JPH09186364A - 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH09186364A JPH09186364A JP34421995A JP34421995A JPH09186364A JP H09186364 A JPH09186364 A JP H09186364A JP 34421995 A JP34421995 A JP 34421995A JP 34421995 A JP34421995 A JP 34421995A JP H09186364 A JPH09186364 A JP H09186364A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対し
て密着性が良く、物理的強度が強い電極層を得る。 【解決手段】 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１
３，１７に接して、多結晶ＧａＮ電極層１９，１８を形
成する。これらの多結晶ＧａＮ電極層１９，１８は、従
来の金属電極層に比べて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層との密着性が良好であり、物理的強度も強い。ま
た、これらの多結晶ＧａＮ電極層１９，１８は発光波長
に対する透過率が高いので、発光の外部への取り出し効
率も高く、また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
に対するオーミック性も良好である。
て密着性が良く、物理的強度が強い電極層を得る。 【解決手段】 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１
３，１７に接して、多結晶ＧａＮ電極層１９，１８を形
成する。これらの多結晶ＧａＮ電極層１９，１８は、従
来の金属電極層に比べて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層との密着性が良好であり、物理的強度も強い。ま
た、これらの多結晶ＧａＮ電極層１９，１８は発光波長
に対する透過率が高いので、発光の外部への取り出し効
率も高く、また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
に対するオーミック性も良好である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば発光ダイオ
ード、レーザダイオードなどの発光素子や、電界効果ト
ランジスタなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装
置に関する。
ード、レーザダイオードなどの発光素子や、電界効果ト
ランジスタなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体を用いた半導体装置に関する研究は盛んに行われ
てきている。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に
おいて、ｎ型伝導層は容易に得られるものの、ｐ型伝導
層を得ることが困難であり、半導体装置の実用化が難し
かったが、近年、ｐ型層が得られるようになり、ｐ−ｎ
接合を利用した発光素子も作製されるようになってき
た。
半導体を用いた半導体装置に関する研究は盛んに行われ
てきている。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に
おいて、ｎ型伝導層は容易に得られるものの、ｐ型伝導
層を得ることが困難であり、半導体装置の実用化が難し
かったが、近年、ｐ型層が得られるようになり、ｐ−ｎ
接合を利用した発光素子も作製されるようになってき
た。
【０００３】この半導体装置に用いられる電極として
は、種々の金属膜を利用したものが検討されている。例
えば、オーミック性が要求されるような半導体装置にお
いては、ｎ型電極としてはＡｌが一般的に用いられてお
り、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉｎなども用いられている。一方、ｐ
型電極としてはＡｕが一般的に用いられており、Ｎｉ、
Ｐｔ、Ａｇなども検討されている。
は、種々の金属膜を利用したものが検討されている。例
えば、オーミック性が要求されるような半導体装置にお
いては、ｎ型電極としてはＡｌが一般的に用いられてお
り、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉｎなども用いられている。一方、ｐ
型電極としてはＡｕが一般的に用いられており、Ｎｉ、
Ｐｔ、Ａｇなども検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような金属電極を用いた場合には、窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層との密着性が悪く、物理的強度が弱
いという問題を有していた。このため、金属膜を真空蒸
着法などにより取り付けた後、素子化プロセスの途中で
金属膜の剥がれが生じるなど、半導体装置の信頼性に問
題が生じていた。例えば、半導体装置から電流を取り出
すための金線を金属電極上に接続するワイヤーボンディ
ングの工程では、全体の数％〜十数％の素子において電
極の剥がれが生じて動作不能になってしまうなど、歩留
り低下の大きな原因になっていた。
たような金属電極を用いた場合には、窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層との密着性が悪く、物理的強度が弱
いという問題を有していた。このため、金属膜を真空蒸
着法などにより取り付けた後、素子化プロセスの途中で
金属膜の剥がれが生じるなど、半導体装置の信頼性に問
題が生じていた。例えば、半導体装置から電流を取り出
すための金線を金属電極上に接続するワイヤーボンディ
ングの工程では、全体の数％〜十数％の素子において電
極の剥がれが生じて動作不能になってしまうなど、歩留
り低下の大きな原因になっていた。
【０００５】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対して密着
性が良く、物理的強度が強い電極層を得ることができて
歩留りを向上できる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
で、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対して密着
性が良く、物理的強度が強い電極層を得ることができて
歩留りを向上できる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
装置およびその製造方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】本発明の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体装置は、少なくとも１層以上の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を有する半導体装置に
おいて、該窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接し
て、多結晶ＧａＮまたは非単結晶ＧａＮからなる電極層
が設けられているものであり、そのことにより上記目的
が達成される。
−Ｖ族化合物半導体装置は、少なくとも１層以上の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を有する半導体装置に
おいて、該窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接し
て、多結晶ＧａＮまたは非単結晶ＧａＮからなる電極層
が設けられているものであり、そのことにより上記目的
が達成される。
【０００７】前記電極層は、正孔濃度または電子濃度が
５×１０19／ｃｍ3以上とすることができる。
５×１０19／ｃｍ3以上とすることができる。
【０００８】前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
は、ＩＩＩ族元素として少なくともＧａを含み、Ｖ族元
素としてＮを含む層が２層以上積層された積層構造から
なり、該積層構造内で波長４００ｎｍ〜５００ｎｍの青
色発光が生じてもよい。
は、ＩＩＩ族元素として少なくともＧａを含み、Ｖ族元
素としてＮを含む層が２層以上積層された積層構造から
なり、該積層構造内で波長４００ｎｍ〜５００ｎｍの青
色発光が生じてもよい。
【０００９】前記電極層は、前記積層構造から生じる発
光の波長領域に対して透過率８０％以上であるのが望ま
しい。
光の波長領域に対して透過率８０％以上であるのが望ま
しい。
【００１０】また、本発明の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体装置の製造方法は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層を形成する工程と、該窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層に接して、多結晶ＧａＮまたは非単結晶
