JPH10215034A - 化合物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
化合物半導体素子及びその製造方法Info
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- JPH10215034A JPH10215034A JP1682597A JP1682597A JPH10215034A JP H10215034 A JPH10215034 A JP H10215034A JP 1682597 A JP1682597 A JP 1682597A JP 1682597 A JP1682597 A JP 1682597A JP H10215034 A JPH10215034 A JP H10215034A
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Abstract
ても、半導体層と電極とのコンタクト抵抗の低減をはか
ることができ、素子特性及び信頼性の向上をはかる。 【解決手段】 サファイア基板11上にInAlGaN
系半導体層を積層してなる化合物半導体レーザにおい
て、半導体積層構造の最上層であるp型GaNコンタク
ト層19の表面に、InGaNからなるコンタクト用の
ドット20が形成され、ドット20を表面に形成したコ
ンタクト層19上にp側電極22が形成されている。
Description
導体を用いた化合物半導体素子に係わり、特に電極コン
タクトの改良をはかった化合物半導体素子及びその製造
方法に関する。
物半導体を用いた、青色から紫外域にかけての短波長発
光素子が注目されている。これらの窒化物系化合物半導
体を用いた青緑色発光ダイオード(LED)や短波長半
導体レーザ(LD)等の発光素子では、p型及びn型の
窒化物系半導体から成るコンタクト層上に電極を形成す
る必要がある。一般に、n側電極とのコンタクト層とし
て、シリコン(Si)を添加したGaN層が用いられて
おり、その上にTi/Al等の電極を形成する。また、
p側電極とのコンタクト層として、マグネシウム(M
g)を添加したGaN層が用いられており、この上にN
iやNi/Au等の電極を形成する。
の良好なコンタクトが得られない。特に、p側電極との
コンタクト抵抗が高いため、素子の動作電圧が高くな
り、p側電極付近で熱が発生し、電極付近の劣化が生じ
やすく、LEDでは素子寿命を縮める一要因となる。ま
た、LDでは電流注入時に発生する高熱により、レーザ
発振に至るまでにp側電極が破壊されたり、レーザ発振
しても寿命が著しく短いという問題があった。
説明する。青色半導体レーザを作成するには、n型ドー
パントとしてSiH4 (シラン)、p型ドーパンドとし
てCp2 Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を
用い、GaAlNクラッド層,GaNコンタクト層,I
nGaN活性層を有する青色半導体レーザ用多層膜を作
製し、多層膜の一部をn型GaNコンタクト層が露出す
るまでドライエッチング法により除去し、Ti/Alか
ら成るn側電極を形成する。また、p側コンタクト層上
にもNi/Auから成るp側電極を形成する。このよう
にして得られた試料に劈開により共振器端面を形成する
ことにより、窒化物系青色半導体レーザを作製する。
レーザに電流注入を行うと、p側電極とのコンタクト抵
抗が高いため、動作電圧が高くなり、 (1)素子にレーザ発振に必要な電流を注入することが
困難である。
電流を注入しようとすると、動作電圧が20V以上に上
昇し、p側電極近傍が破壊される。 (3)レーザ発振してもp側電極とのコンタクト抵抗が
高いため、動作電圧が高く、電極部における発熱が著し
く長時間の素子動作は困難である。等の問題があった。
属とp−GaNコンタクト層との接触が非オーミック的
であることである。GaN系発光素子の場合、n型のオ
ーミックコンタクトは比較的容易に得られるが、p型の
オーミックコンタクトが得られにくい原因として、Mg
等のp型ドーパントのキャリアとしての活性化率が低い
