JPH10242520A - 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法Info
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- JPH10242520A JPH10242520A JP4523197A JP4523197A JPH10242520A JP H10242520 A JPH10242520 A JP H10242520A JP 4523197 A JP4523197 A JP 4523197A JP 4523197 A JP4523197 A JP 4523197A JP H10242520 A JPH10242520 A JP H10242520A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バンドギャップが大きく且つｐ型キャリア濃
度が1×1018cm-3以下に制限される窒化ガリウム系半導
体において良好なオーミック接触を得る電極構造を提供
すること。 【解決手段】 ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層にMg
を含まず且つ密着性・反応性の高い元素（Ni、Ti等）か
らなる第１層とMgを含む第２層とをこの順に積層して電
極構造を形成し、その後、アニーリング処理を行う。こ
れにより、当該半導体中へ第２層からｐ型ドーパント金
属たるMgを拡散させる。第１層をNi又はTiで形成する
と、この拡散は速やかに進行する。 【効果】 上記電極構造を半導体素子のｐ側電極に採用
することで、接触抵抗の低減が図られ、素子の動作電圧
も低減した。
度が1×1018cm-3以下に制限される窒化ガリウム系半導
体において良好なオーミック接触を得る電極構造を提供
すること。 【解決手段】 ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層にMg
を含まず且つ密着性・反応性の高い元素（Ni、Ti等）か
らなる第１層とMgを含む第２層とをこの順に積層して電
極構造を形成し、その後、アニーリング処理を行う。こ
れにより、当該半導体中へ第２層からｐ型ドーパント金
属たるMgを拡散させる。第１層をNi又はTiで形成する
と、この拡散は速やかに進行する。 【効果】 上記電極構造を半導体素子のｐ側電極に採用
することで、接触抵抗の低減が図られ、素子の動作電圧
も低減した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は可視光領域から紫外
光に対応する発光ダイオード、レーザダイオードなどの
光デバイスや高温動作FETに用いられる窒化ガリウム系
化合物半導体に好適な電極形成方法、及びこれを適用し
た半導体素子並びにその製造方法に関する。
光に対応する発光ダイオード、レーザダイオードなどの
光デバイスや高温動作FETに用いられる窒化ガリウム系
化合物半導体に好適な電極形成方法、及びこれを適用し
た半導体素子並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、その代
表的なGaNのバンドギャップが3.4eVと大きい事と熱的・
化学的に非常に安定である事から、青から紫外領域への
発光素子材料や高温動作用のＴＦＴ材料として近年急激
に着目されている。しかしながら、ドーピングや混晶の
作製などの基本的な結晶成長技術やエッチング、電極形
成などのデバイスプロセス技術などに多くの問題を残し
ている。
表的なGaNのバンドギャップが3.4eVと大きい事と熱的・
化学的に非常に安定である事から、青から紫外領域への
発光素子材料や高温動作用のＴＦＴ材料として近年急激
に着目されている。しかしながら、ドーピングや混晶の
作製などの基本的な結晶成長技術やエッチング、電極形
成などのデバイスプロセス技術などに多くの問題を残し
ている。
【０００３】高濃度ドーピングの可能なｎ型GaNへのオ
ーミック電極は、アプライド・フィジクス・レターズ誌
第69巻（1996年）1556頁（Appl.Phys.Lett.,Vol.69(199
6),pp.1556）に記載されているようにTi系多層電極を用
いて、接触抵抗6.5×10-5Ωcm2という比較的良好な結果
が得られている。
ーミック電極は、アプライド・フィジクス・レターズ誌
第69巻（1996年）1556頁（Appl.Phys.Lett.,Vol.69(199
6),pp.1556）に記載されているようにTi系多層電極を用
いて、接触抵抗6.5×10-5Ωcm2という比較的良好な結果
が得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体へのオーミック電極に関して
は、ｐ型GaNのキャリア濃度の上限が1017〜2×1018cm-3