ＧａＮからなる電極層を形成する工程とを含み、そのこ
とにより上記目的が達成される。
物半導体装置の製造方法は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層を形成する工程と、該窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層に接して、多結晶ＧａＮまたは非単結晶
ＧａＮからなる電極層を形成する工程とを含み、そのこ
とにより上記目的が達成される。
【００１１】前記電極層は、有機金属化学気相成長法に
より基板温度３５０℃〜６００℃でＧａＮを成長させる
ことにより形成することができる。また、電極層は、エ
レクトロンサイクロトロン共鳴を利用した有機金属化学
気相成長法により基板温度１５０℃〜４５０℃でＧａＮ
を成長させることにより形成することができる。
より基板温度３５０℃〜６００℃でＧａＮを成長させる
ことにより形成することができる。また、電極層は、エ
レクトロンサイクロトロン共鳴を利用した有機金属化学
気相成長法により基板温度１５０℃〜４５０℃でＧａＮ
を成長させることにより形成することができる。
【００１２】以下、本発明の作用について説明する。
【００１３】本発明においては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層に接して、電極層として多結晶ＧａＮ層
または非単結晶ＧａＮを設けている。この電極層は、窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との密着性が良好で
あり、物理的強度も強い。また、この窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層との良好なオーミック接触を得るこ
ともできる。
化合物半導体層に接して、電極層として多結晶ＧａＮ層
または非単結晶ＧａＮを設けている。この電極層は、窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との密着性が良好で
あり、物理的強度も強い。また、この窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層との良好なオーミック接触を得るこ
ともできる。
【００１４】このような電極層を構成するＧａＮは単結
晶ではないので、キャリア濃度を高くすることができ、
また、電気的な抵抗率も低い。このため、電極として機
能するのに十分な電流の広がりを確保することが可能と
なる。例えば多結晶ＧａＮで、正孔濃度または電子濃度
が５×１０19／ｃｍ3以上とすることが可能となる。
晶ではないので、キャリア濃度を高くすることができ、
また、電気的な抵抗率も低い。このため、電極として機
能するのに十分な電流の広がりを確保することが可能と
なる。例えば多結晶ＧａＮで、正孔濃度または電子濃度
が５×１０19／ｃｍ3以上とすることが可能となる。
【００１５】また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層は、ＩＩＩ族元素として少なくともＧａを含み、Ｖ族
元素としてＮを含む層を２層以上積層して青色発光素子
としてもよい。この場合、電極層の厚みを調整したり、
電極層に含まれる不純物を選択するなどのことにより、
積層構造から生じる発光の波長領域、例えば４００ｎｍ
〜５００ｎｍに対して透過率を８０％以上にすることが
できる。
層は、ＩＩＩ族元素として少なくともＧａを含み、Ｖ族
元素としてＮを含む層を２層以上積層して青色発光素子
としてもよい。この場合、電極層の厚みを調整したり、
電極層に含まれる不純物を選択するなどのことにより、
積層構造から生じる発光の波長領域、例えば４００ｎｍ
〜５００ｎｍに対して透過率を８０％以上にすることが
できる。
【００１６】さらに、ＧａＮからなる電極層を成膜する
際には、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置な
ど、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成膜する際
に一般的に用いられる成膜装置を用いて、窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層よりも低温で容易に成膜するこ
とが可能となる。例えば、ＭＯＣＶＤ法により電極層を
形成する場合には、基板温度が１５０℃〜６００℃程度
に低くして成長させると、多結晶ＧａＮ層が得られる。
際には、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置な
ど、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成膜する際
に一般的に用いられる成膜装置を用いて、窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層よりも低温で容易に成膜するこ
とが可能となる。例えば、ＭＯＣＶＤ法により電極層を
形成する場合には、基板温度が１５０℃〜６００℃程度
に低くして成長させると、多結晶ＧａＮ層が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００１８】（実施形態１）本実施形態１では、窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置として発光素子を作製
した場合であり、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層に
接して形成される電極層として多結晶ＧａＮ層を用いて
いる。
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置として発光素子を作製
した場合であり、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層に
接して形成される電極層として多結晶ＧａＮ層を用いて
いる。
【００１９】図１は本発明の実施形態１における窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面
図である。
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面
図である。
【００２０】図１において、サファイア基板１１のＣ面
上に膜厚２０ｎｍのＧａＮバッファ層１２が設けられて
おり、このＧａＮバッファ層１２上には、膜厚３０００
ｎｍ（３μｍ）のｎ型ＧａＮ層１３、膜厚１５０ｎｍの
ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４、膜厚５０ｎｍのＩｎ
0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１５、膜厚１５０ｎｍのｐ型Ａ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１６さらに膜厚３００ｎｍのｐ型Ｇ
ａＮ層１７がこの順に積層されて設けられている。この
ｐ型ＧａＮ層１７上には、ｐ層用電極として膜厚３００
ｎｍのｐ型ＧａＮ電極層１８が設けられている。また、
ｎ型ＧａＮ層１３からｐ型ＧａＮ層１７まではｎ型Ｇａ
Ｎ層１３が露出するようにその一部が除去され、露出部
上には、ｎ層用電極として膜厚２００ｎｍのｎ型ＧａＮ
電極層１９が設けられている。これにより、本実施形態
１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子としての発
光ダイオードが構成される。
上に膜厚２０ｎｍのＧａＮバッファ層１２が設けられて
おり、このＧａＮバッファ層１２上には、膜厚３０００
ｎｍ（３μｍ）のｎ型ＧａＮ層１３、膜厚１５０ｎｍの
ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４、膜厚５０ｎｍのＩｎ
0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１５、膜厚１５０ｎｍのｐ型Ａ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１６さらに膜厚３００ｎｍのｐ型Ｇ
ａＮ層１７がこの順に積層されて設けられている。この
ｐ型ＧａＮ層１７上には、ｐ層用電極として膜厚３００
ｎｍのｐ型ＧａＮ電極層１８が設けられている。また、
ｎ型ＧａＮ層１３からｐ型ＧａＮ層１７まではｎ型Ｇａ
Ｎ層１３が露出するようにその一部が除去され、露出部
上には、ｎ層用電極として膜厚２００ｎｍのｎ型ＧａＮ
電極層１９が設けられている。これにより、本実施形態
１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子としての発
光ダイオードが構成される。
【００２１】この発光ダイオードは以下のようにして作
製することができる。
製することができる。
【００２２】まず、サファイア基板１１のＣ面上に、Ｍ
ＯＣＶＤ装置を用いて基板温度６００℃でＧａＮバッフ
ァ層１２を膜厚２０ｎｍに成長させる。その上に、基板
