JP7679074B2 - Semiconductor light emitting device, method for fabricating semiconductor light emitting device, and contact structure - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光デバイス、半導体発光デバイスを作製する方法、及びコンタクト構造に関する。 The present invention relates to a semiconductor light-emitting device, a method for fabricating a semiconductor light-emitting device, and a contact structure.
特許文献1は、光半導体素子を開示する。この光半導体素子は、エッチングにより露出された組成傾斜層と、該組成傾斜層に直接に接触を成すn側電極とを備える。 Patent Document 1 discloses an optical semiconductor element. This optical semiconductor element includes a compositionally graded layer exposed by etching and an n-side electrode that is in direct contact with the compositionally graded layer.
特許文献2は、窒化物半導体発光素子を開示する。この窒化物半導体発光素子は、n-コンタクト層と、該n-コンタクト層上に設けられたAlyGa1-yN材料層(0≦y≦0.5、固定のAl組成)と、AlyGa1-yN材料層に直接に接触を成すn側電極とを備える。 Patent Document 2 discloses a nitride semiconductor light-emitting device that includes an n-contact layer, an Al y Ga 1-y N material layer (0≦y≦0.5, fixed Al composition) provided on the n-contact layer, and an n-side electrode that is in direct contact with the Al y Ga 1-y N material layer.
特許文献3は、窒化物半導体紫外線発光素子を開示する。この窒化物半導体紫外線発光素子は、n型クラッド層より小さいAlNモル分率を有しn型クラッド層とn電極の間に設けられたn型コンタクト層を有する。 Patent Document 3 discloses a nitride semiconductor ultraviolet light emitting device. This nitride semiconductor ultraviolet light emitting device has an n-type contact layer that has a smaller AlN mole fraction than the n-type cladding layer and is provided between the n-type cladding layer and the n-electrode.
特許文献4は、電子ブロック層からp型コンタクト層に向かって漸減するAl組成を有するp型クラッド層を開示する。 Patent document 4 discloses a p-type cladding layer with an Al composition that gradually decreases from the electron blocking layer to the p-type contact layer.
特許文献5は、窒化物半導体発光素子を開示する。この窒化物半導体発光素子は、キャリア防壁層に接する面から第二III族窒化物半導体層に接する面に向けて減少するAl組成yを有する組成傾斜層を備える。 Patent Document 5 discloses a nitride semiconductor light-emitting device. This nitride semiconductor light-emitting device includes a compositionally graded layer having an Al composition y that decreases from the surface in contact with the carrier barrier layer toward the surface in contact with the second group III nitride semiconductor layer.
III族窒化物を用いる半導体発光デバイスは、青色の波長及びこれより長い波長領域では、GaN(窒化ガリウム)バリア層及びInGaN井戸層を含む活性層を有し、またサファイア基板上のGaNテンプレート層又はGaN基板上に作製される。これに対して、紫外線の波長領域では、半導体発光デバイスは、例えばAlGaNバリア層及びAlGaN井戸層を含む活性層を有し、またサファイア基板上のAlN(窒化アルミニウム)テンプレート層又はAlN基板上に作製される。 In the blue and longer wavelength regions, semiconductor light-emitting devices using group III nitrides have an active layer including a GaN (gallium nitride) barrier layer and an InGaN well layer, and are fabricated on a GaN template layer on a sapphire substrate or a GaN substrate. In contrast, in the ultraviolet wavelength region, semiconductor light-emitting devices have an active layer including, for example, an AlGaN barrier layer and an AlGaN well layer, and are fabricated on an AlN (aluminum nitride) template layer on a sapphire substrate or an AlN substrate.
例えば青色半導体レーザを電気的な側面から検討すると、n型半導体には、シリコンを添加したGaNによる低抵抗が提供される。一方で、p型半導体には、マグネシウムドーパント及びAlGaNを用いることに起因して、n型半導体に比べて高い電気抵抗が提供される。 For example, when considering a blue semiconductor laser from an electrical perspective, the n-type semiconductor is provided with low resistance due to the silicon-doped GaN. On the other hand, the p-type semiconductor is provided with higher electrical resistance than the n-type semiconductor due to the use of magnesium dopants and AlGaN.
紫外線、例えば深紫外波長領域の発光を提供する半導体発光デバイスを電気的な側面から検討すると、p型半導体には、青色半導体レーザのAlGaNに比べて大きなAl組成のAlGaNにマグネシウムを添加する。n型半導体には、ドーパントとしてシリコンを引き続き利用できるけれども、AlNテンプレート層又はAlN基板を用いることに起因して、ベースとなる半導体は、高いAl組成のAlGaN又はAlNにGaNから変更される。 When considering a semiconductor light-emitting device that provides ultraviolet, e.g., deep ultraviolet, wavelength region light emission from an electrical perspective, magnesium is added to AlGaN with a large Al composition compared to the AlGaN of blue semiconductor lasers for the p-type semiconductor. Although silicon can still be used as a dopant for the n-type semiconductor, the base semiconductor is changed from GaN to AlGaN or AlN with a high Al composition due to the use of an AlN template layer or an AlN substrate.
n型半導体の観点で青色発光デバイス及び紫外線発光デバイスを比較すると、青色発光デバイス、特に半導体レーザでは、キャリア閉じ込めを達成するために、基板のGaN半導体から活性層に向けてAl組成を高めている。一方、紫外線発光デバイス、例えば深紫外発光ダイオードでは、活性層の発光波長を可能にするAl組成のために、基板のAlN半導体から活性層に向けてAl組成を下げていく。 Comparing blue light-emitting devices and ultraviolet light-emitting devices from the perspective of n-type semiconductors, in blue light-emitting devices, particularly semiconductor lasers, the Al composition is increased from the GaN semiconductor substrate toward the active layer to achieve carrier confinement. On the other hand, in ultraviolet light-emitting devices, such as deep ultraviolet light-emitting diodes, the Al composition is decreased from the AlN semiconductor substrate toward the active layer to achieve an Al composition that enables the emission wavelength of the active layer.
このように、深紫外波長の半導体発光デバイスは、長波長の青色発光デバイスとは異なる材料環境において開発されている。 Thus, deep-ultraviolet semiconductor light-emitting devices are being developed in a different material environment than longer-wavelength blue light-emitting devices.
特許文献1は、組成傾斜層に直接に接触を成すn側金属電極を形成することを開示する。特許文献1の光半導体素子では、n側電極が接触を成す組成傾斜層表面は、エッチングにより形成される。エッチング量の製造ばらつきは、n側金属電極が接触を成す組成傾斜層表面のAl組成を面内及びロット毎に変化させる。 Patent Document 1 discloses the formation of an n-side metal electrode that makes direct contact with the compositionally graded layer. In the optical semiconductor element of Patent Document 1, the compositionally graded layer surface with which the n-side electrode makes contact is formed by etching. Manufacturing variations in the amount of etching cause the Al composition of the compositionally graded layer surface with which the n-side metal electrode makes contact to vary within the plane and from lot to lot.
特許文献2は、n-コンタクト層上に設けられた固定Al組成のAlGaN材料層に直接に接触を成すようにn側電極を形成することを開示する。特許文献3は、n型クラッド層上に設けられn型クラッド層より小さいAlNモル分率を有するn型コンタクト層に直接に接触を成すようにn側電極を形成することを開示する。特許文献4は、素子寿命の改善のために、p型クラッド層のAl組成を漸減することを教示する。特許文献2から特許文献4のいずれも、n側の組成傾斜層を教示しない。 Patent Document 2 discloses forming an n-side electrode in direct contact with an AlGaN material layer of fixed Al composition provided on an n-contact layer. Patent Document 3 discloses forming an n-side electrode in direct contact with an n-contact layer provided on an n-cladding layer and having a smaller AlN mole fraction than the n-cladding layer. Patent Document 4 teaches gradually decreasing the Al composition of the p-cladding layer to improve device life. None of Patent Documents 2 to 4 teach an n-side composition-graded layer.
本発明は、上述した課題に鑑み、広いAl組成の範囲において良好な電気的特性を提供できるn側コンタクト構造を有する半導体発光デバイス、半導体発光デバイスを作製する方法、コンタクト構造を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, the present invention aims to provide a semiconductor light-emitting device having an n-side contact structure that can provide good electrical characteristics over a wide range of Al compositions, a method for fabricating a semiconductor light-emitting device, and a contact structure.
