JP4772135B2 - 半導体素子、および、その製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子、および、その製造方法に関する。

ブルーレイディスクやＨＤ ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）といった所謂次世代ＤＶＤでは、ディスク盤面に記録された情報を読み取ったり、あるいはディスク盤面に新たな情報を書き込んだりするために、波長が４０５ｎｍ近傍のレーザ光線を用いている。このレーザ光源には、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主成分とした半導体結晶から構成される半導体レーザが用いられている。

半導体レーザにおいては、発振波長が短いものほど、活性層のバンドギャップが広くビルトインポテンシャルが大きいため、電流を流すために印加する電圧を高くしなければならない。また、半導体レーザは多くの場合、活性層において効率良く電子と正孔を再結合させるためのダブルへテロ構造を有している。したがって、半導体レーザは活性層よりバンドギャップの広いクラッド層を備える。

一般に半導体はバンドギャップが広がるほど、電気抵抗が上昇する傾向がある。そのため、クラッド層部分の電気抵抗も短波長の半導体レーザほど高いのが普通である。

さらに、半導体レーザには、電流注入を効率よく行うための金属電極がｐ型半導体およびｎ型半導体のそれぞれに接するように設けられている。これらの電極と半導体の間に生じるコンタクト抵抗は、バンドギャップの高い半導体ほど高くなりがちである。これらの事情により、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）用レーザ（波長７８０ｎｍ）、ＤＶＤ用レーザ（波長６５０ｎｍ）、次世代ＤＶＤ用レーザ（波長４０５ｎｍ）の三者では、同じ電流を流したときの動作電圧が、後者に行くにつれ高くなる。

次世代ＤＶＤの記録再生装置においては、ブルーレイディスクやＨＤ ＤＶＤのみならず、ＣＤやＤＶＤといった以前から存在するディスク媒体の読み書きを行うため、次世代ＤＶＤ用レーザと同時にＣＤ用レーザやＤＶＤ用レーザを備えている。これらの中では、次世代ＤＶＤ用レーザの動作電圧が突出して高く、電源の共通化を図る上で、同レーザの動作電圧を可能な限り下げることが望まれる。そのために、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層に対して低いコンタクト抵抗を実現すべく、金属電極の研究、開発が日々続けられている。

特許文献１には、ｎ側電極として、半導体素子の近傍側からＴｉ／Ｎｂ／Ａｕを用いたＧａＮ系半導体発光素子が提示されている。

また、特許文献２には、ｎ側電極として、半導体素子の近傍側からＰｄ／Ｍｏ／Ａｕを用いたＧａＮ系半導体発光素子が提示されている。

非特許文献１には、７００℃程度に加熱したときにＴｉとｎ型ＧａＮとの接触面で起こる界面反応の観察結果が提示されている。

特開平９−８４０７号公報 特開２００５−２６２９１号公報

"Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｔｉ／ｎ−ＧａＮ ｃｏｎｔａｃｔｓ ａｔ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ"，Ｌｕ Ｃ．Ｊ．ｅｔ ａｌ，９４，１，（２００３）Ｐ．２４５−２５３

しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。

ｎ型ＧａＮ系半導体に対しては、仕事関数の小さいＴｉ、Ｖ、Ｎｂなどの金属をｎ−ＧａＮ層に接するコンタクト電極として用いることで比較的低いコンタクト抵抗が得られた事例が知られている。しかしながら、半導体レーザにおいては、通電や加熱によって、コンタクト抵抗が初期の値より悪化する。

また、非特許文献１には、加熱によってｎ−ＧａＮ層から金属電極側へＧａが拡散することが報告されている。Ｇａが拡散した後のＧａＮ中にはＧａ欠陥が生じているが、このＧａ欠陥はｐ型ドーパントとして作用する傾向にある。そのため、ｎ−ＧａＮ層と金属電極との間のコンタクト抵抗を増大させる。通電動作によるコンタクト抵抗増大も同様に、Ｇａの拡散による欠陥の生成が一要因となっている。

