JP4792212B2 - 高性能の窒化ガリウム系発光素子のための薄膜電極およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体を利用した青・緑色および紫外線を出す短波長発光ダイオードとレーザダイオード製作の核心技術のうち一つである良質のオーム接触（Ｏｈｍｉｃ Ｃｏｎｔａｃｔ）を形成できる薄膜電極およびその製造方法に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）およびレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）のようにＧａＮ半導体を利用する光デバイスでは、ＧａＮ半導体と電極との間に良質のオーム接触を形成することが重要である。

従来のｐ型ＧａＮ半導体の場合、Ｎｉを基本とする金属薄膜構造であるＮｉ／Ａｕの金属薄膜がオーム接触のための金属薄膜構造として広く使われており、最近ではＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｔ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕなどのような多様な形態のオーム接触金属システムが開発されている。

しかし、良質のｐ型ＧａＮオーム接触の形成には２つの問題点がある。

第一の問題は、ｐ型ＧａＮ半導体の成長時に使われる雰囲気ガスであるＮＨ_４のＨがｐ型ドーパントであるＭｇと結合して電気的に絶縁特性を示すＭｇ−Ｈ結合体を形成する。その結果、ｐ型ＧａＮ半導体は実効キャリア濃度が低くなり、表面抵抗値が高くなるため良質のオーム接触を形成し難くなる。実際、発光素子において低い濃度のキャリアの注入では、高品位の発光素子を製作し難い。

このようにｐ型ＧａＮ半導体の表面でのキャリア濃度を高めようとする一例として、特許文献１では、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｉ、ＬａＮｉ_５、ＦｅＴｉまたはＭｇ_２Ｎｉなどの水素を吸蔵する能力を有する金属または合金の存在下でＧａＮ半導体を熱処理している。

ＴｉやＺｒなどのように他の金属に比べて相対的に大きい仕事関数値、高い水素親和力、およびＧａ関連化合物を容易に形成する金属とＧａＮ半導体とを接触させ、熱処理することによりＧａＮ結晶内に存在するｐ型ドーパントの活性化およびアクセプタの役割を行う多数のＧａ空孔の形成を行っている。その結果、高い実効キャリア濃度を有するＧａＮ半導体を得ている。特許文献１で得られたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体では、ショットキー障壁の幅（ＳＢＷ：Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｗｉｄｔｈ）を狭めてトンネリング効果を誘発することができる。しかし、特許文献１の方法では光学特性が低いといった問題があり、高品位の発光素子を製作し難い。

また、特許文献２では、ＮｉとＣｏなどを酸素が含まれた雰囲気中で熱処理し、ｐ型伝導性透明酸化物を形成する金属薄膜をＧａＮ上に蒸着させた後、熱処理を通じて伝導性酸化物を作ってｐ型ＧａＮ半導体と酸化物間のショットキー障壁の高さ（ＳＢＨ：Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｈｅｉｇｈｔ）を低めて高品位オーム接触を形成した例が報告された。しかし、特許文献２の方法では比接触抵抗（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が高く、熱的不安定性があり、製作工程が複雑であるといった問題があり、高品位の発光素子を製作し難い。

第二の問題は、短波長領域で高い透過度を有する良質のオーム接触システムがないということである。

現在、ＬＥＤ工程で使用しているＮｉ／Ａｕに対するシステムは、薄い（＜１００Å）のＮｉ／Ａｕ膜を利用して８０％以上の透過度を得ている。このように、極度に薄い金属層を利用したオーム接触は高い透過度を得られるが、一方、電流注入および伝播が難しく、発光素子の効率を低下させるおそれがある。
特開２００１−３５７９６号公報 韓国特許第２００１−０００２２６５号公報

本発明の目的は、前記問題点を改善するためのものであって、ｐ型熱電酸化物の薄膜（Ｐ−ｔｙｐｅ Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｏｘｉｄｅ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ：ＰＴＥ）を形成する合金または固溶体の優れた水素親和力を利用することによってＭｇ−Ｈ結合を破壊して、ＧａＮ半導体の表面部位での実効キャリア濃度を高め、前記ｐ型熱電酸化物の大きい仕事関数と短波長領域での高透過度とを利用して高品位オーム接触を形成できる薄膜電極を提供することである。

