JPH07288321A - 3−5族化合物半導体用電極材料とその電極 - Google Patents
3−5族化合物半導体用電極材料とその電極Info
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Abstract
で表される3−5族化合物半導体と低接触抵抗を示す電
極材料と電極を提供し、低電圧駆動できる発光装置を実
現する。 【構成】NH3とトリメチルGaとH2及びMgを含む
有機ガスを用い、MOVPE法によりGaN系半導体を
作製した。サファイアC面を研磨洗浄した基板4をH2
中1100℃に加熱しながらHClガスを流し、炉とサ
セプタや基板をエッチングした後、さらにH2で洗浄し
た。次に600℃でGaNバッファ層5を成膜後、11
00℃でMgドープしたGaN6を3μm厚さに成膜し
た。基板を炉より取出しN2中800℃20分アニール
したGaN膜はp型を示し、その膜上にMgとAuを順
次電極パターンに真空蒸着した。Au電極の場合アニー
ルの有無によらず内側の円形電極が+になる順方向に4
V加えた時電流は約1.4mAであるが、Mgが0.3
W%で900℃アニールの場合3mA、Mg/W%で8
00℃以上の場合4mAで良い低抵抗電極が得られた。
Description
電極材料とその電極に関する。
紫外もしくは青色のレーザーダイオード等の発光デバイ
スの材料として、一般式Inx Gay Alz N(ただ
し、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z
≦1)で表される3−5族化合物半導体が知られてい
る。しかし、該化合物半導体の物性については、未だ詳
しい研究が行なわれておらず、p型の3−5族化合物半
導体層と充分に低い接触抵抗を有する電極材料も得られ
ていないのが実状である。しかし、3−5族化合物半導
体を利用して、電流注入特性の良好な発光デバイスを実
現するには、p型化合物半導体層と低い接触抵抗を有す
る電極材料が望まれていた。
不純物をドープした一般式Inx Gay Alz N(ただ
し、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z
≦1)で表される3−5族化合物半導体と低い接触抵抗
を有する電極材料とその電極を提供して、高輝度化、低
電圧駆動化できる発光デバイスを実現することにある。
な事情をみて鋭意検討した結果、特定の材料とAuとの
合金を用いると低い接触抵抗が得られることを見出し、
本発明を完成するに至った。
z N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦
1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導体用電
極材料であって、Auと、Mg及び/又はZnとを含む
合金であることを特徴とする3−5族化合物半導体用電
極材料。 (2)p型不純物をドープした一般式Inx Gay Al
z N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦
1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導体用電
極であって、該化合物半導体上に(1)記載の電極材料
から形成されてなる3−5族化合物半導体用電極。
おける3−5族化合物半導体とは、p型不純物をドープ
した一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z
=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表され
る3−5族化合物半導体である。
は、分子線エピタキシー(以下、MBEと記すことがあ
る。)法、有機金属気相成長(以下、MOVPEと記す
ことがある。)法、ハイドライド気相成長(以下、HV
PEと記すことがある。)法などが挙げられる。なお、
MBE法を用いる場合、窒素原料としては、窒素ガス、
アンモニア、及びその他の窒素化合物を気体状態で供給
する方法である気体ソース分子線エピタキシー(以下、
GSMBEと記すことがある。)法が一般的に用いられ
ている。この場合、窒素原料が化学的に不活性で、窒素
原子が結晶中に取り込まれにくいことがある。その場合
には、マイクロ波などにより窒素原料を励起して、活性
状態にして供給することで、窒素の取り込み効率を上げ
ることができる。MOVPE法の場合、AlNやGaN
をバッファ層とし、このバッファ層上に該化合物半導体
を成長する、いわゆる二段階成長法で、高品質の化合物
半導体を得ることができる(特開平2−229476号
公報、特開平4−297023号公報)。
は、Mg、Zn、Cd、Be、Ca、Hgが挙げられ、
中でもMg、Znが好ましく、Mgがさらに好ましい。
p型不純物を与える原料について次に説明する。GSM
BE法により該3−5族化合物半導体を製造する場合
で、ドーパントの単体そのものが成長装置内で他の分子
線の妨げにならないような蒸気圧に制御できる場合に
は、これらの単体をそのまま用いることができる。
な揮発性の原料を用いることができる。Mg原料として
は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム〔(C5 H
5 )2Mg、以下Cp2Mgと記すことがある。〕、ビ
スメチルシクロペンタジエニルマグネシウム〔(CH3
C5 H4 )2 Mg〕、ビスイソプロピルシクロペンタジ
エニルマグネシウム〔(i−C3 H7 C5 H4 )2 M
