JPH0832115A - 電極構造およびその製造方法 - Google Patents
電極構造およびその製造方法Info
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- JPH0832115A JPH0832115A JP16712494A JP16712494A JPH0832115A JP H0832115 A JPH0832115 A JP H0832115A JP 16712494 A JP16712494 A JP 16712494A JP 16712494 A JP16712494 A JP 16712494A JP H0832115 A JPH0832115 A JP H0832115A
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- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体に対して良好なオーミ
ック接触が得られる電極構造とする。 【構成】 ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層６１上に、窒化物生
成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下の金属
と水素貯蔵金属とを堆積して電極６２を形成すると、金
属性窒化物層および金属水素化物層からなる電極が形成
される。金属性窒素化物層により窒素原子が半導体層表
面に引き寄せられ、半導体層６１表面近傍は窒素原子空
孔が少ないｐ型伝導性に適した結晶状態となる。金属水
素化物層によりＭｇ原子と結合している水素が引き寄せ
られ、表面近傍６３のＭｇ原子がアクセプタ不純物とし
て活性化される。半導体層／電極界面６３ではコンタク
ト層として十分な高キャリア濃度が得られ、極めて小さ
いオーミック接触抵抗が実現できる。
０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体に対して良好なオーミ
ック接触が得られる電極構造とする。 【構成】 ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層６１上に、窒化物生
成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下の金属
と水素貯蔵金属とを堆積して電極６２を形成すると、金
属性窒化物層および金属水素化物層からなる電極が形成
される。金属性窒素化物層により窒素原子が半導体層表
面に引き寄せられ、半導体層６１表面近傍は窒素原子空
孔が少ないｐ型伝導性に適した結晶状態となる。金属水
素化物層によりＭｇ原子と結合している水素が引き寄せ
られ、表面近傍６３のＭｇ原子がアクセプタ不純物とし
て活性化される。半導体層／電極界面６３ではコンタク
ト層として十分な高キャリア濃度が得られ、極めて小さ
いオーミック接触抵抗が実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化物系III-V族化合
物半導体の一つであるｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x -yＮ（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体に対し、オ
ーミック接触が得られる電極を有する電極構造およびそ
の製造方法に関するものである。
物半導体の一つであるｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x -yＮ（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体に対し、オ
ーミック接触が得られる電極を有する電極構造およびそ
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、青色発光素子等の窒化物系II
I-V族化合物半導体装置には、ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体が一
般的に用いられている。この半導体用の電極材料として
は種々のものが検討されており、Ａｕが最も一般的に用
いられている（”P-GaN/N-InGaN/N-GaN double-heteros
tructure blue-light-emitting diodes",S.Nakamura et
al.,Jpn. J. Appl. Phys. (1993) p.L8）。また、特開
平５−２９１６２１号公報には、Ａｕ以外の電極材料と
して、Ｎｉ、ＰｔおよびＡｇが挙げられている。
I-V族化合物半導体装置には、ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体が一
般的に用いられている。この半導体用の電極材料として
は種々のものが検討されており、Ａｕが最も一般的に用
いられている（”P-GaN/N-InGaN/N-GaN double-heteros
tructure blue-light-emitting diodes",S.Nakamura et
al.,Jpn. J. Appl. Phys. (1993) p.L8）。また、特開
平５−２９１６２１号公報には、Ａｕ以外の電極材料と
して、Ｎｉ、ＰｔおよびＡｇが挙げられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極材
料にＡｕを用いた場合は、オーミック接触の接触抵抗が
相当高く、また、ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ
≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層との密着性が
悪いので物理的強度が弱いという問題があった。
料にＡｕを用いた場合は、オーミック接触の接触抵抗が
相当高く、また、ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ
≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層との密着性が
悪いので物理的強度が弱いという問題があった。
【０００４】また、電極材料にＮｉを用いた場合には、
密着性の点でＡｕよりも優れており、良好なオーミック
特性を示す。しかし、Ｎｉ電極を用いて発光ダイオード
を作製した場合、電流−電圧特性の電流値１０ｍＡにお
ける微分抵抗が十数Ωとなる。また、この電極金属を用
いてレーザ素子を作製した場合、レーザ素子の電極面積
が小さいことから接触抵抗が増大し、電流−電圧特性の
微分抵抗がさらに大きくなる。このため、素子動作電圧
の低減化が困難となる。以上のことは、Ｎｉ以外のＰｔ
やＡｇにおいても同様である。よって、接触抵抗をさら
に小さくして動作電圧を低減するためには、Ｎｉ、Ｐｔ
およびＡｇ以外の電極材料を必要とする。
密着性の点でＡｕよりも優れており、良好なオーミック
特性を示す。しかし、Ｎｉ電極を用いて発光ダイオード
を作製した場合、電流−電圧特性の電流値１０ｍＡにお
ける微分抵抗が十数Ωとなる。また、この電極金属を用
いてレーザ素子を作製した場合、レーザ素子の電極面積
が小さいことから接触抵抗が増大し、電流−電圧特性の
微分抵抗がさらに大きくなる。このため、素子動作電圧
の低減化が困難となる。以上のことは、Ｎｉ以外のＰｔ
やＡｇにおいても同様である。よって、接触抵抗をさら
に小さくして動作電圧を低減するためには、Ｎｉ、Ｐｔ
およびＡｇ以外の電極材料を必要とする。
【０００５】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導
体に対して良好なオーミック接触が得られる電極を有す
る電極構造およびその製造方法を提供することを目的と
する。
決すべくなされたものであり、ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導
体に対して良好なオーミック接触が得られる電極を有す
る電極構造およびその製造方法を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の電極構造は、ｐ
型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
ｘ＋ｙ≦１）半導体層を有し、該半導体層上に設けられ
る電極が金属性窒化物および金属水素化物の混合した層
構造、または金属性窒化物層および金属水素化物層を含
む層構造となっているので、そのことにより上記目的が
達成される。
型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
ｘ＋ｙ≦１）半導体層を有し、該半導体層上に設けられ
る電極が金属性窒化物および金属水素化物の混合した層
構造、または金属性窒化物層および金属水素化物層を含
む層構造となっているので、そのことにより上記目的が
達成される。
【０００７】本発明の電極構造の製造方法は、ｐ型Ａｌ
xＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ
≦１）半導体層上に、窒化物生成自由エネルギー変化が
０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である金属および水素貯蔵金属
を順次または同時に堆積して電極を形成するので、その
ことにより上記目的が達成される。
xＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ
≦１）半導体層上に、窒化物生成自由エネルギー変化が
０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である金属および水素貯蔵金属
を順次または同時に堆積して電極を形成するので、その
ことにより上記目的が達成される。
【０００８】本発明の電極構造の製造方法は、ｐ型Ａｌ
xＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ
≦１）半導体層上に、窒化物生成自由エネルギー変化が
０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である金属および水素貯蔵金属
を含む金属間化合物を堆積して電極を形成するので、そ
のことにより上記目的が達成される。
xＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ
≦１）半導体層上に、窒化物生成自由エネルギー変化が
０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である金属および水素貯蔵金属
を含む金属間化合物を堆積して電極を形成するので、そ
のことにより上記目的が達成される。
【０００９】本発明の電極構造の製造方法において、前
記金属および水素貯蔵金属、または前記金属間化合物を
堆積した後に熱処理を行うようにするのが好ましい。
記金属および水素貯蔵金属、または前記金属間化合物を
堆積した後に熱処理を行うようにするのが好ましい。
【００１０】
【作用】本発明にあっては、図６に示すように、ｐ型Ａ
ｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋
ｙ≦１）半導体層６１の上に、金属性窒化物および金属
