JPH09293936A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＧａＮ系、ＺｎＳｅ系半導体装置の動作電圧を
低減し、電極からの金属原子の侵入を防止し、低消費電
力で長寿命な装置を提供する。 【解決手段】Ａｌを高濃度に添加したＺｎＯ層をＧａＮ
系及びＺｎＳｅ系半導体装置のオーミックコンタクト形
成材料として用いることにより、サファイヤ基板上又は
ＳｉＣ基板上に形成したこれらの半導体装置の動作電圧
が大幅に低減される。また前記ＺｎＯ層を電極からの金
属原子の侵入防止に役立て、長寿命な前記半導体装置を
実現することができる。このほかＧａＮ系発光装置にお
いて、ＺｎＯ層を含む超格子又は短周期超格子を導波層
及び活性層として用いることにより、発光効率の向上と
発光波長範囲の拡大が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁性又は導電性
単結晶基板上に成長したＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、又は
ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物化合物半導体層、及びＺｎＳ
ｅ系ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層からなる半導体装置に
係り、特に化合物半導体層と成長基板との間、化合物半
導体層と金属電極との間、成長基板と金属電極との間又
は化合物半導体層の層間のいずれかに抵抗を大幅に低減
するのに役立つ金属酸化物層を形成することにより、動
作電圧を大幅に低減することができる半導体装置に関す
るもので、例えば長寿命の連続動作青色レーザ（以下Ｌ
Ｄと略称）、長寿命の高輝度青色発光ダイオード（以下
ＬＥＤと略称）等に使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＧａＮ系化合物からなる半導体装
置には、サファイア等の単結晶絶縁基板上に前記ＧａＮ
系化合物層を成長し、メサ加工した後、電流供給用の第
１の電極をメサの頂上部に設け、電流供給用の第２の電
極を前記メサの下部から絶縁基板上に横に引き出す構造
を有するものが多く用いられてきた。同様な構造は、Ｚ
ｎＳｅ系化合物からなる半導体装置にも用いられてい
る。

【０００３】このような電極構造を有する半導体装置
は、半導体層を導電性基板上に成長して第１の電極をそ
の最上層に設け、第２の電極を前記導電性基板の下部に
設けたもの比べて、構造上高抵抗になりやすい欠点があ
った。

【０００４】以下、前記第１の電極を上部電極、前記第
２の電極を下部電極と呼ぶことにする。また簡単のた
め、混晶化合物半導体の組成を表すサフィックスは、特
に必要な場合以外は省略することにする。

【０００５】半導体装置の電極のコンタクト領域が高抵
抗となれば、装置の動作電圧が高くなり、長寿命の連続
動作が不可能となる。また装置内部の電流密度分布にも
影響を与えて装置の動作特性そのものに悪影響を及ぼ
す。

【０００６】図２５はサファイア基板上に成長した、従
来のＧａＮ系ＬＤの内部の電流密度分布を模式的に示し
た断面図である。多層構造の内部の曲線群は電流密度の
分布状況をを示している。青色から紫色のＧａＮ系ＬＤ
またはＬＥＤは、ＩｎＧａＮからなる活性層７を有し、
活性層７の上下にはそれぞれｎ型及びｐ型ＧａＮ（以下
ｎ−ＧａＮ、ｐ−ＧａＮ等と略称）から成る光ガイド層
６及び８が形成され、これに隣接してｎ−ＡｌＧａＮ、
及びｐ−ＡｌＧａＮから成る光閉じ込め用クラッド層５
及び９が形成される。

【０００７】ＬＤの主要部をなす上記のダブルヘテロ構
造に対して、電極のオーミック抵抗を低減することを目
的として、それぞれ上下にｎ−ＧａＮ、及びｐ−ＧａＮ
から成るコンタクト層４及び１０を形成する。動作電流
を流す下部電極３はサファイア基板上に最初に成長する
ｎ−ＧａＮコンタクト層４を横方向に引き出し、その上
に形成される。なお図２５において、ストライプ状に形
成されたＳｉＯ₂ 膜１１は、活性層７に供給する電流を
その中央部に狭窄することにより、動作電流の低減を図
るための電流阻止用絶縁膜である。

【０００８】ｎ−ＧａＮコンタクト層４は横方向にシー
ト抵抗を有するため、装置のカソード面となる前記ｎ−
ＧａＮコンタクト層４の横方向に沿って電位降下を生ず
る。このため理想的には、電流密度分布は装置のアノー
ド、カソード間で縦方向にほぼ一様でなくてはならない
が、絶縁基板上に多層の化合物半導体を成長した図２５
に示す構造の装置では、下部引き出し電極３を設けたメ
サの裾野方向に向かって動作電流の流線が大きく曲げら
れる。

【０００９】この現象が装置の発光パターンに与える影
響を図２６に示す。横軸ｘは図２５の横方向の距離、縦
軸は発光の開口部に近接して測定した発光強度である。
図２６の実線で示すように、前記電流密度分布の偏りに
よって発光強度分布にも偏りを生じ、ＬＤの特性に悪影
響を及ぼす。

【００１０】特に図２５とは逆にサファイア基板上のＧ
ａＮ系多層構造をｐ−ＧａＮから順に成長し、最初に成
長したｐ−ＧａＮ層から電流を引き出す構造を有する場
合には、正孔の移動度が小さいためＬＤ、ＬＥＤの動作
電圧が高くなり易く、また前記電流密度の偏りも大とな
る。

【００１１】従って低電圧で動作する理想的なＬＤ、Ｌ
ＥＤを実現するためには、例えばＳｉＣのように、Ｇａ
Ｎ系化合物と格子整合する導電性基板を用いる方が優れ
ている。しかし、ＳｉＣ基板は高価であり、また量産性
に優れた大口径の単結晶を得ることができない。またＳ
ｉＣ基板上にＧａＮ層を成長するとき、理論的には電子
障壁が生じない筈であるにもかかわらず、実際上は電子
の流れに対して界面が高抵抗になり易い。これはＳｉＣ
基板とＧａＮ層との界面反応により、高抵抗の界面層を
生ずることによるものである。

【００１２】このため従来からＧａＮ系半導体装置の製
作には安価なサファイア基板が使用されてきたが、Ｇａ
Ｎとサファイア基板との間には約１６％の格子不整が存
在し、成長層に大きな格子歪を発生させる。従来実用的
なＧａＮ系のＬＤ、ＬＥＤの製作が困難であった理由の
一つは、格子歪により成長層中に格子欠陥が発生するこ
とによる。

【００１３】またサファイアが絶縁基板であるため、基
板上に最初に成長するｎ−ＧａＮ層の上に電流供給用の
下部電極を引き出さなければならないが、比較的比抵抗
が低いｎ−ＧａＮ層を前記電流引き出しに用いる場合で
も、サファイア基板上に下部電極を引き出す構造を有す
るＬＤ、ＬＥＤは、導電性の基板を用いる場合に比べて
装置の抵抗が大となり動作電圧を増加させる。

【００１４】上記のように下部電極の構造に問題がある
ばかりでなく、上部電極についても高密度の動作電流に
より、電極を形成する原子半径の小さい金属原子がＧａ
Ｎ又はその混晶の中に容易にマイグレートし、装置の機
能を劣化させるという問題を生じていた。この問題は必
ずしも通常エレクトロマイグレーションに関与する原子
半径の小さい金属原子のみならず、例えばバリアメタル
のように原子半径の大きい金属電極材料を用いてエレク
トロマイグレーションによる金属原子の移動を防止しよ
うとしても良好な結果が得られず、解決が極めて困難な
問題となっていた。