本発明が解決しようとする他の目的は、前記薄膜電極の製造方法を提供することである。

前記目的を達成するために本発明は、ｐ型ＧａＮ半導体層上に積層されたＰＴＥを形成するＮｉ系合金または固溶体（Ｎｉ−Ｘ^１）を含む第１電極層と前記第１電極層上に積層され、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｕおよびＣｏのうちから選択された少なくとも一つを含む第２電極層とを含むことを特徴とするｐ型ＧａＮ半導体のオーム接触形成のための薄膜電極を提供する。

本発明で、ＰＴＥを形成するＮｉ系合金または固溶体（Ｎｉ−Ｘ^１）はＮｉを母体とし
、前記Ｘ^１元素は元素周期律表上のＮａ、Ｖ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｓ、Ａｇ、ＳｒおよびＢａ群のうちから選択された何れか一つを含みうる。

本発明で、ＰＴＥを形成するＮｉ系合金またはＮｉ−Ｘ^１を構成するＸ^１元素の添加率は１〜９９原子％でありうる。

前記目的を達成するために本発明はまた、ｐ型ＧａＮ半導体層上に積層されたＰＴＥを形成するＣｕ系合金またはＣｕ−Ｘ^２より構成された第１電極層と前記第１電極層上に積層され、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｕおよびＣｏよりなる群のうちから選択される少なくとも一つを含む第２電極層とを含むオーム接触用薄膜電極を提供する。

前記ＰＴＥを形成するＣｕ系合金または固溶体（Ｃｕ−Ｘ^２）はＣｕを母体とし、Ｘ^２成分として元素周期律表上で１族元素、２族元素、３族元素、Ｚｎ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｚｒ、ＶおよびＴｉのうちから選択された何れか一つを含みうる。

前記Ｃｕ系合金または固溶体（Ｃｕ−Ｘ^２）を構成するＸ^２元素の添加率は１〜９９原子％でありうる。

前記目的を達成するために本発明はまた、ｐ型ＧａＮ半導体層上に積層されたＰＴＥを形成するＣｏ系合金または固溶体（Ｃｏ−Ｘ^３）より構成された第１電極層と前記第１電極層上に積層され、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｕおよびＣｏ群のうちから選択された少なくとも一つを含む第２電極層とを含むオーム接触用薄膜電極を提供する。

この時、前記ＰＴＥを形成するＣｏ系合金または固溶体（Ｃｏ−Ｘ^３）はＣｏを母体とし、Ｘ成分として元素周期律表上で１族元素、２族元素、３族元素、Ｚｎ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｚｒ、ＶおよびＴｉよりなる群のうちから選択された何れか一つを含みうる。

前記Ｃｏ系合金または固溶体（Ｃｏ−Ｘ^３）を構成するＸ^３元素の添加率は１〜９９原子％でありうる。

前記目的を達成するために本発明はまた、ｐ型ＧａＮ半導体層上に積層されたＰＴＥを形成するＸ^３成分がドーピングされたＮｉＯより構成された第１電極層と前記第１電極層上に積層され、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｕおよびＣｏよりなる群のうちから選択された何れか一つを含む第２電極層とを含むことを特徴とするオーム接触用薄膜電極を提供する。

この時、前記ＰＴＥを形成するドーピングされたＮｉＯは、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎのうち選択された少なくとも何れか一つの成分がドーピングされており、原子量０．１〜５．１％範囲内にドーピングしうる。

前記第１および第２電極層の厚さはそれぞれ１〜１０，０００Åおよび１〜５０，０００Åでありうる。

前記１族元素はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂのうちから選択された何れか一つを含み、２族元素はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちから選択された何れか一つを含み、３族元素はＳｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕのうちから選択された何れか一つを含みうる。

前記ｐ型ＧａＮ半導体層と前記ＰＴＥを形成する第１電極層間にＮｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｅ、ＲｕおよびＩｒのうちから選択された何れか一つよりなる純金属層をさらに含みうる。

前記純金属層は１〜１，０００Åの厚さに形成しうる。
前記ｐ型ＧａＮ半導体層はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０＜ｘ，ｙ，ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなりうる。