と小さい為、良好なオーミック接合が得られていない。
例えば、Second International Symposium on Control
of Semiconductor Interface B5-5,1996,(軽井沢)で京
都大学から発表されたように、Ni系多層電極を用いてｐ
型GaNに電極を形成した場合、その接触抵抗は2.1×10-2
Ωcm2であった。
化ガリウム系化合物半導体へのオーミック電極に関して
は、ｐ型GaNのキャリア濃度の上限が1017〜2×1018cm-3
と小さい為、良好なオーミック接合が得られていない。
例えば、Second International Symposium on Control
of Semiconductor Interface B5-5,1996,(軽井沢)で京
都大学から発表されたように、Ni系多層電極を用いてｐ
型GaNに電極を形成した場合、その接触抵抗は2.1×10-2
Ωcm2であった。
【０００５】窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導
体レーザなどのデバイスの実用化には、上述のｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層と電極材料とのオーミック・
コンタクトにおける接触抵抗を更に低減し、具体的には
10-6Ωcm2程度又はこれより低くする必要がある。本発
明は、この様な事情に鑑み、ｐ型層と良好なオーミック
接合が得られた窒化ガリウム系化合物半導体素子を提供
する事にある。
体レーザなどのデバイスの実用化には、上述のｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層と電極材料とのオーミック・
コンタクトにおける接触抵抗を更に低減し、具体的には
10-6Ωcm2程度又はこれより低くする必要がある。本発
明は、この様な事情に鑑み、ｐ型層と良好なオーミック
接合が得られた窒化ガリウム系化合物半導体素子を提供
する事にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】我々は、窒化ガリウム系
化合物半導体に良好なｐ型オーミック電極を得る方法と
して、Mgをドーピング金属に用いる方法を見出した。こ
の方法は、窒化ガリウムＧａＮに限らず、ＡｌＮ、Ｉｎ
Ｎ、又はこれらの２元系化合物半導体を合わせてなる混
晶半導体（例えば、ＡｌＧａＮなる３元系化合物半導体
やＡｌＧａＩｎＮなる４元系化合物半導体）においても
有効であり、またＶ族元素としてＮ以外の元素を含めて
も利用できるものである。即ち、以下に説明する窒化ガ
リウム系化合物半導体とは、構成元素としてＮを含むII
I−Ｖ族の化合物半導体を指すものである。以下に説明
する本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体全般、とり
わけウルツ鉱型の結晶構造を有する材料に適用すること
が望ましい。
化合物半導体に良好なｐ型オーミック電極を得る方法と
して、Mgをドーピング金属に用いる方法を見出した。こ
の方法は、窒化ガリウムＧａＮに限らず、ＡｌＮ、Ｉｎ
Ｎ、又はこれらの２元系化合物半導体を合わせてなる混
晶半導体（例えば、ＡｌＧａＮなる３元系化合物半導体
やＡｌＧａＩｎＮなる４元系化合物半導体）においても
有効であり、またＶ族元素としてＮ以外の元素を含めて
も利用できるものである。即ち、以下に説明する窒化ガ
リウム系化合物半導体とは、構成元素としてＮを含むII
I−Ｖ族の化合物半導体を指すものである。以下に説明
する本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体全般、とり
わけウルツ鉱型の結晶構造を有する材料に適用すること
が望ましい。
【０００７】次に、ドーピング元素としてのＭｇ元素に
関して我々が得た知見に基づき、本発明の概要を説明す
る。本発明は、電極形成時にMgを直接窒化ガリウム系化
合物半導体に接することなく、第１層を密着性・反応性
の高い元素（例えば、Ni又はTi）で窒化ガリウム系化合
物半導体上に形成し、第１層上にMgを用いて第２層（Mg
層又はMgを含む合金層）を形成することを特徴とする。
このように積層されてなる電極構造を採用すると、上記
窒化ガリウム系化合物半導体表面の酸素や炭素などの残
留不純物を除去され、また第２層から第１層を介して供
給されるMg元素により当該化合物半導体層の電気抵抗値
を低減される。
関して我々が得た知見に基づき、本発明の概要を説明す
る。本発明は、電極形成時にMgを直接窒化ガリウム系化
合物半導体に接することなく、第１層を密着性・反応性
の高い元素（例えば、Ni又はTi）で窒化ガリウム系化合
物半導体上に形成し、第１層上にMgを用いて第２層（Mg
層又はMgを含む合金層）を形成することを特徴とする。
このように積層されてなる電極構造を採用すると、上記
