(57)【要約】【課題】窒化物系ＬＥＤデバイスにおいて、短波長化を図るとともに上部電極をｎ型電極とする。【解決手段】ＬＥＤデバイスは、基板１０上に順次ｎ型窒化物系半導体層１２、１４、発光層１６、ｐ型窒化物系半導体層１８を積層して構成される。ｐ型窒化物系半導体層１８表面に金属材料等からなる低抵抗領域２４を形成し、その上にｎ型窒化物系半導体層２６を形成する。電極２０はｎ型窒化物系半導体層２６上に形成する。ｎ型窒化物系半導体層２６上に電極２０を形成することでオーミックコンタクトを確保し、低抵抗領域２４を介在させることでｐｎ接合をショートさせ、動作電圧の上昇を抑制する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型半導体とｎ型半導体を接合してなる半導体装置であって、  前記ｐ型半導体とｎ型半導体の界面に、前記ｐ型半導体及びｎ型半導体よりも抵抗値の小さい低抵抗領域を離散的に形成することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記低抵抗領域は、前記ｐ型半導体の組成物の１つ以上の組み合わせからなる材料で構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記低抵抗領域は、金属材料で構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記低抵抗領域は、Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ，Ｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｓｉ，Ｔｉの中から選ばれた１つ以上の組み合わせから構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、さらに、
前記ｎ型半導体に接して電極が形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
さらに他のｐｎ接合構造を有し、前記ｐ型半導体が前記ｐｎ接合構造のｐ層として機能することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記他のｐｎ接合構造は、発光素子であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記発光素子は、ＧａＮ系発光層をｎ型ＧａＮ系層及びｐ型ＧａＮ系層で挟んだものであることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置において、
前記ｐ型半導体及びｎ型半導体は窒化物系半導体であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１記載の装置において、
前記ｐ型半導体及びｎ型半導体はＧａＮ系層であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
半導体装置であって、
基板と、
前記基板上に形成された第１のｎ型半導体層と、
前記第１のｎ型半導体層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成されたｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層上に不連続的に形成された、前記ｐ型半導体層よりも抵抗値の小さい低抵抗領域と、
前記低抵抗領域を有するｐ型半導体層上に形成された第２のｎ型半導体層と、
前記第２のｎ型半導体層上に形成された電極と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置において、
前記低抵抗領域は、前記ｐ型半導体層の組成物の１つ以上の組み合わせから構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の装置において、
前記低抵抗領域は、金属材料で構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求項１１記載の装置において、
前記低抵抗領域は、Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ，Ｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｓｉ，Ｔｉの中から選ばれた１つ以上の組み合わせから構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
請求項１１記載の装置において、
前記第１のｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、及び第２のｎ型半導体層は、窒化物系層であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】
請求項１１記載の装置において、
前記低抵抗領域は、前記ｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層の接合をオーミック特性に変化させる程度に形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】