前記他の目的を達成するために本発明は、ｐ型ＧａＮ半導体層上に発光素子用薄膜電極を製造する方法において、前記ｐ型ＧａＮ半導体層上で不純物を除去する段階と前記不純物が除去されたｐ型ＧａＮ半導体層上に２×１０^−６〜５×１０^−８Ｔｏｒｒ（２．６６６×１０^−４〜６．６６５×１０^−６Ｐａ）の圧力下で固溶体を蒸着させる段階および前記蒸着後に２５０〜８００℃の温度で空気、酸素または窒素雰囲気下で３０秒〜１時間熱処理する段階を含む発光素子（ＬＥＤおよびＬＤ）用薄膜電極の製造方法を提供する。

前記他の目的を達成するために本発明はまた、ｐ型ＧａＮ半導体層上に発光素子用薄膜電極を製造するにおいて、前記ｐ型ＧａＮ半導体層上で炭素および酸素層のような不純物を除去する段階、２×１０^−６〜５×１０^−８Ｔｏｒｒ（２．６６６×１０^−４〜６．６６５×１０^−６Ｐａ）の圧力下でＮｉＬａ、ＮｉＣａ、ＮｉＬａＯ_３、ＮｉＣａＯ_２、ＰｄＣｏＯ_２、Ｎａ_ｍＣｏＯ_２（０≦ｍ＜１）、ＮａＣｏ_２Ｏ_４およびＬａ_２ＣｕＯ_４のうち選択された何れか一つを前記ｐ型ＧａＮ半導体層上に積層させる段階および前記蒸着後に２５０〜８００℃の温度で空気、酸素または窒素雰囲気下で３０秒〜１時間熱処理する段階を含むことを特徴とする発光素子用薄膜電極の製造方法を提供する。
前記他の目的を達成するために本発明はまた、ｐ型ＧａＮ半導体層上に発光素子用薄膜電極を製造するにおいて、合金または固溶体を蒸着する前に前記ｐ型ＧａＮ半導体層上で炭素および酸素層のような不純物を除去する段階、電子線金属蒸着器、スパッタリング装置、およびパルスレーザー蒸着器（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｒ）のうち何れか一つを利用して２×１０^−６〜５×１０^−８Ｔｏｒｒ（２．６６６×１０^−４〜６．６６５×１０^−６Ｐａ）の圧力下で合金または固溶体を蒸着させる段階および前記蒸着後に２５０〜８００℃の温度で空気、酸素または窒素雰囲気下で合金または固溶体が蒸着された結果物を３０秒〜１時間熱処理する段階を含むことを特徴とする発光素子用薄膜電極の製造方法を提供する。

本発明を利用すれば、ｐ型熱電酸化物の優秀な電気伝導性および熱的安定性を利用して従来の一般金属電極を代替できる。そして、ｐ型熱電酸化物の主要母体金属であって、熱力学的にＧａＮ関連化合物を形成するのに有利なＮｉ、Ｃｏ、およびＣｕなどを使用してｐ型ＧａＮ半導体の表面に多量のＧａ空孔を生成することもある。

本発明によるｐ型熱電酸化物の薄膜は、オーム接触形成時に、低い比接触抵抗、優秀な電流−電圧特性、良好な表面状態および高い透明性などの優秀な電気的、光学的特性が期待されるので、今後ＧａＮを用いたＬＥＤおよびＬＤの電気的、光学的効率が高まって良質のＬＥＤおよびＬＤの開発に利用されうる。

本発明の第一は、ｐ型ＧａＮ層上に積層され、ｐ型熱電酸化物を形成できる合金または固溶体を含む第１電極層と、第１電極層上に積層された第２電極層とを含むことを特徴とするｐ型ＧａＮ半導体のオーミックコンタクトのための薄膜電極である。

以下、添付した図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施の形態による薄膜電極を含む積層物を示す。

図１を参照すれば、薄膜電極を含む積層物は、基板層１上にｐ型ＧａＮ半導体層２、第１電極層４および第２電極層５が順次に積層されている。

基板層１は特に限定されないが、サファイア、ＳｉＮ、ＧａＮまたはＧａＡｓなどを用いることが好ましい。

ｐ型ＧａＮ半導体層２としてはＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０＜ｘ,ｙ,ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることが好ましい。

第１電極層４は、ｐ型熱電酸化物の薄膜を形成する合金または固溶体を含むｐ型ＧａＮ半導体のオーム接触を形成するための電極である。前記合金または固溶体は、前記ｐ型ＧａＮ半導体内のＭｇ−Ｈ結合を破壊し易く、Ｇａと化合物を形成するだけでなく、熱処理時に大きい仕事関数を有するｐ型熱電透明伝導性酸化物に変化することが望ましい。第１電極層４の厚さは１〜１０，０００Åが好ましく、より好ましくは１〜４，０００Åである。また、１００Å以上の厚さでも高い光の透過度を有する物質であることが望ましい。