こと、GaNはワイドギャップ半導体であるため、ショ
ットキー障壁が高いことなどが上げられる。
タクトをオーミックコンタクトに近づける場合、一般に (1)高不純物濃度半導体層をコンタクト部に用い、シ
ョットキー障壁の高さを低くすると共に、ショットキー
障壁の空乏層幅を狭くする。
ットキー障壁の低くなる半導体を中間層として挿入す
る。 (3)仕事関数が大きな金属を用いる。
て、実効的不純物濃度を上げる。 等の方法が用いられる。しかし、これらの組み合わせだ
けでは、十分低抵抗なオーミック電極は得られない。ま
た、間接的な方法として、成長終了後にコンタクト層の
表面にエッチングなどで凹凸をつけ、電極との接触面積
を増やすという方法もある。この方法では、そのための
工程を余計に設ける必要がある上に、途中の過程におけ
る不純物の混入等の新たな問題も発生してくる。
N等の窒化物系化合物半導体素子、特に発光素子として
の半導体レーザの実用化には、上述のp側電極のコンタ
クト抵抗を低減し、素子の動作電圧を低減することが必
須であるが、未だコンタクト抵抗の十分な低抵抗化は達
成できていない。さらに、コンタクト抵抗低減のために
余分な工程を加えたり、不純物混入などの問題を新たに
発生させないことも重要である。
aN系半導体を用いた電子デバイスへの応用も試みられ
ている。この場合、p型,n型電極共に低抵抗なものほ
ど高速動作可能な電子デバイスになるため、コンタクト
抵抗の低減がこの場合にも重要になる。
もので、その目的とするところは、窒化物系化合物半導
体を用いた場合においても、半導体層と電極とのコンタ
クト抵抗の低減をはかることができ、素子特性及び信頼
性の向上をはかり得る化合物半導体素子及びその製造方
法を提供することにある。
構成を採用している。即ち本発明は、窒化物系化合物半
導体を積層してなる化合物半導体素子において、前記窒
化物系化合物半導体の積層構造のうち電極とコンタクト
するためのコンタクト層の表面に、ドット状のInx G
a1-x N(0<x≦1)、又はピットを有するInx G
a1-x N(0<x≦1)層からなるコンタクト部が形成
されていることを特徴とする。
は次のものが上げられる。 (1) コンタクト層はIna Gab Alc Bd N(a+b
+c+d=1、0≦a,b,c,d≦1)から成り、I
nGaAlBNコンタクト層よりもInGaNコンタク
ト部のバンドギャップが狭いこと。 (2) コンタクト部のIn組成は、コンタクト層のIn組
成よりも大きいこと。 (3) コンタクト層はp型であり、InGaNコンタクト
部にはマグネシウム(Mg)又は亜鉛(Zn)が添加さ
れていること。 (4) コンタクト部を構成するドットの大きさを、2.3
nm〜1μmに設定すること。 (5) 窒化物系化合物半導体の積層構造を形成するための
下地基板として、サファイア基板,スピネル基板,Al
N基板,SiN基板,高抵抗SiC基板,高抵抗GaA
s基板,又はSi基板等があげられる。 (6) 窒化物系化合物半導体の積層構造で、LEDやLD
等の発光素子を形成すること。
層して半導体素子を製造する化合物半導体素子の製造方
法において、前記窒化物系化合物半導体の積層構造のう
ち電極とコンタクトするためのコンタクト層の表面に、
ドット状のInx Ga1-x N(0<x≦1)、又はピッ
トを有するInx Ga1-x N(0<x≦1)層からなる
コンタクト部を形成する工程と、前記コンタクト部を表
面に形成したコンタクト層上にオーミック電極を形成す
る工程とを含むことを特徴とする。
トするためのコンタクト層の表面に無添加又は不純物を
添加したドット状の、又はピット(穴)を有するコンタ
クト部を形成することにより、電極との接触面積を大き
くすることができる。しかも、コンタクト部を形成する
Inx Ga1-x N(0<x≦1)は窒化物系化合物半導
体の中で最もバンドギャップの小さな半導体であり、こ
のような半導体を設けることにより添加不純物の活性化
率を向上させ、ショットキー障壁,ヘテロ障壁を低減す
ることができる。これにより、コンタクト層と電極との
コンタクト抵抗の低減をはかることができ、素子特性及
び信頼性の向上をはかることが可能となる。
