JP2001223386A - 窒化物半導体素子 - Google Patents
窒化物半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光素子全体に均一に電流を注入することが
でき、発光ムラがなく発光効率の高い窒化物半導体素子
を提供する。 【解決手段】 窒化物半導体と異なる異種基板上に少な
くともｎ型窒化物半導体層及びｐ型窒化物半導体層を順
に有する窒化物半導体素子で、前記ｎ型窒化物半導体層
中に導電性薄膜が部分的に形成され、前記導電性薄膜と
ｎ電極を電気的に接続して形成されている。これによ
り、素子内の抵抗を低減することができ、発光ムラを最
小限に抑制することができる。
でき、発光ムラがなく発光効率の高い窒化物半導体素子
を提供する。 【解決手段】 窒化物半導体と異なる異種基板上に少な
くともｎ型窒化物半導体層及びｐ型窒化物半導体層を順
に有する窒化物半導体素子で、前記ｎ型窒化物半導体層
中に導電性薄膜が部分的に形成され、前記導電性薄膜と
ｎ電極を電気的に接続して形成されている。これによ
り、素子内の抵抗を低減することができ、発光ムラを最
小限に抑制することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、太陽電池、
光センサー等の発光素子、あるいはトランジスタ、パワ
ーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導体
（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦
１）よりなる発光素子に関する。
（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、太陽電池、
光センサー等の発光素子、あるいはトランジスタ、パワ
ーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導体
（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦
１）よりなる発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】窒化物半導体は高輝度純緑色発光ＬＥＤ、
青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光源
で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は、図４に示
すように、基板１上にｎ型窒化物半導体層３を成長さ
せ、そのｎ型窒化物半導体層３上に活性層（図示されて
いない）とｐ型窒化物半導体層４を順に積層形成させた
構造となっている。そして、ｎ型窒化物半導体層３と接
触させるｎ電極７を形成させるために、ｐ型窒化物半導
体層４の一部をエッチングしｎ型窒化物半導体層３を露
出させ、その後、ｎ型窒化物半導体層３とオーミック接
触し且つ負印可するためのｎ電極６を、露出されたｎ型
窒化物半導体層３上に形成し、更にｐ型窒化物半導体層
４上にｐ電極５が形成されている。このようなＬＥＤ素
子は高出力で実用に十分適用可能であり、信号等の種々
の製品に適用されている。
青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光源
で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は、図４に示
すように、基板１上にｎ型窒化物半導体層３を成長さ
せ、そのｎ型窒化物半導体層３上に活性層（図示されて
いない）とｐ型窒化物半導体層４を順に積層形成させた
構造となっている。そして、ｎ型窒化物半導体層３と接
触させるｎ電極７を形成させるために、ｐ型窒化物半導
体層４の一部をエッチングしｎ型窒化物半導体層３を露
出させ、その後、ｎ型窒化物半導体層３とオーミック接
触し且つ負印可するためのｎ電極６を、露出されたｎ型
窒化物半導体層３上に形成し、更にｐ型窒化物半導体層
４上にｐ電極５が形成されている。このようなＬＥＤ素
子は高出力で実用に十分適用可能であり、信号等の種々
の製品に適用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、省エネ
などに応じて、発光出力の低下を伴わずに消費電力の低
減を可能とするＬＥＤ素子が望まれている現在におい
て、上記のＬＥＤ素子は２０ｍＡ下において順方向電圧
（Ｖf）が３．６Ｖ近くあり十分ではなく、更なる消費
電力の低減が望まれている。
などに応じて、発光出力の低下を伴わずに消費電力の低
減を可能とするＬＥＤ素子が望まれている現在におい
て、上記のＬＥＤ素子は２０ｍＡ下において順方向電圧
（Ｖf）が３．６Ｖ近くあり十分ではなく、更なる消費
電力の低減が望まれている。
【０００４】素子全体の抵抗を低減させる方法として、
ｎ型不純物もしくはｐ型不純物を活性層中にドープする
方法が知られているが、抵抗を大幅に下げようと活性層
中に不純物を大量にドープすると、ドープされた層若し
くはその層に接している層の結晶性が悪化し、発光出力
が低下してしまう恐れがある。