窒化ガリウム系化合物半導体表面の酸素や炭素などの残
留不純物を除去され、また第２層から第１層を介して供
給されるMg元素により当該化合物半導体層の電気抵抗値
を低減される。
【０００８】上述の残留不純物除去効果や窒化ガリウム
系化合物半導体層の低抵抗化は、アニーリング（anneal
ing＝熱処理）により効果的に達成される。即ち、上記
電極構造をアニールすることにより、第１段階として半
導体表面の酸素や炭素などの残留不純物が上記第１層の
金属により除去され、第２段階として上記第２層のｐ型
ドーピング元素であるMgが窒化ガリウム系化合物半導体
層中に拡散し、高濃度ｐ型層（領域）を形成する。アニ
ーリング温度は、５００℃以上が望ましい。なお、Mgを
半導体に直に接した構造でアニーリングを行った場合
は、半導体表面の残留不純物により半導体層中への拡散
が妨げられる事や密着性に劣るという問題が生じる。本
発明では、上述の電極構造を形成した直後において第１
層はＭｇを含まないように構成されるが、上述のアニー
リング等のプロセスにより第１層にＭｇが侵入すること
で、半導体素子として完成した段階では第１層がＭｇを
含む合金となる場合もある。しかし、第１層からＭｇを
排除する要請は、アニーリング等による半導体表面残留
物の除去や第２層からのＭｇの当該半導体層への拡散が
なさせる前に満たされていればよいので、半導体素子が
完成した段階で、第１層がＭｇを含む合金となる、第１
層と第２層との間で原子の相互拡散が生じて両層が一つ
の合金層となる、又はこの合金層において当初の第１層
を構成する元素とＭｇが層厚方向に濃度分布を持つとい
う態様を示しても支障はないものである。
系化合物半導体層の低抵抗化は、アニーリング（anneal
ing＝熱処理）により効果的に達成される。即ち、上記
電極構造をアニールすることにより、第１段階として半
導体表面の酸素や炭素などの残留不純物が上記第１層の
金属により除去され、第２段階として上記第２層のｐ型
ドーピング元素であるMgが窒化ガリウム系化合物半導体
層中に拡散し、高濃度ｐ型層（領域）を形成する。アニ
ーリング温度は、５００℃以上が望ましい。なお、Mgを
半導体に直に接した構造でアニーリングを行った場合
は、半導体表面の残留不純物により半導体層中への拡散
が妨げられる事や密着性に劣るという問題が生じる。本
発明では、上述の電極構造を形成した直後において第１
層はＭｇを含まないように構成されるが、上述のアニー
リング等のプロセスにより第１層にＭｇが侵入すること
で、半導体素子として完成した段階では第１層がＭｇを
含む合金となる場合もある。しかし、第１層からＭｇを
排除する要請は、アニーリング等による半導体表面残留
物の除去や第２層からのＭｇの当該半導体層への拡散が
なさせる前に満たされていればよいので、半導体素子が
完成した段階で、第１層がＭｇを含む合金となる、第１
層と第２層との間で原子の相互拡散が生じて両層が一つ
の合金層となる、又はこの合金層において当初の第１層
を構成する元素とＭｇが層厚方向に濃度分布を持つとい
う態様を示しても支障はないものである。
【０００９】次に、本発明の望ましき実施態様につい
て、半導体素子完成段階で第１層と第２層とが電極形成
時の形態をほぼ維持した場合を例に説明する。上記電極
構造の第２層上には、電極構造の酸化防止又は組立工程
の際のリード線との密着性の向上に配慮して、Au層を設
けることが望ましい。更に望ましくは、第２層とAu層の
間にTi層又はPt層を挿入する。このようにTi層及びPt層
を挿入すると、Au層からなる電極表面へのMg元素の拡散
を防止する効果が得られる。
て、半導体素子完成段階で第１層と第２層とが電極形成
時の形態をほぼ維持した場合を例に説明する。上記電極
構造の第２層上には、電極構造の酸化防止又は組立工程
の際のリード線との密着性の向上に配慮して、Au層を設
けることが望ましい。更に望ましくは、第２層とAu層の
間にTi層又はPt層を挿入する。このようにTi層及びPt層
を挿入すると、Au層からなる電極表面へのMg元素の拡散
を防止する効果が得られる。
【００１０】上述の根拠に基づき、本発明は次の半導体
素子及びその製造方法を以て、上述の課題を解決するも
のである。まず、本発明はｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体領域（換言すれば、Ｎを含むIII−Ｖ族の化合物半
導体領域）に形成される電極材料の一部として、少なく
ともMgとが含まれる合金より成るか、又は当該半導体領
域に密着性・反応性の高い元素からなる第１層とMgから
なる第２層をこの順に積層した構造を含む多層膜より成
る電極構造を有する事を特徴とする半導体素子を採用す
る。上述の合金層には、電極構造形成時に第２層上又は
上部に形成されたＡｕ層から拡散したAuが含まれてもよ
く、また上記多層膜に第２層上又は上部にAuより成る層
