(57)【要約】【課題】ＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体及びそれに適用されるｐ型電極を提供する。【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層に形成されるものであって、Ｚｎに溶質元素が含まれるＺｎ系物質による第１層と、前記第１層上部に積層されるものとしてＡｕ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ａｌ、ＩＴＯ、ＺｎＯで構成される群から選択された少なくとも１つの物質による第２層と、を含むｐ−電極。これにより、Ｚｎ系ｐ型電極は優れた電気、光学及び熱的特性を示す。【選択図】図２Ａ
2005136415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物の半導体層上に形成されるものであって、Ｚｎに溶質元素が含まれるＺｎ系物質による第１層と、
前記第１層上部に積層されるものとして｛Ａｕ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ａｌ、ＩＴＯ、ＺＩＴＯ、ＺＩＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２およびＺｎ１−ｘＭｇｘＯ（０≦ｘ≦１）｝で構成される群から選択された少なくとも１つの物質による第２層と、を含むことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体の電極。
【請求項２】
第１層のＺｎ系物質は合金及び固溶体のうち何れか１つであることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体の電極。
【請求項３】
前記Ｚｎ系物質はＮｉ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、ＳｂおよびＡｇよりなる群から選択された少なくとも１つの溶質元素を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体の電極。
【請求項４】
前記第１層と第２層との間にＣｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、ＧｅおよびＳｂよりなる群から選択された少なくとも１つの物質による中間層が介在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体の電極。
【請求項５】
前記Ｚｎ系物質に含まれる溶質元素の成分の量は０．１〜４９．９原子％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体の電極。
【請求項６】
第１層及び第２層は０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１または２に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体の電極。
【請求項７】
第１及び第２層及びこれら間の中間層は０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体の電極。
【請求項８】
前記半導体層はＧａＮまたはＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）であることを特徴とする請求項１または２に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体の電極。
【請求項９】
前記第１層及び第２層が少なくとも酸素を含む雰囲気で熱処理されてなることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体の電極。
【請求項１０】
発光のための活性層を含む多重積層によるＧａＮ系化合物半導体層と、
前記ＧａＮ系化合物半導体層上に形成されたｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層上に形成されたｐ型電極層と、を含むＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体において、
前記電極層は、
前記ｐ型半導体層上に形成されるものであって、Ｚｎに溶質元素が含まれるＺｎ系物質による第１層と、
前記第１層上部に積層されるものであって、｛Ａｕ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ａｌ、ＩＴＯ、ＺＩＴＯ、ＺＩＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２およびＺｎ１−ｘＭｇｘＯ（０≦ｘ≦１）｝で構成される群から選択された少なくとも１つの物質による第２層とを含むことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体。
【請求項１１】
前記第１層のＺｎ系物質は合金及び固溶体のうち何れか１つであることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体。
【請求項１２】
前記Ｚｎ系物質はＮｉ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、ＳｂおよびＡｇよりなる群から選択された少なくとも１つの溶質元素を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体。
