JPH10190056A - 半導体発光素子およびその製法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製法Info
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- JPH10190056A JPH10190056A JP34294296A JP34294296A JPH10190056A JP H10190056 A JPH10190056 A JP H10190056A JP 34294296 A JP34294296 A JP 34294296A JP 34294296 A JP34294296 A JP 34294296A JP H10190056 A JPH10190056 A JP H10190056A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 チッ化ガリウム系化合物半導体からなるｐ形
層とｐ側電極との間の電気的接触を改良し、接触抵抗を
下げることにより順方向電圧の低い半導体発光素子およ
びそれを得るための製法を提供する。 【解決手段】 基板１と、該基板上にチッ化ガリウム系
化合物半導体からなるｎ形層３とｐ形層５とが積層され
ることにより発光層を形成する半導体積層部と、前記ｐ
形層に電流拡散層７を介して設けられるｐ側電極８とか
らなり、前記電流拡散層の少なくとも前記ｐ形層側にＩ
ｎ、ＧａおよびＡｌからなる群の少なくとも１種の金属
のドロップレット層または薄膜からなる低抵抗層７ａ、
またはＩｎ、ＺｎおよびＭｇからなる群の少なくとも１
種の金属を前記ｐ形層の不純物濃度より高濃度に含有す
るチッ化ガリウム系化合物半導体からなる低抵抗層７ａ
を有している。
層とｐ側電極との間の電気的接触を改良し、接触抵抗を
下げることにより順方向電圧の低い半導体発光素子およ
びそれを得るための製法を提供する。 【解決手段】 基板１と、該基板上にチッ化ガリウム系
化合物半導体からなるｎ形層３とｐ形層５とが積層され
ることにより発光層を形成する半導体積層部と、前記ｐ
形層に電流拡散層７を介して設けられるｐ側電極８とか
らなり、前記電流拡散層の少なくとも前記ｐ形層側にＩ
ｎ、ＧａおよびＡｌからなる群の少なくとも１種の金属
のドロップレット層または薄膜からなる低抵抗層７ａ、
またはＩｎ、ＺｎおよびＭｇからなる群の少なくとも１
種の金属を前記ｐ形層の不純物濃度より高濃度に含有す
るチッ化ガリウム系化合物半導体からなる低抵抗層７ａ
を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板上に、チッ化ガ
リウム系化合物半導体層が積層される半導体発光素子お
よびその製法に関する。さらに詳しくは、ｐ形層全体に
電流を拡散して発光効率を向上させると共に、電極との
接触抵抗を小さくして順方向電圧を低くすることができ
る半導体発光素子およびその製法に関する。
リウム系化合物半導体層が積層される半導体発光素子お
よびその製法に関する。さらに詳しくは、ｐ形層全体に
電流を拡散して発光効率を向上させると共に、電極との
接触抵抗を小さくして順方向電圧を低くすることができ
る半導体発光素子およびその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、たとえば青色系の光を発光する半
導体発光素子は、図４に示されるような構造になってい
る。すなわち、サファイア基板２１上にたとえばＧａＮ
からなる低温バッファ層２２と、高温でＧａＮがエピタ
キシャル成長されたｎ形層（クラッド層）２３と、バン
ドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さく
発光波長を定める材料、たとえばＩｎＧａＮ系（Ｉｎと
Ｇａの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同
じ）化合物半導体からなる活性層（発光層）２４と、ｐ
形のＧａＮからなるｐ形層（クラッド層）２５とからな
り、その表面にｐ側（上部）電極２８が設けられ、積層
された半導体層の一部がエッチングされて露出したｎ形
層２３の表面にｎ側（下部）電極２９が設けられること
により形成されている。なお、ｎ形層２３およびｐ形層
２５はキャリアの閉じ込め効果を向上させるため、活性
層２３側にＡｌＧａＮ系（ＡｌとＧａの比率が種々変わ
り得ることを意味する、以下同じ）化合物半導体層が用
いられることがある。
導体発光素子は、図４に示されるような構造になってい
る。すなわち、サファイア基板２１上にたとえばＧａＮ
からなる低温バッファ層２２と、高温でＧａＮがエピタ
キシャル成長されたｎ形層（クラッド層）２３と、バン
ドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さく
発光波長を定める材料、たとえばＩｎＧａＮ系（Ｉｎと
Ｇａの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同
じ）化合物半導体からなる活性層（発光層）２４と、ｐ
形のＧａＮからなるｐ形層（クラッド層）２５とからな
り、その表面にｐ側（上部）電極２８が設けられ、積層
された半導体層の一部がエッチングされて露出したｎ形
層２３の表面にｎ側（下部）電極２９が設けられること
により形成されている。なお、ｎ形層２３およびｐ形層
２５はキャリアの閉じ込め効果を向上させるため、活性
層２３側にＡｌＧａＮ系（ＡｌとＧａの比率が種々変わ
り得ることを意味する、以下同じ）化合物半導体層が用
いられることがある。
【０００３】この種の半導体発光素子は、通常表面側を
発光面として使用されることが多く、表面を電極で覆う
と光が透過せず外部発光効率が低下する。そのため、ｐ
側電極２８はワイヤボンディングのために必要最小限の
大きさに形成される。一方、ｐ側電極２８とｎ側電極２
９との間に電圧が印加されると、積層された半導体を介
して電流が流れ、活性層２４の電流通路の部分が発光領
