(57)【要約】【課題】  ｎ形III族化合物半導体層とｐ形ＢＰ半導体層との各々にオーミック電極を設けてなる化合物半導体発光素子にあって、化合物半導体発光素子を簡便に得られる様にする。【解決手段】  ｐ形ＢＰ系半導体層及びｎ形III族窒化物半導体層に設けるｐ形及びｎ形オーミック電極を同一の材料から構成する。電極を構成する材料としては、アルミニウムとランタン族元素の合金、チタン、チタンの合金等が使用できる。【選択図】      図１
2005064485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基板と、結晶基板の一表面上に設けられたｎ形III族窒化物半導体層と、ｎ形またはｐ形の化合物半導体からなる発光層と、硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素系半導体からなるｐ形リン化硼素系半導体層とを備え、ｎ形III族窒化物半導体層とｐ形リン化硼素系半導体層の各々の表面に接して、ｎ形またはｐ形何れかのオーミック電極が設けられている化合物半導体発光素子に於いて、上記のｎ形オーミック電極の上記のｎ形III族窒化物半導体層と接触する部位と、ｐ形オーミック電極の上記のｐ形リン化硼素系半導体層と接触する部位とが、共通して、同一の金属材料から構成されていることを特徴とする化合物半導体発光素子。
【請求項２】
上記の同一の金属材料を、共通して、アルミニウム（元素記号：Ａｌ）と元素周期律の第Ｉ族元素とを含む合金としたことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項３】
上記の同一の金属材料を、共通して、アルミニウム（Ａｌ）と元素周期律の第II族元素とを含む合金としたことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項４】
上記の同一の金属材料を、共通して、アルミニウム（Ａｌ）とランタン（元素記号：Ｌａ）族元素とを含む合金としたことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項５】
上記の同一の金属材料を、共通して、アルミニウム（Ａｌ）と珪素（元素記号：Ｓｉ）とを含む合金としたことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項６】
上記の同一の金属材料を、共通して、チタン（元素記号：Ｔｉ）またはその合金としたことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項７】
結晶基板と、結晶基板の一表面上に設けられたｎ形III族窒化物半導体層と、ｎ形またはｐ形の化合物半導体からなる発光層と、硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素系半導体からなるｐ形リン化硼素系半導体層とを備え、ｎ形III族窒化物半導体層とｐ形リン化硼素系半導体層の各々の表面に接して、ｎ形またはｐ形何れかのオーミック電極が設けられている化合物半導体発光素子の製造方法に於いて、上記のｎ形オーミック電極の上記のｎ形III族窒化物半導体層と接触する部位と、ｐ形オーミック電極の上記のｐ形リン化硼素系半導体層と接触する部位とを、共通して、同一の金属材料から構成することを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
上記の同一の金属材料が、アルミニウム（Ａｌ）と元素周期律の第Ｉ族元素とを含む合金、アルミニウム（Ａｌ）と元素周期律の第II族元素とを含む合金、アルミニウム（Ａｌ）とランタン（Ｌａ）族元素とを含む合金、アルミニウム（Ａｌ）と珪素（Ｓｉ）とを含む合金、チタン（Ｔｉ）、またはチタン（Ｔｉ）の合金であることを特徴とする請求項７に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体発光素子を構成するためのｎ形III族窒化物半導体層またはｐ形リン化硼素系半導体層の表面に各々、接触させて設けるｎ形及びｐ形オーミック電極を、上記の半導体層の伝導形に拘わらず、同一の材料から構成して、簡便にｐｎ接合型化合物半導体発光素子を得るための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表記されるIII族窒化物半導体は、青色帯或いは緑色帯の短波長可視光を放射する化合物半導体発光素子を構成するための材料として利用されている（例えば、特許文献１参照。）。窒化ガリウム（化学式：ＧａＮ）を例に挙げれば、III族窒化物半導体は伝導形を制御するための不純物を故意に添加しない状態、所謂、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）状態で一般にｎ形の伝導を呈するとされる（例えば、特許文献２参照。）。従って、従来から、容易に形成され得るｎ形III族窒化物半導体は、化合物半導体発光素子にあって例えば、ｎ形クラッド（ｃｌａｄ）層として利用されている（例えば、非特許文献１参照。）。ｎ形のIII族窒化物半導体層をクラッド層とする従来の化合物半導体発光素子にあって、ｎ形オーミック電極（負電極）は、例えば、チタン（元素記号：Ｔｉ）或いはそれらの合金から構成されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００３】