ｎ型不純物もしくはｐ型不純物を活性層中にドープする
方法が知られているが、抵抗を大幅に下げようと活性層
中に不純物を大量にドープすると、ドープされた層若し
くはその層に接している層の結晶性が悪化し、発光出力
が低下してしまう恐れがある。
【０００５】また、上述の窒化物半導体素子は、絶縁性
の異種基板を用いるため、ｎ電極とｐ電極が同一面上に
形成されている。ｐ電極はｐ型窒化物半導体層上に、ｎ
電極はエッチング等によりｐ型窒化物半導体層側から露
出されたｎ型窒化物半導体層の側部に形成されている。
このため、ｎ電極から供給されたキャリアはｎ型窒化物
半導体層中の抵抗の低いところに沿って横方向に走行し
活性層に供給される。よってｎ電極とｐ電極との位置が
離れるに連れて、つまり素子が大型化するに連れて電流
経路は不均一となり発光ムラが目立つ傾向がある。
の異種基板を用いるため、ｎ電極とｐ電極が同一面上に
形成されている。ｐ電極はｐ型窒化物半導体層上に、ｎ
電極はエッチング等によりｐ型窒化物半導体層側から露
出されたｎ型窒化物半導体層の側部に形成されている。
このため、ｎ電極から供給されたキャリアはｎ型窒化物
半導体層中の抵抗の低いところに沿って横方向に走行し
活性層に供給される。よってｎ電極とｐ電極との位置が
離れるに連れて、つまり素子が大型化するに連れて電流
経路は不均一となり発光ムラが目立つ傾向がある。
【０００６】導電性の基板を用いた場合、キャリアの走
行経路は垂直にすることができるが、活性層全体に均一
にキャリアを供給することは難しく、均一に発光しない
という問題がある。
行経路は垂直にすることができるが、活性層全体に均一
にキャリアを供給することは難しく、均一に発光しない
という問題がある。
【０００７】そこで、本発明は上記問題点を解決し、素
子内の電流経路を確立することで素子全体の抵抗を低減
させ、均一に発光することができる窒化物半導体素子を
提供することを目的とする。
子内の電流経路を確立することで素子全体の抵抗を低減
させ、均一に発光することができる窒化物半導体素子を
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
窒化物半導体素子は、絶縁性基板上に少なくともｎ型窒
化物半導体層、及びｐ型窒化物半導体層を順に有する窒
化物半導体素子において、前記ｎ型窒化物半導体層中の
いずれかの領域に少なくとも導電性薄膜が部分的に形成
されており、前記ｐ型窒化物半導体層側から露出された
前記導電性薄膜の上面にｎ電極が電気的に接続して形成
されていることを特徴とする。
窒化物半導体素子は、絶縁性基板上に少なくともｎ型窒
化物半導体層、及びｐ型窒化物半導体層を順に有する窒
化物半導体素子において、前記ｎ型窒化物半導体層中の
いずれかの領域に少なくとも導電性薄膜が部分的に形成
されており、前記ｐ型窒化物半導体層側から露出された
前記導電性薄膜の上面にｎ電極が電気的に接続して形成
されていることを特徴とする。
【０００９】また、別の形態として、本発明に係る窒化
物半導体素子は、導電性基板上に少なくともｎ型窒化物
半導体層、及びｐ型窒化物半導体層を順に有する窒化物
半導体素子において、前記導電性基板の半導体層が設け
られる面上に部分的に導電性薄膜が電気的に接続して形
成され、前記半導体層が設けられる面の反対側の面にｎ
電極が形成されていることを特徴とする。
物半導体素子は、導電性基板上に少なくともｎ型窒化物
半導体層、及びｐ型窒化物半導体層を順に有する窒化物
半導体素子において、前記導電性基板の半導体層が設け
られる面上に部分的に導電性薄膜が電気的に接続して形
成され、前記半導体層が設けられる面の反対側の面にｎ
電極が形成されていることを特徴とする。
【００１０】このように構成することにより、キャリア
はｎ電極から低抵抗な導電性薄膜を通って活性層へ運ば
れる。これにより、ｎ型窒化物半導体層中でのキャリア
を十分に広げることができ、素子全体の抵抗を大幅に低
減させることができるとともに、前記導電性薄膜上に結
晶性が良い窒化物半導体を形成することができる。
はｎ電極から低抵抗な導電性薄膜を通って活性層へ運ば
れる。これにより、ｎ型窒化物半導体層中でのキャリア
を十分に広げることができ、素子全体の抵抗を大幅に低
減させることができるとともに、前記導電性薄膜上に結
晶性が良い窒化物半導体を形成することができる。
【００１１】また、前記導電性薄膜は、ストライプ状に
形成されていることを特徴とする。
形成されていることを特徴とする。
【００１２】このように構成することにより、キャリア
の走行経路が直線的となり短縮され、より活性層中にお
けるキャリアの分布が均一になる。
の走行経路が直線的となり短縮され、より活性層中にお
けるキャリアの分布が均一になる。
【００１３】更に、別の形態として、前記導電性薄膜
は、各ストライプ状の導電性薄膜同士が電気的に接続さ
れており、より好ましくは、前記導電性薄膜が格子状に
形成されていることを特徴とする。
は、各ストライプ状の導電性薄膜同士が電気的に接続さ
れており、より好ましくは、前記導電性薄膜が格子状に
形成されていることを特徴とする。
【００１４】このように構成することにより、ｎ電極か
ら活性層に供給されるキャリアの道筋が増加し、動作電
