JPH11233890A - 窒化ガリウム系化合物半導体素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体素子Info
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- JPH11233890A JPH11233890A JP2944998A JP2944998A JPH11233890A JP H11233890 A JPH11233890 A JP H11233890A JP 2944998 A JP2944998 A JP 2944998A JP 2944998 A JP2944998 A JP 2944998A JP H11233890 A JPH11233890 A JP H11233890A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体間の
コンタクト抵抗を低減し、素子全体の抵抗を低減するこ
とにより、素子の発熱量を抑えて、レーザのしきい値電
流の低減、および、素子の長寿命化を実現する半導体素
子を提供することを目的とする。 【解決手段】 ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層
と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に接して形成さ
れた電極とを有する窒化ガリウム系化合物半導体素子に
おいて、電極がｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に接
してマグネシウム（Ｍｇ）および金（Ａｕ）をこの順序
で積層した構造を有し、かつ、マグネシウムの膜厚が１
０オングストローム以上１００オングストローム以下と
することにより、電極−ｐ型半導体間のコンタクト抵抗
を低減する。
コンタクト抵抗を低減し、素子全体の抵抗を低減するこ
とにより、素子の発熱量を抑えて、レーザのしきい値電
流の低減、および、素子の長寿命化を実現する半導体素
子を提供することを目的とする。 【解決手段】 ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層
と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に接して形成さ
れた電極とを有する窒化ガリウム系化合物半導体素子に
おいて、電極がｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に接
してマグネシウム（Ｍｇ）および金（Ａｕ）をこの順序
で積層した構造を有し、かつ、マグネシウムの膜厚が１
０オングストローム以上１００オングストローム以下と
することにより、電極−ｐ型半導体間のコンタクト抵抗
を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体発光
素子として用いられる窒化ガリウム系化合物半導体素子
に関するものであり、特にそのｐ型電極構造に関する。
素子として用いられる窒化ガリウム系化合物半導体素子
に関するものであり、特にそのｐ型電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年窒化ガリウム系化合物半導体を用い
た素子として、青色光を発する半導体レーザの研究開発
が盛んに行われている。そこで以下では、従来の窒化ガ
リウム系半導体素子について、主にそのｐ型電極構造に
ついて着目しながら説明する。
た素子として、青色光を発する半導体レーザの研究開発
が盛んに行われている。そこで以下では、従来の窒化ガ
リウム系半導体素子について、主にそのｐ型電極構造に
ついて着目しながら説明する。
【０００３】まず、第１の従来例としては、Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ ７０，１４１７
（１９９７）に記載されているものを挙げることができ
る。ここでは、ｐ型窒化ガリウムに接する電極としてＮ
ｉおよびＡｕをこの順序で積層した構造（以下、Ｎｉ／
Ａｕと記述する）のものが記載されている。また第２の
従来例としては、特開平８−６４８７１号公報に記載さ
れているものを挙げることができる。ここでは、上記の
ＮｉおよびＡｕに代えて、ＭｇおよびＡｕをこの順序で
積層した構造（以下、Ｍｇ／Ａｕと記述する）のものが
記載されている。尚、特開平８−６４８７１号公報で
は、Ｍｇの膜厚として５０Åから５０００Åが好ましい
とされている。
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ ７０，１４１７
（１９９７）に記載されているものを挙げることができ
る。ここでは、ｐ型窒化ガリウムに接する電極としてＮ
ｉおよびＡｕをこの順序で積層した構造（以下、Ｎｉ／
Ａｕと記述する）のものが記載されている。また第２の
従来例としては、特開平８−６４８７１号公報に記載さ
れているものを挙げることができる。ここでは、上記の
ＮｉおよびＡｕに代えて、ＭｇおよびＡｕをこの順序で
積層した構造（以下、Ｍｇ／Ａｕと記述する）のものが
記載されている。尚、特開平８−６４８７１号公報で
は、Ｍｇの膜厚として５０Åから５０００Åが好ましい
とされている。
【０００４】図１に、窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザーの構造を示す。図１において、１０１はサファイア
基板、１０２はＧａＮバッファ層、１０３はｎ型ＧａＮ
層、１０４はｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１０５はＩｎ
ＧａＮ活性層（発光層）、１０６はｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層、１０７はｐ型ＧａＮ層を示している。そして、
ｐ型ＧａＮ層１０７の上部にはＰ型電極１０８が形成さ
れているわけであるが、上記した２つの従来例では、Ｎ
ｉ／ＡｕまたはＭｇ／Ａｕ（Ｍｇの膜厚は５０Å以上５
０００Å以下）の材料からなる電極を用いることにな
る、なお、ｎ型ＧａＮ層１０３の上部には、ｎ型電極１