III族窒化物半導体からなるｎ形クラッド層を備えた従来のｐｎ接合型化合物半導体短波長発光素子では、後述の如く煩雑であるにも拘わらず（第０００６段落参照。）、ｐ形のクラッド層もまたIII族窒化物半導体から構成するのが通例である（例えば、非特許文献１参照。）。例えば、マグネシウム（元素記号：Ｍｇ）を故意に添加した、所謂、ドーピングしたｐ形ＡｌｘＧａｙＮ（０≦ｘ，ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）層をｐ形クラッド層としてｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造の化合物半導体発光素子を構成する例が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。化合物半導体発光素子を構成するにあって、ｐ形オーミック電極（正電極）は、例えば、ニッケル（元素記号：Ｎｉ）や金（元素記号：Ａｕ）を材料として構成されている（例えば、特許文献４及び５参照。）。ｎ形及びｐ形のIII族窒化物半導体層を具備する従来の化合物半導体発光素子にあって、上記の如く、III族窒化物半導体層の伝導形に依って、異なる材料からｎ形またはｐ形のオーミック電極が構成されているのが従来例である。
【０００４】
一方、単量体のリン化硼素（ｂｏｒｏｎ  ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ：ＢＰ）は、不純物のドーピングを施さずとも、アンドープで低抵抗のｐ形導電層が得られるとされている（例えば、非特許文献２参照。）。このため、ｐ形のリン化硼素層をコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層として利用してレーザダイオード（英略称：ＬＤ）を構成する例が開示されている（例えば、特許文献６参照。）。従来のＬＤは、マグネシム（Ｍｇ）を添加したｐ形リン化硼素層からなるコンタクト層に、金（Ａｕ）・亜鉛（元素記号：Ｚｎ）からなるｐ形オーミック電極を設けて構成されている（例えば、特許文献６参照。）。また、従来技術に於いて、ｐ形リン化硼素層について、アルミニウム（Ａｌ）単体からｐ形オーミック電極を形成する例が知られている（例えば、非特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特公昭５５−３８３４号公報
【特許文献２】特開昭６１−７６７１号公報
【特許文献３】特開平７−４５８６７号公報
【特許文献４】特開平６−１５１９６８号公報
【特許文献５】特開平７−１０６６３３号公報
【特許文献６】特開平１０−２４２５６７号公報
【非特許文献１】赤崎  勇編著、「III−Ｖ族化合物半導体」、１９９４年５月２０日、初版、（株）培風館発行、１３章
【非特許文献２】Ｔ．ＵＤＡＧＡＷＡ他、第５回窒化物半導体国際会議（ＩＣＮＳ−５）テクニカルダイジェスト、２００３年５月２５日〜３０日、４３１頁
【非特許文献３】Ｋ．Ｓｈｏｈｎｏ他、ジャーナル  オブ  クリスタル  グロース（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ）、第２４／２５巻、１９７４年（オランダ）、１９３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ｐｎ接合型化合物半導体素子をｐ形のIII族窒化物半導体層を利用して構成する従来技術にあって、第１の問題点は、低抵抗のｐ形III族窒化物半導体層そのものが簡便に得られないことにある。即ち、低抵抗のｐ形III族窒化物半導体層を得るには、少なくとも同層の気相成長時にＭｇ等の不純物を添加する必要があり、成膜工程自体が煩雑である。次に、ＭｇをドーピングしたIII族窒化物半導体層の内部に気相成長時に侵入した水素を取り除くための熱処理を必要とすることである（例えば、特開平５−１８３１８９号公報参照。）。
【０００７】
また、ｎ形及びｐ形のIII族窒化物半導体層にオーミック電極を配置する従来の構成の化合物半導体発光素子では、ｎ形及びｐ形オーミック電極は、各々、異なる材料から形成されている。即ち、ｎ形及びｐ形オーミック電極を形成するのに、各々、別個の工程が必要で、煩雑となり、簡便に化合物半導体発光素子を構成するには至っていない。この様な従来の問題を解決するのに有力となる一技術手段は、ｐ形オーミック電極を設けるｐ形半導体層を、そもそも形成が容易な半導体材料から構成した上に、同一の材料からｎ形及びｐ形オーミック電極を形成することである。本発明では、低抵抗なｐ形層を容易に形成できるリン化硼素系半導体層を利用し、ｎ形及びｐ形双方のオーミック電極を唯一の工程で形成できる様にして、簡便に化合物半導体発光素子を得るための技術手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成からなる。