ことから、電極との密着性を向上させて電極剥がれを防
止することができる。また、特別な工程を要することな
く、結晶成長の最終過程で連続的に形成でき、生産性が
良い。また、コンタクト部をドット状のInGaNとす
ることにより、電流の広がりを抑制することが可能とな
る。これは、半導体レーザ等に適用した場合、しきい値
電流の低減,横モード制御に有効に作用する。
物半導体を用いたものであれば、発光素子でも電子デバ
イスでもよい。以下に、本発明の詳細を図示の実施形態
を用いて説明する。
本実施形態による窒化物系化合物半導体と電極とのコン
タクト部のみについて説明する。
はn型不純物を添加したIna Gab Alc Bd N(a
+b+c+d=1、0≦a,b,c,d≦1)から成る
窒化物半導体層(コンタクト層)1上にTi/Au,N
i/Au等から成る電極5を蒸着することにより設けた
ものである。
で、窒化物半導体層1の表面に、p型又はn型不純物を
添加したInx Ga1-x N(0<x≦1)2をドット状
に形成し、その上に電極5を蒸着形成したものである。
図1(c)も本実施形態によるもので、窒化物半導体層
1の表面に、p型又はn型不純物が添加され、かつピッ
ト(穴)4を有するInx Ga1-x N(0<x≦1)3
を形成し、その上に電極5を蒸着形成したものである。
aNコンタクト部を含む窒化物系化合物半導体は、有機
金属気相成長(MOCVD)法や分子線エピタキシー
(MBE)法などにより成長する。
ン質量(SIMS)分析法により窒化物半導体層中の不
純物濃度を、容量−電圧(C−V)測定によりアクセプ
タ又はドナー濃度を、ホール効果測定によりp型又はn
型のキャリア濃度を測定したところ、窒化物半導体及び
ドット状の又はピットを有するInGaNコンタクト部
は、各々の組成によるが、従来法に比べて不純物濃度,
アクセプタ又はドナー濃度,キャリア濃度がおよそ2倍
から10倍に向上することが分かった。SIMS分析に
よる不純物の拡散プロファイルから、ドット状の又はピ
ットを有するInGaNコンタクト部に取り込まれた高
濃度の不純物が、下部の窒化物半導体層(コンタクト
層)1へ拡散した結果、コンタクト層1の不純物濃度が
図1(a)に示す従来法の場合に比べ、増加したことが
予想される。
極とのコンタクト抵抗を測定すると、窒化物半導体及び
ドット状又はピットを有するInGaNコンタクト部の
組成によるが、コンタクト抵抗はおよそ1/2から1/
10に低減できることが分かった。これは、本実施形態
により (1)電極とのコンタクト部の高不純物濃度化が実現で
きたこと。
クト部をドット状、又はピットを有する層にでき、電極
との接触面積を拡大できたこと。 (3)窒化物半導体層と電極の間にエネルギーギャップ
の狭いInGaNコンタクト部を挿入したことで、ショ
ットキー障壁を低減できたこと。 による相乗効果によるものと考えられる。
aNコンタクト部を窒化物系化合物半導体層上に形成し
ているため、電極材料の密着性が増した。このような電
極との密着性の向上、コンタクト抵抗の低減による発熱
の抑制により、従来のような高電流注入による電極の剥
がれの問題も解決できることが分かった。
クコンタクトを取るためのInGaAlBNコンタクト
層1の表面に、ドット状の又はピットを有するInGa
Nコンタクト部2又は3を形成することにより、InG
aNコンタクト部中では不純物濃度,不純物の活性化率
を高くでき、コンタクト部中の不純物がその下部に存在
するコンタクト層1中に拡散するため、コンタクト層1
のキャリア濃度が増加する。さらに、InGaAlBN
コンタクト層1と電極5との間に、エネルギーギャップ
が狭いInGaNコンタクト部2又は3を挿入するこ
と、InGaNコンタクト部中のInが下部に存在する
コンタクト層1中に拡散することにより、ショットキー
障壁及びヘテロバリアを低減できる。また、InGaN
コンタクト部がドット又はピットを有することから、電
極との接触面積を拡大できる。
抗を従来の1/2から1/10程度に低減でき、その結
果として素子の動作電圧も1/2から1/10程度に低
減できる。この抵抗低減の値は、単純に接触面積が増え