０９が形成されている。
ザーの構造を示す。図１において、１０１はサファイア
基板、１０２はＧａＮバッファ層、１０３はｎ型ＧａＮ
層、１０４はｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１０５はＩｎ
ＧａＮ活性層（発光層）、１０６はｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層、１０７はｐ型ＧａＮ層を示している。そして、
ｐ型ＧａＮ層１０７の上部にはＰ型電極１０８が形成さ
れているわけであるが、上記した２つの従来例では、Ｎ
ｉ／ＡｕまたはＭｇ／Ａｕ（Ｍｇの膜厚は５０Å以上５
０００Å以下）の材料からなる電極を用いることにな
る、なお、ｎ型ＧａＮ層１０３の上部には、ｎ型電極１
０９が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のｐ型の電極構造では、電極とｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体間のコンタクト抵抗が高くなるこ
とに起因して、素子動作時の電圧が大きくなり、その結
果、素子の発熱量が大きくなって温度上昇が激しくな
り、レーザーのしきい値電流が上昇したり、素子寿命が
短くなってしまうという問題点を有していた。
たような従来のｐ型の電極構造では、電極とｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体間のコンタクト抵抗が高くなるこ
とに起因して、素子動作時の電圧が大きくなり、その結
果、素子の発熱量が大きくなって温度上昇が激しくな
り、レーザーのしきい値電流が上昇したり、素子寿命が
短くなってしまうという問題点を有していた。
【０００６】そこで以下では上記した従来のｐ型電極構
造を有する半導体レーザーの具体的な特性について図面
を参照しながら説明する。
造を有する半導体レーザーの具体的な特性について図面
を参照しながら説明する。
【０００７】まず、上記した従来のｐ型電極構造を有
し、かつ、図１に示した構造を持つ窒化ガリウム系化合
物半導体レーザーにおける電流−電圧特性を図１６に示
す。図１６において、（ａ）は、ｐ型電極がＮｉ／Ａｕ
（Ｎｉ膜厚：１００Å、Ａｕ膜厚：１０００Å）である
もの、また、（ｂ）は、ｐ型電極がＭｇ／Ａｕ（Ｍｇ膜
厚：５００Å、Ａｕ膜厚：１０００Å）であり、電極蒸
着後、熱処理を施したものの特性を示している。図１６
から明らかなように、いずれの場合も電極−ｐ型ＧａＮ
間のコンタクト抵抗が高くなることに起因して、素子全
体の抵抗も高くなってしまい、５Ｖの電圧を加えた時の
電流はいずれも３０ｍＡ以下に抑えられてしまう。
し、かつ、図１に示した構造を持つ窒化ガリウム系化合
物半導体レーザーにおける電流−電圧特性を図１６に示
す。図１６において、（ａ）は、ｐ型電極がＮｉ／Ａｕ
（Ｎｉ膜厚：１００Å、Ａｕ膜厚：１０００Å）である
もの、また、（ｂ）は、ｐ型電極がＭｇ／Ａｕ（Ｍｇ膜
厚：５００Å、Ａｕ膜厚：１０００Å）であり、電極蒸
着後、熱処理を施したものの特性を示している。図１６
から明らかなように、いずれの場合も電極−ｐ型ＧａＮ
間のコンタクト抵抗が高くなることに起因して、素子全
体の抵抗も高くなってしまい、５Ｖの電圧を加えた時の
電流はいずれも３０ｍＡ以下に抑えられてしまう。
【０００８】上記のようにＭｇ／Ａｕの構造で、コンタ
クト抵抗が高くなる理由を以下に述べる。
クト抵抗が高くなる理由を以下に述べる。
【０００９】本発明者等は、上記したＭｇ／Ａｕの構造
のｐ型電極を有する半導体レーザーにおいて、Ｍｇ／Ａ
ｕを蒸着して熱処理を施した後の電極とｐ型ＧａＮ界面
付近のＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）による各構成
元素濃度の深さ方向プロファイルを測定した。その結果
を図１７に示す。図１７から明らかなように、熱処理に
よりｐ型ＧａＮ層１０７との界面付近のＭｇはｐ型Ｇａ
Ｎ層中に拡散して、ｐ型ＧａＮ表面は正孔が高濃度にド
ーピングされるものの、Ｍｇの膜厚が５００Åと厚いた
めに、ほとんどのＭｇはｐ型ＧａＮ表面に残ってしま
う。ここで、Ｍｇのような仕事関数が小さい（３．６ｅ
Ｖ）金属は、ｐ型ＧａＮ層との間に高いポテンシャル障
壁を形成するため、電流が流れにくくなる。
のｐ型電極を有する半導体レーザーにおいて、Ｍｇ／Ａ
ｕを蒸着して熱処理を施した後の電極とｐ型ＧａＮ界面
付近のＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）による各構成
元素濃度の深さ方向プロファイルを測定した。その結果
を図１７に示す。図１７から明らかなように、熱処理に
よりｐ型ＧａＮ層１０７との界面付近のＭｇはｐ型Ｇａ
Ｎ層中に拡散して、ｐ型ＧａＮ表面は正孔が高濃度にド
ーピングされるものの、Ｍｇの膜厚が５００Åと厚いた
めに、ほとんどのＭｇはｐ型ＧａＮ表面に残ってしま
う。ここで、Ｍｇのような仕事関数が小さい（３．６ｅ
Ｖ）金属は、ｐ型ＧａＮ層との間に高いポテンシャル障
壁を形成するため、電流が流れにくくなる。
【００１０】このように、従来の半導体レーザーでは、
素子全体の抵抗が高くなり、その結果、素子の発熱量が
大きくなり温度上昇も大きく、レーザー発振のしきい値
電流は１８０ｍＡと高い値になってしまう。
素子全体の抵抗が高くなり、その結果、素子の発熱量が
大きくなり温度上昇も大きく、レーザー発振のしきい値
電流は１８０ｍＡと高い値になってしまう。
【００１１】また、雰囲気温度５０℃で光出力を３ｍＷ
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図１
８に示す。動作開始直後の電流は２００ｍＡ程度である
が、素子の発熱量が大きいために温度上昇が激しく、素
子は急速に劣化し、１００時間程度でレーザー発振しな
くなってしまう。
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図１
８に示す。動作開始直後の電流は２００ｍＡ程度である
が、素子の発熱量が大きいために温度上昇が激しく、素
子は急速に劣化し、１００時間程度でレーザー発振しな