（１）結晶基板と、結晶基板の一表面上に設けられたｎ形III族窒化物半導体層と、ｎ形またはｐ形の化合物半導体からなる発光層と、硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素系半導体からなるｐ形リン化硼素系半導体層とを備え、ｎ形III族窒化物半導体層とｐ形リン化硼素系半導体層の各々の表面に接して、ｎ形またはｐ形何れかのオーミック電極が設けられている化合物半導体発光素子に於いて、上記のｎ形オーミック電極の上記のｎ形III族窒化物半導体層と接触する部位と、ｐ形オーミック電極の上記のｐ形リン化硼素系半導体層と接触する部位とが、共通して、同一の金属材料から構成されていることを特徴とする化合物半導体発光素子。
【０００９】
（２）上記の同一の金属材料を、共通して、アルミニウム（元素記号：Ａｌ）と元素周期律の第Ｉ族元素とを含む合金としたことを特徴とする上記（１）に記載の化合物半導体発光素子。
（３）上記の同一の金属材料を、共通して、アルミニウム（Ａｌ）と元素周期律の第II族元素とを含む合金としたことを特徴とする上記（１）に記載の化合物半導体発光素子。
（４）上記の同一の金属材料を、共通して、アルミニウム（Ａｌ）とランタン（元素記号：Ｌａ）族元素とを含む合金としたことを特徴とする上記（１）に記載の化合物半導体発光素子。
（５）上記の同一の金属材料を、共通して、アルミニウム（Ａｌ）と珪素（元素記号：Ｓｉ）とを含む合金としたことを特徴とする上記（１）に記載の化合物半導体発光素子。
（６）上記の同一の金属材料を、共通して、チタン（元素記号：Ｔｉ）またはその合金としたことを特徴とする上記（１）に記載の化合物半導体発光素子。
【００１０】
（７）結晶基板と、結晶基板の一表面上に設けられたｎ形III族窒化物半導体層と、ｎ形またはｐ形の化合物半導体からなる発光層と、硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素系半導体からなるｐ形リン化硼素系半導体層とを備え、ｎ形III族窒化物半導体層とｐ形リン化硼素系半導体層の各々の表面に接して、ｎ形またはｐ形何れかのオーミック電極が設けられている化合物半導体発光素子の製造方法に於いて、上記のｎ形オーミック電極の上記のｎ形III族窒化物半導体層と接触する部位と、ｐ形オーミック電極の上記のｐ形リン化硼素系半導体層と接触する部位とを、共通して、同一の金属材料から構成することを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。
（８）上記の同一の金属材料が、アルミニウム（Ａｌ）と元素周期律の第Ｉ族元素とを含む合金、アルミニウム（Ａｌ）と元素周期律の第II族元素とを含む合金、アルミニウム（Ａｌ）とランタン（Ｌａ）族元素とを含む合金、アルミニウム（Ａｌ）と珪素（Ｓｉ）とを含む合金、チタン（Ｔｉ）、またはチタン（Ｔｉ）の合金であることを特徴とする上記（７）に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に依れば、ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触させて設けるｐ形オーミック電極と、ｎ形III族窒化物半導体層に表面に設けるｎ形オーミック電極とを、同一の材料から構成することとしたので、順方向電圧の低い短波長ＬＥＤを簡便に供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係わるリン化硼素系半導体とは、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含む、例えば、ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）である。また、例えば、ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−δＮδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）である。例えば、単量体のリン化硼素（ＢＰ）、リン化硼素・ガリウム・インジウム（組成式ＢαＧａγＩｎ１−α−γＰ：０＜α≦１、０≦γ＜１）、また、窒化リン化硼素（組成式ＢＰ１−δＮδ：０≦δ＜１）や砒化リン化硼素（組成式ＢαＰ１−δＡｓδ）等の複数のＶ族元素を含む混晶である。特に、硼素及びリンの組成比（αまたは１−δ）は０．５０（＝５０％）以上であるのが適する。硼素及びリンの組成比が０．５未満であると、低抵抗のｐ形リン化硼素系半導体層が簡便に、且つ安定して得られなくなる。
【００１３】
