【手続補正書】
【提出日】平成17年4月28日(2005.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系化合物半導体（Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1Ｎ：x1＋y1＋z1＝１、０≦x1，y1，z1≦１）からなり、活性層を導電型の異なる半導体層で挟んだ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
正孔伝導型半導体層はＭｇを添加したｐ電極コンタクト層を有し、前記ｐ電極コンタクト層よりも前記活性層側には少なくともＧａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（x2＋y2＋z2＝１、０≦x2，z2≦１、０＜y2≦１）平滑化層が形成され、且つ前記ｐ電極コンタクト層の表面にはＰｄまたはＰｔ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層及び電極金属の順序の積層構造が形成され、しかも、前記ｐ電極コンタクト層と前記ＰｄまたはＰｔ層との間にはＰｄまたはＰｔとＴｉをそれぞれ１％以上含有するｐ型半導体層が形成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記ＰｄまたはＰｔ層は、厚さ１０ｎｍ以下の範囲で形成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記Ｔｉ層は、厚さ５０ｎｍ以下の範囲で形成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法において、
前記ｐ電極コンタクト層の表面にＰｄまたはＰｔ層、Ｔｉ層及び電極金属の順序の積層構造を形成する工程と、
この形成の後、３００℃以上の熱処理により、前記ｐ型半導体層及び前記ＴｉＮ層を形成する熱処理工程を備えたことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、例えば、窒化ガリウム系青紫色半導体レーザ（以下、ＬＤともいう）、あるいは窒化ガリウム系高輝度青／緑色発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう）の如き、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は上記実情を考慮してなされたもので、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造により、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第１に対応する発明は、窒化ガリウム系化合物半導体（Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1Ｎ：x1＋y1＋z1＝１、０≦x1，y1，z1≦１）からなり、活性層を導電型の異なる半導体層で挟んだ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、正孔伝導型半導体層はＭｇを添加したｐ電極コンタクト層を有し、前記ｐ電極コンタクト層よりも前記活性層側にはＧａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（x2＋y2＋z2＝１、０≦x2，z2≦１、Ｏ＜y2≦１）平滑化層が形成され、且つ前記ｐ電極コンタクト層の表面には第１のＰｔ層、ＴｉＮ層及びＴｉ層の順序の積層構造が形成され、しかも、前記ｐ電極コンタクト層と前記第１のＰｔ層との間にはＰｔ−半導体からなる合金層が形成されている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、第２に対応する発明は、第１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記Ｔｉ層上には第２のＰｔ層を介してＡｕ層が形成されている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
さらに、第３に対応する発明は、第１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極コンタクト層は炭素を含有し、前記ＴｉＮ層と前記Ｐｔ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度が高くなっている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、第４に対応する発明は、第１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極コンタクト層は炭素及び酸素を含有し、前記ＴｉＮ層と前記Ｐｔ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度及び酸素濃度が高くなっている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
さらに、第５に対応する発明は、第２に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極コンタクト層は水素を含有し、前記第２のＰｔ層と前記Ａｕ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも水素濃度が高くなっている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
なお、これら第１乃至第５に対応する発明は、以下の（１）〜（５）を個々に満たすに従い、より望ましい実施形態となる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
（作用）
従って、第１及び第２に対応する発明は以上のような手段を講じたことにより、少なくともＩｎ元素を含むＧａＩｎＡｌＮ平滑化層の上にＭｇ添加窒化ガリウム系半導体層を形成し、さらにＰｔ及びＴｉ電極を形成することで、微細な穴状欠陥等の結晶欠陥が少なくアクセプタ濃度の高いｐ型半導体層が得られ、且つ電極金属である薄いＰｔ層がｐ型半導体層に僅かに拡散することで実効的な電極接触面積が増大するとともに、Ｐｔ元素はＭｇ添加と同時に取込まれる水素元素や結晶成長後の大気暴露による表面酸化膜の還元触媒として働きＭｇの活性化率を向上させ実効的なアクセプタ濃度を増大させ、さらに上部のＴｉ層が窒化ガリウム系半導体層の窒素元素と反応し極めて安定なＴｉＮを形成することで上部の電極金属である第２のＰｔ層及びＡｕ層の下方への拡散を抑制できるので、結果として結晶品質の向上を図ることができる。このため、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造を実現でき、電極コンタクトでの電圧降下を抑制して、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を奏することができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、第３及び第４に対応する発明は、前記ｐ電極コンタクト層は炭素及び酸素を含有し、ＴｉＮ層とＰｔ層との界面は、ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度及び酸素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の炭素及び酸素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＴｉＮ層にて止められているので、第１に対応する発明の作用と同様の作用を奏することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