非特許文献１では、加熱によってｎ−ＧａＮ層の窒素原子も同時に拡散している。Ｎ欠陥はｎ型ドーパントして作用する傾向があるため、ｎ型半導体層と電極と間のコンタクト抵抗を低減する効果も期待される。しかしながら、実際のデバイス動作ではコンタクト抵抗が悪化することが多く、Ｇａ欠陥や空隙生成による抵抗悪化の作用の方が上回っている。

このような問題はｎ−ＧａＮ層を有する窒化物半導体素子に限定されず、ｎ型半導体層上に接するコンタクト電極を有する半導体素子において共通した課題である。

本発明によれば、ガリウム（Ｇａ）を含有し、ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層の表面に形成され、Ｇａ含有率が１原子数％以上１０原子数％以下の金属材料から形成された金属層を有する電極と、を備え、前記金属層は、前記ｎ型窒化物半導体層に接しており、前記金属層を構成する主要な金属がＴｉである、半導体素子が提供される。

さらに、本発明によれば、ガリウム（Ｇａ）を含有し、ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるｎ型窒化物半導体層を用意する工程と、前記ｎ型窒化物半導体層の表面にｎ側電極を作製する工程と、を含み、前記ｎ側電極を作製する工程は、前記ｎ型窒化物半導体層の表面に接するようにＧａ含有金属層を成膜する工程を有し、Ｇａ含有金属層を成膜する前記工程において、Ｇａ含有量が１原子数％以上１０原子数％以下の金属材料から前記金属層を形成し、前記金属層を構成する主要な金属がＴｉである、半導体素子の製造方法が提供される。

この発明によれば、Ｇａ含有率が１原子数％以上２５原子数％以下の金属材料からなる金属層がＧａを含むｎ型半導体層に接するように設けられている。半導体中の不純物はフィックの法則に基づき濃度勾配に比例した速度で拡散する。つまり原子の拡散は固体において高い濃度領域から低い濃度領域に向かって進む。そこで、あらかじめ電極側にＧａを含有させておくことにより、半導体層から電極側にＧａが拡散するのを防止することができる。Ｇａ含有率を１〜２５原子数％とすることにより、電極のコンタクト抵抗を好適に低くし、かつ、所望のＧａを含有する金属層を制御よく作製することができる。したがって、デバイス動作や熱履歴に伴うコンタクト抵抗の悪化を抑制することが可能となる。

本発明によれば、Ｇａを含有するｎ型半導体層に対して低いコンタクト抵抗を実現する。

第１の実施の形態に係る電極を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る電極の製造方法を説明する図である。 第１の実施の形態に係る電極の効果を説明する図である。 第２の実施の形態に係る半導体レーザを示す断面図である。 第２の実施の形態に係る半導体レーザの動作を説明する図である。 第３の実施の形態に係る半導体レーザを示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１の実施形態）

図１は、本実施形態の電極を示す断面図である。この電極は、ガリウム（Ｇａ）を含有するｎ型半導体層２０１の表面に形成されるｎ側電極１１０である。ｎ側電極１１０は、Ｇａ含有率が１原子数％以上２５原子数％以下の金属層２０２を有している。金属層２０２はｎ型半導体層２０１に接している。

さらに具体的には、ｎ側電極１１０は、金属層２０２と、金属層２０２上に積層された金よりなる金メッキ層２０５と、を有する積層構造を備えている。金メッキ層２０５は積層構造の最上に設けられている。

金属層２０２と金メッキ層２０５との間には、Ｐｔ層２０３とＡｕ層２０４とが順に金属層２０２上に設けられている。Ａｕ層２０４の表面に金メッキ層２０５が形成されている。

ｎ型半導体層は、ＧａＮをはじめとするＩＩＩ−Ｖ族化合物から構成される。特に、Ｓｉ，Ｇｅ等の不純物をドープしたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層とすると良好なオーミック接触を形成させることができる。中でもＧａＮを用いることにより優れたオーミック接触を形成させることができる。

