JP4507532B2 - 窒化物半導体素子 - Google Patents

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Description

窒化物半導体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）などの発光素子、太陽電池、光センサなどの受光素子、トランジスタ、パワーデバイスなどの電子デバイスに用いられている。特に、窒化物半導体を用いた発光ダイオードは、信号機、大型ディスプレイ、バックライト用光源などに幅広く利用されている。その他には、イメージスキャナー、光ディスク用光源等大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメディアや通信用の光源、印刷機器、照明用光源等に好適に利用できる。特に前記窒化物半導体はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ＜１）からなる。
この窒化物半導体発光ダイオードは、基本的に、サファイアなどの絶縁基板の上にｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層とが順に積層された構成となる。また、基板の裏面に電極を形成することができないので、ｐ型窒化物半導体層側から部分的にエッチングされて露出したｎ型窒化物半導体層にｎ電極が形成され、エッチングされずに残ったｐ型窒化物半導体層にｐ電極が形成される。つまり、半導体層が積層された同一面側にｐ電極とｎ電極とが配置された構成となる。このような構成によって得られる素子は、主として５５０ｎｍより短波長の光を発光する。
また、ｐ型窒化物半導体層は、アニーリング、電子線照射などの方法によって低抵抗化されるが、ｎ型窒化物半導体層と比較すると依然として高抵抗であり、ｐ型窒化物半導体層において電流が拡散しにくいので、ｐ型窒化物半導体層の全面にｐ電極が形成される。これにより、ｐ型窒化物半導体層の全面に電流を拡散させて均一な発光分布を得ている。また、半導体層が積層された側を発光観測面とする場合は、ｐ電極によって光が遮られるので、透光性を有する電極がｐ電極として用いられ、ｐ電極を透過して外部に光が取り出される。ここで、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とを含有する薄膜電極は、ｐ型窒化物半導体層との良好なオーミック接触を有すると共に、透光性を有するので、ｐ電極として好ましく用いられている。
特開２０００−２９９５２８号公報
しかしながら、金（Ａｕ）を含有する電極は、５５０ｎｍより短波長の光を吸収する性質があるので、金を含有する電極をｐ電極として用いる場合は、ｐ電極が透光性を有するが、ｐ電極において大部分の光が吸収されてしまい、外部に光を十分に取り出すことができないといった問題があった。
このような問題を解決できる可能性のある材料としてロジウム（Ｒｈ）をあげることができる。ロジウムは紫外〜赤外領域で良好な反射率を持っていることが知られている。また、電気抵抗率が低く、耐熱性、耐食性に優れるなど発光素子及び受光素子の電極として理想的な物性を有している。しかしながら、ロジウムは窒化物半導体に対する接触抵抗が大きく、発光素子等に使用するには接触抵抗を改善する必要があった。
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、特に、ｐ型窒化物半導体層に形成される電極における光の吸収を少なくして外部量子効率の良い窒化物半導体素子を提供することを目的とする。
本発明の窒化物半導体素子は、少なくともｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを有する窒化物半導体素子において、前記ｐ型窒化物半導体層に、少なくともロジウムとイリジウムとを含有する電極が形成されており、前記電極は、前記ｐ型窒化物半導体層に接して前記ロジウムが積層され、その上に前記イリジウムが積層された少なくとも２層構造を有し、前記ロジウムの膜厚は１０〜１０００オングストロームであり、前記電極は、前記ロジウムの上に前記イリジウムが積層された後に、４００℃〜６５０℃の範囲においてアニーリングされていることを特徴とする。

また、電極は、ｐ型窒化物半導体層に接してロジウムが積層され、その上にイリジウムが積層された少なくとも２層構造を有することを特徴とする。
またイリジウムの膜厚が１０〜１０００オングストロームの範囲であることを特徴とする。
また電極は、前記イリジウムの上にさらにＰｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１つが積層されてなることを特徴とする。
また電極の上には、最上に金が積層されたパッド電極を有することを特徴とする。
また前記２層構造全体の膜厚は、５００〜１０００オングストロームであることを特徴とする。
また窒化物半導体素子は、基板側及び素子の端面側から光が取り出されることを特徴とする。また電極は、前記ロジウムの上に前記イリジウムが積層された後に、３００℃以上においてアニーリングされていることを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、ｐ型窒化物半導体層に形成される電極が少なくともロジウムとイリジウムとを含有することにより、ｐ型窒化物半導体層と良好なオーミック接触を有すると共に、高反射率を有するので、電極における光及び電力の損失を少なくして外部量子効率の良い窒化物半導体素子を提供することができる。
［実施形態１］以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の窒化物半導体素子は、少なくともｐ型窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子において、ｐ型窒化物半導体層に、少なくともロジウム（Ｒｈ）とイリジウム（Ｉｒ）とを含有する電極が形成されていることを特徴とする。本発明において、少なくともロジウムとイリジウムとを含有する電極とは、ロジウムとイリジウムとを含有する合金、あるいは層構造のことであり、電極とｐ型窒化物半導体層とのオーミック接触、電極の反射率などに悪影響を及ぼさない範囲であれば、他の材料を含有することもできる。ロジウム、イリジウムのいずれか一方を含有する電極は、高反射率を有するものの、ｐ型窒化物半導体層との十分なオーミック接触を得られないので、ロジウム、イリジウムの双方を組み合わせて用いる必要がある。このような構成によって得られる電極は、ｐ型窒化物半導体層との良好なオーミック接触を得られると共に、高反射率を有するので、電極における光の吸収が少なくなり、外部量子効率の良い窒化物半導体素子を提供することができる。