た効果から期待される値よりも数倍大きい。さらに、電
極とのコンタクト部に凹凸があるため、電極の密着性も
向上し、素子作成中の電極の剥がれの問題も解決できる
ことや、電極の長期信頼性も向上するという効果も付加
的に生じる。以上の効果により、素子特性が大幅に向上
し、素子寿命も従来に比べて大幅に延ばすことが可能に
なり、信頼性も大幅に向上した。また、以上に示す効果
が従来と略同様の工程で得られるため、コストアップも
なく生産性が大幅に向上する。
の実施形態に係わる半導体レーザの素子構造を示す断面
図である。
示せず)を介して、アンドープGaN下地層12,n型
GaNコンタクト層13,n型AlGaN電流注入層1
4,GaN光ガイド層15,InGaN活性層16,G
aN光ガイド層17,p型AlGaN電流注入層18,
p型GaNコンタクト層19が、上記の順に形成されて
いる。
Mgを高濃度で添加したIn0.7 Ga0.3 Nから成るコ
ンタクト用ドット20が形成されている。また、上記多
層構造の一部はn型GaNコンタクト層13に達するま
で除去され、露出したコンタクト層13上にTi/Al
から成るn側電極21が形成されている。そして、In
GaNコンタクト用ドット20を表面に形成したp型G
aNコンタクト層19上には、p側電極22が形成され
ている。
法について説明する。この半導体レーザは、周知の有機
金属気相成長(MOCVD)法により作製した。用いた
原料は、有機金属原料として、トリメチルガリウム(T
MG),トリメチルアルミニウム(TMA),トリメチ
ルインジウム(TMI),ビスシクロペンタジエニルマ
グネシウム(Cp2 Mg)を用い、ガス原料として、ア
ンモニア(NH3 ),シラン(SiH4 )を用いた。さ
らに、キャリアガスとして水素及び窒素を用いた。
サファイア基板11をMOCVD装置の反応室内に導入
し、高周波によって加熱されるサセプタ上に設置した。
次いで、常圧で水素を25L/分の流量で流しながら、
温度1200℃で約10分間だけ気相エッチングを施
し、表面にできた自然酸化膜を酸去した。
程度の低温においてバッファ層(図示せず)を成長した
後、基板温度を1100℃にし、キャリアガスとして水
素20.5L/分を流し、アンモニアを9.5L/分、
TMGを100cc/分を60分間供給することによ
り、アンドープGaN下地層12(2.0μm)を形成
し、次にSiH4 を10cc加え、連続してn型GaN
コンタクト層13(4.0μm)を形成した。
ことによりn型AlGaN電流注入層14(0.25μ
m)を成長し、さらにその上にアンドープGaN下地層
12と同様の成長条件でGaN光ガイド層15を成長し
た。その後、基板温度を780℃まで降温し、キャリア
ガスを水素から窒素20.5L/分に切り替え、アンモ
ニアを9.5L/分、TMGを9cc/分、TMIを4
65cc/分を約30分間流すことによりInGaN活
性層16を成長した。
を再び1100℃に昇温し、1100℃に達したら、キ
ャリアガスを再び窒素から水素20.5L/分へ切り替
え、上記と同様の方法で、GaN光ガイド層17,p型
AlGaN電流注入層18(0.25μm),p型Ga
Nコンタクト層19(0.3μm)の順で成長する。p
型AlGaN電流注入層18の成長時のp型ドーパント
原料Cp2 Mgの供給量は200ccとし、p型GaN
コンタクト層19の成長時のCp2 Mgの供給量は50
ccとした。
℃に下げ、キャリアガスを水素から窒素20.5L/分
に切り替え、アンモニアを9.5L/分、TMGを16
cc/分、TMIを500cc/分、p型ドーパント原
料Cp2 Mgを200cc/分の流量で供給し、Mgド
ープInGaN(In組成50%)を10分間成長し、
p型GaNコンタクト層(0.3μm)19上にInG
aNコンタクト用ドット20を形成した。そして、有機
金属原料の供給を停止し、窒素キャリアガス20.5L
/分、及びアンモニア9.5L/分のみを引き続き供給
し、基板温度を自然降温した。但し、アンモニアの供給
は基板温度が350℃に達した際に停止した。
る窒化物系半導体レーザ用多層膜について、二次イオン