【００１５】ＧａＮ系の材料は転位密度が１０⁸ ｃｍ^-2
程度の高い値をもち、特に結晶の成長方向に沿って転位
が増大するという欠点がある。図２７に示すように、電
極材料として例えばＡｕを用いる場合、Ａｕイオンが電
流によりマイグレートして、前記転位線に沿って堆積す
る。Ａｕの堆積量が増加するとＧａＮ系の多層構造を短
絡し、装置の突発不良の発生要因となる。図２８は短絡
的不良を生じた装置の断面形状を示す略図である。図の
ような電流路に沿ってＡｕイオンが運ばれた状況を顕微
鏡により観察することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従
来、下部電極を絶縁基板上に引き出す構造を有する半導
体装置は、直列抵抗により過剰な動作電圧を生ずるとい
う問題があった。また高密度の動作電流により、上部電
極から金属原子が半導体層中にマイグレートするという
問題があった。

【００１７】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、絶縁性又は導電性単結晶基板上に形成したＧ
ａＮ系又はＺｎＳｅ系多層構造からなる半導体装置にお
いて、極めて低抵抗な導電性の酸化物層を電流供給用金
属電極の下地とし、あるいはこれを前記多層構造と前記
単結晶基板との界面、成長層相互の界面に形成すること
により、前記半導体装置の動作電圧を大幅に低減するこ
とを目的とする。

【００１８】本発明の他の目的は、前記導電性の酸化物
層を電流供給用金属電極の下地として用いることによ
り、ＧａＮ系又はＺｎＳｅ系半導体装置の電極からの金
属原子のマイグレーションを防止して、長寿命の半導体
装置を得ようとするものである。

【００１９】また本発明の他の目的は、複数の導電性酸
化物薄層とＧａＮ系薄層からなる超格子構造等を活性層
又は導波層として含むＬＤ、ＬＥＤを形成し、これを前
記動作電圧の低減に役立つ構造とすることにより、従来
得られなかった波長領域で動作する高効率で長寿命な半
導体装置を得ようとするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
化合物半導体層を形成する基板と、少なくとも１層の化
合物半導体層と、化合物半導体層に電流を供給する金属
電極とを含み、少なくとも基板と化合物半導体層との
間、及び化合物半導体層と金属電極との間、及び金属電
極と基板との間のいずれか１つに、導電性の金属酸化物
層が形成されたことを特徴とする。

【００２１】また本発明の半導体装置は、絶縁性の単結
晶基板と、少なくとも１つのクラッド層と、少なくとも
１つの導波層と、活性層と、少なくとも１つの化合物半
導体からなるコンタクト層とを含む多層構造と、多層構
造上に形成された電流供給用の第１の金属電極と、絶縁
性単結晶基板上において電流を横方向に引き出す電流供
給用の第２の金属電極とを有し、少なくとも多層構造の
上部のコンタクト層と第１の金属電極との間、単結晶基
板と第２の金属電極との間、及び単結晶基板と多層構造
の下部のコンタクト層との間、のいずれか１つに、導電
性の金属酸化物層が形成されたことを特徴とする。

【００２２】また本発明の半導体装置は、導電性の単結
晶基板と、導電性基板上に形成された少なくとも１つの
クラッド層と、少なくとも１つの導波層と、活性層と、
少なくとも１つの化合物半導体からなるコンタクト層と
を含む多層構造と、多層構造の上部に形成された電流供
給用の第１の金属電極と、単結晶基板の下部に形成され
た電流供給用の第２の金属電極とを有し、少なくとも単
結晶基板と多層構造の下部のコンタクト層との間、及び
多層構造の上部のコンタクト層と第１の金属電極との間
のいずれか１つに、導電性の金属酸化物層が形成された
ことを特徴とする。

【００２３】好ましくは前記導電性の金属酸化物層は、
Ａｌを添加したＺｎＯ層、Ａｌを添加したＩｎ_x Ｚｎ
_1-x Ｏ層、Ａｌを添加したＳｎ_x Ｚｎ_1-x Ｏ層、Ａｌを
添加したＩｎ_x Ｓｎ_y Ｚｎ_1-x-y Ｏ層、及びＩｎ_x Ｚｎ
_1-x Ｏ層、Ｓｎ_x Ｚｎ_1-x Ｏ層、Ｉｎ_x Ｓｎ_y Ｚｎ
_1-x-y Ｏ層、（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のいずれ
か１つであることを特徴とする。

【００２４】また好ましくは前記コンタクト層はＧａ
Ｎ、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０≦ｘ≦０．２）、ＺｎＳｅ、
及びＺｎＳ_x Ｓｅ_1-x （０．７＜ｘ＜１）のいずれか１
つであることを特徴とする。

【００２５】本発明の半導体装置は、少なくとも１つの
クラッド層と、少なくとも１つの導波層と、活性層とを
含み、活性層がＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０．１≦ｘ≦０．
３）からなり、少なくとも１つの導波層が複数のＺｎＯ
薄層と、複数のＧａＮ薄層とを交互に積層した超格子か
らなることを特徴とする。

【００２６】また本発明の半導体装置は、前記活性層が
複数のＺｎＯ薄層と複数のＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ薄層とを交
互に積層した超格子からなり、少なくとも１つの導波層
がＧａＮからなることを特徴とする。

【００２７】また本発明の半導体装置は、前記導波層が
複数のＺｎＯ薄層と、複数のＧａＮ薄層とを交互に積層
した短周期超格子からなることを特徴とする。また本発
明の半導体装置は、前記活性層が複数のＺｎＯ薄層と複
数のＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０．１＜ｘ＜０．３及びｘ＝１
のいずれか）薄層とを交互に積層した短周期超格子から
なることを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態であるサファイア基板上に成長したＧａＮ系ＬＤ
の構造を示す断面図である。

【００２９】ＧａＮ系多層構造を形成するに当り、まず
サファイア基板上にＡｌを多量に添加した低抵抗の導電
性ＺｎＯ層２を成長した後、ｎ−ＧａＮコンタクト層４
を成長する。この方法によりＺｎＯ層２とｎ−ＧａＮコ
ンタクト層４との間には良好なオーミックコンタクト形
成される。図１に示すように、Ａｕから成る前記多層構
造の下部電極３は、サファイア基板１の上に引き出され
た前記ＺｎＯ層２の上に形成される。このとき電極３と
ＺｎＯ層２との電気的な接触は、高濃度のＡｌ添加によ
り前記ＺｎＯ層がメタリックとなるため極めて良好なも
のとなる。

【００３０】本発明の第１の実施の形態において、Ａｕ
から成る上部電極１３を形成するとき、その下地として
Ａｌを多量に添加したＺｎＯ層１２をｐ−ＧａＮコンタ
クト層１０の上に成長し、その上にＡｕ電極１３を形成
する。このようにｐ−ＧａＮコンタクト層の上に導電性
のＺｎＯ層１２を重ねることにより、ＺｎＯ層１２が存
在しない従来の場合に比べて、上部電極１３の示すオー
ミック抵抗を大幅に低減することができる。

【００３１】上記したように、上部及び下部の電極形成
にＡｌを多量に添加して低抵抗にした導電性ＺｎＯ（以
下Ａｌ添加ＺｎＯと略称）を用いることにより、サファ
イア基板上に形成したＧａＮ系ＬＤ、ＬＥＤの動作電圧
を大幅に低減することができる。図２はＡｌ添加ＺｎＯ
上のＧａＮ系多層構造の成長を、図１とは逆にｐ側から
始める場合を示す断面図である。