前記合金または固溶体として、Ｎｉ−Ｘ^１、Ｃｕ−Ｘ^２もしくはＣｏ−Ｘ^３またはＮｉ−Ａｌ、Ｎｉ−ＧａもしくはＮｉ−Ｉｎの酸化物が好ましい。前記Ｘ^１として、Ｎａ、Ｖ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｓ、Ａｇ、ＳｒまたはＢａが好ましい。前記Ｘ^２および前記Ｘ^３として、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｆｒ，Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｚｒ、ＶまたはＴｉが好ましく、より好ましくは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｚｒ、ＶまたはＴｉである。Ｘ^１、Ｘ^２またはＸ^３の添加率は１〜９９原子％が好ましい。

Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−ＧａまたはＮｉ−Ｉｎの酸化物としては、Ｎｉ−Ａｌ−Ｏ、Ｎｉ−Ｇａ−ＯまたはＮｉ−Ｉｎ−Ｏなどが好ましい。また、Ｎｉは０．１〜４９原子％の範囲内でドーピングされることが好ましく、より好ましくは０．１〜５．１原子％である。

ｐ型熱電酸化物としては、ＳｒＣｕ_２Ｏ_２、ＺｎＲｈ_２Ｏ_４、ＣｕＧａＯ_２、ＰｄＣｏＯ_２、Ｎａ_ｍＣｏＯ_２（０≦ｍ＜１）、ＮａＣｏ_２Ｏ_４またはＬａ_２ＣｕＯ_４が好ましい。

上述のようにｐ型ＧａＮ半導体層２と接触する前記合金または固溶体は、低い温度（６００℃以下）で熱処理する時、ＧａＮ半導体内のＭｇ−Ｈ結合を容易に破壊し、Ｇａと化合物とを形成して界面でのエネルギー障壁のＳＢＷを狭められるだけでなく、大きい仕事関数を有するｐ型熱電酸化物に変化して界面でのエネルギーバンドギャップを調節してＳＢＨを低くできる。

このようなｐ型ＧａＮ半導体層２の表面でのドーパントのＭｇの再活性化とＧａ空孔による表面の高い実効キャリア濃度（＞１０^１８／ｃｍ^３）とは、ｐ型ＧａＮ半導体層２と接触する電極間の界面に存在するＳＢＷを狭めて多数キャリアであるホールが量子概念のトンネリング効果を通じてキャリアの高伝導現象を発生させうる。

また、６００℃以下で熱処理する時、合金または固溶体電極が、大きい仕事関数を有するｐ型熱電透明伝導性酸化物に変化してｐ型ＧａＮ半導体とこれらｐ型熱電酸化物間のＳＢＨを低めてキャリアのフローをさらに容易にでき、その結果高品位オーム接触を形成できる。

第２電極層５は、薄膜電極の最上層にＬＥＤまたはＬＤなどの素子製作工程に適用される高温（３００〜７００℃）工程中に発生する表面劣化現象の防止能があり、酸化に安定的でワイヤー接着性が良く、優れた透明性を有する物質が望ましい。第２電極層５の成分は特別に限定されない。しかし、前記のような要求条件を満足させる最上層の代表的な例としては、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｕまたはＣｏなどが好ましい。より好ましくはＡｕ，ＰｄまたはＰｔである。第２電極層５の厚さは１〜５，０００Åであることが好ましく、より好ましくは１〜３，０００Åである。

図２は、本発明の第２実施の形態による薄膜電極を含む積層物を示す。

図２を参照すれば、基板層１上にｐ型ＧａＮ半導体層２、純金属層３、第１電極層４および第２電極層５が順次に積層されている。

基板層１、ｐ型ＧａＮ半導体層２、第１電極層４および第２電極層５は、前記第１実施の形態による本発明の薄膜電極に関する説明で言及したものと同じである。

純金属層３は、ｐ型ＧａＮ半導体層２上に蒸着した後、低温で熱処理する時にＧａと優先的に化合物を形成できる金属層が望ましい。純金属層３は、他の金属に比べて大きい仕事関数を有しつつＧａ関連化合物形成能が優秀な金属、例えばＮｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、ＲｅまたはＲｕなどよりなることが望ましい。