また、金を含有する電極は、５５０ｎｍより短波長の光を吸収する性質があり、電極の反射率を低下させるので、電極材料として含有しないことが好ましい。また、ニッケルを含有する電極は、ｐ型窒化物半導体層との良好なオーミック接触を有するが、ロジウム、イリジウムに加えてニッケルを含有する電極は、ｐ型窒化物半導体層との十分なオーミック接触が得られず、電極の反射率も低下させるので、電極材料として含有しないことが好ましい。同じ理由において、コバルト、チタンなども電極材料として含有しないことが好ましい。但し、Ｒｈ／Ｉｒで形成した電極の上にパット電極として形成する場合には特に限定されない。
また、本発明において、電極は、ｐ型窒化物半導体層に接してロジウムが積層され、その上にイリジウムが積層された少なくとも２層構造を有することが好ましい。この構成において、電極とｐ型窒化物半導体層との最も良好なオーミック接触が得られる。また、ロジウムの反射率がイリジウムよりも高いので、ｐ型窒化物半導体層に接してロジウムを積層することにより、電極の反射率をより高くすることができる。
ここで、ロジウムの膜厚としては、特に限定されないが、好ましくは１０〜１０００オングストロームの範囲、さらに好ましくは１００〜５００オングストロームの範囲に調整する。また、イリジウムの膜厚としては、特に限定されないが、好ましくは１０〜１０００オングストロームの範囲、さらに好ましくは１００〜５００オングストロームの範囲、最も好ましくは３００〜５００オングストロームの範囲に調整する。このような範囲に調整すると、電極とｐ型窒化物半導体層との良好なオーミック接触が得られると共に、電極の反射率が高くなるので好ましい。また、電極全体の膜厚は、ｐ型窒化物半導体層上にロジウム／イリジウムの２層構造で形成する場合には５００〜１０００オングストロームの範囲に調整することが好ましい。これよりも薄いと電極における光の吸収が大きくなる傾向があり、これよりも厚いと電極とｐ型窒化物半導体層とのオーミック接触が不十分になる傾向がある。この場合、ｐ電極を透過させて光を取り出すことはできないが、基板側及び素子の端面側から光が取り出されるので、ｐ電極における光の吸収を少なくする方が結果として光取りだし効率が向上する。さらにはデバイス工程上、半導体層と前記電極との界面で剥がれるおそれがある。
その他には、前記ｐ型窒化物半導体層の上に前記ｐ電極を３層以上で形成する場合の電極全体の膜厚は、５００〜３０００オングストローム、好ましくは８００〜２０００オングストロームの範囲に調整することが好ましい。この電極構造は大電流の投入が可能である対向電極構造をした半導体素子において用いることができる。一例としては、ｐ型窒化物半導体層／ロジウム／イリジウム／白金（Ｐｔ）とする。この白金の代替材料としては、その他の白金族元素や高融点材料を用いることができる。前記高融点材料とは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１つである。ここで、半導体素子における光取り出し面はｎ型窒化物半導体層側とする。
さらに、本発明において、電極は、３００℃以上においてアニーリングされていることが好ましい。これにより、電極とｐ型窒化物半導体層との接触抵抗をさらに低くすることができ、オーミック接触がより良好になると共に、電極とｐ型窒化物半導体層との密着力が強くなる。アニーリングする雰囲気としては、特に限定されず、窒素、酸素、あるいはアルゴンなどの不活性ガス、その他には大気条件などを好適用いることができる。
本発明の窒化物半導体素子において、ｐ型窒化物半導体層以外の構成としては、特に限定されず、全部を窒化物半導体で構成することもでき、窒化物半導体以外の材料で構成することもできる。窒化物半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、あるいはこれらの混晶であるＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）からなる半導体を用いることができ、またこれに加えて、III族元素としてＢを用いることもでき、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換することもできる。
また、本発明において、ｐ型窒化物半導体層とは、ｐ型導電性を示す窒化物半導体層のことであり、不純物をドープしない（アンドープの）窒化物半導体層は、ｎ型導電性を示すので、ｐ型不純物をドープしてｐ型導電性を示すようになった窒化物半導体層がこれに含まれる。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）などの２族元素を好適に用いることができる。特に、マグネシウムは、低抵抗のｐ型窒化物半導体層が得られ易いので好ましい。しかし、ｐ型窒化物半導体層は、成長中に水素が取り込まれてｐ型不純物と結合し、ｐ型不純物が不活性化され、ｎ型窒化物半導体層と比較すると高抵抗であり、実質的に水素を含まない雰囲気においてアニーリングするなどの方法によってｐ型窒化物半導体層から水素を追い出し、さらに低抵抗化することが好ましい。また、電極を形成してからアニーリングする場合は、低抵抗化のためのアニーリングを兼ねることができる。
また、ｐ型窒化物半導体層の組成としては、特に限定されないが、好ましくはＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦１）、さらに好ましくはＧａＮである。ＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦１）は、結晶性よく形成でき、特に、ＧａＮは、ｐ型窒化物半導体のなかでも容易に低抵抗に形成できるため、電極とのオーミック接触が得られ易い。
また、本発明において、電極の上にさらにパッド電極を形成することもできる。パッド電極の材料としては、特に限定されないが、パット電極の最上に金が積層されていることが好ましい。これにより、ワイヤーボンディングにより形成されるボールなどとの優れた密着性が得られる。
電極の形成方法としては、特に限定されないが、ＣＶＤ、蒸着、スパッタリングなどを好適に用いることができる。また、フォトリソグラフィーを用いたエッチング、リフトオフなどにより所望の位置、形状に形成することもできる。ｐ型窒化物半導体層は、ｎ型窒化物半導体層と比較すると高抵抗であり、ｐ型窒化物半導体層において電流が拡散しにくいので、電極は、ｐ型窒化物半導体層の全面に形成することが好ましい。これにより、ｐ型窒化物半導体層の全面に電流が拡散して、均一な発光分布が得られる。また、本発明において、電極の膜厚をあまり薄くできないので、電極を透過して水素が抜けにくいので、電極をドット状、ストライプ状、格子状に形成して開口部から水素が抜けるようにすることによって、ｐ型窒化物半導体層が低抵抗化し易いので好ましい。また、開口部を透過して光が取り出されるので、さらに光取り出し効率が良くなる。
本発明において、窒化物半導体の成長方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性良く成長させることができるので好ましい。また、窒化物半導体は、種々の窒化物半導体の成長方法を使用目的により適宜選択して成長させることが好ましい。