圧が一層低くより均一な発光を有する窒化物半導体素子
を実現することができる。
ら活性層に供給されるキャリアの道筋が増加し、動作電
圧が一層低くより均一な発光を有する窒化物半導体素子
を実現することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明者は、種々の実験の結果、
窒化物半導体素子は素子内の電流経路を確立することで
素子全体の抵抗を低減でき且つ均一にできることを見い
だし、本発明を成すに至った。
窒化物半導体素子は素子内の電流経路を確立することで
素子全体の抵抗を低減でき且つ均一にできることを見い
だし、本発明を成すに至った。
【００１６】現状の窒化物半導体素子は絶縁性の基板を
用いることが多く、このような窒化物半導体素子は同一
面側にｎ電極及びｐ電極の両電極を取り出す必要があ
る。このため、ｎ電極から供給されたキャリアはｎ型窒
化物半導体層中の抵抗の低いところに沿って横方向に走
行し、活性層に供給される。つまり、Ｐ−Ｎ間の電流経
路が垂直経路にならないため、ｎ電極に近い部分に電流
が集中してしまい、図４に示すように、ｎ電極周辺にお
ける発光強度が極端に強くなってしまう。
用いることが多く、このような窒化物半導体素子は同一
面側にｎ電極及びｐ電極の両電極を取り出す必要があ
る。このため、ｎ電極から供給されたキャリアはｎ型窒
化物半導体層中の抵抗の低いところに沿って横方向に走
行し、活性層に供給される。つまり、Ｐ−Ｎ間の電流経
路が垂直経路にならないため、ｎ電極に近い部分に電流
が集中してしまい、図４に示すように、ｎ電極周辺にお
ける発光強度が極端に強くなってしまう。
【００１７】また、導電性の基板を用いた場合、Ｐ−Ｎ
間の電流計をは垂直になるが、抵抗の低い各電極間に電
流が集中して流れ、電極周辺における発光強度が極端に
強くなってしまう。
間の電流計をは垂直になるが、抵抗の低い各電極間に電
流が集中して流れ、電極周辺における発光強度が極端に
強くなってしまう。
【００１８】そこで本発明は、素子構造内にオーミック
性を有する導電性薄膜を、キャリアが供給させる部分と
電気的に接続して形成することによりに、低抵抗な導電
性薄膜に沿って活性層へ均一にキャリアを供給すること
ができ、素子全体にわたって高い発光効率を有する窒化
物半導体素子を提供するものである。
性を有する導電性薄膜を、キャリアが供給させる部分と
電気的に接続して形成することによりに、低抵抗な導電
性薄膜に沿って活性層へ均一にキャリアを供給すること
ができ、素子全体にわたって高い発光効率を有する窒化
物半導体素子を提供するものである。
【００１９】以下、図を参照して本発明に係る実施の形
態について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係
る窒化物半導体素子の構造を示す模式的断面図である。
基板１としてサファイア基板を用いており、サファイア
基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層３、活性層
（図示されていない）、及びｐ型窒化物半導体層４が順
に積層形成されている。前記ｎ型窒化物半導体層３中に
は部分的に導電性薄膜２が形成され、ｎ電極は前記導電
性薄膜と電気的に接続して形成されている。
態について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係
る窒化物半導体素子の構造を示す模式的断面図である。
基板１としてサファイア基板を用いており、サファイア
基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層３、活性層
（図示されていない）、及びｐ型窒化物半導体層４が順
に積層形成されている。前記ｎ型窒化物半導体層３中に
は部分的に導電性薄膜２が形成され、ｎ電極は前記導電
性薄膜と電気的に接続して形成されている。
【００２０】また図２は、本発明の別の実施の形態に関
る窒化物半導体素子の構造を示す模式的断面図である。
基板１としＧａＡｓ基板を用いており、ＧａＡｓ基板上
に、少なくともｎ型窒化物半導体層３、活性層（図示さ
れていない）、及びｐ型窒化物半導体層４が順に積層形
成され、導電性薄膜２がＧａＡｓ基板の半導体層が設け
られる面上に電気的に接続して形成され、前記半導体層
が設けられる面の反対側の面にｎ電極が形成されてい
る。
る窒化物半導体素子の構造を示す模式的断面図である。
基板１としＧａＡｓ基板を用いており、ＧａＡｓ基板上
に、少なくともｎ型窒化物半導体層３、活性層（図示さ
れていない）、及びｐ型窒化物半導体層４が順に積層形
成され、導電性薄膜２がＧａＡｓ基板の半導体層が設け
られる面上に電気的に接続して形成され、前記半導体層
が設けられる面の反対側の面にｎ電極が形成されてい
る。
【００２１】尚、効果的に電流を注入するために、ｐ電
極５、ｎ電極６、及び導電性薄膜２表面は、それぞれ接
する層と良好なオーミック接触が得られる金属で形成さ
れている。以下、本発明の構成について詳述する。
極５、ｎ電極６、及び導電性薄膜２表面は、それぞれ接
する層と良好なオーミック接触が得られる金属で形成さ
れている。以下、本発明の構成について詳述する。