温度１０５０℃でＳｉを不純物としてドーピングした電
子濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ層１３を膜厚３０
００ｎｍ（３μｍ）に成長させ、続いて、Ｓｉを不純物
としてドーピングした電子濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ型
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４を膜厚１５０ｎｍに成長させ
る。その上に、基板温度８００℃でＺｎを不純物として
ドーピングしたＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１５を膜厚
５０ｎｍに成長させる。このＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ
層１５が発光ダイオードの活性発光層となるが、ドーピ
ングしたＺｎが深いアクセプター準位を形成して、その
準位が発光中心となる。この活性発光層からの室温での
発光ピーク波長は約４５０ｎｍである。その上に、基板
温度を再び１０５０℃にしてＭｇを不純物としてドーピ
ングした正孔濃度１×１０18ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層１６を膜厚１５０ｎｍに成長させ、続いて、Ｍ
ｇを不純物としてドーピングした正孔濃度１×１０18ｃ
ｍ-3のｐ型ＧａＮ層１７を膜厚３００ｎｍに成長させ
る。以上により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なるダブルヘテロ（ＤＨ）構造を有する積層構造が得ら
れた。
ＯＣＶＤ装置を用いて基板温度６００℃でＧａＮバッフ
ァ層１２を膜厚２０ｎｍに成長させる。その上に、基板
温度１０５０℃でＳｉを不純物としてドーピングした電
子濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ層１３を膜厚３０
００ｎｍ（３μｍ）に成長させ、続いて、Ｓｉを不純物
としてドーピングした電子濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ型
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４を膜厚１５０ｎｍに成長させ
る。その上に、基板温度８００℃でＺｎを不純物として
ドーピングしたＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１５を膜厚
５０ｎｍに成長させる。このＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ
層１５が発光ダイオードの活性発光層となるが、ドーピ
ングしたＺｎが深いアクセプター準位を形成して、その
準位が発光中心となる。この活性発光層からの室温での
発光ピーク波長は約４５０ｎｍである。その上に、基板
温度を再び１０５０℃にしてＭｇを不純物としてドーピ
ングした正孔濃度１×１０18ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層１６を膜厚１５０ｎｍに成長させ、続いて、Ｍ
ｇを不純物としてドーピングした正孔濃度１×１０18ｃ
ｍ-3のｐ型ＧａＮ層１７を膜厚３００ｎｍに成長させ
る。以上により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なるダブルヘテロ（ＤＨ）構造を有する積層構造が得ら
れた。
【００２３】次に、このｐ型ＧａＮ層１７上に、ＭＯＣ
ＶＤ装置によりｐ層用電極１８となるｐ型ＧａＮ層を成
長させる。このｐ型ＧａＮ層の成膜工程においては、基
板温度を低温にして成長させることが大きな特徴であ
る。例えば、ＭＯＣＶＤ法の場合、通常、発光ダイオー
ドのＤＨ構造を構成するＧａＮ層は１０５０℃程度の基
板温度で成長させるが、ここでは、電極層としてのＧａ
Ｎ層は３５０℃〜６００℃程度の低い基板温度で成長さ
せる。本実施形態１では、基板温度を５００℃とし、Ｍ
ｇを不純物としてドーピングした正孔濃度１×１０20ｃ
ｍ-3、抵抗率８×１０-3Ωｃｍのｐ型ＧａＮ層を膜厚３
００ｎｍに成長させた。このようにして得られたｐ型Ｇ
ａＮ層をＲＨＥＥＤ（Reflection High Energy Electro
n Difraction：反射高エネルギー電子線回折）により評
価したところ、多結晶の構造であることが判った。ま
た、このｐ型ＧａＮ層単独での４００ｎｍ〜５００ｎｍ
の波長領域の光に対する透過率は、８０％以上の値であ
った。
ＶＤ装置によりｐ層用電極１８となるｐ型ＧａＮ層を成
長させる。このｐ型ＧａＮ層の成膜工程においては、基
板温度を低温にして成長させることが大きな特徴であ
る。例えば、ＭＯＣＶＤ法の場合、通常、発光ダイオー
ドのＤＨ構造を構成するＧａＮ層は１０５０℃程度の基
板温度で成長させるが、ここでは、電極層としてのＧａ
Ｎ層は３５０℃〜６００℃程度の低い基板温度で成長さ
せる。本実施形態１では、基板温度を５００℃とし、Ｍ
ｇを不純物としてドーピングした正孔濃度１×１０20ｃ
ｍ-3、抵抗率８×１０-3Ωｃｍのｐ型ＧａＮ層を膜厚３
００ｎｍに成長させた。このようにして得られたｐ型Ｇ
ａＮ層をＲＨＥＥＤ（Reflection High Energy Electro
n Difraction：反射高エネルギー電子線回折）により評
価したところ、多結晶の構造であることが判った。ま
た、このｐ型ＧａＮ層単独での４００ｎｍ〜５００ｎｍ
の波長領域の光に対する透過率は、８０％以上の値であ
った。
【００２４】その後、図２（ａ）〜図２（ｇ）に示す製
造工程を経て、ｎ層用電極１９となるｎ型ＧａＮ層を作
製する。なお、図２（ａ）〜（ｇ）においては、上記Ｇ
ａＮバッファ層１２〜ｐ型ＧａＮ層１７までを半導体積
層構造２０として示してある。この半導体積層構造２０
は、ＤＨ構造を含むｐｎ接合を有する窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体積層構造である。
造工程を経て、ｎ層用電極１９となるｎ型ＧａＮ層を作
製する。なお、図２（ａ）〜（ｇ）においては、上記Ｇ
ａＮバッファ層１２〜ｐ型ＧａＮ層１７までを半導体積
層構造２０として示してある。この半導体積層構造２０
は、ＤＨ構造を含むｐｎ接合を有する窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体積層構造である。
【００２５】まず、図２（ａ）に示すように、基板１１
上に半導体積層構造２０およびｐ層用電極１８となるｐ
型ＧａＮ層２１が形成された基板部に対して、図２
（ｂ）のようにｐ型ＧａＮ層２１上にＳｉＯ2層２２を
所定のパターンに形成する。次に、図２（ｃ）に示すよ
うに、ＳｉＯ2層２２をマスクとして、半導体積層構造
２０の一部をｎ型ＧａＮ層１３が露出するようにエッチ
ングする。続いて、図２（ｄ）に示すようにＳｉＯ2層
２２を剥離し、図２（ｅ）に示すようにｎ層電極形成用
マスクであるＳｉＯ2層２３を所定のパターンに形成す
る。その後、ＭＯＣＶＤ装置に基板を導入し、図２
（ｆ）に示すようにｎ層用電極層１９となるｎ型ＧａＮ
層２４を成長させる。このｎ型ＧａＮ層２４の成膜工程
においては、上記したｐ層用電極層１８となるｐ型Ｇａ
Ｎ層２１と同様に、基板温度を低温にして成長させるこ
とが大きな特徴であり、例えば、ＭＯＣＶＤ法の場合、
３５０℃〜６００℃程度の基板温度で成長させる。本実
施形態１では、基板温度を５００℃とし、不純物として
Ｓｉをドーピングして電子濃度２×１０21ｃｍ-3、抵抗
率２×１０-4Ωｃｍのｎ型ＧａＮ層２４を膜厚２００ｎ
ｍに成長させた。このようにして得られたｎ型ＧａＮ層
２４をＲＨＥＥＤにより評価したところ、多結晶の構造
であることが判った。また、このｎ型ＧａＮ層２４単独
での４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の光に対する透
過率は、８５％以上の値であった。さらに、図２（ｇ）
に示すようにＳｉＯ2層２３を剥すことにより、ｐ層用
電極層１８およびｎ層用電極層１９が得られた。
上に半導体積層構造２０およびｐ層用電極１８となるｐ
型ＧａＮ層２１が形成された基板部に対して、図２
（ｂ）のようにｐ型ＧａＮ層２１上にＳｉＯ2層２２を
所定のパターンに形成する。次に、図２（ｃ）に示すよ
うに、ＳｉＯ2層２２をマスクとして、半導体積層構造
２０の一部をｎ型ＧａＮ層１３が露出するようにエッチ
ングする。続いて、図２（ｄ）に示すようにＳｉＯ2層
２２を剥離し、図２（ｅ）に示すようにｎ層電極形成用
マスクであるＳｉＯ2層２３を所定のパターンに形成す
る。その後、ＭＯＣＶＤ装置に基板を導入し、図２
（ｆ）に示すようにｎ層用電極層１９となるｎ型ＧａＮ
層２４を成長させる。このｎ型ＧａＮ層２４の成膜工程
においては、上記したｐ層用電極層１８となるｐ型Ｇａ
Ｎ層２１と同様に、基板温度を低温にして成長させるこ
とが大きな特徴であり、例えば、ＭＯＣＶＤ法の場合、
３５０℃〜６００℃程度の基板温度で成長させる。本実
施形態１では、基板温度を５００℃とし、不純物として