くなってしまう。
【００１２】そこで本発明は以上のような従来の課題を
解決すべく、電極とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体間
のコンタクト抵抗を低減し、素子全体の抵抗を低減する
ことにより、素子の発熱量を抑えて、レーザのしきい値
電流の低減、および、素子の長寿命化を実現する半導体
素子を提供することを目的とする。
解決すべく、電極とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体間
のコンタクト抵抗を低減し、素子全体の抵抗を低減する
ことにより、素子の発熱量を抑えて、レーザのしきい値
電流の低減、および、素子の長寿命化を実現する半導体
素子を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、ｐ型
の窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層に接して形成された電極とを有
し、前記電極が前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
に接してマグネシウム（Ｍｇ）および金（Ａｕ）をこの
順序で積層した構造を有し、前記マグネシウムの膜厚が
１０オングストローム以上１００オングストローム以下
であることを特徴とする構成となっている。
めに本発明の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、ｐ型
の窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層に接して形成された電極とを有
し、前記電極が前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
に接してマグネシウム（Ｍｇ）および金（Ａｕ）をこの
順序で積層した構造を有し、前記マグネシウムの膜厚が
１０オングストローム以上１００オングストローム以下
であることを特徴とする構成となっている。
【００１４】この構成によれば、熱処理によりＭｇがＰ
型窒化ガリウム系化合物半導体層に十分に拡散し、電極
とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との界面に残存す
るＭｇの量を少なくすることができる。
型窒化ガリウム系化合物半導体層に十分に拡散し、電極
とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との界面に残存す
るＭｇの量を少なくすることができる。
【００１５】また、上記の構成においては、電極とｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層とのコンタクト抵抗をよ
り小さくするためには、マグネシウムの膜厚が２５オン
グストローム以上６５オングストローム以下であること
が望ましい。
窒化ガリウム系化合物半導体層とのコンタクト抵抗をよ
り小さくするためには、マグネシウムの膜厚が２５オン
グストローム以上６５オングストローム以下であること
が望ましい。
【００１６】さらに、コンタクト抵抗の低減とともに、
残存する電極とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との
界面のＭｇをできるだけ少なくするためには、マグネシ
ウムの膜厚が２５オングストローム以上４５オングスト
ローム以下であることが、より望ましい。
残存する電極とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との
界面のＭｇをできるだけ少なくするためには、マグネシ
ウムの膜厚が２５オングストローム以上４５オングスト
ローム以下であることが、より望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る窒化ガリウム系化合物半導体素子（具体的には半導体
レーザーを例に挙げて）ついて図面を参照しながら説明
する。
る窒化ガリウム系化合物半導体素子（具体的には半導体
レーザーを例に挙げて）ついて図面を参照しながら説明
する。
【００１８】本発明者等は、窒化ガリウム系化合物半導
体層に接するｐ型の電極として、Ｍｇ／Ａｕを積層した
ものを用いる場合において、Ｍｇの膜厚を適正な値に設
定してやれば半導体素子の寿命などを著しく向上させる
ことができるということを見いだし本発明に至ったわけ
である。
体層に接するｐ型の電極として、Ｍｇ／Ａｕを積層した
ものを用いる場合において、Ｍｇの膜厚を適正な値に設
定してやれば半導体素子の寿命などを著しく向上させる
ことができるということを見いだし本発明に至ったわけ
である。
【００１９】なお、上記の電極に接するｐ型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層の具体的な材料としては、Ａｌx
ＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）
で示されるものを用いた。
ウム系化合物半導体層の具体的な材料としては、Ａｌx
ＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）
で示されるものを用いた。
【００２０】（実施の形態１）本発明の実施の形態１に
おける窒化ガリウム系化合物半導体素子として、サファ
イア基板上の窒化ガリウム系化合物半導体レーザーのｐ
型電極構造を例に挙げて説明する。本実施の形態におけ
る半導体レーザーの構造は、ｐ型電極の構造を除いて
は、上述した図１に示す従来例のものと同じである。す
なわち、基板１０１および半導体層１０２〜１０７、お
よび、ｎ型電極１０９は、従来例のものと同じであるの
で、ここでは説明を省略する。
おける窒化ガリウム系化合物半導体素子として、サファ
イア基板上の窒化ガリウム系化合物半導体レーザーのｐ
型電極構造を例に挙げて説明する。本実施の形態におけ
る半導体レーザーの構造は、ｐ型電極の構造を除いて
は、上述した図１に示す従来例のものと同じである。す
なわち、基板１０１および半導体層１０２〜１０７、お