域となる。したがって、電流通路が幅広く形成される方
が好ましく、ｐ形層５の全面に電流が拡がるように、ｐ
形層２５の表面にＮｉとＡｕの合金層からなる電流拡散
層（図示せず）が設けられる場合がある。この場合も、
あまり厚くなると光を通さなくなるため５〜１０ｎｍ程
度と薄く形成される。
発光面として使用されることが多く、表面を電極で覆う
と光が透過せず外部発光効率が低下する。そのため、ｐ
側電極２８はワイヤボンディングのために必要最小限の
大きさに形成される。一方、ｐ側電極２８とｎ側電極２
９との間に電圧が印加されると、積層された半導体を介
して電流が流れ、活性層２４の電流通路の部分が発光領
域となる。したがって、電流通路が幅広く形成される方
が好ましく、ｐ形層５の全面に電流が拡がるように、ｐ
形層２５の表面にＮｉとＡｕの合金層からなる電流拡散
層（図示せず）が設けられる場合がある。この場合も、
あまり厚くなると光を通さなくなるため５〜１０ｎｍ程
度と薄く形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、ｐ形層
の表面には、Ｎｉ-Ａｕ合金層からなる電流拡散層が設
けられる場合が多いが、これらの金属は真空蒸着やスパ
ッタリングなどにより設けられるため、電流拡散層を設
ける際、半導体層を積層したウェハをＭＯＣＶＤ装置か
ら空気中に取り出さなければならない。一方、ｐ形層に
するためＧａＮやＡｌＧａＮ系化合物半導体に通常ドー
ピングされるＭｇは、ドーピングされる際に、または半
導体層の積層後に空気中に晒されることにより、Ｏ（酸
素原子）やＨ（水素原子）などと化合しやすく、これら
の元素と化合しているとドーパントとして作用しない。
そのため、とくに半導体層を積層後金属層を蒸着するた
めに、ＭＯＣＶＤ装置から空気中に取り出されると、ｐ
形のチッ化ガリウム系化合物半導体層とその表面に設け
られる金属層との間のオーミックコンタクト特性が低下
し、順方向電圧が高くなるという問題がある。
の表面には、Ｎｉ-Ａｕ合金層からなる電流拡散層が設
けられる場合が多いが、これらの金属は真空蒸着やスパ
ッタリングなどにより設けられるため、電流拡散層を設
ける際、半導体層を積層したウェハをＭＯＣＶＤ装置か
ら空気中に取り出さなければならない。一方、ｐ形層に
するためＧａＮやＡｌＧａＮ系化合物半導体に通常ドー
ピングされるＭｇは、ドーピングされる際に、または半
導体層の積層後に空気中に晒されることにより、Ｏ（酸
素原子）やＨ（水素原子）などと化合しやすく、これら
の元素と化合しているとドーパントとして作用しない。
そのため、とくに半導体層を積層後金属層を蒸着するた
めに、ＭＯＣＶＤ装置から空気中に取り出されると、ｐ
形のチッ化ガリウム系化合物半導体層とその表面に設け
られる金属層との間のオーミックコンタクト特性が低下
し、順方向電圧が高くなるという問題がある。
【０００５】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、チッ化ガリウム系化合物半導体からな
るｐ形層とｐ側電極との間の電気的接触を改良し、接触
抵抗を下げることにより順方向電圧の低い半導体発光素
子およびその半導体発光素子を得るための製法を提供す
ることを目的とする。
なされたもので、チッ化ガリウム系化合物半導体からな
るｐ形層とｐ側電極との間の電気的接触を改良し、接触
抵抗を下げることにより順方向電圧の低い半導体発光素
子およびその半導体発光素子を得るための製法を提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、基板と、該基板上にチッ化ガリウム系化合物半
導体からなるｎ形層とｐ形層とが積層されることにより
発光層を形成する半導体積層部と、前記ｐ形層に電流拡
散層を介して設けられるｐ側電極とからなり、前記電流
拡散層の少なくとも前記ｐ形層側にＩｎ、ＧａおよびＡ
ｌからなる群の少なくとも１種の金属のドロップレット
層または薄膜からなる低抵抗層を有するものである。こ
の構造にすることにより、Ｉｎ、ＧａおよびＡｌなどの
金属をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置により
半導体層の積層に続いて成膜することができるため、半
導体層の表面を酸化させるなどの不純物層を介在させる
ことなく金属からなる低抵抗層を形成することができ
る。
素子は、基板と、該基板上にチッ化ガリウム系化合物半
導体からなるｎ形層とｐ形層とが積層されることにより
発光層を形成する半導体積層部と、前記ｐ形層に電流拡
散層を介して設けられるｐ側電極とからなり、前記電流
拡散層の少なくとも前記ｐ形層側にＩｎ、ＧａおよびＡ
ｌからなる群の少なくとも１種の金属のドロップレット
層または薄膜からなる低抵抗層を有するものである。こ
の構造にすることにより、Ｉｎ、ＧａおよびＡｌなどの
金属をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置により
半導体層の積層に続いて成膜することができるため、半
導体層の表面を酸化させるなどの不純物層を介在させる
ことなく金属からなる低抵抗層を形成することができ
る。
【０００７】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部
がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。また、ドロップレットとは、有機金属
化合物から金属が粒状に析出して隙間を有しながら形成
される層をいう。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部
がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。また、ドロップレットとは、有機金属
化合物から金属が粒状に析出して隙間を有しながら形成
される層をいう。
【０００８】前述のドロップレット層または薄膜に変え
て、Ｉｎ、ＺｎおよびＭｇからなる群の少なくとも１種