Ｓｉをドーピングして電子濃度２×１０21ｃｍ-3、抵抗
率２×１０-4Ωｃｍのｎ型ＧａＮ層２４を膜厚２００ｎ
ｍに成長させた。このようにして得られたｎ型ＧａＮ層
２４をＲＨＥＥＤにより評価したところ、多結晶の構造
であることが判った。また、このｎ型ＧａＮ層２４単独
での４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の光に対する透
過率は、８５％以上の値であった。さらに、図２（ｇ）
に示すようにＳｉＯ2層２３を剥すことにより、ｐ層用
電極層１８およびｎ層用電極層１９が得られた。
【００２６】このようにして得られたウェハーをダイシ
ングによりチップにカットすることにより図１に示すよ
うな本実施形態１の発光素子としての発光ダイオードと
することができた。
ングによりチップにカットすることにより図１に示すよ
うな本実施形態１の発光素子としての発光ダイオードと
することができた。
【００２７】このチップをステムにマウントし、ｐ層用
電極層１８およびｎ層用電極層１９からワイヤーボンデ
ィングによりステム上に電極を引き出して特性評価を行
った。
電極層１８およびｎ層用電極層１９からワイヤーボンデ
ィングによりステム上に電極を引き出して特性評価を行
った。
【００２８】その典型的な特性としては、電流２０ｍＡ
時の動作電圧が３．４Ｖであり、発光波長４５０ｎｍ、
光度１０００ｍｃｄの青色発光が得られた。また、ステ
ムにマウントした後に電極剥がれなどが生じた不良素子
は殆ど存在せず、歩留りはほぼ１００％であった。
時の動作電圧が３．４Ｖであり、発光波長４５０ｎｍ、
光度１０００ｍｃｄの青色発光が得られた。また、ステ
ムにマウントした後に電極剥がれなどが生じた不良素子
は殆ど存在せず、歩留りはほぼ１００％であった。
【００２９】ここで、以上の本実施形態１と比較するた
めに、以下に比較例を示している。
めに、以下に比較例を示している。
【００３０】この比較例では、図３に示すような金属電
極３１，３２を有する発光素子としての発光ダイオード
を作製した。
極３１，３２を有する発光素子としての発光ダイオード
を作製した。
【００３１】まず、サファイア基板１１のＣ面上に、上
記実施形態１と同様にして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなるＤＨ構造を有する積層構造を作製する。
記実施形態１と同様にして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなるＤＨ構造を有する積層構造を作製する。
【００３２】次に、ｐ型ＧａＮ層１７上に、真空蒸着法
によりｐ層用電極３１となるＡｕ層を形成する。
によりｐ層用電極３１となるＡｕ層を形成する。
【００３３】続いて、上記実施形態１と同様にして、ｐ
型ＧａＮ層１７上にＳｉＯ2層を所定のパターンに形成
し、これをマスクとしてｐ型ＧａＮ層１７からｎ型Ｇａ
Ｎ層１３の途中までをｎ型ＧａＮ層１３が露出するよう
にエッチングしてＳｉＯ2層を剥離する。その後、ｎ層
用電極層形成用マスクであるフォトレジストを塗布し所
定のパターンを形成し、真空蒸着法によりｎ層用電極層
３２となるＡｌ層を形成し、フォトレジストを剥離す
る。また、同様にして、ｐ層用電極層形成用マスクであ
るフォトレジストを塗布し所定のパターンを形成し、真
空蒸着法によりｐ層用電極層３１となるＡｕ層を形成
し、フォトレジストを剥離する。以上によりｐ層用電極
層３１およびｎ層用電極層３２が得られる。
型ＧａＮ層１７上にＳｉＯ2層を所定のパターンに形成
し、これをマスクとしてｐ型ＧａＮ層１７からｎ型Ｇａ
Ｎ層１３の途中までをｎ型ＧａＮ層１３が露出するよう
にエッチングしてＳｉＯ2層を剥離する。その後、ｎ層
用電極層形成用マスクであるフォトレジストを塗布し所
定のパターンを形成し、真空蒸着法によりｎ層用電極層
３２となるＡｌ層を形成し、フォトレジストを剥離す
る。また、同様にして、ｐ層用電極層形成用マスクであ
るフォトレジストを塗布し所定のパターンを形成し、真
空蒸着法によりｐ層用電極層３１となるＡｕ層を形成
し、フォトレジストを剥離する。以上によりｐ層用電極
層３１およびｎ層用電極層３２が得られる。
【００３４】このようにして得られたウェハーをダイシ
ングによりチップにカットして図３に示すような発光ダ
イオードとした。
ングによりチップにカットして図３に示すような発光ダ
イオードとした。
【００３５】このチップをステムにマウントし、ｐ層用
電極層３１およびｎ層用電極層３２からワイヤーボンデ
ィングによりステム上に電極を引き出して特性評価を行
った。
電極層３１およびｎ層用電極層３２からワイヤーボンデ
ィングによりステム上に電極を引き出して特性評価を行
った。
【００３６】その典型的な特性としては、電流２０ｍＡ
時の動作電圧が３．８Ｖであり、発光波長４５０ｎｍ、
光度５００ｍｃｄの青色発光が得られた。また、ステム
にマウントした後の電極剥がれなどにより動作不能が生
じた素子は、全体の約１０％存在した。
時の動作電圧が３．８Ｖであり、発光波長４５０ｎｍ、
光度５００ｍｃｄの青色発光が得られた。また、ステム
にマウントした後の電極剥がれなどにより動作不能が生
じた素子は、全体の約１０％存在した。
【００３７】したがって、上記実施形態１および比較例
の実験結果から、以下のことが判る。即ち、ｐ層用電極
層１８およびｎ層用電極層１９として多結晶ＧａＮ電極
層を用いた上記実施形態１では、Ａｕ層やＡｌ層からな
る金属電極を用いた比較例に比べて半導体装置の歩留り
およびその信頼性を大幅に改善することができた。これ
は、多結晶ＧａＮ電極層では、金属電極に比べて窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との密着性および物理的
強度が良好なためと考えられる。また、多結晶ＧａＮ電
極層を用いた上記実施形態１では金属電極を用いた上記
比較例に比べて動作電圧を低くすることができた。これ
は、多結晶ＧａＮ電極層では、金属電極に比べて窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対するオーミック性が
良好なためと考えられる。さらに、多結晶ＧａＮ電極層
を用いた上記実施形態１では、金属電極を用いた上記比
較例に比べて強い光度が得られた。これは、上部電極直
下の発光層部分から生じた発光が、多結晶ＧａＮ電極を
透過するので上部に光を取り出せるが、金属電極では反
射されるので上部への光の取り出し効率が悪いためと考
えられる。また、多結晶ＧａＮ電極の作製は、素子構造
を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と同じ
成膜装置により行うことができるので、製造工程を簡略
化することもできる。
の実験結果から、以下のことが判る。即ち、ｐ層用電極
層１８およびｎ層用電極層１９として多結晶ＧａＮ電極
層を用いた上記実施形態１では、Ａｕ層やＡｌ層からな
る金属電極を用いた比較例に比べて半導体装置の歩留り
およびその信頼性を大幅に改善することができた。これ
は、多結晶ＧａＮ電極層では、金属電極に比べて窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との密着性および物理的
強度が良好なためと考えられる。また、多結晶ＧａＮ電
極層を用いた上記実施形態１では金属電極を用いた上記
比較例に比べて動作電圧を低くすることができた。これ
は、多結晶ＧａＮ電極層では、金属電極に比べて窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対するオーミック性が
良好なためと考えられる。さらに、多結晶ＧａＮ電極層
を用いた上記実施形態１では、金属電極を用いた上記比
較例に比べて強い光度が得られた。これは、上部電極直
下の発光層部分から生じた発光が、多結晶ＧａＮ電極を
透過するので上部に光を取り出せるが、金属電極では反
射されるので上部への光の取り出し効率が悪いためと考
えられる。また、多結晶ＧａＮ電極の作製は、素子構造
を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と同じ
成膜装置により行うことができるので、製造工程を簡略
化することもできる。
【００３８】（実施形態２）本実施形態２では、窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置として上記実施形態１
の発光素子とは別構造の発光素子を作製した場合であ
り、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接して形成
される電極層として多結晶ＧａＮ層を用いている。
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置として上記実施形態１
の発光素子とは別構造の発光素子を作製した場合であ
り、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接して形成
される電極層として多結晶ＧａＮ層を用いている。
【００３９】図４は本発明の実施形態２における窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面
図である。