半導体装置の製造方法であって、
（ａ）ｐ型半導体表面に、前記ｐ型半導体の組成物を原料として供給することでＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により離散的に結晶を形成するステップと、
（ｂ）前記ｐ型半導体表面にｎ型半導体を形成するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、
前記（ａ）ステップにおいて供給する原料は、Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ，Ｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｓｉ，Ｔｉの少なくともいずれかを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法において、
前記（ａ）ステップにおいて供給する原料は、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＴＭＧのいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
半導体装置の製造方法であって、
（ａ）ｐ型半導体表面に、前記ｐ型半導体の組成物あるいは金属をスパッタリング等の蒸着法により離散的に形成するステップと、
（ｂ）前記ｐ型半導体表面にｎ型半導体を形成するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
半導体装置の製造方法であって、
（ａ）基板上に第１のｎ型半導体層を形成するステップと、
（ｂ）前記第１のｎ型半導体層上に発光層を形成するステップと、
（ｃ）前記発光層上にｐ型半導体層を形成するステップと、
（ｄ）前記ｐ型半導体層上に、前記ｐ型半導体層よりも抵抗値の少ない低抵抗領域を不連続的に形成するステップと、
（ｅ）前記ｐ型半導体層上に第２のｎ型半導体層を形成するステップと、
（ｆ）前記第２のｎ型半導体層上に電極を形成するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、
前記（ｄ）ステップでは、前記ｐ型半導体層の組成物を原料として供給しＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により前記低抵抗領域を不連続的に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項２１記載の方法において、
前記（ｄ）ステップでは、前記ｐ型半導体層の組成物あるいは金属をスパッタリング等の蒸着法により蒸着させて前記低抵抗領域を不連続的に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特にｐｎ接合の特性改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＧａＮあるいはＩｎＧａＮ等の窒化物を用いた半導体装置が知られており、短波長ＬＥＤ等として実用化が図られている。このような窒化物系ＬＥＤは、一般に窒化物系発光層をｎ型窒化物系半導体層とｐ型窒化物系半導体層で挟んだ構成となっている。ｎ型窒化物系半導体層及びｐ型窒化物系半導体層にそれぞれ電極を接続し、電流を流すことで発光層から特定波長の光が放出される。
【０００３】
図６には、従来の窒化物系ＬＥＤの構成が示されている。サファイア等の基板１０上にｎ型窒化物系半導体層１２、ｎ型窒化物系半導体層１４を順次積層する。ｎ型窒化物系半導体層１２は電極が接続されるコンタクト層として、ｎ型窒化物系半導体層１４はキャリア注入層あるいはクラッド層として機能する。ｎ型窒化物系半導体層１４上に窒化物系発光層１６が形成され、窒化物系発光層１６上にｐ型窒化物系半導体層１８が形成される。ｐ型窒化物系半導体層１８上にｐ型電極２０を形成し、ｎ型窒化物系半導体層１２の表面の一部が露出するようにｎ型窒化物系半導体層１４、発光層１６、ｐ型窒化物系半導体層１８等をエッチング除去してｎ型窒化物系半導体層１２の露出した表面にｎ型電極２２を形成する。なお、発光層１６からの光を外部に取り出すために、ｐ型電極２０は一般に透明電極とされる。
【０００４】
ここで、発光効率を向上させるためには、発光層１６を挟むｎ型窒化物系半導体層１４及びｐ型窒化物系半導体層１８のバンドギャップを所定の関係となるように調整する必要がある。
【０００５】
図７には、図６においてｎ型窒化物系半導体層１４、窒化物系発光層１６、ｐ型窒化物系半導体層１８、及びｐ型電極２０の部分の構成が示されている。発光層１６のバンドギャップをＥ１、ｎ型窒化物系半導体層１４のバンドギャップをＥ２、ｐ型窒化物系半導体層１８のバンドギャップをＥ３とした場合、キャリアを閉じ込めて発光効率を上げるためには、Ｅ１＜Ｅ２、及びＥ１＜Ｅ３である必要がある。
【０００６】