本発明の第一側面は、半導体発光デバイスであって、該半導体発光デバイスは、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物半導体を備えるn型半導体層と、前記n型半導体層の上に設けられたp型半導体層と、前記n型半導体層の上に設けられたIII族窒化物半導体を含み深紫外光を発生可能な活性層と、前記n型半導体層の上に設けられIII族構成元素としてガリウムを含むIII族窒化物半導体のn型コンタクト層と、前記n型半導体層の上に設けられIII族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含むIII族窒化物半導体のn型中間領域と、金属を含むn-電極と、を備え、前記n型中間領域は、前記n型コンタクト層と前記n型半導体層との間に設けられ、前記n型コンタクト層は、前記n型中間領域と前記n-電極との間に設けられ、前記n型中間領域は、前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に単調に変化する(階段状に同じ方向に変化することも含む)Al組成Xを有し、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型コンタクト層の前記III族窒化物半導体のAl組成Yに等しい又はYより大きく、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yは、ゼロに等しい又はゼロより大きく、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層のAl組成Zに等しい又はZより小さく、前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層は、前記n型中間領域から前記n-電極へ向かう軸の方向に順に配列される。 A first aspect of the present invention is a semiconductor light-emitting device comprising: an n-type semiconductor layer comprising a group III nitride semiconductor containing aluminum as a group III constituent element; a p-type semiconductor layer provided on the n-type semiconductor layer; an active layer comprising a group III nitride semiconductor and capable of generating deep ultraviolet light provided on the n-type semiconductor layer; an n-type contact layer of a group III nitride semiconductor containing gallium as a group III constituent element provided on the n-type semiconductor layer; an n-type intermediate region of a group III nitride semiconductor containing gallium and aluminum as group III constituent elements provided on the n-type semiconductor layer; and an n-electrode containing a metal, the n-type intermediate region being provided between the n-type contact layer and the n-type semiconductor layer. The n-type contact layer is provided between the n-type intermediate region and the n-electrode, the n-type intermediate region has an Al composition X that changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer (including changing in the same direction in a step-like manner), the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or greater than the Al composition Y of the Group III nitride semiconductor of the n-type contact layer, the Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or greater than zero, the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or smaller than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer, and the n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer are sequentially arranged in the direction of the axis from the n-type intermediate region to the n-electrode.
本発明に係る第二側面は、半導体発光デバイスを作製する方法であって、前記半導体発光デバイスは、n型半導体層、活性層、及びp型半導体層を含み、前記活性層は、深紫外光を発生可能なIII族窒化物半導体を含み、前記方法は、基板の上に、III族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含みn型中間領域のための第1III族窒化物半導体層を成長することと、前記第1III族窒化物半導体層を成長した後に、前記基板の上に、III族構成元素としてガリウムを含みn型コンタクト層のための第2III族窒化物半導体層を成長することと、前記第2III族窒化物半導体層を成長した後に、前記基板の上に、金属を含むn-電極を形成することと、を備え、前記n型半導体層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、前記n型中間領域は、前記n型コンタクト層と前記n型半導体層との間に設けられ、前記n型コンタクト層は、前記n型中間領域と前記n-電極との間に設けられ、前記n型中間領域は、前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に単調に変化するAl組成Xを有し、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型コンタクト層の前記III族窒化物半導体のAl組成Yに等しい又はYより大きく、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yは、ゼロに等しい又はゼロより大きく、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層のAl組成Zに等しい又はZより小さく、前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層は、前記n型中間領域から前記n-電極へ向かう軸の方向に前記基板の上において順に配列される。 A second aspect of the present invention is a method for producing a semiconductor light-emitting device, the semiconductor light-emitting device including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, the active layer including a Group III nitride semiconductor capable of generating deep ultraviolet light, the method including: growing a first Group III nitride semiconductor layer for an n-type intermediate region containing gallium and aluminum as Group III constituent elements on a substrate; growing a second Group III nitride semiconductor layer for an n-type contact layer containing gallium as a Group III constituent element on the substrate after growing the first Group III nitride semiconductor layer; and forming an n-electrode including a metal on the substrate after growing the second Group III nitride semiconductor layer, the n-type semiconductor layer including aluminum as a Group III constituent element. The n-type intermediate region is provided between the n-type contact layer and the n-type semiconductor layer, the n-type contact layer is provided between the n-type intermediate region and the n-electrode, the n-type intermediate region has an Al composition X that changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer, the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or greater than the Al composition Y of the Group III nitride semiconductor of the n-type contact layer, the Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or greater than zero, the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or smaller than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer, and the n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer are sequentially arranged on the substrate in the direction of the axis from the n-type intermediate region to the n-electrode.
本発明に係る第三側面は、III族窒化物半導体デバイスのためのコンタクト構造であって、該コンタクト構造は、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物主面を提供する基板と、前記III族窒化物主面に接触を成し一又は複数のIII族窒化物半導体層を含む半導体領域と、前記半導体領域に接触を成すIII族窒化物半導体のn型半導体層と、前記n型半導体層の上に設けられIII族構成元素としてガリウムを含むIII族窒化物半導体のn型コンタクト層と、前記n型半導体層の上に設けられIII族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含むIII族窒化物半導体のn型中間領域と、金属を含むn-電極と、を備え、前記n型半導体層の前記III族窒化物半導体は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、前記n型半導体層は、前記基板と前記n型中間領域との間に設けられ、前記n型中間領域は、前記n型コンタクト層と前記n型半導体層との間に設けられ、前記n型コンタクト層は、前記n型中間領域と前記n-電極との間に設けられ、前記n型中間領域の前記III族窒化物半導体は、前記n型半導体層から前記n-電極への方向に単調に変化するAl組成Xを有し、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型コンタクト層の前記III族窒化物半導体のAl組成Yに等しい又はYより大きく、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yは、ゼロ以上であり、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層のAl組成Zに等しい又はZより小さい。 A third aspect of the present invention is a contact structure for a Group III nitride semiconductor device, the contact structure comprising: a substrate providing a Group III nitride primary surface containing aluminum as a Group III constituent element; a semiconductor region in contact with the Group III nitride primary surface and containing one or more Group III nitride semiconductor layers; an n-type semiconductor layer of a Group III nitride semiconductor in contact with the semiconductor region; an n-type contact layer of a Group III nitride semiconductor containing gallium as a Group III constituent element provided on the n-type semiconductor layer; an n-type intermediate region of a Group III nitride semiconductor containing gallium and aluminum as Group III constituent elements provided on the n-type semiconductor layer; and an n-electrode containing a metal, the Group III nitride semiconductor of the n-type semiconductor layer being I The n-type semiconductor layer contains aluminum as a group II constituent element, and is provided between the substrate and the n-type intermediate region, and the n-type intermediate region is provided between the n-type contact layer and the n-type semiconductor layer, and the n-type contact layer is provided between the n-type intermediate region and the n-electrode, and the group III nitride semiconductor of the n-type intermediate region has an Al composition X that changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-electrode, and the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or greater than the Al composition Y of the group III nitride semiconductor of the n-type contact layer, the Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or greater than zero, and the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or less than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer.
本発明の上記の側面によれば、広いAl組成の範囲において良好な電気的特性を提供できるn側コンタクト構造を有する半導体発光デバイス、半導体発光デバイスを作製する方法、コンタクト構造を提供できる。 The above aspects of the present invention provide a semiconductor light-emitting device having an n-side contact structure that can provide good electrical characteristics over a wide range of Al compositions, a method for fabricating a semiconductor light-emitting device, and a contact structure.
以下、図面を参照して本発明を実施するための各実施の形態について説明する。同一及類似のものは、同一又は類似の符号を付して、重複的な記述を省略する。 Each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Identical and similar parts are given the same or similar reference numerals, and redundant description will be omitted.
図1は、本発明の一実施の形態に係る窒化物デバイスを模式的に示す図面である。図2は、本発明の一実施の形態に係る窒化物デバイスの一実施例を示す図面である。図2には、図1のデバイス断面を示す断面線I-Iが描かれている。図3は、本発明の一実施の形態に係るコンタクト構造を模式的に示す図面である。 Figure 1 is a diagram showing a schematic diagram of a nitride device according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a diagram showing an example of a nitride device according to an embodiment of the present invention. In Figure 2, a cross-sectional line I-I is drawn, showing a cross section of the device in Figure 1. Figure 3 is a diagram showing a schematic diagram of a contact structure according to an embodiment of the present invention.