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面
図である。
【００４０】図４において、（０００１）Ｓｉ面のｎ型
６Ｈ−ＳｉＣ基板４１上に膜厚３０ｎｍのＡｌＮバッフ
ァ層４２が設けられている。このＡｌＮバッファ層４２
上には、上記実施形態１と同様なｎ型ＧａＮ層１３、ｎ
型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚ
ｎ層１５、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１６、ｐ型ＧａＮ
層１７がこの順に積層されて設けられている。このｐ型
ＧａＮ層１７上には、ｐ層用電極１８となるｐ型ＧａＮ
電極層が設けられ、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板４１の裏面側
にはｎ層用電極としてＮｉ電極４３が部分的に設けられ
ている。これにより、本実施形態２の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体素子としての発光ダイオードが構成さ
れる。
６Ｈ−ＳｉＣ基板４１上に膜厚３０ｎｍのＡｌＮバッフ
ァ層４２が設けられている。このＡｌＮバッファ層４２
上には、上記実施形態１と同様なｎ型ＧａＮ層１３、ｎ
型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚ
ｎ層１５、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１６、ｐ型ＧａＮ
層１７がこの順に積層されて設けられている。このｐ型
ＧａＮ層１７上には、ｐ層用電極１８となるｐ型ＧａＮ
電極層が設けられ、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板４１の裏面側
にはｎ層用電極としてＮｉ電極４３が部分的に設けられ
ている。これにより、本実施形態２の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体素子としての発光ダイオードが構成さ
れる。
【００４１】この発光ダイオードは、以下のようにして
作製することができる。
作製することができる。
【００４２】まず、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板４１をＭＯＣ
ＶＤ装置に導入し、基板温度１０５０℃でＡｌＮバッフ
ァ層４２を膜厚３０ｎｍに成長させる。その上に、上記
実施形態１と同様にして、ｎ型ＧａＮ層１３、ｎ型Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１
５、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１６、ｐ型ＧａＮ層１７
を順次成長させて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
からなるＤＨ構造を有する積層構造を作製する。
ＶＤ装置に導入し、基板温度１０５０℃でＡｌＮバッフ
ァ層４２を膜厚３０ｎｍに成長させる。その上に、上記
実施形態１と同様にして、ｎ型ＧａＮ層１３、ｎ型Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１
５、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１６、ｐ型ＧａＮ層１７
を順次成長させて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
からなるＤＨ構造を有する積層構造を作製する。
【００４３】次に、このｐ型ＧａＮ層１７上に、ＭＢＥ
装置によりｐ層用電極１８となるｐ型ＧａＮ層を成長さ
せる。このＭＢＥ装置は、Ｎ2ガスをＲＦにより励起し
て窒素原料とするものである。このｐ型ＧａＮ層の成膜
工程においては、上記実施形態１と同様に、基板温度を
低温にして成長させることが大きな特徴である。例え
ば、ＭＢＥ法の場合、発光ダイオードのＤＨ構造を構成
するＧａＮ層を高品質で成長させるためには、通常、６
００℃〜８００℃程度の基板温度で成長させるが、ここ
では、電極層としてのＧａＮ層は１５０℃〜４００℃程
度の低い基板温度で成長させる。このように低温で成長
させると、結晶性が悪くなって多結晶の構造が得られ
る。本実施形態２では、基板温度を３５０℃とし、不純
物としてＭｇをドーピングして正孔濃度３×１０20ｃｍ
-3、抵抗率５×１０-3Ωｃｍのｐ型ＧａＮ層を膜厚３０
０ｎｍに成長させた。このようにして得られたｐ型Ｇａ
Ｎ層をＲＨＥＥＤにより評価したところ、多結晶の構造
であることが判った。また、このｐ型ＧａＮ層単独での
４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の光に対する透過率
は、８０％以上の値であった。
装置によりｐ層用電極１８となるｐ型ＧａＮ層を成長さ
せる。このＭＢＥ装置は、Ｎ2ガスをＲＦにより励起し
て窒素原料とするものである。このｐ型ＧａＮ層の成膜
工程においては、上記実施形態１と同様に、基板温度を
低温にして成長させることが大きな特徴である。例え
ば、ＭＢＥ法の場合、発光ダイオードのＤＨ構造を構成
するＧａＮ層を高品質で成長させるためには、通常、６
００℃〜８００℃程度の基板温度で成長させるが、ここ
では、電極層としてのＧａＮ層は１５０℃〜４００℃程
度の低い基板温度で成長させる。このように低温で成長
させると、結晶性が悪くなって多結晶の構造が得られ
る。本実施形態２では、基板温度を３５０℃とし、不純
物としてＭｇをドーピングして正孔濃度３×１０20ｃｍ
-3、抵抗率５×１０-3Ωｃｍのｐ型ＧａＮ層を膜厚３０
０ｎｍに成長させた。このようにして得られたｐ型Ｇａ
Ｎ層をＲＨＥＥＤにより評価したところ、多結晶の構造
であることが判った。また、このｐ型ＧａＮ層単独での
４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の光に対する透過率
は、８０％以上の値であった。
【００４４】その後、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板４１の裏面
側に真空蒸着法によりｎ層用電極層としてＮｉ電極層４
３を部分的に形成した。
側に真空蒸着法によりｎ層用電極層としてＮｉ電極層４
３を部分的に形成した。
【００４５】このようにして得られたウェハーをダイシ
ングによりチップにカットして図４に示すような発光ダ
イオードとした。
ングによりチップにカットして図４に示すような発光ダ
イオードとした。
【００４６】このチップをステムにマウントし、ｎ層用
電極層４３からは直接、また、ｐ層用電極１８からはワ
イヤーボンディングによりステム上に電極を引き出して
特性評価を行った。
電極層４３からは直接、また、ｐ層用電極１８からはワ
イヤーボンディングによりステム上に電極を引き出して
特性評価を行った。
【００４７】その典型的な特性としては、電流２０ｍＡ
時の動作電圧が３．３Ｖであり、発光波長４５０ｎｍ、
光度９００ｍｃｄの青色発光が得られた。また、ステム
にマウントした後に電極剥がれなどが生じた不良素子は
殆ど存在せず、歩留りはほぼ１００％であった。
時の動作電圧が３．３Ｖであり、発光波長４５０ｎｍ、
光度９００ｍｃｄの青色発光が得られた。また、ステム
にマウントした後に電極剥がれなどが生じた不良素子は
殆ど存在せず、歩留りはほぼ１００％であった。
【００４８】（実施形態３）本実施形態３では、窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置として上記実施形態２
の発光素子とは積層構造が逆構造の発光素子を作製した
場合であり、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接
して形成される電極層として多結晶ＧａＮ層を用いてい
る。
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置として上記実施形態２
の発光素子とは積層構造が逆構造の発光素子を作製した
場合であり、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接
して形成される電極層として多結晶ＧａＮ層を用いてい
る。
【００４９】図５は本発明の実施形態３における窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面
図である。
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面
図である。
【００５０】図５において、（０００１）Ｓｉ面のｐ型
６Ｈ−ＳｉＣ基板５１上に上記実施形態２と同様なＡｌ
Ｎバッファ層４２が設けられている。このバッファ層４
２上には、上記実施形態２と同様な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層が上記実施形態２と逆の積層順序、即
ち、ｐ型ＧａＮ層１７、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１