一方、近年においては発光波長の短波長化が要求されており、このためには窒化物系発光層１６のバンドギャップＥ１を増大させる必要がある。この場合、上記条件を満たすためには、Ｅ１の増大に応じてＥ２及びＥ３も増大させる必要がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８９５９１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｐ型窒化物系半導体層１８のバンドギャップＥ３を増大させると、ｐ型窒化物系半導体層１８とｐ型電極２０との間のオーミックコンタクトを確保することが困難となる。また、ｐ型窒化物系半導体層１８を形成するためには、窒化物半導体にＭｇ等のアクセプタをドーピングすることが必要となるが、バンドギャップの増大に伴ってドーピングが困難となり、ｐ型窒化物系半導体層１８の抵抗値が増大してしまう問題がある。このような問題は、特に窒化物系において顕著であり、例えばバンドギャップが３．８ｅＶ以上のＡｌＸＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１）でホール濃度の高いｐ型を得ることは困難である。
【０００９】
本発明の目的は、半導体層のオーミックコンタクトを改善することにある。また、ｐ型窒化物系半導体層において十分なバンドギャップを確保し、キャリア濃度の高い半導体層を得ることにある。また、発光機能を備えた半導体装置において発光層のバンドギャップを増大させ、短波長化を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ｐ型半導体とｎ型半導体を接合してなる半導体装置であって、前記ｐ型半導体とｎ型半導体の界面に、前記ｐ型半導体及びｎ型半導体よりも抵抗値の小さい低抵抗領域を離散的に形成することを特徴とする。低抵抗領域を離散的に形成することで、ｐｎ接合面を実質的にショートさせ、ｐｎ接合でありながら実質的にオーミック特性を得ることができる。
【００１１】
前記低抵抗領域は、前記ｐ型半導体の組成物の１つ以上の組み合わせからなる材料で構成することが好適である。これにより、製造工程を容易化しつつｐｎ接合界面をオーミック特性とすることができる。
【００１２】
前記低抵抗領域は、金属材料で構成することもできる。
【００１３】
前記低抵抗領域は、Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ，Ｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｓｉ，Ｔｉの中から選ばれた１つ以上の組み合わせから構成することもできる。
【００１４】
本発明の半導体装置において、さらに前記ｎ型半導体に接して電極を形成することもできる。ｎ型半導体に電極を形成するため、ｐ型半導体に電極を形成する場合に比べてオーミックコンタクトをとり易くなる。
【００１５】
本発明の半導体装置において、さらに他のｐｎ接合構造を有し、前記ｐ型半導体が前記ｐｎ接合構造のｐ層として機能することもできる。他のｐｎ接合構造は、発光素子とすることができる。発光素子は、例えばＧａＮ系発光層をｎ型ＧａＮ系層及びｐ型ＧａＮ系層で挟んで構成される。発光素子のｐ層に電極を接続する際に、直接ｐ層に接続するのではなく低抵抗領域を介在させたｎ層に接続することができ、発光素子の特性を向上させる。
【００１６】
本発明の半導体装置において、前記ｐ型半導体及びｎ型半導体は、例えば窒化物系半導体とすることができる。
【００１７】
また、本発明の半導体装置において、前記ｐ型半導体及びｎ型半導体は、例えばＧａＮ系層とすることができる。
【００１８】
また、本発明は、半導体装置であって、基板と、前記基板上に形成された第１のｎ型半導体層と、前記第１のｎ型半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に不連続的に形成された、前記ｐ型半導体層よりも抵抗値の小さい低抵抗領域と、前記低抵抗領域を有するｐ型半導体層上に形成された第２のｎ型半導体層と、前記第２のｎ型半導体層上に形成された電極とを有することを特徴とする。ｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層との界面に不連続的に形成された低抵抗領域により、ｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層とのｐｎ接合を実質的にショートさせることができる。これにより、電極をｎ型電極として第２のｎ型半導体層上に形成することが可能となり、ｐ型半導体層に形成する場合に比べてオーミックコンタクトの形成が容易化される。すなわち、低抵抗領域の存在により、電極をｐ型半導体層ではなく第２のｎ型半導体層に接続することが可能となり、ｐ型半導体層の条件によらずオーミックコンタクトが得られる。このことは、発光層のバンドギャップを増大させてもオーミックコンタクトが得られることを意味する。また、第２のｎ型半導体層を用いることで半導体装置の設計の自由度が増大し、例えば第２のｎ型半導体層を厚く形成することで電極から注入された電流を広げ、発光層からの発光効率を増大できる。
【００１９】
前記低抵抗領域は、前記ｐ型半導体層の組成物の１つ以上の組み合わせから構成できる。
【００２０】
また、前記低抵抗領域は、金属材料で構成することもできる。
【００２１】
また、前記第１のｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、及び第２のｎ型半導体層は、窒化物系層で構成することができる。ｐ型半導体層を窒化物系層で構成する場合、ｐ型とするためのドーピングが困難であり、電極とのオーミックコンタクトを得ることも困難である。本発明では、ｐ型半導体層上に第２のｎ型半導体層を形成し、第２のｎ型半導体層上に電極を形成することで、窒化物系層であってもオーミックコンタクトを容易に実現できる。