の金属を前記ｐ形層の不純物濃度より高濃度に含有する
チッ化ガリウム系化合物半導体層が設けられてもよい。
この構造にしても、ｐ形層の表面に金属を高濃度に含有
し抵抗の小さい半導体層からなる低抵抗層がＭＯＣＶＤ
装置により半導体層と連続的に成膜されるため、酸化膜
などの不純物層を介在させることがない。この場合、金
属高濃度半導体層は、結晶構造がよくないが、クラッド
層として必要な半導体層はｐ形層で賄われており、電流
を流しやすくしさえすればよいため、結晶構造が悪くて
も問題はない。
て、Ｉｎ、ＺｎおよびＭｇからなる群の少なくとも１種
の金属を前記ｐ形層の不純物濃度より高濃度に含有する
チッ化ガリウム系化合物半導体層が設けられてもよい。
この構造にしても、ｐ形層の表面に金属を高濃度に含有
し抵抗の小さい半導体層からなる低抵抗層がＭＯＣＶＤ
装置により半導体層と連続的に成膜されるため、酸化膜
などの不純物層を介在させることがない。この場合、金
属高濃度半導体層は、結晶構造がよくないが、クラッド
層として必要な半導体層はｐ形層で賄われており、電流
を流しやすくしさえすればよいため、結晶構造が悪くて
も問題はない。
【０００９】前記電流拡散層の表面側に少なくともＮｉ
を含む金属層が設けられることにより、一層電流拡散の
効果が向上する。この場合、ドロップレットや金属薄膜
などの低抵抗層と半導体層とはＭＯＣＶＤ装置で連続的
に成膜されるため、酸化物などの不純物が介在すること
がなく、また低抵抗層はその大部分が金属であるため、
その層とＮｉを含む金属層とは密着よく成膜される。
を含む金属層が設けられることにより、一層電流拡散の
効果が向上する。この場合、ドロップレットや金属薄膜
などの低抵抗層と半導体層とはＭＯＣＶＤ装置で連続的
に成膜されるため、酸化物などの不純物が介在すること
がなく、また低抵抗層はその大部分が金属であるため、
その層とＮｉを含む金属層とは密着よく成膜される。
【００１０】本発明の半導体発光素子の製法は、（ａ）
基板上に発光層を形成するｎ形層およびｐ形層を含むチ
ッ化ガリウム系化合物半導体層を積層し、（ｂ）該半導
体層を積層する装置で引き続き前記ｐ形層上に、金属の
ドロップレットもしくは薄膜からなる低抵抗層または前
記ｐ形層の不純物濃度より高濃度の金属を含有する金属
高濃度半導体層を形成し、（ｃ）前記金属の低抵抗層ま
たは金属高濃度半導体層上にｐ側電極を形成することを
特徴とする。
基板上に発光層を形成するｎ形層およびｐ形層を含むチ
ッ化ガリウム系化合物半導体層を積層し、（ｂ）該半導
体層を積層する装置で引き続き前記ｐ形層上に、金属の
ドロップレットもしくは薄膜からなる低抵抗層または前
記ｐ形層の不純物濃度より高濃度の金属を含有する金属
高濃度半導体層を形成し、（ｃ）前記金属の低抵抗層ま
たは金属高濃度半導体層上にｐ側電極を形成することを
特徴とする。
【００１１】前記（ｂ）工程の後に、表面に保護膜を形
成してからｐ形層のアニール処理を行うことにより、表
面のＩｎやＺｎなどの蒸発を防止すると共に、ｐ形層中
にこれらの金属が拡散してオーミック特性が向上するた
め好ましい。
成してからｐ形層のアニール処理を行うことにより、表
面のＩｎやＺｎなどの蒸発を防止すると共に、ｐ形層中
にこれらの金属が拡散してオーミック特性が向上するた
め好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子およびその製法について説明をす
る。図１の（ａ）には、たとえば青色系の発光に適した
チッ化ガリウム系化合物半導体層がサファイア基板上に
積層される本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面
説明図が示され、そのｐ形層５の表面にドロップレット
による低抵抗層が形成された状態の部分拡大模式図が
（ｂ）に示されている。
明の半導体発光素子およびその製法について説明をす
る。図１の（ａ）には、たとえば青色系の発光に適した
チッ化ガリウム系化合物半導体層がサファイア基板上に
積層される本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面
説明図が示され、そのｐ形層５の表面にドロップレット
による低抵抗層が形成された状態の部分拡大模式図が
（ｂ）に示されている。
【００１３】本発明の半導体発光素子は、図１（ａ）に
示されるように、たとえばサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結
晶）などからなる基板１の表面に発光領域を形成する半
導体層２〜５が積層されて半導体積層部を形成し、その
表面にＩｎ、Ｚｎ、Ｇａなどのドロップレット層からな
る低抵抗層７ａおよびＮｉとＡｕの合金などからなる金
属層７ｂからなる電流拡散層７を介して上部電極（ｐ側
電極）８が形成されている。また、積層された半導体層
３〜５の一部が除去されて露出したｎ形層３にｎ側電極
（下部電極）９が形成されている。なお、図１に示され
る例では、低抵抗層７ａ上に、ＮｉとＡｕの合金などか
らなる金属層７ｂがさらに設けられて、電流拡散の効果
を一層大きくしているが、この金属層７ｂは必ずしも必
須のもではない。
示されるように、たとえばサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結
晶）などからなる基板１の表面に発光領域を形成する半
導体層２〜５が積層されて半導体積層部を形成し、その
表面にＩｎ、Ｚｎ、Ｇａなどのドロップレット層からな
る低抵抗層７ａおよびＮｉとＡｕの合金などからなる金
属層７ｂからなる電流拡散層７を介して上部電極（ｐ側
電極）８が形成されている。また、積層された半導体層
３〜５の一部が除去されて露出したｎ形層３にｎ側電極
（下部電極）９が形成されている。なお、図１に示され
る例では、低抵抗層７ａ上に、ＮｉとＡｕの合金などか
らなる金属層７ｂがさらに設けられて、電流拡散の効果
を一層大きくしているが、この金属層７ｂは必ずしも必
須のもではない。
【００１４】基板１上に積層される半導体層は、たとえ
