(57)【要約】【課題】ＳｉＣ基板の光吸収が起こらないようにし、簡単な手法でＳｉＣ基板と窒化物半導体層とのオーミックコンタクトを取りやすくすることができる窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】不純物がドープされた導電性ＳｉＣ基板１の上面に、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂから一つの金属を選んで蒸着、もしくはスパッタで金属膜２を形成する。金属膜２が上面に形成されたＳｉＣ基板１を、高温アニ−ルする。高温アニ−ルによりＳｉＣ基板１と金属膜２との界面にオーミック接触領域３が形成される。この後、ＳｉＣ基板１のオーミック接触領域３が形成されている面上に窒化物半導体結晶を積層する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ＳｉＣ基板上に窒化物半導体結晶を積層した窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記窒化物半導体結晶を積層する側の導電性ＳｉＣ基板上にＮｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂのいずれかの金属を用いた金属膜を成膜してアニ−ル処理によりオーミック接触を形成した後、前記金属膜を除去し、前記導電性ＳｉＣ基板上に窒化物半導体結晶を積層することを特徴とする窒化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、窒化物半導体を使用した窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、照明、バックライト等用の光源として使われる青色ＬＥＤ、多色化で使用されるＬＥＤ、ＬＤ等に用いられている。窒化物半導体を使用した発光ダイオードは、緑域から紫外域に発光波長をもち、ディスプレイ用の光源として期待され、また、窒化物半導体を使用したレーザは、緑域から紫外域に発光波長をもち、特に４０５ｎｍ帯半導体レーザ等の開発が行われている。
【０００３】
窒化物半導体は、バルク単結晶の製造が困難なために、サファイア、ＳｉＣ等の異種基板の上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）を利用してＧａＮを成長させることが行われている。サファイア基板は、エピタキシャル成長工程の高温アンモニア雰囲気中の安定性にすぐれているので、成長用基板として特に用いられる。しかしながら、サファイア基板は絶縁性基板であり、導通がとれず、サファイア基板を挟んで電極を設けることができない。
【０００４】
したがって、サファイア基板上の窒化物半導体は、エピタキシャル成長後にｎ型窒化ガリウム層を露出するまでエッチングし、エッチングされた面にｎ型コンタクトを形成して、同一面側にｐ型とｎ型の二つの電極を設ける構造が一般的である。
【０００５】
上記のように同一面側にｐ型とｎ型の二つの電極を設ける構成とすると、ｎ電極に近接したメサ部分に電流が集中しやすいことにより、ＥＳＤ（静電破壊）電圧を上げることができない。また、活性層に均一に電流注入するのが難しく、活性層を均等に発光させるのが困難となる。さらに、同一面側で、ｐ電極とｎ電極の両方にワイヤボンディング用電極を必要とするため、いずれか一方のワイヤボンディング用電極を設ければ良い導電性基板上の窒化物半導体よりも有効発光面積を狭めてしまうとともに、チップ（素子）面積が大きくなり、同一のウエハから取れるチップ数が減少する。また、サファイアは硬度が高く、六方晶の結晶構造であるので、サファイアを成長用基板として用いた場合、サファイア基板をスクライブによりチップ分離する必要があり、製造工程が煩雑になり歩留まりが悪い。
【０００６】
そこで、導電性基板を用いて窒化物半導体層を挟んでｐ型とｎ型の二つの電極を対向するように設ける構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。この導電性基板には、窒化物半導体と格子整合する六方晶系のＳｉＣ基板が最も良く用いられる。ＳｉＣ基板はサファイアに比較するとＧａＮとの格子定数差が小さく（約３％）、放熱特性も良い。また、基板が導電性であるため、コンタクトが直接取れ、ｐ電極とｎ電極が向かい合った形の素子が作れ、組立て時にワイヤボンディングがいずれか一方の電極側だけで済み、同一のウエハから取れるチップ数が多くなる等の利点がある。
【特許文献１】特開平６−３２６４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来技術のように、導電性ＳｉＣ基板を用いて窒化物半導体発光素子を形成すると以下のような問題がある。通常、導電性ＳｉＣ基板は、ｎ型の不純物をドープしたＳｉＣが用いられる。ＳｉＣ基板上に積層する最初の窒化物半導体層としてバッファ層等があるが、このバッファ層は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等で構成されており、これらの半導体層とＳｉＣ基板とでは、バンドギャップの差が大きく、ＳｉＣ基板とのコンタクトは取りにくい。
【０００８】
そこで、バッファ層等の窒化物半導体層とのオーミックコンタクトを取りやすくするためにｎ型不純物のドープ量を増加させると、ＳｉＣ基板に色がつき、可視光を吸収してしまう。窒化物半導体発光素子の発光領域から全方位に放射された光の一部が、ＳｉＣ基板によって光吸収されるので、光の取出効率低下し、高輝度の発光素子を得ることができない。