窒化物デバイスは、例えば発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、電子線励起による光源といった、発光のための活性層がIII族窒化物を備える発光デバイスであって、n型半導体層がIII族窒化物を備えることができ、更には、必要な場合にはp型半導体層がIII族窒化物を備えることができる。しかしながら、窒化物デバイスは、発光デバイスに限定されることなく、例えば高電子移動度トランジスタ(HEMT)、フォトディテクタ(PD)、表面弾性波素子、圧電素子といった、発光に関連しない電子デバイスを含むことができる。III族構成元素は、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、及びインジウム(In)を包含する。III族窒化物は、一又は複数のIII族構成元素(Al、Ga、及びInの少なくとも1つ)と窒素(N)との化合物である。 A nitride device is a light-emitting device in which an active layer for emitting light comprises a group III nitride, such as a light-emitting diode (LED), a laser diode (LD), or a light source excited by an electron beam, and the n-type semiconductor layer may comprise a group III nitride, and further, if necessary, the p-type semiconductor layer may comprise a group III nitride. However, the nitride device is not limited to a light-emitting device, and may include electronic devices not related to light emission, such as a high electron mobility transistor (HEMT), a photodetector (PD), a surface acoustic wave element, and a piezoelectric element. Group III elements include aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In). Group III nitrides are compounds of one or more group III elements (at least one of Al, Ga, and In) and nitrogen (N).
引き続く説明では、窒化物デバイス110は、限定ではなく例示として発光ダイオードの構造を有し、発光ダイオードは、半導体発光デバイスとして動作する。 In the following description, the nitride device 110 has the structure of a light emitting diode, by way of example and not limitation, and the light emitting diode operates as a semiconductor light emitting device.
窒化物デバイス110は、コンタクト構造111を有しており、コンタクト構造111は、n型半導体層125、n型コンタクト層127、n型中間領域129、及びn-電極131を備える。 The nitride device 110 has a contact structure 111, which includes an n-type semiconductor layer 125, an n-type contact layer 127, an n-type intermediate region 129, and an n-electrode 131.
n型半導体層125は、III族窒化物半導体を含む。n型半導体層125のIII族窒化物半導体は、III族構成元素としてアルミニウムを含む。n型コンタクト層127は、n型半導体層125上に設けられ、またIII族構成元素としてガリウムを含むIII族窒化物半導体を備える。n型中間領域129は、n型半導体層125上に設けられ、またIII族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含むIII族窒化物半導体を備える。n-電極131は、n型半導体層125、n型中間領域129、及びn型コンタクト層127上に設けられた金属を含む。 The n-type semiconductor layer 125 includes a group III nitride semiconductor. The group III nitride semiconductor of the n-type semiconductor layer 125 includes aluminum as a group III constituent element. The n-type contact layer 127 is provided on the n-type semiconductor layer 125 and includes a group III nitride semiconductor including gallium as a group III constituent element. The n-type intermediate region 129 is provided on the n-type semiconductor layer 125 and includes a group III nitride semiconductor including gallium and aluminum as group III constituent elements. The n-electrode 131 includes a metal provided on the n-type semiconductor layer 125, the n-type intermediate region 129, and the n-type contact layer 127.
n型中間領域129は、n型コンタクト層127とn型半導体層125との間に設けられる。n型コンタクト層127は、n型中間領域129とn-電極131との間に設けられる。 The n-type intermediate region 129 is provided between the n-type contact layer 127 and the n-type semiconductor layer 125. The n-type contact layer 127 is provided between the n-type intermediate region 129 and the n-electrode 131.
n型中間領域129のIII族窒化物半導体は、n型半導体層125からn-電極131への方向への軸Ax1の方向に単調に変化するAl組成Xを有することができる。単調に変化するAl組成は、n型半導体層125からn型コンタクト層127への方向に増加しない。n型中間領域129のAl組成Xは、n型コンタクト層127のIII族窒化物半導体のAl組成Y以上であり、n型コンタクト層127のAl組成Yは、ゼロ以上である。n型中間領域129のAl組成Xはn型半導体層125のAl組成Z以下である。 The group III nitride semiconductor of the n-type intermediate region 129 can have an Al composition X that varies monotonically in the direction of the axis Ax1 from the n-type semiconductor layer 125 to the n-electrode 131. The monotonically varying Al composition does not increase in the direction from the n-type semiconductor layer 125 to the n-type contact layer 127. The Al composition X of the n-type intermediate region 129 is equal to or greater than the Al composition Y of the group III nitride semiconductor of the n-type contact layer 127, and the Al composition Y of the n-type contact layer 127 is equal to or greater than zero. The Al composition X of the n-type intermediate region 129 is equal to or less than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer 125.
窒化物デバイス110によれば、n型半導体層125からn-電極131への方向に単調に変化するAl組成Xを有するn型中間領域129が、n型半導体層125にキャリアを提供するためのコンタクト構造111に良好な電気的特性を与える。コンタクト構造111では、n型中間領域129、n型コンタクト層127及びn-電極131の順に配列される。n型コンタクト層127のAl組成Yは、n型中間領域129のいずれのエリアのAl組成X以下である。また、n型半導体層125のAl組成Zは、n型中間領域129のいずれのエリアのAl組成X以上である。 In the nitride device 110, the n-type intermediate region 129 having an Al composition X that changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer 125 to the n-electrode 131 provides good electrical characteristics to the contact structure 111 for providing carriers to the n-type semiconductor layer 125. In the contact structure 111, the n-type intermediate region 129, the n-type contact layer 127, and the n-electrode 131 are arranged in this order. The Al composition Y of the n-type contact layer 127 is equal to or less than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region 129. In addition, the Al composition Z of the n-type semiconductor layer 125 is equal to or greater than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region 129.
n型中間領域129は、図1のAl組成プロファイルAl-Pに示されるように、傾斜組成GR及び階段組成STの少なくともいずれか一方を有することができる。n型中間領域129は、傾斜組成GR及び階段組成STを組み合わせたAl組成プロファイルを有していてもよい。傾斜組成GR及び階段組成STでは、n型中間領域129のAl組成Xがn型中間領域129の少なくとも一部分において、n型半導体層125からn型コンタクト層127への方向に減少する。窒化物デバイス110によれば、n型中間領域129において単調に変化するAl組成Xが、傾斜組成GR及び階段組成STによって提供される。 The n-type intermediate region 129 can have at least one of a graded composition GR and a stepwise composition ST, as shown in the Al composition profile Al-P in FIG. 1. The n-type intermediate region 129 may have an Al composition profile that combines the graded composition GR and the stepwise composition ST. In the graded composition GR and the stepwise composition ST, the Al composition X of the n-type intermediate region 129 decreases in the direction from the n-type semiconductor layer 125 to the n-type contact layer 127 in at least a portion of the n-type intermediate region 129. According to the nitride device 110, the graded composition GR and the stepwise composition ST provide a monotonically changing Al composition X in the n-type intermediate region 129.
限定ではなく例示として、n型中間領域129のAl組成Xは、n型中間領域129の全体にわたって、n型半導体層125からn-電極131への方向に単調に減少することができる。 By way of example and not limitation, the Al composition X of the n-type intermediate region 129 can decrease monotonically throughout the n-type intermediate region 129 in a direction from the n-type semiconductor layer 125 to the n-electrode 131.