ばＧａＮからなる低温バッファ層２が０.０１〜０.２μ
ｍ程度堆積され、ついでｎ形のＧａＮからなるｎ形層
（クラッド層）３が１〜５μｍ程度堆積されている。さ
らに、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよ
りも小さくなる材料、たとえばＩｎＧａＮ系化合物半導
体からなる発光層４が０.００５〜０.３μｍ程度形成さ
れ、さらにｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層５ａおよ
びＧａＮ層５ｂからなるｐ形層（クラッド層）５が全体
で０.５〜１μｍ程度それぞれ順次積層されている。
ばＧａＮからなる低温バッファ層２が０.０１〜０.２μ
ｍ程度堆積され、ついでｎ形のＧａＮからなるｎ形層
（クラッド層）３が１〜５μｍ程度堆積されている。さ
らに、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよ
りも小さくなる材料、たとえばＩｎＧａＮ系化合物半導
体からなる発光層４が０.００５〜０.３μｍ程度形成さ
れ、さらにｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層５ａおよ
びＧａＮ層５ｂからなるｐ形層（クラッド層）５が全体
で０.５〜１μｍ程度それぞれ順次積層されている。
【００１５】なお、ｐ形層５はＡｌＧａＮ系化合物半導
体層５ａとＧａＮ層５ｂとの複層になっているが、キャ
リアの閉じ込め効果の点からＡｌを含む層が設けられる
ことが好ましいためで、ＧａＮ層だけでもよい。また、
ｎ形層３にもＡｌＧａＮ系化合物半導体層を設けて複層
にしてもよく、またこれらを他のチッ化ガリウム系化合
物半導体層で形成することもできる。
体層５ａとＧａＮ層５ｂとの複層になっているが、キャ
リアの閉じ込め効果の点からＡｌを含む層が設けられる
ことが好ましいためで、ＧａＮ層だけでもよい。また、
ｎ形層３にもＡｌＧａＮ系化合物半導体層を設けて複層
にしてもよく、またこれらを他のチッ化ガリウム系化合
物半導体層で形成することもできる。
【００１６】図１に示される例の半導体発光素子では、
電流拡散層７がＩｎ、Ｚｎ、Ｇａなどのドロップレット
層７１（図１（ｂ）参照）からなる低抵抗層７ａとＮｉ
およびＡｕの合金である金属層７ｂ（図１（ｂ）には図
示されていない）とからなっている。このドロップレッ
ト層７１は、図１（ｂ）に模式図が示されるように、Ｉ
ｎ、Ｚｎ、Ｇａなどの金属が膜にならないで粒状の層に
形成される。したがって、このドロップレット層７１の
厚さは５０ｎｍ程度に形成される。このＩｎ、Ｚｎ、Ｇ
ａなどのドロップレット層７１を形成するには、これら
の金属を、たとえばトリメチルインジウム（以下、ＴＭ
Ｉｎという）、ジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎとい
う）、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）など
の有機金属化合物として半導体層をエピタキシャル成長
させるＭＯＣＶＤ装置内にキャリアガスと共に導入し、
２００〜６００℃程度の析出温度にすることにより、析
出させることができる。したがって、ｐ形層５の成長に
引き続きドロップレット層７１を形成することができ
る。
電流拡散層７がＩｎ、Ｚｎ、Ｇａなどのドロップレット
層７１（図１（ｂ）参照）からなる低抵抗層７ａとＮｉ
およびＡｕの合金である金属層７ｂ（図１（ｂ）には図
示されていない）とからなっている。このドロップレッ
ト層７１は、図１（ｂ）に模式図が示されるように、Ｉ
ｎ、Ｚｎ、Ｇａなどの金属が膜にならないで粒状の層に
形成される。したがって、このドロップレット層７１の
厚さは５０ｎｍ程度に形成される。このＩｎ、Ｚｎ、Ｇ
ａなどのドロップレット層７１を形成するには、これら
の金属を、たとえばトリメチルインジウム（以下、ＴＭ
Ｉｎという）、ジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎとい
う）、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）など
の有機金属化合物として半導体層をエピタキシャル成長
させるＭＯＣＶＤ装置内にキャリアガスと共に導入し、
２００〜６００℃程度の析出温度にすることにより、析
出させることができる。したがって、ｐ形層５の成長に
引き続きドロップレット層７１を形成することができ
る。
【００１７】本発明の半導体発光素子によれば、電流拡
散層７が低抵抗層７ａと金属層７ｂとからなっており、
低抵抗層７ａがＩｎ、Ｚｎ、Ｇａなどのドロップレット
層７１からなっているため、これらの金属を有機金属化
合物としてＭＯＣＶＤ装置内で半導体層と連続して形成
することができる。そのため、低抵抗層７ａとｐ形層５
との間に酸化膜などの絶縁膜が形成されることがなく、
ｐ形層５と低抵抗層７ａとの間の接触抵抗が小さくな
る。一方、この低抵抗層７ａであるドロップレット層７
１は、粒状で連結して設けられるため、その間に隙間が
あり、発光層で発光した光を透過させながら、金属粒の
連結部を介して電流が流れる。そのため、電流を拡散さ
せながら発光層で発光した光を透過させる電流拡散層と
なり、しかも半導体層と小さな接触抵抗により接続され
る。低抵抗層７ａとしてドロップレット層にすることに
より、光の取出し効率を向上させることができる。
散層７が低抵抗層７ａと金属層７ｂとからなっており、
低抵抗層７ａがＩｎ、Ｚｎ、Ｇａなどのドロップレット
層７１からなっているため、これらの金属を有機金属化
合物としてＭＯＣＶＤ装置内で半導体層と連続して形成
することができる。そのため、低抵抗層７ａとｐ形層５
との間に酸化膜などの絶縁膜が形成されることがなく、
ｐ形層５と低抵抗層７ａとの間の接触抵抗が小さくな
る。一方、この低抵抗層７ａであるドロップレット層７
１は、粒状で連結して設けられるため、その間に隙間が
あり、発光層で発光した光を透過させながら、金属粒の