【００３２】図３は前記Ａｌ添加ＺｎＯバッファ層２の
導入による、ＧａＮ系発光装置内の電流密度分布の偏り
の改善効果を示す断面図である。Ａｌ添加ＺｎＯバッフ
ァ層２が極めて低抵抗であるため、これが装置のカソー
ド側の等電位面に近い働きをし、従来の図２５に比べて
多層構造内の電流密度分布の偏りが大幅に改善される。
従って図４に示すように発光強度分布も従来の図２６に
比べて偏りのないものとなる。このように対称性に優れ
た発光強度分布を有するＧａＮ系ＬＤは、活性層内の光
利得が大きく、また発光モードが安定し、非点収差等も
小さいため高密度な光記録の書き込み、読み出し用とし
て優れており、かつ長寿命の連続動作が可能である。

【００３３】図１、図２においては、サファイア基板上
に直接Ａｌ添加ＺｎＯ層２を形成し、これを横方向に引
き出して、その上に下部電極３を直接設けた例を示した
が、必ずしも直接設ける必要はなく、多層構造をメサ形
のストライプ形状に加工する際、サファイア基板上に最
初に成長したｎ−ＧａＮコンタクト層４を下部電極３の
形成領域まで残すようにして、その上に前記電極３を設
けることもできる。このようにすれば、下部電極３とｎ
−ＧａＮコンタクト層４とのコンタクト抵抗は高くなる
が、ＧａＮコンタクト層の下にはシート抵抗の小さいＡ
ｌ添加ＺｎＯ層２が存在するので、ＧａＮコンタクト層
のみを用いて下部電極を引き出す従来の方法に比べて、
引き出し面に沿う方向の抵抗を低減することができる。

【００３４】次に図５、図６に基づき本発明の第２の実
施の形態について説明する。図５は、ＳｉＣ基板上に前
記Ａｌ添加ＺｎＯとＧａＮを引き続き成長したときのエ
ネルギー帯の構造を示している。図に示すようにＳｉ
Ｃ、ＺｎＯ、ＧａＮの禁制帯幅はそれぞれ３．０ｅＶ、
３．２ｅＶ、３．４ｅＶである。Ｅ_C 、Ｅ_V は伝導帯の
底と価電子帯の頂上のエネルギーを与える。ＺｎＯのエ
ネルギー帯はＳｉＣ及びＧａＮに対して相対的に大きく
下がり、ＺｎＯの導電帯の底がＧａＮの価電子帯の頂上
よりも約０．６ｅＶ高い位置で接続される。

【００３５】従ってもしｐ−ＺｎＯが得られれば、前記
ｐ−ＺｎＯからＧａＮへの正孔注入は、正孔に対する障
壁が存在しないため容易に行うことができる。しかし、
現在の技術ではｐ−ＺｎＯを成長することは不可能であ
るため、通常ＺｎＯをｐ−ＧａＮに対するオーミックコ
ンタクトの材料として用いることができない。

【００３６】しかしＺｎＯに数％のＡｌを添加すること
により、ＺｎＯはメタリックなものとなり、通常ｎ形の
ＺｎＯから、ｐ−ＧａＮへ正孔を注入する場合に現れる
障壁を生じない。すなわち、ＺｎＯへの多量のＡｌの添
加により、前記ＺｎＯの導電帯の直下に、図５に示すよ
うな不純物帯を生じ、このとき前記不純物帯のエネルギ
ー値が丁度ＧａＮの価電子帯の頂上に近いので、正孔は
前記不純物帯を通じてｐ−ＧａＮに流れ、オーミックコ
ンタクトを形成することができる。前記不純物帯とＧａ
Ｎの価電子帯の頂上には０．３〜０．４ｅＶの障壁が残
留するが、通常用いるＧａＮのｐ形添加量の値を考慮す
れば、正孔は室温で容易にこの障壁を越すことができる
と考えられる。

【００３７】上記の議論から、逆にＧａＮの導電帯に対
して２．５ｅＶ以上に及ぶ導電帯のエネルギー差を有す
るＺｎＯを用いて、ｎ−ＧａＮに対するオーミックコン
タクトを形成することは通常不可能と考えられる。しか
しｎ−ＧａＮには１０¹⁹ｃｍ^-3の桁の高濃度の不純物を
添加することができる。このため空乏層が薄くなって前
記障壁はトンネル効果により通過することができるの
で、ＺｎＯを室温でｎ−ＧａＮのオーミックコンタクト
として使用することができる。同様に前記ＺｎＯは、Ｓ
ｉＣに対するオーミックコンタクトとして用いることが
できる。

【００３８】ＧａＮ及びＳｉＣに対して金属電極を直接
合金する方法でオーミックコンタクトを形成することも
可能である。しかし合金の熱歪みにより合金部分に欠陥
を生じ、ＧａＮ系多層構造の内部に向けて欠陥が増殖し
装置の寿命を低下させる。Ａｌ添加ＺｎＯをオーミック
コンタクトの材料として用いる場合には、ＺｎＯの成長
温度が３００℃程度と低いので、熱歪みによる欠陥を生
ずることはない。またオーミック特性の安定化のための
熱処理を行う必要もない。

【００３９】図６はＡｌ添加ＺｎＯオーミックコンタク
トを有するｎ−ＳｉＣ導電性基板上のＧａＮ系ＬＤの断
面構造を示す図である。Ａｌ添加ＺｎＯ層２はｎ−Ｓｉ
Ｃ基板１５とｎ−ＧａＮコンタクト層４との間に形成さ
れ、Ａｌ添加ＺｎＯ層１２はｐ−ＧａＮコンタクト層１
０とＡｕから成る上部金属電極１３との間に形成されて
いる。

【００４０】Ａｌ添加ＺｎＯ層はウルツ鉱形の結晶構造
を持ち、ＳｉＣやＧａＮ系結晶に近い格子定数を有する
ため、ＳｉＣ上にＧａＮ層を成長するときのバッファ層
としての役割を果たす利点がある。すなわちＺｎＯとい
う異種物質を介在させることにより、良好なオーミック
コンタクトが得られると同時に、ＳｉＣ上に直接ＧａＮ
を成長する場合に比べて、欠陥の少ない良質の成長層を
得ることができる。

【００４１】図５を見れば、ＧａＮとＳｉＣの導電帯の
底のエネルギー差は０．４ｅＶに過ぎないが、ＺｎＯと
ＧａＮの導電帯の底のエネルギー差は２．５ｅＶ以上に
達するので、通常ＧａＮとＳｉＣを直接結合する方がオ
ーミック特性が得やすいように思われる。しかし、実際
にはＳｉＣ基板上に直接ＧａＮを成長すれば、サファイ
ア上に成長した場合に比べて、みかけ上結晶性が良好な
成長層が得られるが、成長層の界面が高抵抗になる欠点
がある。これは気相成長の原料ガスの一つである窒素と
ＳｉＣ基板の構成元素であるＳｉとの反応性が、Ｇａと
の反応性よりも高いために、界面にＳｉＮ_x 等の絶縁性
の界面層を生ずるためである。