【０００９】
一方、光吸収を減少させるために、ｎ型不純物のドープ量を下げると、ｎ電極との接触抵抗が大きくなるとともにＳｉＣ基板の比抵抗も上昇して、駆動電圧が上昇する。また、ＳｉＣ基板のキャリア濃度が小さいので、発光領域へのキャリア注入効率が低下して発光量が低下し、レーザにおいては発振しない場合もある。これらの問題を解決するためには、ＳｉＣ基板と窒化物半導体層との接触抵抗を低減しなければならない。接触抵抗を低減するためには、バンドギャップの差を小さくする必要があり、ＳｉＣ基板と窒化物半導体層との間にバンドギャップがＳｉＣ基板と窒化物半導体層との中間になるような半導体層をさらに設けて電流を流れやすくしたものがある。
【００１０】
しかし、この手法では、中間の半導体層を増やしていく必要があり、製造工程が煩雑になるとともに、素子の大きさも大きくなり、また、適切なバンドギャップを有する材料を見つけるのが困難な場合がある。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ＳｉＣ基板の光吸収が起こらないようにし、簡単な手法でＳｉＣ基板と窒化物半導体層とのオーミックコンタクトを取りやすくすることができる窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、導電性ＳｉＣ基板上に窒化物半導体結晶を積層した窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記窒化物半導体結晶を積層する側の導電性ＳｉＣ基板上にＮｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂのいずれかの金属を用いた金属膜を成膜してアニ−ル処理によりオーミック接触を形成した後、前記金属膜を除去し、前記導電性ＳｉＣ基板上に窒化物半導体結晶を積層することを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、窒化物半導体結晶を積層する側の導電性ＳｉＣ基板上にＮｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂのいずれかの金属を用いた金属膜を成膜してアニ−ル処理によりオーミック接触を形成した後に、金属膜を取り除き、窒化物半導体結晶を積層するようにしているので、ＳｉＣ基板と窒化物半導体結晶とのオーミックコンタクトを容易に取ることができ、また、導電性ＳｉＣ基板の不純物濃度を高くして接触抵抗を減少させる必要がなく、可視光吸収が起こらないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１〜図４は本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法を示す。
【００１５】
まず、導電性ＳｉＣ基板として、例えばｎ型不純物の窒素をドープしたｎ型ＳｉＣ基板を用意する。この導電性ＳｉＣ基板１には、不純物が１０１８ｃｍ−３以下、例えば１０１７ｃｍ−３台でドーピングされており、導電性ＳｉＣ基板１が可視光を吸収しないように構成されている。
【００１６】
ＳｉＣ基板１の上面に、図１に示すように、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂから一つの金属を選んで蒸着、もしくはスパッタで金属膜２を形成する。金属膜２の厚みは１０ｎｍ〜１μｍ望ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍで形成する。
【００１７】
金属膜２が上面に形成されたＳｉＣ基板１を、窒素雰囲気中１０００℃〜１４００℃で加熱する。このようにすることにより、ＳｉＣ基板１中のＳｉとＣとの結合が分断され、ＳｉＣ基板１と金属膜２との界面にＳｉと金属膜２で使用された金属との化合物シリサイドができ、オーミック接触領域３が形成される。ところで、オーミック接触領域３を形成する場合に、金属膜２には、上記Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂのうち一つの金属を用いているが、これらの金属は仕事関数が小さく、化合物を形成しやすい特徴を持っている。また、上記金属のうち、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄが蒸着法での取り扱いが簡単なのでより望ましい。
【００１８】
次に、図２に示すように、金属膜２をエッチングにより除去する。その後、図３に示すようにＭＯＣＶＤ法により窒化物半導体結晶４を形成する。
【００１９】
窒化物半導体結晶４をエピタキシャル成長させた後、蒸着、もしくはスパッタによりｎ電極６とｐ電極５を形成すると、図４に示す窒化物半導体発光素子が完成する。
【００２０】
可視光を吸収しないように低濃度で不純物がドーピングされている導電性ＳｉＣ基板と窒化物半導体結晶４を構成するＡｌＧａＮ半導体層、ＡｌＮ半導体層やＧａＮ半導体層等との界面では、通常、バンドギャップ差が大きく、界面のポテンシャルバリアが大きくなっているので、電流が流れにくくなって、駆動電圧の上昇等を招くものであるが、上記のように、ＳｉＣ基板１に熱アロイによりオーミック接触領域３を形成しているので、導電性ＳｉＣ基板とＡｌＧａＮ半導体層、ＡｌＮ半導体層やＧａＮ半導体層等との界面でのポテンシャルバリアを小さくすることができ、駆動電圧の上昇を防止することができる。
【００２１】