ｐ形のオーミック電極を設けるためのｐ形リン化硼素系半導体層は、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法に依り形成できる。また、分子線エピタキシャル法でも形成できる（Ｊ．Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｈｅｍ．，１３３（１９９７）、２６９〜２７２頁参照。）。例えば、ｐ形の単量体のリン化硼素層は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）とホスフィン（分子式：ＰＨ３）を原料とするＭＯＣＶＤ法で形成できる。ｐ形ＢＰ層の形成温度としては、１０００℃〜１２００℃の温度が適する。形成時の原料供給比率（＝ＰＨ３／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）は、１０〜５０とするのが適する。不純物を故意に添加しない、所謂、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のＢＰ層は不純物の拡散に因る他層の変性を回避するに効果がある。形成温度、Ｖ／III比率に加えて、形成速度を精密に制御すれば、禁止帯幅の大きなリン化硼素系半導体層を形成できる（特願２００２−１５８２８２号参照。）。
【００１４】
特に、室温での禁止帯幅を２．８エレクトロンボルト（単位：ｅＶ）以上で５．４ｅＶ以下とするｐ形リン化硼素系半導体層は好ましく利用できる。更に好ましくは２．８ｅＶ〜３．２ｅＶとする広禁止帯幅（ｗｉｄｅ  ｂａｎｄｇａｐ）のｐ形リン化硼素系半導体層は、化合物半導体発光素子にあって、例えば、ｐ形クラッド（ｃｌａｄ）層等のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）作用を有する障壁層として利用できる。また、ワイドバンドギャップのｐ形リン化硼素系半導体層は、窒化ガリウム・インジウム（組成式ＧａＸＩｎ１−Ｘ：０≦Ｘ≦１）や窒化リン化ガリウム（組成式ＧａＮ１−ＹＰＹ：０≦Ｙ≦１）からなる発光層からの青色光或いは緑色光等の可視光を発光素子の外部へ透過するための窓（ｗｉｎｄｏｗ）層を構成するに適する。禁止帯幅が５ｅＶを超えると、発光層との障壁差が大となり、順方向電圧或いは閾値電圧の低い化合物半導体発光素子を得るに不利となる。
【００１５】
例えば、ｐ形クラッド層は、室温でのキャリア濃度を１×１０１９ｃｍ−３以上とし、抵抗率を５×１０−２Ω・ｃｍ以下とする低抵抗のリン化硼素層から好適に形成できる。ｐ形クラッド層を構成するｐ形リン化硼素の層厚は、５００ナノメータ（ｎｍ）以上で５０００ｎｍ以下とするのが適する。ｐ形クラッド層に接触させてｐ形のオーミック電極を設ける構成にあって、ｐ形クラッド層が不必要に薄層であると、オーミック電極を介して供給される素子駆動電流を発光層の全般に万遍なく平面的に拡散できなくなるため、不都合となる。ｐ形オーミック電極とは、本発明では、ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触させて設ける正（＋，陽）電極である。一方、ｎ形オーミック電極とは、本発明では、ｎ形III族窒化物半導体層の表面に接触させて設ける負（−，陰）電極である。
【００１６】
本発明の云うｎ形III族窒化物半導体層とは、例えば、一般式ＡｌαＧａβＩｎγＮ（０≦α，β，γ≦１であり、且つ、α＋β＋γ＝１である。）で表されるｎ形伝導層である。また、例えば、一般式ＡｌαＧａβＩｎγＮ１−δＭδ（０≦α，β，γ≦１、且つ、α＋β＋γ＝１である。また、Ｍは、窒素とは別の第Ｖ族元素を示し、０＜δ＜１である。）で表される複数の第Ｖ族元素を含むｎ形導電層である。これらのｎ形III族窒化物半導体層は、サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）からなる結晶基板上に、例えば、ＭＯＣＶＤ法等で気相成長させることができる。基板には、他に、珪素単結晶（シリコン）、立方晶３Ｃ結晶型、六方晶の２Ｈ，４Ｈ及び６Ｈ結晶型炭化珪素（化学式：ＳｉＣ）、ペロブスカイト結晶型酸化物結晶等を利用できる。III族窒化物半導体層は、元来、不純物を添加しないアンドープの状態でもｎ形の伝導層が得られる（例えば、特開昭６１−７６７１号公報参照。）。従って、ｐｎ接合型化合物半導体発光素子にあって、ｎ形接合層をｎ形III族窒化物半導体層から構成することとすれば、簡便に発光素子を得るに優位となる。ましてや、ｎ形III族窒化物半導体層とｐ形リン化硼素層とを同一の手段で成長させることとすれば、更に簡便に化合物半導体発光素子を構成するに貢献できる。
【００１７】
本発明者が鋭意、検討した結果に依れば、ｐ形リン化硼素系半導体については、仕事関数（ｗｏｒｋ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の小さな金属材料からｐ形オーミック電極を構成できる。また、ｎ形III族窒化物半導体についても、仕事関数が小であると、ｎ形オーミック電極が形成され易い傾向がある。これは、本発明者の実験結果は、ｎ形III族窒化物半導体とｐ形リン化硼素とに共通して、同一の材料から同時にｎ形及びｐ形オーミック電極を形成できることを示唆している。ｎ形III族窒化物半導体層とｐ形リン化硼素系半導体層とに共通して利用できる金属材料の中で好適なのは、第Ｉ族元素を含むアルミニウム合金である。例えば、リチウム（元素記号：Ｌｉ）を含むアルミニウム合金である。例えば、アルミニウム・リチウム（Ａｌ・Ｌｉ）合金である。また、第II族元素を含むアルミニウム合金である。特に、アルミニウム・リチウム・亜鉛（Ａｌ・Ｌｉ・Ｚｎ）合金であり、アルミニウム・銅（Ａｌ・Ｃｕ）合金である。