連結部を介して電流が流れる。そのため、電流を拡散さ
せながら発光層で発光した光を透過させる電流拡散層と
なり、しかも半導体層と小さな接触抵抗により接続され
る。低抵抗層７ａとしてドロップレット層にすることに
より、光の取出し効率を向上させることができる。
【００１８】以上のように、低抵抗層７ａにより電流拡
散作用をするため、電流拡散層としては低抵抗層７ａだ
けでもよいが、さらにこの表面に従来のようにＮｉとＡ
ｕの薄い合金層が設けられることにより、光を透過させ
ながら電流拡散層の厚さを厚くすることができ、充分に
電流を拡散させることができる。この場合、Ｎｉおよび
ＡｕはＭＯＣＶＤ装置から取り出されて真空蒸着装置ま
たはスパッタリング装置により成膜されるが、本発明で
はｐ形層５の表面に低抵抗層７ａが設けられているた
め、空気中に取り出されてもその酸化が生じ難く、しか
も金属層同士の接触であるため、小さな接触抵抗により
積層される。したがって、低抵抗層７ａと金属層７ｂと
の間も低抵抗で接続される。
散作用をするため、電流拡散層としては低抵抗層７ａだ
けでもよいが、さらにこの表面に従来のようにＮｉとＡ
ｕの薄い合金層が設けられることにより、光を透過させ
ながら電流拡散層の厚さを厚くすることができ、充分に
電流を拡散させることができる。この場合、Ｎｉおよび
ＡｕはＭＯＣＶＤ装置から取り出されて真空蒸着装置ま
たはスパッタリング装置により成膜されるが、本発明で
はｐ形層５の表面に低抵抗層７ａが設けられているた
め、空気中に取り出されてもその酸化が生じ難く、しか
も金属層同士の接触であるため、小さな接触抵抗により
積層される。したがって、低抵抗層７ａと金属層７ｂと
の間も低抵抗で接続される。
【００１９】本発明の低抵抗層７ａは、上述のように、
ｐ形層５との間に不純物を介在させることなく成膜さ
れ、しかも発光層で発光する光を透過させながら電流を
拡散できる層であればよい。したがって、前述のような
ドロップレット層７１でなくても、有機金属化合物とす
ることができる金属を同様の方法で析出させて、図２
（ａ）に示されるようなＩｎ、Ｚｎ、Ｇａまたはこれら
の複合の薄膜７２からなる低抵抗層７ａにしても１〜１
０ｎｍ程度以下であれば光を透過し、ドロップレット層
７１と同様に機能する。低抵抗層７ａとしてこのような
薄膜７２にすることにより、駆動電圧をより一層低下さ
せることができる。
ｐ形層５との間に不純物を介在させることなく成膜さ
れ、しかも発光層で発光する光を透過させながら電流を
拡散できる層であればよい。したがって、前述のような
ドロップレット層７１でなくても、有機金属化合物とす
ることができる金属を同様の方法で析出させて、図２
（ａ）に示されるようなＩｎ、Ｚｎ、Ｇａまたはこれら
の複合の薄膜７２からなる低抵抗層７ａにしても１〜１
０ｎｍ程度以下であれば光を透過し、ドロップレット層
７１と同様に機能する。低抵抗層７ａとしてこのような
薄膜７２にすることにより、駆動電圧をより一層低下さ
せることができる。
【００２０】この低抵抗層７ａは同様の観点から、図２
（ｂ）に示されるように、たとえばｐ形のＧａＮ層を成
膜しながら、ＩｎもしくはＺｎまたはこれらの両方が高
濃度に含まれるように導入することにより、ｐ形層５よ
り高濃度に金属を含有する金属高濃度半導体層７３とし
ても、前述の各例と同様に、ｐ形層５と連続してＭＯＣ
ＶＤ装置により成膜される低抵抗層７ａになる。含有す
る金属は、前述の金属のほかに、Ｍｇを高濃度に含有さ
せてもよい。この場合、Ｍｇの濃度が濃くなると、半導
体層の結晶性が低下するが、クラッド層としては働かな
い半導体層の表面なので問題はない。低抵抗層７ａとし
てこのような金属高濃度半導体層７３にする場合は、前
述のドロップレットや薄膜の金属のみの層よりは抵抗が
大きいため、この表面に前述の金属層７ｂを設けること
が好ましいが、光の取出し効率が増加する。
（ｂ）に示されるように、たとえばｐ形のＧａＮ層を成
膜しながら、ＩｎもしくはＺｎまたはこれらの両方が高
濃度に含まれるように導入することにより、ｐ形層５よ
り高濃度に金属を含有する金属高濃度半導体層７３とし
ても、前述の各例と同様に、ｐ形層５と連続してＭＯＣ
ＶＤ装置により成膜される低抵抗層７ａになる。含有す
る金属は、前述の金属のほかに、Ｍｇを高濃度に含有さ
せてもよい。この場合、Ｍｇの濃度が濃くなると、半導
体層の結晶性が低下するが、クラッド層としては働かな
い半導体層の表面なので問題はない。低抵抗層７ａとし
てこのような金属高濃度半導体層７３にする場合は、前
述のドロップレットや薄膜の金属のみの層よりは抵抗が
大きいため、この表面に前述の金属層７ｂを設けること
が好ましいが、光の取出し効率が増加する。
【００２１】つぎに、図１に示される半導体発光素子の
製法について説明をする。
製法について説明をする。
【００２２】有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）
により、キャリアガスのＨ2 と共にＴＭＧ、アンモニア
（以下、ＮＨ3 という）などの反応ガスおよびｎ形とす
る場合のドーパントガスとしてのＳｉＨ4 などを供給し
て、まず、たとえばサファイアからなる基板１上に、た
とえば４００〜６００℃程度の低温で、ＧａＮ層からな
る低温バッファ層２を０.０１〜０.２μｍ程度程度、同
じ組成のｎ形層（クラッド層）３を６００〜１２００℃
程度で１〜５μｍ程度結晶成長する。さらにドーパント
ガスを止めて、反応ガスとしてＴＭＩｎを追加し、Ｉｎ
ＧａＮ系化合物半導体からなる活性層４を０.００５〜
０.３μｍ程度成膜する。
により、キャリアガスのＨ2 と共にＴＭＧ、アンモニア
（以下、ＮＨ3 という）などの反応ガスおよびｎ形とす
る場合のドーパントガスとしてのＳｉＨ4 などを供給し
て、まず、たとえばサファイアからなる基板１上に、た
とえば４００〜６００℃程度の低温で、ＧａＮ層からな
る低温バッファ層２を０.０１〜０.２μｍ程度程度、同
じ組成のｎ形層（クラッド層）３を６００〜１２００℃
程度で１〜５μｍ程度結晶成長する。さらにドーパント
