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JPH10173226A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

Info

Publication number
JPH10173226A
JPH10173226A JP32633296A JP32633296A JPH10173226A JP H10173226 A JPH10173226 A JP H10173226A JP 32633296 A JP32633296 A JP 32633296A JP 32633296 A JP32633296 A JP 32633296A JP H10173226 A JPH10173226 A JP H10173226A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type layer
semiconductor
electrode
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP32633296A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayuki Sonobe
雅之 園部
Shunji Nakada
俊次 中田
Yukio Shakuda
幸男 尺田
Takeshi Tsutsui
毅 筒井
Norikazu Ito
範和 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP32633296A priority Critical patent/JPH10173226A/ja
Publication of JPH10173226A publication Critical patent/JPH10173226A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チッ化ガリウム系化合物半導体の積層体から
なる半導体発光素子において、n側電極とn形層との接
着力およびオーミックコンタクト特性を改良した電極構
造を提供する。 【解決手段】 基板1と、該基板上に設けられるチッ化
ガリウム系化合物半導体からなるn形層3およびp形層
5を含む半導体積層部と、前記n形層およびp形層にそ
れぞれ設けられる電極8、9とからなり、前記n形層に
設けられる電極が、該n形層上に設けられる金属薄膜9
aを介してTiおよびAlの合金もしくは積層体または
Ti/Auの積層体からなる金属層9bで形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は基板上に、チッ化ガ
リウム系化合物半導体が積層される青色系(紫外線から
黄色)の光を発生する半導体発光素子に関する。さらに
詳しくは、n形層に設けられる電極のオーミックコンタ
クトおよび接着強度を向上させた半導体発光素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、青色系の光を発光する半導体発光
素子は、たとえば図2に示されるような構造になってい
る。すなわち、サファイア基板21上にたとえばGaN
からなる低温バッファ層22と、高温でn形のGaNが
エピタキシャル成長されたn形層(クラッド層)23
と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより
も小さく発光波長を定める材料、たとえばInGaN系
(InとGaの比率が種々変わり得ることを意味する、
以下同じ)化合物半導体からなる活性層(発光層)24
と、p形のGaNからなるp形層(クラッド層)25と
からなり、その表面にp側(上部)電極28が設けら
れ、積層された半導体層の一部がエッチングされて露出
したn形層23の表面にn側(下部)電極29が設けら
れることにより形成されている。なお、n形層23およ
びp形層25はキャリアの閉じ込め効果を向上させるた
め、活性層23側にAlGaN系(AlとGaの比率が
種々変わり得ることを意味する、以下同じ)化合物半導
体層が用いられることが多い。
【0003】この構造で、p側電極28はTiおよびA
uの積層構造で形成され、n側電極29はTiとAlが
それぞれ積層されて合金化された金属層により形成され