ｎ側電極の金属層２０２は、Ｇａ含有率が１原子数％以上２５原子数％以下の金属材料から形成することができる。この金属材料は、空気中で安定であり、かつ融沸点が電極として適当であるものであればよい。金属層２０２中のＧａ含有率は、オージェ電子分光法、Ｘ線光電子分光法、電子線マイクロアナリシスなどを用いて調べることができる。これらの方法は、膜表面の組成を元素分析する方法である。そのため、スパッタリング法などで金属層２０２をエッチングしながら分析することで、金属層２０２の内部のＧａ含有率を調べることができる。

金属層２０２のホスト金属は仕事関数の小さい材料とすることが望ましい。ｎ側電極１１０の電流がｐ側からｎ側に流れる素子に形成されているとき、ｎ側電極を構成する金属材料の仕事関数が大きいと、ｎ側電極１１０とｎ型半導体層２０１との間の接触がショットキーとなってしまい、電流が流れにくくなってしまう。当該金属材料の仕事関数は、ｎ型半導体層２０１の電子親和力より小さくするように適宜設定することができるが、具体的には、５ｅＶ以下とすると好ましい。下限値は特にないが、実用性を考慮すると３．０ｅＶ以上とする。

金属材料を構成する主要な金属（ホスト金属）としては、仕事関数が５ｅＶ以下であるものを適宜選択することができる。ホスト金属として、たとえば、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔａ、ＶまたはＨｆの少なくとも１つを用いることができる。これらの金属材料は、仕事関数が小さく、良好なオーミック特性を与えることができるため好ましい。特にＴｉは優れたオーミック特性を与えることができる。各金属の仕事関数は、Ｔｉが４．４ｅＶ、Ｎｂが４．３ｅＶ、Ａｌが４．２ｅＶ、Ｔａが４．３ｅＶ、Ｖが４．３ｅＶ、Ｈｆが３．９ｅＶである（高知工科大学、電子/光システム工学科、平成１４年度卒業研究報告、４頁、"http://www.kochi-tech.ac.jp/library/ron/2002/2002ele/1030191.pdf"）。

金属層２０２の金属材料としてＴｉを用いる場合、Ｇａとの化合物として、Ｔｉ_３Ｇａ、Ｔｉ_２Ｇａなどを用いることができる。これらのうち、Ｇａの含有率が最も小さいのがＴｉ_３Ｇａであり、その含有率は２５原子数％である。

金属層２０２のＧａの含有率を２５原子数％以下とすることにより、金属バルクの中に、金属単体で占められる領域が存在し、コンタクト抵抗を低く維持することができる。金属層２０２の全領域をホスト金属とＧａとを構成元素とする化合物とすると、物性が大きく変わってしまうため好ましくない。Ｇａ含有量の上限を２５原子数％とすることにより、全領域が化合物となることを回避することができる。Ｔｉをホストとするとき、Ｔｉの結晶性を考慮すれば、Ｇａ含有率を１０原子数％以下とすることが望ましい。

金属層２０２は、１原子数％以上のＧａを含有することにより、コンタクト抵抗を低く維持することができる。また、１原子数％以上のＧａを含有すれば、製造性および制御性の点でも有利である。

金属層２０２の厚さは１００Å以上とするとコンタクト抵抗を効果的に低下させることができる。

Ｐｔ層２０３はＡｕが半導体界面まで拡散するのを防止するバリヤメタルの役割を果たしている。ｎ側電極１１０を４００℃以上でアロイする場合にはＰｔ層２０３を形成させることが望ましい。一方、金属層２０２が十分に厚ければ、Ｐｔ層２０３を省いてもよい。Ｐｔ層２０３がなくても、金属層２０２の厚みにより、Ａｕの半導体界面への拡散を防ぐことができるためである。