水素化物の混合した層構造、または金属性窒化物層およ
び金属水素化物層を含む層構造となっている電極６２が
形成された構成をとる。
ｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋
ｙ≦１）半導体層６１の上に、金属性窒化物および金属
水素化物の混合した層構造、または金属性窒化物層およ
び金属水素化物層を含む層構造となっている電極６２が
形成された構成をとる。
【００１１】このような構成とする理由は、以下のとお
りである。半導体層６１の形成時、その構成元素である
窒素が半導体層の表面から離脱し易いことにより、化学
量論比を満足する結晶を作製することが困難となる。ま
た、窒素の離脱による窒素原子の空孔形成により半導体
層の伝導型がｎ型となり、ｐ型伝導を得る上で好ましく
ない。
りである。半導体層６１の形成時、その構成元素である
窒素が半導体層の表面から離脱し易いことにより、化学
量論比を満足する結晶を作製することが困難となる。ま
た、窒素の離脱による窒素原子の空孔形成により半導体
層の伝導型がｎ型となり、ｐ型伝導を得る上で好ましく
ない。
【００１２】そこで、本発明では、金属性窒化物または
金属性窒化物層を存在させている。この金属性窒化物ま
たは金属性窒化物層により、半導体層６１中に存在する
窒素原子が半導体層６１の金属窒化物層形成側表面に引
き寄せられる。このため、半導体層６１の形成時に窒素
原子空孔が形成されても、半導体層６１の表面近傍では
引き寄せられた窒素原子が空孔を埋めて化学量論比を満
足する結晶が半導体層６１と電極６２との間にまず形成
される。よって、半導体層６１の表面近傍を、ｐ型伝導
を得る上で好ましい結晶状態とすることができるからで
ある。
金属性窒化物層を存在させている。この金属性窒化物ま
たは金属性窒化物層により、半導体層６１中に存在する
窒素原子が半導体層６１の金属窒化物層形成側表面に引
き寄せられる。このため、半導体層６１の形成時に窒素
原子空孔が形成されても、半導体層６１の表面近傍では
引き寄せられた窒素原子が空孔を埋めて化学量論比を満
足する結晶が半導体層６１と電極６２との間にまず形成
される。よって、半導体層６１の表面近傍を、ｐ型伝導
を得る上で好ましい結晶状態とすることができるからで
ある。
【００１３】また、一般に、ｐ型伝導を得べく半導体層
にアクセプタ不純物であるＭｇ元素が添加される。とこ
ろが、ＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体を成長
させた場合、半導体層中に多量の水素が存在し、更に、
この水素原子の一部がアクセプタ不純物であるＭｇ原子
を結合しており、Ｍｇ原子が有効なアクセプタとして働
かなくなる。このため、このような半導体層に対し、電
子線照射を行うか、または窒素雰囲気中でアニールを施
し、Ｍｇ原子がアクセプタ不純物として活性になってい
るｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、ｘ＋ｙ≦１）半導体を得ている。しかし、得られた
半導体層は、そのキャリア濃度がコンタクト層として用
いるのに不十分であり、さらに高いキャリア濃度を必要
とする。
にアクセプタ不純物であるＭｇ元素が添加される。とこ
ろが、ＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体を成長
させた場合、半導体層中に多量の水素が存在し、更に、
この水素原子の一部がアクセプタ不純物であるＭｇ原子
を結合しており、Ｍｇ原子が有効なアクセプタとして働
かなくなる。このため、このような半導体層に対し、電
子線照射を行うか、または窒素雰囲気中でアニールを施
し、Ｍｇ原子がアクセプタ不純物として活性になってい
るｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、ｘ＋ｙ≦１）半導体を得ている。しかし、得られた
半導体層は、そのキャリア濃度がコンタクト層として用
いるのに不十分であり、さらに高いキャリア濃度を必要
とする。
【００１４】そこで、本発明では、金属水素化物または
金属水素化物層を存在させている。この金属水素化物ま
たは金属水素化物層により、半導体層６１中に存在する
水素が引き寄せられて、Ｍｇ原子の活性化が助けられ
る。金属性窒化物または金属性窒化物層による化学量論
比を満足する結晶の形成、及び金属水素化物または金属
水素化物層によるＭｇ原子の活性化によって、半導体層
６１と電極６２との界面でのキャリア濃度をコンタクト
層として十分な高キャリア濃度層６３を形成することが
できる。よって、半導体層６１と電極６２との界面での
電位障壁の幅を著しく減少でき、トンネル電流の急増を
図れるからである。その結果、半導体層６１と電極６２
との間に接触抵抗の極めて小さいオーミック接触が実現
できることとなる。
金属水素化物層を存在させている。この金属水素化物ま
たは金属水素化物層により、半導体層６１中に存在する
水素が引き寄せられて、Ｍｇ原子の活性化が助けられ
る。金属性窒化物または金属性窒化物層による化学量論
比を満足する結晶の形成、及び金属水素化物または金属
水素化物層によるＭｇ原子の活性化によって、半導体層
６１と電極６２との界面でのキャリア濃度をコンタクト
層として十分な高キャリア濃度層６３を形成することが
できる。よって、半導体層６１と電極６２との界面での
電位障壁の幅を著しく減少でき、トンネル電流の急増を
図れるからである。その結果、半導体層６１と電極６２
との間に接触抵抗の極めて小さいオーミック接触が実現
できることとなる。
【００１５】なお、金属性窒化物層および金属水素化物
層は、半導体層側からこの順に形成しても逆の順に形成
してもよい。
