JP4812351B2 - 化合物半導体素子の電極の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、化合物半導体素子の電極形成方法に関する。
化合物半導体を利用した発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）またはレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）のような光デバイスを具現するためには、半導体層と電極との間に高品質のオーミック接触を形成することが非常に重要である。
窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の場合には、ｐ型ＧａＮ半導体層に対する電極として、Ｎｉを基本とする金属薄膜構造、すなわちＮｉ／Ａｕの透明金属薄膜が使われうる（特許文献１、特許文献２参照）。
前記Ｎｉ／Ａｕの金属薄膜は、酸素（Ｏ２）雰囲気で熱処理されたとき、１０−４〜１０−３Ωｃｍ２ほどの低い非接触抵抗を有するオーミック接触を形成することが知られている。かような低い非接触抵抗により、５００℃−６００℃の酸素雰囲気で、Ｎｉ／Ａｕ薄膜の熱処理時に、酸化ニッケルが島状のＡｕ薄膜間とその上とに形成されることにより、ＧａＮとＮｉとの界面でのショットキー障壁の高さが減少する。従って、ショットキー障壁の高さ減少により、ＧａＮ表面付近に多数のキャリアであるホールを容易に供給し、ＧａＮ表面付近での実効キャリア濃度が上昇する。
しかし、上記の通りに電極を形成するためにｐ型ＧａＮ半導体層上にＮｉ／Ａｕ層を蒸着し、これを酸素雰囲気で熱処理すると、Ｎｉ／Ａｕ層の内部にボイドが形成されてしまう。かようなボイドの形成は、ＬＤの場合には動作電圧を上昇させ、ＬＥＤの場合には、出力を減少させる原因になる。
米国特許Ｐ５，８７７，５５８明細書
米国特許Ｐ６，００８，５３９明細書
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出され、電極形成時にボイドの生成を抑制することのできる化合物半導体素子の電極形成方法を提供するところにその目的がある。
前記の目的を解決するために、本発明による化合物半導体素子の電極形成方法は、ｐ型化合物半導体層上に第１電極層を形成するステップと、前記第１電極層を酸素が含まれた雰囲気でプラズマ処理するステップとを含む。
ここで、前記第１電極層上に第２電極層を形成するステップがさらに含まれうる。
前記第１電極層は、酸素が含まれた雰囲気でプラズマ処理されることにより、前記第１電極層の少なくとも一部が酸化されるか、または前記第１電極層の少なくとも一部に酸素が含まれうる。
前記電極の形成方法としては、第１電極層または第１及び第２電極層を窒素及び酸素のうち、少なくとも一方を含む雰囲気、または真空雰囲気で熱処理するステップがさらに含まれうる。
前記ｐ型化合物半導体層は、ｐ型ＧａＮ半導体層を含むことができる。
前記第１電極層は、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｚｎ、Ｚｎ合金、Ｍｇ、Ｍｇ合金、Ｒｕ、Ｒｕ合金及びＬａ合金からなるグループから選択された少なくとも一つからなりうる。また、前記第１電極層は、ＩＴＯ、酸化亜鉛のような透明伝導性酸化物からなりうる。
前記第１電極層は、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法により５μｍ以下の厚さに形成可能である。
前記第２電極層は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ及び透明伝導性酸化物からなるグループから選択された少なくとも一つからなりうる。一方、前記第２電極層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈのような高反射物質からなることも可能である。
本発明による化合物半導体素子の電極の形成方法によれば、電極内部でのボイド生成を防止することができる。従って、ＬＤの場合には、動作電圧を減少させることができ、ＬＥＤの場合には、出力を増大させられる。
以下、添付された図面を参照し、本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を指す。
図１Ａないし図１Ｅは、本発明の実施形態による化合物半導体素子の電極形成方法を説明するための図面である。
まず、図１Ａを参照すれば、ｐ型化合物半導体層１００上に、第１電極層１１０を形成する。前記ｐ型化合物半導体層１００は、ｐ型ＧａＮ半導体層であることが望ましい。ここで、前記ｐ型化合物半導体層１００は、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層及び前記ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に形成された発光層を備える発光素子でのｐ型クラッド層になり、前記第１電極層１１０は、前記ｐ型クラッド層上に形成されるオーミックコンタクト層になりうる。
前記第１電極層１１０は、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法により、ほぼ５μｍ以下の厚さに形成可能である。ここで、前記第１電極層１１０は、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｚｎ、Ｚｎ合金、Ｍｇ、Ｍｇ合金、Ｒｕ、Ｒｕ合金及びＬａ合金からなるグループから選択された少なくとも１つの物質からなりうる。また、前記第１電極層１１０は、ＩＴＯ、酸化亜鉛のような透明伝導性酸化物からなることも可能である。
次に、図１Ｂに図示されたように、ｐ型化合物半導体層１００上に蒸着された第１電極層１１０を、酸素を含む雰囲気でプラズマ処理をする。このように、第１電極層１１０をプラズマ酸化処理すれば、図１Ｃに図示されたように、前記第１電極層１１０の上部には、第１電極層１１０が酸化された酸化層１１０’が形成されうる。一方、前記プラズマ酸化処理により、前記第１電極層１１０の上部には、酸素を含有する層も形成される。
次に、図１Ｄを参照すれば、前記酸化層１１０’または酸素を含有する層上に、第２電極層１２０を形成する。ここで、前記第２電極層１２０は、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法により形成されうる。
前記第２電極層１２０は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ及び透明伝導性酸化物からなるグループから選択された少なくとも１つの物質からなりうる。ここで、前記透明伝導性酸化物は、ＩＴＯ、酸化亜鉛などになりうる。一方、前記第２電極層１２０は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈのような高反射物質からなることも可能である。