【請求項１３】
前記第１層と第２層との間にＣｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、ＧｅおよびＳｂよりなる群から選択された少なくとも１つの物質による中間層が介在することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれ化１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体。
【請求項１４】
前記Ｚｎ系物質に含まれる溶質元素の成分の量は０．１〜４９．９原子％であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体。
【請求項１５】
第１層及び第２層は０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１３に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体。
【請求項１６】
第１及び第２層及びこれらの間の中間層は０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体。
【請求項１７】
前記半導体層はＧａＮまたはＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体。
【請求項１８】
前記電極層は少なくとも酸素を含む雰囲気で熱処理されてなることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ化合物半導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＩＩＩ−Ｖ族窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体及びそれに適用されるｐ型電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系化合物半導体を利用した発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）及びレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）のような光ディバイスを具現するためには、半導体層と電極間に高品質のオーミック接触を形成するのが極めて重要である。ｐ型ＧａＮ半導体層用のオーミックコンタクト層としては、ニッケル（Ｎｉ）を基本とする金属薄膜構造、すなわちＮｉ／金（Ａｕ）の透明金属薄膜が使われている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
Ｎｉを基本とする金属薄膜は酸素雰囲気で熱処理された時に１０−３〜１０−４Ωｃｍ２程度の低い非接触抵抗を有するオーミック接触が形成されることが知られている。このような低い非接触抵抗によれば、５００℃〜６００℃の酸素雰囲気で熱処理時にＧａＮとＮｉとの界面にｐ型半導体酸化物であるニッケル酸化物（ＮｉＯ）が島状のＡｕ薄膜の間とこれらの上に形成されることによって、ショットキ障壁の高さ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｈｅｉｇｈｔ：ＨＢＴ）が減少する。したがって、ＨＢＴの減少により、ＧａＮの表面付近に複数のキャリアであるホールを容易に供給してＧａＮ系の表面付近での実効キャリア濃度が上昇する。一方、Ｎｉ／Ａｕをｐ型ＧａＮ系半導体層に接触させた後、熱処理すれば、Ｍｇ−Ｈ金属間の化合物を除去して半導体層の表面でマグネシウム（Ｍｇ）ドーパントの濃度を上昇させる再活性化が発生し、それによって半導体層の表面でこのような実効キャリア濃度が１０１９／ｃｍ３以上に高くなり、半導体層と電極層（酸化ニッケル）間にトンネリング伝導を引き起こして、オーミック伝導特性を示すようになる。しかし、Ｎｉ／Ａｕ金属薄膜の場合、より低いオーミック接触抵抗が要求されるＬＤへの応用は未だ満足する程度ではないため、十分に低い非接触抵抗値を有する新たなオーミック接触物質が要求されている。
【特許文献１】米国特許５，８７７，５５８号明細書
【特許文献２】米国特許６，００８，５３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はＧａＮ系半導体層に対して優れた電気的、光学的及び熱的な特性を有するオーミック接触系を提供することを目的にする。
【０００５】
したがって、本発明を解決するための技術的課題は、ＧａＮ系半導体を光素子に応用するための基礎段階であって、ｐ型ＧａＮ系半導体の金属電極の製作に必須要素である優れた電気、光学及び熱的な特性を有する透明薄膜電極のオーミック接触系を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一類型によれば、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層に形成されるものであって、亜鉛（Ｚｎ）に所定の溶質元素が含まれるＺｎ系物質による第１層と、前記第１層の上部に積層されるものであって、Ａｕ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ａｌ、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＺＩＴＯ（ｚｉｎｃ−ｄｏｐｅｄ  ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＺＩＯ（ｚｉｎｃ  ｉｎｄｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、ＧＩＯ（ｇａｌｌｉｕｍ  ｉｎｄｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、ＺＴＯ（ｚｉｎｃ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（ｇａｌｌｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２、そして、Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ（０≦ｘ≦１）で構成される群から選択された少なくとも１つの物質による第２層を含むことを特徴とする電極及びそれを適用したＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体が提供される。
【０００７】
本発明の実施例によれば、前記第１層のＺｎ系物質は合金または固溶体である。
【０００８】
具体的な一実施例によれば、前記Ｚｎ系物質はＮｉ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂよりなる群から選択された少なくとも１つの溶質元素を含む。
【０００９】
また、本発明の他の実施例によれば、前記第１層と第２層との間にＣｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂよりなる群から選択された少なくとも１つの物質による中間層が介在する。
【００１０】
本発明の望ましい実施例によれば、前記Ｚｎ系物質に含まれる溶質元素の成分の量は０．１〜４９．９原子（ａｔｏｍｉｃ）％と決定され、第１及び第２層及び中間層は０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有するように設計される。
【００１１】
本発明の他の類型による具体的な実施例はＧａＮ系半導体物質であって、ＧａＮまたはＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０〈ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）、物質による半導体素子、例えばＬＤまたはＬＥＤで実現される。
【００１２】
本発明のｐ型ＧａＮ系半導体層（以下、ｐ型半導体層）の高品位オーミック接触を形成するためにｐ型半導体層のキャリア濃度は、少なくとも１×１０１７／ｃｍ３以上にならねばならない。
【００１３】
また、ｐ型ＧａＮ系半導体層のオーミック接触を形成させるためには、ＧａＮ系半導体内のＮよりはＧａと反応性が優先的な金属を使用しなければならない。ｐ型半導体内のＧａと接触金属との反応はｐ型半導体層の表面にＧａ空孔を形成する。ｐ型半導体でこのようなＧａ空孔はｐ型ドーパントとして作用するので、ＧａＮ系半導体と接触金属との反応はＧａＮ系半導体表面の実効ｐ型キャリア濃度を上昇させる。また、工程上、ｐ型半導体層の表面上に残留しており、電極物質／半導体層間の界面でキャリアの流れに障害物の役割となる自然酸化層であるガリウム酸化物（Ｇａ２Ｏ３）を還元してショットキ障壁を減少させうる金属物質が必要である。前記のｐ型半導体層の表面上にＧａ空の形成及び自然酸化層の還元技術はｐ型半導体層と接触金属電極との界面でトンネリング伝導現象を発生させうる。
【００１４】
本発明でＺｎ系合金またはＺｎ系固溶体などの電極物質によるｐ型電極は酸化能が優秀なので、自然酸化層を還元させうる金属でありながら、同時にｐ型半導体層でドーパントの役割をして、半導体層の表面付近の実効ホール濃度を上昇させうる。また、空気及び酸素雰囲気で熱処理時に形成されるＺｎ酸化物とＺｎ系電極物質に添加された溶質金属の酸化物の仕事関数値がＧａＮとほぼ同じであって、ｐ型ＧａＮと接触時にＨＢＴを下げてオーミック接触特性の向上に寄与するものと見られる。
【００１５】
ＬＥＤやＬＤなどの半導体素子の最上層として使われる電極物質としては、半導体素子の製作工程中の高温（３００℃〜６００℃）工程で発生する表面退化現象の防止と酸化に対して安定で、ワイヤー接着性が良く、優れた透明性を有するＡｕ及びＡｇなどの物質を使用しなければならない。
【００１６】
本発明で電極物質として使用するＺｎ系電極物質は光学的に透明である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるオーミック接触形成は、ｐ型ＧａＮ半導体を利用したＬＥＤ及びＬＤの商業化のための核心技術のうち１つであるオーミック電極工程技術を提供することによってＧａＮ半導体の商業化を加速化させると期待され、オーミック接触形成時に表面状態が極めて良好に現れるので、ディバイスパッケージング時に外部線の連結を良くしてディバイスの収率を高めるのに極めて大きな寄与をすると期待される。また、低い比接触抵抗と優れたＩ−Ｖ特性のような極めて優秀な電気的特性による電気的損失の減少によって光学的効果も極めて優れると期待されるため、ＬＥＤ及びＬＤの開発に利用されうる。