JPH1084135A - n型窒化ガリウム系化合物半導体の電極及びその形成方法 - Google Patents

n型窒化ガリウム系化合物半導体の電極及びその形成方法

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JPH1084135A
JPH1084135A JP9277251A JP27725197A JPH1084135A JP H1084135 A JPH1084135 A JP H1084135A JP 9277251 A JP9277251 A JP 9277251A JP 27725197 A JP27725197 A JP 27725197A JP H1084135 A JPH1084135 A JP H1084135A
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孝夫 山田
Masayuki Senoo
雅之 妹尾
Shuji Nakamura
修二 中村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 p−n接合の窒化ガリウム系化合物半導体を
用いた発光素子を実現するにあたり、n型窒化ガリウム
系化合物半導体と良好なオーミック接触が得られると共
にアニーリング時に変質しにくい電極を提供することに
より、発光素子の発光効率および信頼性を高める。 【構成】 n型窒化ガリウム系化合物半導体表面に、少
なくともチタンとアルミニウムとを同時に含む薄膜を形
成した後、アニーリングすることにより、そのn型窒化
ガリウム系化合物半導体とオーミック接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード、レー
ザーダイオード等の発光素子に用いられるn型窒化ガリ
ウム系化合物半導体の電極とその製造方法に係り、特
に、n型窒化ガリウム系化合物半導体と良好なオーミッ
ク接触が得られる電極と、その電極の形成方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】GaN、GaAlN、InGaN、In
AlGaN等の窒化ガリウム系化合物半導体は直接遷移
を有し、バンドギャップが1.95eV〜6eVまで変
化するため、発光ダイオード、レーザダイオード等、発
光素子の材料として有望視されている。現在、この材料
を用いた発光素子には、n型窒化ガリウム系化合物半導
体の上に、p型ドーパントをドープした高抵抗なi型の
窒化ガリウム系化合物半導体を積層したいわゆるMIS
構造の青色発光ダイオードが知られている。
【0003】MIS構造の発光素子は発光強度、発光出
力共非常に低く、また高抵抗なi層を発光層としている
ため順方向電圧(Vf)が20V以上と非常に高いため
に発光効率が悪く、実用化するには不十分であった。順
方向電圧を下げ、発光効率を向上させて実用化を図るに
は、MISではなくp−n接合が有利であることは自明
である。
【0004】ところで、最近窒化ガリウム系化合物半導
体をp型とする技術が開発され、p−n接合の窒化ガリ
ウム系化合物半導体が実現できるようになってきた。
(例えば、特開平2−257679号公報、特開平3−
218325号公報、他文献)。
【0005】p−n接合の発光素子が実現できるように
なると、順方向電圧を下げ、発光効率を高めるために
も、p層およびn層とオーミック接触の得られる電極材
料が非常に重要である。しかしながら、従来のMIS構
造の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極はi層
とショットキ−バリアを用いる構造であったため、n層
のオーミック電極にはほとんど注意されていなかった。
【0006】例えば、MIS構造の素子のn層とオーミ
ック接触を得る電極材料として、特開昭55−9442
号公報に、AlまたはAl合金が開示されている。その
他、Inもよく使用されている。しかしながら、In、
Alともn型窒化ガリウム系化合物半導体と十分なオー
ミック接触が得にくく、さらにまた電極形成時に、電極
材料を窒化ガリウム系化合物半導体となじませるため、
アニーリング装置を用いてアニールを行うのであるが、
そのアニーリング時に装置内の残留酸素、水分等の雰囲
気により電極が変質しやすいという問題があった。また
特開平4−321279号公報には、n型GaNと高抵
抗なi型GaN層が積層され、その上に電極が形成され
た、いわゆるMIS(metal-insulater-semiconducto
r)構造の発光素子が開示されている。このMIS構造
のn層、及びi層の両方に形成される電極としてAlと
TiとNiとを順に積層した多層膜構造の電極が記載さ
れている。しかしながら、この公報に開示される素子構
造はMISであり、MIS構造の正電極はi層と接触し
ているため全くオーミックとは関係なく、いわばショッ
トキーバリア接触である。また負電極も先にAlを形成
し、単にAlとTiとNiとを順に積層した多層膜では
n型GaNと良好なオーミックを得ることは難しい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明はこの
ような事情を鑑み成されたもので、その目的とするとこ
ろは、p−n接合の窒化ガリウム系化合物半導体を用い
た発光素子を実現するにあたり、n型窒化ガリウム系化
合物半導体と良好なオーミック接触が得られると共にア
ニーリング時に変質しにくい電極とその形成方法を提供
することにより、発光素子の発光効率および信頼性を高
めようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の電極はn型窒化
ガリウム系化合物半導体表面に形成されたオーミック接
触用の電極であって、前記電極が少なくともチタンとア
ルミニウムとを含み、アニーリングにより、チタンとア
ルミニウムの一部若しくは全部が合金化されてn型窒化
物半導体とオーミック接触していることを特徴とする。
また本発明の電極形成方法は、n型窒化ガリウム系化合
物半導体表面に、少なくともチタンとアルミニウムとを
同時に含む薄膜を形成した後、アニーリングすることに
より、そのn型窒化ガリウム系化合物半導体とオーミッ
ク接触させることを特徴とする。
【0009】本発明の方法は、Si、Ge、Se、S等
のn型ドーパントをドープしてn型特性を示すように成