ガスを止めて、反応ガスとしてＴＭＩｎを追加し、Ｉｎ
ＧａＮ系化合物半導体からなる活性層４を０.００５〜
０.３μｍ程度成膜する。
【００２３】ついで、反応ガスのＴＭＩｎをトリメチル
アルミニウム（以下、ＴＭＡという）に変更し、ドーパ
ントガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（以
下、Ｃｐ2 Ｍｇという）を導入して、ｐ形のＡｌＧａＮ
系化合物半導体層５ａを０.１〜０.５μｍ程度、さらに
再度反応ガスのＴＭＡを止めてｐ形のＧａＮ層５ｂを
０.１〜０.５μｍ程度それぞれ積層し、ｐ形層５を形成
する。
アルミニウム（以下、ＴＭＡという）に変更し、ドーパ
ントガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（以
下、Ｃｐ2 Ｍｇという）を導入して、ｐ形のＡｌＧａＮ
系化合物半導体層５ａを０.１〜０.５μｍ程度、さらに
再度反応ガスのＴＭＡを止めてｐ形のＧａＮ層５ｂを
０.１〜０.５μｍ程度それぞれ積層し、ｐ形層５を形成
する。
【００２４】その後、反応ガスをたとえばＴＭＩｎのみ
にして温度を２００〜６００℃程度に下げることによ
り、Ｉｎのドロップレット層７１が５０ｎｍ程度の厚さ
に析出する。ついで、半導体層およびドロップレット層
が積層されたウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、真
空蒸着装置に入れて、図３に部分拡大説明図が示される
ように、Ｎｉ層７５およびＡｕ層７６をそれぞれたとえ
ば５ｎｍ程度づつ蒸着する。さらにその表面にＳｉＯ2
またはＳｉＮ（チッ化ケイ素）などからなる保護層７９
を０.１〜０.２μｍ程度堆積し、ｐ形ドーパントの活性
化のため、７００〜１０００℃程度で１０〜４０分程度
のアニールを行う。このアニールの際に、Ｎｉ層７５お
よびＡｕ層７６は合金化し、透明になり膜厚も薄くな
る。さらに、ｐ形層５の表面に設けられたＩｎなどもｐ
形層５内に浸透し、一層低抵抗化に寄与する。すなわ
ち、保護層７９が設けられることにより、Ｉｎなどの低
抵抗層の金属の蒸発を防止し、むしろ半導体層の中へ拡
散させる効果がある。
にして温度を２００〜６００℃程度に下げることによ
り、Ｉｎのドロップレット層７１が５０ｎｍ程度の厚さ
に析出する。ついで、半導体層およびドロップレット層
が積層されたウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、真
空蒸着装置に入れて、図３に部分拡大説明図が示される
ように、Ｎｉ層７５およびＡｕ層７６をそれぞれたとえ
ば５ｎｍ程度づつ蒸着する。さらにその表面にＳｉＯ2
またはＳｉＮ（チッ化ケイ素）などからなる保護層７９
を０.１〜０.２μｍ程度堆積し、ｐ形ドーパントの活性
化のため、７００〜１０００℃程度で１０〜４０分程度
のアニールを行う。このアニールの際に、Ｎｉ層７５お
よびＡｕ層７６は合金化し、透明になり膜厚も薄くな
る。さらに、ｐ形層５の表面に設けられたＩｎなどもｐ
形層５内に浸透し、一層低抵抗化に寄与する。すなわ
ち、保護層７９が設けられることにより、Ｉｎなどの低
抵抗層の金属の蒸発を防止し、むしろ半導体層の中へ拡
散させる効果がある。
【００２５】ついで、下部電極を形成するためｎ形層３
が露出するように、積層された半導体層の一部を塩素ガ
スなどによる反応性イオンエッチングによりエッチング
をする。この露出したｎ形層３の表面にｎ側電極９の金
属のＴｉおよびＡｌをそれぞれ０.１μｍ程度と０.３μ
ｍ程度づつ真空蒸着などにより成膜し、さらにｐ側電極
のために図示しないＳｉＮなどの保護膜の一部を除去し
て露出した金属層７ｂ上にＴｉとＡｕをそれぞれ真空蒸
着し、３００〜５００℃程度で５〜４０分程度シンター
することにより、上部電極８および下部電極９を形成す
る。その結果、図１に示される半導体発光素子が得られ
る。これらの電極はリフトオフ法などにより形成され
る。
が露出するように、積層された半導体層の一部を塩素ガ
スなどによる反応性イオンエッチングによりエッチング
をする。この露出したｎ形層３の表面にｎ側電極９の金
属のＴｉおよびＡｌをそれぞれ０.１μｍ程度と０.３μ
ｍ程度づつ真空蒸着などにより成膜し、さらにｐ側電極
のために図示しないＳｉＮなどの保護膜の一部を除去し
て露出した金属層７ｂ上にＴｉとＡｕをそれぞれ真空蒸
着し、３００〜５００℃程度で５〜４０分程度シンター
することにより、上部電極８および下部電極９を形成す
る。その結果、図１に示される半導体発光素子が得られ
る。これらの電極はリフトオフ法などにより形成され
る。
【００２６】低抵抗層７ａとして、Ｚｎのドロップレッ
トを形成するには、反応ガスとしてＤＭＺｎを導入して
同様に析出させればよく、Ｇａのドロップレットを形成
するには、反応ガスとしてＴＭＧを導入して同様に析出
させればよい。また、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａなどの薄膜７２
を形成するには、前述と同じ反応ガスを前述の場合より
も大きな流量で導入し、析出させることにより、析出金
属粒が重なり合って薄膜として形成される。さらに、金
属高濃度半導体層７３を形成する場合には、たとえばＮ
Ｈ3 、ＴＭＧの半導体の成長ガスおよびドーバントガス
のＣｐ2 Ｍｇと共に、ＴＭＩｎやＤＭＺｎなどの反応ガ
スを導入すればよい。また、Ｍｇを高濃度にドーピング
した半導体層にするには、ドーバントガスのＣｐ2 Ｍｇ
の流量を大きくすればよい。
トを形成するには、反応ガスとしてＤＭＺｎを導入して
同様に析出させればよく、Ｇａのドロップレットを形成
するには、反応ガスとしてＴＭＧを導入して同様に析出
させればよい。また、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａなどの薄膜７２
を形成するには、前述と同じ反応ガスを前述の場合より
も大きな流量で導入し、析出させることにより、析出金
属粒が重なり合って薄膜として形成される。さらに、金