特に、実施例２は既存の一般的なトップエミッティング（Ｔｏｐ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ）  ＬＥＤｓより発光効率のさらに優れた高品位フリップチップ（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ）ＬＥＤｓを実現化するのに有用であると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１Ａは、本発明による電極を有するＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族半導体ＬＥＤの一実施例を示す概略的な断面図である。ここで、ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族とは、ＧａＮを基盤とする全ての化合物を意味する。
【００１９】
サファイア１などの絶縁基板上にｎ−型ＩＩＩ−Ｖ族窒化物の半導体積層２が形成され、その上にｐ型化合物の半導体積層３が形成されている。ここで、ＩＩＩ族にはＩｎ，Ｇａ，Ａｌなど、ＩＶ族にはＳｉなど、Ｖ族にはＮなどが含まれる。
【００２０】
前記ｐ型化合物の半導体積層３上には本発明を特徴づけるＺｎ系物質による電極物質層を有する複数層構造のｐ型電極４が備えられており、ｐ型電極４上には電気的連結のためのボンディングパッド５が形成されている。前記ｐ型電極４については別途説明する。本発明の他の実施例によれば、本発明によるＬＥＤは前記説明とは異なる積層構造を有するが、ｐ型半導体層上に前記本発明を特徴づけるｐ型電極４が備えられる。
【００２１】
図１Ｂは、本発明によるＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族半導体ＬＤの一実施例を示す断面図である。
【００２２】
図１Ｂを参照すれば、サファイア基板１１上にｎ−ＧａＮ下部コンタクト層１２が積層されている。このような下部コンタクト層１２上に多重層の半導体物質層がメサ構造体として存在する。すなわち、ｎ−ＧａＮ下部コンタクト層１２の上面にｎ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ下部クラッド層１３、ｎ−ＧａＮ下部導波層１４、ＩｎＧａＮ活性層１５、ｐ−ＧａＮ上部導波層１６、ｐ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ上部クラッド層１７が順次積層されている。ここで、ｎ−及びｐ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ下部及び上部クラッド層１３、１７の屈折率はｎ−及びｐ−ＧａＮ下部及び上部導波層１４、１６より小さく、ｎ−及びｐ−ＧａＮ下部及び上部導波層１４、１６の屈折率は活性層１５の屈折率より小さい。前記メサ構造物で、ｐ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ上部クラッド層１７の上部中間部にはリッジウェーブガイド構造を提供する所定幅の突出したリッジ１７ａが形成されており、リッジ１７ａの頂上面にはｐ−ＧａＮ上部コンタクト層１８が形成されている。前記ｐ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ上部クラッド層１７の上にはコンタクトホール１９ａを有するパッシベーション層としての埋込み層１９が形成されている。前記埋込み層１９のコンタクトホール１９ａは前記リッジ１７ａの上面に形成された上部コンタクト層１８の頂上部に対応し、コンタクトホール１９ａの縁部は上部コンタクト層１８の上面の縁部に重なっている。
【００２３】
前記埋込み層１９の上には本発明を特徴づけるＺｎ系物質による積層を含む複数層構造のｐ型電極２０が形成されている。ｐ型電極２０は前記埋込み層１９のコンタクトホール１９ａを通じて前記上部コンタクト層１８に接触する。下部コンタクト層１２上部の一部に形成された段差部には、ｎ−型電極２１が形成されている。このような上部クラッド層１７に備えられたリッジウェーブガイド構造は、活性層１５に注入される電流を制限し、活性層１５でのレーザー発振のための共振領域幅を制限して横モードを安定化させ、動作電流を下げる。
【００２４】
このような一般的な窒化物半導体レーザー素子の製造過程は、サファイア基板に多層構造のＧａＮ系半導体物質層を形成した後、ドライエッチングにより電流注入領域に対応するリッジを形成し、そして、ｎ−ＧａＮ下部コンタクト層を露出させて共振面を形成させるためのｎ−ＧａＮ下部コンタクト層上部のメサ構造物が形成される。このようなメサ構造物はサファイアなどの基板上に配置され、最終的にスクライビングなどにより単位素子に分離される。
【００２５】
図２Ａ及び図２Ｂは、前記ｐ型電極の実施例を示す概略的な断面図である。
【００２６】
まず、図２Ａを参照すれば、本発明によるｐ型電極４、２０は基本的に２層４１、４２を備える。第１電極層４１はＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体層に接触するＺｎ系物質であり、その上は、例えばボンディングパッドが形成される金属または透明な酸化物導電（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）層による第２電極層４２である。
【００２７】