【００２２】
前記低抵抗領域は、前記ｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層の接合をオーミック特性に変化させる程度に形成される。
【００２３】
また、本発明は、半導体装置の製造方法であって、（ａ）ｐ型半導体表面に、前記ｐ型半導体の組成物を原料として供給することでＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により離散的に結晶を形成するステップと、（ｂ）前記ｐ型半導体表面にｎ型半導体を形成するステップとを有することを特徴とする。結晶成長法には、ＭＯＣＶＤ法の他にＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＶＰＥ法等も含まれる。
【００２４】
前記（ａ）ステップにおいて供給する原料は、Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ，Ｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｓｉ，Ｔｉの少なくともいずれかを含むことが好適である。
【００２５】
また、前記（ａ）ステップにおいて供給する原料は、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＴＭＧのいずれかとすることもできる。
【００２６】
また、本発明は、半導体装置の製造方法であって、（ａ）ｐ型半導体表面に、前記ｐ型半導体の組成物あるいは金属をスパッタリング等の蒸着法により離散的に形成するステップと、（ｂ）前記ｐ型半導体表面にｎ型半導体を形成するステップとを有することを特徴とする。蒸着法には、スパッタリング法の他に真空蒸着法も含まれる。
【００２７】
また、本発明は、半導体装置の製造方法であって、（ａ）基板上に第１のｎ型半導体層を形成するステップと、（ｂ）前記第１のｎ型半導体層上に発光層を形成するステップと、（ｃ）前記発光層上にｐ型半導体層を形成するステップと、（ｄ）前記ｐ型半導体層上に、前記ｐ型半導体層よりも抵抗値の少ない低抵抗領域を不連続的に形成するステップと、（ｅ）前記ｐ型半導体層上に第２のｎ型半導体層を形成するステップと、（ｆ）前記第２のｎ型半導体層上に電極を形成するステップとを有することを特徴とする。
【００２８】
前記（ｄ）ステップでは、前記ｐ型半導体層の組成物を原料として供給しＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により前記低抵抗領域を不連続的に形成することが好適である。
【００２９】
また、前記（ｄ）ステップでは、前記ｐ型半導体層の組成物あるいは金属をスパッタリング等の蒸着法により蒸着させて前記低抵抗領域を不連続的に形成することが好適である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００３１】
＜基本構成＞
図１には、本実施形態における半導体装置の基本構成が示されている。本実施形態の半導体装置は、ｐ型半導体層１とｎ型半導体層２とを接合したｐｎ接合構造を有する。ｐ型半導体層１とｎ型半導体層２の接合面には、離散的あるいは不連続的に低抵抗領域３が形成されている。低抵抗領域３は、ｐ型半導体層１の抵抗値及びｎ型半導体層２の抵抗値よりも低い抵抗値を有する領域であり、ｐ型半導体層１を構成する組成物や金属材料からなる。離散的あるいは不連続的にｐｎ接合の界面に低抵抗領域３を介在させると、この低抵抗領域３がｐ型半導体層１及びｎ型半導体層２を実質的にショートさせ、ｐｎ接合の電気特性をオーミック特性に変化させる。すなわち、ｐｎ接合半導体装置は通常の整流特性を示さなくなる。
【００３２】
このようにｐ型半導体層１の表面にｎ型半導体層２を接合し、その接合界面に低抵抗領域３を離散的あるいは不連続的に介在させることによりオーミック特性とすることで、ｎ型半導体層２上にさらに電極を形成した場合、ｐ型半導体層１上に直接電極を形成した場合に比べて電極界面におけるオーミック特性を改善することができる。特に、ｐ型半導体層１及びｎ型半導体層２を窒化物系半導体で構成した場合、ｎ型窒化物系半導体層はバンドギャップが増大してもｐ型窒化物系半導体層に比べるとドーピングは格段に容易であり、しかも高い電子密度が得られる。したがって、ｎ型窒化物系半導体層上に金属電極を形成した場合、その電極とのオーミックコンタクトはｐ型窒化物系半導体層上に電極を形成した場合に比べて格段に容易化される。
【００３３】
図２には、図１の模式的な平面図が示されている。低抵抗領域３は、上述したようにｐ型半導体層１とｎ型半導体層２との界面に離散的あるいは不連続的に形成される。離散的あるいは不連続的に形成されるとは、低抵抗領域３がｐ型半導体層１表面に一様に形成されるのではなく、低抵抗領域３がｐ型半導体層１の表面に点在していることを意味する。なお、図においては低抵抗領域３が粒形状に示されているが、必ずしも粒形状である必要はなく、図２における低抵抗領域３の粒形サイズは実際のサイズを反映したものではない。低抵抗領域３の存在割合は、ｐ型半導体層１とｎ型半導体層２とのｐｎ接合をオーミックコンタクトに変化させるに十分な量に設定される。
