしながら、最表面エピタキシャル層としてAlXGa1-XAs(X≦0.5)を用いると、その上に低抵抗な金属酸化物膜を形成することが困難であった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、GaAs半導体基板またはAl X Ga 1−X As(但し、0≦X≦0.5)からなる最表面エピタキシャル層上に金属酸化物を成膜する方法において、酸素を含む雰囲気において450℃以上の温度で基板または最表面エピタキシャル層を熱処理する工程と、該熱処理工程の後、基板または最表面エピタキシャル層上に金属酸化物を成膜する工程を含む金属酸化物の成膜方法を提供するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明は、酸素を含む雰囲気において450℃以上の温度(基板温度)で上記基板または最表面エピタキシャル層を成膜するか、あるいは、成膜に先立って上記基板または最表面エピタキシャル層を熱処理することに特徴を有している。
本発明による金属酸化物の成膜温度または成膜前熱処理温度においては、AlXGa1-XAs層の表面に酸化物が形成されていることが確認されており(SIMS分析に基づく)、該酸化物の存在により、該AlXGa1-XAs層上に、良質(低抵抗)の金属酸化物膜が形成されると考えられる。従って、本発明の本質は、少なくとも、AlXGa1-XAs層の表面に酸化物が形成されることにある。因みに、450℃以上の熱処理を行ったAlXGa1-XAs層上に、直ちに金属酸化物膜(ITO)を形成した場合と、数十日放置してから金属酸化物膜を形成した場合を較べても、金属酸化物膜の比抵抗特性は変化しないことが確認されている。
【0009】
本発明において、適用可能な金属酸化物は、SnO2系、ZnO系、In2O3系である。特に、ITOが好ましい。
本発明において、金属酸化物の成膜方法として、スプレー法の他、蒸着法、スパッタ法、塗布法等を適用することができる。
【0010】
一方、本発明により、GaAs半導体基板またはAlXGa1-XAs(但し、0≦X≦0.5)からなる最表面エピタキシャル層上に金属酸化物からなる薄膜を有した半導体発光素子において、前記金属酸化物が、上記方法により形成され、3×10-4Ω・cm以下の比抵抗を有する半導体発光素子を作製することができる。
また、本発明により、GaAs半導体基板またはAlXGa1-XAs(但し、0≦X≦0.5)からなる最表面エピタキシャル層上に金属酸化物からなる薄膜を有した半導体発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、前記金属酸化物が、上記方法により形成され、3×10-4Ω・cm以下の比抵抗を有する半導体発光素子用エピタキシャルウエハを作製することができる。
【0011】
【実施例】
以下、本発明に従う実施例1、2を図面を参照しつつ説明する。比較例1、2は、ITO膜の成長温度およびITO成膜前熱処理温度による比抵抗の低下傾向を、実施例1、2とそれぞれ比較するために行なわれた。
実施例1
n型GaAs基板上に、膜厚が300nm、キャリア濃度が2×1018cm-3以上のp型GaAs、p型Al0.1Ga0.9As、p型Al0.2Ga0.8As、p型Al0.3Ga0.7As、p型Al0.4Ga0.6As、p型Al0.5Ga0.5As(p型化は何れもZnドープによる)の各層をMOVPE法で成長させ、6種類のエピタキシャルウェハを作製した。
次いで、上記6種類のエピタキシャルウェハおよび(別途作製した)p型GaAs基板上に、スプレー法によりITO膜を300nm成膜し、合計7種類のサンプルを作製した。ここで、ITO膜の成膜温度は、各サンプルについて、450℃、500℃、600℃、800℃(4点)とした。
表1に示されるように、上記7種類のサンプルのITO膜の比抵抗を4探針法にて評価した所、(ITO成膜温度450℃以上の)全サンプルで3×10-4Ω・cm以下の値が得られた。
【表1】
【0012】
比較例1
実施例1と同様の方法で、7種類のサンプルを作製した。ただし、ITO膜の成膜温度は、各サンプルについて、350℃、400℃(2点)とした。
表1に示されるように、上記7種類のサンプルのITO膜の比抵抗を4探針法にて評価した所、(ITO成膜温度400℃以下の)全サンプルで4.5×10-2Ω・cm以上の値が得られた。
従って、ITO膜を成膜する場合、成膜温度を450℃以上とすれば(実施例1)、成膜温度400℃以下の場合(比較例1)と較べて、約2桁以上低い比抵抗が得られる。つまり、図1に示されるように、ITO膜の成膜温度による比抵抗の低下傾向は、成膜温度450℃以上で著しいことが判明した。
【0013】
実施例2
n型GaAs基板上に、膜厚が300nm、キャリア濃度が2×1018cm-3以上のp型GaAs、p型Al0.1Ga0.9As、p型Al0.2Ga0.8As、p型Al0.3Ga0.7As、p型Al0.4Ga0.6As、p型Al0.5Ga0.5As(p型化は何れもZnドープによる)の各層をMOVPE法で成長させ、6種類のエピタキシャルウェハを作製した。