属高濃度半導体層７３を形成する場合には、たとえばＮ
Ｈ3 、ＴＭＧの半導体の成長ガスおよびドーバントガス
のＣｐ2 Ｍｇと共に、ＴＭＩｎやＤＭＺｎなどの反応ガ
スを導入すればよい。また、Ｍｇを高濃度にドーピング
した半導体層にするには、ドーバントガスのＣｐ2 Ｍｇ
の流量を大きくすればよい。
【００２７】前述の各例では、ダブルヘテロ接合構造の
例であったが、チッ化ガリウム系化合物半導体からなる
ｐｎ接合構造でも同様である。
例であったが、チッ化ガリウム系化合物半導体からなる
ｐｎ接合構造でも同様である。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、ｐ形層上に形成される
電流拡散層が、ｐ形層との間に不純物を介在させること
なく設けられるため、ｐ形層とｐ側電極との間の接触抵
抗を小さくすることができる。その結果、チッ化ガリウ
ム系化合物半導体のｐ形層と電極との間のオーミック特
性が向上し、順方向電圧の低い半導体発光素子が得られ
る。
電流拡散層が、ｐ形層との間に不純物を介在させること
なく設けられるため、ｐ形層とｐ側電極との間の接触抵
抗を小さくすることができる。その結果、チッ化ガリウ
ム系化合物半導体のｐ形層と電極との間のオーミック特
性が向上し、順方向電圧の低い半導体発光素子が得られ
る。
【００２９】また、本発明の製法によれば、ｐ形層と接
触する低抵抗層が半導体層を積層する装置と同じ装置で
形成されるため、簡単にしかも不純物層を介在させるこ
となく低抵抗層を形成することができる。
触する低抵抗層が半導体層を積層する装置と同じ装置で
形成されるため、簡単にしかも不純物層を介在させるこ
となく低抵抗層を形成することができる。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面説
明図である。
明図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の他の形態のｐ形層上
に設けられる低抵抗層部分の拡大説明図である。
に設けられる低抵抗層部分の拡大説明図である。
【図３】ｐ形層のアニールを行う場合のｐ形層上に積層
される膜の例を示す図である。
される膜の例を示す図である。
【図４】従来の半導体発光素子の一例の斜視説明図であ
る。
る。
１ 基板 ３ ｎ形層 ４ 活性層 ５ ｐ形層 ７ 電流拡散層 ７ａ 低抵抗層 ７ｂ 金属層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園部 雅之 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 (72)発明者 伊藤 範和 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 基板と、該基板上にチッ化ガリウム系化
合物半導体からなるｎ形層とｐ形層とが積層されること
により発光層を形成する半導体積層部と、前記ｐ形層に
電流拡散層を介して設けられるｐ側電極とからなり、前
記電流拡散層の少なくとも前記ｐ形層側にＩｎ、Ｇａお
よびＡｌからなる群の少なくとも１種の金属のドロップ
レット層または薄膜からなる低抵抗層を有する半導体発
光素子。 - 【請求項２】 基板と、該基板上にチッ化ガリウム系化
合物半導体からなるｎ形層とｐ形層とが積層されること
により発光層を形成する半導体積層部と、前記ｐ形層に
電流拡散層を介して設けられるｐ側電極とからなり、前
記電流拡散層の少なくとも前記ｐ形層側にＩｎ、Ｚｎお
よびＭｇからなる群の少なくとも１種の金属を前記ｐ形
層の不純物濃度より高濃度に含有するチッ化ガリウム系
化合物半導体からなる低抵抗層を有する半導体発光素
子。 - 【請求項３】 前記電流拡散層の表面側に少なくともＮ
ｉを含む金属層を有する請求項１または２記載の半導体
発光素子。 - 【請求項４】 （ａ）基板上に発光層を形成するｎ形層
およびｐ形層を含むチッ化ガリウム系化合物半導体層を
積層し、（ｂ）該半導体層を積層する装置で引き続き前
記ｐ形層上に金属のドロップレットまたは薄膜層を形成
し、（ｃ）該金属のドロップレットまたは薄膜層の上部
にｐ側電極を形成することを特徴とする半導体発光素子
の製法。 - 【請求項５】 （ａ）基板上に発光層を形成するｎ形層
およびｐ形層を含むチッ化ガリウム系化合物半導体層を
積層し、（ｂ´）前記ｐ形層上に該ｐ形層の不純物濃度
より高濃度の金属を含有するチッ化ガリウム系化合物半
導体からなる金属高濃度半導体層を成膜し、（ｃ）該金
属高濃度半導体層上にｐ側電極を形成することを特徴と
する半導体発光素子の製法。 - 【請求項６】 前記（ｂ）または（ｂ´）の工程の後
に、Ｎｉを含む金属層を蒸着またはスパッタリングによ
り成膜する請求項４または５記載の製法。 - 【請求項７】 前記ｐ側電極を形成する前に、表面に保
護膜を形成してからｐ形層のアニール処理を行う請求項
４、５または６記載の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34294296A JP3776538B2 (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 半導体発光素子およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34294296A JP3776538B2 (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 半導体発光素子およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190056A true JPH10190056A (ja) | 1998-07-21 |
| JP3776538B2 JP3776538B2 (ja) | 2006-05-17 |
Family