層は、半導体層側からこの順に形成しても逆の順に形成
してもよい。
【００１６】このような電極構造は、半導体層６１上
に、窒化物生成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏ
ｌ以下である金属および水素貯蔵金属を順次あるいは同
時に堆積して電極６２を形成することにより得ることが
できる。または、半導体層６１上に、窒化物生成自由エ
ネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である金属およ
び水素貯蔵金属を含む金属間化合物を堆積して電極６２
を形成することにより得ることができる。
に、窒化物生成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏ
ｌ以下である金属および水素貯蔵金属を順次あるいは同
時に堆積して電極６２を形成することにより得ることが
できる。または、半導体層６１上に、窒化物生成自由エ
ネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である金属およ
び水素貯蔵金属を含む金属間化合物を堆積して電極６２
を形成することにより得ることができる。
【００１７】窒化物生成自由エネルギーが０ｋｃａｌ／
ｍｏｌ以下の金属を半導体層６１上に堆積すると、半導
体層６１の表面に半導体層６１中の窒素原子と金属との
反応により金属性窒化物層が形成される。一方、水素貯
蔵金属を半導体層６１上に堆積すると、半導体層６１の
表面に水素原子と金属との反応により金属水素化物層が
形成される。更に、このような金属および水素貯蔵金属
を含む金属間化合物を半導体層６１上に堆積しても、同
様に金属性窒化物層や金属水素化物層が形成される。
ｍｏｌ以下の金属を半導体層６１上に堆積すると、半導
体層６１の表面に半導体層６１中の窒素原子と金属との
反応により金属性窒化物層が形成される。一方、水素貯
蔵金属を半導体層６１上に堆積すると、半導体層６１の
表面に水素原子と金属との反応により金属水素化物層が
形成される。更に、このような金属および水素貯蔵金属
を含む金属間化合物を半導体層６１上に堆積しても、同
様に金属性窒化物層や金属水素化物層が形成される。
【００１８】このようにして得られる電極構造は、半導
体層と金属層との反応による結合を有しているので、従
来用いられている電極よりもさらに強固で物理的にも化
学的にも優れた電極構造とすることができる。
体層と金属層との反応による結合を有しているので、従
来用いられている電極よりもさらに強固で物理的にも化
学的にも優れた電極構造とすることができる。
【００１９】また、上記金属および水素貯蔵金属、また
は金属間化合物を堆積した後に熱処理を行うと、界面で
の反応、Ｍｇの活性化を促進するため、オーミック特性
をさらに改善することができる。
は金属間化合物を堆積した後に熱処理を行うと、界面で
の反応、Ｍｇの活性化を促進するため、オーミック特性
をさらに改善することができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２１】本発明において形成される金属性窒化物と
しては、例えばＳｃＮ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＣｒＮ、Ｚｒ
Ｎ、ＮｂＮ、ＬａＮ、ＴａＮが挙げられる。また、金属
水素化物としては、例えばＳｃＨ2、ＹＨ2、ＬａＨ2、
ＣｅＨ2、ＰｒＨ2、ＮｄＨ2、ＳｍＨ2、ＥｕＨ2、Ｙｂ
Ｈ2、ＴｉＨ2、ＺｒＨ2、ＨｆＨ2、ＶＨ、ＮｂＨ、Ｔａ
Ｈ、ＰｄＨが挙げられる。
しては、例えばＳｃＮ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＣｒＮ、Ｚｒ
Ｎ、ＮｂＮ、ＬａＮ、ＴａＮが挙げられる。また、金属
水素化物としては、例えばＳｃＨ2、ＹＨ2、ＬａＨ2、
ＣｅＨ2、ＰｒＨ2、ＮｄＨ2、ＳｍＨ2、ＥｕＨ2、Ｙｂ
Ｈ2、ＴｉＨ2、ＺｒＨ2、ＨｆＨ2、ＶＨ、ＮｂＨ、Ｔａ
Ｈ、ＰｄＨが挙げられる。
【００２２】本発明に用いられる窒化物生成自由エネル
ギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下の金属としては、例
えばＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｔａが
挙げられる。また、水素貯蔵金属としては、例えばＳ
ｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙｂ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｄが挙げられ
る。
ギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下の金属としては、例
えばＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｔａが
挙げられる。また、水素貯蔵金属としては、例えばＳ
ｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙｂ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｄが挙げられ
る。
【００２３】尚、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｌａ、
Ｔａは窒化物生成自由エネルギー変化ΔＧが０ｋｃａｌ
／ｍｏｌ以下である金属であり、かつ水素貯蔵金属であ
る。しかし、これらの金属を堆積しただけではｐ型Ａｌ
xＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ
≦１）半導体層に対する良好なオーミック接触を得るこ
とができない。これらの金属がｐ型ＡｌxＧａyＩｎ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導
体層上に堆積された場合、膜中の窒素原子と、Ｍｇ原子
と結合している水素原子との絶対量が異なることから、
金属性窒化物のみが形成され、水素貯蔵金属としての役
割が果たされない。従って、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｌａ、Ｔａは金属性窒化物形成のために用いて、水
素貯蔵金属としてはＹ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｙｂ、Ｈｆ、Ｐｄを用いるのが好ましい。
Ｔａは窒化物生成自由エネルギー変化ΔＧが０ｋｃａｌ
／ｍｏｌ以下である金属であり、かつ水素貯蔵金属であ
る。しかし、これらの金属を堆積しただけではｐ型Ａｌ
xＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ
≦１）半導体層に対する良好なオーミック接触を得るこ
とができない。これらの金属がｐ型ＡｌxＧａyＩｎ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導
体層上に堆積された場合、膜中の窒素原子と、Ｍｇ原子
と結合している水素原子との絶対量が異なることから、
金属性窒化物のみが形成され、水素貯蔵金属としての役
割が果たされない。従って、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｌａ、Ｔａは金属性窒化物形成のために用いて、水
素貯蔵金属としてはＹ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｙｂ、Ｈｆ、Ｐｄを用いるのが好ましい。
【００２４】ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層の伝導型は、ｐ
型伝導とすることができるＭｇ等のアクセプタ不純物を
添加することにより制御することができる。
１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層の伝導型は、ｐ
型伝導とすることができるＭｇ等のアクセプタ不純物を
添加することにより制御することができる。
【００２５】電極構造は、図６に示すような高キャリア
濃度な半導体層（ｐ+−ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ：Ｓｉ）
６３が、金属性窒化物および金属水素化物の混合した層
構造、または金属性窒化物層および金属水素化物層を含
む層構造となっている電極６２とｐ型ＡｌxＧａyＩｎ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導
体層６１との間に形成された構造となる。
濃度な半導体層（ｐ+−ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ：Ｓｉ）
６３が、金属性窒化物および金属水素化物の混合した層
構造、または金属性窒化物層および金属水素化物層を含
む層構造となっている電極６２とｐ型ＡｌxＧａyＩｎ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導
体層６１との間に形成された構造となる。
【００２６】なお、金属性窒化物層および金属水素化物
層は、どちらが半導体層側であってもよい。また、金属
性窒化物層および金属水素化物層は、一方が１層または
２層以上であり、他方が１層または２層以上である組合
せ層構造であってもよい。このような金属性窒化物層お
よび金属水素化物層は、半導体層６１表面に形成され、
窒化物生成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以
下の金属を堆積すると金属性窒化物層が、水素貯蔵金属
を堆積すると金属水素化物層が各々形成される。また、
同時に堆積した場合や金属間化合物を堆積した場合には
金属性窒化物と金属水素化物との両方を含む層が形成さ
れる。
層は、どちらが半導体層側であってもよい。また、金属
性窒化物層および金属水素化物層は、一方が１層または
２層以上であり、他方が１層または２層以上である組合
せ層構造であってもよい。このような金属性窒化物層お
よび金属水素化物層は、半導体層６１表面に形成され、
窒化物生成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以
下の金属を堆積すると金属性窒化物層が、水素貯蔵金属
を堆積すると金属水素化物層が各々形成される。また、
同時に堆積した場合や金属間化合物を堆積した場合には
金属性窒化物と金属水素化物との両方を含む層が形成さ
れる。
【００２７】本発明の電極構造においては、ｐ型Ａｌx
ＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦
１）半導体層の表面近傍では化学量論比の取れた結晶が
形成され、ｐ型伝導を得る上で好ましい結晶状態とな
る。また、高キャリア濃度な半導体層６３は、コンタク
ト層として十分なキャリア濃度となり、接触抵抗の極め
て小さいオーミック接触が実現できる。さらに、得られ
た電極構造は、半導体層と金属層との反応による結合を
有しているので、強固で物理的にも化学的にも優れたも
のとすることができる。
ＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦
１）半導体層の表面近傍では化学量論比の取れた結晶が