【００１８】
また、上記の同一の金属材料を、共通して、アルミニウム（Ａｌ）とランタン（Ｌａ）族元素、即ち、ランタノイド（ｌａｎｔｈａｎｏｉｄｅ）元素とを含む合金とするのが好適である。ランタノイド元素とは、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（元素記号：Ｌｕ）迄の元素をいい、他に、セリウム（Ｃｅ；原子番号５８）、プラセオジウム（Ｐｒ；原子番号５９）、ネオジム（Ｎｄ；原子番号６０）、ホルミウム（Ｈｏ；原子番号６７）等が含まれる。特に、本発明では、アルミニウム（Ａｌ）とランタン（Ｌａ）との合金、例えば、ＬａＡｌ２から構成する。ランタノイドの中でも、ランタンは、ｎ形III族窒化物半導体について良好なオーミック接触性をもたらすからである。また、ｐ形リン化硼素系半導体層ともオーミック接触性が得られ易い上に、同半導体層との密着性に優れており、強固に被着したオーミック電極を構成できるからである。また、ＬａＡｌ２は、通常の抵抗加熱方式の真空蒸着手段を利用して被着できるため、簡便にｎ形及びｐ形オーミック電極を形成できる利点がある。
【００１９】
また、アルミニウム（Ａｌ）と珪素（元素記号：Ｓｉ）とを含む合金としても、ｎ形及びｐ形オーミック電極を、同一材料から同時に形成できて利便である。珪素を含むアルミニウム合金には、アルミニウム（Ａｌ）・珪素（Ｓｉ）２元合金、アルミニウム（Ａｌ）・珪素（Ｓｉ）・チタン（Ｔｉ）３元合金を例示できる。アルミニウムと珪素との合金に於いて、珪素の重量含有率は１０％以上で５０％以下であるのが好適である。珪素の重量含有率が１０％未満のアルミニウムを主体とする合金では、マイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）耐性のあるオーミック電極を安定するに不都合となる。逆に、珪素の重量含有率が５０％を超えるアルミニウム・珪素合金からは、特に、ｎ形III族窒化物半導体について良好な接触性のｎ形オーミック電極を安定して形成するに至らない。Ａｌ・Ｓｉ系多元合金にあって、合金をなすのは、仕事関数をアルミニウム及び珪素以下とする元素であるのが適する。例えば、ランタン（仕事関数＝３．３ｅＶ）との３元合金であるアルミニウム・ランタン・珪素（Ａｌ・Ｌａ・Ｓｉ）合金を例示できる。アルミニウム合金は、一般に融点がさほど高くないため、抵抗加熱方式の真空蒸着手段で簡便に形成できる利点がある。
【００２０】
また、チタン（Ｔｉ）またはその合金を用いると、ｎ形III族窒化物半導体にｎ形オーミック電極と、ｐ形リン化硼素系半導体についてｐ形オーミック電極とを同時に形成できる。Ｔｉと合金をなす元素は、仕事関数を４．５ｅＶ以下とするのが好ましい。また、融点の低い元素との合金は、通常の抵抗加熱型の真空蒸着手段で被着できる利便性を生む。好適なＴｉ合金として、アルミニウム（仕事関数＝４．３ｅＶ、融点＝６６０℃）との合金であるＴｉ・Ａｌ合金を例示できる。Ｔｉ・Ａｌ合金にあって、アルミニウムの含有率は、５０重量％以下であるのが好適である。珪素の仕事関数（＝４．０ｅＶ）は、Ｔｉの仕事関数（＝３．９ｅＶ）より大であるため、Ｓｉ含有量の大きなＴｉ・Ｓｉ合金からは、接触抵抗の小さなｎ形及びｐ形双方のオーミック電極を安定して構成できない。ｎ形及びｐ形オーミック電極は、Ｔｉ膜或いはその合金膜のみから構成する必要は必ずしも無く、他の金属膜を更に重層させた多層構造から構成しても構わない。例えば、Ｔｉ・Ａｌ合金膜／モリブデン（元素記号：Ｍｏ）膜／金（Ａｕ）膜との重層構造から電極を構成できる。Ｍｏ膜に代替して白金（元素記号：Ｐｔ）膜を利用しても重層構造の電極を構成できる。重層電極に於いても、ｎ形及びｐ形半導体層に接触する部位は、Ｔｉまたはその合金膜として構成する必要性に変わりは無い。
【００２１】
ｎ形及びｐ形のオーミック電極を同時に形成するには、先ず、ｎ形III族窒化物半導体層及びｐ形リン化硼素系半導体層の表面に、例えば、チタン・アルミニウム（Ｔｉ・Ａｌ）合金膜を通常の真空蒸着手段に依り被着させる。次に、公知のフォトリソグラフィー技術を利用して、所望の形状のオーミック電極を、好適な位置に配置する様にパターニングを施す。オーミック電極は、ｎ形或いはｐ形半導体層について、広範囲に亘り平面的に素子駆動電流を拡散できる形状であり、且つ各半導体層で等電位的な分布を形成できる配置とするのが好適である。次に、不要なＴｉ・Ａｌ合金膜を湿式エッチング法、或いはプラズマドライエッチング法等の手段に依り除去する。これより、各半導体層の表面の所望の位置に限定して、所望の形状のｎ形及びｐ形オーミック電極を形成できる。
【００２２】
本発明に係わる金属及び合金材料は、ｐ形リン化硼素系半導体層併せてｎ形III族窒化物半導体層の各々の表面に、ｐ形またはｎ形のオーミック電極を各々、同時にもたらす作用を有する。
【実施例１】
【００２３】
ｎ形及びｐ形オーミック電極の双方がチタン（Ｔｉ）から構成されている化合物半導体ＬＥＤを例にして本発明を具体的に説明する。
【００２４】