前記第１電極層４１を形成するＺｎ系物質は、Ｚｎ合金またはＺｎをホスト物質とする固溶体である。前記Ｚｎ系物質は、ホスト物質であるＺｎにＮｉ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ａｇよりなる群から選択された少なくとも１つの溶質元素を含むものである。
【００２８】
前記第２電極層４２は、金属層または透明な伝導性酸化物質（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）層である。ここで、金属層はＡｕ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ａｌよりなりうる。前記ＴＣＯ層はＩＴＯ、ＺＩＴＯ、ＺＩＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２、またはＺｎ１−ｘＭｇｘＯ（ｚｉｎｃ  ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ、０≦ｘ≦１）で形成されうる。前記酸化物質層は、例えば、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５層、ＧａＩｎＯ３層、ＺｎＳｎＯ３層、ＦドープされたＳｎＯ２層、ＡｌドープされたＺｎＯ層、ＧａドープされたＺｎＯ層、ＭｇＯ層、またはＺｎＯ層である。
【００２９】
図２Ｂは、前記第１層４１と第２層４２との間に中間層４３が介在する本発明によるｐ−電極の他の実施例を示す断面図である。
【００３０】
図２Ｂに示されるように、前記第１層と第２層との間に中間層４３が介在する。中間層４３はＣｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂよりなる群から選択された少なくとも１つの物質で形成される。
【００３１】
図２Ａ及び図２Ｂに示される本発明によるＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体のｐ型電極で、第１層４１のＺｎ系物質に含まれる溶質元素の成分量は、Ｚｎに対し、０．１〜４９．９原子％と決定されることが望ましい。また、前記第１層４１、第２層４２及び中間層４３は０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有することが望ましい。
【００３２】
このような透明なＺｎ系物質によるＬＥＤまたはＬＤでのｐ型電極のオーミック特性について詳細に説明する。
【００３３】
図３は、４〜５ｘ１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型ＧａＮ半導体基板にＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕを蒸着した後、空気雰囲気で熱処理して得られた電極の電気的測定結果を示すグラフである。図３において、（ａ）は、熱処理前の整流特性を示す非線形のＩ−Ｖ特性を示し、（ｂ）は、蒸着後、５５０℃で１分間空気雰囲気下で熱処理して得られたオーミック接触特性を示す線形のＩ−Ｖ特性を示すものであって、１０−６Ωｃｍ２レベルの非接触抵抗を得た。
【００３４】
図４は、４〜５ｘ１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型ＧａＮ基板にＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ｎｉ／Ａｕを蒸着した後、空気雰囲気で３５０〜５５０℃でそれぞれ熱処理して電気的測定した結果を示すグラフである。図４いおいて、（ａ）は、熱処理前の整流特性を示す非線形のＩ−Ｖ特性を示し、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、何れもオーミック接触特性を示す線形のＩ−Ｖ特性を示すものであって、１０−５〜１０−６Ωｃｍ２レベルの非接触抵抗を得た。
【００３５】
図５は、ｐ型ＧａＮ基板にＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕを蒸着した後、空気雰囲気で、熱処理の前後のＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）  深度プロファイル（ｄｅｐｔｈ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ）結果を示す。図５において、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ熱処理の前後の結果を示す。（ｂ）で分かるように、空気雰囲気で熱処理をすれば、外部の酸素が供給されてＺｎをＺｎ酸化物及びＮｉをＮｉ酸化物に相変化させる。また、Ｎｉ酸化物とＡｕは拡散し、ｐ型半導体層の表面との直接的な接触によって高品質のオーミック接触を形成すると考えられる。
【００３６】
図６は、ＧａＮ系半導体であって緑色ＩｎＧａＮ  ＬＥＤのｐ型電極物質として一般的に使われるＮｉ／Ａｕ及びＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕを蒸着した後、空気雰囲気で熱処理して得られた電気的な特性であるＩ−Ｖ測定結果を示すグラフである。Ｎｉ／Ａｕ構造とＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕ構造は、それぞれ２０ｍＡで３．６５と３．３４Ｖの駆動電圧を有する。なお、図６において、（ａ）は、一般的に現在広く使用されている従来のＮｉ／Ａｕ構造についての結果を、（ｂ）は、Ｚｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕ構造についての結果を示す。