【００４２】上記のように、Ａｌ添加ＺｎＯ層はＳｉＣ
基板の表面清浄化、表面安定化に寄与し、ＳｉＣとＧａ
Ｎに対して共に格子整合した低抵抗なコンタクトを形成
することができる。第２の実施の形態ではｎ−ＳｉＣ基
板上にＧａＮ系多層構造をｎ側から成長する場合につい
て述べたが、逆にｐ−ＳｉＣ基板上にｐ側から成長して
同様に良好な特性を示すＧａＮ系発光装置を得ることが
できる。

【００４３】次に図７、図８を用いて本発明の第３の実
施の形態を説明する。図７は、ＧａＮ系多層構造から成
るＬＤ、ＬＥＤの上部Ａｕ電極１３とｐ−ＧａＮコンタ
クト層１０との間にＡｌ添加ＺｎＯ層を形成すれば、エ
レクトロマイグレーションにより、電極を構成するＡｕ
原子がｐ−ＧａＮ層の転位に取り込まれる現象が防止さ
れることを示す部分拡大図である。Ａｌ添加ＺｎＯ層
は、オーミック特性を改善すると同時に、ＧａＮ層中に
多数存在する転位線による装置の劣化を防止する、金属
イオンのマイグレーションバリアとして用いることがで
きる。従って上部Ａｕ電極１３とｐ−ＧａＮコンタクト
層１０との間にＡｌ添加ＺｎＯ層を形成すれば、装置の
電流変化は従来の突発的なものから漸進的なものに改善
される。

【００４４】図８は上部Ａｕ電極とＧａＮコンタクト層
との間に、前記Ａｌ添加ＺｎＯ層が有るものと無いもの
について、ＧａＮ系ＬＤの劣化の状況を比較した略図で
ある。図の横軸は時間、縦軸は出力光が一定になるよう
動作電流を制御するＡＰＣ(Automatic Power Control)
の条件で求めた動作電流の経時変化である。Ａｌ添加Ｚ
ｎＯ層が有るものについては、直接Ａｕ電極をｐ−Ｇａ
Ｎに設けた従来のものに比べて、ＡＰＣ条件で求めた動
作電流の経時変化が大幅に改善されていることがわか
る。

【００４５】なお前記Ａｌ添加ＺｎＯ層の代わりに、Ｃ
ｒ、Ｐｔ、Ｔｉ等の原子半径が大きくマイグレーション
を生じ難い金属材料をバリアメタルとして用いることも
有効と考えられるが、ＧａＮ系の材料の転位密度が非常
に大きいため、前記バリアメタルでは、Ａｌ添加ＺｎＯ
層のように金属イオンのマイグレーションを完全に防止
することができない。

【００４６】次に図９に基づき本発明の第４の実施の形
態を説明する。図９はサファイア基板上に形成したＧａ
Ｎ−ＭＯＳＦＥＴの構成を示す鳥瞰図である。サファイ
ア基板１の上に前記Ａｌ添加ＺｎＯ層２を成長し、その
上にＧａＮ−ＭＯＳＦＥＴの基板となるｐ−ＧａＮ層２
０ａを形成する。前記ｐ−ＧａＮ層２０には、ソースと
ドレインのｎ⁺ 領域を形成し、その上にＡｌ添加ＺｎＯ
層２２を介してソースとドレインの金属電極２５、２７
を設ける。前記ソースとドレインの金属電極間にゲート
絶縁膜２３を形成し、その上にチャネル２４を制御する
ゲート電極２６を設ける。ソース電極２５を接地し、ゲ
ート、ドレイン電極にそれぞれ電圧Ｖ_G 及びＶ_D を印加
する。

【００４７】前記ＭＯＳＦＥＴの基板となるｐ−ＧａＮ
層の一部をメサエッチングにより除去し、基板電圧制御
電極２８を前記Ａｌ添加ＺｎＯ層２の上に設ける。ソー
ス、ドレイン電極の下に設けたＡｌ添加ＺｎＯ層２２
は、前述のように金属電極からの金属原子がｐ−ＧａＮ
基板中にマイグレートするのを防止する役割を果たす。

【００４８】またサファイア基板１の上に形成したＡｌ
添加ＺｎＯ層２は、ｐ−ＧａＮ基板２０ａの結晶性を改
善すると同時に、基板電圧−Ｖ_BSがｐ−ＧａＮ−ＭＯＳ
ＦＥＴ基板２０の全域にわたって一様に印加されるのに
役立つ。ｐ−ＧａＮ２０ａは比較的高抵抗であるため、
基板電流によりｐ−ＧａＮ２０ａ内に電位降下を生じ、
ＭＯＳＦＥＴの正常な動作が妨げられる。

【００４９】すなわち、ゲート領域全体に均一な電位降
下を生じなくなり、電位降下は主としてメサの終端部に
近い下部電極２８と上部電極２５との間に生じるように
なる。導電性のＡｌ添加ＺｎＯ層２をサファイア基板上
に形成することによりｐ−ＧａＮが等電位となり、ＭＯ
ＳＦＥＴの正常な動作が保証される。

【００５０】次に図１０〜図１３に基づき本発明の第５
の実施の形態を説明する。これまでＡｌ添加ＺｎＯ層及
び他の関連する酸化物層をＧａＮ系化合物からなる半導
体装置に適用する手段についてのべたが、Ａｌ添加Ｚｎ
Ｏ層の適用範囲は必ずしもＧａＮ系化合物からなる半導
体装置に限定されるものではない。

【００５１】Ａｌ添加ＺｎＯ層の他の適用対象としてＺ
ｎＳｅ系のＩＩ−ＶＩ族化合物からなる半導体装置があ
げられる。導電性のｎ−ＧａＡｓ基板上に形成した最初
のＺｎＳｅ系半導体発光装置の断面構造を図１０に示
す。

【００５２】図１０のＺｎＳｅ系半導体発光装置は、Ｃ
ｄＺｎＳｅ活性層３５、ＺｎＳｅ導波層３４、３６、Ｍ
ｇＺｎＳＳｅクラッド層３３、３７、ＧａＡｓ基板３０
と下部のＭｇＺｎＳＳｅクラッド層３３との間のバッフ
ァ層３１，３２からなっている。Ａｌ添加ＺｎＯ層１２
は、上部ＭｇＺｎＳＳｅクラッド３７の上のｐ−ＺｎＳ
ｅ層３８と上部Ａｕ電極１３との間に形成される。

【００５３】ＺｎＳｅ系発光装置を製造する際の主な問
題点は、ｐ−ＺｎＳｅに対して良好なオーミックコンタ
クトが形成されないことである。このため動作電圧が高
くなり、これに伴う過剰発熱のために寿命時間が短くな
る。良好なオーミック特性が得られない理由は、通常電
極に用いる金属の仕事関数がＺｎＳｅの価電子帯よりも
高いためである。

【００５４】このとき金属電極とｐ−ＺｎＳｅとの間
に、中間層として作用し得る半導体材料はｐ型の不純物
添加が困難であるか、又は価電子帯がＺｎＳｅの価電子
帯よりも少なくとも１ｅＶ浅くなっているため、オーミ
ック特性の改善に役立てることはできない。

【００５５】図１１に示すように、Ａｌ添加ＺｎＯを用
いれば、上記の問題を克服することができる。図に示さ
れているように、例えば導電性のＳｉＣ基板を用い、Ｓ
ｉＣ基板とＺｎＳｅコンタクト層との間にＡｌ添加Ｚｎ
Ｏを用いれば、ＺｎＯ中のＡｌの不純物帯とＺｎＳｅの
価電子帯の上端とのずれは０．０２ｅＶと非常に小さ
い。このため室温でオーミック特性が得られる。