質量(SIMS)分析法によりp型GaNコンタクト層
19中のMg濃度を、また容量−電圧(C−V)測定に
よりアクセプタ濃度を測定した。その結果、InGaN
コンタクト用ドット20を形成せず、p型GaNコンタ
クト層19のみを有する従来型のコンタクト層では、S
IM分析によるMg濃度は8×1019cm-3、C−V測
定によるアクセプタ濃度は約7×1018cm-3であっ
た。
コンタクト用ドット20を設けた場合、p型GaNコン
タクト層19のMg濃度は約4×1020cm-3、アクセ
プタ濃度は約6×1019cm-3であり、Mgの取り込ま
れ率及び活性化率共に向上した。これは、InGaNコ
ンタクト用ドット20へ高濃度のMgが取り込まれ、さ
らにGaNコンタクト層表面付近に拡散したためと考え
られる。
コンタクト層13に達するまでドライエッチング法によ
り除去し、露出したコンタクト層13上にTi/Alか
ら成るn側電極21を形成する。また、Mgを高濃度で
添加したIn0.7 Ga0.3 Nコンタクト用ドット20を
上部に形成したp型GaNコンタクト層19上には、p
型電極22を形成した。
成した上記半導体素子のI−V特性を測定したところ、
良好なオーミック接触が得られた。次に、上述の電極を
有する半導体多層膜を形成したウエハを350μm×5
00μmの大きさに劈開することにより共振器ミラーを
形成し、半導体レーザを作製した。この半導体レーザに
電流注入したところ、波長417nmで室温連続発振し
た。素子の動作電圧は5V、しきい電流密度は2kA/
cm2 であった。
30Vであり、本実施形態により1/4〜1/6程度動
作電圧の低減が可能になった。また、動作電圧の低減に
より電流注入時の熱の発生が大幅に減少し、従来生じた
p側電極付近の劣化は生じなくなった。また、従来の電
極の剥がれの問題も解決でき、素子特性,信頼性が大幅
に改善された。本実施形態により、素子寿命が従来技術
の素子の200倍以上に向上できた。
の実施形態に係わる半導体レーザの素子構造を示す断面
図である。
を介してn型GaNコンタクト層33が形成され、この
コンタクト層33の上に、n型AlGaN電流注入層3
4,GaN光ガイド層35,多重量子井戸構造(MQ
W)の活性層36,GaN光ガイド層37,p型AlG
aN電流注入層38がメサストライプ状に形成されてい
る。
46が埋め込まれ、AlGaN層38及びGaN層46
上には、p型GaNコンタクト層39a,39bが形成
されている。つまり、埋め込みメサ構造をしたダブルヘ
テロ構造を形成し、さらにその上にp型GaN層39
a,39bから成るp側電極とのコンタクト層を形成し
た。埋め込みには、高抵抗のGaN層を用いた。
にTi/Alから成るn側電極41が形成されている。
p型GaNコンタクト層39bの表面には、p型InN
コンタクト用ドット40が形成されており、このコンタ
クト用ドット40を形成したコンタクト層39b上にp
側電極42が形成されている。
法を以下に説明する。まず、有機溶媒及び酸によって洗
浄したサファイア基板31をMOCVD装置の加熱可能
なサセプタ上に載置した。次いで、水素を20L/分の
流量で流しながら、温度1200℃で約10分間、サフ
ァイア基板表面を気相エッチングした。
ファ層32を成長し、次に温度を1100℃まで昇温
し、水素を15L/分、窒素を5L/分、TMGを10
0cc/分、アンモニアを10L/分、シランを5cc
/分の流量でそれぞれ1時間流すことによって、n型G
aN層33を約2μm成長した。これに、温度を110
0℃で保持したまま、TMA50cc/分の流量を約1
5分間加えることによって、n型AlGaN電流注入層
34を約500nmの厚さで形成した後、再度TMAの
供給を停止し、約10分間の供給でGaN光ガイド層3
5を約200nmの厚さで形成した。
を780℃まで降温した。この温度で、TMGを10c
c/分、アンモニアを10L/分、水素を30cc/
分、窒素を約19.7L/分流し、この中にTMIの流
量を140cc/分と15cc/分との組み合わせで約
1.5分ずつ20回繰り返し切り替えて供給し、最後に
15cc/分で3分間供給することにより、多重量子井