【００２２】（基板１）本発明で用いることのできる基
板１としては、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板
であればどのようなものでも良く、例えば、サファイア
Ｃ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、スピネ
ル等の絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含
む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半
導体と格子整合する酸化物基板等、従来知られている窒
化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。
板１としては、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板
であればどのようなものでも良く、例えば、サファイア
Ｃ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、スピネ
ル等の絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含
む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半
導体と格子整合する酸化物基板等、従来知られている窒
化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。
【００２３】絶縁性の基板を用いる場合、通常正負の電
極はいずれも半導体層上（同一面側）に形成されること
になる。尚、この場合、発光された光は絶縁性基板を介
して取り出すことも、透光性の電極を形成することによ
り半導体層側から取り出すことも可能である。本実施の
形態では、透光性の電極を介して光を取り出すように構
成している。また、結晶性の良い窒化物半導体を成長さ
せるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。
極はいずれも半導体層上（同一面側）に形成されること
になる。尚、この場合、発光された光は絶縁性基板を介
して取り出すことも、透光性の電極を形成することによ
り半導体層側から取り出すことも可能である。本実施の
形態では、透光性の電極を介して光を取り出すように構
成している。また、結晶性の良い窒化物半導体を成長さ
せるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。
【００２４】更に、本発明において、異種基板がその異
種基板の主面からオファングル（傾斜）した主面を有す
ることにより、結晶欠陥の数の少ない窒化物半導体が得
られやすくなり、更にオファングルが連続的に形成され
ているよりも、ステップ状に形成されているほうが結晶
欠陥が少なくなり好ましい。
種基板の主面からオファングル（傾斜）した主面を有す
ることにより、結晶欠陥の数の少ない窒化物半導体が得
られやすくなり、更にオファングルが連続的に形成され
ているよりも、ステップ状に形成されているほうが結晶
欠陥が少なくなり好ましい。
【００２５】（窒化物半導体層３ａ，３ｂ，４）本発明
において、ｎ型窒化物半導体層３ａ，３ｂ及びｐ型窒化
物半導体層４としては、特に限定されず、いずれの層構
成のものを用いてもよい。
において、ｎ型窒化物半導体層３ａ，３ｂ及びｐ型窒化
物半導体層４としては、特に限定されず、いずれの層構
成のものを用いてもよい。
【００２６】（導電性薄膜２）本発明において導電性薄
膜２は、高融点金属でｎ型窒化物半導体層とオーミック
接触が可能な材料であれば特に限定されない。例えば、
ＷまたはＭｏよりなるメタル単層が用いられる。また、
これらをベースとして外部に用い、その内部に、外部に
用いる金属と固溶しにくく且つ高融点金属であるＡｕ、
Ｐｔ等の金属材料を用いた多層構造にすると、更にＶf
を低減させることができ好ましい。
膜２は、高融点金属でｎ型窒化物半導体層とオーミック
接触が可能な材料であれば特に限定されない。例えば、
ＷまたはＭｏよりなるメタル単層が用いられる。また、
これらをベースとして外部に用い、その内部に、外部に
用いる金属と固溶しにくく且つ高融点金属であるＡｕ、
Ｐｔ等の金属材料を用いた多層構造にすると、更にＶf
を低減させることができ好ましい。
【００２７】また、導電性薄膜構造の最上膜の上にＳｉ
Ｏ（ＳＩＮ）層を積層させると、ｐ型窒化物半導体層側
から窒化物半導体をエッチングする際において、前記Ｓ
ｉＯ（ＳＩＮ）層が導電性薄膜露出におけるストッパー
となり好ましい。また、導電性薄膜の積層方法としてス
パッタリングを用いることができる。
Ｏ（ＳＩＮ）層を積層させると、ｐ型窒化物半導体層側
から窒化物半導体をエッチングする際において、前記Ｓ
ｉＯ（ＳＩＮ）層が導電性薄膜露出におけるストッパー
となり好ましい。また、導電性薄膜の積層方法としてス
パッタリングを用いることができる。
【００２８】また図３に示すように、導電性薄膜は一面
にではなく、部分的に形成される。このように導電性薄