金メッキ層２０５はｎ側電極１１０上にワイヤを付ける上で接着性を高めたり、ｎ型半導体層２０１へのダメージを緩和することができる。

つづいて本実施形態のｎ側電極１１０の製造方法について説明する。まず、ガリウム（Ｇａ）を含むｎ型半導体層２０１を用意する。一般に窒化物半導体はノンドープの状態で結晶中に窒素空孔ができるためｎ型になる性質があるが、成長中にＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープすることにより好適なｎ型とすることができる。さらに、ＧａＮ系化合物半導体は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ，ＭＯＶＰＥ）、ハイライド気相成長法（ＨＶＰＥ）等の気相成長法を用いて成長することができる。

次に用意したｎ型半導体層２０１の表面にｎ側電極１１０を作製する。まず、金属層２０２をｎ型半導体層２０１の表面に成膜する工程について具体的に説明する。

金属層２０２の成膜法として、ＲＦスパッタ法と蒸着法とがある。以下に各方法について説明する。

（１）ＲＦスパッタ法
ホストとなる金属結晶（たとえば、Ｔｉ結晶）中にＧａを適量含有させたものを予め焼結させる。この金属焼結体をターゲット材として、ＲＦスパッタ法による成膜を行う。ホスト原子である金属が常温で固体であれば、Ｇａ含有率を２５原子数％以下とすることにより、この焼結体は常温で固体となる。この方法では、化学種間の化学反応や相変化はほとんど起きず、ターゲット材がイオンエッチングにより真空中でクラスタ化し、サンプル上に積層される。したがって、形成された膜の組成は、ターゲット材とほぼ同一となる。

（２）蒸着法
一般的に、蒸着法は、加熱によりソース材から蒸発した化学種をサンプルに積層させる。成膜過程で気体への相変化が起きるため、各化学種の蒸気圧の違いから、形成される膜の組成はソースの組成とは同じにならない。また、異種の金属を混合したものをソースとして用いると、金属間の沸点の違いにより、突沸を起こす危険性もある。そこで、本実施形態では、共蒸着による方法を用いることが好ましい。

具体的には、図２に示すように、Ｇａを入れた坩堝４０２とホストとなる金属（例えばＴｉ）を入れた坩堝４０４の２種類を用意し、Ｇａを抵抗加熱ヒータ４０１により、Ｔｉを電子ビーム４０３により、加熱蒸発させる。加熱蒸発したＧａおよびＴｉはｎ型半導体層２０１に付着し、積層して金属層２０２を形成する。

ここで、Ｇａに抵抗加熱ヒータ４０１を用いるのは、Ｇａが常温で液体であるためである。通常、液体に対しては、局所的な加熱を行う電子ビームよりソース全体を温める抵抗加熱の方が、成膜レートが安定しやすいため好ましい。しかしながら、慎重に制御すれば、電子ビームによる加熱を用いることもできる。Ｇａ側の抵抗加熱ヒータ４０１、Ｔｉ側の電子ビーム４０３のパワーを適宜制御することにより、所定のＧａ含有率の金属層２０２を得ることができる。

このように成膜された金属層２０２上にＰｔ層２０３、Ａｕ層２０４を順に蒸着する。ｎ側電極１１０を完成させる。Ｐｔ層２０３、Ａｕ層２０４はＲＦスパッタ法により成膜することもできる。金メッキ層２０５を形成し、例えばミリングにより不要部分を除去してｎ側電極１１０を完成させる。

なお、本実施形態のｎ側電極１１０は、ｎ型半導体層を備える種々の半導体素子に適用可能である。この半導体素子としては、半導体レーザ、発光ダイオード、電子デバイスなどを例示することができる。

図１で示すｎ側電極１１０の作製方法と評価結果について一例を以下に示す。まず、ｎ型半導体層２０１としてｎ−ＧａＮ層を用意した。次に用意したｎ−ＧａＮ層の表面に金属層２０２としてＴｉＧａ層を３００Åの厚さで成膜した。成膜はスパッタ法により行った。ＴｉＧａ層に含まれるＧａの割合は、原子濃度で１原子数％とした。なお、ＴｉＧａ層に含まれるＧａの原子濃度は、Ｘ線電子分光法により測定した。ＴｉＧａ層上に層厚１５０ÅのＰｔ層２０３、層厚１５０ÅのＡｕ層２０４を順にＲＦスパッタ法により成膜した。２０５Åの金メッキを施し、例えばミリングにより不要部分を除去してｎ側電極１１０を完成させた。