ID=18357716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34294296A Expired - Lifetime JP3776538B2 (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 半導体発光素子およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3776538B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246641A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-30 | Seiwa Electric Mfg Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
| KR20040050735A (ko) * | 2002-12-09 | 2004-06-17 | (주)옵트로닉스 | ｐ형 질화물계 화합물 반도체의 오믹 접촉 향상 방법 |
| KR100616632B1 (ko) | 2004-11-18 | 2006-08-28 | 삼성전기주식회사 | 질화물계 반도체 소자 |
| KR100619420B1 (ko) * | 2005-01-20 | 2006-09-11 | 엘지전자 주식회사 | 플립칩 본딩용 발광 다이오드 |
| JP2007220973A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ |
| JP2007535152A (ja) * | 2004-04-29 | 2007-11-29 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 発光半導体チップの製造方法および半導体チップ |
| JP2008511154A (ja) * | 2004-08-26 | 2008-04-10 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| US7982232B2 (en) | 2008-08-27 | 2011-07-19 | Showa Denko K.K. | Semiconductor light-emitting device, manufacturing method thereof, and lamp |
-
1996
- 1996-12-24 JP JP34294296A patent/JP3776538B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246641A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-30 | Seiwa Electric Mfg Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
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| JP2007535152A (ja) * | 2004-04-29 | 2007-11-29 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 発光半導体チップの製造方法および半導体チップ |
| US7897423B2 (en) | 2004-04-29 | 2011-03-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method for production of a radiation-emitting semiconductor chip |
| JP4653804B2 (ja) * | 2004-04-29 | 2011-03-16 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 発光半導体チップの製造方法および半導体チップ |
| US8273593B2 (en) | 2004-04-29 | 2012-09-25 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method for production of a radiation-emitting semiconductor chip |
| JP2008511154A (ja) * | 2004-08-26 | 2008-04-10 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2013058786A (ja) * | 2004-08-26 | 2013-03-28 | Lg Innotek Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| KR100616632B1 (ko) | 2004-11-18 | 2006-08-28 | 삼성전기주식회사 | 질화물계 반도체 소자 |
| KR100619420B1 (ko) * | 2005-01-20 | 2006-09-11 | 엘지전자 주식회사 | 플립칩 본딩용 발광 다이오드 |
| JP2007220973A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ |
| US7982232B2 (en) | 2008-08-27 | 2011-07-19 | Showa Denko K.K. | Semiconductor light-emitting device, manufacturing method thereof, and lamp |
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|---|---|
| JP3776538B2 (ja) | 2006-05-17 |
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