【００５６】図１０に示すＺｎＳｅ系発光装置におい
て、最後に堆積したｐ−ＺｎＳｅ層３８の上に前記Ａｌ
添加ＺｎＯ層１２が形成され、その上にＡｕ電極１３を
設けている。このようにすれば上記の理由により、良好
なオーミックコンタクトを得ることができる。このとき
ＺｎＳｅは立方晶系、Ａｌ添加ＺｎＯはウルツ型、と結
晶系が異なるため、ｐ−ＺｎＳｅ上には多結晶のＡｌ添
加ＺｎＯしか堆積することができない。しかし、Ａｌ添
加ＺｎＯはｐ−ＺｎＳｅに対して金属的なコンタクトと
して作用するため、その結晶性が良好でないことは製造
上の妨げとはならない。

【００５７】図１２は、サファイア基板上に形成したＺ
ｎＳｅ系ＬＤに、前記Ａｌ添加ＺｎＯ層を適用する場合
の構造を示す図である。ＺｎＳＳｅ活性層４１の上下に
隣接してＺｎＳ導波層４０、４２と、その上下に隣接し
てＭｇＺｎＳＳｅからなるクラッド層３３、３７が形成
される。

【００５８】さらにその上下に隣接してＺｎＳＳｅから
なるコンタクト層３９、４３が形成されるが、このとき
下部のｎ−ＺｎＳＳｅコンタクト層３９とサファイア基
板１との間、及び上部のｐ−ＺｎＳＳｅコンタクト層４
３と上部Ａｕ電極との間に、Ａｌ添加ＺｎＯ層２、及び
１２が形成される。

【００５９】図１２において、Ａｌ添加ＺｎＯ層２の上
に単結晶のＺｎＳＳｅ層３９を形成することは、前述の
結晶系の相違の説明と矛盾するように思われるかもしれ
ない。

【００６０】しかし、この場合前記ＺｎＳ_x Ｓｅ_1-x 層
のｘの値は０．７＜ｘ＜１と非常にＳの組成比が大きい
ことに注目しなければならない。このとき、前記ＺｎＳ
Ｓｅ層の結晶系は立方晶系からウルツ型に変化し、同様
にウルツ型のＺｎＯと格子整合するので、Ａｌ添加Ｚｎ
Ｏ層の上に単結晶のＺｎＳＳｅ層を形成することができ
る。図１２に示すウルツ型ＩＩ−ＶＩ族化合物からなる
発光装置は、紫外領域の波長のＬＤとして動作すること
が確かめられた。

【００６１】このときＡｌ添加ＺｎＯ層２は、下部のｎ
−ＺｎＳＳｅコンタクト層３９に対して低抵抗のコンタ
クトを形成し、電流狭窄ストライプ領域全面にわたって
均一なＬＤ発光をすることがわかった。このような優れ
たＬＤ発光特性はＡｌ添加ＺｎＯ層を導入することによ
り始めて得られたものである。またｎ−ＺｎＳＳｅは比
較的抵抗が高いので、前記Ａｌ添加ＺｎＯ層の導入によ
り装置全体の動作抵抗が低減し、低消費電力で長寿命の
半導体装置が得られることはいうまでもない。

【００６２】図１３に示すように、ＳｉＣ基板とＳ組成
の大きいＺｎＳＳｅ層との間に、Ａｌ添加ＺｎＯ層を低
抵抗層として導入することが注目される。このとき価電
子帶の端のエネルギー差は０．７２ｅＶであるが、Ａｌ
添加ＺｎＯの示す不純物帯伝導を利用すれば、このエネ
ルギー差は約１／２にすることができる。ＳｉＣ基板は
導電性であるから、このことから引き出し電極を必要と
しない導電性基板上の縦型の低抵抗なＩＩ−ＶＩ族系発
光装置が得られることが示される。

【００６３】次に本発明の第６の実施の形態について説
明する。上記第１〜第５の実施の形態においては、半導
体装置に動作電流を供給するための金属電極の下地とし
て、又は単結晶基板上に化合物半導体からなるエピタキ
シャル層を成長する時のバッファ層として、前記Ａｌ添
加ＺｎＯ層を用いることを説明したが、Ａｌ添加ＺｎＯ
層の用途はこれに限られるものではない。

【００６４】図１、図２及び図６において、ＩｎＧａＮ
活性層７の上下に隣接するｎ−ＧａＮ層６とｐ−ＧａＮ
層８からなる導波層を、それぞれＡｌ添加ＺｎＯ層とｎ
−ＧａＮ層からなるｎ型超格子導波層と、Ａｌ添加Ｚｎ
Ｏ層とｐ−ＧａＮ層からなるｐ型超格子導波層とに置き
換えることにより、ＬＤのしきい値電流密度を低減し、
発光効率の向上により最大出力を増加することができ
る。このときＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ活性層の組成を与えるｘ
の値は、０．１≦ｘ≦０．３の範囲である。図１、図２
及び図６に示すように、Ａｌ添加ＺｎＯ層２、１２を導
入することによりさらに発光装置の直列抵抗を低減する
ことができる。

【００６５】また、ＩｎＧａＮ活性層７をアンドープＺ
ｎＯ層とＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ層（０≦ｘ≦０．３）からな
る超格子活性層に置き換え、ｎ−ＧａＮ層６とｐ−Ｇａ
Ｎ層８とをそれぞれ導波層として用いることにより、発
光効率を大幅に向上することができる。このときＡｌ添
加ＺｎＯ層２、１２を導入することにより、さらに発光
装置の直列抵抗を低減することができることはいうまで
もない。

【００６６】次に図１４〜２４に基づき、本発明の第７
の実施の形態について説明する。前記第６の実施の形態
において、活性層、及び導波層にＺｎＯを含む超格子層
を導入することをのべたが、ＺｎＯの用途はこれに限ら
れるものではない。次に示すように、超格子層の構成要
素としてＺｎＯ薄層と組み合わせる化合物半導体薄層の
種類を選定し、かつ超格子層を構成するの薄層の厚さを
数ｎｍ以下と極度に小さくすることにより、超格子層を
バンドフォールディング（ブリルアン帯域の折り返し）
型とし、従来不可能であった長波長領域のＧａＮ系発光
装置を形成することができる。

【００６７】以下極度に薄い複数の層からなり、バンド
構造が混成されてあたかも単一の半導体材料のように作
用するバンドフォールディング型超格子を、短周期超格
子とよぶことにする。

【００６８】第７の実施の形態においては、活性層とし
てＺｎＯとＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０．１≦ｘ≦０．３）又
はＩｎＮからなる短周期超格子を用い、導波層としてＺ
ｎＯとＧａＮからなる短周期超格子を用いることによ
り、短波長側で得られる高効率の発光を維持しつつ、従
来に比べて長波長領域の発光が可能なＧａＮ系発光装置
を得ることができる。また前記短周期超格子を導波層と
して用いることにより、より一般的な構造で従来困難で
あった高出力ＬＤや、オーバフロー電流が抑制された高
効率のＬＤを形成することができる。

【００６９】従来ＧａＮ系発光装置は、紫外から青色領
域の可視ＬＤ、ＬＥＤとして開発されてきた。開発にお
ける問題点の１つは、ＬＤ発光が可能な波長領域が３９
０ｎｍ〜４２０ｎｍと極めて狭いことである。その主な
理由は活性領域が理論的にはＩｎ組成範囲ｘが０．１＜
ｘ＜１のＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎで形成されるが、実際上はＩ
ｎの組成範囲に大きな制約があることによる。