形成され、ｐ型伝導を得る上で好ましい結晶状態とな
る。また、高キャリア濃度な半導体層６３は、コンタク
ト層として十分なキャリア濃度となり、接触抵抗の極め
て小さいオーミック接触が実現できる。さらに、得られ
た電極構造は、半導体層と金属層との反応による結合を
有しているので、強固で物理的にも化学的にも優れたも
のとすることができる。
【００２８】（実施例１）図１は、本発明の一実施例で
ある電極構造を示す断面概要図である。この電極構造は
サファイア基板１上に作製され、膜厚５０ｎｍのＧａＮ
バッファ層２、膜厚３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3のＭｇ添加ｐ型ＧａＮ層３、および電極４から構成
されている。
ある電極構造を示す断面概要図である。この電極構造は
サファイア基板１上に作製され、膜厚５０ｎｍのＧａＮ
バッファ層２、膜厚３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3のＭｇ添加ｐ型ＧａＮ層３、および電極４から構成
されている。
【００２９】電極４は、直径５００μｍ、電極中心間距
離１ｍｍの２つの円電極４、４となっており、図２に示
すように、Ｍｇ添加ｐ型ＧａＮ層３の上に、電子ビーム
蒸着法により到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ以下、堆積
中真空度５×１０-7Ｔｏｒｒ以下でＰｄ層５とＴｉ層６
とを堆積して形成されている。Ｐｄ層５およびＴｉ層６
からなる電極とＧａＮ層３との界面、つまりＰｄ層５と
ＧａＮ層３との界面については、堆積中の反応により、
堆積されたＰｄ層５に含まれるＰｄと水素とが化合して
なる金属水素化物ＰｄＨ部分と、堆積されたＴｉ層６に
含まれるＴｉと窒素とが化合してなる金属性窒化物Ｔｉ
Ｎ部分とが混合する状態となる。または、Ｐｄ層５とＧ
ａＮ層３との間における全界面の一部または複数部分が
金属水素化物ＰｄＨ層からなり、その全界面の一部また
は複数部分が金属性窒化物ＴｉＮ層からなる状態や、も
しくは、Ｐｄ層５とＧａＮ層３との間に金属水素化物Ｐ
ｄＨ層と金属性窒化物ＴｉＮ層とが積層された状態にな
る。もしくは、Ｔｉと窒素とが化合してなる金属性窒化
物ＴｉＮと、Ｐｄと水素とが化合してなる金属水素化物
ＰｄＨとが、更に化合して層状になった状態となる。最
後に示した状態は、Ｐｄ層５とＴｉ層６とをタイミング
を別にして形成する場合よりも、後述するようにＰｄと
Ｔｉとを同一タイミングで形成する場合の方が起こり易
い。なお、以上説明した種々の状態は、堆積中の反応に
限らず、堆積後に行う熱処理によっても形成される。
離１ｍｍの２つの円電極４、４となっており、図２に示
すように、Ｍｇ添加ｐ型ＧａＮ層３の上に、電子ビーム
蒸着法により到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ以下、堆積
中真空度５×１０-7Ｔｏｒｒ以下でＰｄ層５とＴｉ層６
とを堆積して形成されている。Ｐｄ層５およびＴｉ層６
からなる電極とＧａＮ層３との界面、つまりＰｄ層５と
ＧａＮ層３との界面については、堆積中の反応により、
堆積されたＰｄ層５に含まれるＰｄと水素とが化合して
なる金属水素化物ＰｄＨ部分と、堆積されたＴｉ層６に
含まれるＴｉと窒素とが化合してなる金属性窒化物Ｔｉ
Ｎ部分とが混合する状態となる。または、Ｐｄ層５とＧ
ａＮ層３との間における全界面の一部または複数部分が
金属水素化物ＰｄＨ層からなり、その全界面の一部また
は複数部分が金属性窒化物ＴｉＮ層からなる状態や、も
しくは、Ｐｄ層５とＧａＮ層３との間に金属水素化物Ｐ
ｄＨ層と金属性窒化物ＴｉＮ層とが積層された状態にな
る。もしくは、Ｔｉと窒素とが化合してなる金属性窒化
物ＴｉＮと、Ｐｄと水素とが化合してなる金属水素化物
ＰｄＨとが、更に化合して層状になった状態となる。最
後に示した状態は、Ｐｄ層５とＴｉ層６とをタイミング
を別にして形成する場合よりも、後述するようにＰｄと
Ｔｉとを同一タイミングで形成する場合の方が起こり易
い。なお、以上説明した種々の状態は、堆積中の反応に
限らず、堆積後に行う熱処理によっても形成される。
【００３０】図３に、２つの円電極４、４間の電流−電
圧特性を示す。また、比較のために電極金属としてＮｉ
を用いた場合の電流−電圧特性も併せて示す。この図か
ら理解されるように、ＰｄおよびＴｉを堆積して電極４
を形成した本実施例の電極構造は、特開平５−２９１６
２１号公報において最も良好なオーミック特性を示した
Ｎｉを用いた場合よりも良好なオーミック特性を示して
いる。
圧特性を示す。また、比較のために電極金属としてＮｉ
を用いた場合の電流−電圧特性も併せて示す。この図か
ら理解されるように、ＰｄおよびＴｉを堆積して電極４
を形成した本実施例の電極構造は、特開平５−２９１６
２１号公報において最も良好なオーミック特性を示した
Ｎｉを用いた場合よりも良好なオーミック特性を示して
いる。
【００３１】さらに、この電極構造に対して、電気炉ア
ニールを用いてアニール温度１００℃〜５００℃でアニ
ールを１０分間行った。図４に、その場合における電極
構造の電流−電圧特性のアニール温度依存性を示す。ま
た、室温（Ｒ．Ｔ．）で放置してアニールを行わなかっ
た電極層の電流−電圧も併せて示す。
ニールを用いてアニール温度１００℃〜５００℃でアニ
ールを１０分間行った。図４に、その場合における電極
構造の電流−電圧特性のアニール温度依存性を示す。ま
た、室温（Ｒ．Ｔ．）で放置してアニールを行わなかっ
た電極層の電流−電圧も併せて示す。
【００３２】この図から理解されるように、３００℃以
上のアニールにより急激にオーミック特性が改善されて
いる。また、得られた電極構造は、半導体層と金属（窒