図１にダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造のＬＥＤ１００を作製するために使用した積層構造体１１０の断面構造を模式的に示す。また、図２にＬＥＤ１００の平面構造を模式的に示す。
【００２５】
積層構造体１１０は、絶縁性の（０００１）−サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）単結晶基板１０１上に、アンドープでｎ形の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる下部クラッド層１０２、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ）からなる発光層１０３、アンドープでｐ形の単量体のリン化硼素（ＢＰ）からなる上部クラッド層１０４を、順次、堆積して形成した。
【００２６】
下部クラッド層１０２は、トリメチルガリウム（分子式：（ＣＨ３）３Ｇａ）／ＮＨ３／Ｈ２反応系常圧（略大気圧）有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）手段により、１１００℃で形成した。層厚は約３μｍとした。発光層１０３は、インジウム組成を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）から構成される多相構造層から構成した。その平均的なインジウム組成は０．１０（＝１０％）であった。発光層１０３の層厚は、約１０ｎｍとした。アンドープのｐ形ＢＰ層１０４は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ３）をリン源とする常圧ＭＯＶＰＥ手段を利用して形成した。ｐ形ＢＰ層１０４は１０２５℃で形成した。積層構造体１１０の各構成層１０２〜１０４は、上記の様に同一の気相成長手段で形成した。
【００２７】
上部クラッド層１０４をなすアンドープのｐ形ＢＰ層１０４のキャリア（正孔）濃度は２×１０１９ｃｍ−３とし、層厚は約６００ｎｍとした。同層１０４の室温での抵抗率は５×１０−２Ω・ｃｍであった。また、ｐ形ＢＰ層１０４の室温での禁止帯幅は約３．２ｅＶであったため、発光層１０３からの発光を外部へ透過するための窓層を兼用するｐ形クラッド層とした。
【００２８】
積層構造体１１０を、塩素を含むハロゲン系混合ガスを利用したプラズマドライエッチング法で加工し、ｎ形オーミック電極１０５を形成する予定の領域に限定して、ｐ形ＢＰ層１０４及び発光層１０３を選択的にエッチングで除去した。これより、ｎ形下部クラッド層１０２の表面を露出させた（図２参照）。次に、上記のｎ形オーミック電極１０５を形成する予定の領域に露出させたｎ形ＧａＮ層１０２の表面、及びｐ形ＢＰ層の表面に、電子ビーム蒸着法を利用して、同時にチタン（Ｔｉ）膜を被着させた。その後、公知のフォトリソグラフィー技術を利用して蒸着したＴｉ膜を選択的にパターニングし、エッチングして、所望の領域に所望の形状のｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６を形成した。
【００２９】
双方共にＴｉから構成したｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６間に、順方向に素子駆動電流を通流し、ＬＥＤ１００の発光特性を確認した。発光の中心波長は約４３０ｎｍであった。発光スペクトルの半値幅は１９０ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）であった。一般的な積分球を利用して測定される樹脂モールド以前のチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は１１ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。また、ｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６の何れをも、ｎ形ＧａＮ層１０２及びｐ形ＢＰ層１０４とのオーミック接触性に優れるＴｉから構成したため、順方向電圧（Ｖｆ）は、３．１Ｖ（順方向電流２０ｍＡ時）の低値となった。併せて、発光層１０３上の上部クラッド層１０４を、簡便に得られる広禁止帯幅で、且つ低抵抗のｐ形ＢＰ層から構成したため、素子駆動電流を発光層１０３の広範囲に拡散させるに有効となった。このため、発光領域の略全面から略均一な強度の青色発光をもたらせるＬＥＤが提供された。
【実施例２】
【００３０】
ランタン・アルミニウム（ＬａＡｌ２）から構成されたｎ形及びｐ形オーミック電極を備えた化合物半導体ＬＥＤを例にして本発明を具体的に説明する。
【００３１】
実施例１に記載の発光層１０３上に、ＭＯＶＰＥ法に依りｐ形リン化硼素・ガリウム（Ｂ０．９８Ｇａ０．０２Ｐ）層からなる上部クラッド層１０４を堆積させた。Ｂ０．９８Ｇａ０．０２Ｐ層のキャリア濃度は約８×１０１８ｃｍ−３で、層厚は約５００ｎｍであった。積層構造体１１０に、実施例１に記載のプラズマエッチング加工を施した後、実施例１のＴｉに代替して、ＬａＡｌ２合金からなるｎ形及びｐ形オーミック電極を構成して、ＬＥＤを作製した。双方のオーミック電極は、一般の真空蒸着手段によるＬａＡｌ２合金膜と、続けてＬａＡｌ２合金膜上にＴｉ膜を重層させて構成した。その後、被着させたＬａＡｌ２合金膜とＴｉ膜とを、公知のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術を利用して、所望の形状に加工した。