【００３７】
図７は、緑色ＩｎＧａＮ  ＬＥＤのｐ型電極物質でＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ｎｉ／Ａｕを蒸着した後、空気雰囲気で熱処理して得られた電気的な特性であるＩ−Ｖ測定結果を示すグラフである。もちろん、他のＺｎ系合金または固溶体を利用したオーミック接触系で得られたように、２０ｍＡで約３．４Ｖ程度の優れた駆動電圧を有することが分かる。
【００３８】
図８は、電極の光透過度を測定するため、高温用石英の上に一般的なオーミック系であるＮｉ／ＡｕとＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕを蒸着した後、熱処理して得られた光透過度の結果を示すグラフである。結果から分かるように、本発明によるＺｎ系合金または固溶体オーミック系は、ほぼＮｉ／Ａｕに相応する光透過度を有することが分かる。
【００３９】
図９は、４〜５ｘ１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型半導体基板にＺｎ−Ｍｇ合金または固溶体／Ａｕを蒸着した後、空気雰囲気で熱処理して電気的測定した結果を示すグラフである。図９において、（ａ）は、熱処理前の整流特性を示す非線形のＩ−Ｖ特性を示し、（ｂ）は、蒸着後、熱処理して得たオーミック接触特性を示す線形のＩ−Ｖ特性を示すものであって、１０−５Ωｃｍ２レベルの非接触抵抗を得た。
【００４０】
図１０は、緑色ＩｎＧａＮ  ＬＥＤのｐ型電極物質でＺｎ−Ｍｇ合金または固溶体／Ａｕを蒸着した後、空気雰囲気で熱処理して得られた電気的な特性であるＩ−Ｖ測定結果を示すグラフである。厚さが８ｎｍ／８ｎｍ以下では、これら熱処理された試片の２０ｍＡで何れも３．５Ｖ以下の優れた特性を示すことが分かる。
【実施例】
【００４１】
以下では、本発明による電極の製造方法の実施例を説明する。
【００４２】
（製造方法の実施例１）
１）ｐ型半導体層を含むＧａＮ系半導体結晶層が形成された基板（試料）をトリクロロエチレン、アセトン、メタノール、蒸留水で超音波洗浄器の中で６０℃にそれぞれ５分ずつ表面洗浄した後、試料に残っている水分を除去するために１００℃で１０分間ハードベーキングをする。
【００４３】
２）次いで、半導体の表面にフォトレジストをｐ型半導体層上に４，５００ｒｐｍでスピンコーティングした後、８５℃で１５分間ソフトベーキングする。
【００４４】
３）前記フォトレジストを所定パターンで露光するために露光用マスクと基板とを一致させた後で２２．８ｍＷの強度のＵＶに１５秒間露出させ、現像液と蒸留水との比を１：４に混合した溶液中に試料を浸漬させて２５秒程度で現像する。
【００４５】
４）現像完了後、基板に残留する汚染物質を除去するために基板をＢＯＥ（Ｂｕｔｔｅｒｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  ｅｔｃｈａｎｔ）溶液に５分間浸漬させる。
【００４６】
５）基板から汚染物質を除去した後、電子ビーム蒸着器を利用して本発明によるＺｎ系電極物質（５ｎｍ）／Ａｕ（５ｎｍ）を全面蒸着した後、アセトンでリフトオフ工程を経ることによって前記電極をパターニングする。
【００４７】
６）パターニングが完了した後、急速加熱（ＲＴＡ：ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）炉中に試料を入れ、空気雰囲気下で５５０℃で１分間熱処理してオーミック接触形成を利用した透明電極を前記基板のｐ型半導体層の表面に形成する。
【００４８】
（製造方法の実施例２）
１）前記実施例１の１）から４）段階と同一方法で行う。
【００４９】
２）電子ビーム蒸着器を利用して本発明によるＺｎ−Ｎｉ合金（１０ｎｍ）／Ａｕ（１０ｎｍ）を全面蒸着した後、アセトンでリフトオフ工程を経ることによって前記電極をパターニングする。
【００５０】
３）リフトオフ後、ＲＴＡ炉中に試料を入れ、空気雰囲気下で３５０〜５５０℃で１分間熱処理して前記基板のｐ型半導体層の表面に完成した透明電極を得る。
【００５１】
（製造方法の実施例３）
１）前記実施例１の１）から４）段階と同一方法で行う。
【００５２】
２）電子ビーム蒸着器を利用して本発明によるＺｎ−Ｎｉ合金（３ｎｍ）／Ｎｉ（２ｎｍ）／Ａｕ（５ｎｍ）蒸着した後、アセトンで前記マスクを除去することによってリフトオフ工程を行う。
【００５３】
３）リフトオフ後、ＲＴＡ炉中に試料を入れ、空気雰囲気下で３５０〜５５０℃で１分間熱処理して前記基板のｐ型半導体層の表面に完成した透明電極を得る。
【００５４】
本発明は図面に示された実施例を参考に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲に限って定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明者らはｐ型ＧａＮ半導体ＬＥＤとＬＤの連続波長モードで発生する根本的な問題のうち１つがオーミック接触性能にあり、またこのようなオーミック接触の電気、光学及び熱的な特性が極めて重要であることに着眼し、これまで報告されたｐ型オーミック接触モデルで提示されていないＺｎ系合金または固溶体を利用して、既存に発表されたものと比較する時、電気的特性が優秀で、かつ光透過度は一般的なＮｉ／Ａｕ構造で得られた結果に相応する高品位オーミック接触系発明に関わり、例えば光ディバイスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】は、本発明によるＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ＬＥＤの一実施例を示す概略的な断面図である。