戸構造(MQW)の活性層領域36を形成した。
9.96L/分、アンモニアを10L/分の流量で流し
ながら、1100℃まで4分間かけて昇温した。昇温時
の雰囲気が水素であると活性層領域がエッチングされる
ので、この過程での雰囲気は窒素であることが望まし
い。
を500cc/分、窒素を14.5L/分、TMGを1
00cc/分、アンモニアを10L/分、Cp2 Mgを
50cc/分の流量で約10分間供給して、GaNガイ
ド層37を約200nmの厚さで形成した。これにTM
Aを50cc/分の流量で15分間加えることによっ
て、p型AlGaN電流注入層38を約500nmの厚
さで形成した。但し、上記p型層を形成する際の有機金
属原料のキャリアガスは水素とした。この状態で室温ま
で降温し、MOCVD装置から取り出し、周知の熱CV
D装置内で表面に幅20μmのSiO2 膜(図示せず)
を形成した。
口部BCl3 ガスによってメサ構造にエッチング除去し
た。このようにして作製したウェハを再びMOCVD装
置内のサセプタ上に載置し、窒素30L/分の中で11
00℃まで昇温した。
cc/分、窒素を14.5L/分、TMGを100cc
/分、アンモニアを10L/分、DMZ(ジメチルジン
ク)を50cc/分の流量で約1時間供給して、n型A
lGaN電流注入層34からp型AlGaN電流注入層
38までのメサをi型GaN層46で埋め込む構造とし
た。このようなi型GaN層46の形成を、本実施形態
ではメサエッチング後の成長で形成したが、エッチング
除去せずに水素や酸素などをイオン注入することによっ
て作製することも可能である。例えば、水素では200
keV、1×1014cm-2の注入で実現することができ
る。
ま、水素30L/分を約1分間流し、p型AlGaN電
流注入層38上に残っている前記SiO2 膜をエッチン
グ除去した。
ま、主キャリアガスを水素から窒素へ切り替え、水素を
500cc/分、窒素を14.5L/分、TMGを10
0cc/分、アンモニアを10L/分、Cp2 Mgを5
0cc/分の流量で約10分間供給して、p型GaN層
(第1のコンタクト層)39aを約900nmの厚さで
形成した。さらに、Cp2 Mgを150cc/分に流量
を増加し、3分間供給することによって、p型GaN層
(第2のコンタクト層)39bを厚さ100nm形成し
た。
p2 Mg流量を200cc/分に増加し、TMI450
ccを3分間供給することにより、p型GaN層39b
上にp型InNコンタクト用ドット40を形成した。p
型GaN層39a,39b及びp型InNコンタクト用
ドット40は熱処理などの後工程を必要とせずにp型伝
導を示した。
止し、基板温度を室温まで降温した。但し、1100℃
から350℃までは水素500cc/分、窒素14.5
L/分、アンモニア10L/分を引き続き供給し続け、
350℃でアンモニアの供給を停止した。
OCVD装置から取り出し、周知の真空蒸着法やスパッ
タ法などを用いて、n型GaNコンタクト層33に対し
ては、Pt(厚さ50nm),Ni(厚さ50nm),
Au(厚さ2μm)をこの順で形成し、良好なオーミッ
ク電極41とした。一方、表面にp型InNコンタクト
用ドット40を形成したp型GaNコンタクト層39b
上には、順にPd(厚さ20nm),Ti(厚さ30n
m),Pt(厚さ20nm),Au(厚さ2μm)を形
成し、窒素中500℃で1分間の熱処理を施すことによ
り、1×10-4Ωcm2 程度のオーミック電極42とし
た。ここでは、電極に上述したものを用いたが、これら
に示した金属と、Al,Sc,Mg,Si,Crなどと
の積層構造或いは合金層などを用いることができる。
イバなどを用いて劈開し、共振器ミラーを形成した。こ
のようにして作製した半導体レーザは波長420nmで
連続発振した。また、この素子の動作電圧は4.2Vで
しきい電流密度は1.5kA/cm2 であった。
電極42とのInNコンタクト用ドット40中に高濃度
のMgが取り込まれ、Mgの活性化率も高い。また、多
層膜成長後の降温過程、及び電極形成時の熱処理過程で
InNコンタクト用ドット40中のMgが、下部のp型