図３は、本発明の一実施例による電極薄膜で５×１０^１７／ｃｍ^３のキャリア濃度を有するｐ型ＧａＮ半導体層上にＣｕ−Ｌａ合金／Ａｕを蒸着した後、熱処理前後に測定した電流−電圧特性を表す。

図３を参照すれば、空気雰囲気下で５５０℃、１分間熱処理した後、電流−電圧特性を測定した結果から約１０^−６Ω・ｃｍ^２の比接触抵抗が得られることが分かる。

熱処理後に得られたグラフは、優秀なオーム接触特性を表す明確な線形グラフであるが、熱処理前に得られたグラフでは整流性接触特性である非線形グラフを表している。

図４は、本発明の一実施の形態による電極薄膜で５×１０^１７／ｃｍ^３のキャリア濃度を有するｐ型ＧａＮ半導体の上部にＧａ関連化合物を形成する純金属、Ｐｄ／Ｃｕ−Ｌａ合金／Ａｕを蒸着させた後、熱処理前後に測定した電流−電圧特性を表す。

図４を参照すれば、５５０℃、１分間熱処理した後、電流−電圧特性を測定した結果、オーム比接触抵抗値が１０^−６Ω・ｃｍ^２以下であることが分かり、オーム接触特性を表す明確な線形グラフを得られた。

前記ｐ型熱電酸化物を利用した高品位オーム接触の形成技術は、一般的な上部発光ＬＥＤだけでなく、発光効率を高めるために考案されたフリップチップＬＥＤ（Ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ ＬＥＤ）でのオーム接触形成にも使用されうる。

本発明の第二は、ｐ型ＧａＮ半導体層上に薄膜電極を製造する方法において、ｐ型ＧａＮ半導体層上の不純物を除去する第１段階と、不純物が除去されたｐ型ＧａＮ層上に固溶体を蒸着させる第２段階と、固溶体が蒸着された結果物を熱処理する第３段階と、を含むことを特徴とする発光素子用薄膜電極の製造方法である。

前記第１段階は、ｐ型ＧａＮ層上の不純物を除去する段階である。不純物の除去方法としては、洗浄溶液を用いて表面洗浄を行うことが好ましく、洗浄溶液としては、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、クロロホルムまたはメチレンクロライドなどの塩素系有機溶媒；アセトン、メチルエチルケトンまたはメチルイソブチルケトンなどのケトン類；メタノールまたはエタノールなどのアルコール類；蒸溜水などがあげられる。このなかではトリクロロエチレン、アセトン、メタノールおよび蒸溜水が好ましい。

前記第２段階は、不純物が除去されたｐ型ＧａＮ半導体層上に合金または固溶体を積層させる段階である。積層の方法としては蒸着が好ましく、蒸着装置として電子線金属蒸着器、スパッタリング装置またはパルスレーザー蒸着器を用いることができる。蒸着の圧力は１×１０^−４〜５×１０^−８Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−２〜６．６６６×１０^−６Ｐａ）が好ましく、より好ましくは２×１０^−６〜５×１０^−８Ｔｏｒｒ（２．６６６×１０^−４〜６．６６５×１０^−６Ｐａ）である。

合金または固溶体とは、上述した、第一電極および第２電極のことであり、更に純金属層を含みうる。

前記第３段階は、合金または固溶体が積層された結果物を熱処理する段階である。熱処理温度は２５０〜８００℃が好ましく、より好ましくは３００〜７００℃である。熱処理雰囲気は空気、酸素が好ましい。ただし、合金または固溶体として酸化物を蒸着した場合には、窒素雰囲気で熱処理を行うこともできる。熱処理時間は３０秒〜１時間が好ましく、より好ましくは１分である。

熱処理は、第１電極層を積層した後に行う。第２電極を積層した後に熱処理を行うと、第２電極層と第１電極層との結着性が向上する点や、効率の点から好ましい。

次には、本発明と関連して本発明者が実施した実験例について説明する。下記実験例は、本発明の理解を助けるために提示されるものに過ぎず、本発明の範囲がこれら実験例に限定されると解釈されることは望ましくない。