膜を形成することで、導電性薄膜上面は窒化物半導体層
が成長しないマスク層となり、低転位な窒化物半導体結
晶を積層することができる。
にではなく、部分的に形成される。このように導電性薄
膜を形成することで、導電性薄膜上面は窒化物半導体層
が成長しないマスク層となり、低転位な窒化物半導体結
晶を積層することができる。
【００２９】また、導電性薄膜をストライプ状に形成す
ると、キャリアの走行経路が直線的となり短縮され、素
子全体の抵抗を大幅に低減することができる。また、こ
れらのストライプ状の導電性薄膜同士が少なくとも電気
的に接続されていると、キャリアの道筋が増加し、ｎ型
窒化物半導体層中においてキャリアがより均一に分布さ
れ好ましい。更に、格子状に導電性薄膜を形成すると、
キャリアの流れはよりスムーズ且つ均一となり、低消費
電力で素子全体において均一な発光を得ることができ、
より好ましい。
ると、キャリアの走行経路が直線的となり短縮され、素
子全体の抵抗を大幅に低減することができる。また、こ
れらのストライプ状の導電性薄膜同士が少なくとも電気
的に接続されていると、キャリアの道筋が増加し、ｎ型
窒化物半導体層中においてキャリアがより均一に分布さ
れ好ましい。更に、格子状に導電性薄膜を形成すると、
キャリアの流れはよりスムーズ且つ均一となり、低消費
電力で素子全体において均一な発光を得ることができ、
より好ましい。
【００３０】（ｎ電極６）本発明において、ｎ電極６の
材料は特に限定されず、いずれの電極材料を用いてもよ
い。図１における実施の形態の場合、好ましくは、ｎ型
窒化物半導体３ａ，３ｂとのオーミック性を有するもの
で、例えば、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等の金属材料の１種類
以上を用いることができる。ｎ電極６の膜厚は、２００
０オングストローム〜５μｍ、好ましくは５０００オン
グストローム〜１．５μｍである。
材料は特に限定されず、いずれの電極材料を用いてもよ
い。図１における実施の形態の場合、好ましくは、ｎ型
窒化物半導体３ａ，３ｂとのオーミック性を有するもの
で、例えば、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等の金属材料の１種類
以上を用いることができる。ｎ電極６の膜厚は、２００
０オングストローム〜５μｍ、好ましくは５０００オン
グストローム〜１．５μｍである。
【００３１】
【実施例】以下、本発明に係る実施例の窒化物半導体素
子について説明する。なお、本発明は、以下に示す実施
例のみに限られるものではない。
子について説明する。なお、本発明は、以下に示す実施
例のみに限られるものではない。
【００３２】［実施例１］実施例１は、Ｃ面を主面とし
たサファイア基板上のｎ型窒化物半導体層中にスパッタ
リング処理によりＷからなる導電性薄膜を素子構造内に
埋め込んだもので、図１−（ａ）の実施の形態と同様の
構成を有する窒化物半導体素子の例である。
たサファイア基板上のｎ型窒化物半導体層中にスパッタ
リング処理によりＷからなる導電性薄膜を素子構造内に
埋め込んだもので、図１−（ａ）の実施の形態と同様の
構成を有する窒化物半導体素子の例である。
【００３３】サファイア基板１上に有機金属気相エピタ
キシャル成長法を用いて第１のｎ型窒化物半導体層３ａ
を形成する。次に、スパッタリング法により図３−
（ａ）に示すようなストライプ状のＷよりなるメタル層
を膜厚２０００オングストロームで形成する。再び有機
金属気相エピタキシャル成長法を用いて第２のｎ型窒化
物半導体層３ｂ、活性層（図示していない）、ｐ型窒化
物半導体層４を順次成長させる。成長後、素子形状とな
るように素子側部のｐ型窒化物半導体層４及び第２のｎ
型窒化物半導体層３ｂを塩素系ガスを用いてＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）法によりエッチングし導電性薄
膜２を露出させ、導電性薄膜の露出面にＴｉ／Ａｌを膜
厚２００／５０００オングストロームとしたｎ電極６を
形成する。続いて、ｐ型窒化物半導体のほぼ全面に、Ｎ
ｉ／Ａｕよりなる膜厚５０／２００オングストロームと
した透光性の全面電極５ａ、及び全面電極５ａ上にＡｕ
を膜厚１μｍとしたパッド電極５ｂをそれぞれ形成す
る。
キシャル成長法を用いて第１のｎ型窒化物半導体層３ａ
を形成する。次に、スパッタリング法により図３−
（ａ）に示すようなストライプ状のＷよりなるメタル層
を膜厚２０００オングストロームで形成する。再び有機
金属気相エピタキシャル成長法を用いて第２のｎ型窒化
物半導体層３ｂ、活性層（図示していない）、ｐ型窒化
物半導体層４を順次成長させる。成長後、素子形状とな
るように素子側部のｐ型窒化物半導体層４及び第２のｎ
型窒化物半導体層３ｂを塩素系ガスを用いてＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）法によりエッチングし導電性薄
膜２を露出させ、導電性薄膜の露出面にＴｉ／Ａｌを膜
厚２００／５０００オングストロームとしたｎ電極６を
形成する。続いて、ｐ型窒化物半導体のほぼ全面に、Ｎ