化物生成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下
の金属および水素貯蔵金属）との反応による結合を有し
ているので、強固で物理的にも化学的にも優れたもので
あった。
上のアニールにより急激にオーミック特性が改善されて
いる。また、得られた電極構造は、半導体層と金属（窒
化物生成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下
の金属および水素貯蔵金属）との反応による結合を有し
ているので、強固で物理的にも化学的にも優れたもので
あった。
【００３３】（実施例２）この実施例では、ｐ型半導体
層としてＧａＮ層３の代わりにキャリア濃度５×１０17
ｃｍ-3のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎまたはキャリア濃度５×１０
17ｃｍ-3のＩｎ0. 2Ｇａ0.8Ｎを形成し、Ｐｄ層５および
Ｔｉ層６の代わりにＨｆとＮｂとの金属間化合物を堆積
した以外は実施例１と同様の電極構造を作製した。ま
た、この金属間化合物の堆積中の反応あるいは堆積後の
熱処理により、半導体層の上には金属水素化物ＨｆＨ2
層および金属性窒化物ＮｂＮ層が形成される。
層としてＧａＮ層３の代わりにキャリア濃度５×１０17
ｃｍ-3のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎまたはキャリア濃度５×１０
17ｃｍ-3のＩｎ0. 2Ｇａ0.8Ｎを形成し、Ｐｄ層５および
Ｔｉ層６の代わりにＨｆとＮｂとの金属間化合物を堆積
した以外は実施例１と同様の電極構造を作製した。ま
た、この金属間化合物の堆積中の反応あるいは堆積後の
熱処理により、半導体層の上には金属水素化物ＨｆＨ2
層および金属性窒化物ＮｂＮ層が形成される。
【００３４】図５に、２つの円電極間の電流−電圧特性
を示す。この図から理解されるように、ＨｆとＮｂとの
金属間化合物を堆積して電極を形成した本実施例の電極
構造は、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ半導体層およびＩｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ半導体層のいずれ場合でも良好なオーミック特性
を示している。
を示す。この図から理解されるように、ＨｆとＮｂとの
金属間化合物を堆積して電極を形成した本実施例の電極
構造は、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ半導体層およびＩｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ半導体層のいずれ場合でも良好なオーミック特性
を示している。
【００３５】上記実施例においては、電子ビーム蒸着法
により窒化物生成自由エネルギー変化ΔＧが０ｋｃａｌ
／ｍｏｌ以下である金属と水素貯蔵金属とを堆積した
が、スパッタ法を用いてもよい。また、窒化物生成自由
エネルギー変化ΔＧが０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である金
属と、水素貯蔵金属とは、同時に蒸着してもよく、交互
に積層して堆積してもよい。
により窒化物生成自由エネルギー変化ΔＧが０ｋｃａｌ
／ｍｏｌ以下である金属と水素貯蔵金属とを堆積した
が、スパッタ法を用いてもよい。また、窒化物生成自由
エネルギー変化ΔＧが０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である金
属と、水素貯蔵金属とは、同時に蒸着してもよく、交互
に積層して堆積してもよい。
【００３６】半導体層および金属を熱処理する工程は、
電気炉アニールによる以外にＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈ
ｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法を用いてもよい。アニー
ルは１００℃〜５００℃まで行ったが、室温以上であれ
ばよい。好ましくは、Ｍｇ原子と水素原子との結合が切
断され易くなる３００℃以上である。また、熱処理温度
の上限は、水素貯蔵金属の融点に依存するが、８００℃
〜１０００℃程度である。
電気炉アニールによる以外にＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈ
ｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法を用いてもよい。アニー
ルは１００℃〜５００℃まで行ったが、室温以上であれ
ばよい。好ましくは、Ｍｇ原子と水素原子との結合が切
断され易くなる３００℃以上である。また、熱処理温度
の上限は、水素貯蔵金属の融点に依存するが、８００℃
〜１０００℃程度である。
【００３７】半導体層の混晶比は適宜変更することがで
き、半導体層と金属との組み合わせも上記実施例に示し
たものに限られない。
き、半導体層と金属との組み合わせも上記実施例に示し
たものに限られない。
【００３８】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
よれば、化学量論比を満足する結晶を作製することがで
き、ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層の表面をｐ型伝導を得る上
で好ましい結晶状態とすることができる。また、半導体
層と電極との界面でのキャリア濃度をコンタクト層とし
て十分な高キャリア濃度とすることができ、ｐ型Ａｌx
ＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦
１）半導体層と電極との間に接触抵抗の極めて小さいオ
ーミック接触が得られる。よって、本発明の電極構造を
用いることにより、従来の電極構造を用いた素子よりも
低い動作電圧を有する青色発光素子を実現することがで
きる。
よれば、化学量論比を満足する結晶を作製することがで
き、ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層の表面をｐ型伝導を得る上
で好ましい結晶状態とすることができる。また、半導体
層と電極との界面でのキャリア濃度をコンタクト層とし
て十分な高キャリア濃度とすることができ、ｐ型Ａｌx
ＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦
１）半導体層と電極との間に接触抵抗の極めて小さいオ
ーミック接触が得られる。よって、本発明の電極構造を
用いることにより、従来の電極構造を用いた素子よりも
低い動作電圧を有する青色発光素子を実現することがで
きる。
【図１】本発明の一実施例である電極構造の断面概要図
である。
である。
【図２】実施例１の電極の断面図である。
【図３】実施例１および比較例の電極構造の電流−電圧
特性を示す図である。
特性を示す図である。
【図４】実施例１の電極構造の電流−電圧特性のアニー
ル温度依存性を示す図である。
ル温度依存性を示す図である。
【図５】実施例２の電極構造の電流−電圧特性を示す図
である。
である。
【図６】本発明の電極構造を示す図である。
１ サファイア基板 ２ ＧａＮバッファ層 ３ Ｍｇ添加ｐ型ＧａＮ層 ４ 電極 ５ Ｐｄ層 ６ Ｔｉ層 ６１ ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層 ６２ 電極 ６３ 半導体層（ｐ+−ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ：Ｓｉ）
ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層 ６２ 電極 ６３ 半導体層（ｐ+−ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ：Ｓｉ）
Claims (4)
- 【請求項１】 ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層を有し、該半導
体層上に設けられる電極が金属性窒化物および金属水素
化物の混合した層構造、または金属性窒化物層および金
属水素化物層を含む層構造となっている電極構造。 - 【請求項２】 ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層上に、窒化物生
成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である
金属および水素貯蔵金属を順次または同時に堆積して電
極を形成する電極構造の製造方法。 - 【請求項３】 ｐ型ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）半導体層上に、窒化物生
成自由エネルギー変化が０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下である
金属および水素貯蔵金属を含む金属間化合物を堆積して
電極を形成する電極構造の製造方法。 - 【請求項４】 前記金属および水素貯蔵金属、または前
記金属間化合物を堆積した後に熱処理を行う請求項２ま
たは３に記載の電極構造の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16712494A JPH0832115A (ja) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | 電極構造およびその製造方法 |
| US08/504,101 US5701035A (en) | 1994-07-19 | 1995-07-19 | Electrode structure and method for fabricating the same |
| US08/892,868 US5966629A (en) | 1994-07-19 | 1997-07-15 | Method for fabricating an electrode structure |
| JP20904498A JP3519950B2 (ja) | 1994-07-19 | 1998-07-24 | 電極構造 |
| US09/287,538 US6222204B1 (en) | 1994-07-19 | 1999-04-06 | Electrode structure and method for fabricating the same |
| US09/746,577 US6429111B2 (en) | 1994-07-19 | 2000-12-20 | Methods for fabricating an electrode structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16712494A JPH0832115A (ja) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | 電極構造およびその製造方法 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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