【００３４】
＜窒化物ＬＥＤ＞
図３には、図１に示された半導体装置を利用した窒化物系ＬＥＤの構成が示されている。図６に示された従来のＬＥＤと同様に、サファイア等の基板１０上にｎ型窒化物系半導体層１２、ｎ型窒化物系半導体層１４、窒化物系発光層１６、ｐ型窒化物系半導体層１８が順次形成される。一方、本実施形態のＬＥＤにおいては、ｐ型窒化物系半導体層１８の表面に低抵抗領域２４が離散的あるいは不連続的に形成され、その上にｎ型窒化物系半導体層２６が形成される。電極２０は、図６に示されたＬＥＤと異なり、ｐ型窒化物系半導体層１８上ではなくｎ型窒化物系半導体層２６上に形成される。電極２０はｎ型窒化物系半導体層２６上に形成されるため、その導電型はｎ型である。電極２２はｎ型窒化物系半導体層１２のうち表面が露出した部分に形成される。図において、符号Ａで示される構造が図１に示された半導体装置に相当する。図３の構成は、符号Ａで示される半導体装置に、さらにｐｎ接合発光素子を接続した構成と云うことができる。Ａで示されるｐｎ接合半導体装置のｐ層を発光素子のｐ型クラッド層であるｐ型窒化物系半導体層１８としたものである。
【００３５】
このような窒化物系ＬＥＤにおいて、発光層１６からの発光波長の短波長化を図るべく発光層１６のバンドギャップＥ１を増大させた場合、発光層１６を挟むｎ型窒化物系半導体層１４のバンドギャップＥ２、及びｐ型窒化物系半導体層１８のバンドギャップＥ３もこれに応じて増大させる必要があるが、ｐ型窒化物系半導体層１８のバンドギャップＥ３を増大させても電極２０はｎ型窒化物系半導体層２６に接しており、またｐ型窒化物系半導体層１８とｎ型窒化物系半導体層２６との接合面は低抵抗領域２４によりショートされてオーミック特性となっているため、オーミックコンタクトを確保することができる。Ａ領域では形式的にはｐｎ接合となっているが、離散的あるいは不連続的な低抵抗領域２４の存在によりｐｎ接合は実質的にショートされているため、ｐｎ接合による動作電圧の上昇は無視し得る程度に小さい。
【００３６】
また、図６に示された従来の窒化物系ＬＥＤにおいては、その直列抵抗を下げるため、抵抗値の高いｐ型窒化物系半導体層１８を厚く形成することができなかった。このため、ｐ型窒化物系半導体層１８での電流広がりが少なく、電極２０から注入された電流はその直下の領域を流れ、直下の発光層１６で発光することとなり、射出された光は電極２０で吸収されてしまうために光の取出効率が低下していた。これに対し、本実施形態のＬＥＤでは、ｐ型窒化物系半導体層１８の上に抵抗値の低いｎ型窒化物系半導体層２６を厚く形成することが可能であるため、電極２０から注入された電流は厚いｎ型窒化物系半導体層２６の中で十分に広がり、電極２０直下以外の発光層１６部分でも発光することとなって、電極２０による光吸収を抑制して光取出効率を向上させることもできる。
【００３７】
さらに、本実施形態のＬＥＤでは、上述したようにｎ型窒化物系半導体層２６を厚く形成することができるため、その表面に意図的に表面荒れを発生させることも可能となる。この表面荒れにより発光層１６から射出した光を散乱させて外部に取り出すことも可能となり、これらの効果が相俟ってＬＥＤの発光効率を向上させることができる。
【００３８】
図４には、図３に示された本実施形態に係るＬＥＤの製造フローチャートが示されている。基板１０上に順次、ｎ型窒化物系半導体層１２及び１４、窒化物系発光層１６、ｐ型窒化物系半導体層１８をＭＯＣＶＤ法等により積層する（Ｓ１０１）。ｎ型窒化物系半導体層１２及び１４、窒化物系発光層１６、ｐ型窒化物系半導体層１８のバンドギャップはそれぞれ所定の条件を満たすように設定される。すなわち、発光層１６のバンドギャップＥ１は発光波長が４００ｎｍ以下となるようなバンドギャップに設定され、ｎ型窒化物系半導体層１４のバンドギャップＥ２及びｐ型窒化物系半導体層１８のバンドギャップＥ３はそれぞれＥ１＜Ｅ２、Ｅ１＜Ｅ３となるように調整される。ｎ型窒化物系半導体層１２のバンドギャップＥ４も、Ｅ１＜Ｅ４であることが望ましい。発光層１６からの光を吸収しないようにするためである。
【００３９】
ｐ型窒化物系半導体層１８を形成した後、その表面に低抵抗領域２４を離散的あるいは不連続的に形成する（Ｓ１０２）。低抵抗領域２４を離散的あるいは不連続的に形成する方法として２つの方法がある。第１の方法は、低抵抗領域２４の原料を供給しＭＯＣＶＤ法等などの結晶成長法により形成する方法である。結晶成長時間を調整することで、離散的あるいは不連続的に低抵抗領域２４を形成する。一度連続的に膜を形成し、その後膜を意図的に分解あるいは蒸発させて離散的あるいは不連続的な低抵抗領域２４を形成することも可能である。第２の方法は、原料をスパッタリングなどの蒸着法により蒸着させる方法である。蒸着時間を調整することで離散的あるいは不連続的に形成できる。
【００４０】
低抵抗領域２４の材料としては、ｐ型窒化物系半導体層１８の組成物を１つ以上組み合わせたものを用いることができる。例えば、ｐ型窒化物系半導体層１８をＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＡｌＩｎＧａＮ系で構成した場合、材料としてＩｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｎ等を用いることができる。また、例えばＮｉ、Ｗ、Ｔｉ等の金属を用いることもできる。さらに、Ｓｉ等を材料として用いてもよい。要は、窒化物系半導体とオーミックコンタクトを形成するものであれば任意の材料を用いることができる。