【００３２】
双方共にＬａＡｌ２から構成したｎ形及びｐ形オーミック電極間に、順方向に素子駆動電流を通流し、ＬＥＤの発光特性を確認した。発光の中心波長は約４３０ｎｍであった。発光スペクトルの半値幅は１９０ｍｅＶであった。一般的な積分球を利用して測定される樹脂モールド以前のチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は約１１ｍｃｄであった。また、順方向電圧（Ｖｆ）は、３．３Ｖ（順方向電流２０ｍＡ時）であった。併せて、発光層上の上部クラッド層を、簡便に得られる広禁止帯幅で、且つ低抵抗のｐ形ＢＰ層から構成したため、素子駆動電流を発光層の広範囲に拡散させるに有効となった。このため、発光領域の全面から略均一な強度の青色発光をもたらせるＬＥＤが提供された。しかも、ｎ形及びｐ形オーミック電極の何れをも、同一のＬａＡｌ２合金から構成することとしたため、高輝度のＬＥＤを簡易に構成できた。
【実施例３】
【００３３】
ｎ形及びｐ形オーミック電極の双方がアルミニウム・リチウム（Ａｌ・Ｌｉ）合金（重量組成：Ａｌ：９５％、Ｌｉ：２．５％、Ｃｕ：１．５％、Ｍｇ：１％）から構成されている化合物半導体ＬＥＤを例にして本発明を具体的に説明する。
【００３４】
実施例１に記載の積層構造体１１０を、塩素を含むハロゲン系混合ガスを利用したプラズマドライエッチング法で加工し、ｎ形オーミック電極１０５を形成する予定の領域に限定して、ｐ形ＢＰ層１０４及び発光層１０３を選択的にエッチングで除去した。これより、ｎ形下部クラッド層１０２の表面を露出させた（図２参照）。次に、上記のｎ形オーミック電極１０５を形成する予定の領域に露出させたｎ形ＧａＮ層１０２の表面、及びｐ形ＢＰ層の表面に、一般の真空蒸着法を利用して、同時にアルミニウム・リチウム合金（Ａｌ・Ｌｉ）膜を被着させた。その後、公知のフォトリソグラフィー技術を利用して蒸着したＡｌ・Ｌｉ膜を選択的にパターニングし、エッチングして、所望の領域に所望の形状のｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６を形成した。
【００３５】
双方共にＡｌ・Ｌｉから構成したｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６間に、順方向に素子駆動電流を通流し、ＬＥＤ１００の発光特性を確認した。発光の中心波長は約４３０ｎｍであった。発光スペクトルの半値幅は１９０ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）であった。一般的な積分球を利用して測定される樹脂モールド以前のチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は１０ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。ｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６の何れをもＡｌ・Ｌｉから構成した場合、ｎ形ＧａＮ層１０２についてのオーミック接触性は、第１及び第２実施例のＴｉ及びＬａＡｌ２の場合と比較して、やや劣るものとなった。一方で、ｐ形ＢＰ層１０４とのオーミック接触性は、ＬａＡｌ２よりＡｌ・Ｌｉが優れるものとなった。このため、順方向電圧（Ｖｆ）は、３．３Ｖ（順方向電流２０ｍＡ時）となった。併せて、発光層１０３上の上部クラッド層１０４を、簡便に得られる広禁止帯幅で、且つ低抵抗のｐ形ＢＰ層から構成したため、素子駆動電流を発光層の広い範囲に拡散させるに有効となった。このため、発光領域の全面から略均一な強度の青色発光をもたらせるＬＥＤが提供された。しかも、ｎ形及びｐ形オーミック電極の何れをも、同一のＡｌ・Ｌｉ合金から構成することとしたため、高輝度のＬＥＤを簡易に構成できた。
【実施例４】
【００３６】
ｎ形及びｐ形オーミック電極の双方がアルミニウム・マグネシウム（Ａｌ・Ｍｇ）合金（重量組成；Ａｌ組成：９７％、マグネシウム組成：３％）から構成されている化合物半導体ＬＥＤを例にして本発明を具体的に説明する。
【００３７】
実施例１に記載の積層構造体１１０を、塩素を含むハロゲン系混合ガスを利用したプラズマドライエッチング法で加工し、ｎ形オーミック電極１０５を形成する予定の領域に限定して、ｐ形ＢＰ層１０４及び発光層１０３を選択的にエッチングで除去した。これより、ｎ形下部クラッド層１０２の表面を露出させた（図２参照）。次に、上記のｎ形オーミック電極１０５を形成する予定の領域に露出させたｎ形ＧａＮ層１０２の表面、及びｐ形ＢＰ層の表面に、一般の真空蒸着法を利用して、同時にアルミニウム・マグネシウム合金（Ａｌ・Ｍｇ）膜を被着させた。その後、公知のフォトリソグラフィー技術を利用して蒸着したＡｌ・Ｍｇ膜を選択的にパターニングし、エッチングして、所望の領域に所望の形状のｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６を形成した。