ｎ−ＧａＮ層とのコンタクト抵抗をＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ）法により、評価した。その結果、１０^−５Ωｃｍ^２台のコンタクト抵抗が得られた。また、窒素雰囲気中で８００℃で１５分間アロイを行ったところ、同様に１０^−５Ωｃｍ^２台のコンタクト抵抗が得られた。

つづいて、本実施形態の効果について説明する。この発明によれば、Ｇａ含有率が１原子数％以上２５原子数％以下の金属材料からなる金属層２０２がＧａを含むｎ型半導体層２０１に接するように設けられている。半導体中の不純物はフィックの法則に基づき濃度勾配に比例して拡散する。つまり原子の拡散は固体において高い濃度領域から低い濃度領域に向かって進む。そこで、あらかじめ電極側にＧａを含有させておくことにより、半導体層から電極側にＧａが拡散するのを防止することができる。Ｇａ含有率を１〜２５原子数％とすることにより、所望のＧａを含有する金属層２０２を制御よく作製し、かつ、電極のコンタクト抵抗を好適に低くすることができる。したがって、デバイス動作や熱履歴に伴うコンタクト抵抗の悪化を抑制することができる。

不純物拡散のドライビングフォースは、ホストとなる物質に対するその不純物の濃度勾配、正確には化学ポテンシャル勾配である。したがって、特定の不純物の拡散を抑えるためには、その不純物が拡散しようとする先に予め、同一物質を配置しておけばよい。したがって、Ｇａがｎ型半導体層中から金属層中に拡散するのを抑制する場合は、金属中にＧａを含ませておけばよいことになる。

しかしながら、金属層中のＧａの含有量が大きすぎれば、金属結晶自体の品質が劣化し、電気伝導性は減少し、ひいてはコンタクト抵抗を増大させることになる。そのため、Ｇａ含有量はある程度以下に抑える必要がある。

金属層２０２のＧａの含有率を２５原子数％以下とすることにより、金属バルクの中に、金属単体で占められる領域が存在し、コンタクト抵抗を低く維持することができる。金属層２０２の全領域をホスト金属とＧａとを構成元素とする化合物とすると、物性が大きく変わってしまうため好ましくない。Ｇａ含有量の上限を２５原子数％とすることにより、全領域が化合物となることを回避することができる。

図３はｎ型半導体層としてｎ−ＧａＮ層、金属層としてＴｉＧａ層を採用したときの本実施形態のｎ側電極のＧａ含有率とコンタクト抵抗との関係をシミュレーションにより評価した結果を示すグラフである。コンタクト抵抗は、ｎ側電極であれば、一般的に１０^−５Ωｃｍ^２台以下であればよいとされるが、図３で示すように、Ｇａ含有率を２５原子数％以下とすれば、コンタクト抵抗を１．０×１０^−５Ωｃｍ^２以下にすることができる。

また、Ｇａは融点が約３０℃で常温での取扱いが困難であるが、固体の金属結晶に２５原子数％以下のＧａを含有させた金属焼結体は固体となる。そのため、ＲＦスパッタ法を用いて金属層をｎ型半導体層上に成膜することができる。また、１原子数％以上のＧａ含有量であれば、ＲＦスパッタ法や共蒸着法を用いて制御よく所望量のＧａを金属層に含有させることができる。

さらに、従来、アロイ工程でも基板中のＧａが電極中に拡散していた。しかしながら、本実施形態の電極によれば、アロイを行った場合でも低コンタクト抵抗を得ることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態のｎ側電極を備える半導体レーザである。具体的には、図４で示すインナーストライプ型ＧａＮ系半導体レーザである。以下、本実施形態の半導体レーザの構造及び動作について説明する。