g〕などが挙げられる。Zn原料としては、ジメチル亜
鉛〔(CH3 )2 Zn〕、ジエチル亜鉛〔(C 2 H5 )
2 Zn〕等の一般式R1 R2 Zn(式中、R1 、R2 は
それぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基である。)で
表わされるアルキル亜鉛などが挙げられる。Cd用原料
としては、ジメチルカドミウム〔(CH3 )2 Cd〕等
のアルキルカドミウムなどが挙げられる。Be用原料と
しては、ジエチルベリリウム〔(C2 H5 )2 Be〕、
ビスメチルシクロペンタジエニルベリリウム〔(CH3
C5 H4 )2 Be〕などが挙げられる。Hg用原料とし
ては、ジメチル水銀〔(CH3 )2 Hg〕、ジエチル水
銀〔(C2 H5 )2 Hg〕等の一般式R1 R2 Hg(式
中、R1 、R2 はそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキ
ル基である。)で表されるアルキル水銀などが挙げられ
る。
は、Auと、Mg及び/又はZnとを含む合金である。
具体的には、Au−Mg、Au−Zn、Au−Mg−Z
n合金が挙げられる。Mgを含む合金中のMgの好まし
い濃度は、0.1〜2.5重量%である。また、Znを
含む合金中のZnの好ましい濃度は、1〜30重量%で
ある。該化合物半導体上に該電極材料から形成されてな
る本発明の3−5族化合物半導体用電極を用いると、電
極材料と化合物半導体との接触抵抗が小さくなり、高輝
度であり、低電圧で駆動できる発光デバイスを実現でき
る。
製方法について例を挙げて具体的に説明する。初めに、
公知の方法により、p型不純物をドープした一般式In
x Gay Al z N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦
1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合
物半導体を成長させる。次いで本発明の電極材料を蒸着
する。ここで、3−5族化合物半導体に電子線を照射す
るか又は500℃以上に加熱することによりアニーリン
グした後、本発明の電極材料を蒸着することが好まし
い。蒸着方法としては、例えば、AuとZnとの合金の
場合には、Au−Zn合金をタングステンボートを用い
て、抵抗加熱方式により真空蒸着する方法が挙げられ
る。
真空蒸着等により順次成膜した積層膜を、膜形成後にア
ニール処理により合金化することもできる。該アニール
処理により電気的接触をさらに向上させる効果もあり得
るので好ましい。アニールする雰囲気としては、充分精
製された窒素やアルゴン等の不活性ガスなどを用いるこ
とができる。アニール温度としては、200℃以上11
00℃以下が好ましい。さらに好ましくは300℃以上
1000℃以下である。アニール温度が低過ぎると充分
な効果が得られにくく、またアニール温度が高過ぎると
素子を構成する材料又は電極金属の変性を起こし、素子
の特性を劣化させることになるので好ましくない。アニ
ール時間はアニール温度にもよるが、1秒以上2時間以
下が好ましい。さらに好ましくは、2秒以上30分以下
である。アニール時間が短過ぎると充分な効果が得られ
ず、また長過ぎると素子の構成材料が変性を起こし、素
子特性の低下を引き起こしたり、また生産性が悪くなっ
たりするので好ましくない。
発明の電極上に、本発明の目的を損なわない範囲で、さ
らにその他の金属を積層して機械的強度等の特性を増す
ことができる。具体的には、そのような例として、図1
に示すように、該化合物半導体1の上に、本発明の電極
材料から形成されてなる第1の電極2の表面と、該化合
物半導体1の表面とに共に、第2の金属電極3が接して
なるものが挙げられる。該第2の金属電極に用いる金属
としては、Al、Ti又はCrが挙げられ、特にAlは
この中でも密着性が特に優れるため好ましい。電極端子
は通常第2の金属電極に接合される。
が、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、
用いた個々のp型GaNについてAu電極を作製し、こ
のAu電極との比較を行った。 実施例1、比較例1 窒化ガリウム系半導体は、常圧でのMOVPE法による
気相成長により作製された。用いたガスは、NH3 とキ
ャリアガス(H2 )とトリメチルガリウム〔Ga(CH
3 )3 、以下「TMG」と記す。〕である。また、p型
ドーパントとしてMgをドープするために、ビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム〔(C5 H 5 )2 Mg〕を
用いた。
作製した。基板はサファイアC面を鏡面研磨したものを
有機洗浄して用いた。成長は、まず水素中で基板を11
00℃に加熱し、この状態でHClガスにより反応炉、
サセプタ及び基板を気相エッチングした。水素及びHC
lガスの供給量は各々、2SLM、10SCCMであ
る。ただし、「SLM」及び「SCCM」は気体の流量
の単位で、1SLMは1分間に標準状態で1リットルを
占める量の気体が流れていることを示し、また1000
SCCMは1SLMである。HClガスを止めた後、さ
らに水素中、1100℃で基板のクリーニングを行なっ
た。
を500Å成膜した後、1100℃でMgをドープした
GaNを3μmの厚みで成膜した。各層での成長条件
は、バッファ層成膜時で、キャリア(H2 )が2SL
M、NH3 が2SLM、TMGが6.7×10-6モル/
分であり、MgドープGaN層成膜時でキャリア
(H2 )が4SLM、NH3 が4SLM、TMGが4.