長した窒化ガリウム系化合物半導体層表面、またはノン
ドープの窒化ガリウム系化合物半導体層表面に、蒸着、
スパッタ等の技術により、チタンとアルミニウムよりな
る合金膜を形成するか、またはチタンとアルミニウムよ
りなる多層膜を形成した後、アニーリング(熱処理)を
行う。アニーリング温度は特に限定するものではない
が、400℃以上、1200℃以下で行うことが好まし
い。なぜなら、400℃よりも低いと、オーミック接触
が得にくく、1200℃よりも高いと窒化ガリウム系化
合物半導体が分解してしまうからである。
【0010】上記のように合金膜、または多層膜として
形成した電極材料を、アニーリングすることにより、電
極材料と窒化ガリウム系化合物半導体層との接触を良く
してオーミック接触を得ることができる。さらに、多層
膜はアニーリング条件(主として熱)、チタンとアルミ
ニウムそれぞれの層の膜厚等により多層膜の一部、また
は全部が合金化する。多層膜がアニーリングにより合金
化した場合、全体として電極はチタンとアルミニウムか
らなるオーミック電極となるが、例えばチタンが第1層
目、アルミニウムが第2層目とはっきりと分離されたも
のではなく、前にも述べたように条件によっては電極層
が合金化するため、チタンとアルミニウムが渾然一体と
なっている場合が多い。ただ、多層膜の場合、n型窒化
ガリウム系化合物半導体層と接触する側の電極材料をチ
タンとした後、次にアルミニウムを形成して多層膜とす
る方が、再現性良くオーミック接触を得られるため、よ
り好ましい。
【0011】チタンのアルミニウムに対する含有率は特
に限定するものではなく、チタンと、アルミニウムとを
どのような比率で混合しても、n型窒化ガリウム系化合
物半導体層と再現性良くオーミック接触が得られ、非常
に有利である。多層膜の場合、この含有率は多層膜を形
成する膜厚の比を調整することにより変えることができ
る。
【0012】
【実施例】図1は、2インチφのサファイア基板上にS
iをドープしたn型GaN層を成長させ、そのn型Ga
N層の表面に、数々の電極材料を100μmφの大きさ
で、それぞれ千個蒸着して450℃でアニーリングした
後、同一種類の電極間のI−V(電流−電圧)特性を全
て測定してオーミック特性を調べた結果を示す図であ
る。図1において、A、B、C、Dはそれぞれ A・・TiとAlとを0.01:1の膜厚比で順に積層
した電極、 B・・Tiを1%含むAl−Ti合金で形成した電極、 C・・n型層にTi単独で形成した電極、 D・・n型層にAl単独で形成した電極、 のI−V特性を示す。
【0013】A〜Dはそれぞれ代表的なI−V特性を示
す図であるが、アルミニウムにチタンを含有させた電極
はA、Bに示すようにn型GaN層と良好なオーミック
接触が得られており、電極千個の内、A、Bのようなオ
ーミック接触が確認されないものはなかった。一方、チ
タン単独、もしくはアルミニウム単独の電極は、C、D
に示すようにいずれにおいても良好なオーミック接触は
得られず、千個の内でA、Bのようなオーミック接触が
確認されたものは、Dの電極の方に数個あっただけであ
る。
【0014】さらにアニーリング後、電極表面の状態を
顕微鏡で観察したところ、CとDの電極表面はその90
%以上が黒く変質していた。
【0015】図2は、同じく2インチφのサファイア基
板の上にSiをドープしたn型Ga0.9Al0.1N層を成
長させ、そのn型Ga0.9Al0.1N層の表面にTiとA
lとを膜厚比を変えて100μmφの大きさで千個蒸着
して、450℃でアニーリングした後、同じく同一種類
の電極間のI−V(電流−電圧)特性を測定してオーミ
ック特性を調べた結果を示す図である。図2において、
E、F、G、Hはそれぞれ E・・TiとAlとを0.001:1の膜厚比で順に積
層した電極、 F・・AlとTiとを0.001:1の膜厚比で順に積
層した電極、 G・・TiとAlとを1:0.001の膜厚比で順に積
層した電極、 H・・AlとTiとを1:0.001の膜厚比で順に積
層した電極、 のI−V特性を示している。
【0016】E〜Hに示す図は、TiとAlの含有率に
かかわらず、全て良好なオーミック接触が得られている
ことを示しているが、特に、E、Gに示すTiを先に形
成した電極は千個全て、E、Gの図に示すようなオーミ
ック接触が得られたが、F、Hに示すAlを先に形成し
た電極は、それぞれ数個、好ましいオーミック接触が得
られていないものが発見された。また、電極の変質は全
ての電極について観察されなかった。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
ると、n型窒化ガリウム系化合物半導体層と非常に良好
なオーミック接触が得られ、さらに電極の変質がない。
しかもオーミックが得られるチタンのアルミニウムに対
する定まった含有率が無いため、電極形成時において非
常に生産性も向上する。従って、p−n接合を用いた窒
化ガリウム系化合物半導体を実現した際、n型層と電極
とが完全にオーミック接触しているため、発光素子のV
fを下げ、発光効率を向上させることができ、電極の変
質もないため発光素子の信頼性も格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 n型窒化ガリウム系化合物半導体層に形成し
た電極の電流電圧特性を比較して示す図。
【図2】 本発明の一実施例にかかる電極の電流電圧特
性を示す図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n型窒化ガリウム系化合物半導体表面に
    形成されたオーミック接触用の電極であって、前記電極
    が少なくともチタンとアルミニウムとを含み、アニーリ
    ングにより、チタンとアルミニウムの一部若しくは全部
    が合金化されてn型窒化物半導体とオーミック接触して
    いることを特徴とするn型窒化ガリウム系化合物半導体
    の電極。
  2. 【請求項2】 n型窒化ガリウム系化合物半導体表面
    に、少なくともチタンとアルミニウムとを同時に含む薄
    膜を形成した後、アニーリングすることにより、そのn
    型窒化ガリウム系化合物半導体とオーミック接触させる
    ことを特徴とするn型窒化ガリウム系化合物半導体の電
    極形成方法。
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