GaNコンタクト層39b表面付近へ拡散し、電極42
とのコンタクト部のMg濃度、p型のキャリア濃度が増
加する。さらに、p型GaNコンタクト層39bとp側
電極42との間にInNコンタクト用ドット40を形成
しているため、ショットキー障壁を低減でき、良好なオ
ーミックコンタクトが得られるようになる。
nNコンタクト用ドット40を形成しているため、電極
との接触面積が拡大でき、コンタクト抵抗が約1/3に
低減できるため、素子の動作電圧を3倍にできる。さら
に、電極とのコンタクト部に凹凸を有するため、電極と
半導体多層膜のコンタクト部の密着性が増し、電極の剥
がれの問題も無くなり、歩留まり,信頼性が向上する。
ト部の高キャリア濃度化及び電極との接触面積の拡大に
より、電極とのコンタクト抵抗の低減が可能になり、動
作電圧が1/5から1/7程度に低減でき、素子寿命が
従来技術の素子の200倍以上に向上できた。また、電
極との密着性も増し、従来法からのコストアップ無しで
窒化物系半導体レーザの特性、信頼性が大幅に向上でき
る。
の実施形態に係わる半導体レーザの素子構造を示す断面
図である。
施形態と同様の構造及び作製方法であるが、p型AlG
aN電流注入層18上にp型GaNコンタクト層を設け
ず、直接Mgを高濃度で添加したIn0.3 Ga0.7 Nか
ら成るコンタクト用ドット20を形成する。上記Mgを
高濃度で添加したInGaNコンタクト用ドット20
は、第2の実施形態の場合と同様に、p型AlGaN電
流注入層18を高温(1100℃)で成長後、サセプタ
温度を680℃に下げ15分間、連続的に形成する。こ
のようにp型AlGaN電流注入層18上に直接InG
aNコンタクト用ドット20を形成する場合は、AlG
aNとInGaNの格子不整合が大きいため、InGa
Nコンタクト用ドット20は低In組成でも比較的ドッ
ト状に形成しやすい。
チング法により共振器ミラーを形成し、半導体レーザを
作製した。このようにして作製した半導体レーザでは、
p−GaNコンタクト層が無いため、この層における電
圧降下が無く、素子抵抗が更に低減できる。ちなみにこ
のレーザは、電流注入により415nmで室温連続発振
した。この際の動作電圧は4.0V、しきい値電流密度
は1.3kA/cm2であった。この素子でも従来技術
の素子の100倍の動作寿命が得られ、電極の剥がれも
生じないことが確認できた。
の実施形態に係わる半導体レーザの素子構造を示す断面
図である。
施形態と同様の構造及び作製方法であるが、InGaN
コンタクト用ドット20及びp側電極22をストライプ
状に設け、これにより電流狭窄を行っている。
ンタクト層19上にInGaNコンタクト用ドット20
を介してp側電極22を選択的に設けた場合と、従来の
ようにp型GaNコンタクト層19上に直接p側電極2
2を選択的に設けた場合とを比較する。
た場合、図6(b)に示すように、電極22からの電流
の広がりは大きい。これに対し、コンタクト層19上に
コンタクト用ドット20のような微粒子を形成した場
合、図6(a)に示すように、ドット20からの電流の
広がりは極めて小さい。このため、p側電極22からの
電流の広がりを小さくすることができる。これは、電流
狭窄を効果的に行うことを可能にし、しきい値電流の低
減及び横モード制御に有効である。
の実施の形態に係わるトランジスタの素子構造を示す断
面図である。
ァ層72が形成され、その上にn型GaN電子走行層7
3が形成されている。そして、電子走行層73上にソー
ス電極75,ドレイン電極76,及びゲート電極77を
形成することにより、トランジスタが構成されている。
法を説明する。まず、高抵抗GaAs基板71上に、前
記実施形態と同様の条件でMOCVD法でノンドープG
aNバッファ層72を0.3μm、続いてn型GaN電
子走行層73を0.1μm成長する。さらに、n型In
GaN(In=50%)74を基板温度400℃にて成
長すると、前記の実施形態同様にドット状に配列する。
ドットの径が約50nm程度になるところで成長を終了
した。
ィにより、まずオーミック電極であるソースとドレイン
領域をパターニングし、Niを厚さ5nm、Auを10