を含めてもよい。多層膜はｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体と接する側、即ち第１層をNi又はTiで形成してもよ
く、またMg層とその上部に位置するAu層の間にTiおよび
Pt層を形成してもよい。即ち、上記多層膜の一実施態様
としてはｐ型窒化ガリウム系化合物半導体側から順次N
i,Mg,Ti,Pt,Auを積層するとよい。第１層をNi又はTiで
形成すると、この層におけるＭｇの拡散は速やかに進行
する。
素子及びその製造方法を以て、上述の課題を解決するも
のである。まず、本発明はｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体領域（換言すれば、Ｎを含むIII−Ｖ族の化合物半
導体領域）に形成される電極材料の一部として、少なく
ともMgとが含まれる合金より成るか、又は当該半導体領
域に密着性・反応性の高い元素からなる第１層とMgから
なる第２層をこの順に積層した構造を含む多層膜より成
る電極構造を有する事を特徴とする半導体素子を採用す
る。上述の合金層には、電極構造形成時に第２層上又は
上部に形成されたＡｕ層から拡散したAuが含まれてもよ
く、また上記多層膜に第２層上又は上部にAuより成る層
を含めてもよい。多層膜はｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体と接する側、即ち第１層をNi又はTiで形成してもよ
く、またMg層とその上部に位置するAu層の間にTiおよび
Pt層を形成してもよい。即ち、上記多層膜の一実施態様
としてはｐ型窒化ガリウム系化合物半導体側から順次N
i,Mg,Ti,Pt,Auを積層するとよい。第１層をNi又はTiで
形成すると、この層におけるＭｇの拡散は速やかに進行
する。
【００１１】上述の電極構造を有する半導体装置の製造
方法においては、電極構造を形成した後、５００℃以上
でアニーリングすることが推奨される。
方法においては、電極構造を形成した後、５００℃以上
でアニーリングすることが推奨される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましき実施の形
態を実施例１乃至３並びに関連図面を参照して詳細に説
明する。
態を実施例１乃至３並びに関連図面を参照して詳細に説
明する。
【００１３】＜実施例１＞本実施例では、ｐ型GaN上にA
u/Pt/Ti/Mg/Ni電極を形成し，オーミック特性を検討し
た。
u/Pt/Ti/Mg/Ni電極を形成し，オーミック特性を検討し
た。
【００１４】図1に測定に用いた試料図を示す。図1(a)
において、1はｃ面サファイア基板（d=100μｍ)、２は
アモルファスGaNバッファ層（d=20nm)、３はp型Mgドー
プGaN層（p=5×1017cm-3,d=4μｍ）である。上記1から
３までの層は、有機金属気相成長装置を用いて基板結晶
1の上に連続成長した。原料にはTMGa(トリメチルガリウ
ム) 及びCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を
用いた。成長温度は、アモルファスGaNバッファ11は550
℃、ｐ型GaN層は1050℃とした。
において、1はｃ面サファイア基板（d=100μｍ)、２は
アモルファスGaNバッファ層（d=20nm)、３はp型Mgドー
プGaN層（p=5×1017cm-3,d=4μｍ）である。上記1から
３までの層は、有機金属気相成長装置を用いて基板結晶
1の上に連続成長した。原料にはTMGa(トリメチルガリウ
ム) 及びCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を
用いた。成長温度は、アモルファスGaNバッファ11は550
℃、ｐ型GaN層は1050℃とした。
【００１５】以上の結晶成長工程の後、通常のフォトリ
ソグラフィ技術を用いてリフトオフ用のマスクパターン
を形成した。そして真空蒸着機内に導入し、１００℃に
加熱しながらヒータ蒸着法でNi(10nm)及びMg(30nm)を、
電子線蒸着法でTi(100nm)及びPt(100nm)を、最後にヒー
タ蒸着法でAu(500nm)を蒸着した。次にリフトオフ法に
より図１に示すように，電極長500μｍ，電極間100μｍ
からなるAu/Pt/Ti/Mg/Ni電極４を形成した（図１(b)参
照）。
ソグラフィ技術を用いてリフトオフ用のマスクパターン
を形成した。そして真空蒸着機内に導入し、１００℃に
加熱しながらヒータ蒸着法でNi(10nm)及びMg(30nm)を、
電子線蒸着法でTi(100nm)及びPt(100nm)を、最後にヒー
タ蒸着法でAu(500nm)を蒸着した。次にリフトオフ法に
より図１に示すように，電極長500μｍ，電極間100μｍ
からなるAu/Pt/Ti/Mg/Ni電極４を形成した（図１(b)参
