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JP2803741B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体の電極形成方法 - Google Patents
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JP2803741B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体の電極形成方法 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体の電極形成方法

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JP2803741B2 JP8549293A JP8549293A JP2803741B2 JP 2803741 B2 JP2803741 B2 JP 2803741B2 JP 8549293 A JP8549293 A JP 8549293A JP 8549293 A JP8549293 A JP 8549293A JP 2803741 B2 JP2803741 B2 JP 2803741B2
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    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
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    • HELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般式InXAlYGa
1-X-YN(0≦X<1、0≦Y<1)で表される窒化ガリ
ウム系化合物半導体の電極形成方法に係り、特にn型窒
化ガリウム系化合物半導体、およびp型窒化ガリウム系
化合物半導体とオーミック接触が得られる電極の形成方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】GaN、GaAlN、InGaN、In
AlGaN等の窒化ガリウム系化合物半導体は{InX
AlYGa1-X-YN(0≦X<1、0≦Y<1)}は直接遷
移を有し、バンドギャップが1.95eV〜6eVまで
変化するため、発光ダイオード、レーザダイオード等、
発光素子の材料として有望視されている。この材料はノ
ンドープの状態、またはSi、Ge等のn型ドーパント
をドープすることによりn型特性を示すことが知られて
いる。一方、p型特性に関しては、最近になってp型ド
ーパントをドープした窒化ガリウム系化合物半導体をp
型とする技術が開発されp型窒化ガリウム系化合物半導
体が実現できるようになってきた。(例えば、特開平2
−257679号公報、特開平3−218325号公
報)
【0003】前記したようにp型窒化ガリウム系化合物
半導体が実現可能となると、発光出力の高いp−n接合
型の発光素子が求められる。p−n接合型の発光素子と
した場合、n型窒化ガリウム系化合物半導体、およびp
型窒化ガリウム系化合物半導体に形成される電極が、そ
れらの窒化ガリウム系化合物半導体とオーミック接触し
ていることが必要不可欠である。しかしながら、窒化ガ
リウム系化合物半導体の物性は、未だよく解明されてお
らず、オーミック接触が得ることのできる電極材料は未
だ知られていないのが実状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そのため、本発明はこ
のような事情を鑑み成されたものであり、その目的とす
るところは、p−n接合型の窒化ガリウム系化合物半導
体を利用した発光素子の発光出力、発光効率を向上させ
るため、窒化ガリウム系化合物半導体のn型層、および
p型層とオーミック接触が得られる電極の形成方法を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の電極形成方法
は、電子キャリア濃度1×1017/cm3以上のn型窒化
ガリウム系化合物半導体、または正孔キャリア濃度1×
1015/cm3以上のp型窒化ガリウム系化合物半導体
に、クロムおよび/またはニッケルを含む合金、または
該金属を付着した後、アニーリングすることを特徴とす
る。
【0006】本発明の電極形成方法において、特に重要
なことは、電極を形成するn型窒化ガリウム系化合物半
導体の電子キャリア濃度は1×1017/cm3以上必要と