【００７０】前記ｘの全範囲が許容されれば、ＧａＮ系
発光装置は紫外から赤までの極めて広い可視領域でＬＤ
発光可能な発光装置となる。しかし、Ｉｎ組成が１に近
付くに従い、次の２つの要素が発光可能な波長領域を厳
しく制限する。

【００７１】その１は、前記ＩｎＧａＮ活性層とＧａＮ
導波層との間の格子不整合により、歪みが次第に増加
し、転位により前記活性領域が破壊するのを防止するた
めに、活性領域の厚さを極めて小さくしなければならな
いことである。このため実際上、活性領域として許され
るＩｎ組成の範囲は０＜ｘ＜０．３に限られる。

【００７２】その２は、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ系にはいわゆ
るミッシビリティギャップが存在することである。すな
わち０．３＜ｘ＜０．８５のＩｎ組成範囲では、高品質
な混晶を得ることができず、従って活性領域の材料とし
て前記ミッシビリティギャップに基づく制約がある。

【００７３】以上のべたように、ＩｎＧａＮはＬＤ、Ｌ
ＥＤの活性領域材料としてＩｎ組成範囲に制約がある
が、このことから次の２つの問題点が生じる。その１
は、活性層として許容されるＩｎ組成ｘの値が小さいた
め、導波層と活性層との間のバンドのずれ量が小さく、
いわゆるキャリアオーバーフロー現象を生じて、発光効
率が低下することである。実際問題として現在開発中の
ＧａＮ系短波長ＬＤにおいても、かなりのキャリアオー
バーフローによる電流が含まれている。

【００７４】その２は、実用的な導波層の材料としてＧ
ａＮか又はＩｎ組成の極めて小さいＩｎＧａＮに限定さ
れ、このためＡｌＧａＮクラッド層と導波層との間の屈
折率差がある程度固定されることにある。この問題につ
いては、ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成を変化するこ
とによりある程度回避することができるが、成長温度の
問題や格子不整合の問題が前記Ａｌ組成ｘの最大値を
０．２に制限する。また前記Ｉｎ組成の最小値は、活性
層からのキャリアオーバフローを防止するための条件か
ら０．１程度に限定される。

【００７５】このように導波層とクラッド層との間の屈
折率差の制御ができないため、高出力のＬＤを製造する
ことができない。その理由は、現状においては屈折率の
差が過大であるためＬＤ発光が活性層に強く閉じ込めら
れ、非常に小さい出力レベルにおいて、光を放射するＬ
Ｄの開口面に損傷を生じるからである。

【００７６】第７の実施の形態においては、上記のよう
に活性層や導波層に極めて狭い混晶の組成範囲しか使用
できないこと、このため発光の波長範囲が狭いこと、キ
ヤリアオーバーフローによる発光効率の低下や、光閉込
めが強すぎてＬＤ開口面に損傷を生じること等の問題点
を解決するために、ＧａＮ系ＬＤにＺｎＯとＩｎＧａＮ
からなる短周期超格子層、及びＺｎＯとＧａＮからなる
短周期超格子層を導入する。

【００７７】図１４、図１６、及び図１８は、通常のＧ
ａＮ系ＬＤ構造に本第７の実施の形態の種々の構成を適
用した例を示す図である。図１５、図１７、及び図１９
は、Ａｌ添加ＺｎＯをコンタクト層に適用した例を示す
図である。

【００７８】図１４ではＺｎＯとＩｎＧａＮからなる短
周期超格子層１７が活性層として用いられ、図１６では
ＺｎＯとＧａＮからなる短周期超格子層１９、２０が導
波層として用いられ、さらに図１８では短周期超格子層
１７、１９、２０が活性層及び導波層として用いられた
場合が示されている。

【００７９】図１５、図１７、図１９では、上記の場合
についてそれぞれコンタクト層にＡｌ添加ＺｎＯ層を用
いている。前記短周期超格子構造を活性層、及び導波層
として用いる場合についてさらに詳細に説明する。

【００８０】図２０、図２１は、長波長の黄緑領域のＧ
ａＮ系ＬＤを得ようとするとき、通常考えられる活性層
及び導波層のバンド構造図である。このとき活性層とな
るＩｎ_x Ｇａ_1-x ＮのＩｎ組成は、ｘ＝０．８となる
が、このように高いＩｎ組成の層が高密度の転位や欠陥
を生ずることなく形成できるとは考えられない。

【００８１】その理由は、前記Ｉｎ組成が大きいために
隣接するＧａＮ導波層との間に過大な格子不整合を生ず
ることと、Ｉｎと酸素との親和性が高いので、Ｉｎを介
して酸素が不純物として活性層中に取り込まれるためで
ある。

【００８２】この問題を解決するために、図２１に示す
ように、ＺｎＯとＩｎＮの短周期超格子活性層を用い
た。このときＺｎＯ層の厚さは０．６ｎｍ、ＩｎＮ層の
厚さは１．８ｎｍであった。このような短周期超格子で
は、バンドフォールディング効果によりＺｎＯとＩｎＮ
とのバンドが混成され、実効禁制帯幅２．２６ｅＶの半
導体材料となる。

【００８３】このような活性層は超格子構造を有するた
め、ＩｎＮ層の合計した厚さはＩｎ組成０．８のＩｎＧ
ａＮ活性層の厚さに比べてずっと小さくなり、前記格子
不整合の問題は回避することができる。またＮ組成の大
きいＩｎＧａＮ活性層の発光効率は前記欠陥の導入によ
り低くなるが、バンドフオールディング効果は、例えば
ＧａＰとＡｌＰの場合、直接再結合過程をかなり高める
ので、前記短周期超格子を用いれば、ＬＤのしきい値電
流密度を低減することができる。

【００８４】図２２と図２３は、短波長レーザに対して
ＺｎＯとＧａＮからなる短周期超格子を導波層として用
いた時のバンド構造図である。図２２は、ＧａＮ導波層
による光閉じ込めを用いた標準的なＬＤ構造である。図
２３では、前記導波層の１つがＺｎＯとＧａＮからなる
短周期超格子導波層に置き換えられている。このときＺ
ｎＯ層の厚さは０．３ｎｍ、ＧａＮ層の厚さは１．８ｎ
ｍであった。またサファイア基板は、表面がｃ軸に垂直
なものを用いた。

【００８５】図２３より、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層か
らＩｎＧａＮ活性層に注入された正孔が０．４３ｅＶの
障壁に阻まれ、この障壁高さは図２２に示す対応する部
分の障壁高さ０．１６ｅＶに比べて大きいことがわか
る。このため、活性層からｎ−ＡｌＧａＮクラッド層へ
の正孔のオーバーフローは完全に防止される。

【００８６】また、前記ＺｎＯとＧａＮからなる短周期
超格子導波層の使用により、前記導波層とクラッド層間
の屈折率の差が低下し、このため活性層への光閉じ込め
効果が弱められ、前記クラッド層への出力光の広がりを
生じることにより、ＬＤ開口面における光出力密度が低
減される。このことから、ＬＤ開口面の光出力による損
傷が除去され、ＬＤ装置の破壊を防止することができ
る。

【００８７】図２４は前記ＺｎＯとＧａＮからなる短周
期超格子導波層と、ＺｎＯとＩｎＮからなる短周期超格
子活性層を共に備えたＧａＮ系ＬＤのバンド構造を示す
図である。この構造により、図２１及び図２３で説明し
た効果が相乗的に得られることはいうまでもない。