図４は、インナーストライプ型半導体レーザの構造を示す断面図である。本実施形態の半導体レーザは、半導体層構造と金属電極からなる。半導体層構造として、たとえば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮを組み合わせた構成を採用することができる。より詳細には、ｎ型基板１０１と、ｎ型クラッド層１０２と、ｎ型ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層１０３と、活性層１０４と、ｐ型ＳＣＨ層１０５と、ｐ型ＳＬＳ（Ｓｕｐｅｒ Ｌａｔｔｉｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層１０７と、が順に積層されている。また、ｐ型ＳＬＳ層１０７上にｐ側電極１０９が設けられている。ｎ側電極１１０は、金属層２０２を介してｎ型クラッド層１０２上に設けられている。本実施形態の半導体レーザは、絶縁膜１０８で覆われ、ｎ型基板１０１、ｎ側電極１１０およびｐ側電極１０９以外の層を露出させない構成となっている。

ｎ型基板１０１はたとえばｎ−ＧａＮ基板とすることができる。

ｎ型クラッド層１０２は、電荷と光を活性層１０４に閉じ込める役目を果たす。また、ｎ型クラッド層１０２は、ｎ側電極１１０との間に低コンタクト抵抗を実現するためのコンタクト層の役目も兼ねている。ｎ型クラッド層１０２は、たとえばｎ−ＡｌＧａＮ層とすることができる。

活性層１０４は発光層としての役目を果たす量子井戸活性層である。活性層１０４はたとえばＩｎＧａＮから構成される。

ｎ型電流ブロック層１０６は電流経路を制御するためｐ型ＳＣＨ層１０５上に設けられ、側面及び上面はｐ型ＳＬＳ層１０７に覆われている。ｎ型電流ブロック層１０６はたとえばＡｌＮから構成される。

ｐ型ＳＬＳ層１０７は、ｐ側電極１０９との間に低コンタクト抵抗を実現するためのコンタクト層の役目も兼ねている。ｐ型ＳＬＳ層１０７はたとえばＧａＮ／ＡｌＧａＮから構成される。

絶縁膜１０８は、たとえばＳｉＯ_２膜とすることができる。

図５は、本実施形態の半導体レーザの動作を説明する図である。図５では、動作時の電流経路を矢印で示している。電流はｐ側電極１０９から、ｐ型ＳＬＳ層１０７、ｐ型ＳＣＨ層１０５、活性層１０４、ｎ型ＳＣＨ層１０３、ｎ型クラッド層１０２、およびｎ型基板１０１を経て、ｎ側電極１１０へと流れる。

これらのうち、ｎ型基板１０１、ｎ型クラッド層１０２、ｎ型ＳＣＨ層１０３、活性層１０４、ｐ型ＳＣＨ層１０５、ｐ型ＳＬＳ層１０７の各半導体層の材料、組成、厚さは電流抵抗の大小に関係する。しかしながら、これらのパラメータは半導体レーザ内の光分布制御の面から制約されており、必ずしも抵抗を下げるように選べるわけではない。一方、ｐ側電極１０９およびｎ側電極１１０の材料については、光分布制御とは無関係に、コンタクト抵抗の低いものを選べる。

ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮを組み合わせて構成されるＧａＮ系の半導体レーザは、通電動作中に動作電圧が上昇することがある。この一因として、ＧａＮ中のＧａが金属電極中に拡散することが挙げられる。Ｇａが抜けたあとの欠陥は、ホールを形成しやすくｐ型ドーパントして作用する傾向があるので、ｎ型キャリヤである電子の濃度が半導体−金属界面で減少し、コンタクト抵抗は上昇する。また、欠陥の数が多くなると、空隙となり金属−半導体間の接触面積が減るので、これも抵抗増大に寄与する。