本発明の各構成、工程について詳細を以下に示す。基板１は、窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる基板であればよい。この基板としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。また、デバイス加工が出来る程度の厚膜（数十μｍ以上）であればＧａＮやＡｌＮ等の窒化物半導体基板を用いることもできる。前記基板はオフアングルしていてもよく、サファイアＣ面を用いる場合には、オフ角を０．０１°〜３．０°、好ましくは０．０３°〜０．５°の範囲とする。
前記基板には、凹部及び／又は凸部を形成することができる。この凹部及び／又は凸部の外周の平面形状は多角形、円形であって、好ましくは円形、三角形、平行四辺形又は六角形とする。上記半導体素子に該基板を採用することで光取り出し効率が向上する。また前記平面形状で凹部や凸部を形成するとピット等が発生することを抑制できる。より好ましくは正三角形、菱形又は正六角形とする。また円形も好ましい。円形であればピットを大幅に抑制することができる。また、凹凸の平面形状は、幾何学的に完全な多角形である必要はなく、加工上の理由等から角が丸みを帯びていても良い。
上記凹部の深さ又は凸部の段差は１００Å以上、好ましくは１０００〜１００００Åとする。少なくとも発光波長（例えば、ＡｌＧａＩｎＮ系の発光層の場合、２０６ｎｍ〜６３２ｎｍ）をλとしたとき、λ／４以上の深さ又は段差がないと、十分に光を散乱又は回折することができない一方、凹部の深さ又は凸部の段差が上記範囲を越える寸法の場合には、電流が積層構造内の横方向に流れにくくなり、発光効率が低下するからである。また前記凸部を形成する傾斜面の傾斜角θは、好ましくは４５°以上８０°以下、より好ましくは５０°以上７０°以下とする。
前記窒化物半導体は、一般式がＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）であって、ＢやＰ、Ａｓを混晶してもよい。また、ｎ型の窒化物半導体層、及びｐ型の窒化物半導体層は単層、多層を適宜選択することができる。また、窒化物半導体層には各層の機能に応じてｎ型不純物、ｐ型不純物を適宜含有させる。ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、最も好ましくはＳｉを用いる。また、ｐ型不純物としては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。これにより、各導電型の窒化物半導体を形成することができる。前記窒化物半導体層には活性層を有し、該活性層は単一（ＳＱＷ）又は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とする。
以下に窒化物半導体の構成を示す。前記基板の上に成長させる窒化物半導体はバッファ層２を介して成長する。バッファ層としては、一般式ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦０．８）で表される窒化物半導体、より好ましくは、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦０．５）で示される窒化物半導体を用いる。バッファ層の膜厚は、好ましくは０．００２〜０．５μｍ、より好ましくは０．００５〜０．２μｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．０２μｍである。バッファ層の成長温度は、好ましくは２００〜９００℃、より好ましくは４００〜８００℃である。これにより、窒化物半導体層上の転位やピットを低減させることができる。さらに、前記基板上にＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法によりＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層３を成長させてもよい。このＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法とは窒化物半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げて収束させることにより転位を低減させるものである。本発明の半導体素子は、前記バッファ層とＥＬＯ層を組み合わせることで高出力のレーザーダイオードを提供することができる。前記バッファ層は多層構成としてもよく、低温成長バッファ層と、その上に高温成長層を形成してもよい。高温成長層としては、アンドープのＧａＮ又はｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いることができる。高温成長層の膜厚は、１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。、また、高温成長層の成長温度は、９００〜１１００℃、好ましくは１０５０℃以上である。前記バッファ層２やＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層３は基板１によっては省略することができる。
次に、ｎ型窒化物半導体層を成長させる。まずｎ型コンタクト層４を成長させる。ｎ型コンタクト層としては、活性層のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、ＡｌｊＧａ１−ｊＮ（０≦ｊ＜０．３）が好ましい。ｎ型コンタクト層の膜厚は特に限定されるものではないが、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。次に、前記ｎ型コンタクト層上に第１のｎ型窒化物半導体層５、第２のｎ型窒化物半導体層６を成長する。第１のｎ型窒化物半導体層５はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）から成る窒化物半導体を単層で形成する他には、前記単層をノンドープ層やｎ型不純物をドープした層、又はこれらの多層構造とする。次に第２のｎ型窒化物半導体層６は組成は特に限定しないが超格子層とすることが好ましい。ｎ型不純物濃度は特に限定されるものではないが、好ましくは１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。また、ｎ型不純物濃度に傾斜をつけても良い。
本発明に用いる活性層７は、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層と、を含む量子井戸構造を有する。活性層に用いられる窒化物半導体は、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれでも良いが、好ましくは、ノンドープもしくは、又はｎ型不純物ドープの窒化物半導体を用いることにより発光素子を高出力化することができる。さらに好ましくは、井戸層をアンドープとし、障壁層をｎ型不純物ドープとすることで、発光素子の出力と発光効率を高めることができる。また発光素子に用いる井戸層にＡｌを含ませることで、従来のＩｎＧａＮの井戸層では困難な波長域、具体的には、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ付近、もしくはそれより短い波長も得ることができる。