最後に、図１Ｅを参照すれば、図１Ｄに図示された結果物を窒素及び酸素のうち、少なくとも一方を含む雰囲気、または真空雰囲気で急速熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）すれば、前記第１電極層１１０の上部に形成された酸化層１１０’、または酸素を含有する層から酸素が第１電極層１１０に広がることにより、ｐ型化合物半導体層１００上には、全部が酸化された第１電極層１３０が形成される。この過程で、第１電極層１１０の酸化は、外部から酸素が流入されることがなく、拡散により起こるために、ボイド生成を抑制できる。
以上では、前記プラズマ酸化処理により第１電極層１１０の一部に酸化層１１０’が形成されるか、または酸素を含む層が形成される場合が説明されたが、本実施形態では、前記プラズマ酸化処理により、前記第１電極層１１０の全部が酸化されるか、または前記第１電極層１１０の全部に酸素が含まれうる。
図２は、Ｎｉ層（第１電極層）をプラズマ酸化処理し、前記Ｎｉ層上にＡｕ層（第２電極層）を蒸着した後、これを熱処理する前と、窒素雰囲気でＲＴＡした後とで、ＬＥＤの電流−電圧を測定した結果を表したものである。ここで、前記Ｎｉ層のプラズマ酸化時間は、それぞれ１ｍｉｎ、３ｍｉｎ、５ｍｉｎ及び１０ｍｉｎとした。
図２を参照すれば、プラズマ酸化時間が延長されるにつれ、電圧が高まることが分かるが、それは、Ｎｉ層の酸化が進んでいることを示す。そして、Ａｕ層の蒸着後に、窒素雰囲気でＲＴＡを行えば、電圧が急激に下がることが分かるが、それは、Ｎｉ層に含まれていた酸素により酸化ニッケルが形成されたことを示す。
図３は、Ｒｕ層（第１電極層）をプラズマ酸化処理し、前記Ｒｕ層上に高反射物質であるＡｇ層（第２電極層）を蒸着した後、これを熱処理する前と、窒素雰囲気でＲＴＡした後とでＬＥＤの電流−電圧を測定した結果を表したものである。ここで、前記Ｒｕ層のプラズマ酸化時間は、それぞれ１ｍｉｎ、３ｍｉｎ、５ｍｉｎ及び１０ｍｉｎとした。
図３を参照すれば、プラズマ酸化時間が延長されるにつれ、電圧が上昇することが分かるが、それは、Ｒｕ層の酸化が進んでいることを示す。そして、Ａｇ層の蒸着後、窒素雰囲気でＲＴＡを行えば、電圧が急激に下がることが分かるが、それは、Ｒｕ層に含まれていた酸素により、酸化ルテニウムが形成されたことを示す。
以上、本発明による望ましい実施形態を説明したが、それは例示的なものに過ぎず、当分野で当業者ならば、それから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるということが分かるであろう。すなわち、前述した実施形態では、電極を形成するためにｐ型化合物半導体層上に第１及び第２電極層が形成された場合が説明されたが、本発明ではこれに限定されず、第２電極層上に他の電極層が形成されることもある。そして、本発明では、ｐ型化合物半導体層上に１層の電極層を形成してプラズマ処理するか、またはプラズマ処理された電極層を熱処理することにより、電極を形成することもできる。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まるものである。
本発明はＬＥＤまたはＬＤのような化合物半導体素子関連の技術分野に効果的に適応可能である。
１００ ｐ型化合物半導体層
１１０ 第１電極層
１１０’ 酸化層
１２０ 第２電極層
１３０ 酸化された第１電極層
１１０ 第１電極層
１１０’ 酸化層
１２０ 第２電極層
１３０ 酸化された第１電極層
Claims (13)
- ｐ型化合物半導体層上に第１電極層を形成する第1電極形成ステップと、
前記第１電極層を酸素が含まれた雰囲気でプラズマ処理し、前記第１電極層の一部が酸化されるか、または、前記第１電極層の一部に酸素が含まれるプラズマ処理ステップと、
前記プラズマ処理された前記第１電極層上に第２電極層を形成する第２電極層形成ステップと、
前記第1電極層および前記第２電極層が熱処理されて、前記プラズマ処理ステップで前記第1電極層の一部に含まれた酸素が前記第1電極層の全体に広がる熱処理ステップと、
を含むことを特徴とする化合物半導体素子の電極の製造方法。 - 前記熱処理ステップで、前記第１電極層及び前記第２電極層を窒素及び酸素のうち、少なくとも一方を含む雰囲気、または真空雰囲気で熱処理する請求項１に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
- 前記ｐ型化合物半導体層は、ｐ型窒化ガリウム半導体層を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
- 前記第１電極層は、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｚｎ、Ｚｎ合金、Ｍｇ、Ｍｇ合金、Ｒｕ、Ｒｕ合金及びＬａ合金からなるグループから選択された少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
- 前記第１電極層は、透明伝導性酸化物からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の化合物半導体素子の電極形成方法。
- 前記透明伝導性酸化物は、ＩＴＯまたは酸化亜鉛であることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体素子の電極形成方法。
- 前記第１電極層は、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
- 前記第１電極層は、５μｍ以下の厚さに形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
- 前記第２電極層は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ及び透明伝導性酸化物からなるグループから選択された少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
- 前記透明伝導性酸化物は、ＩＴＯまたは酸化亜鉛であることを特徴とする請求項９に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
- 前記第２電極層は、高反射物質からなることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
- 前記第２電極層は、Ａｇ、Ａｌ及びＲｈからなるグループから選択された少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１１に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
- 前記第２電極層は、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の化合物半導体素子の電極の製造方法。
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