具体的には、n型中間領域129は、例えばAlXGa1-XNを含むことができ、更に、III族構成元素としてインジウムを含むことができる。n型中間領域129のAl組成Xは、n型中間領域129の全体にわたってn型半導体層125からn型コンタクト層127への方向に減少する。窒化物デバイス110によれば、n型中間領域129は、n型半導体層125に関連する界面及びn型コンタクト層127に関連する界面を有しており、これらの界面のうち一方の界面から他方の界面に向けてAl組成Xが減少する。 Specifically, the n-type intermediate region 129 may include, for example, Al x Ga 1-x N, and may further include indium as a group III constituent element. The Al composition X of the n-type intermediate region 129 decreases throughout the n-type intermediate region 129 in a direction from the n-type semiconductor layer 125 to the n-type contact layer 127. According to the nitride device 110, the n-type intermediate region 129 has an interface associated with the n-type semiconductor layer 125 and an interface associated with the n-type contact layer 127, and the Al composition X decreases from one of these interfaces to the other.
n型中間領域129のAl組成Xは、n型コンタクト層127に関連する界面において終端Al組成を有する。終端Al組成は、n型コンタクト層127のAl組成(Al組成がゼロを含む)に等しい又はより大きくすることができる。限定ではなく例示として、この界面におけるAl組成差、例えば30%以下の組成差は、該界面における電圧上昇がほぼ0に抑えられるとい点で許容可能である。また、n型中間領域129の終端Al組成は、例えば20%以上であることができる。 The Al composition X of the n-type intermediate region 129 has a terminating Al composition at the interface associated with the n-type contact layer 127. The terminating Al composition can be equal to or greater than the Al composition of the n-type contact layer 127 (including an Al composition of zero). By way of example and not limitation, an Al composition difference at this interface, e.g., a composition difference of 30% or less, is acceptable in that the voltage rise at the interface is kept to approximately zero. Also, the terminating Al composition of the n-type intermediate region 129 can be, for example, 20% or more.
n型中間領域129のAl組成Xは、n型半導体層125に関連する界面において、出発Al組成を有する。出発Al組成は、n型半導体層125のAl組成に等しい又はより小さくすることができる。限定ではなく例示として、n型中間領域129の出発Al組成は、n型半導体層125の上面のAl組成に等しいことがよく、これにより、n型半導体層125に関連する界面付近における電子濃度の変化を小さくできる。限定ではなく例示として、この界面におけるAl組成差、例えば30%以下の組成差は、該界面における電圧上昇がほぼ0に抑えられるとい点で許容可能である。以下「限定ではなく例示として」と記載しない場合も数値は通常一定の範囲を許容するものであり、限定ではなく例示として示すものである。 The Al composition X of the n-type intermediate region 129 has a starting Al composition at the interface associated with the n-type semiconductor layer 125. The starting Al composition can be equal to or less than the Al composition of the n-type semiconductor layer 125. By way of example and not limitation, the starting Al composition of the n-type intermediate region 129 may be equal to the Al composition of the top surface of the n-type semiconductor layer 125, thereby reducing the change in electron concentration near the interface associated with the n-type semiconductor layer 125. By way of example and not limitation, an Al composition difference at this interface, for example a composition difference of 30% or less, is acceptable in that the voltage rise at the interface is suppressed to approximately zero. In the following description, even if the phrase "by way of example and not by way of limitation" is not used, the numerical values are generally allowed to be within a certain range, and are shown by way of example and not by way of limitation.
n型コンタクト層127は、n型GaN、n型AlGaN、及びn型InAlGaNの少なくとも1つを含むことができる。窒化物デバイス110によれば、n型コンタクト層127には、n型GaN、n型AlGaN、又はn型InAlGaNといった窒化ガリウム系半導体が提供されることができる。本実施例では、n型コンタクト層127は、n型GaN及び/又はn型AlGaNであることができ、そのAl組成は0%~40%であることができる。限定ではなく例示として、n型コンタクト層127は、例えば10~1000nmの厚さを有することができる。 The n-type contact layer 127 may include at least one of n-type GaN, n-type AlGaN, and n-type InAlGaN. According to the nitride device 110, the n-type contact layer 127 may be provided with a gallium nitride-based semiconductor such as n-type GaN, n-type AlGaN, or n-type InAlGaN. In this embodiment, the n-type contact layer 127 may be n-type GaN and/or n-type AlGaN, and the Al composition may be 0% to 40%. By way of example and not limitation, the n-type contact layer 127 may have a thickness of, for example, 10 to 1000 nm.
n型半導体層125のIII族窒化物半導体は、AlN、AlGaN及びInAlGaNの少なくともいずれか一つを含むことができる。窒化物デバイス110によれば、n型コンタクト層127及びn型中間領域129の下地として、AlN、AlGaN又はInAlGaNを用いることができる。本実施例は、n型半導体層125はn型AlGaNを含み、そのAl組成は60%~90%の範囲であることができる。また、n型半導体層125の上面のAl組成は60%~90%の範囲であることができる。n型半導体層125は、例えば100~5000nmの厚さを有することができる。 The group III nitride semiconductor of the n-type semiconductor layer 125 may include at least one of AlN, AlGaN, and InAlGaN. According to the nitride device 110, AlN, AlGaN, or InAlGaN may be used as the underlayer of the n-type contact layer 127 and the n-type intermediate region 129. In this embodiment, the n-type semiconductor layer 125 includes n-type AlGaN, and the Al composition may be in the range of 60% to 90%. The Al composition of the upper surface of the n-type semiconductor layer 125 may be in the range of 60% to 90%. The n-type semiconductor layer 125 may have a thickness of, for example, 100 to 5000 nm.
限定ではなく例示として、窒化物デバイス110は、活性層114及びp型半導体層121を更に備えることができる。活性層114及びp型半導体層121は、n型半導体層125及び基板133上に設けられる。 By way of example and not limitation, the nitride device 110 may further include an active layer 114 and a p-type semiconductor layer 121. The active layer 114 and the p-type semiconductor layer 121 are disposed on the n-type semiconductor layer 125 and the substrate 133.
活性層114は、深紫外光を発生可能であって、基板133上に設けられたIII族窒化物半導体を含む。深紫外光の波長は285nm以下の範囲にあることができ、例えば200nm以上であることができる。 The active layer 114 is capable of generating deep ultraviolet light and includes a group III nitride semiconductor provided on a substrate 133. The wavelength of the deep ultraviolet light can be in the range of 285 nm or less, for example, 200 nm or more.
具体的には、活性層114は、単一層のAlGaNからなることができ、或いは単一又は多重の量子井戸構造114aを有することができる。具体的には、井戸層114bは、アンドープAlGaNを含むことができバリア層114cは、アンドープAlGaNを含むことができる。井戸層114bとバリア層114cのいずれか一方または両方にSiがドーピングされていてもよい。バリア層114cのAlGaNは、井戸層114bのAlGaNより大きなバンドギャップを有する。バリア層114cは、必要な場合には、AlNを含むことができる。 Specifically, the active layer 114 may consist of a single layer of AlGaN, or may have a single or multiple quantum well structure 114a. Specifically, the well layer 114b may include undoped AlGaN, and the barrier layer 114c may include undoped AlGaN. Either or both of the well layer 114b and the barrier layer 114c may be doped with Si. The AlGaN of the barrier layer 114c has a larger band gap than the AlGaN of the well layer 114b. The barrier layer 114c may include AlN, if desired.
窒化物デバイス110によれば、285nm以下の波長の深紫外光では、高いAl組成の活性層114が必要であり、活性層114への電流経路も高いAl組成のIII族窒化物により形成される。高いAl組成のIII族窒化物への良好なn型のコンタクト構造111は、n型中間領域129、n型コンタクト層127及びn-電極131の組み合わせにより提供される。 According to the nitride device 110, for deep ultraviolet light with a wavelength of 285 nm or less, an active layer 114 with a high Al composition is required, and the current path to the active layer 114 is also formed by a group III nitride with a high Al composition. A good n-type contact structure 111 to the group III nitride with a high Al composition is provided by the combination of the n-type intermediate region 129, the n-type contact layer 127, and the n-electrode 131.
また、n型半導体層125から活性層114への方向に単調に変化するAl組成Xを有するn型中間領域129が、n型半導体層125を介して活性層114にキャリアを提供するためのコンタクト構造111に良好な電気的特性を与える。n型コンタクト層127のAl組成Yは、n型中間領域129のいずれのエリアのAl組成X以下である。また、n型半導体層125のAl組成Zは、n型中間領域129のいずれのエリアのAl組成X以上である。 The n-type intermediate region 129, which has an Al composition X that changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer 125 to the active layer 114, provides good electrical characteristics to the contact structure 111 for providing carriers to the active layer 114 via the n-type semiconductor layer 125. The Al composition Y of the n-type contact layer 127 is equal to or less than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region 129. The Al composition Z of the n-type semiconductor layer 125 is equal to or greater than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region 129.