さらに、第５に対応する発明は、前記ｐ電極コンタクト層は水素を含有し、第２のＰｔ層とＡｕ層との界面は、ｐ電極コンタクト層よりも水素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の水素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＡｕ層にて止められているので、第１に対応する発明の作用と同様の作用を奏することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
（関連する本発明）
なお、上述した第１乃至第５に対応する発明に関連する本発明について説明する。この関連する本発明は、ｐ型ＧａＮ系半導体への電流供給のために、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層を形成することで動作電圧の低減と発熱量の抑制を図り、さらには構成元素の通電による拡散を防止することで信頼性の向上を図るものである。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、ｐ型半導体層をＩｎを含むＧａx Ｉｎy Ａｌz Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、かつ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体にすることで、ＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層との電極抵抗を１０-6Ωｃｍ2 まで低減可能である。また、六方晶構造 III−Ｖ族化合物半導体装置のｐ型半導体層表面に、ＰｄまたはＰｔが（１０ｎｍ以下の範囲で）形成され、さらにＴｉが（５０ｎｍ以下の範囲で）形成され、さらにｐ型半導体層に電流を供給する電極金属を形成された半導体装置において、３００℃以上の熱処理工程により化学的に結合の強いＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有する厚さ２０ｎｍ以下のｐ型半導体層が形成可能である。
以上のような関連する本発明は、請求項１乃至請求項４に対応する発明となっている。  
請求項１に対応する発明は、窒化ガリウム系化合物半導体（Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1Ｎ：x1＋y1＋z1＝１、０≦x1，y1，z1≦１）からなり、活性層を導電型の異なる半導体層で挟んだ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
正孔伝導型半導体層はＭｇを添加したｐ電極コンタクト層を有し、前記ｐ電極コンタクト層よりも前記活性層側には少なくともＧａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（x2＋y2＋z2＝１、０≦x2，z2≦１、０＜y2≦１）平滑化層が形成され、且つ前記ｐ電極コンタクト層の表面にはＰｄまたはＰｔ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層及び電極金属の順序の積層構造が形成され、しかも、前記ｐ電極コンタクト層と前記ＰｄまたはＰｔ層との間にはＰｄまたはＰｔとＴｉをそれぞれ１％以上含有するｐ型半導体層が形成されている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ＰｄまたはＰｔ層としては、厚さ１０ｎｍ以下の範囲で形成されている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記Ｔｉ層としては、厚さ５０ｎｍ以下の範囲で形成されている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法において、前記ｐ電極コンタクト層の表面にＰｄまたはＰｔ層、Ｔｉ層及び電極金属の順序の積層構造を形成する工程と、この形成の後、３００℃以上の熱処理により、前記ｐ型半導体層及び前記ＴｉＮ層を形成する熱処理工程を備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
以上説明したように本発明によれば、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造により、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供できる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
また、上層のＰｔ層１２とＡｕ層１３との界面は、ｐ−ＧａＮコンタクト層９よりも水素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の水素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＡｕ層１３にて止められる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
（他の実施の形態）
なお、上述した第１乃至第５に対応する発明の各実施形態に対して関連する本発明について説明する。この関連する本発明は、ｐ型ＧａＮ系半導体への電流供給のために、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層を形成することで動作電圧の低減と発熱量の抑制を図り、さらには構成元素の通電による拡散を防止することで信頼性の向上を図るものである。
例えば、六方晶構造を有する III−Ｖ族化合物半導体装置のｐ型半導体層に電流を供給するために、ＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層を形成することで、実質的な電極接触面積が増大し電極抵抗を１０-5Ωｃｍ2 程度まで低減できるばかりか、ＧａＮ系半導体の表面から浅い領域に形成されるこの層はＴｉとＮの結合を含むために安定な拡散防止層となり通電時に起こる元素拡散を抑制し素子劣化が防止可能である。
また、ｐ型半導体層をＩｎを含むＧａx Ｉｎy Ａｌz Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、かつ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体にすることで、ＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層との電極抵抗を１０-6Ωｃｍ2 まで低減可能である。また、六方晶構造 III−Ｖ族化合物半導体装置のｐ型半導体層表面に、ＰｄまたはＰｔが（１０ｎｍ以下の範囲で）形成され、さらにＴｉが（５０ｎｍ以下の範囲で）形成され、さらにｐ型半導体層に電流を供給する電極金属を形成された半導体装置において、３００℃以上の熱処理工程により化学的に結合の強いＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有する厚さ２０ｎｍ以下のｐ型半導体層が形成可能である。
第１乃至第５に対応する発明及びそれに関連する本発明などは、上記第１乃至第５の実施の形態に限られるものではなく、半導体層の組成や膜厚、さらには導電性が逆の構造であってもよい。また、発光素子以外にも、受光素子や、トランジスタなどの電子デバイスにも適用可能である。