【００８８】次に第８の実施の形態として本発明のＡｌ
添加ＺｎＯ層を有する半導体装置の製造方法について説
明する。Ａｌ添加ＺｎＯ層の製造方法は、その用途によ
り異なる。半導体装置の最上層の例えばＧａＮのような
ｐ型層と、例えばＡｕのような金属電極との間に、前記
Ａｌ添加ＺｎＯ層を形成する場合には、形成されたＡｌ
添加ＺｎＯ層が多結晶か又は単結晶であるかは製造上余
り問題にしなくてもよい。

【００８９】例えば電子ビーム蒸着法を用いて、前記Ａ
ｌ添加ＺｎＯ層を直接蒸着すればよい。このとき蒸着源
としては、Ｚｎ０とＡｌ₂ ０₃ を用い、基板を１００℃
〜３００℃に加熱すれば良好な結果が得られる。

【００９０】前記Ａｌ添加ＺｎＯ層を形成した上に、引
き続き単結晶の多層構造を成長する必要がある場合に
は、半導体装置の品質を確保するために、良好な単結晶
を成長しなければならない。このときは、例えばＭＢＥ
やＭＯＣＶＤ、又はＬＰＥ(Liquid Phase Epitaxy)のよ
うな高度なＺｎＯ層の形成技術を使用することにより、
ＺｎＯ層の結晶性は大幅に向上する。

【００９１】ＭＢＥ法を用いる場合には、酸素プラズマ
中のＺｎ源とＯ₂ 又はＯ₃ 源、及び不純物添加用のＡｌ
源を用いて、基板温度を６００℃〜８００℃としてエピ
タキシャル成長する。ＭＯＣＶＤ法を用いる場合には、
ＺｎソースとしてＤＭＺ(di-methyl-zinc)又はヂエチル
ジンク(di-ethyl-zinc) 、酸素のソースとして純Ｏ₂ガ
ス、不純物添加用のＡｌソースとしてＴＭＡ(tri-methy
l-aluminum) 又はＤＭＡＨ(di-methyl-aluminum-hydrid
e)を用い、これらのソースガスの温度を全て室温として
エピタキシャル成長を行う。

【００９２】ＬＰＥの場合には、２０００℃におけるＡ
ｌ添加ＺｎＯのメルトを用いるか又は酸素過剰の雰囲気
において温度４５０℃のＡｌ添加Ｚｎのメルトを用いて
エピタキシャル成長する。

【００９３】ＧａＮ層上にＺｎＯ層を形成する場合に
は、ウルツ型結晶系が強固であるため、単にＺｎＯをス
パッタし、その後熱処理すればよい。スパッタ法を用い
るときにはＡｌ添加ＺｎＯのペレットをスパッタソース
として用いる。しかしこのようにして製造した半導体装
置の品質はＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ、ＣＶＤ、ＬＰＥ法等を
用いて製造したＡｌ添加ＺｎＯ層を有する半導体装置に
及ばない。

【００９４】なお本発明は上記の実施の形態に限定され
ることはない。例えば上記第１乃至第３の実施の形態に
おいて、化合物半導体材料はＧａＮに限らずＡｌＮ、Ｉ
ｎＮ、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ、Ｉｎ_x Ａｌ_1-x Ｎ、Ｇａ_x Ａ
ｌ_1-x Ｎ、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_1-x-y Ｎ、を用いることが
できる。また第５及び第６の実施の形態において、Ｚｎ
Ｓｅに限らずＺｎＳ、Ｚｎ_x Ｓ_1-x Ｓｅ、Ｍｇ_x Ｚｎ
_1-x Ｓｅ、Ｃｄ_x Ｚｎ_1-x Ｓｅ、Ｍｇ_x Ｚｎ_y Ｓ_1-x-y
Ｓｅ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を用いることがで
きる。

【００９５】また導電性酸化物層としてＡｌ添加ＺｎＯ
に限らずＩｎ_x Ｚｎ_1-x Ｏ、Ａｌ添加Ｉｎ_x Ｚｎ_1-x
Ｏ、Ｓｎ_x Ｚｎ_1-x Ｏ、Ａｌ添加Ｓｎ_x Ｚｎ_1-x Ｏ、Ｉ
ｎ_x Ｓｎ_y Ｚｎ_1-x-y Ｏ、及びＡｌ添加Ｉｎ_x Ｓｎ_y Ｚ
ｎ_1-x-y Ｏ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１を用いること
ができる。

【００９６】また上記第１乃至第４及び第６、第７の実
施の形態において、前記導電性酸化物の下地となる化合
物半導体材料は、ＧａＮの他Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０≦ｘ
≦０．２）を用いることができる。その他本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。

【００９７】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、ｐ形及
びｎ形の化合物半導体層に対してＡｌを高濃度に添加し
たＺｎＯをオーミックコンタクトの形成材料として用い
ることにより、サファイヤ基板上又はＳｉＣ基板上に形
成したＧａＮ系又はＺｎＳｅ系半導体装置の動作電圧を
大幅に低減することができる。また前記ＺｎＯ層を用い
て、電極からの金属原子のエレクトロマイグレーション
を防止することにより、長寿命なＧａＮ系半導体装置を
実現することができる。

【００９８】このほかＩｎＧａＮを活性層とする発光装
置において、前記ＺｎＯ層を含む超格子層又は短周期超
格子層を導波層として用いることにより、あるいは前記
ＺｎＯ層を含む超格子層又は短周期超格子層を活性層と
することにより、動作電圧が低くかつ長寿命でかつ発光
波長範囲の広い発光装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るサファイア基
板上のＧａＮ系ＬＤの構造を示す断面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態の変形例を示す断面
図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るＧａＮ系発光
装置の内部電流密度分布を示す図。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係るＧａＮ系発光
装置の近接発光強度分布を示す図。

【図５】ＧａＮ、ＺｎＯ、ＳｉＣのバンド構造の相互関
係を示す図。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る導電性ｎ−Ｓ
ｉＣ基板上のＧａＮ系発光装置の構造を示す断面図。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係るＡｌ添加Ｚｎ
Ｏ層の電極金属マイグレーションに対するバリア効果を
示す部分拡大図。