ｉ／Ａｕよりなる膜厚５０／２００オングストロームと
した透光性の全面電極５ａ、及び全面電極５ａ上にＡｕ
を膜厚１μｍとしたパッド電極５ｂをそれぞれ形成す
る。
【００３４】上記のように形成された窒化物半導体素子
は、順方向電流（If）＝２０ｍＡ下において順方向電圧
（Ｖf）が３．５Ｖとなり、素子全体の抵抗を従来より
大幅に低減させることができ、均一な発光が得られた。
は、順方向電流（If）＝２０ｍＡ下において順方向電圧
（Ｖf）が３．５Ｖとなり、素子全体の抵抗を従来より
大幅に低減させることができ、均一な発光が得られた。
【００３５】このように、本発明における窒化物半導体
素子は、素子構造内に導電性薄膜を部分的に埋め込むこ
とにより、素子の抵抗を低減させることができ、均一な
発光を得ることができる。
素子は、素子構造内に導電性薄膜を部分的に埋め込むこ
とにより、素子の抵抗を低減させることができ、均一な
発光を得ることができる。
【００３６】［比較例１］図４に示すように、Ｃ面を主
面としたサファイア基板上のｎ型窒化物半導体層、活性
層（図示されていない）、ｐ型窒化物半導体層を順に有
する窒化物半導体素子を形成したところ、順方向電流
（If）＝２０ｍＡ下において順方向電圧（Ｖ f）が３．
６Ｖであった。また、ｎ電極の周辺の発光効率が高く、
発光にムラが生じた。
面としたサファイア基板上のｎ型窒化物半導体層、活性
層（図示されていない）、ｐ型窒化物半導体層を順に有
する窒化物半導体素子を形成したところ、順方向電流
（If）＝２０ｍＡ下において順方向電圧（Ｖ f）が３．
６Ｖであった。また、ｎ電極の周辺の発光効率が高く、
発光にムラが生じた。
【００３７】［実施例２］導電性薄膜を、金属材料Ｍｏ
のメタル単層とする以外は実施例１と同様に構成された
窒化物半導体素子を形成したところ、実施例１と同様の
効果が得られた。
のメタル単層とする以外は実施例１と同様に構成された
窒化物半導体素子を形成したところ、実施例１と同様の
効果が得られた。
【００３８】［実施例３］導電性薄膜を、Ｗを２００オ
ングストローム、Ａｕを１０００オングストローム、Ｗ
を２００オングストロームの膜厚でそれぞれ順次に積層
され電気的に接続されてなるＷ／Ａｕ／Ｗの３層構造と
する以外は実施例１と同様に構成された窒化物半導体素
子を形成したところ、順方向電流（If）＝２０ｍＡ下に
おいて順方向電圧（Ｖf）＝３．４Ｖとなり、素子全体
の抵抗を更に低減することができた。
ングストローム、Ａｕを１０００オングストローム、Ｗ
を２００オングストロームの膜厚でそれぞれ順次に積層
され電気的に接続されてなるＷ／Ａｕ／Ｗの３層構造と
する以外は実施例１と同様に構成された窒化物半導体素
子を形成したところ、順方向電流（If）＝２０ｍＡ下に
おいて順方向電圧（Ｖf）＝３．４Ｖとなり、素子全体
の抵抗を更に低減することができた。
【００３９】［実施例４］導電性薄膜を、実施例３にお
いて、Ａｕの代わりにＰｔを用いたＷ／Ｐｔ／Ｗの３層
構造として用いる以外は同様に構成された窒化物半導体
素子を形成したところ、実施例３と同様な効果が得られ
た。
いて、Ａｕの代わりにＰｔを用いたＷ／Ｐｔ／Ｗの３層
構造として用いる以外は同様に構成された窒化物半導体
素子を形成したところ、実施例３と同様な効果が得られ
た。
【００４０】［実施例５］導電性薄膜として実施例３に
おいて、Ｗの代わりにＭｏを用いたＭｏ／Ａｕ／Ｍｏの
３層構造を用いる以外は同様にして窒化物半導体素子を
形成したところ、実施例３と同様な効果が得られた。
おいて、Ｗの代わりにＭｏを用いたＭｏ／Ａｕ／Ｍｏの
３層構造を用いる以外は同様にして窒化物半導体素子を
形成したところ、実施例３と同様な効果が得られた。
【００４１】［実施例６］導電性薄膜として実施例４に
おいて、Ｗの代わりにＭｏを用いたＭｏ／Ｐｔ／Ｍｏの
３層構造を用いる以外は同様にして窒化物半導体素子を
形成したところ、実施例４と同様な効果が得られた。
おいて、Ｗの代わりにＭｏを用いたＭｏ／Ｐｔ／Ｍｏの
３層構造を用いる以外は同様にして窒化物半導体素子を
形成したところ、実施例４と同様な効果が得られた。
【００４２】［実施例７］図３−（ｂ）のように、各ス
トライプ状の導電性薄膜同士が電気的に接続して形成さ
れている以外は実施例１と同様に構成された窒化物半導
体素子を形成したところ、順方向電流（If）＝２０ｍＡ
下において順方向電圧（Ｖf）＝３．４８Ｖとなり、実
施例１よりも更に素子全体の抵抗を低減させることがで
きた。
トライプ状の導電性薄膜同士が電気的に接続して形成さ
れている以外は実施例１と同様に構成された窒化物半導
体素子を形成したところ、順方向電流（If）＝２０ｍＡ
下において順方向電圧（Ｖf）＝３．４８Ｖとなり、実
施例１よりも更に素子全体の抵抗を低減させることがで
きた。
【００４３】本実施例において、導電性薄膜の材料は、
実施例１〜実施例６のいずれか１実施例に記載の材料を
用いても同様な効果が得られ、ストライプ状の導電性薄
膜を用いたときよりも更に素子全体の抵抗を低減させる
ことができる。
実施例１〜実施例６のいずれか１実施例に記載の材料を
用いても同様な効果が得られ、ストライプ状の導電性薄
膜を用いたときよりも更に素子全体の抵抗を低減させる