【００４１】
第１の方法、すなわちＩｎやＧａ、Ａｌ等で低抵抗領域２４をＭＯＣＶＤ法により形成する場合、原料ガスとしてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）やトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）などを単独で供給して（すなわちアンモニアガス等を併せて供給することなく）、成長温度に所定時間維持し、ＩｎやＡｌ、Ｇａのドロップレットを形成する。ＩｎＧａＮを形成した後、しばらく同一温度に維持することでＩｎＧａＮを意図的に分解、蒸発させてＩｎのドロップレットを形成してもよい。
【００４２】
第２の方法、すなわちスパッタリングなどの蒸着法で形成する場合、例えばＡｌ＋Ｔｉをターゲット材料とし、蒸着膜厚を制御して膜が連続になる前に蒸着を終了することで離散的あるいは不連続的に形成できる。
【００４３】
以上のようにして低抵抗領域２４を形成した後、再び装置をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、ｎ型窒化物系半導体層２６を形成する（Ｓ１０３）。各層を積層した後、ｎ型窒化物系半導体層２６上に電極２０を形成し、さらにｎ型窒化物系半導体層１２の一部が表面に露出するまでエッチングした後に露出した表面に電極２２を形成する（Ｓ１０４）。電極２０は上述したようにｎ電極であり、従って電極２２と同一材料で構成できるのでプロセスの簡略化を図ることもできる。
【００４４】
なお、本実施形態においては半導体層として窒化物系半導体層を例示したが、窒化物系以外の半導体層を用いることも可能である。低抵抗領域２４の材料は、用いる半導体層の組成物に応じて設定すればよい。
【００４５】
【実施例】
まず、従来のＬＥＤデバイスを作製した。常圧ＭＯＣＶＤ装置にて、サファイアｃ面基板を１１００℃で水素雰囲気中において１０分間熱処理し、その後温度を５００℃まで下げた。モノメチルシランガスとアンモニアガスを１００秒間流すことで不連続的にＳｉＮ膜を基板上に形成した。次に、同一温度で厚さ２５ｎｍのＧａＮ層をトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びアンモニアガスを供給して形成した。温度を１０７５℃まで上げて、再びＴＭＧ及びアンモニアガスを供給して厚さ１．５μｍのアンドープＧａＮ層、モノメチルシランガスを加えたＳｉドープのｎ−ＧａＮ層２．０μｍを順次成長させた。ｎ−ＧａＮ層中のキャリア密度は約５×１０１８ｃｍ−３である。
【００４６】
次に、同一温度でＳｉドープのｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（２ｎｍ）／Ｓｉドープのｎ−ＧａＮ（２ｎｍ）を５０ペア積層してｎ−ＳＬＳ（歪超格子）クラッド層を形成した。Ａｌの原料にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いた。このＳＬＳ中の平均電子密度は５×１０１８ｃｍ−３である。
【００４７】
その後、温度を７９５℃程度まで下げて１０ｎｍ厚のｎ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎバリア層、アンドープＡｌ０．１Ｉｎ０．０５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層、１０ｎｍ厚のアンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎバリア層からなるＳＱＷ（単層量子井戸）層を成長させた。次に、温度を１０２５℃まで上昇させてＭｇドープのｐ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ（１０ｎｍ）ブロック層、Ｍｇドープのｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ（２ｎｍ）／Ｍｇドープのｐ−ＧａＮ（１ｎｍ）５０周期のｐ−ＳＬＳクラッド層、７ｎｍ厚のｐ−ＧａＮ層を成長させてＬＥＤウエハを作製した。ｐ−ＳＬＳ中の正孔濃度は３×１０１８ｃｍ−３である。
【００４８】
ＬＥＤウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎｉ（１０ｎｍ）、Ａｕ（１０ｎｍ）を順次真空蒸着して成長層を表面に形成した。５％の酸素を含む窒素ガス雰囲気中において５２０℃で熱処理すると、この金属膜はｐ透明電極となった。全面にフォトレジストを塗布し、ｎ電極形成のためのエッチングをフォトレジストエッチングマスクとして行い、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮ層上にＴｉ（３０ｎｍ）、Ａｌ（３００ｎｍ）を形成し、窒素ガス中において４５０℃で３０分間熱処理した。この工程でｎ電極が形成された。その後、ｐ、ｎ電極の一部にワイヤボンディング用の厚さ５００ｎｍのＡｕパッドを形成した。基板裏面を１００μｍまで研磨してスクライブによりチップを切り出し、マウントして従来のＬＥＤデバイスが得られた。