必要な場合には、窒化物デバイス110は、さらに、基板133を備え,基板133は、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物主面133aを提供する。n型半導体層125は、基板133とn型中間領域129との間に設けられる。 Optionally, the nitride device 110 further comprises a substrate 133 providing a III-nitride primary surface 133a including aluminum as a group III constituent element. The n-type semiconductor layer 125 is disposed between the substrate 133 and the n-type intermediate region 129.
n型半導体層125は、基板133からn型コンタクト層127への方向(又はn型コンタクト層127からn-電極131への方向)に単調に変化する傾斜組成(GRと同一又は類似の構造)及び階段組成(STと同一又は類似の構造)の層の少なくともいずれか一方を有することができる。コンタクト構造111によれば、n型半導体層125は、単調に変化するAl組成を有することができ、単調に変化するAl組成は、基板133からn型コンタクト層127への方向に増加しない。また、単調に変化するAl組成は、n型半導体層125において、Al組成Xの最大値以上のAl組成を有する傾斜組成及び階段組成によって提供される。限定ではなく例示として、n型半導体層125は、基板133からn型コンタクト層127への方向(又はn型コンタクト層127からn-電極131への方向)に単調に減少するAl組成を有することができる。 The n-type semiconductor layer 125 may have at least one of a graded composition (structure identical or similar to GR) and a stepwise composition (structure identical or similar to ST) that changes monotonically in the direction from the substrate 133 to the n-type contact layer 127 (or from the n-type contact layer 127 to the n-electrode 131). According to the contact structure 111, the n-type semiconductor layer 125 may have a monotonically changing Al composition, and the monotonically changing Al composition does not increase in the direction from the substrate 133 to the n-type contact layer 127. Also, the monotonically changing Al composition is provided by a graded composition and a stepwise composition in the n-type semiconductor layer 125 having an Al composition equal to or greater than the maximum value of the Al composition X. By way of example and not limitation, the n-type semiconductor layer 125 may have an Al composition that decreases monotonically in the direction from the substrate 133 to the n-type contact layer 127 (or from the n-type contact layer 127 to the n-electrode 131).
限定ではなく例示として、コンタクト構造111によれば、n型半導体層125が単一Al組成を有すことができる。本件において「単一Al組成」の技術的意味は、Al組成の測定のばらつきを考慮して決定されるべきであって、Al組成の測定のばらつきは、例えばオージェ電子分光法において5%以下であることができる。或いは、窒化物デバイス110は、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含む半導体領域135を含み、半導体領域135は、III族窒化物主面133aに接触を成す。n型半導体層125のIII族窒化物半導体は、半導体領域135の主面135aに接触を成す。 By way of example and not limitation, the contact structure 111 can allow the n-type semiconductor layer 125 to have a single Al composition. The technical meaning of "single Al composition" in this case should be determined taking into account the measurement variability of the Al composition, which can be 5% or less, for example, by Auger electron spectroscopy. Alternatively, the nitride device 110 can include a semiconductor region 135 including one or more Group III nitride semiconductor layers, the semiconductor region 135 making contact with the Group III nitride primary surface 133a. The Group III nitride semiconductor of the n-type semiconductor layer 125 makes contact with the primary surface 135a of the semiconductor region 135.
窒化物デバイス110によれば、上記のような基板133上に活性層114が提供される。n型半導体層125、活性層114、及びp型半導体層121は、n型中間領域129からn-電極131へ向かう軸の方向に順に配列される。 According to the nitride device 110, the active layer 114 is provided on the substrate 133 as described above. The n-type semiconductor layer 125, the active layer 114, and the p-type semiconductor layer 121 are sequentially arranged in the axial direction from the n-type intermediate region 129 to the n-electrode 131.
基板133、n型半導体層125、活性層114及びp型半導体層121は、n型コンタクト層127からn-電極131への方向に延在する軸Ax1の方向に順に配列される。コンタクト構造111では、n型中間領域129、n型コンタクト層127及びn-電極131の順に配列される。コンタクト構造111によれば、p型半導体層121より基板133に近いn型半導体層125を有する窒化物デバイス110に良好な電気的特性を与える。 The substrate 133, the n-type semiconductor layer 125, the active layer 114, and the p-type semiconductor layer 121 are arranged in order along the axis Ax1 extending from the n-type contact layer 127 to the n-electrode 131. In the contact structure 111, the n-type intermediate region 129, the n-type contact layer 127, and the n-electrode 131 are arranged in this order. The contact structure 111 provides good electrical characteristics to the nitride device 110 having the n-type semiconductor layer 125 that is closer to the substrate 133 than the p-type semiconductor layer 121.
基板133は、n型半導体層125、活性層114、p型半導体層121、n型コンタクト層127、n型中間領域129を搭載する。 The substrate 133 is equipped with an n-type semiconductor layer 125, an active layer 114, a p-type semiconductor layer 121, an n-type contact layer 127, and an n-type intermediate region 129.
窒化物デバイス110では、n型コンタクト層127は、n型中間領域129の面内方向の格子定数に等しい又はn型中間領域129の面内方向の格子定数よりも大きい面内方向の格子定数を有することができる。この窒化物デバイス110によれば、n型コンタクト層127には、n型中間領域129に対して格子緩和しているIII族窒化物が提供される。また、n型中間領域129に対して格子緩和しているn型コンタクト層127は、該n型コンタクト層127とn型中間領域129との界面における電気抵抗を低下させることができる。 In the nitride device 110, the n-type contact layer 127 can have an in-plane lattice constant equal to or greater than the in-plane lattice constant of the n-type intermediate region 129. According to this nitride device 110, the n-type contact layer 127 is provided with a group III nitride that is lattice-relaxed with respect to the n-type intermediate region 129. In addition, the n-type contact layer 127 that is lattice-relaxed with respect to the n-type intermediate region 129 can reduce the electrical resistance at the interface between the n-type contact layer 127 and the n-type intermediate region 129.
n型コンタクト層127の面内方向の格子定数がn型中間領域129の面内方向の格子定数より大きいと、n型コンタクト層127とn型中間領域129との界面におけるキャリア濃度が変化する。より厳格には、n型中間領域129からn-電極131へ向かう軸と垂直な面内方向において、n型コンタクト層127の格子定数は、n型中間領域129の格子定数よりも大きい。 When the lattice constant in the in-plane direction of the n-type contact layer 127 is larger than the lattice constant in the in-plane direction of the n-type intermediate region 129, the carrier concentration at the interface between the n-type contact layer 127 and the n-type intermediate region 129 changes. More strictly, in the in-plane direction perpendicular to the axis from the n-type intermediate region 129 to the n-electrode 131, the lattice constant of the n-type contact layer 127 is larger than the lattice constant of the n-type intermediate region 129.
n型コンタクト層127は、n型半導体層125に対して0.5以上(50%以上)の格子緩和率を有することができる。窒化物デバイス110によれば、n型コンタクト層127には、n型半導体層125に対して0.5以上の格子緩和率を有するIII族窒化物が提供されることができる。n型コンタクト層127の格子緩和率の大きさは、n型コンタクト層127とn型中間領域129との界面におけるキャリア濃度を変化させることができる。また、n型半導体層125に対するn型コンタクト層127の格子緩和率は、n型半導体層125に対するn型中間領域129の格子緩和率より大きくてもよい。 The n-type contact layer 127 can have a lattice relaxation rate of 0.5 or more (50% or more) relative to the n-type semiconductor layer 125. According to the nitride device 110, the n-type contact layer 127 can be provided with a group III nitride having a lattice relaxation rate of 0.5 or more relative to the n-type semiconductor layer 125. The magnitude of the lattice relaxation rate of the n-type contact layer 127 can change the carrier concentration at the interface between the n-type contact layer 127 and the n-type intermediate region 129. In addition, the lattice relaxation rate of the n-type contact layer 127 relative to the n-type semiconductor layer 125 may be greater than the lattice relaxation rate of the n-type intermediate region 129 relative to the n-type semiconductor layer 125.
基板133は、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物を含む基板であることができ、この基板は、例えば単結晶の窒化アルミニウム基板であることができる。或いは、基板133は、支持体118、及びテンプレート層120を含む。支持体118は、III族窒化物と異なる材料からなる主面118aを有する。テンプレート層120は、III族窒化物からなり、該支持体118の主面118a上に設けられる。テンプレート層120は、例えばAlNテンプレート層又はAlGaNテンプレート層であることができる。テンプレート層120は、支持体118の主面118aを覆って、圧縮歪を内包することができる。この圧縮歪は、コンタクト構造111に加わる歪みの源になることがある。テンプレート層120は、例えば2000nm以下であることができ、例えば500nmである。 The substrate 133 may be a substrate containing a group III nitride containing aluminum as a group III constituent element, and may be, for example, a single crystal aluminum nitride substrate. Alternatively, the substrate 133 may include a support 118 and a template layer 120. The support 118 has a main surface 118a made of a material different from the group III nitride. The template layer 120 is made of a group III nitride and is provided on the main surface 118a of the support 118. The template layer 120 may be, for example, an AlN template layer or an AlGaN template layer. The template layer 120 may cover the main surface 118a of the support 118 and may contain compressive strain. This compressive strain may be a source of strain applied to the contact structure 111. The template layer 120 may be, for example, 2000 nm or less, for example, 500 nm.