ことができる。
【００４４】［実施例８］図３−（ｃ）のように、導電
性薄膜が格子形状を有する以外は実施例１と同様に構成
された窒化物半導体素子を形成したところ、順方向電流
（If）＝２０ｍＡ下において順方向電圧（Ｖf）＝３．
４５Ｖとなり、実施例１及び実施例７で用いた窒化物半
導体素子よりも更に素子全体の抵抗を低減することがで
きた。
性薄膜が格子形状を有する以外は実施例１と同様に構成
された窒化物半導体素子を形成したところ、順方向電流
（If）＝２０ｍＡ下において順方向電圧（Ｖf）＝３．
４５Ｖとなり、実施例１及び実施例７で用いた窒化物半
導体素子よりも更に素子全体の抵抗を低減することがで
きた。
【００４５】本実施例において、導電性薄膜の材料は実
施例１〜実施例６のいずれか１実施例に記載の材料を用
いても同様な効果が得られ、導電性薄膜の形状は、本実
施例で実施されたように格子状に形成されることが最も
好ましいといえる。
施例１〜実施例６のいずれか１実施例に記載の材料を用
いても同様な効果が得られ、導電性薄膜の形状は、本実
施例で実施されたように格子状に形成されることが最も
好ましいといえる。
【００４６】［実施例９］実施例１〜実施例８のいずれ
か１実施例に記載の導電性薄膜の最上層上にＳｉＯより
なる保護膜を形成したところ、それぞれ実施例１〜実施
例８に対応して同様な効果が得られた。
か１実施例に記載の導電性薄膜の最上層上にＳｉＯより
なる保護膜を形成したところ、それぞれ実施例１〜実施
例８に対応して同様な効果が得られた。
【００４７】［実施例１０］実施例１０は、Ｃ面を主面
としたサファイア基板上に、スパッタリング処理により
Ｗからなる導電性薄膜を２０００オングストロームで積
層したもので、図１−（ｂ）の実施の形態と同様の構成
を有する窒化物半導体素子の例である。
としたサファイア基板上に、スパッタリング処理により
Ｗからなる導電性薄膜を２０００オングストロームで積
層したもので、図１−（ｂ）の実施の形態と同様の構成
を有する窒化物半導体素子の例である。
【００４８】実施例１〜実施例９のいずれか１実施例に
記載の導電性薄膜と同様な構成及び形状を有する導電性
薄膜を、サファイア基板上に接してスパッタリング法に
より形成する。導電性薄膜を形成後、有機金属気相エピ
タキシャル成長法によりｎ型窒化物半導体層及びｐ型窒
化物半導体層が順次形成される。また、各電極は実施例
１と同様に形成されている。
記載の導電性薄膜と同様な構成及び形状を有する導電性
薄膜を、サファイア基板上に接してスパッタリング法に
より形成する。導電性薄膜を形成後、有機金属気相エピ
タキシャル成長法によりｎ型窒化物半導体層及びｐ型窒
化物半導体層が順次形成される。また、各電極は実施例
１と同様に形成されている。
【００４９】以上のような構成を有する窒化物半導体素
子において、それぞれ実施例１〜実施例９に対応して同
様な効果が得られた。このことより、素子内における導
電性薄膜の位置は、ｎ型窒化物半導体素子中であれば特
に限られないといえる。
子において、それぞれ実施例１〜実施例９に対応して同
様な効果が得られた。このことより、素子内における導
電性薄膜の位置は、ｎ型窒化物半導体素子中であれば特
に限られないといえる。
【００５０】［実施例１１］実施例１１は、図２と同様
の構成を有する窒化物半導体素子の例である。基板とし
て絶縁性のＧａＡｓ基板を用い、前記ＧａＡｓ基板の半
導体層が設けられる面上に実施例１〜実施例８のいづれ
か１実施例に記載の導電性薄膜と同様な形状を有する導
電性薄膜が形成され、且つ前記半導体層が設けられる面
と反対側の面にｎ電極が形成されている。このようにし
て得られた窒化物半導体素子は素子全体において均一に
発光した。
の構成を有する窒化物半導体素子の例である。基板とし
て絶縁性のＧａＡｓ基板を用い、前記ＧａＡｓ基板の半
導体層が設けられる面上に実施例１〜実施例８のいづれ
か１実施例に記載の導電性薄膜と同様な形状を有する導
電性薄膜が形成され、且つ前記半導体層が設けられる面
と反対側の面にｎ電極が形成されている。このようにし
て得られた窒化物半導体素子は素子全体において均一に
発光した。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る窒化
物半導体素子は、オーム性を有し、好ましくは電気的に
接続されている導電性薄膜を素子構造に導入し、導電性
薄膜とｎ電極を電気的に接続して形成することで、ｎ電
極から活性層に供給されるキャリアの走行経路が確立
し、素子全体の電気抵抗を大幅に減少させることができ
るので、素子の長寿命化や低消費電力化が可能となる。
また、導電性薄膜の形状を考慮することで更にキャリア
を素子全体において均一に供給することができ、発光ム
ラを最小限に抑制することができる。
物半導体素子は、オーム性を有し、好ましくは電気的に
接続されている導電性薄膜を素子構造に導入し、導電性
薄膜とｎ電極を電気的に接続して形成することで、ｎ電
極から活性層に供給されるキャリアの走行経路が確立
し、素子全体の電気抵抗を大幅に減少させることができ
るので、素子の長寿命化や低消費電力化が可能となる。
また、導電性薄膜の形状を考慮することで更にキャリア