5×10-5モル/分である。このとき30℃に保ったC
p2Mgのバブラーに水素を100SCCM流し、これ
を反応炉に導入してMg源とした。成膜後、基板を反応
炉より取り出し、窒素中、800℃で20分間アニール
処理をした。こうして得たGaN層はp型を示し、キャ
リア濃度は約2×1018/cm3 であった。
uをこの順番に図3に示すパターンに真空蒸着して電極
とした。MgおよびAuの厚みは、合計の厚みが150
0Åで、Mgの重量が合計の重量の0.3%及び1%と
なるものを作製した。また、比較のためにAuのみを1
500Åの厚みに蒸着した電極を作製した(比較例
1)。なお、このようにして作製した電極は、図3のパ
ターンの内側の円形電極がプラス側になる場合が順方向
である。本実施例の電極及び比較例1についてのアニー
ル温度と、順方向に4V加えたときに流れる電流との相
関を図4に示す。アニールは窒素中で90秒間行った。
なお、図4及び以下に示す同様な図において、アニール
処理を行っていないものについての値は、アニール温度
が20℃の位置に示してある。
有無によらず、流れる電流はほぼ1.4mAである。本
実施例では、Mg濃度が0.3重量%の場合、アニール
温度が900℃で3mAの電流が流れ、良好な低抵抗電
極となることがわかる。また、Mg濃度が1重量%の場
合にはアニール温度が800℃以上で良好な低抵抗電極
となることがわかる。図5、図6はGaN上に本実施例
と同様にして作製した、Mgが全体の1重量%である本
発明による電極を、X線光電子分光法により各原子の濃
度の厚み方向の分布を分析したものである。図5、図6
は、それぞれ電極のアニール処理前、処理後に対応す
る。図の横軸はアルゴンガスによるスパッタ時間で、表
面からの深さに対応する。電極のアニール処理は800
℃、90秒行った。アニール処理前にはAu、Mg及び
GaNがこの順に積層していることがわかる。また、ア
ニール後にはMgに対応する層が見られなくなり、Mg
がAuと合金化していることがわかる。
n濃度、5重量%)を1500Åの厚みに蒸着したこと
を除いては実施例1と同様にして電極を作製した。本実
施例及び本実施例に用いたp型GaNに比較のために作
製したAu電極(比較例2)について、アニール温度
と、順方向に4V加えたときの電流との相関を図7に示
す。本実施例による電極は400℃以上の温度でアニー
ルすることで良好な低抵抗電極となることがわかる。
n濃度が1及び10重量%の電極を作製した。アニール
温度と、順方向に4Vの電圧を加えた場合に流れる電流
との相関を比較のためのAu電極(比較例3)とともに
図8に示す。これらの図からZn濃度が1〜10重量%
の範囲で、400℃以上のアニール処理で低抵抗電極と
なることがわかる。
蒸着した。各層の合計の厚みは1500Åとし、Mg及
びZnの厚みは、どちらも蒸着層全体の1重量%となる
ように調整した。この電極のアニール温度と、順方向に
4V加えたときの電流との相関を比較のAu電極(比較
例4)とともに図9に示す。300℃以上のアニールに
より本実施例による電極は低抵抗電極となることがわか
る。
は、p型不純物をドープした一般式Inx Gay Alz
N(ただし、x+y+z=1、0<x≦1、0≦y<
1、0≦z<1)で表される3−5族化合物半導体との
間の接触抵抗が低いので、該電極を用いると、電流注入
特性が良好で、高輝度であり、低電圧で駆動できる発光
デバイスを得ることができる。特に、紫外もしくは青色
の発光ダイオード又は紫外もしくは青色のレーザーダイ
オード等の発光デバイスの電極として工業的価値が大き
い。
の構造を示す図。
成を示す図。
温度と電流との相関図。
み方向の分布を示す図。
み方向の分布を示す図。
電流との相関図。
電流との相関図。
電流との相関図。
Claims (2)
- 【請求項1】p型不純物をドープした一般式Inx Ga
y Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0
≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導
体用電極材料であって、Auと、Mg及び/又はZnと
を含む合金であることを特徴とする3−5族化合物半導
体用電極材料。 - 【請求項2】p型不純物をドープした一般式Inx Ga
y Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0
≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導
体用電極であって、該化合物半導体上に請求項1記載の
電極材料から形成されてなる3−5族化合物半導体用電
極。
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
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JP6-30066 | 1994-02-28 | ||
JP3090095A JP3309625B2 (ja) | 1994-02-28 | 1995-02-20 | 3−5族化合物半導体用電極材料とその電極 |
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ID=26368336
Family Applications (1)
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JPH11177184A (ja) * | 1997-12-11 | 1999-07-02 | Ricoh Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
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-
1995
- 1995-02-20 JP JP3090095A patent/JP3309625B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US8441108B2 (en) | 2009-04-02 | 2013-05-14 | Panasonic Corporation | Nitride semiconductor element having electrode on m-plane and method for producing the same |
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