井戸層の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下、さらに好ましくは３．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。１ｎｍより小さいと井戸層として良好に機能せず、３０ｎｍより大きいとＩｎＡｌＧａＮの４元混晶の結晶性が低下するからである。また、２ｎｍ以上では膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、２０ｎｍ以下では結晶欠陥の発生を抑制して結晶成長が可能となる。さらに膜厚を３．５ｎｍ以上とすることで出力を向上させることができる。これは井戸層の膜厚を大きくすることで、大電流で駆動させるＬＤのように多数のキャリア注入に対して、高い発光効率及び内部量子効率により発光再結合がなされるものであり、特に多重量子井戸構造において効果を有する。また、単一量子井戸構造では膜厚を５ｎｍ以上とすることで上記と同様に出力を向上させる効果が得られる。また、井戸層の数は特に限定されないが、４以上の場合には井戸層の膜厚を１０ｎｍ以下として活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層全体の膜厚が厚くなりＶｆの上昇を招くからである。また、障壁層は、井戸層の場合と同様に、好ましくはｐ型不純物又はｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであること、より好ましくはｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであることである。例えば、障壁層中にｎ型不純物をドープする場合、その濃度は少なくとも５×１０１６／ｃｍ３以上が必要である。例えば、ＬＥＤでは、５×１０１６／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下が好ましい。また、高出力のＬＥＤやＬＤでは、５×１０１７／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下である。この場合、井戸層はｎ型不純物を実質的に含有しないか、あるいはアンドープで成長させることが好ましい。また、障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内のすべての障壁層にドープしても良く、あるいは、一部をドープとし一部をアンドープとすることもできる。ここで、一部の障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内でｎ型層側に配置された障壁層にドープすることが好ましい。
次に、前記活性層上にｐ型窒化物半導体層８を形成する。ｐ型窒化物半導体層８としてはＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０≦ｋ＜１）が用いられる。特にＬＤ素子に用いる場合には、活性層のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、活性層へのキャリアの閉じ込めができるものであって、ＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０＜ｋ＜０．４）が好ましい。この膜厚は特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．３μｍ、より好ましくは０．０４〜０．２μｍである。またｐ型不純物濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３、好ましくは１×１０１９〜５×１０２０ｃｍ３である。ｐ型不純物濃度が上記の範囲にあると、結晶性を低下させることなくバルク抵抗を低下させることができる。前記ｐ型半導体層は、単一層でも多層膜層（超格子構造）でも良い。多層膜層の場合、上記のＡｌｋＧａ１−ｋＮと、それよりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層とからなる多層膜層であれば良い。例えばｐ型半導体層を超格子構造とする場合には、ＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０＜ｋ＜０．４）とＩｎｌＧａ１−ｌＮ（０≦ｌ＜０．２）との超格子構造とすることで結晶性をよくすることができる。超格子構造を形成する各層の膜厚は、一層の膜厚が好ましくは１００Å以下、より好ましくは７０Å以下、さらに好ましくは１０〜４０Åとすることができる。また、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の少なくともいずれか一方にｐ型不純物をドープさせても良い。また、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の両方にドープする場合は、ドープ量は同一でも異なっても良い。
次に前記ｐ型半導体層上にｐ型コンタクト層９を形成する。ｐ型コンタクト層は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ＜１）が用いられ、特に、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ＜０．３）で構成することによりオーミック電極であるｐ電極と良好なオーミックコンタクトが可能となる。ｐ型不純物濃度は１×１０１７／ｃｍ３以上が好ましい。また、ｐ型コンタクト層は、導電性基板側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有することが好ましい。この場合、組成勾配は、連続的に組成を変化させても、あるいは、不連続に段階的に組成を変化させても良い。例えば、ｐ型コンタクト層を、オーミック電極と接し、ｐ型不純物濃度が高くＡｌ組成比の低い第１のｐ型コンタクト層と、ｐ型不純物濃度が低くＡｌ組成比の高い第２のｐ型コンタクト層とで構成することもできる。第１のｐ型コンタクト層により良好なオーミック接触が得られ、第２のｐ型コンタクト層により自己吸収を防止することが可能となる。
以上より窒化物半導体を基板上に成長させた後、ウェハーを反応装置から取り出し、その後、酸素及び／又は窒素を含む雰囲気中で４００℃以上で熱処理をする。これによりｐ型層に結合している水素が取り除かれ、ｐ型の伝導性を示すｐ型の窒化物半導体層を形成する。
その後、前記ｐ型コンタクト層の表面にオーミック接触が得られるｐ電極１０を形成する。ｐ電極の形成方法はＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法等がある。