【００４９】
従来のＬＥＤとの対応関係は以下の通りである。
【００５０】
ｎ型窒化物系半導体層１２：
アンドープＧａＮ、Ｓｉドープのｎ−ＧａＮ
ｎ型窒化物系半導体層１４：
Ｓｉドープのｎ−ＡｌＧａＮ／Ｓｉドープのｎ−ＧａＮを５０ペア形成したｎ−ＳＬＳ
発光層１６：
ｎ−ＡｌＧａＮバリア層／アンドープＡｌＩｎＧａＮ井戸層／アンドープＡｌＧａＮバリア層からなるＳＱＷ層
ｐ型窒化物系半導体層１８：
Ｍｇドープのｐ−ＡｌＧａＮブロック層、Ｍｇドープのｐ−ＡｌＧａＮ／Ｍｇドープのｐ−ＧａＮを５０ペア形成したｐ−ＳＬＳ、ｐ−ＧａＮ
作製したチップを積分球の中に入れ、電流を注入してチップから射出された全光出力を測定した。光出力は注入電流２０ｍＡ時に約１ｍＷであった。発光波長は、２インチ直径のウエハ面内で多少のばらつきはあるものの、３５０ｎｍ±３ｎｍの範囲であった。
【００５１】
次に、本実施形態に係るＬＥＤデバイスを作製した。図５には、その構成が示されている。すなわち、ＭＯＣＶＤプロセスにてＭｇドープのｐ−ＡｌＧａＮブロック層、Ｍｇドープのｐ−ＡｌＧａＮ／Ｍｇドープのｐ−ＧａＮを５０ペア形成したｐ−ＳＬＳ、ｐ−ＧａＮからなる層１８まで順次成長させた後、温度を７００℃まで下げ、しばらく放置してからＴＭＩ、ＴＭＡあるいはＴＭＧを数秒間〜数十秒間供給して低抵抗領域２４を形成した。また、ＴＭＩやＴＭＡ、あるいはＴＭＧを供給する際、アンモニア等の他の原料ガスは供給せず、単独で供給した。その後、温度を９５０℃まで上げてＳｉドープのｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層２６を厚さ５００ｎｍ成長させた。Ｓｉドープのｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層２６の電子密度は約１×１０１９ｃｍ−３であった。ウエハを取り出し、両電極２０，２２を形成した。なお、この場合は上部電極２０及び下部電極２２ともにｎ型であるため同一のＴｉ／Ａｌ電極を用いた。また、両電極２０，２２上にそれぞれワイヤボンディング用のＡｕパッド２８、３０をそれぞれ形成した。
【００５２】
ＴＭＩ、ＴＭＡあるいはＴＭＧの流量を固定し、流す時間を種々変化させてＬＥＤウエハを作成し、ＬＥＤ出力の変化と動作電圧の変化を測定した。原料供給時間が短い場合には、動作電圧が１０Ｖ以上と非常に高く、光出力も動作時間とともに急激に劣化した。一方、原料供給時間が長すぎる場合には、ＬＥＤウエハが着色するとともに発光出力が激減した。原料供給時間が短い場合には低抵抗領域２４が十分に形成されずにｐｎ接合をショートすることができず、原料供給時間が長すぎる場合には低抵抗領域２４が連続的あるいは一様に形成されたものと考えられる。最適な流量と原料供給時間は表１の通りである。
【００５３】
【表１】
2004179369.tif 000003
表１において、相対光出力及び動作電圧上昇は、それぞれｐ−ＧａＮ層上に電極２０を形成した従来のＬＥＤデバイスを基準とした値である。動作電圧上昇がマイナスとなっているのは、従来のＬＥＤデバイスよりも動作電圧が低下したことを示す（表中に＊で示す）。
【００５４】
表から分かるように、ＴＭＡを供給した場合には従来のＬＥＤデバイスに比べて若干光出力が低下しているものの、ＴＭＩ、ＴＭＧを供給した場合には光出力は従来よりも増大している。これは、ｐ−ＧａＮ層上に厚いｎ−ＡｌＧａＮ層が形成されているため、この層が反射防止膜として機能して光取出効率が増大したこと、及びｐ−ＧａＮ層に比べて抵抗値の低いｎ−ＡｌＧａＮ層により注入電流が横方向に広がり、パッドでの光遮蔽が少なくなって光取出効率が増大したためと考えられる。一方、動作電圧はＴＭＩを供給した場合のみ従来のＬＥＤデバイスより低下した。これは、ＴＭＩを供給した場合に形成されるＩｎがｐ−ＧａＮ層及びｎ−ＡｌＧａＮ層と良好なオーミックコンタクトを形成するため効率的にｐｎ接合をショートさせることができたためと考えられる。本実施例の電極はいずれもｎ型層（ｎ−ＡｌＧａＮ層）の上に形成されており、従来のＬＥＤデバイスの電極がｐ型半導体層の上に形成されていたものと比べると電極界面における電圧降下が小さくなったため動作電圧が低下したものと考えられる。なお、ＴＭＡ及びＴＭＧを供給した場合には動作電圧の上昇が見られるものの、それぞれ２０ｍＡにおいて１Ｖ以下、０．２Ｖ以下と小さく、特にＴＭＧにおいては無視し得る程度に小さいことが確認された。ＴＭＡとＴＭＧにおいても、最適化により光出力の増大と動作電圧の低下が可能である。
【００５５】
ＴＭＩを原料として供給した後に、ＬＥＤウエハを取り出してその表面を観察したところ、ＴＭＩを表１に示すように最適な時間５秒〜３０秒だけ流した試料表面には１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の小さな球状のＩｎが多数観測された。また、原料供給時間が最適な時間範囲より長い試料ではＩｎが表面の全面を覆ってしまい、かつ、下地層を溶かし込んで発光層まで届いている様子が観測された。これらのことから、最適な時間範囲においては確かに離散的あるいは不連続的にＩｎが形成されることが確認できた。
【００５６】