よび、ｎ型電極１０９は、従来例のものと同じであるの
で、ここでは説明を省略する。
【００２１】そしてｐ型電極は、本実施の形態では、Ｍ
ｇを１０Å、Ａｕを１０００Å、この順序でｐ型ＧａＮ
層１０７に接して蒸着し、蒸着後７００℃で３０分の熱
処理を行ったものとなっている。
ｇを１０Å、Ａｕを１０００Å、この順序でｐ型ＧａＮ
層１０７に接して蒸着し、蒸着後７００℃で３０分の熱
処理を行ったものとなっている。
【００２２】図２に、以上のようにして作成した窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザーの電流−電圧特性を示
す。図２から明らかなように、ｐ型電極１０８のＭｇの
膜厚が５００Åと厚い従来例（図１６（ｂ））と比較し
て、電流−電圧特性が向上し、例えば５Ｖの電圧を加え
た時に１００ｍＡ程度の電流を流すことができる。
リウム系化合物半導体レーザーの電流−電圧特性を示
す。図２から明らかなように、ｐ型電極１０８のＭｇの
膜厚が５００Åと厚い従来例（図１６（ｂ））と比較し
て、電流−電圧特性が向上し、例えば５Ｖの電圧を加え
た時に１００ｍＡ程度の電流を流すことができる。
【００２３】本発明者等は上記した良好な特性が得られ
た理由を確認するために、Ｍｇ／Ａｕを蒸着して熱処理
を施した後の、電極とｐ型ＧａＮ界面付近のＳＩＭＳに
よる各構成元素濃度の深さ方向プロファイルを測定し
た。その結果を図３に示す。図３から明らかなように、
熱処理によりｐ型ＧａＮ層１０７との界面付近のＭｇは
ｐ型ＧａＮ中に拡散してｐ型ＧａＮ表面は正孔が高濃度
にドーピングされる。この時、本実施の形態によれば、
Ｍｇの膜厚が１０Åと薄いために、ほとんどすべてのＭ
ｇがｐ型ＧａＮ中に拡散してしまい、界面付近にはＭｇ
は残らずに、Ａｕが存在していた。
た理由を確認するために、Ｍｇ／Ａｕを蒸着して熱処理
を施した後の、電極とｐ型ＧａＮ界面付近のＳＩＭＳに
よる各構成元素濃度の深さ方向プロファイルを測定し
た。その結果を図３に示す。図３から明らかなように、
熱処理によりｐ型ＧａＮ層１０７との界面付近のＭｇは
ｐ型ＧａＮ中に拡散してｐ型ＧａＮ表面は正孔が高濃度
にドーピングされる。この時、本実施の形態によれば、
Ｍｇの膜厚が１０Åと薄いために、ほとんどすべてのＭ
ｇがｐ型ＧａＮ中に拡散してしまい、界面付近にはＭｇ
は残らずに、Ａｕが存在していた。
【００２４】ＡｕはＭｇに比べて仕事関数が大きい
（５．３ｅＶ）ため、Ｍｇに比べて電極−ｐ型ＧａＮ界
面のポテンシャル障壁を低く抑えることができる。した
がって、上記したように界面にＭｇが多量に存在する従
来例よりも多くの電流を流すことができたわけである。
（５．３ｅＶ）ため、Ｍｇに比べて電極−ｐ型ＧａＮ界
面のポテンシャル障壁を低く抑えることができる。した
がって、上記したように界面にＭｇが多量に存在する従
来例よりも多くの電流を流すことができたわけである。
【００２５】すなわち、本実施の形態によれば、電極−
ｐ型ＧａＮ間のコンタクト抵抗を小さくする事ができ
る。このようにして、素子全体の抵抗も小さくなり、素
子の発熱量も抑えられ、レーザー発振のしきい値電流も
１００ｍＡ程度に低減することができる。
ｐ型ＧａＮ間のコンタクト抵抗を小さくする事ができ
る。このようにして、素子全体の抵抗も小さくなり、素
子の発熱量も抑えられ、レーザー発振のしきい値電流も
１００ｍＡ程度に低減することができる。
【００２６】また、雰囲気温度５０℃で光出力を３ｍＷ
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図４
に示す。動作開始直後の動作電流は１２０ｍＡ程度であ
り、素子の発熱量が小さいために温度上昇が抑制され、
素子の劣化を抑えることができ、素子の寿命は１５００
時間以上に達し、図１８で示した従来例に比較して寿命
を大きく延ばすことができる。
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図４
に示す。動作開始直後の動作電流は１２０ｍＡ程度であ
り、素子の発熱量が小さいために温度上昇が抑制され、
素子の劣化を抑えることができ、素子の寿命は１５００
時間以上に達し、図１８で示した従来例に比較して寿命
を大きく延ばすことができる。
【００２７】（実施の形態２）本実施の形態における窒
化ガリウム系化合物半導体素子は、Ｍｇの膜厚が４５Å
で、それ以外の構造は上記の実施の形態１と全く同様で
あり、電極蒸着後の熱処理も、実施の形態１と同様に、
７００℃で３０分とした。
化ガリウム系化合物半導体素子は、Ｍｇの膜厚が４５Å
で、それ以外の構造は上記の実施の形態１と全く同様で
あり、電極蒸着後の熱処理も、実施の形態１と同様に、
７００℃で３０分とした。
【００２８】図５に、本実施の形態により作成した窒化
ガリウム系化合物半導体レーザーの電流−電圧特性を示
す。図５から明らかなように、実施の形態１と比べて、
さらに電流−電圧特性が向上し、５Ｖの電圧を加えたと
きに２００ｍＡ程度の電流を流すことができる。
ガリウム系化合物半導体レーザーの電流−電圧特性を示
す。図５から明らかなように、実施の形態１と比べて、
さらに電流−電圧特性が向上し、５Ｖの電圧を加えたと
きに２００ｍＡ程度の電流を流すことができる。
【００２９】本発明者等は上記した良好な特性が得られ
た理由を確認するために、Ｍｇ／Ａｕを蒸着して熱処理
を施した後の、電極とｐ型ＧａＮ界面付近のＳＩＭＳに
よる各構成元素濃度の深さ方向プロファイルを測定し
た。その結果を図６に示す。図６から明らかなように、
実施の形態１と同様、電極蒸着後の熱処理によって、蒸
着したＭｇがｐ型ＧａＮ層１０７中に拡散してドーピン
グされるが、Ｍｇの膜厚が実施の形態１と比べて厚いた
めに、実施の形態１以上に十分にドーピングが行われて
いた。
た理由を確認するために、Ｍｇ／Ａｕを蒸着して熱処理
を施した後の、電極とｐ型ＧａＮ界面付近のＳＩＭＳに
よる各構成元素濃度の深さ方向プロファイルを測定し
た。その結果を図６に示す。図６から明らかなように、
実施の形態１と同様、電極蒸着後の熱処理によって、蒸
着したＭｇがｐ型ＧａＮ層１０７中に拡散してドーピン
グされるが、Ｍｇの膜厚が実施の形態１と比べて厚いた