ｐ電極は矩形状や縞状、正方形、格子状等がある。その他のｐ電極は、ｐ型半導体層の全面に形成したもの（図４）、ドット状に空洞を有するもの、菱形、平行四辺形、メッシュ形状（図６Ａ）、ストライプ形状、くし形、１つから複数に分岐した枝状（図６Ｂ）、電気的に繋がった複数の枝電極をストライプ形状に有しており、且つ該ｐ電極には空洞を有する形状（図６Ｃ）、円形状等にパターン形成する。これらのｐ電極構造は上記基板との組み合わせによって、光の取り出し効率をさらに向上することができる。上記ｐ電極、又はｎ電極の上には保護膜３１を形成してもよい。
複数の開口部は、各開口部がほぼ同じ形状であることが好ましく、これにより、開口部の形成が容易であるとともに、発光の面内分布が均一となる。また、複数の開口部は、ほぼ同じ面積であることが好ましく、これによっても発光の面内分布が均一となる。
また前記ｎ型コンタクト層の表面にはｎ電極１２を形成する。ｎ電極にはＷ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどを用いる。ｎ電極の膜厚は０．１〜１．５μｍとする。ｎ電極については、ボンディング用のパット電極と、ｎ側層とオーミック接触するオーミック用の電極とをほぼ同一の形状として同時に形成してもよい。また、オーミック電極をｎパット電極兼用としても良い。
前記ｐ電極１０は、ｐ型窒化物半導体層の表面で該ｐ型層とオーミック接触して素子内部に電流を注入するためのオーミック電極である。通常、窒化物半導体素子では、このオーミック用のｐ電極とは別に、例えば、ワイヤーボンディングにより接続するボンティング用のｐパット電極１１を形成して、そのｐパッド電極をオーミック電極であるｐ電極と電気的に接続する。このｐパット電極は、ｐ側層の上に設ける形でも良く、メタル配線してｐ側層の外部、例えばｎ側電極形成面に絶縁膜を介して設けることもできる。ｐパット電極をｐ側層の上に形成する場合には、ｐパット電極をｐ電極の一部が重なるように形成してもよいし、ｐ電極の上にｐパット電極を形成してもよい。ｐパット電極はワイヤ等と実装するための電極であるので、実装時に半導体素子を傷めない程度の膜厚があれば特に限定されない。ｐパット電極の形成面側から光を取り出す場合には、ｐパット電極はできるだけ小さく形成することが必要である。
ｐパット電極１１の材料は、密着性が高いものを選択する。具体的な材料としては、例えばＣｏ、Ｆｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈを用いることができる。好ましくは、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｒｈからなる群から選ばれる少なくとも１種及びこれらの酸化物、窒化物等を用いることであり、更に好ましくはＡｇ、Ａｌ、Ｐｔからなる群から選ばれる少なくとも１種を用いる。ｐパット電極は単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。また、これらの材料はｐパット電極のみならずｎパット電極にも用いることができる。
電極を窒化物半導体層の表面に形成した後、熱処理を行うことで、合金化されると共に、半導体層と良好なオーミック接触を得ることができ、また半導体層と電極との接触抵抗を低下させることができる。熱処理温度としては、３００℃〜１２００℃の範囲が好ましく、更に３００℃〜９００℃が好ましく、特に好ましくは４００℃〜６５０℃の範囲である。上記以外の熱処理の条件としては、雰囲気ガスを酸素、及び／又は窒素を含有する雰囲気とする。また不活性ガス、例えばアルゴンを含有する雰囲気や大気条件での熱処理も可能である。
本発明の半導体素子は、窒化物半導体層が積層された素子の側面に連続してＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはＶ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の保護膜１３を形成してもよい。この保護膜は絶縁性を有する膜であることが好ましく、信頼性の高い半導体素子が得られる。とくに、この絶縁性を有する保護膜はｐ型層の表面の電極非形成部に設けることで、電極の腐食を効果的に抑えることができる。前記窒化物半導体素子をスクライブ、ダイシングなどでチップ状の半導体素子となる（図２）。この窒化物半導体素子の平面図は図３に示すようにｐ型窒化物半導体層の上のほぼ全面にｐ電極１０が形成されている。該窒化物半導体素子の斜視図を図４に示す。前記ｐ電極をＲｈ／Ｉｒで形成した半導体素子は、Ｖｆを３．４以下にすることができ、Ｎｉ／ＡｕやＲｈ等の電極と比較して接触抵抗比を１／１０以下とすることができる。
［実施形態２］実施形態１は窒化物半導体層の電極形成面を光取り出し面としたが、実施形態２では基板側を光取り出し面とすることもできる（図５）。窒化物半導体素子の電極を形成した面を除いて保護膜１３を形成しており、パッド電極１１の上に、ワイヤーではなく、外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ）１４を形成させたフェイスダウン構造とする。メタライズ層１４は実装基板２３に装備されているリード電極２２と電気的に接触している。前記窒化物半導体素子を１ｍｍ２以上のサイズで作製するには図７に示すようにｐパッド電極１１およびｎ電極１２を複数の位置に形成する。このｐパッド電極１１とｎ電極１２はメタライズ層１４を形成する領域が部分的に広く形成されている。またｐパッド電極１１とｎ電極１２とのメタライズ層１４を形成する領域は対向している。更にｐパッド電極及び／又はｎ電極は、それぞれが対向する側面方向に枝状に延びて形成されている（図６Ｃ、図７）。以上より１ｍｍ２以上のサイズで形成した窒化物半導体素子においても大電流を全面に均一に流すことができる。図７に示す窒化物半導体素子をフェイスダウン実装したものを図８に示す。基板側を光取り出し面とすることで光取り出し効率が向上する。例えばパッド電極を楕円形状で形成する。このメタライズ層としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の材料から成る。フェイスダウンで用いる場合、パッド電極に熱が加わるが、その際に、体積が大きくなり、また、圧力が加わることでパッド電極材料が側面方向に流出しやすくなる。しかしながら、本実施形態の窒化物半導体発光素子では、前記電極を用いることで合金化するために不具合は抑制することができる。また本実施形態の構造であれば、放熱性がよく信頼性が向上する。
［実施形態３］本実施形態における窒化物半導体素子は、支持基板上に導電層、ｐ電極を介してｐ型窒化物半導体層、活性層、ｎ型窒化物半導体層を有し、その上にｎ電極を形成した構成である。該窒化物半導体素子はｐ電極とｎ電極が窒化物半導体層を挟んで向かい合う対向電極構造となる（図９）。
前記窒化物半導体素子は、ｎ電極側が光取り出し面となる。窒化物半導体（特にＧａＮ系半導体）はｎ型層の抵抗が低いため、ｎ電極のサイズを小さくできる。光の取り出し効率の向上はｎ電極を小さくすることで光を遮る領域を低減できるからである。