照）。
【００１６】次に、この試料を窒素中にて６００℃で３
０分間アニール処理を行った。アニール前と後の電流電
圧特性を図２に示す。図２のＡ、Ｂとも、横軸（Ｘ）は
電圧を、縦軸（Ｙ）は電流を夫々示す。図２のＡに示す
アニール前にはショットキー接合成分が著しかったが、
図２のＢに示すアニール後にはオーミック接合が観察さ
れた。このときの接触抵抗をTLM(Transmission line mo
del)法により測定した結果、 ρc＝5×10-5Ωcm2と良好
な結果が得られた。
０分間アニール処理を行った。アニール前と後の電流電
圧特性を図２に示す。図２のＡ、Ｂとも、横軸（Ｘ）は
電圧を、縦軸（Ｙ）は電流を夫々示す。図２のＡに示す
アニール前にはショットキー接合成分が著しかったが、
図２のＢに示すアニール後にはオーミック接合が観察さ
れた。このときの接触抵抗をTLM(Transmission line mo
del)法により測定した結果、 ρc＝5×10-5Ωcm2と良好
な結果が得られた。
【００１７】＜実施例２＞本実施例では、サファイア基
板上に室温において青色の光を発するレーザダイオード
を作製した。
板上に室温において青色の光を発するレーザダイオード
を作製した。
【００１８】図３に構造断面図を示す。図３において、
10はｃ面サファイア基板（d=100μｍ)、11はアモルファ
スGaNバッファ層（d=20nm)、12はn型SiドープGaNバッフ
ァ層（n=1×1018cm-3,d=3μｍ）、13はn型SiドープAl
0.1Ga0.9Nクラッド層（n=1×1018cm-3,d=1μｍ）、14は
n型SiドープGaN光ガイド層（n=5×1017cm-3,d=0.1μ
ｍ）、15はノンドープIn0.25Ga0.75N-GaN歪量子井戸活
性層(各膜厚5nm,3周期)、16はp型MgドープGaN光ガイド
層（p=5×1017cm-3,d=0.1μｍ）、17はp型MgドープAl
0.1Ga0.9Nクラッド層（p=5×1017cm-3,d=1μｍ）、18は
p型MgドープGaNキャップ層（p=2×1018cm-3,d=0.2μ
ｍ）である。上記11から18までの層は、有機金属気相成
長装置を用いて基板結晶10の上に連続成長した。原料に
はTMAl(トリメチルアルミニウム)、TMGa(トリメチルガ
リウム)、TMIn(トリメチルインジウム)、SiH4 及びCp2M
g(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用いた。成長
温度は、アモルファスGaNバッファ11は550℃、InGaN-Ga
N歪量子井戸活性層15は700℃、その他の層は1050℃とし
た。
10はｃ面サファイア基板（d=100μｍ)、11はアモルファ
スGaNバッファ層（d=20nm)、12はn型SiドープGaNバッフ
ァ層（n=1×1018cm-3,d=3μｍ）、13はn型SiドープAl
0.1Ga0.9Nクラッド層（n=1×1018cm-3,d=1μｍ）、14は
n型SiドープGaN光ガイド層（n=5×1017cm-3,d=0.1μ
ｍ）、15はノンドープIn0.25Ga0.75N-GaN歪量子井戸活
性層(各膜厚5nm,3周期)、16はp型MgドープGaN光ガイド
層（p=5×1017cm-3,d=0.1μｍ）、17はp型MgドープAl
0.1Ga0.9Nクラッド層（p=5×1017cm-3,d=1μｍ）、18は
p型MgドープGaNキャップ層（p=2×1018cm-3,d=0.2μ
ｍ）である。上記11から18までの層は、有機金属気相成
長装置を用いて基板結晶10の上に連続成長した。原料に
はTMAl(トリメチルアルミニウム)、TMGa(トリメチルガ
リウム)、TMIn(トリメチルインジウム)、SiH4 及びCp2M
g(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用いた。成長
温度は、アモルファスGaNバッファ11は550℃、InGaN-Ga
N歪量子井戸活性層15は700℃、その他の層は1050℃とし
た。
【００１９】以上の結晶成長の後、通常のフォトリソグ
ラフィ技術とハロゲン系反応性イオンビームエッチング
法を用いて、幅5μmのメサ構造およびn電極取り出し溝
を形成した。続いて、常法を用いて厚さ100nmのSiO2膜1
9を堆積した。まず、ｎ型電極２０の形成は通常のフォ
トリソグラフィ技術と溶液エッチングを用いてｎ型電極
用の孔を形成したのち、リフトオフ法を用いて電子蒸着
法により電子線蒸着法でTi(500nm)、Pt(500nm)を,最後
にヒータ蒸着法でAu(1000nm)を蒸着した。同様の方法を
用いてｐ型電極２１としてヒータ蒸着法でNi(10nm)及び
Mg(30nm)を、電子線蒸着法でTi(500nm)及びPt(500nm)
を、最後にヒータ蒸着法でAu(1000nm)を蒸着した。そし