さらに、ＴＭＩ、ＴＭＡ、あるいはＴＭＧを供給する代わりに、７００℃においてｐ−ＧａＮ層の上にＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎを厚さ１００ｎｍだけ成長させ、原料ガスの供給を止めて同一温度で３分間保持した後に９５０℃まで温度を上げてＳｉドープのｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎを厚さ５００ｎｍ成長させた。この場合、光出力は従来のＬＥＤデバイスに比べて１．１〜１．５倍程度まで増大し、しかも動作電圧は０．３Ｖ以上低下した。同一構造において、厚さ１００ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９ＮにＳｉを３×１０１８ｃｍ−３程度ドープして３分間保持したＬＥＤデバイスも作成した。この場合のデバイス特性もＳｉをドープしていない場合とほぼ同一であり、光出力が増大するとともに動作電圧が低下した。
【００５７】
Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎを成長させ、同一温度で３分間保持した後にＭＯＣＶＤ装置からデバイスを取り出してその表面を観察したところ、表面に１０ｎｍ以下程度のＩｎと思われる粒が多数観察された。このことから、ＩｎＧａＮが分解してＩｎのドロップレットが形成されたものと考えられる。この方法では、ＩｎＧａＮの成長時間とその後の保持時間がＴＭＩ等を原料として供給する場合に比べて長いため（一様に形成された後に分解、蒸発させるため結晶形成時間は長くてもよい）、制御がより容易で再現性に優れる利点がある。さらに、動作電圧が一層低下することから、ｐｎ接合をショートさせる効果がさらに高いものと考えられる。
【００５８】
なお、上記実施例においては上部電極としてＴｉ／Ａｌ電極を用いているが、ＺｎＯ等の透明電極を用いて表面全面に形成することで、電流広がりをより増大させるとともに発光層からの光を透過させ、発光出力をより増大させることができる。
【００５９】
一方、ｐ−ＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法で成長させた後、ＬＥＤウエハを装置から取り出し、真空蒸着装置でｐ−ＧａＮ層表面にＡｌ＋Ｔｉ、Ｎｉ＋Ｗ、Ｎｉ＋Ｓｕ、Ｎｉ＋Ｔｉのいずれかを順次形成した。但し、蒸着膜厚を制御し、膜が連続的に形成される前に蒸着を完了した。膜が離散的あるいは不連続に形成されていることを、蒸着後にＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により確認した。このＬＥＤウエハを再びＭＯＣＶＤ装置に導入し、温度を５００℃まで上げてｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ厚さ２０ｎｍ、９５０℃でｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ厚さ５００ｎｍを順次成長させた。作成したＬＥＤデバイスの評価結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
2004179369.tif 000004
例えば、Ｎｉ＋Ａｕを低抵抗領域２４の材料として用いた場合、光出力は１．１倍に増大し、動作電圧上昇も０．１Ｖ以下に抑えられていて無視し得る程度である。このように、蒸着時間を調整して金属材料を離散的に形成することによっても動作電圧の上昇を抑制しつつ上部電極をｐ電極からｎ電極に置き換えることが可能となり、ＬＥＤデバイスの特性向上や歩留まり向上を達成することができる。なお、真空蒸着やスパッタリング等によりｐ−ＧａＮ層上に離散的に形成する膜の材料は、上述した金属材料の他にＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ等、窒化物系材料とオーミック接触を形成する任意の金属材料を用いることができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば半導体装置の特性改善や製造時の歩留まり向上を図ることができる。また、発光層を有する半導体装置の場合、発光層のバンドギャップを増大させて発光波長の短波長化を図り、また、発光効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の基本構成図である。
【図２】図１における模式的平面図である。
【図３】本実施形態に係るＬＥＤデバイスの構成図である。
【図４】本実施形態の製造フローチャートである。
【図５】実施例のＬＥＤデバイスの構成図である。
【図６】従来のＬＥＤデバイスの構成図である。
【図７】図６に示されたＬＥＤデバイスの一部構成図である。
【符号の説明】
１０  基板、１２  ｎ型窒化物系半導体層、１４  ｎ型窒化物系半導体層、１６  発光層、１８  ｐ型窒化物系半導体層、２０  電極、２２  電極、２４  低抵抗領域、２６  ｎ型窒化物系半導体層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004179369.tif 000009
【図６】
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【図７】
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