以下に本実施形態に係る窒化物半導体素子の製造工程を図面を用い示す。
まず基板１上に少なくともｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層を有する窒化物半導体２０を成長させる。その後、ｐ型窒化物半導体層上に前記ｐ電極１０を形成する。ｐ電極を矩形状や縞状、正方形、格子状、ドット状、菱形、平行四辺形、メッシュ形状、ストライプ形状、網目状、格子状の１つから複数に分岐した枝状等にパターン形成することで光の取り出し効率を上げることができる。好ましくは中央部には格子状、その外周を２つのＬ字で囲む形状とする。これによって大電流の投入が可能となる。
次に、前記ｐ電極の開口部であって、前記窒化物半導体の露出部に第１の保護膜１０３を形成する。次に前記ｐ電極、及び第１の保護膜の形成面の上に貼導電層１０２を形成する。この導電層の形成面で支持基板を貼り合わせる。導電層は密着層、バリア層、共晶層から成る３層構造が好ましい。他方、支持基板１０１を用意する。この支持基板の表面にも導電層１０２を形成することが好ましい。
前記導電層をＰｔ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、Ｉｎ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｐｄ又はＴｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ−Ａｕ、Ｗ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、ＲｈＯ−Ｐｔ−（Ａｕ、Ｓｎ）等で形成する。複数層の導電層においては、ｐ電極側から形成している。この導電層は低温で共晶が可能で、共晶後の融点が上がるためｐ電極への拡散は抑制することができる。また、上記導電層によって支持基板側に発生した熱を効率よく逃がすことができる。
前記窒化物半導体素子に貼り合わせる支持基板１０１は、線熱膨張係数が４〜１０（×１０−６／Ｋ）であって、好ましくは前記支持基板はＣｕ、Ｍｏ、Ｗから成る群から選ばれる少なくとも１つを含有している。前記支持基板にＣｕを含有する場合には５０％以下とする。Ｍｏを含有する場合には、その含有量は５０％以上とする。前記支持基板にＷを含有する場合には含有量は７０％以上である。支持基板の具体例は、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、ＡｌＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃｕ−ダイヤ等の金属とセラミックの複合体などである。また、一般式をＣｕｘＷ１−ｘ（０≦ｘ≦３０）やＣｕｘＭｏ１−ｘ（０≦ｘ≦５０）のように示すことができる。ＡｌＮを支持基板とすれば絶縁性基板であるのでプリント基板などの回路上にチップを載せるときに有利である。またＳｉを用いる利点は安価でチップ化がしやすい点である。支持基板の好ましい膜厚としては５０〜５００μｍである。前記範囲に支持基板を薄くすることで放熱性が良くなる。
その後、窒化物半導体素子と支持基板とを加熱圧接により貼り合わせる。貼り合わせ面を導電層同士として合金化させる。具体的にはプレスをしながら１５０℃以上の熱を加える。前記貼り合わせ工程は加熱圧接によって行われることを特徴とする。加熱圧接の温度は１５０℃〜３５０℃が好ましい。１５０℃以上とすれば、導電層の金属の拡散が促進され均一な密度分布の共晶が形成され、窒化物半導体素子と支持基板との密着性を向上させることができる。３５０℃より大きいと、拡散範囲が接着領域にまで及び、密着性が低下してしまう。貼り合わせ時にはｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＡｕＳｎ―Ｐｔ―Ｔｉ／支持基板、その他にはｐ電極／ＲｈＯ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ―Ｐｔ―Ｔｉ／支持基板、ｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＡｕＳｎ―Ａｕ／支持基板、ｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＰｄＳｎ―Ｐｔ―Ｔｉ／支持基板、ｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＡｕＳｎ―Ｐｔ―ＲｈＯ／支持基板となる。これにより剥がれにくい合金が形成される。導電層を共晶とすることで低温での貼り合わせが可能となり、また接着力も強力になる。上記温度で貼り合わせることで反りの緩和効果を有する。
その後、基板１を除去する。基板の除去方法としては基板側からエキシマレーザを照射するか、又は研磨、研削、ケミカルポリッシュ等によって行う。上記工程により、鏡面である窒化物半導体の露出面を形成する。
その後、窒化物半導体素子をチップ化するためＲＩＥ等で外周エッチングを行い、外周の窒化物半導体層を除去する。その後、窒化物半導体層をチップ状に分割するために、チップ間に溝を形成し、ｎ型窒化物半導体層の露出面にｎ電極１２を形成する。ｎ電極には前述した電極の他にＴｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｗ−Ａｌ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ、Ａｌ−Ｐｔ−Ａｕなどがある。ｎ電極は膜厚を０．１〜１．５μｍとする。ここで、ｎ電極を形成した以外のｎ型窒化物半導体層の露出面には凹凸を形成してもよい。前記凹凸形成の断面形状はメサ型、逆メサ型があり、平面形状は丸形状、または六角形状や三角形状、島状形状、格子状、矩形状、円状、多角形状がある。凹部の深さは０．２〜３μｍであって、より好ましくは１．０μｍ〜１．５μｍである。この理由は凹部深さが０．２μｍより浅すぎると光取り出し向上の効果はなく、上記範囲より深くなると横方向の抵抗が上がってしまう。さらに、凹部の形状を丸状や多角形状として抜き取った場合には低抵抗値を維持して出力を向上させることができる。
その後、ワイヤーボンディング領域を除いて窒化物半導体素子の上面を第２の保護膜１１０で覆い、ダイシングによりチップ化することで窒化物半導体素子とする（図９Ａ）。この図９Ａに示す窒化物半導体素子の断面図を図９Ｃに示す。また、前記第２の保護膜に凹凸形状を形成してもよい（図９Ｂ）。これにより光取り出し効率が向上する。該第２の保護膜１１０はＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉｘＯｙＮ１−ｘ−ｙ、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの絶縁膜である。
［実施形態４］前記実施形態において、チップ化した窒化物半導体素子の表面に蛍光体を樹脂と混合させて形成することで、高出力の白色発光素子を得ることがでる。