て、この試料をアニーリング炉に導入し、窒素雰囲気中
で３０分間熱処理した。次に共振器長600μmに劈開し、
常法により劈開端面に前方反射率70％、後方反射率90％
のSiO2-Al2O3の誘電体多層反射膜を形成した後、各素子
を分離してレーザダイオード・チップを完成させた。
ラフィ技術とハロゲン系反応性イオンビームエッチング
法を用いて、幅5μmのメサ構造およびn電極取り出し溝
を形成した。続いて、常法を用いて厚さ100nmのSiO2膜1
9を堆積した。まず、ｎ型電極２０の形成は通常のフォ
トリソグラフィ技術と溶液エッチングを用いてｎ型電極
用の孔を形成したのち、リフトオフ法を用いて電子蒸着
法により電子線蒸着法でTi(500nm)、Pt(500nm)を,最後
にヒータ蒸着法でAu(1000nm)を蒸着した。同様の方法を
用いてｐ型電極２１としてヒータ蒸着法でNi(10nm)及び
Mg(30nm)を、電子線蒸着法でTi(500nm)及びPt(500nm)
を、最後にヒータ蒸着法でAu(1000nm)を蒸着した。そし
て、この試料をアニーリング炉に導入し、窒素雰囲気中
で３０分間熱処理した。次に共振器長600μmに劈開し、
常法により劈開端面に前方反射率70％、後方反射率90％
のSiO2-Al2O3の誘電体多層反射膜を形成した後、各素子
を分離してレーザダイオード・チップを完成させた。
【００２０】室温において、ヒートシンク固定したレー
ザダイオードに20mAの定電流を流したところ、青色の44
0nmでレーザ発振した。この場合の印加電圧は8Ｖであ
り、Mgを用いない場合に比べて半減した。
ザダイオードに20mAの定電流を流したところ、青色の44
0nmでレーザ発振した。この場合の印加電圧は8Ｖであ
り、Mgを用いない場合に比べて半減した。
【００２１】＜実施例３＞本実施例では、SiC基板上に
室温において青色の光を発するレーザダイオードを作製
した。
室温において青色の光を発するレーザダイオードを作製
した。
【００２２】図３に構造断面図を示す。図３において、
10はｎ型6H-SiC基板（d=100μｍ)、11はアモルファスGa
Nバッファ層（d=20nm)、12はn型SiドープGaNバッファ層
（n=5×1018cm-3,d=3μｍ）、13はn型SiドープAl0.1Ga
0.9Nクラッド層（n=1×1018cm-3,d=1μｍ）、14はn型Si
ドープGaN光ガイド層（n=5×1017cm-3,d=0.1μｍ）、15
はノンドープIn0.25Ga0.75N-GaN歪量子井戸活性層(各膜
厚5nm,3周期)、16はp型MgドープGaN光ガイド層（p=5×1
017cm-3,d=0.1μｍ）、17はp型MgドープAl0.1Ga0.9Nク
ラッド層（p=5×1017cm-3,d=1μｍ）、18はp型Mgドープ
GaNキャップ層（p=2×1018cm-3,d=0.2μｍ）である。上
記11から18までの層は、有機金属気相成長装置を用いて
基板結晶10の上に連続成長した。原料にはTMAl(トリメ
チルアルミニウム)、TMGa(トリメチルガリウム)、TMIn
(トリメチルインジウム)、SiH4 及びCp2Mg(シクロペン
タジエニルマグネシウム)を用いた。成長温度は、アモ
ルファスGaNバッファ11は550℃、InGaN-GaN歪量子井戸
活性層15は700℃，その他の層は1050℃とした。
10はｎ型6H-SiC基板（d=100μｍ)、11はアモルファスGa
Nバッファ層（d=20nm)、12はn型SiドープGaNバッファ層
（n=5×1018cm-3,d=3μｍ）、13はn型SiドープAl0.1Ga
0.9Nクラッド層（n=1×1018cm-3,d=1μｍ）、14はn型Si
ドープGaN光ガイド層（n=5×1017cm-3,d=0.1μｍ）、15
はノンドープIn0.25Ga0.75N-GaN歪量子井戸活性層(各膜
厚5nm,3周期)、16はp型MgドープGaN光ガイド層（p=5×1
017cm-3,d=0.1μｍ）、17はp型MgドープAl0.1Ga0.9Nク
ラッド層（p=5×1017cm-3,d=1μｍ）、18はp型Mgドープ
GaNキャップ層（p=2×1018cm-3,d=0.2μｍ）である。上
記11から18までの層は、有機金属気相成長装置を用いて
基板結晶10の上に連続成長した。原料にはTMAl(トリメ
チルアルミニウム)、TMGa(トリメチルガリウム)、TMIn
(トリメチルインジウム)、SiH4 及びCp2Mg(シクロペン
タジエニルマグネシウム)を用いた。成長温度は、アモ
ルファスGaNバッファ11は550℃、InGaN-GaN歪量子井戸
活性層15は700℃，その他の層は1050℃とした。
【００２３】以上の結晶成長の後、通常のフォトリソグ
ラフィ技術とハロゲン系反応性イオンビームエッチング
法を用いて、ｐ型GaNを幅5μmの線状にエッチングし
た。続いて，常法を用いて厚さ100nmのSiO2膜19を堆積