ている。p側電極28は積層された半導体層の表面に設
けられるNiおよびAuの合金からなる拡散メタル層
(図示せず)を介して設けられる場合もある。このp側
電極28はp形層のドーパントとの関係で、いかなる金
属を用いても充分なオーミックコンタクトが得られない
と考えられている。一方、n側電極29はn型層23の
表面に直接設けられているが、TiおよびAlの合金に
より充分なオーミックコンタクトが得られると考えられ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】p側電極に比べればn
側電極のオーミックコンタクトは良好であるが、チッ化
ガリウム系化合物半導体層とのオーミックコンタクトは
n側電極においても充分ではなく、また半導体層との接
着力も充分ではなく剥離する場合もある。したがって、
p側電極のオーミックコンタクトの改良もさることなが
ら、n側電極においても、オーミックコンタクトを向上
させることにより、動作抵抗を下げることができる。
【0005】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、チッ化ガリウム系化合物半導体の積層体を有す
る半導体発光素子において、n側電極とn形層との接着
力およびオーミックコンタクト特性を改良した電極構造
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、基板と、該基板上に設けられるチッ化ガリウム
系化合物半導体からなるn形層およびp形層を含む半導
体積層部と、前記n形層およびp形層にそれぞれ接続し
て設けられる電極とからなり、前記n形層に設けられる
電極が、該n形層に設けられる金属薄膜を介してTiと
Alの合金もしくは積層体またはTiとAuの積層体か
らなる金属層で形成されている。前記金属薄膜は、電極
の密着性を向上させるためのもので、5〜50nm程度
に形成され、半導体層の表面上に合金化して積層されて
いてもよい。たとえばNi-Au合金、Au-Ge-Ni
合金、Zn-Ni合金、In-Ni合金、In-Zn合
金、In-Zn-Ni合金、Ti-Al合金およびNiの
群からなる少なくとも1種の金属を使用することがで
き、たとえばNiとAuをそれぞれ5nm程度づつ成膜
し、シンターすることにより半導体層の表面から2〜7
nm程度の厚さに形成される。
【0007】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のGaとV族元素のNとの化合物または
III 族元素のGaの一部がAl、Inなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび/またはV族元素のNの一部
がP、Asなどの他のV族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。
【0008】前記金属薄膜が設けられる前記n形層の表
面が、10〜40nmの表面粗さに形成されることによ
り、n形層の半導体層と電極の金属層との接触面積が増
加し、抵抗値が下がると共に接着力も増加する。このn
形層の表面粗さを粗くすることは、前述の金属薄膜層を
介しない従来の構造に適用しても、オーミックコンタク
ト特性および接着力の向上が得られる。
【0009】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子について説明をする。図1には、青
色系の発光に適したチッ化ガリウム系化合物半導体層が
サファイア基板上に積層される本発明の半導体発光素子
の一実施形態の断面説明図が示されている。
【0010】本発明の半導体発光素子は、図1に示され
るように、たとえばサファイア(Al2 3 単結晶)な
どからなる基板1の表面に発光領域を形成する半導体層
2〜5が積層されて、その表面に拡散メタル層7を介し
てp側電極(上部電極)8が形成されている。また、積
層された半導体層3〜5の一部が除去されて露出したn
形層3にn側電極(下部電極)9が形成されている。本
発明では、このn側電極9が、後述するように金属薄膜
9aと金属層9bとからなっている。拡散メタル層7
は、たとえばNiとAuとの合金からなり、発光層で発
光した光を透過させられるように、2〜100nm程度
と薄く形成され、p側電極8はたとえばTi/Auの積