６、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１５、ｎ型Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ層１４、ｎ型ＧａＮ層１３の順に積層されて設
けられている。このｎ型ＧａＮ層１３上には、ｎ層用電
極層１９として膜厚３００ｎｍのｎ型ＧａＮ電極層が設
けられ、ｐ型６Ｈ−ＳｉＣ基板５１の裏面側にはｐ層用
電極層としてＴｉ／Ａｌ電極層５２が部分的に設けられ
ている。これにより、本実施形態３の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体素子としての発光ダイオードが構成さ
れる。
６Ｈ−ＳｉＣ基板５１上に上記実施形態２と同様なＡｌ
Ｎバッファ層４２が設けられている。このバッファ層４
２上には、上記実施形態２と同様な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層が上記実施形態２と逆の積層順序、即
ち、ｐ型ＧａＮ層１７、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１
６、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１５、ｎ型Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ層１４、ｎ型ＧａＮ層１３の順に積層されて設
けられている。このｎ型ＧａＮ層１３上には、ｎ層用電
極層１９として膜厚３００ｎｍのｎ型ＧａＮ電極層が設
けられ、ｐ型６Ｈ−ＳｉＣ基板５１の裏面側にはｐ層用
電極層としてＴｉ／Ａｌ電極層５２が部分的に設けられ
ている。これにより、本実施形態３の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体素子としての発光ダイオードが構成さ
れる。
【００５１】この発光ダイオードは、以下のようにして
作製することができる。
作製することができる。
【００５２】まず、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板５１をＭＯＣ
ＶＤ装置に導入し、上記実施形態２と同様にしてＡｌＮ
バッファ層４２を成長させる。その上に、実施形態２と
は逆の積層順に、ｐ型ＧａＮ層１７、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層１６、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１５、ｎ型
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４さらにｎ型ＧａＮ層１３を順
次成長させて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なるＤＨ構造を有する積層構造を作製する。
ＶＤ装置に導入し、上記実施形態２と同様にしてＡｌＮ
バッファ層４２を成長させる。その上に、実施形態２と
は逆の積層順に、ｐ型ＧａＮ層１７、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層１６、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｚｎ層１５、ｎ型
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１４さらにｎ型ＧａＮ層１３を順
次成長させて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なるＤＨ構造を有する積層構造を作製する。
【００５３】次に、ｎ型ＧａＮ層１３上に、ＥＣＲ−Ｍ
ＯＣＶＤ装置によりｎ層用電極層１９となるｎ型ＧａＮ
層を成長させる。このＥＣＲ−ＭＯＣＶＤ装置は、Ｎ2
ガスをＥＣＲプラズマ励起して得られる活性窒素を窒素
原料とするものである。このｐ型ＧａＮ層の成膜工程に
おいては、上記実施形態１と同様に、基板温度を低温に
して成長させることが大きな特徴である。例えば、ＥＣ
Ｒ−ＭＯＣＶＤ法の場合、電極層としてのＧａＮ層は１
５０℃〜４５０℃程度の低い基板温度で成長させる。本
実施形態３では、基板温度を３７０℃とし、酸素を不純
物としてドーピングして正孔濃度１×１０21ｃｍ-3、抵
抗率４×１０-4Ωｃｍのｎ型ＧａＮ層を膜厚３００ｎｍ
に成長させた。このようにして得られたｎ型ＧａＮ層を
ＲＨＥＥＤにより評価したところ、多結晶の構造である
ことが判った。また、このｎ型ＧａＮ層単独での４００
ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の光に対する透過率は、８
０％以上の値であった。
ＯＣＶＤ装置によりｎ層用電極層１９となるｎ型ＧａＮ
層を成長させる。このＥＣＲ−ＭＯＣＶＤ装置は、Ｎ2
ガスをＥＣＲプラズマ励起して得られる活性窒素を窒素
原料とするものである。このｐ型ＧａＮ層の成膜工程に
おいては、上記実施形態１と同様に、基板温度を低温に
して成長させることが大きな特徴である。例えば、ＥＣ
Ｒ−ＭＯＣＶＤ法の場合、電極層としてのＧａＮ層は１
５０℃〜４５０℃程度の低い基板温度で成長させる。本
実施形態３では、基板温度を３７０℃とし、酸素を不純
物としてドーピングして正孔濃度１×１０21ｃｍ-3、抵
抗率４×１０-4Ωｃｍのｎ型ＧａＮ層を膜厚３００ｎｍ
に成長させた。このようにして得られたｎ型ＧａＮ層を
ＲＨＥＥＤにより評価したところ、多結晶の構造である
ことが判った。また、このｎ型ＧａＮ層単独での４００
ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の光に対する透過率は、８
０％以上の値であった。
【００５４】その後、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板５１の裏面
側に真空蒸着法によりｎ層用電極層としてＴｉ／Ａｌ電
極層５２を部分的に形成した。
側に真空蒸着法によりｎ層用電極層としてＴｉ／Ａｌ電
極層５２を部分的に形成した。
【００５５】このようにして得られたウェハーをダイシ
ングによりチップにカットして図５に示すような発光ダ
イオードとした。
ングによりチップにカットして図５に示すような発光ダ
イオードとした。
【００５６】このチップをステムにマウントし、ｐ層用
電極層５２からは直接、また、ｎ層用電極層１９からは
ワイヤーボンディングによりステム上に電極を引き出し
て特性評価を行った。なお、本実施形態３では、ワイヤ
ーボンディングする部分には、ワイヤーボンディングの
際の衝撃を緩和するために、パッドとしてＡｌを蒸着し
た。
電極層５２からは直接、また、ｎ層用電極層１９からは
ワイヤーボンディングによりステム上に電極を引き出し
て特性評価を行った。なお、本実施形態３では、ワイヤ
ーボンディングする部分には、ワイヤーボンディングの
際の衝撃を緩和するために、パッドとしてＡｌを蒸着し
た。
【００５７】その典型的な特性としては、電流２０ｍＡ
時の動作電圧が３．４Ｖであり、発光波長４５０ｎｍ、
光度８００ｍｃｄの青色発光が得られた。また、ステム
にマウントした後に電極剥がれなどが生じた不良素子は
殆ど存在せず、歩留りはほぼ１００％であった。
時の動作電圧が３．４Ｖであり、発光波長４５０ｎｍ、
光度８００ｍｃｄの青色発光が得られた。また、ステム
にマウントした後に電極剥がれなどが生じた不良素子は
殆ど存在せず、歩留りはほぼ１００％であった。
【００５８】したがって、以上の実施形態１〜３を含む
本発明の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置におい
ては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接して形
成される電極層として多結晶ＧａＮ層を用いている。
本発明の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置におい
ては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接して形
成される電極層として多結晶ＧａＮ層を用いている。
【００５９】このように、多結晶ＧａＮ電極層を用いた
場合、多結晶ＧａＮ電極層は従来の金属電極層に比べて
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との密着性が良好
であり、物理的強度も強いために、半導体装置の製造歩
留りを向上させると共にその信頼性を向上させることが
できる。また、この多結晶ＧａＮ電極層は透明性が高い
ので、積層構造内部からの発光波長に対する透過率を高
くでき、従来の金属電極では電極により反射されて外部
に取り出すことができなかったような発光を外部に取り
出すことができる。積層構造内部からの発光に対する透
過率は少なくとも７０％以上であるのが好ましく、さら
に好ましくは８０％である。この場合、電極層の厚みを
調整したり、電極層に含まれる不純物を選択することに
より、４００ｎｍ〜５００ｎｍの発光波長領域に対して
透過率を８０％以上として、青色発光素子にも対応する
ことができる。