し，通常のフォトリソグラフィ技術と溶液エッチングに
を用いてｐ型電極用窓を形成した。そして試料表面にｐ
型電極２０としてヒータ蒸着法でNi(10nm)及びMg(30nm)
を、電子線蒸着法でTi(500nm)及びPt(500nm)を、最後に
ヒータ蒸着法でAu(1000nm)を蒸着し、続いて試料裏面に
ｎ型電極として電子線蒸着法でTi(500nm)とPt(500nm)
を、ヒータ蒸着法でAu(1000nm)を蒸着した。そして、こ
の試料をアニーリング炉に導入して窒素雰囲気中で３０
分間熱処理した。次に共振器長600μmに劈開し、常法に
より劈開端面に前方反射率70％、後方反射率90％のSiO2
-Al2O3の誘電体多層反射膜を形成した後、各素子を分離
してレーザダイオード・チップを完成させた。
ラフィ技術とハロゲン系反応性イオンビームエッチング
法を用いて、ｐ型GaNを幅5μmの線状にエッチングし
た。続いて，常法を用いて厚さ100nmのSiO2膜19を堆積
し，通常のフォトリソグラフィ技術と溶液エッチングに
を用いてｐ型電極用窓を形成した。そして試料表面にｐ
型電極２０としてヒータ蒸着法でNi(10nm)及びMg(30nm)
を、電子線蒸着法でTi(500nm)及びPt(500nm)を、最後に
ヒータ蒸着法でAu(1000nm)を蒸着し、続いて試料裏面に
ｎ型電極として電子線蒸着法でTi(500nm)とPt(500nm)
を、ヒータ蒸着法でAu(1000nm)を蒸着した。そして、こ
の試料をアニーリング炉に導入して窒素雰囲気中で３０
分間熱処理した。次に共振器長600μmに劈開し、常法に
より劈開端面に前方反射率70％、後方反射率90％のSiO2
-Al2O3の誘電体多層反射膜を形成した後、各素子を分離
してレーザダイオード・チップを完成させた。
【００２４】室温において、ヒートシンク固定したレー
ザダイオードに15mAの定電流を流したところ、青色の44
0nmでレーザ発振した。この場合の印加電圧は６Ｖであ
った。
ザダイオードに15mAの定電流を流したところ、青色の44
0nmでレーザ発振した。この場合の印加電圧は６Ｖであ
った。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法により
ｐ型GaN層に対して良好なオーミック接触が得られる
為、駆動電圧の低く且つ消費電力の小さい素子を実現出
来る。
ｐ型GaN層に対して良好なオーミック接触が得られる
為、駆動電圧の低く且つ消費電力の小さい素子を実現出
来る。
【００２６】消費電力が小さい事から、素子の発熱量が
減少し且つ信頼性も向上する。このように窒化ガリウム
系化合物半導体を用いた可視〜紫外までの半導体レーザ
の特性が向上し、その産業上の利用価値は非常に大き
い。
減少し且つ信頼性も向上する。このように窒化ガリウム
系化合物半導体を用いた可視〜紫外までの半導体レーザ
の特性が向上し、その産業上の利用価値は非常に大き
い。
【図１】電極の特性試験用の試料模式図。
【図２】本発明の一実施例に係わる電極のアニーリング
の有無と、その電極の電流電圧特性との関係を比較して
示す図。
の有無と、その電極の電流電圧特性との関係を比較して
示す図。
【図３】サファイア基板上に形成した窒化ガリウム系化
合物半導体レーザダイオードの構造を示す模式断面図。
合物半導体レーザダイオードの構造を示す模式断面図。
【図４】サファイア基板上に形成した窒化ガリウム系化
合物半導体レーザダイオードの構造を示す模式断面図。
合物半導体レーザダイオードの構造を示す模式断面図。
１…ｃ面サファイア基板、２…アモルファスGaNバッフ
ァ層、３…p型MgドープGaN層、４…Au/Pt/Ti/Mg/Ni電
極、１１…ｃ面サファイア基板、１２…n型SiドープGaN
バッファ層、１３…n型SiドープAl0.1Ga0.9Nクラッド
層、１４…n型SiドープGaN光ガイド層、１５…ノンドー
プIn0.25Ga0.75N-GaN歪量子井戸活性層、１６…p型Mgド
ープGaN光ガイド層、１７…p型MgドープAl0.1Ga0.9Nク
ラッド層、１８…p型MgドープGaNキャップ層、１９…Si
O2膜、２０…Au/Pt/Ti電極、２１…Au/Pt/Ti/Mg/Ni電
極。
ァ層、３…p型MgドープGaN層、４…Au/Pt/Ti/Mg/Ni電
極、１１…ｃ面サファイア基板、１２…n型SiドープGaN
バッファ層、１３…n型SiドープAl0.1Ga0.9Nクラッド
層、１４…n型SiドープGaN光ガイド層、１５…ノンドー
プIn0.25Ga0.75N-GaN歪量子井戸活性層、１６…p型Mgド
ープGaN光ガイド層、１７…p型MgドープAl0.1Ga0.9Nク
ラッド層、１８…p型MgドープGaNキャップ層、１９…Si
O2膜、２０…Au/Pt/Ti電極、２１…Au/Pt/Ti/Mg/Ni電
極。
フロントページの続き (72)発明者 赤松 正一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体素子への