めに、実施の形態１以上に十分にドーピングが行われて
いた。
【００３０】従って、本実施の形態によれば、実施の形
態１と比較してより多くの量子力学的トンネル電流が電
極とｐ型ＧａＮ界面を流れることになる。また、Ｍｇの
膜厚が４５Å程度では、実施の形態１と同様に、ｐ型Ｇ
ａＮ層表面にはＭｇがほとんど残らずに、仕事関数が大
きいＡｕ（５．３ｅＶ）がｐ型ＧａＮ層１０７に接して
存在することになり、界面でのポテンシャル障壁を小さ
く抑えることができる。
態１と比較してより多くの量子力学的トンネル電流が電
極とｐ型ＧａＮ界面を流れることになる。また、Ｍｇの
膜厚が４５Å程度では、実施の形態１と同様に、ｐ型Ｇ
ａＮ層表面にはＭｇがほとんど残らずに、仕事関数が大
きいＡｕ（５．３ｅＶ）がｐ型ＧａＮ層１０７に接して
存在することになり、界面でのポテンシャル障壁を小さ
く抑えることができる。
【００３１】このようにして、本実施の形態によれば、
電極とｐ型ＧａＮ間のコンタクト抵抗をさらに低減する
ことができ、素子全体の抵抗も小さくなる。また、素子
の発熱量もさらに抑えられ、レーザー発振のしきい値電
流も５０ｍＡ程度に低減することができる。
電極とｐ型ＧａＮ間のコンタクト抵抗をさらに低減する
ことができ、素子全体の抵抗も小さくなる。また、素子
の発熱量もさらに抑えられ、レーザー発振のしきい値電
流も５０ｍＡ程度に低減することができる。
【００３２】また、雰囲気温度５０℃で光出力を３ｍＷ
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図７
に示す。動作開始直後の電流は６０ｍＡ程度であり、素
子の発熱量が小さいために温度上昇がさらに抑制され、
素子の劣化を抑えることができ、素子の寿命は５０００
時間以上に達し、図１８で示した従来例に比較して飛躍
的に寿命を延ばすことができる。
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図７
に示す。動作開始直後の電流は６０ｍＡ程度であり、素
子の発熱量が小さいために温度上昇がさらに抑制され、
素子の劣化を抑えることができ、素子の寿命は５０００
時間以上に達し、図１８で示した従来例に比較して飛躍
的に寿命を延ばすことができる。
【００３３】（実施の形態３）本実施の形態における窒
化ガリウム系化合物半導体素子は、ｐ型電極蒸着後の熱
処理が７００℃で５分であること以外は、実施の形態２
と全く同様である。
化ガリウム系化合物半導体素子は、ｐ型電極蒸着後の熱
処理が７００℃で５分であること以外は、実施の形態２
と全く同様である。
【００３４】図８に、本実施の形態における半導体レー
ザーの電流−電圧特性を示す。図８から明らかなよう
に、実施の形態２と比較すると、５Ｖの電圧を加えた時
の電流は１２０ｍＡ減少するものの、従来と比較すると
十分に大きな電流値を得ることができた。
ザーの電流−電圧特性を示す。図８から明らかなよう
に、実施の形態２と比較すると、５Ｖの電圧を加えた時
の電流は１２０ｍＡ減少するものの、従来と比較すると
十分に大きな電流値を得ることができた。
【００３５】本発明者等は上記した良好な特性が得られ
た理由を確認するために、Ｍｇ／Ａｕを蒸着して熱処理
を施した後の、電極とｐ型ＧａＮ界面付近のＳＩＭＳに
よる各構成元素濃度の深さ方向プロファイルを測定し
た。その結果を図９に示す。図６から明らかなように、
実施の形態２と同様、電極蒸着後の熱処理によって、蒸
着したＭｇがｐ型ＧａＮ層１０７中に拡散するが、実施
の形態２よりも熱処理の時間が短いために、拡散がやや
不十分となり、ｐ型ＧａＮへのドーピングが実施の形態
２の時ほど十分には行われない。
た理由を確認するために、Ｍｇ／Ａｕを蒸着して熱処理
を施した後の、電極とｐ型ＧａＮ界面付近のＳＩＭＳに
よる各構成元素濃度の深さ方向プロファイルを測定し
た。その結果を図９に示す。図６から明らかなように、
実施の形態２と同様、電極蒸着後の熱処理によって、蒸
着したＭｇがｐ型ＧａＮ層１０７中に拡散するが、実施
の形態２よりも熱処理の時間が短いために、拡散がやや
不十分となり、ｐ型ＧａＮへのドーピングが実施の形態
２の時ほど十分には行われない。
【００３６】従って本実施の形態によれば、電極とｐ型
ＧａＮ界面のトンネル電流が実施の形態２よりも減少
し、コンタクト抵抗は実施の形態２よりも増加すること
になり、レーザー発振のしきい値電流は８０ｍＡ程度に
なるものの、良好な特性が得られた。
ＧａＮ界面のトンネル電流が実施の形態２よりも減少
し、コンタクト抵抗は実施の形態２よりも増加すること
になり、レーザー発振のしきい値電流は８０ｍＡ程度に
なるものの、良好な特性が得られた。
【００３７】また、雰囲気温度５０℃で光出力を３ｍＷ
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図１
０に示す。動作開始直後の電流は１００ｍＡ程度であ
り、素子の寿命は２０００時間程度となり、従来例と比
較して寿命を延ばすことができる。
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図１
０に示す。動作開始直後の電流は１００ｍＡ程度であ
り、素子の寿命は２０００時間程度となり、従来例と比
較して寿命を延ばすことができる。
【００３８】図１１に、本実施の形態で述べたレーザー
構造および電極構造（Ｍｇ：４５Å、Ａｕ：１０００
Å）を有する半導体レーザーにおいて、電流が１００ｍ
Ａの時の素子電圧の熱処理時間依存性を示す。熱処理温
度は７００℃である。このように、熱処理時間を長くす
るにつれて、ｐ型ＧａＮ層１０７へのＭｇのドーピング
が高濃度に行われ、それに伴い素子電圧、したがって、
コンタクト抵抗が減少する。
構造および電極構造（Ｍｇ：４５Å、Ａｕ：１０００
Å）を有する半導体レーザーにおいて、電流が１００ｍ
Ａの時の素子電圧の熱処理時間依存性を示す。熱処理温
度は７００℃である。このように、熱処理時間を長くす
るにつれて、ｐ型ＧａＮ層１０７へのＭｇのドーピング
が高濃度に行われ、それに伴い素子電圧、したがって、
コンタクト抵抗が減少する。
【００３９】なお、図１１から明らかなように７００℃
の温度においては、１０分以上の熱処理を行うと急激に