層体からなっており、0.5〜1μm程度に厚く形成さ
れている。
【0011】基板1上に積層される半導体層は、たとえ
ばGaNからなる低温バッファ層2が0.01〜0.2μ
m程度堆積され、ついでクラッド層となるn形層3が1
〜5μm程度堆積され、さらに、バンドギャップエネル
ギーがクラッド層のそれよりも小さくなる材料、たとえ
ばInGaN系化合物半導体からなる活性層4が0.0
5〜0.3μm程度、p形のAlGaN系化合物半導体
層5aおよびGaN層5bからなるp形層(クラッド
層)5が0.2〜1μm程度、それぞれ順次積層される
ことにより構成されている。なお、p形層5はAlGa
N系化合物半導体層5aとGaN層5bとの複層になっ
ているが、キャリアの閉じ込め効果の点からAlを含む
層が設けられることが好ましいためで、GaN層だけで
もよい。また、n形層3にもAlGaN系化合物半導体
層を設けて複層にしてもよく、またこれらを他のチッ化
ガリウム系化合物半導体層で形成することもできる。さ
らに、この例では、n形層3とp形層5とで活性層4が
挟持されたダブルヘテロ接合構造であるが、n形層とp
形層とが直接接合するpn接合構造のものでもよい。
【0012】本発明の半導体発光素子では、前述のよう
に、n側電極9が、金属薄膜9aと、TiとAlとの合
金などからなる金属層9bの積層構造からなっている。
この金属薄膜9aは、たとえばNiおよびAuをそれぞ
れ5nmづつ成膜してシンターすることにより、n形層
3の半導体層にも一部が浸透し、全体で2〜7nm程度
の薄い膜で形成されている。その上に、たとえばTiを
0.1μm程度、Alを0.3μm程度それぞれ成膜して
電極形状にパターニングしてから合金化させることによ
り、0.3〜0.4μm程度の厚さに形成されている。金
属層9bは、TiとAlの合金でなくても、Ti/Al
の積層体またはTi/Auの積層体でも前述の金属薄膜
9aを介することにより、オーミックコンタクトおよび
接着性が向上する。
【0013】さらに、本発明の半導体発光素子では、図
示されていないが後述するように、n側電極9が設けら
れるn形層3の表面が、10〜40nmの表面粗さにな
るようにエッチングされて、その表面にn側電極9が設
けられている。
【0014】つぎに、本発明の半導体発光素子のn側電
極9によれば、オーミックコンタクト特性が良好で、か
つ、n形層3との接着力が大きくなる理由について説明
をする。従来、SiがドープされたGaNなどのチッ化
ガリウム系化合物半導体と良好なオーミックコンタクト
を得るためには、その表面にTiとAlの合金で形成さ
れるのが一番好ましいと考えられていた。しかし、本発
明者らがさらなるオーミックコンタクト特性の向上と、
電極金属とn形層3との接着力を向上させるため、鋭意
検討を重ねた結果、TiおよびAlの合金層とn形層3
との間に薄い金属薄膜を介在させることにより、そのオ
ーミックコンタクト特性および接着力が向上することを
見出したものである。これは、金属薄膜9aが電極の密
着性向上の役割を果たし、電極ハガレを防止するためと
考えられる。
【0015】このように、金属薄膜9aは電極の密着性
を向上するためのものであるため、薄い金属薄膜が介在
されておればよく、半導体層の表面に盛り上がるほど設
けられていなくても、半導体層の表面に合金化された分
だけで、その表面に突出する部分を王水などにより除去
されていてもよい。さらに、前述のNiとAuの合金で
なくても、Au-Ge-Ni、Zn-Ni、In-Ni、I
n-Zn、In-Zn-Ni、Ti-Alなどの合金やNi
などの他の金属からなる薄膜でも同様に好結果が得られ
た。
【0016】また、n形層3の表面粗さが粗く形成され
ていることにより、n側電極9とn形層3との接触面積
が大きくなり、接着力およびオーミックコンタクト特性
が向上する。
【0017】つぎに、図1に示される半導体発光素子の
製法について説明をする。
【0018】有機金属化学気相成長法(MOCVD法)
により、キャリアガスのH2 と共にトリメチリガリウム
(TMG)、アンモニア(以下、NH3 という)などの
反応ガスおよびn形にする場合のドーパントガスとして
のSiH4 などを供給して、まず、たとえばサファイア
からなる絶縁基板1上に、たとえば400〜600℃程
度の低温で、GaN層からなる低温バッファ層2を0.