図４に示された窒化物半導体発光素子の一例として半導体レーザの構造を図５に示す。
【００２２】
まず、図１に示す方法で、導電性のｎ型ＳｉＣ基板１にオーミック接触領域３を形成し、その後、ＭＯＣＶＤ法で、ＳｉドープのＡｌＧａＮからなるｎ型バッファ層４３、ＳｉドープのＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層４４、ＳｉドープのＧａＮからなるｎ型光ガイド層４５、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ又はＩｎＧａＮバリア層とを交互に積層した多重量子井戸構造で構成されたＭＱＷ活性層４６、ＭｇドープのＧａＮからなるｐ型光ガイド層４７、ＭｇドープのＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層４８、ＭｇドープのＧａＮからなるｐ型コンタクト層４９を順に形成する。最後にｐ電極５、ｎ電極６を蒸着又はスパッタにより形成する。ここで、ｎ型バッファ層４３〜ｐ型コンタクト層４９までが、図４に示す窒化物半導体結晶４に相当する。
【００２３】
ＡｌＧａＮで構成されたｎ型バッファ層４３と、ＡｌＧａＮで構成されたクラッド層４４、４８、ＧａＮで構成された光ガイド層４５、４７やコンタクト層４９及びＭＱＷ活性層４６中のバリア層等は、温度が１１００℃程度まで昇温して成長させるが、ＭＱＷ活性層４６中のＩｎＧａＮ井戸層については、７００℃〜８００℃の低温で成長させる。
【００２４】
上述したように、導電性のｎ型ＳｉＣ基板１にオーミック接触領域３を形成し、その上にＳｉドープのＡｌＧａＮで構成されたｎ型バッファ層４３を成膜するようにしているので、ＳｉＣ基板１とｎ型バッファ層４３との界面でのポテンシャルバリアを小さくすることができ、駆動電圧の上昇を防止することができる。
【００２５】
図６は、図４に示された窒化物半導体発光素子の一例としてＬＥＤの構造を示したものである。まず、図１に示す方法で、導電性のｎ型ＳｉＣ基板１にオーミック接触領域３を形成し、その後、ＭＯＣＶＤ法で、ｎ型窒化物半導体２２、活性層２３、ｐ型窒化物半導体２４を順に形成する。
【００２６】
ｎ型窒化物半導体層２２は、例えば、ｎ型不純物ＳｉドープのＧａＮコンタクト層又はｎ型不純物ＳｉドープのＡｌＧａＮコンタクト層とｎ型不純物ＳｉドープのＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層とで構成される。発光領域としての活性層２３は、一例として、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ又はＩｎＧａＮバリア層を交互に積層した多重量子井戸構造が用いられる。ｐ型窒化物半導体層２４は、例えば、ｐ型不純物ＭｇドープのＡｌＧａＮ電子バリア層とｐ型不純物ＭｇドープのＧａＮコンタクト層との積層により構成される。最後にｐ電極２５、ｎ電極２６を蒸着又はスパッタにより形成する。
【００２７】
ｎ型窒化物半導体２２と活性層２３とｐ型窒化物半導体２４におけるＧａＮ層やＡｌＧａＮ層は、１１００℃程度の温度まで昇温して成長させるが、ＭＱＷ活性層４６中のＩｎＧａＮ井戸層やＳｉドープのＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層のＩｎＧａＮ層については、７００℃〜８００℃の低温で成長させる。
【００２８】
上述したように、導電性のｎ型ＳｉＣ基板１にオーミック接触領域３を形成し、その上にｎ型ＧａＮコンタクト層又はｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層を成膜するようにしているので、ＳｉＣ基板１とｎ型ＧａＮコンタクト層又はｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層との界面でのポテンシャルバリアを小さくすることができ、駆動電圧の上昇を防止することができる。
【００２９】
また、導電性ＳｉＣ基板１には、ｎ型の不純物が可視光を吸収しない濃度でドーピングされているので、活性層２３から放射された光は、ＳｉＣ基板１で吸収されることなく、外部に取り出すことができ、オーミック接触領域３の形成により光取出効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明における窒化物半導体発光素子の製造方法の最初の製造工程を示す図である。
【図２】窒化物半導体発光素子の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３】窒化物半導体発光素子の製造方法の製造工程を示す図である。
【図４】窒化物半導体発光素子の製造方法の製造工程を示す図である。
【図５】窒化物半導体発光素子の一例として半導体レーザの構造を示す図である。
【図６】窒化物半導体発光素子の一例としてＬＥＤの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    ＳｉＣ基板
２    金属膜
３    オーミック接触領域
４    窒化物半導体結晶
５    ｐ電極
６    ｎ電極
【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】
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【図６】
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