特性が良好になる（すなわち十分なＭｇの拡散が行われ
ていることになる）。従って、本発明において、より好
ましくは、７００以上の温度で１０分以上の熱処理を行
うことが好ましい。
の温度においては、１０分以上の熱処理を行うと急激に
特性が良好になる（すなわち十分なＭｇの拡散が行われ
ていることになる）。従って、本発明において、より好
ましくは、７００以上の温度で１０分以上の熱処理を行
うことが好ましい。
【００４０】（実施の形態４）本実施の形態における窒
化ガリウム系化合物半導体素子は、Ｍｇの膜厚が１００
Åで、それ以外の構造は実施の形態１と全く同様であ
り、電極蒸着後の熱処理も、実施の形態１と同様に、７
００℃で３０分とした。
化ガリウム系化合物半導体素子は、Ｍｇの膜厚が１００
Åで、それ以外の構造は実施の形態１と全く同様であ
り、電極蒸着後の熱処理も、実施の形態１と同様に、７
００℃で３０分とした。
【００４１】図１２に、本実施の形態により作成した窒
化ガリウム系化合物半導体レーザーの電流−電圧特性を
示す。図１２から明らかなように、５Ｖの電圧を加えた
ときの電流は１００ｍＡ程度であり、実施の形態２と比
較すると、５Ｖの電圧を加えた時の電流は減少するもの
の、従来と比較すると十分に大きな電流値を得ることが
できた。
化ガリウム系化合物半導体レーザーの電流−電圧特性を
示す。図１２から明らかなように、５Ｖの電圧を加えた
ときの電流は１００ｍＡ程度であり、実施の形態２と比
較すると、５Ｖの電圧を加えた時の電流は減少するもの
の、従来と比較すると十分に大きな電流値を得ることが
できた。
【００４２】本発明者等は上記した良好な特性が得られ
た理由を確認するために、Ｍｇ／Ａｕを蒸着して熱処理
を施した後の、電極とｐ型ＧａＮ界面付近のＳＩＭＳに
よる各構成元素濃度の深さ方向プロファイルを測定し
た。その結果を図１３に示す。図１３から明らかなよう
に、実施の形態２と同様、電極蒸着後の熱処理によっ
て、蒸着したＭｇがｐ型ＧａＮ層中に拡散してドーピン
グされるが、Ｍｇの膜厚が実施の形態２と比べて厚いた
めに、拡散せずに残った仕事関数の小さいＭｇがｐ型Ｇ
ａＮ層表面に若干残ることになり、実施の形態２に比べ
ると若干コンタクト抵抗は増大する。但し、残るＭｇは
わずかであるため、多くのＭｇが界面付近に残る従来例
に比べればはるかに多くの電流を流すことができる。こ
のようにして、レーザー発振のしきい値電流は１００ｍ
Ａ程度となる。
た理由を確認するために、Ｍｇ／Ａｕを蒸着して熱処理
を施した後の、電極とｐ型ＧａＮ界面付近のＳＩＭＳに
よる各構成元素濃度の深さ方向プロファイルを測定し
た。その結果を図１３に示す。図１３から明らかなよう
に、実施の形態２と同様、電極蒸着後の熱処理によっ
て、蒸着したＭｇがｐ型ＧａＮ層中に拡散してドーピン
グされるが、Ｍｇの膜厚が実施の形態２と比べて厚いた
めに、拡散せずに残った仕事関数の小さいＭｇがｐ型Ｇ
ａＮ層表面に若干残ることになり、実施の形態２に比べ
ると若干コンタクト抵抗は増大する。但し、残るＭｇは
わずかであるため、多くのＭｇが界面付近に残る従来例
に比べればはるかに多くの電流を流すことができる。こ
のようにして、レーザー発振のしきい値電流は１００ｍ
Ａ程度となる。
【００４３】また、雰囲気温度５０℃で光出力を３ｍＷ
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図１
４に示す。動作開始直後の電流は１２０ｍＡ程度であ
り、素子の寿命は１５００時間程度となり、従来例に比
較して大幅に寿命を延ばすことができる。
で一定にした時のレーザーの動作電流の時間変化を図１
４に示す。動作開始直後の電流は１２０ｍＡ程度であ
り、素子の寿命は１５００時間程度となり、従来例に比
較して大幅に寿命を延ばすことができる。
【００４４】以上本発明の実施の形態における窒化ガリ
ウム系化合物半導体素子について説明を行ったが、以下
では、ｐ型の電極構造をＭｇ／Ａｕとした場合のＭｇの
膜厚の変化に基づく素子特性の変化について、より詳細
に説明する。
ウム系化合物半導体素子について説明を行ったが、以下
では、ｐ型の電極構造をＭｇ／Ａｕとした場合のＭｇの
膜厚の変化に基づく素子特性の変化について、より詳細
に説明する。
【００４５】図１５に、本実施の形態で述べたレーザー
構造および電極構造で、Ｍｇの膜厚だけを変化させた時
の、電流が１００ｍＡ時の半導体レーザーの電圧の変化
を示す。熱処理条件は７００℃３０分で一定とする。図
１５から明らかなように、Ｍｇの膜厚には最適値が存在
し、４５Å程度で素子電圧およびコンタクト抵抗が最小
になることがわかる。Ｍｇの膜厚が２５Åから６５Åの
範囲であれば、電流が１００ｍＡ時の電圧が４Ｖ以下と
なり、素子寿命も３０００時間程度以上を実現すること
ができる。
構造および電極構造で、Ｍｇの膜厚だけを変化させた時
の、電流が１００ｍＡ時の半導体レーザーの電圧の変化
を示す。熱処理条件は７００℃３０分で一定とする。図
１５から明らかなように、Ｍｇの膜厚には最適値が存在
し、４５Å程度で素子電圧およびコンタクト抵抗が最小
になることがわかる。Ｍｇの膜厚が２５Åから６５Åの
範囲であれば、電流が１００ｍＡ時の電圧が４Ｖ以下と
なり、素子寿命も３０００時間程度以上を実現すること
ができる。
【００４６】ここで、電流が１００ｍＡの時の電圧を３
Ｖと４Ｖの間になるようにしようとすると、Ｍｇの膜厚
が４５Åよりも大きい場合と小さい場合の２通りの膜厚
が考えられるが本発明者等によれば、小さい場合を選択
することが、より望ましいことが判明した。
Ｖと４Ｖの間になるようにしようとすると、Ｍｇの膜厚
が４５Åよりも大きい場合と小さい場合の２通りの膜厚
が考えられるが本発明者等によれば、小さい場合を選択
することが、より望ましいことが判明した。
【００４７】すなわち、Ｍｇの膜厚が４５Åよりも厚い
場合は、拡散せずに残った過剰のＭｇが電極−ｐ型Ｇａ
Ｎ間に残り、長時間にわたる動作の間に、この単体Ｍｇ
が熱により酸化してコンタクト抵抗が増大してしまう可
能性があり、また、それに伴い電極も剥離しやすくな
る。また、長時間動作の間に、この過剰Ｍｇが活性層に
まで移動してｐ−ｎ接合の位置がずれることにより発光
効率が悪くなることも考えられる。したがって、過剰な