限定ではなく例示として、支持体118は、シリコン、炭素、窒化ホウ素(BN)、酸化アルミニウム(サファイア)、セラミック、炭化ケイ素、高融点金属、ジルコニア、炭化タンタル(TaC)、ScAlMgO4の少なくとも一つの材料を含むことができる。例えば、支持体118は、六方晶系の結晶構造を有することができる。 By way of example and not limitation, the support 118 may include at least one of the following materials: silicon, carbon, boron nitride (BN), aluminum oxide (sapphire), ceramic, silicon carbide, refractory metals, zirconia, tantalum carbide (TaC), ScAlMgO 4. For example, the support 118 may have a hexagonal crystal structure.
活性層114は、285nm以下の深紫外波長領域にピーク波長を有する光を発生するように基板133上に設けられ、また圧縮歪を内包するAlGaNを含むことができる。 The active layer 114 is provided on the substrate 133 so as to generate light having a peak wavelength in the deep ultraviolet wavelength region of 285 nm or less, and may contain AlGaN containing compressive strain.
窒化物デバイス110は、更に、窒化物半導体領域116を含むことができる。窒化物半導体領域116は、基板133と活性層114との間に設けられ、またIII族構成元素としてAlを含む。窒化物半導体領域116は、一又は複数のn型III族窒化物半導体層を備えることができ、具体的にはn型半導体層125を含む。 The nitride device 110 may further include a nitride semiconductor region 116. The nitride semiconductor region 116 is provided between the substrate 133 and the active layer 114, and includes Al as a group III constituent element. The nitride semiconductor region 116 may include one or more n-type group III nitride semiconductor layers, and specifically includes an n-type semiconductor layer 125.
本実施例では、窒化物半導体領域116は、第1n型半導体層122及び第2n型半導体層124を含むことができる。第1n型半導体層122は、基板133と活性層114との間に設けられ、第2n型半導体層124は、第1n型半導体層122と活性層114との間に設けられる。n型半導体層125は、第1n型半導体層122若しくは第2n型半導体層124のいずれか一方、又は第1n型半導体層122及び第2n型半導体層124の両方であることができる。例えば、第1n型半導体層122は、基板133とn型コンタクト層127との間に設けられることができ、第1n型半導体層122は、基板133とn型中間領域129との間に設けられることができる。 In this embodiment, the nitride semiconductor region 116 may include a first n-type semiconductor layer 122 and a second n-type semiconductor layer 124. The first n-type semiconductor layer 122 is provided between the substrate 133 and the active layer 114, and the second n-type semiconductor layer 124 is provided between the first n-type semiconductor layer 122 and the active layer 114. The n-type semiconductor layer 125 may be either the first n-type semiconductor layer 122 or the second n-type semiconductor layer 124, or both the first n-type semiconductor layer 122 and the second n-type semiconductor layer 124. For example, the first n-type semiconductor layer 122 may be provided between the substrate 133 and the n-type contact layer 127, and the first n-type semiconductor layer 122 may be provided between the substrate 133 and the n-type intermediate region 129.
限定ではなく例示として、第1n型半導体層122は、AlGaN又はInAlGaNといったIII族窒化物を含むことができ、第2n型半導体層124は、AlGaN又はInAlGaNといったIII族窒化物を含むことができる。 By way of example and not limitation, the first n-type semiconductor layer 122 can include a Group III nitride such as AlGaN or InAlGaN, and the second n-type semiconductor layer 124 can include a Group III nitride such as AlGaN or InAlGaN.
限定ではなく例示として、第1n型半導体層122は、第2n型半導体層124の第2Al組成に実質的に等しい第1Al組成を有することができる。或いは、第1n型半導体層122は、第2n型半導体層124の第2Al組成より大きな第1Al組成を有することができる。 By way of example and not limitation, the first n-type semiconductor layer 122 can have a first Al composition that is substantially equal to the second Al composition of the second n-type semiconductor layer 124. Alternatively, the first n-type semiconductor layer 122 can have a first Al composition that is greater than the second Al composition of the second n-type semiconductor layer 124.
限定ではなく例示として、第1n型半導体層122の厚さは、第2n型半導体層124の厚さより大きくてもよい。窒化物半導体領域116の厚さは、例えば200~3000nmであることができる。第2n型半導体層124の膜厚は、10~200nmであることができ、よく好ましくは50~150nmであることができる。 By way of example and not limitation, the thickness of the first n-type semiconductor layer 122 may be greater than the thickness of the second n-type semiconductor layer 124. The thickness of the nitride semiconductor region 116 may be, for example, 200 to 3000 nm. The thickness of the second n-type semiconductor layer 124 may be 10 to 200 nm, and preferably 50 to 150 nm.
窒化物デバイス110は、活性層114と基板133との間に位置する下側III族窒化物積層体113と、活性層114の上に位置する上側III族窒化物積層体115とを有する。 The nitride device 110 has a lower III-nitride stack 113 located between the active layer 114 and the substrate 133, and an upper III-nitride stack 115 located above the active layer 114.
本実施例では、下側III族窒化物積層体113は、基板133に接合119aを成し、基板133のIII族窒化物が内包する圧縮歪みと、基板133のIII族窒化物と下側III族窒化物積層体113の格子定数差の、両方又は少なくとも一方に起因する圧縮歪みを内包することができる。また、下側III族窒化物積層体113は、活性層114に接合119bを成す。活性層114は、基板133のIII族窒化物が内包する圧縮歪みと、基板133のIII族窒化物と活性層114の格子定数差の、両方又は少なくとも一方に起因する圧縮歪を内包することができる。一方、上側III族窒化物積層体115の一部又は全部は、格子緩和していてもよい。上側III族窒化物積層体115は、活性層114上に設けられ、活性層114にキャリアを供給する。 In this embodiment, the lower group III nitride stack 113 forms a bond 119a with the substrate 133 and can contain compressive strain due to both or at least one of the compressive strain contained in the group III nitride of the substrate 133 and the lattice constant difference between the group III nitride of the substrate 133 and the lower group III nitride stack 113. The lower group III nitride stack 113 also forms a bond 119b with the active layer 114. The active layer 114 can contain compressive strain due to both or at least one of the compressive strain contained in the group III nitride of the substrate 133 and the lattice constant difference between the group III nitride of the substrate 133 and the active layer 114. Meanwhile, a part or all of the upper group III nitride stack 115 may be lattice-relaxed. The upper group III nitride stack 115 is provided on the active layer 114 and supplies carriers to the active layer 114.
下側III族窒化物積層体113は、窒化物半導体領域116に加えて、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含むことができる。具体的には、下側III族窒化物積層体113は、半導体領域135を含むことができる。半導体領域135は、下地層、具体的にはAlUGa1-UN層130(Uは、ゼロより大きくX以上であり、1以下)を含むことができる。AlUGa1-UN層130は、例えばアンドープであることができ、基板133を覆うように設けることができる。 The lower III-nitride stack 113 may include one or more III-nitride semiconductor layers in addition to the nitride semiconductor region 116. Specifically, the lower III-nitride stack 113 may include a semiconductor region 135. The semiconductor region 135 may include an underlayer, specifically an Al U Ga 1-U N layer 130 (where U is greater than zero and equal to or greater than X and equal to or less than 1). The Al U Ga 1- U N layer 130 may be, for example, undoped, and may be provided to cover the substrate 133.
下側III族窒化物積層体113(及び半導体領域135)は、別の下地層、具体的には別のAlVGa1-VN層132(Vは1より小さく、0.8より大きい。Vは、Uより小さい)を含むことができる。AlVGa1-VN層132は、例えばアンドープであることができ、具体的には、AlUGa1-UN層130上に設けられることができる。 The lower III-nitride stack 113 (and the semiconductor region 135) may include another underlayer, specifically, another Al.sub.VGa.sub.1 -VN layer 132 (where V is less than 1 and greater than 0.8, and V is less than U). The Al.sub.VGa.sub.1 - VN layer 132 may be, for example, undoped, and may be provided on the Al.sub.UGa.sub.1 -UN layer 130.