【図１Ｂ】は、本発明によるＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ＬＤの一実施例を示す概略的な断面図である。
【図２Ａ】は、本発明によるＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体のｐ型電極の第１実施例を示す概略的な断面図である。
【図２Ｂ】は、本発明によるＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体のｐ型電極の第２実施例を示す概略的な断面図である。
【図３】４〜５ｘ１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型ＧａＮの上部にＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕを蒸着させた後、空気雰囲気で熱処理の前後に得られた電気的測定結果を示すものであって、（ａ）は、熱処理前の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を、（ｂ）は、蒸着後５５０℃で１分間空気雰囲気下で熱処理して得られたＩ−Ｖ特性を示すものである。
【図４】４〜５ｘ１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型ＧａＮの上部にＺｎ−ニッケル合金または固溶体／Ｎｉ／Ａｕを蒸着させた後、空気雰囲気で熱処理の前後に得られた電気的測定結果を示すものであって、（ａ）は、熱処理前のＩ−Ｖ特性を、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、３５０、４５０、５５０℃でそれぞれ１分ずつ空気雰囲気下で熱処理して得られたＩ−Ｖ特性を示すものである。
【図５】４〜５ｘ１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型ＧａＮの上部にＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕを蒸着させた後、熱処理の前後の界面に電極成分の拡散及び反応を知るためにＸＰＳ  ｄｅｐｔｈ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ結果を示すものであって、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ熱処理の前後の結果を示す。
【図６】緑色ＩｎＧａＮ  ＬＥＤのｐ型電極物質としてＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕを蒸着させた後、空気雰囲気で熱処理して得られた電気的な特性のＩ−Ｖ測定結果を示すものであって、（ａ）は、一般的に現在広く使用されている従来のＮｉ／Ａｕ構造についての結果を、（ｂ）は、Ｚｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕ構造についての結果を示す。
【図７】緑色ＩｎＧａＮ  ＬＥＤのｐ型電極物質でＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ｎｉ／Ａｕを蒸着させた後、空気雰囲気で熱処理して得られた電気的な特性のＩ−Ｖ測定結果を示すグラフである。
【図８】高品位電極として備えなければならない光透過度を測定するため、高温用の石英上にＺｎ−Ｎｉ合金または固溶体／Ａｕを蒸着した後、熱処理して得られた光透過度の結果を示すグラフである。
【図９】４〜５ｘ１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型ＧａＮ上部にＺｎ−Ｍｇ合金または固溶体／Ａｕを蒸着させた後、空気雰囲気で熱処理の前後で得られた電気的測定結果を示すグラフである。
【図１０】緑色ＩｎＧａＮ  ＬＥＤのｐ型電極物質でＺｎ−Ｍｇ合金または固溶体／Ａｕを蒸着させた後、空気雰囲気で熱処理して得られた電気的な特性のＩ−Ｖ測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
４、２０    ｐ型電極
６          ｎ−電極
４１        第１電極層
４２        第２電極層。
【図１Ａ】
2005136415.tif 000003
【図１Ｂ】
2005136415.tif 000004
【図２Ａ】
2005136415.tif 000005
【図２Ｂ】
2005136415.tif 000006
【図３】
2005136415.tif 000007
【図４】
2005136415.tif 000008
【図５】
2005136415.tif 000009
【図６】
2005136415.tif 000010
【図７】
2005136415.tif 000011
【図８】
2005136415.tif 000012
【図９】
2005136415.tif 000013
【図１０】
2005136415.tif 000014