Ｍｇは電極−ｐ型ＧａＮ間に残さないことが望ましく、
本発明において、Ｍｇの膜厚は２５Åから４５Åである
ことが最も望ましい。
場合は、拡散せずに残った過剰のＭｇが電極−ｐ型Ｇａ
Ｎ間に残り、長時間にわたる動作の間に、この単体Ｍｇ
が熱により酸化してコンタクト抵抗が増大してしまう可
能性があり、また、それに伴い電極も剥離しやすくな
る。また、長時間動作の間に、この過剰Ｍｇが活性層に
まで移動してｐ−ｎ接合の位置がずれることにより発光
効率が悪くなることも考えられる。したがって、過剰な
Ｍｇは電極−ｐ型ＧａＮ間に残さないことが望ましく、
本発明において、Ｍｇの膜厚は２５Åから４５Åである
ことが最も望ましい。
【００４８】なお、上述した実施の形態では、Ａｕの膜
厚を１０００Åとしたが、Ａｕの膜厚は特に問うもので
はない。また、熱処理の温度も７００℃に限定されるも
のではない。さらに、本実施の形態ではサファイア基板
上の窒化ガリウム系化合物半導体による半導体レーザー
を例として説明したが、本発明の効果は無論これに限ら
れるものではなく、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
有する電気デバイス等、他の半導体素子にも適用できる
ことは明らかである。
厚を１０００Åとしたが、Ａｕの膜厚は特に問うもので
はない。また、熱処理の温度も７００℃に限定されるも
のではない。さらに、本実施の形態ではサファイア基板
上の窒化ガリウム系化合物半導体による半導体レーザー
を例として説明したが、本発明の効果は無論これに限ら
れるものではなく、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
有する電気デバイス等、他の半導体素子にも適用できる
ことは明らかである。
【００４９】
【発明の効果】以上のように、ｐ型窒化ガリウム系半導
体に対する電極として、Ｍｇ（膜厚：１０Å以上１００
Å以下）およびＡｕをこの順序で蒸着し、その後熱処理
を加えることにより、電極−ｐ型窒化ガリウム系半導体
間のコンタクト抵抗、したがって、素子全体の抵抗を低
減することができ、また、素子の発熱を抑えて素子を長
寿命化することができ、大変有益なものである。この素
子抵抗の低減は、Ｍｇの膜厚が２５Å以上４５Å以下の
時に特に顕著である。
体に対する電極として、Ｍｇ（膜厚：１０Å以上１００
Å以下）およびＡｕをこの順序で蒸着し、その後熱処理
を加えることにより、電極−ｐ型窒化ガリウム系半導体
間のコンタクト抵抗、したがって、素子全体の抵抗を低
減することができ、また、素子の発熱を抑えて素子を長
寿命化することができ、大変有益なものである。この素
子抵抗の低減は、Ｍｇの膜厚が２５Å以上４５Å以下の
時に特に顕著である。
【図１】本発明の実施の形態および従来例における半導
体レーザーの素子構造を示す断面図
体レーザーの素子構造を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１における半導体レーザー
の電流−電圧特性を示す図
の電流−電圧特性を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における半導体レーザー
の電極−ｐ型半導体のＳＩＭＳによる分析結果を示す図
の電極−ｐ型半導体のＳＩＭＳによる分析結果を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における半導体レーザー
の一定の光出力での動作電流の変化を示す図
の一定の光出力での動作電流の変化を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における半導体レーザー
の電流−電圧特性を示す図
の電流−電圧特性を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における半導体レーザー
の電極−ｐ型半導体のＳＩＭＳによる分析結果を示す図
の電極−ｐ型半導体のＳＩＭＳによる分析結果を示す図
【図７】本発明の実施の形態２における半導体レーザー
の一定の光出力での動作電流の変化を示す図
の一定の光出力での動作電流の変化を示す図
【図８】本発明の実施の形態３における半導体レーザー
の電流−電圧特性を示す図
の電流−電圧特性を示す図
【図９】本発明の実施の形態３における半導体レーザー
の電極−ｐ型半導体のＳＩＭＳによる分析結果を示す図
の電極−ｐ型半導体のＳＩＭＳによる分析結果を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３における半導体レーザ
ーの一定の光出力での動作電流の変化を示す図
ーの一定の光出力での動作電流の変化を示す図
【図１１】Ｍｇ／Ａｕよりなるｐ型コンタクトを有する
半導体レーザーの動作電圧の熱処理時間依存性を示す図
半導体レーザーの動作電圧の熱処理時間依存性を示す図
【図１２】本発明の実施の形態４における半導体レーザ
ーの電流−電圧特性を示す図
ーの電流−電圧特性を示す図
【図１３】本発明の実施の形態４における半導体レーザ
ーの電極−ｐ型半導体のＳＩＭＳによる分析結果を示す
図
ーの電極−ｐ型半導体のＳＩＭＳによる分析結果を示す
図
【図１４】本発明の実施の形態４における半導体レーザ
ーの一定の光出力での動作電流の変化を示す図
ーの一定の光出力での動作電流の変化を示す図
【図１５】Ｍｇ／Ａｕよりなるｐ型コンタクトを有する
半導体レーザーの動作電圧のＭｇ膜厚依存性を示す図
半導体レーザーの動作電圧のＭｇ膜厚依存性を示す図
【図１６】従来の半導体レーザーの電流−電圧特性を示
す図
す図
【図１７】従来の半導体レーザーの電極−ｐ型半導体の
ＳＩＭＳによる分析結果を示す図
ＳＩＭＳによる分析結果を示す図
【図１８】従来の半導体レーザーの一定の光出力での動
作電流の変化を示す図
作電流の変化を示す図
１０１ 絶縁性基板 １０２ バッファ層 １０３ ｎ型ＧａＮ層 １０４ ｎ型ＡｌＧａＮ層 １０５ ＩｎＧａＮ活性層 １０６ ｐ型ＡｌＧａＮ層 １０７ ｐ型ＧａＮ層 １０８ ｐ型電極 １０９ ｎ型電極