01〜0.2μm程度程度、同じ組成でn形のn形層
(クラッド層)3を1〜5μm程度成膜する。さらにド
ーパントガスを止めて、反応ガスとしてトリメチルイン
ジウム(以下、TMInという)を追加し、InGaN
系化合物半導体からなる活性層4を0.05〜0.3μm
程度成膜する。
【0019】ついで、反応ガスのTMInをトリメチル
アルミニウム(以下、TMAという)に変更し、ドーパ
ントガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム(C
2Mg)またはジメチル亜鉛(DMZn)を導入し
て、p形のAlGaN系化合物半導体層5aを0.1〜
0.5μm程度、さらに再度反応ガのをTMAを止めて
p形のGaN層5bを0.1〜0.5μm程度それぞれ積
層し、p形層5を形成する。
【0020】その後、表面にSiNなどの保護膜を設け
てp形ドーパントの活性化のため、400〜800℃程
度で10〜60分程度のアニールを行い、たとえばNi
およびAuを蒸着してシンターすることにより拡散メタ
ル層7を2〜100nm程度形成する。ついで、n側電
極9を形成するためn形層3が露出するように、積層さ
れた半導体層の一部を塩素ガスなどによる反応性イオン
エッチングによりエッチングをする。このエッチングの
際に、イオンの加速電圧をたとえば通常の500Vから
700V程度に高くすることにより、エッチングされる
半導体層の表面が粗くなり、表面粗さが10〜40nm
程度の粗さにすることができる。
【0021】つぎに、露出したn形層3の表面にNiお
よびAuをそれぞれ5nm程度づつ真空蒸着により付着
し、300〜500℃程度で5〜15分程度の熱処理を
行いシンターする。その結果、NiとAuは合金化し、
その一部は半導体層に侵入してその表面には2〜7nm
程度の厚さになる。このn形層3の表面に盛り上がる合
金の薄膜は王水などによりエッチングをして除去しても
よい。エッチングをする場合でも、n側電極9を設ける
部分の少なくとも半導体層に侵入した合金層の薄膜部分
は残るようにする。その後、さらにn側電極金属のTi
およびAlをそれぞれ0.1μm程度と0.3μm程度づ
つ真空蒸着などにより成膜し、さらにp側電極のために
拡散メタル層7上にTiとAuをそれぞれ真空蒸着し、
300〜500℃程度で5〜15分程度シンターするこ
とにより、上部電極8および下部電極9を形成する。そ
の結果、図1に示される半導体発光素子が得られる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、n側電極のオーミック
コンタクト特性および半導体層との接着力が向上し、順
方向電圧を低くすることができると共に、剥離などが生
じることがなく、信頼性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面説
明図である。
【図2】従来の半導体発光素子の一例の斜視説明図であ
る。
【符号の説明】
1 基板 3 n形層 4 活性層 5 p形層 8 p側電極 9 n側電極 9a 金属薄膜 9b 金属層
フロントページの続き (72)発明者 筒井 毅 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 (72)発明者 伊藤 範和 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上に設けられるチッ化ガ
    リウム系化合物半導体からなるn形層およびp形層を含
    む半導体積層部と、前記n形層およびp形層にそれぞれ
    接続して設けられる電極とからなり、前記n形層に設け
    られる電極が、該n形層上に設けられる金属薄膜を介し
    てTiとAlの合金もしくは積層体またはTiとAuの
    積層体からなる金属層で形成されてなる半導体発光素
    子。
  2. 【請求項2】 前記金属薄膜が、Ni-Au合金、Au-
    Ge-Ni合金、Zn-Ni合金、In-Ni合金、In-
    Zn合金、In-Zn-Ni合金、Ti-Al合金および
    Niの群からなる少なくとも1種の金属からなる請求項
    1記載の半導体発光素子。
  3. 【請求項3】 前記金属薄膜が設けられる前記n形層の
    表面が、10〜40nmの表面粗さに形成されてなる請
    求項1または2記載の半導体発光素子。
  4. 【請求項4】 基板と、該基板上に設けられるチッ化ガ
    リウム系化合物半導体からなるn形層およびp形層を含
    む半導体積層部と、前記n形層およびp形層にそれぞれ
    接続して設けられる電極とからなり、前記電極が設けら
    れるn形層の表面が、10〜40nmの表面粗さに形成
    されてなる半導体発光素子。
JP32633296A 1996-12-06 1996-12-06 半導体発光素子 Pending JPH10173226A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005136415A (ja) * 2003-10-27 2005-05-26 Samsung Electronics Co Ltd 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
KR100675220B1 (ko) * 2005-05-18 2007-01-29 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 발광소자
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