することである。その濃度が1×1017/cm3より少な
いと、n型層と良好なオーミック接触が得られない。ま
た同じく、電極を形成するp型窒化ガリウム系化合物半
導体の正孔キャリア濃度は1×1015/cm3以上必要と
する。1×1015/cm3よりも少ないと同じくp型層と
良好なオーミック接触が得られない。
【0007】次に、n型窒化ガリウム系化合物半導体、
およびp型窒化ガリウム系化合物半導体に付着する電極
材料は、クロムおよび/またはニッケルを含む合金、ま
たはその金属にする必要がある。具体的な金属としては
Cr、Niそれぞれ単独、合金としてはAu、Pt、M
o、Ti、In、Gaより選択された少なくとも一種の
金属と、Crとの合金、またはNiとの合金、あるいは
Cr−Ni合金を使用することができ、特にCr、Ni
単独、またはCr−Ni合金、Cr−Au合金、Ni−
Au合金が好ましい。合金のCr、Niの含有率は特に
限定しないが、Cr、Niが多いほど好ましい。
【0008】上記電極材料を窒化ガリウム系化合物半導
体に付着させるには、蒸着法を好ましく用いることがで
き、予め合金化しておいた金属、金属単体を蒸着材料と
して付着させることができる。
【0009】アニーリングは電極材料と窒化ガリウム系
化合物半導体とをなじませるために行い、好ましく40
0℃以上の温度で行うことにより、上記電極材料をオー
ミック接触させることができる。またアニーリングは好
ましく窒素雰囲気中で行うことにより、窒化ガリウム系
化合物半導体中の窒素が分解して出て行くのを防ぐこと
ができ、結晶性を保つことができる。アニーリング温度
の上限は特に限定しないが、通常1100℃以下で行う
ことが好ましい。1100℃を超えると前記のように窒
化ガリウム系化合物半導体が分解しやすい傾向にあるか
らである。また、p型窒化ガリウム系化合物半導体は、
幅20μm以下で電極材料を付着した後、400℃以上
でアニーリングを行うことにより、p型窒化ガリウム系
化合物半導体の抵抗率が下がり、より好ましいp型を得
ることができる。
【0010】
【作用】図1は、それぞれ電子キャリア濃度の異なるS
iドープn型GaN層にCr−Ni合金よりなる電極を
付着して、500℃で15分間アニーリングした後、そ
れぞれのCr−Ni電極間の電流電圧特性を測定して、
n型GaN層と電極とのオーミック接触を調べた結果を
比較して示す図である。Aは2×1019/cm3、Bは1
×1018/cm3、Cは1×1017/cm3、Dは6×1016
/cm3の電子キャリア濃度を有するn型GaN層であ
る。A〜Dを比較してもわかるように、電子キャリア濃
度が高いn型GaN層では容易にオーミック接触が得ら
れ、1×1017/cm3ではまだオーミック接触が得られ
ているが、6×1016/cm3では完全に電圧と電流とが
直線関係になく、オーミック接触していないことがわか
る。
【0011】また、図2は、それぞれ正孔キャリア濃度
の異なるMgドープp型GaN層にCr−Ni合金より
なる電極を付着して、同じく500℃で15分間アニー
リングした後、それぞれのCr−Ni電極間の電流電圧
特性を測定して、p型GaN層と電極とのオーミック接
触を調べた結果を比較して示す図である。Eは1×10
17/cm3、Fは1×1016/cm3、Gは1×1015/c
m3、Hは5×1014/cm3の正孔キャリア濃度を有する
p型GaN層である。この図も同様に正孔キャリア濃度
1×1015/cm3付近にオーミック接触の限界値があ
り、それを下回るとオーミック接触を得ることが困難で
あることを示している。
【0012】さらに図3は、正孔キャリア濃度4×10
16/cm3のMgドープp型GaN層にNi−Cr合金を
付着した後、温度を変えて15分間アニーリングした場
合に、そのアニーリング温度によるp型GaN層と、電
極との電流電圧特性の関係をそれぞれ比較して示す図で
ある。Iはアニーリング前、Jは200℃、Kは300
℃、Lは400℃のアニーリング温度を示している。I
〜Lはアニーリング温度とp型GaN層とのオーミック
接触を示す図であるが、アニーリング温度によりp型G
aN層と電極との接触抵抗が減少し傾きが大きくなり、
また電圧に比例して電流値が増加しオーミック接触が得
られていることがわかる。従って、好ましいアニーリン
グ温度は400℃以上である。
【0013】
【実施例】[実施例1]MOCVD法を用い、サファイ
ア基板の上にGaNよりなるバッファ層を約200オン
グストロームと、その上にノンドープのGaN層を2μ
mの膜厚で成長させ、そのGaN層の上にMgをドープ