場合、多結晶ＧａＮ電極層は従来の金属電極層に比べて
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との密着性が良好
であり、物理的強度も強いために、半導体装置の製造歩
留りを向上させると共にその信頼性を向上させることが
できる。また、この多結晶ＧａＮ電極層は透明性が高い
ので、積層構造内部からの発光波長に対する透過率を高
くでき、従来の金属電極では電極により反射されて外部
に取り出すことができなかったような発光を外部に取り
出すことができる。積層構造内部からの発光に対する透
過率は少なくとも７０％以上であるのが好ましく、さら
に好ましくは８０％である。この場合、電極層の厚みを
調整したり、電極層に含まれる不純物を選択することに
より、４００ｎｍ〜５００ｎｍの発光波長領域に対して
透過率を８０％以上として、青色発光素子にも対応する
ことができる。
【００６０】ここで、多結晶のＧａＮ層を用いる理由と
しては、以下のことが挙げられる。近年の結晶成長技術
の進歩により、結晶性の優れたＧａＮ膜が得られるよう
になり、また、ドーピング技術の向上によりｎ型および
ｐ型の伝導度制御も可能になってきている。しかし、単
結晶ＧａＮ層は抵抗率が比較的高く、これを電極層とし
て用いた場合には、半導体層に電流が十分広がらない。
電極層の抵抗率を低くするためには不純物をドーピング
することも考えられるが、現在までのところ、単結晶性
を維持し、しかも高いキャリア濃度を有するＧａＮ層を
得ることはできていない。例えばｎ型層では１×１０19
ｃｍ-3程度の電子濃度、ｐ型層では１×１０18ｃｍ-3程
度の正孔濃度を有する単結晶ＧａＮ層しか得られていな
い。半導体層への電流の広がりを十分にするためには、
電極層の抵抗率は１×１０-2Ωｃｍ以下であるのが好ま
しい。したがって、単結晶ＧａＮ層を電極として発光素
子を作製した場合には、発光領域が狭くなり、強い発光
が得られないことになる。
しては、以下のことが挙げられる。近年の結晶成長技術
の進歩により、結晶性の優れたＧａＮ膜が得られるよう
になり、また、ドーピング技術の向上によりｎ型および
ｐ型の伝導度制御も可能になってきている。しかし、単
結晶ＧａＮ層は抵抗率が比較的高く、これを電極層とし
て用いた場合には、半導体層に電流が十分広がらない。
電極層の抵抗率を低くするためには不純物をドーピング
することも考えられるが、現在までのところ、単結晶性
を維持し、しかも高いキャリア濃度を有するＧａＮ層を
得ることはできていない。例えばｎ型層では１×１０19
ｃｍ-3程度の電子濃度、ｐ型層では１×１０18ｃｍ-3程
度の正孔濃度を有する単結晶ＧａＮ層しか得られていな
い。半導体層への電流の広がりを十分にするためには、
電極層の抵抗率は１×１０-2Ωｃｍ以下であるのが好ま
しい。したがって、単結晶ＧａＮ層を電極として発光素
子を作製した場合には、発光領域が狭くなり、強い発光
が得られないことになる。
【００６１】一方、多結晶ＧａＮ層は抵抗率が低く、ま
た、正孔濃度または電子濃度を５×１０19／ｃｍ3以上
と高くすることができる。多結晶ＧａＮ層の抵抗率は１
×１０-2Ωｃｍ以下にすることもでき、現在のところ１
×１０-5Ωｃｍまでの低抵抗な膜が得られており、電極
層として機能するのに十分な電流の広がりを確保するこ
とができる。したがって、多結晶ＧａＮ電極層を発光素
子に用いることにより、発光領域を広くすることがで
き、強い発光を得ることができる。しかも、従来の金属
電極に比べて、素子構造を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層とのオーミック接触が良好であるの
で、動作電圧を小さくすることもできる。
た、正孔濃度または電子濃度を５×１０19／ｃｍ3以上
と高くすることができる。多結晶ＧａＮ層の抵抗率は１
×１０-2Ωｃｍ以下にすることもでき、現在のところ１
×１０-5Ωｃｍまでの低抵抗な膜が得られており、電極
層として機能するのに十分な電流の広がりを確保するこ
とができる。したがって、多結晶ＧａＮ電極層を発光素
子に用いることにより、発光領域を広くすることがで
き、強い発光を得ることができる。しかも、従来の金属
電極に比べて、素子構造を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層とのオーミック接触が良好であるの
で、動作電圧を小さくすることもできる。
【００６２】この多結晶ＧａＮ電極層は、例えば真空蒸
着法、スパッタリング法、化学的気相成長法、有機金属
化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、エレクトロンサイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）を利用したＭＯＣＶＤ法、分子線
エピタキシー（ＭＢＥ）法など、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を成膜する際に、一般的に用いられる成
膜方法を用いることができる。このため、素子構造を構
成する半導体層と同じ成膜装置で電極層を成膜すること
ができ、素子構造と電極層とで異なる成膜装置を用いて
いた従来の方法に比べて工程を簡略化することができ
る。多結晶ＧａＮ層を成膜する場合には、窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層よりも低温で成膜し、例えば、
ＭＯＣＶＤ法では基板温度３５０℃〜６００℃程度に低
くして成長させると、多結晶ＧａＮ層が得られる。ま
た、多結晶ＧａＮ層に不純物をドーピングして、キャリ
ア濃度を高くすることもできる。例えば、ｎ型ＧａＮ層
を得る場合には、シリコン、ゲルマニウム、錫、チタン
などのＩＶ族元素、或は酸素、硫黄、セレンなどのＶＩ
族元素を用いることができる。また、ｐ型ＧａＮ層を得
る場合には、マグネシウム、ベリリウムなどのＩＩ族元
素を用いることができる。
着法、スパッタリング法、化学的気相成長法、有機金属
化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、エレクトロンサイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）を利用したＭＯＣＶＤ法、分子線
エピタキシー（ＭＢＥ）法など、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を成膜する際に、一般的に用いられる成
膜方法を用いることができる。このため、素子構造を構
成する半導体層と同じ成膜装置で電極層を成膜すること
ができ、素子構造と電極層とで異なる成膜装置を用いて
いた従来の方法に比べて工程を簡略化することができ
る。多結晶ＧａＮ層を成膜する場合には、窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層よりも低温で成膜し、例えば、
ＭＯＣＶＤ法では基板温度３５０℃〜６００℃程度に低
くして成長させると、多結晶ＧａＮ層が得られる。ま
た、多結晶ＧａＮ層に不純物をドーピングして、キャリ
ア濃度を高くすることもできる。例えば、ｎ型ＧａＮ層
を得る場合には、シリコン、ゲルマニウム、錫、チタン
などのＩＶ族元素、或は酸素、硫黄、セレンなどのＶＩ
族元素を用いることができる。また、ｐ型ＧａＮ層を得
る場合には、マグネシウム、ベリリウムなどのＩＩ族元
素を用いることができる。
【００６３】上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
は、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子
や電界効果トランジスタなどの素子構造を構成する１層
以上の層として用いることができる。発光素子の場合に
はダブルヘテロ（ＤＨ）構造などのｐｎ接合により発光
領域を形成する。ＩＩＩ族元素として少なくともＧａを
含み、Ｖ族元素としてＮを含む材料、例えばＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどを用いると、４０
０ｎｍ〜５００ｎｍの青色発光素子を作製することがで
きる。また、半導体層の混晶比も適宜変更することがで
きる。
は、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子
や電界効果トランジスタなどの素子構造を構成する１層
以上の層として用いることができる。発光素子の場合に
はダブルヘテロ（ＤＨ）構造などのｐｎ接合により発光
領域を形成する。ＩＩＩ族元素として少なくともＧａを
含み、Ｖ族元素としてＮを含む材料、例えばＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどを用いると、４０
０ｎｍ〜５００ｎｍの青色発光素子を作製することがで
きる。また、半導体層の混晶比も適宜変更することがで
きる。
【００６４】なお、上記実施形態１〜３では、窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接して多結晶ＧａＮ電極
層を形成したが、非単結晶ＧａＮ電極層を形成しても良
い。この場合、単結晶構造を崩して非単結晶ＧａＮとす