電極材料の一部として，少なくともNiとMgとが含まれる
合金より成るか，またはを少なくともNiとMgとが積層さ
れた多層膜より成る電極構造を有する事を特徴とする窒
化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項２】前記合金にAuが含まれるか，または前記多
層膜にAuより成る層が含まれている事を特徴とする請求
項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項３】前記多層膜はｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体と接する側がNiである事を特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項４】前記多層膜においてはMg層とAu層の間にTi
およびPt層を有する事を特徴とする請求項１または請求
項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項５】前記多層膜として，ｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体側から順次Ni,Mg,Ti,Pt,Auを積層した事を特
徴とする窒化ガリウム系化合物半導体光素子。 - 【請求項６】前記多層膜として，Niの代わりにTiを用い
る事を特徴とする請求項１から請求項５に記載の窒化ガ
リウム系化合物半導体光素子。 - 【請求項７】前記電極構造を形成した後，５００℃以上
でアニーリングする事を特徴とする請求項１から請求項
６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4523197A JPH10242520A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4523197A JPH10242520A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242520A true JPH10242520A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12713496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4523197A Pending JPH10242520A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242520A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10341039A (ja) * | 1997-04-10 | 1998-12-22 | Toshiba Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2008263246A (ja) * | 2008-08-06 | 2008-10-30 | Sanyo Electric Co Ltd | 発光装置 |
| US11527642B2 (en) | 2019-10-08 | 2022-12-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device, method of fabricating the same, and display device including the same |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP4523197A patent/JPH10242520A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10341039A (ja) * | 1997-04-10 | 1998-12-22 | Toshiba Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2008263246A (ja) * | 2008-08-06 | 2008-10-30 | Sanyo Electric Co Ltd | 発光装置 |
| US11527642B2 (en) | 2019-10-08 | 2022-12-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device, method of fabricating the same, and display device including the same |
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