次いで、上記6種類のエピタキシャルウェハおよび(別途作製した)p型GaAs基板を、450℃、500℃、600℃、800℃の各温度(4点)で熱処理を施した(ITO成膜前熱処理)。その後、上記6種類のエピタキシャルウェハおよびp型GaAs基板上に、スプレー法によりITO膜を300nm成膜し、合計7種類のサンプルを作製した。ここで、ITO膜の成膜温度は、全サンプルについて、350℃とした。
表2に示されるように、上記7種類のサンプルのITO膜の比抵抗を4探針法にて評価した所、(ITO成膜前熱処理温度450℃以上の)全サンプルで3×10-4Ω・cm以下の値が得られた。
【表2】
【0014】
比較例2
実施例2と同様の方法で、7種類のサンプルを作製した。ただし、ITO成膜前熱処理温度は、各サンプルについて、350℃、400℃(2点)とした。
表2に示されるように、上記7種類のサンプルのITO膜の比抵抗を4探針法にて評価した所、(ITO成膜温度400℃以下の)全サンプルで4.5×10-2Ω・cm以上の値が得られた。
従って、ITO成膜前に熱処理する場合、熱処理温度を450℃以上とすれば(実施例2)、熱処理温度400℃以下の場合(比較例2)と較べて、約2桁以上低い比抵抗が得られる。つまり、図2に示されるように、ITO成膜前熱処理温度による比抵抗の低下傾向は、熱処理温度450℃以上で著しいことが判明した。
【0015】
上記実施例1、2ではスプレー法でITO膜を形成したが、蒸着法、スパッタ法、塗布法等の方法でITO膜を形成した場合でも、本発明のITO成膜温度、ITO成膜前熱処理温度においては、実施例1、2と同様に低抵抗なITO膜を成膜することができる。何故なら、本発明によるITO成膜温度またはITO成膜前熱処理温度においては、(製法を問わず)AlXGa1-XAs層の表面に酸化物が形成され、それにより、該AlXGa1-XAs層上に良質のITO膜が形成されるからである。
【0016】
【発明の効果】
本発明の金属酸化物の成膜方法によれば、GaAs半導体基板またはAlXGa1-XAs(但し、0≦X≦0.5)からなる最表面エピタキシャル層上に金属酸化物を成膜する方法において、酸素を含む雰囲気において450℃以上の温度で金属酸化物を成膜する工程を含むことにより、AlXGa1-XAs系半導体層(0≦X≦0.5)上に低抵抗な金属酸化物膜を形成することができる。
【0017】
また、本発明の金属酸化物の成膜方法によれば、GaAs半導体基板またはAlXGa1-XAs(但し、0≦X≦0.5)からなる最表面エピタキシャル層上に金属酸化物を成膜する方法において、酸素を含む雰囲気において450℃以上の温度で基板または最表面エピタキシャル層を熱処理する工程と、該熱処理工程の後、基板または最表面エピタキシャル層上に金属酸化物を成膜する工程を含むことにより、AlXGa1-XAs系半導体層(0≦X≦0.5)上に低抵抗な金属酸化物膜を形成することができる。
【0018】
さらに、本発明の半導体発光素子によれば、GaAs半導体基板またはAlXGa1-XAs(但し、0≦X≦0.5)からなる最表面エピタキシャル層上に金属酸化物からなる薄膜を有した半導体発光素子において、前記金属酸化物が、上記方法により形成され、3×10-4Ω・cm以下の比抵抗を有する半導体発光素子を作製することができる。
また、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウエハによれば、GaAs半導体基板またはAlXGa1-XAs(但し、0≦X≦0.5)からなる最表面エピタキシャル層上に金属酸化物からなる薄膜を有した半導体発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、前記金属酸化物が、上記方法により形成され、3×10-4Ω・cm以下の比抵抗を有する半導体発光素子用エピタキシャルウエハを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の金属酸化物の成膜方法の第一の実施例、及びその比較例において、スプレー法によるITO膜の成膜温度とITO膜の比抵抗との関係を示すグラフである。
【図2】本発明の金属酸化物の成膜方法の第二の実施例、及びその比較例において、ITO成膜前の熱処理温度とITO膜の比抵抗との関係を示すグラフである。
Claims (4)
- GaAs半導体基板またはAlXGa1−XAs(但し、0≦X≦0.5)からなる最表面エピタキシャル層上に金属酸化物を成膜する方法において、
酸素を含む雰囲気において450℃以上の温度で前記基板または最表面エピタキシャル層を熱処理する工程と、
該熱処理工程の後、前記基板または最表面エピタキシャル層上に前記金属酸化物を成膜する工程を含む金属酸化物の成膜方法。 - 前記金属酸化物が、SnO2系、ZnO系、In2O3系である請求項1に記載の金属酸化物の成膜方法。
- 前記金属酸化物が、ITOである請求項1に記載の金属酸化物の成膜方法。
- 前記成膜工程において、前記金属酸化物がスプレー法、蒸着法、スパッタ法または塗布法を用いて成膜される請求項1〜3に記載の金属酸化物の成膜方法。
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