本実施形態の半導体レーザによれば、金属層２０２中にＧａが含まれている。このため、ｎ型クラッド層１０２から金属層２０２へＧａが拡散しようとしても、既に金属層２０２中に存在するＧａに行く手を阻まれ、拡散できない。したがって、コンタクト抵抗の悪化も生じない。Ｇａの拡散は通電以外にも、加工時の加熱やプラズマプロセスなどによっても生じ得る。しかしながら、この半導体レーザではこれら全ての事象に対して有効である。

本実施形態の構造からなるＧａＮ系半導体レーザを作製し、デバイス動作や熱履歴に伴う抵抗悪化を調べた。温度８０℃、光出力２５０ｍＷで１０００時間動作させる前後で、２００ｍＡ通電時の電圧を比較した。その結果、金属層２０２（ホスト金属はＴｉとした。）にＧａが含まれていないものが０．１Ｖ以上上昇したのに対し、Ｇａが含まれたものは０．０５Ｖ以下であった。したがって、Ｇａが含まれているものは、Ｇａが含まれていないものと比べてコンタクト抵抗を抑制できたことがわかった。

（第３の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態のｎ側電極を備える半導体レーザである。具体的には、図６で示すリッジストライプ型半導体レーザである。以下、本実施形態の半導体レーザの構造及び動作について説明する。

図６は、リッジストライプ型半導体レーザの構造を示す断面図である。図６に示すように、リッジストライプ型ＧａＮ系半導体レーザは、半導体層構造と金属電極からなる。半導体層構造としては、たとえば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮを組み合わせた構成を採用することができる。より詳細には、ｎ型基板３０１と、ｎ型クラッド層３０２と、活性層３０３と、ｐ型クラッド層３０４と、ｐ型ＳＬＳ層３０５と、絶縁膜３０６とが順に積層されている。また、ｐ型ＳＬＳ層３０５上にｐ側電極３０７が設けられ、ｐ型ＳＬＳ層３０５とｐ側電極３０７とが接するように構成されている。ｎ側電極３０８は、ｎ型基板３０１の裏面に形成されている。

ｎ型基板３０１はたとえばｎ−ＧａＮ基板とすることができる。

ｎ型クラッド層３０２は、電荷と光を活性層３０３に閉じ込める役目を果たす。また、ｎ型クラッド層３０２は、ｎ側電極３０８との間に低コンタクト抵抗を実現するためのコンタクト層の役目も兼ねている。ｎ型クラッド層３０２は、たとえばｎ−ＡｌＧａＮ層とすることができる。

活性層３０３は発光層としての役目を果たす量子井戸活性層である。活性層３０３はたとえばＩｎＧａＮから構成される。

ｐ型クラッド層３０４は、電荷と光を活性層３０３に閉じ込める役目を果たす。ｐ型クラッド層３０４は、たとえばｐ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ層とすることができる。

ｐ型ＳＬＳ層３０５は、ｐ側電極３０７との間に低コンタクト抵抗を実現するためのコンタクト層の役目も兼ねている。ｐ型ＳＬＳ層３０５はたとえばＧａＮ／ＡｌＧａＮから構成される。