本実施例では、窒化物半導体領域116は、AlVGa1-VN層132(半導体領域135の主面135a)に接合119cを成す。AlVGa1-VN層132は、AlUGa1-UN層130に接合119dを成す。下側III族窒化物積層体113には、窒化物半導体領域116に加えて、AlUGa1-UN層130及びAlVGa1-VN層132が提供される。窒化物半導体領域116は、AlVGa1-VN層132のAl組成より小さいAl組成を有し、また井戸層114bのAl組成より大きなAl組成を有する。 In this embodiment, the nitride semiconductor region 116 forms a junction 119c with the Al V Ga 1-V N layer 132 (primary surface 135a of the semiconductor region 135). The Al V Ga 1-V N layer 132 forms a junction 119d with the Al U Ga 1-U N layer 130. In addition to the nitride semiconductor region 116, the lower group III nitride stack 113 is provided with an Al U Ga 1-U N layer 130 and an Al V Ga 1-V N layer 132. The nitride semiconductor region 116 has an Al composition smaller than the Al composition of the Al V Ga 1- V N layer 132 and larger than the Al composition of the well layer 114b.
下側III族窒化物積層体113は、基板133からn-電極131への方向に単調に変化するAl組成プロファイルAl-Pを有する。単調に変化するAl組成プロファイルAl-Pは、基板133の主面のAl組成が井戸層114bのAl組成より大きい場合において、下側III族窒化物積層体113のAl組成が基板133から活性層114へ増加しない、ことを意味する。 The lower group III nitride stack 113 has an Al composition profile Al-P that changes monotonically in the direction from the substrate 133 to the n-electrode 131. The monotonically changing Al composition profile Al-P means that when the Al composition of the primary surface of the substrate 133 is greater than the Al composition of the well layer 114b, the Al composition of the lower group III nitride stack 113 does not increase from the substrate 133 to the active layer 114.
引き続き、上側III族窒化物積層体115を説明する。上側III族窒化物積層体115は、例えば、電子ブロック層134、p型傾斜組成層136、及びp型コンタクト層138を含むことができる。電子ブロック層134、p型傾斜組成層136、及びp型コンタクト層138(138a、138b)が、活性層114上に順に設けられることができる。電子ブロック層134がアンドープである場合、p型傾斜組成層136及びp型コンタクト層138がp型半導体層121として働く。 Next, the upper III-nitride stack 115 will be described. The upper III-nitride stack 115 may include, for example, an electron block layer 134, a p-type graded composition layer 136, and a p-type contact layer 138. The electron block layer 134, the p-type graded composition layer 136, and the p-type contact layer 138 (138a, 138b) may be provided in order on the active layer 114. When the electron block layer 134 is undoped, the p-type graded composition layer 136 and the p-type contact layer 138 function as the p-type semiconductor layer 121.
限定ではなく例示として、上側III族窒化物積層体115は、以下の構成を有することができる。
電子ブロック層134:アンドープ又はMgドープのAlN、厚さ7nm。
p型傾斜組成層136:アンドープ又はMgドープの傾斜組成AlGaN(Al組成:0.9から0.4)、厚さ15nm。
p型コンタクト層138a(第1層):MgドープのGaN、厚さ120nm。
p型コンタクト層138b(第2層):高濃度MgドープのGaN、厚さ30nm。
By way of example and not limitation, the upper III-nitride stack 115 may have the following configuration:
Electron blocking layer 134: undoped or Mg-doped AlN, thickness 7 nm.
p-type graded composition layer 136: undoped or Mg-doped graded composition AlGaN (Al composition: 0.9 to 0.4), thickness 15 nm.
P-type contact layer 138a (first layer): Mg-doped GaN, thickness 120 nm.
p-type contact layer 138b (second layer): Highly Mg-doped GaN, thickness 30 nm.
窒化物デバイス110は、エッチングによる加工領域142を有する。エッチングによる加工領域142は、上側III族窒化物積層体115、活性層114、及び窒化物半導体領域116の上側(具体的には、第2n型半導体層124の上側又は第2n型半導体層124及び第1n型半導体層122の上側)を含むことができる。本実施例では、図2に示されるように、エッチングによる加工領域142の上面は、櫛形を有することができる。 The nitride device 110 has an etched region 142. The etched region 142 can include the upper group III nitride stack 115, the active layer 114, and the upper side of the nitride semiconductor region 116 (specifically, the upper side of the second n-type semiconductor layer 124 or the upper sides of the second n-type semiconductor layer 124 and the first n-type semiconductor layer 122). In this embodiment, as shown in FIG. 2, the upper surface of the etched region 142 can have a comb shape.
窒化物デバイス110は、パッシベーション膜144を更に含むことができ、パッシベーション膜144は、エッチングによる加工領域142及び窒化物半導体領域116を覆う。パッシベーション膜144は、エッチングによる加工領域142の上面に位置する第1開口144a、及びn型コンタクト層127の上面に位置する第2開口144bを有する。パッシベーション膜144は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、AlSiO、又はシリコン系無機絶縁体を含む。シリコン系無機絶縁体は、例えばシリコン酸化物(例えばSiO2)、シリコン窒化物(例えばSi3N4)、又はシリコン酸窒化物(例えばSiON)を含むことができる。 The nitride device 110 may further include a passivation film 144, which covers the etched region 142 and the nitride semiconductor region 116. The passivation film 144 has a first opening 144a located on the upper surface of the etched region 142 and a second opening 144b located on the upper surface of the n-type contact layer 127. The passivation film 144 may include, for example, aluminum oxide ( Al2O3 ), AlSiO, or a silicon-based inorganic insulator. The silicon-based inorganic insulator may include, for example, silicon oxide (e.g., SiO2 ), silicon nitride (e.g., Si3N4 ), or silicon oxynitride (e.g., SiON).
窒化物デバイス110は、p-電極146を有することができる。p-電極146は、第1開口144a内に設けられると共に、n-電極131は第2開口144b内に設けられる。p-電極146は、p型コンタクト層138の上面に接触を成す。n-電極131は、n型コンタクト層127の上面に接触を成す。限定ではなく例示として、n-電極131はTi/Al/Ni/Au(Ti、Al、Ni、Auをこの順に積層することを意味する)を含み、p-電極146はNi/Au(Niの上にAuを積層することを意味する)を含むことができる。本実施例では、図2に示されるように、n-電極131の上面は、櫛形を有することができ、p-電極146の上面は、櫛形を有することができる。 The nitride device 110 can have a p-electrode 146. The p-electrode 146 is disposed within the first opening 144a, and the n-electrode 131 is disposed within the second opening 144b. The p-electrode 146 makes contact with an upper surface of the p-contact layer 138. The n-electrode 131 makes contact with an upper surface of the n-contact layer 127. By way of example and not limitation, the n-electrode 131 can include Ti/Al/Ni/Au (meaning that Ti, Al, Ni, and Au are stacked in this order), and the p-electrode 146 can include Ni/Au (meaning that Au is stacked on Ni). In this embodiment, as shown in FIG. 2, the upper surface of the n-electrode 131 can have an interdigitated shape, and the upper surface of the p-electrode 146 can have an interdigitated shape.
n型半導体層125は、第1領域125a及び第2領域125bを含む。第1領域125a及び第2領域125bは、n型中間領域129からn型コンタクト層127へ向かう軸Ax1に交差する基準面Refに沿って配置される。活性層114、及びp型半導体層121は、第1領域125a上に設けられることなく、第2領域125b上に設けられる。n-電極131、n型コンタクト層127、及びn型中間領域129は、第2領域125b上に設けられることなく、第1領域125a上の一部に設けられる。窒化物デバイス110によれば、n型コンタクト層127及びn型中間領域129が、選択的に第1領域125a上に設けられて、n-電極131へのコンタクトのために、n型コンタクト層127及びn型中間領域129が利用される。 The n-type semiconductor layer 125 includes a first region 125a and a second region 125b. The first region 125a and the second region 125b are arranged along a reference plane Ref that intersects with an axis Ax1 from the n-type intermediate region 129 to the n-type contact layer 127. The active layer 114 and the p-type semiconductor layer 121 are provided on the second region 125b, not on the first region 125a. The n-electrode 131, the n-type contact layer 127, and the n-type intermediate region 129 are provided on a part of the first region 125a, not on the second region 125b. According to the nitride device 110, the n-type contact layer 127 and the n-type intermediate region 129 are selectively provided on the first region 125a, and the n-type contact layer 127 and the n-type intermediate region 129 are used to contact the n-electrode 131.