前記蛍光体の一例を以下に示す。緑色系発光蛍光体としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｓｒ７Ａｌ１２Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕがある。また、青色系発光蛍光体としてはＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＳｒＣａＢａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＢａＣａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ，Ｍｎがある。さらに、赤色系発光蛍光体としてはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕがある。特にＹＡＧを含有させることで、白色光を発光することができ、照明用光源など用途も格段に広がる。ＹＡＧは、（Ｙ１−ｘＧdｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｒ（Ｒは、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏから選ばれる少なくとも１以上である。０＜Ｒ＜０．５である。）、例えば、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅである。
本実施の形態において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
以上のような蛍光体を選択することで、種々の発光波長を持った光取り出し効率の高い発光素子を得ることができる。
［実施例１］
以下、図１に示す発光ダイオード素子を元に実施例１について説明する。
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、ｐ型窒化物半導体層に電極を形成する全ての窒化物半導体素子（レーザダイオード、太陽電池、光センサ、トランジスタ、パワーデバイスなど）に適用することができる。
まず、サファイア（Ｃ面）からなる基板１をＭＯＣＶＤの反応容器内にセットし、容器内を水素で十分に置換した後、水素を流しながら基板の温度を１０５０℃まで上昇させ基板のクリーニングを行う。なお、本実施例ではサファイア（Ｃ面）を用いているが、基板としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体基板、あるいは窒化物半導体とは異なる異種基板を用いることができる。異種基板としては、例えばＣ面、Ｒ面、Ａ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）などの絶縁基板、あるいはＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＺｎＳなどの半導体基板、ＺｒＢ2などの金属結晶を用いることができ、好ましくはサファイア、スピネルを用いる。また、異種基板はオフアングルしていてもよく、特に、ステップ状にオフアングルしたものを用いると、窒化物半導体からなる下地層が結晶性よく成長されるので好ましい。
続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）とアンモニアとを用い、基板１の上にＧａＮからなるバッファ層（図示せず）を約１００オングストロームの膜厚で成長させる。なお、このバッファ層は、基板の種類、成長方法によっては省略できる。また、このバッファ層は、Ａｌの割合の小さいＡｌＧａＮを用いることもできる。
次に、バッファ層を成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層２を１μｍの膜厚で成長させる。
続いて、１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮからなるｎ側コンタクト層３を５μｍの膜厚で成長させる。なお、本実施例ではＳｉを用いているが、ｎ型不純物としては、特に限定されないが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、ＺｒなどのIV族元素、あるいはVI族元素などを好適に用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、さらに好ましくはＳｉを用いる。
次に、シランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮからなる下層を３０００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、同温度で、シランガスを追加して、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮからなる中間層を３００オングストロームの膜厚で成長させ、更に続いて、シランガスのみを止め、同温度で、アンドープＧａＮからなる上層を５０オングストロームの膜厚で成長させ、３層からなるｎ側第１多層膜層４を３３５０オングストロームの膜厚で成長させる。
次に、同温度で、アンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、次に、温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、アンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる窒化物半導体層を２０オングストロームの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い、交互に１０層ずつ積層し、さらにアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造のｎ側第２多層膜層５を６４０オングストロームの膜厚で成長させる。
次に、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮからなる障壁層を２５０オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、同温度で、ＴＭＩを追加して、Ｉｎ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い、交互に６層ずつ積層し、さらにアンドープＧａＮからなる障壁を２５０オングストロームの膜厚で成長させた多重量子井戸構造の活性層６を１９３０オングストロームの膜厚で成長させる。
次に、１０５０℃で、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタンジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなる窒化物半導体層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い、交互に５層ずつ積層し、さらにＭｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造のｐ側多層膜層７を３６５Åの膜厚で成長させる。