絶縁膜３０６は、たとえばＳｉＯ_２膜とすることができる。

本実施形態の半導体レーザにおいて、ｎ側電極３０８はｎ型基板３０１に接触するように設けられている。半導体レーザの製作工程では、基板の裏面にｎ側電極３０８の金属層２０２を成膜する前に、機械的または化学的研磨により薄化する。この薄化工程では、研磨面に損傷が入り、結晶欠陥が多数発生してしまう。欠陥近傍では結晶を構成する原子間の結合力が低下するために、ｎ型基板３０１から金属層２０２へのＧａ拡散がより起き易い状況となっている。しかしながら、本実施形態の半導体レーザでは、金属層２０２中にＧａが含まれている。このため、ｎ型基板３０１から金属層２０２へＧａが拡散しようとしても、既に金属層２０２中に存在するＧａに行く手を阻まれ、拡散できない。したがって、Ｇａ拡散をより効果的に抑制することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。なお、本発明では上下の方向を規定しているが、これは本発明の構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定したものであり、本発明を実施する場合の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
たとえば、本発明は、以下の構成を適用することも可能である。
［１］ガリウム（Ｇａ）を含有するｎ型半導体層の表面に形成される電極であって、
Ｇａ含有率が１原子数％以上２５原子数％以下の金属層を有し、
前記金属層が前記ｎ型半導体層に接していることを特徴とする半導体素子の電極。
［２］前記金属層のＧａ含有率が１原子数％以上２５原子数％以下の金属材料から形成されることを特徴とする［１］に記載の半導体素子の電極。
［３］前記ｎ型半導体層がＩＩＩ−Ｖ族化合物からなることを特徴とする［１］または［２］に記載の半導体素子の電極。
［４］前記金属層を構成する主要な金属の仕事関数が５ｅＶ以下であることを特徴とする［１］乃至［３］いずれかに記載の半導体素子の電極。
［５］前記金属層を構成する主要な金属がＴｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔａ、ＶまたはＨｆのいずれかであることを特徴とする［１］乃至［４］いずれかに記載の半導体素子の電極。
［６］前記金属層を構成する主要な金属がＴｉであることを特徴とする［１］乃至［５］いずれかに記載の半導体素子の電極。
［７］前記ｎ型半導体層がｎ型窒化物半導体層であることを特徴とする［１］乃至［６］いずれかに記載の半導体素子の電極。
［８］［１］乃至［７］いずれかに記載の電極を備えることを特徴とする半導体素子。
［９］ガリウム（Ｇａ）を含有するｎ型半導体層を用意する工程と、
前記ｎ型半導体層の表面にｎ側電極を作製する工程と、
を含み、
前記ｎ側電極を作製する工程は、
前記ｎ型半導体層の表面にＧａ含有金属層を成膜する工程を有し、
前記金属層は、Ｇａ含有量が１原子数％以上２５原子数％以下の金属材料から形成されることを特徴とする半導体素子の製造方法。

１０１ ｎ型基板
１０２ ｎ型クラッド層
１０３ ｎ型ＳＣＨ層
１０４ 活性層
１０５ ｐ型ＳＣＨ層
１０６ ｎ型電流ブロック層
１０７ ｐ型ＳＬＳ層
１０８ 絶縁膜
１０９ ｐ側電極
１１０ ｎ側電極
２０１ ｎ型半導体層
２０２ 金属層
２０３ Ｐｔ層
２０４ Ａｕ層
２０５ 金メッキ層
３０１ ｎ型基板
３０２ ｎ型クラッド層
３０３ 活性層
３０４ ｐ型クラッド層
３０５ ｐ型ＳＬＳ層
３０６ 絶縁膜
３０７ ｐ側電極
３０８ ｎ側電極
４０１ 抵抗加熱ヒータ
４０２、４０４ 坩堝
４０３ 電子銃ビーム

Claims (2)

1. ガリウム（Ｇａ）を含有し、ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるｎ型窒化物半導体層と、
   前記ｎ型窒化物半導体層の表面に形成され、Ｇａ含有率が１原子数％以上１０原子数％以下の金属材料から形成された金属層を有する電極と、
   を備え、
   前記金属層は、前記ｎ型窒化物半導体層に接しており、
   前記金属層を構成する主要な金属がＴｉである、半導体素子。
2. ガリウム（Ｇａ）を含有し、ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるｎ型窒化物半導体層を用意する工程と、
   前記ｎ型窒化物半導体層の表面にｎ側電極を作製する工程と、
   を含み、
   前記ｎ側電極を作製する工程は、
   前記ｎ型窒化物半導体層の表面に接するようにＧａ含有金属層を成膜する工程を有し、
   Ｇａ含有金属層を成膜する前記工程において、Ｇａ含有量が１原子数％以上１０原子数％以下の金属材料から前記金属層を形成し、前記金属層を構成する主要な金属がＴｉである、半導体素子の製造方法。

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