ることにより高い電子濃度または低い抵抗率にすること
ができ、ここで言う非単結晶ＧａＮとは、多結晶ＧａＮ
の他に単結晶ＧａＮを除いた非晶質ＧａＮや微結晶Ｇａ
Ｎをも含むものである。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接して多結晶ＧａＮ電極
層を形成したが、非単結晶ＧａＮ電極層を形成しても良
い。この場合、単結晶構造を崩して非単結晶ＧａＮとす
ることにより高い電子濃度または低い抵抗率にすること
ができ、ここで言う非単結晶ＧａＮとは、多結晶ＧａＮ
の他に単結晶ＧａＮを除いた非晶質ＧａＮや微結晶Ｇａ
Ｎをも含むものである。
【００６５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接する電極として多結晶
ＧａＮ電極層を形成しているため、半導体層との密着性
および物理的強度を良好なものにすることができる。し
たがって、従来のように製造プロセスの途中に電極剥が
れなどが生じるようなことはなく、半導体装置の歩留り
および装置の信頼性を良好なものにすることができる。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接する電極として多結晶
ＧａＮ電極層を形成しているため、半導体層との密着性
および物理的強度を良好なものにすることができる。し
たがって、従来のように製造プロセスの途中に電極剥が
れなどが生じるようなことはなく、半導体装置の歩留り
および装置の信頼性を良好なものにすることができる。
【００６６】また、多結晶ＧａＮ電極層は窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層に対するオーミック性が良好で
あるため、装置の動作電圧も低くすることができる。
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層に対するオーミック性が良好で
あるため、装置の動作電圧も低くすることができる。
【００６７】さらに、多結晶ＧａＮ電極層は、積層構造
から発生する光に対する透過率が高いため、発光の外部
への取り出し効率を向上させることができる。
から発生する光に対する透過率が高いため、発光の外部
への取り出し効率を向上させることができる。
【００６８】また、多結晶ＧａＮ電極層の作製は、素子
構造を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と
同じ成膜装置により行うことができるため、連続的に成
膜することができ、製造工程を簡略化することができ
る。
構造を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と
同じ成膜装置により行うことができるため、連続的に成
膜することができ、製造工程を簡略化することができ
る。
【図１】本発明の実施形態１における窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面図である。
Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面図である。
【図２】図１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子
の各製造工程を示す断面図である。
の各製造工程を示す断面図である。
【図３】比較例の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素
子の積層構造を示す断面図である。
子の積層構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態２における窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面図である。
Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態３における窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面図である。
Ｖ族化合物半導体素子の積層構造を示す断面図である。
１１ サファイア基板 １２ ＧａＮバッファ層 １３ ｎ型ＧａＮ層 １４ ｎ型ＡｌＧａＮ層 １５ ＩｎＧａＮ：Ｚｎ層 １６ ｐ型ＡｌＧａＮ層 １７ ｐ型ＧａＮ層 １８ ｐ層用電極層 １９ ｎ層用電極層 ２０ 半導体積層構造 ２１ ｐ型ＧａＮ層 ２２，２３ ＳｉＯ2層 ２４ ｎ型ＧａＮ層 ３１ Ａｕ電極層 ３２ Ａｌ電極層 ４１ ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板 ４２ ＡｌＮバッファ層 ４３ Ｎｉ電極層 ５１ ｐ型６Ｈ−ＳｉＣ基板 ５２ Ｔｉ／Ａｌ電極層
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも１層以上の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層を有する半導体装置において、 該窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接して、多結
晶ＧａＮまたは非単結晶ＧａＮからなる電極層が設けら
れている窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。 - 【請求項２】 前記電極層は、正孔濃度または電子濃度
が５×１０19／ｃｍ3以上である請求項１記載の窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。 - 【請求項３】 前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層は、ＩＩＩ族元素として少なくともＧａを含み、Ｖ族
元素としてＮを含む層が２層以上積層された積層構造か
らなる請求項１記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体装置。 - 【請求項４】 前記電極層は、前記積層構造から生じる
発光の波長領域に対して透過率８０％以上である請求項
３記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。 - 【請求項５】 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を
形成する工程と、 該窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接して、多結
晶ＧａＮまたは非単結晶ＧａＮからなる電極層を形成す
る工程とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置
の製造方法。 - 【請求項６】 前記電極層は、有機金属化学気相成長法
により基板温度３５０℃〜６００℃でＧａＮを成長させ
ることにより形成する請求項５記載の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記電極層は、エレクトロンサイクロト
ロン共鳴を利用した有機金属化学気相成長法により基板
温度１５０℃〜４５０℃でＧａＮを成長させることによ
り形成する請求項５記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34421995A JP3700872B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置およびその製造方法 |
| US08/772,231 US5804839A (en) | 1995-12-28 | 1996-12-23 | III-V nitride compound semiconductor device and method for fabricating the same |
| KR1019960075219A KR100295165B1 (ko) | 1995-12-28 | 1996-12-28 | 질화물계iii-v족화합물반도체소자및그의제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34421995A JP3700872B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09186364A true JPH09186364A (ja) | 1997-07-15 |
| JP3700872B2 JP3700872B2 (ja) | 2005-09-28 |
Family
ID=18367560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34421995A Expired - Fee Related JP3700872B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5804839A (ja) |
| JP (1) | JP3700872B2 (ja) |
| KR (1) | KR100295165B1 (ja) |
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