続いて、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＧａＮからなるｐ側コンタクト層８を１２００オングストロームの膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウエハを反応容器内において、６００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、ｐ側コンタクト層側からエッチングを行い、露出したｎ側コンタクト層にＷを１００オングストロームの膜厚で積層し、その上にＡｌを１０００オングストロームの膜厚で積層してＷ／Ａｌからなるｎ電極を形成する。
次に、エッチングされずに残ったｐ型コンタクト層の全面にロジウム（Ｒｈ）を４００オングストロームの膜厚で積層し、その上にイリジウム（Ｉｒ）を５００オングストロームの膜厚で積層してＲｈ／Ｉｒからなるｐ電極を形成する。電極形成後、窒素雰囲気において６００℃でアニーリングを行う。
最後に、ウエハを分割して１辺の長さが３５０μｍの発光ダイオード素子を得た。得られた素子は、Ｉｆ（順方向電流）２０ｍＡにおいて、Ｖｆ（順方向電圧）３．５Ｖであり、ｐ型窒化物半導体層と電極との良好なオーミック接触が得られた。
このときのｐ型窒化物半導体層とＲｈ／Ｉｒとの比接触抵抗をＴＬＭ法を用いて測定し、ｐ型窒化物半導体上にＲｈ、Ｒｈ／Ｐｔ、Ｒｈ／Ｒｕ、Ｒｈ／Ａｕ、からなるｐ電極を形成した場合と比較したところ図１のようになった。ｐ型窒化物半導体層と接触する電極としてＲｈのみを用いたものを１として比で表示した。第１層をＲｈ、第２層をＩｒとしたものに比接触抵抗の低下が確認できる。他に第１層をＲｈ、第２層をＡｕとしたものも接触抵抗が低下しているが、ＲｈはＡｕと合金化し短波長の光に対して吸収が大きくなるので、窒化物半導体系のＬＥＤに用いるのは好ましくない。
［実施例２］
実施例１において、図６Ａに示すようにｐ電極１０に開口部を形成する他は、同様にして発光ダイオード素子を得た。得られた素子は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖであり、ｐ型窒化物半導体層と電極との良好なオーミック接触が得られた。発光出力は、電極の開口部を介して外部に光が取り出されるので実施例１と比較すると約２０％増加していた。
［比較例１］
実施例１において、ｐ電極１０として、ＮｉとＡｕとを２００オングストロームの膜厚で積層する他は、同様にして発光ダイオード素子を得た。得られた素子は、ｐ電極１０が透光性を有している。発光出力は、電極における光の吸収により実施例１と比較すると約２０％減少していた。
［比較例２］
実施例１において、ｐ電極１０として、ＮｉとＰｔとを２００オングストロームの膜厚で積層する他は、同様にして発光ダイオード素子を得た。得られた素子は、ｐ電極１０が透光性を有している。発光出力は、電極における光の吸収により実施例１と比較すると約２０％減少していた。
［比較例３］
実施例１において、ｐ電極１０として、Ｒｈのみを４００オングストロームの膜厚で積層する他は、同様にして発光ダイオード素子を得た。得られた素子は、ｐ電極１０が透光性を有している。発光出力は、電極における光の吸収により実施例１と比較すると同等であったが、Ｖｆが約０．１Ｖ上昇した。
本発明は、窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）からなる素子に係わり、特に、ｐ型窒化物半導体層に形成される電極に関する。
ＴＬＭ法を用いて測定した比接触抵抗（Ｒｈを１としたときの比）である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子の構造を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子の構造を示す上面から見た平面図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子の構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子の構造を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子の電極構造を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子の構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子の構造を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子の構造を示す模式図である。
符号の説明
１…基板、２…バッファ層、３…ＡｌＧａＮ層、４…ｎ型コンタクト層、５…第１のｎ型窒化物半導体層、６…第２のｎ型窒化物半導体層、７…活性層、８…ｐ型半導体層、９…ｐ型コンタクト層、１０…ｐ電極、１１…ｐパッド電極、１２…ｎ電極

Claims (6)

  1. 少なくともｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを有する窒化物半導体素子において、前記ｐ型窒化物半導体層に、少なくともロジウムとイリジウムとを含有する電極が形成されており、
    前記電極は、前記ｐ型窒化物半導体層に接して前記ロジウムが積層され、その上に前記イリジウムが積層された少なくとも２層構造を有し、
    前記ロジウムの膜厚は１０〜１０００オングストロームであり、
    前記電極は、前記ロジウムの上に前記イリジウムが積層された後に、４００℃〜６５０℃の範囲においてアニーリングされていることを特徴とする窒化物半導体素子。
  2. 前記イリジウムの膜厚が１０〜１０００オングストロームであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
  3. 前記電極は、前記イリジウムの上にさらにＰｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１つが積層されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子。
  4. 前記電極の上には、最上に金が積層されたパッド電極を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
  5. 前記２層構造全体の膜厚は、５００〜１０００オングストロームであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
  6. 前記窒化物半導体素子は、基板側及び素子の端面側から光が取り出されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
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