0nm蒸着し、リフトオフ法で電極75,76を形成し
た。ソースとドレインの間隔は5μmである。続いて、
リソグラフィによりソースとドレインの中央にゲート電
極領域をパターニングした。エッチングにより、この領
域表面のInGaNドット74を取り除いた。これは、
電極面積が増えるとショットキーゲートのリーク電流が
増えてしまうのを防ぐためである。次いで、Tiを10
nm、Auを100nm蒸着し、リフトオフ法で電極7
7を形成した。ゲート長は約0.5μmである。
ト74をGaN層表面に成長させない従来型の基板を使
って、同じサイズの電極を設けたトランジスタも作製し
た。これらのトランジスタの特性を比較したところ、I
nGaNコンタクト用ドット74があるタイプのトラン
ジスタのコンダクタンスは、従来型のものに比べ50%
大きくなったことが確認できた。
されるものではない。第2〜第5の実施形態では基板と
してサファイアを用いたが、その代わりにSiCを用い
ることも可能である。さらに、半導体レーザに限らず発
光ダイオードに適用することも可能である。
きさは、大きすぎても小さすぎてもその効果が小さくな
るので、2.3nm〜1μmに設定するのが望ましい。
さらに、コンタクト用ドットを構成するInGaNは、
MOCVD法によりドットが形成されやすいように、I
n組成を下地のコンタクト層のそれよりも大きくした方
が望ましい。また、InGaNコンタクト用ドットを形
成する代わりに、ピット(穴)を有するInGaN層を
形成してもよい。この場合も、ドットを形成したのと同
様の効果が得られる。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。
極とコンタクトするためのコンタクト層の表面に無添加
又は不純物を添加したドット状の、又はピット(穴)を
有するInx Ga1-x N(0<x≦1)からなるコンタ
クト部を形成することにより、電極との接触面積を大き
くすることができ、ショットキー障壁を低減することが
できる。従って、窒化物系化合物半導体を用いた場合に
おいても、半導体層と電極とのコンタクト抵抗の低減を
はかることができ、素子特性及び信頼性の向上をはかる
ことが可能となる。
ことから、電極との密着性を向上させて電極剥がれを防
止することができ、さらに特別な工程を要することな
く、結晶成長の最終過程で連続的に形成できるため、生
産性の向上をはかることも可能となる。
較して示す図。
造を示す断面図。
造を示す断面図。
造を示す断面図。
造を示す断面図。
模式図。
造を示す断面図。
Claims (4)
- 【請求項1】窒化物系化合物半導体を積層してなる化合
物半導体素子において、 前記窒化物系化合物半導体の積層構造のうち電極とコン
タクトするためのコンタクト層の表面に、ドット状のI
nx Ga1-x N(0<x≦1)、又はピットを有するI
nx Ga1-x N(0<x≦1)層からなるコンタクト部
が形成されていることを特徴とする化合物半導体素子。 - 【請求項2】前記コンタクト層は、Ina Gab Alc
Bd N(a+b+c+d=1、0≦a,b,c,d≦
1)から成り、該コンタクト層よりも前記コンタクト部
のバンドギャップが狭いことを特徴とする請求項1記載
の化合物半導体素子。 - 【請求項3】前記コンタクト層はp型であり、前記コン
タクト部にはMg又はZnが添加されていることを特徴
とする請求項1記載の化合物半導体素子。 - 【請求項4】窒化物系化合物半導体を積層して半導体素
子を製造する化合物半導体素子の製造方法において、 前記窒化物系化合物半導体の積層構造のうち電極とコン
タクトするためのコンタクト層の表面に、ドット状のI
nx Ga1-x N(0<x≦1)、又はピットを有するI
nx Ga1-x N(0<x≦1)層からなるコンタクト部
を形成する工程と、前記コンタクト部を表面に形成した
コンタクト層上にオーミック電極を形成する工程とを含
むことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。
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