したGa0.9Al0.1N層を0.2μm成長させる。Mg
ドープGa0.9Al0.1N層成長後、基板をアニーリング
装置に入れ、窒素雰囲気中700℃で10分間アニーリ
ングし、MgドープGa0.9Al0.1N層をさらに低抵抗
化してp型とする。ホール測定の結果、このMgドープ
p型Ga0.9Al0.1N層の正孔キャリア濃度は1×10
17/cm3であった。
【0014】次に前記p型Ga0.9Al0.1N層表面にN
i−Au合金を蒸着した後、基板を同じくアニーリング
装置に入れ、窒素雰囲気中、500℃で10分間アニー
リングを行う。アニーリング終了後、電極間の電流電圧
特性を測定して、p型Ga0.9Al0.1N層と電極とのオ
ーミック接触を調べると、図2、Eと同一の直線が得ら
れ、オーミック接触が得られていることが確認された。
【0015】[実施例2]実施例1において、p型Ga
0.9Al0.1N層に蒸着する電極材料をCr−Au合金と
する他は同様にして電極を形成し、電流電圧特性を測定
したところ、同じく、図2、Eと同一の直線が得られ、
オーミック接触が確認された。
【0016】[実施例3]実施例1のノンドープGaN
層の上に、Siをドープしたn型In0.1Ga0.9N層を
0.2μm成長させた後、その上にNiの合金を蒸着し
て電極を付着する。なおこのSiドープIn0.1Ga0.9
N層の電子キャリア濃度は2×1019/cm3であった。
後は実施例1と同様にアニーリングした後、電極間の電
流電圧特性を測定して、Siドープn型In0.1Ga0.9
N層と電極とのオーミック接触を調べたところ、図1、
Aと同一の直線が得られ、オーミック接触が確認され
た。
【0017】[実施例4]実施例3において、Siドー
プn型In0.1Ga0.9N層中のSiドープ量を変え、そ
の電子キャリア濃度を1×1018/cm3とする他は同様
にしてNi電極を形成し、電流電圧特性を測定したとこ
ろ図1、Bと同一の直線が得られ、オーミック接触が確
認された。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法による
と、n型及びp型の窒化ガリウム系化合物半導体と電極
とのオーミック接触が得られるため、窒化ガリウム系化
合物半導体を積層してp−n接合の発光ダイオード、レ
ーザーダイオード等の発光素子を作成する際、その発光
素子の順方向電圧を下げ、発光効率を向上させることが
でき、産業上の利用価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 電子キャリア濃度が異なるn型GaN層と電
極との電流電圧特性の関係を比較して示す図。
【図2】 正孔キャリア濃度が異なるMgドープp型G
aN層と電極との電流電圧特性の関係を比較して示す
図。
【図3】 アニーリング温度によるp型GaN層と電極
との電流電圧特性の関係を比較して示す図。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−29771(JP,A) 特開 平4−213878(JP,A) 特開 平4−68579(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 33/00 H01S 3/18 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノンドープGaN層の上に成長された、
    電子キャリア濃度1×1017/cm3以上のn型窒化ガリ
    ウム系化合物半導体に、クロムおよび/またはニッケル
    を含む合金またはその金属を付着した後、アニーリング
    することにより、その電極とオーミック接触させること
    を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の電極形成方
    法。
  2. 【請求項2】 正孔キャリア濃度1×1015/cm3以上
    のMgをドープしたp型GaNに、クロムおよび/また
    はニッケルを含む合金またはその金属を付着した後、ア
    ニーリングすることにより、そのp型GaNの抵抗率を
    低下させ、その電極とオーミック接触させることを特徴
    とする窒化ガリウム系化合物半導体の電極形成方法。
  3. 【請求項3】 前記アニーリング温度は400℃以上で
    あることを特徴とする請求項1または2に記載の窒化ガ
    リウム系化合物半導体の電極形成方法。
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