【図８】Ａｌ添加ＺｎＯ層の寿命改善効果を示す図。

【図９】本発明の第４の実施の形態に係るサファイア基
板上のｐ−ＧａＮから成るＭＯＳＦＥＴの構造を示す鳥
瞰図である。

【図１０】本発明の第５の実施の形態に係るＧａＡｓ基
板上のＺｎＳｅ系発光装置の構造を示す断面図。

【図１１】ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＳｉＣのバンド構造の相
互関係を示す図。

【図１２】本発明の第５の実施の形態に係るサファイア
基板上のＺｎＳｅ系発光装置の構造を示す断面図。

【図１３】ＺｎＳＳｅ、ＺｎＯ、ＳｉＣのバンド構造の
相互関係を示す図。

【図１４】ＺｎＯ／ＩｎＧａＮ短周期超格子活性層を具
備するＧａＮ系発光装置の構造を示す断面図。

【図１５】ＺｎＯ／ＩｎＧａＮ短周期超格子活性層と、
Ａｌ添加ＺｎＯ層とを具備するＧａＮ系発光装置の構造
を示す断面図。

【図１６】ＺｎＯ／ＧａＮ短周期超格子導波層を具備す
るＧａＮ系発光装置の構造を示す断面図。

【図１７】ＺｎＯ／ＧａＮ短周期超格子導波層と、Ａｌ
添加ＺｎＯ層とを具備するＧａＮ系発光装置の構造を示
す断面図。

【図１８】ＺｎＯ／ＩｎＧａＮ短周期超格子活性層と、
ＺｎＯ／ＧａＮ短周期超格子導波層とを具備するＧａＮ
系発光装置の構造を示す断面図。

【図１９】ＺｎＯ／ＩｎＧａＮ短周期超格子活性層と、
ＺｎＯ／ＧａＮ短周期超格子導波層と、Ａｌ添加ＺｎＯ
層とを具備するＧａＮ系発光装置の構造を示す断面図。

【図２０】長波長ＧａＮ系発光装置のバンド構造図。

【図２１】ＺｎＯ／ＩｎＮ短周期超格子活性層を具備す
るＧａＮ系発光装置のバンド構造図。

【図２２】短波長ＧａＮ系発光装置のバンド構造図。

【図２３】ＺｎＯ／ＧａＮ短周期超格子導波層を具備す
るＧａＮ系発光装置のバンド構造図。

【図２４】ＺｎＯ／ＩｎＮ短周期超格子活性層とＺｎＯ
／ＧａＮ短周期超格子導波層を具備するＧａＮ系発光装
置のバンド構造図。

【図２５】従来のサファイア基板上のＧａＮ系発光装置
の構造を示す断面図。

【図２６】従来のＧａＮ系発光装置の近接発光強度分布
を示す図。

【図２７】従来のサファイア基板上のＧａＮ系発光装置
における転位とＡｕ原子のマイグレーションとの関連を
示す図。

【図２８】従来のサファイア基板上のＧａＮ系発光装置
におけるＡｕ原子のマイグレーションと電流分布との関
連を示す図。

【符号の説明】

１…サファイア基板 ２…Ａｌ添加ＺｎＯ導電層 ３…Ａｕ電極 ４…ｎ−ＧａＮコンタクト層 ５…ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ６…ｎ−ＧａＮ導波層 ７…ＩｎＧａＮ活性層 ８…ｐ−ＧａＮ導波層 ９…ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 １０…ｐ−ＧａＮコンタクト層 １１…ＳｉＯ₂ 電流阻止層 １２…Ａｌ添加ＺｎＯ導電層 １３…Ａｕ電極 １４…Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極 １５…ｎ−ＳｉＣ基板 １６…Ｔｉ／Ａｕ電極 １７…ＺｎＯ／ＩｎＧａＮ短周期超格子活性層 １８…Ｎｉ／Ａｕ又はＴｉ／Ａｕ １９、２０…ＺｎＯ／ＧａＮ短周期超格子導波層 ２０ａ…ｐ−ＧａＮ基板 ２１…ｎ⁺ 領域 ２２…Ａｌ添加ＺｎＯ層 ２３…ゲート絶縁膜 ２４…チャネル層 ２５…ソース電極 ２６…ゲート電極 ２７…ドレイン電極 ２８…基板バイアス電極

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化合物半導体層を形成する基板と、 少なくとも１層の化合物半導体層と、 前記化合物半導体層に電流を供給する金属電極とを含む
   半導体装置において、 少なくとも前記基板と前記化合物半導体層との間、 及び前記化合物半導体層と前記金属電極との間、 及び前記金属電極と前記基板との間、のいずれか１つ
   に、導電性の金属酸化物層が形成されたことを特徴とす
   る半導体装置。
2. 【請求項２】 絶縁性の単結晶基板と、少なくとも１つ
   のクラッド層と、少なくとも１つの導波層と、活性層
   と、少なくとも１つの化合物半導体からなるコンタクト
   層とを含む多層構造と、 前記多層構造上に形成された電流供給用の第１の金属電
   極と、 前記絶縁性の単結晶基板上において電流を横方向に引き
   出す電流供給用の第２の金属電極とを有する半導体装置
   において、 少なくとも前記多層構造の上部のコンタクト層と前記第
   １の金属電極との間、 前記絶縁性の単結晶基板と前記第２の金属電極との間、 及び前記絶縁性の単結晶基板と前記多層構造の下部のコ
   ンタクト層との間、のいずれか１つに、導電性の金属酸
   化物層が形成されたことを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 導電性の単結晶基板と、少なくとも１つ
   のクラッド層と、少なくとも１つの導波層と、活性層
   と、少なくとも１つの化合物半導体からなるコンタクト
   層とを含む多層構造と、 前記多層構造の上部に形成された電流供給用の第１の金
   属電極と、 前記導電性の単結晶基板の下部に形成された電流供給用
   の第２の金属電極とを有する半導体装置において、 少なくとも前記導電性の単結晶基板と前記多層構造の下
   部のコンタクト層との間、 及び前記多層構造の上部のコンタクト層と前記第１の金
   属電極との間、のいずれか１つに、導電性の金属酸化物
   層が形成されたことを特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２及び３のいずれか１つに記
   載の導電性の金属酸化物層は、 Ａｌを添加したＺｎＯ層、 Ａｌを添加したＩｎ_x Ｚｎ_1-x Ｏ層、 Ａｌを添加したＳｎ_x Ｚｎ_1-x Ｏ層、 Ａｌを添加したＩｎ_x Ｓｎ_y Ｚｎ_1-x-y Ｏ層、 及びＩｎ_x Ｚｎ_1-x Ｏ層、Ｓｎ_x Ｚｎ_1-x Ｏ層、Ｉｎ_x
   Ｓｎ_y Ｚｎ_1-x-y Ｏ層、（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦
   １）のいずれか１つであり、 請求項２及び３のいずれか１つに記載の化合物半導体か
   らなるコンタクト層は、ＧａＮ、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０
   ≦ｘ≦０．２）、ＺｎＳｅ、及びＺｎＳ_x Ｓｅ_1-x
   （０．７＜ｘ＜１）のいずれか１つであることを特徴と
   する半導体装置。
5. 【請求項５】 活性層と、少なくとも１つのクラッド層
   と、少なくとも１つの導波層とを含む半導体装置におい
   て、 前記少なくとも１つの導波層が複数のＺｎＯ薄層と、複
   数のＧａＮ薄層とを交互に積層した超格子からなり、 前記活性層がＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０．１≦ｘ≦０．３）
   からなることを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 活性層と、少なくとも１つのクラッド層
   と、少なくとも１つの導波層とを含む半導体装置におい
   て、 前記活性層が複数のＺｎＯ薄層と複数のＩｎ_x Ｇａ_1-x
   Ｎ（０≦ｘ≦０．３）薄層とを交互に積層した超格子か
   らなり、 前記少なくとも１つの導波層がＧａＮからなることを特
   徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】 活性層と、少なくとも１つのクラッド層
   と、少なくとも１つの導波層とを含む半導体装置におい
   て、 前記少なくとも１つの導波層が複数のＺｎＯ薄層と、複
   数のＧａＮ薄層とを交互に積層した短周期超格子からな
   ることを特徴とする半導体装置。
8. 【請求項８】 活性層と、少なくとも１つのクラッド層
   と、少なくとも１つの導波層とを含む半導体装置におい
   て、 前記活性層が複数のＺｎＯ薄層と複数のＩｎ_x Ｇａ_1-x
   Ｎ（０．１＜ｘ＜０．３及びｘ＝１のいずれか）薄層と
   を交互に積層した短周期超格子からなることを特徴とす
   る半導体装置。