フロントページの続き (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 長谷川 義晃 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石橋 明彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 辻村 歩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、
前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に接して形成さ
れた電極とを有する窒化ガリウム系化合物半導体素子で
あって、前記電極が前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層に接してマグネシウム（Ｍｇ）および金（Ａｕ）を
この順序で積層した構造を有し、前記マグネシウムの膜
厚が１０オングストローム以上１００オングストローム
以下であること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】マグネシウムの膜厚が２５オングストロー
ム以上６５オングストローム以下であることを特徴とす
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】マグネシウム（Ｍｇ）の膜厚が２５オング
ストローム以上４５オングストローム以下であることを
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2944998A JPH11233890A (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2944998A JPH11233890A (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233890A true JPH11233890A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12276432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2944998A Pending JPH11233890A (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11233890A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1221723A3 (en) * | 2001-01-05 | 2006-04-19 | LumiLeds Lighting U.S., LLC | Formation of ohmic contats in III-Nitride light emitting devices |
| JP2009064886A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
| US8110851B2 (en) | 2008-11-06 | 2012-02-07 | Panasonic Corporation | Nitride-based semiconductor device and method for fabricating the same |
| JP2013172024A (ja) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置、及び、半導体装置の作製方法 |
| US8748899B2 (en) | 2009-12-25 | 2014-06-10 | Panasonic Corporation | Nitride-based semiconductor device and method for fabricating the same |
-
1998
- 1998-02-12 JP JP2944998A patent/JPH11233890A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1221723A3 (en) * | 2001-01-05 | 2006-04-19 | LumiLeds Lighting U.S., LLC | Formation of ohmic contats in III-Nitride light emitting devices |
| JP2009064886A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
| US8110851B2 (en) | 2008-11-06 | 2012-02-07 | Panasonic Corporation | Nitride-based semiconductor device and method for fabricating the same |
| US8648378B2 (en) | 2008-11-06 | 2014-02-11 | Panasonic Corporation | Nitride-based semiconductor device and method for fabricating the same |
| US8686561B2 (en) | 2008-11-06 | 2014-04-01 | Panasonic Corporation | Nitride-based semiconductor device and method for fabricating the same |
| US8748899B2 (en) | 2009-12-25 | 2014-06-10 | Panasonic Corporation | Nitride-based semiconductor device and method for fabricating the same |
| JP2013172024A (ja) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置、及び、半導体装置の作製方法 |
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