【００３８】
双方共にＡｌ・Ｍｇから構成したｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６間に、順方向に素子駆動電流を通流し、ＬＥＤ１００の発光特性を確認した。発光の中心波長は約４３０ｎｍであった。発光スペクトルの半値幅は１９０ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）であった。一般的な積分球を利用して測定される樹脂モールド以前のチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は１０ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。Ａｌ・Ｍｇのｎ形ＧａＮ層１０２についてのオーミック接触性は、実施例１及び２のＴｉ及びＬａＡｌ２の場合と比較して劣るものとなった。一方で、ｐ形ＢＰ層１０４とのオーミック接触性は、Ｔｉ、ＬａＡｌ２、Ａｌ・Ｌｉより優れるものとなった。このため、順方向電圧（Ｖｆ）は、３．２Ｖ（順方向電流２０ｍＡ時）となった。併せて、発光層１０３上の上部クラッド層１０４を、簡便に得られる広禁止帯幅で、且つ低抵抗のｐ形ＢＰ層から構成したため、素子駆動電流を発光層の広い範囲に拡散させるに有効となった。このため、発光領域の全面から略均一な強度の青色発光をもたらせるＬＥＤが提供された。しかも、ｎ形及びｐ形オーミック電極の何れをも、同一のＡｌ・Ｍｇ合金から構成することとしたため、高輝度のＬＥＤを簡易に構成できた。
【実施例５】
【００３９】
ｎ形及びｐ形オーミック電極の双方がアルミニウム・珪素（Ａｌ・Ｓｉ）合金（重量組成；Ａｌ：９９％、珪素：１％）から構成されている化合物半導体ＬＥＤを例にして本発明を具体的に説明する。
【００４０】
実施例１に記載の積層構造体１１０を、塩素を含むハロゲン系混合ガスを利用したプラズマドライエッチング法で加工し、ｎ形オーミック電極１０５を形成する予定の領域に限定して、ｐ形ＢＰ層１０４及び発光層１０３を選択的にエッチングで除去した。これより、ｎ形下部クラッド層１０２の表面を露出させた（図２参照）。次に、上記のｎ形オーミック電極１０５を形成する予定の領域に露出させたｎ形ＧａＮ層１０２の表面、及びｐ形ＢＰ層の表面に、一般の真空蒸着法を利用して、同時にアルミニウム・珪素合金（Ａｌ・Ｓｉ）膜を被着させた。その後、公知のフォトリソグラフィー技術を利用して蒸着したＡｌ・Ｓｉ膜を選択的にパターニングし、エッチングして、所望の領域に所望の形状のｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６を形成した。
【００４１】
双方共にＡｌ・Ｓｉから構成したｎ形及びｐ形オーミック電極１０５、１０６間に、順方向に素子駆動電流を通流し、ＬＥＤ１００の発光特性を確認した。発光の中心波長は約４３０ｎｍであった。発光スペクトルの半値幅は１９０ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）であった。一般的な積分球を利用して測定される樹脂モールド以前のチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は１０ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。Ａｌ・Ｓｉのｎ形ＧａＮ層１０２についてのオーミック接触性は、実施例１及び２のＴｉ及びＬａＡｌ２の場合と比較して同等なものとなった。一方で、ｐ形ＢＰ層１０４とのオーミック接触性は、Ｔｉ、ＬａＡｌ２、Ａｌ・Ｌｉ、Ａｌ・Ｍｇよりやや劣るものとなった。このため、順方向電圧（Ｖｆ）は、３．２Ｖ（順方向電流２０ｍＡ時）となった。併せて、発光層１０３上の上部クラッド層１０４を、簡便に得られる広禁止帯幅で、且つ低抵抗のｐ形ＢＰ層から構成したため、素子駆動電流を発光層の広い範囲に拡散させるに有効となった。このため、発光領域の全面から略均一な強度の青色発光をもたらせるＬＥＤが提供された。しかも、ｎ形及びｐ形オーミック電極の何れをも、同一のＡｌ・Ｓｉ合金から構成することとしたため、高輝度のＬＥＤを簡易に構成できた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１のＬＥＤの断面構造模式図である。
【図２】実施例１のＬＥＤの平面模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００    ＬＥＤ
１１０    積層構造体
１０１    サファイア基板
１０２    ｎ形下部クラッド層
１０３    発光層
１０４    ｐ形上部クラッド層
１０５    ｎ形オーミック電極
１０６    ｐ形オーミック電極
【図１】
2005064485.tif 000003
【図２】
2005064485.tif 000004