を素子全体において均一に供給することができ、発光ム
ラを最小限に抑制することができる。
【図１】 本発明に係る実施の形態である窒化物半導体
素子の模式的断面図である。（ａ）は、実施例１で用い
た窒化物半導体素子の模式的断面図であり、（ｂ）は、
実施例１０で用いた窒化物半導体素子の模式的断面図で
ある。
素子の模式的断面図である。（ａ）は、実施例１で用い
た窒化物半導体素子の模式的断面図であり、（ｂ）は、
実施例１０で用いた窒化物半導体素子の模式的断面図で
ある。
【図２】 本発明に係る別の実施の形態である窒化物半
導体素子の模式的断面図であり、実施例１１で用いた窒
化物半導体素子の模式的断面図である。
導体素子の模式的断面図であり、実施例１１で用いた窒
化物半導体素子の模式的断面図である。
【図３】 図１におけるＡ−Ａ’線についての模式的断
面図であり、導電性薄膜の形状パターンを示す。（ａ）
は、実施例１で用いた導電性薄膜の模式的断面図であ
り、（ｂ）は実施例７で用いた導電性薄膜の模式的断面
図であり、（ｃ）は実施例８で用いた導電性薄膜の模式
的断面図である。
面図であり、導電性薄膜の形状パターンを示す。（ａ）
は、実施例１で用いた導電性薄膜の模式的断面図であ
り、（ｂ）は実施例７で用いた導電性薄膜の模式的断面
図であり、（ｃ）は実施例８で用いた導電性薄膜の模式
的断面図である。
【図４】 従来の窒化物半導体素子を説明する模式的断
面図及び従来の窒化物半導体素子の基板側から測定し規
格化した発光強度を示す。
面図及び従来の窒化物半導体素子の基板側から測定し規
格化した発光強度を示す。
１・・・基板 ２・・・導電性薄膜 ３・・・ｎ型窒化物半導体素子 ４・・・ｐ型窒化物半導体素子 ５・・・ｐ電極 ５ａ・・・全面電極 ５ｂ・・・パッド電極 ６・・・ｎ型電極
Claims (5)
- 【請求項１】 絶縁性基板上に少なくともｎ型窒化物半
導体層、及びｐ型窒化物半導体層を順に有する窒化物半
導体素子において、前記ｎ型窒化物半導体層中に少なく
とも導電性薄膜が部分的に形成されており、前記ｐ型窒
化物半導体層側から露出された前記導電性薄膜の上面に
ｎ電極が電気的に接続して形成されていることを特徴と
する窒化物半導体素子。 - 【請求項２】 導電性基板上に少なくともｎ型窒化物半
導体層、及びｐ型窒化物半導体層を順に有する窒化物半
導体素子において、前記導電性基板の半導体層が設けら
れる面上に部分的に導電性薄膜が電気的に接続して形成
され、前記半導体層が設けられる面の反対側の面にｎ電
極が形成されていることを特徴とする窒化物半導体素
子。 - 【請求項３】 前記導電性薄膜は、ストライプ状に形成
されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒
化物半導体素子。 - 【請求項４】 前記導電性薄膜は、少なくとも各ストラ
イプ状の導電性薄膜同士が電気的に接続して形成されて
いることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体素
子。 - 【請求項５】 前記導電性薄膜は、格子状に形成されて
いることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000038195A JP2001223386A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 窒化物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000038195A JP2001223386A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 窒化物半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001223386A true JP2001223386A (ja) | 2001-08-17 |
| JP2001223386A5 JP2001223386A5 (ja) | 2007-03-29 |
Family
ID=18561967
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|---|---|---|---|
| JP2000038195A Pending JP2001223386A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 窒化物半導体素子 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2001223386A (ja) |
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-
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- 2000-02-10 JP JP2000038195A patent/JP2001223386A/ja active Pending
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