（実験例１）
ｐ型ＧａＮ半導体をトリクロロエチレン、アセトン、メタノール、蒸溜水の順序で超音波洗浄器内で６０℃でそれぞれ５分ずつ表面洗浄した後、試料に残っている水分を除去するために１００℃で１０分間乾燥（ハードベーキング）した。次いで、フォトレジストを４，０００ｒｐｍでスピンコーティングした。その後、８８℃で１０分間乾燥（ソフトベーキング）し、マスクパターンを現像するためにマスクと試料とを一致させた後、２２．８ｍＷの紫外線に１０秒間露出し、現像液と蒸溜水との比を１：４に混合した溶液中に試料を浸漬させて１５秒ほど現像した。

次いで、ＢＯＥ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｔｃｈ）溶液を利用して現像された試料にある汚染層を除去するために５分間浸漬させ、電子ビーム蒸着器を利用してＣｕ−Ｌａ合金とＡｕとをそれぞれ５０Åずつを蒸着した。アセトンによるリフトオフ工程を経た後、急速加熱炉内に試料を入れて空気雰囲気下で５５０℃、１分間熱処理してオーム接触形成のための金属薄膜を製造した。製造した薄膜電極を用いて電流−電圧特性を測定した結果を図３に示す。図３に関しては、上述のとおりである。

（実験例２）
電子ビーム蒸着器で電極物質を蒸着する工程までは前記実験例１と同じであり、次いで電子ビーム蒸着器を利用してＰｄ／Ｃｕ−Ｌａ合金／Ａｕの順にそれぞれ５０Åの厚さに蒸着した。アセトンによるリフトオフ工程を経た後、急速加熱炉内に試料を入れて空気雰囲気下で５５０℃、１分間熱処理してオーム接触形成のための薄膜電極を製造した。製造した薄膜電極を用いて電流−電圧特性を測定した結果を図４に示す。図４に関しては、上述のとおりである。

以上、本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から外れていない範囲内で本発明を多様に修正および変更させうることが分かる。

本発明の薄膜電極は、発光素子、例えばＬＤおよびＬＥＤの電極として使用されうるだけでなく、良好なオーム接触を必要とする全ての電子装置の電極として使用されうる。

本発明の一実施例による第１側面による薄膜電極の断面図である。 本発明の一実施例による第２側面による薄膜電極の断面図である。 本発明の一実施例による薄膜電極で５×１０^１７のキャリア濃度（数／ｃｍ^３）を有するｐ型ＧａＮ半導体の上部にＣｕ−Ｌａ合金／Ａｕを蒸着させた後、熱処理前後に対する電流−電圧特性を表したグラフである。 本発明の一実施例による電極薄膜で５×１０^１７のキャリア濃度（数／ｃｍ^３）を有するｐ型ＧａＮ半導体の上部にＧａ関連化合物を形成する純金属、Ｐｄ／Ｃｕ−Ｌａ合金／Ａｕを蒸着させた後、熱処理前後に対する電流−電圧特性を表したグラフである。

符号の説明

１…基板層、
２…ｐ型ＧａＮ半導体層、
３…純金属電極層、
４…第１電極層、
５…第２電極層

Claims (5)

1. ｐ型ＧａＮ半導体層上に積層され、ｐ型熱電酸化物を形成できるＡｌ、ＧａおよびＩｎよりなる群のうちから選択された少なくとも一つの成分がドーピングされたＮｉ酸化物より構成された第１電極層と、
   前記第１電極層上に積層され、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｕおよびＣｏよりなる群のうちから選択された少なくとも一つを含む第２電極層と、を含むことを特徴とするｐ型ＧａＮ半導体のオーム接触形成のための薄膜電極。
2. 前記Ｎｉ酸化物は、０．１〜５．１原子％の範囲内にドーピングされることを特徴とする請求項１に記載のｐ型ＧａＮ半導体のオーム接触形成のための薄膜電極。
3. 前記ｐ型ＧａＮ半導体層と前記第１電極層との間にＮｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｅ、ＲｕおよびＩｒよりなる群のうちから選択された何れか一つよりなる純金属層がさらに備わったことを特徴とする請求項１または２に記載のｐ型ＧａＮ半導体のオーム接触形成のための薄膜電極。
4. 前記純金属層の厚さは１〜１，０００Åであることを特徴とする請求項３に記載のｐ型ＧａＮ半導体のオーム接触形成のための薄膜電極。
5. 前記ｐ型ＧａＮ半導体層はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０＜ｘ，ｙ，ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）よりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のｐ型ＧａＮ半導体のオーム接触形成のための薄膜電極。

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