図4(a)、図4(b)、図5(a)、図5(b)、図6(a)、図6(b)、図7(a)、及び図7(b)は、本実施の形態に係る窒化物デバイス110を作製する方法の主要な工程を示す図面である。引き続く作製方法の説明では、窒化物デバイス110として発光ダイオード構造が作製される。窒化物デバイス110の発光ダイオード構造は、n型半導体層125、活性層114、及びp型半導体層121を含み、活性層114は、深紫外光を発生可能なIII族窒化物半導体を含む。n型半導体層125、活性層114、及びp型半導体層121は、n型中間領域129からn-電極131へ向かう軸Axの方向に基板133上において順に配列される。 Figures 4(a), 4(b), 5(a), 5(b), 6(a), 6(b), 7(a), and 7(b) are diagrams showing the main steps of a method for fabricating a nitride device 110 according to this embodiment. In the following description of the fabrication method, a light-emitting diode structure is fabricated as the nitride device 110. The light-emitting diode structure of the nitride device 110 includes an n-type semiconductor layer 125, an active layer 114, and a p-type semiconductor layer 121, and the active layer 114 includes a group III nitride semiconductor capable of generating deep ultraviolet light. The n-type semiconductor layer 125, the active layer 114, and the p-type semiconductor layer 121 are sequentially arranged on the substrate 133 in the direction of the axis Ax from the n-type intermediate region 129 toward the n-electrode 131.
図4(a)の工程に示されるように、エピタキシャルウエハ162を準備する。エピタキシャルウエハ162を準備することは、例えば、エピタキシャルウエハ162を作製すること、又は作製以外の方法によりエピタキシャルウエハ162を入手することを含む。 As shown in the process of FIG. 4(a), an epitaxial wafer 162 is prepared. Preparing the epitaxial wafer 162 includes, for example, fabricating the epitaxial wafer 162 or obtaining the epitaxial wafer 162 by a method other than fabrication.
エピタキシャルウエハ162を作製することは、以下の工程を有することができる。 Fabricating the epitaxial wafer 162 can include the following steps:
図4(a)の工程では、エピタキシャルウエハ162を作製する。エピタキシャルウエハ162を作製するための基板150を準備する。基板150は、例えば2インチのサファイア基板を含むAlNテンプレートであることができる。エピタキシャルウエハ162を作製するために、複数のIII族窒化物膜を含むIII族窒化物積層体164を基板150上に成長する。この成長は、例えば有機金属気相成長(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy:MOVPE)法、又は分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法によって実行されることができる。引き続く説明では、MOVPE反応炉155aが採用され、ガリウム前駆体及びアルミニウム前駆体として、それぞれ、トリメチルガリウム(TMGa)及びトリメチルアルミニウム(TMAl)が用いられる。窒素源としてNH3が用いられる。 In the process of FIG. 4A, an epitaxial wafer 162 is fabricated. A substrate 150 for fabricating the epitaxial wafer 162 is prepared. The substrate 150 can be, for example, an AlN template including a 2-inch sapphire substrate. To fabricate the epitaxial wafer 162, a III-nitride stack 164 including a plurality of III-nitride films is grown on the substrate 150. This growth can be performed by, for example, a metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) method or a molecular beam epitaxy (MBE) method. In the following description, an MOVPE reactor 155a is employed, and trimethylgallium (TMGa) and trimethylaluminum (TMAl) are used as the gallium precursor and the aluminum precursor, respectively. NH3 is used as the nitrogen source.
III族窒化物積層体164は、下側III族窒化物積層体113及び活性層114のための半導体膜を含む。具体的には、III族窒化物積層体164は、窒化物半導体領域166と、活性層168とを有する。 The III-nitride stack 164 includes a semiconductor film for the lower III-nitride stack 113 and the active layer 114. Specifically, the III-nitride stack 164 has a nitride semiconductor region 166 and an active layer 168.
窒化物半導体領域166が、基板150上に成長される。窒化物半導体領域166は、圧縮歪を内包するIII族窒化物半導体を含む。具体的には、第1n型半導体層165が、基板150上に成長され、また第2n型半導体層167が、第1n型半導体層165上に成長される。第1n型半導体層165及び第2n型半導体層167の各々は、本実施例ではn型ドーパント(例えば、シリコン)を含む。本実施例では、第1n型半導体層165が、n型半導体層125のための半導体膜として準備される。 A nitride semiconductor region 166 is grown on the substrate 150. The nitride semiconductor region 166 includes a group III nitride semiconductor containing compressive strain. Specifically, a first n-type semiconductor layer 165 is grown on the substrate 150, and a second n-type semiconductor layer 167 is grown on the first n-type semiconductor layer 165. Each of the first n-type semiconductor layer 165 and the second n-type semiconductor layer 167 includes an n-type dopant (e.g., silicon) in this embodiment. In this embodiment, the first n-type semiconductor layer 165 is prepared as a semiconductor film for the n-type semiconductor layer 125.
窒化物半導体領域166の成長の後に、活性層168が成長される。具体的には、活性層168は、AlGaNを含むことができる。活性層168は、285nm以下の深紫外波長領域にピーク波長を有する光を発生するように構成されることができる。限定ではなく例示として、活性層168は、例えば深紫外光の波長領域200nm程度まで光を生成できる。限定ではなく例示として、活性層168は、深紫外波長の光を発生できるInAlGaNを含むことができる。 After growth of the nitride semiconductor region 166, the active layer 168 is grown. Specifically, the active layer 168 can include AlGaN. The active layer 168 can be configured to generate light having a peak wavelength in the deep ultraviolet wavelength region of 285 nm or less. By way of example and not limitation, the active layer 168 can generate light, for example, in the deep ultraviolet wavelength region up to about 200 nm. By way of example and not limitation, the active layer 168 can include InAlGaN, which can generate light in the deep ultraviolet wavelength region.
窒化物半導体領域166及び活性層168が以下の構造を形成するように基板150上に成長される。窒化物半導体領域166は第1n型半導体層165及び第2n型半導体層167を含む。第1n型半導体層165は基板150と活性層168との間に設けられ、第2n型半導体層167は第1n型半導体層165と活性層168との間に設けられる。限定ではなく例示として、第2n型半導体層167は、第1n型半導体層165の厚さより小さい厚さを有することができる。 A nitride semiconductor region 166 and an active layer 168 are grown on the substrate 150 to form the following structure. The nitride semiconductor region 166 includes a first n-type semiconductor layer 165 and a second n-type semiconductor layer 167. The first n-type semiconductor layer 165 is disposed between the substrate 150 and the active layer 168, and the second n-type semiconductor layer 167 is disposed between the first n-type semiconductor layer 165 and the active layer 168. By way of example and not limitation, the second n-type semiconductor layer 167 may have a thickness less than the thickness of the first n-type semiconductor layer 165.
活性層168は、既に説明されたように、量子井戸構造168aを有することができる。活性層168の量子井戸構造168aは、1又は複数の井戸層168b及び1又は複数のバリア層168cを含む。 The active layer 168 may have a quantum well structure 168a, as previously described. The quantum well structure 168a of the active layer 168 includes one or more well layers 168b and one or more barrier layers 168c.
活性層168が、窒化物半導体領域166上に成長される。具体的には、活性層168は、交互に積層されたAlGaN井戸層168bとAlGaNバリア層168cを有する構造を備える。AlGaN井戸層168b及びAlGaNバリア層168cは、それぞれのAl組成を持つAlGaNを含む。具体的には、AlGaN井戸層168bのAl組成は、AlGaNバリア層168cのAl組成より小さい。AlGaN井戸層168bの膜厚は0.5~3.0nmであってもよく、より好ましくは1.0~2.5nmであってもよい。AlGaN井戸層168bの層数は、例えば3層であってもよい。活性層168の最上層が、AlGaN井戸層168bであってもよく、従って活性層168上には電子ブロック層174が接していてもよい。また、複数のAlGaN井戸層168bは、互いに等しい膜厚及びAl組成を有することができ、又は互いに異なる膜厚及びAl組成を有することもできる。例えば、活性層168の最上層のAlGaN井戸層168bは電子ブロック層174に接しており、このAlGaN井戸層168bが他のAlGaN井戸層168bに比べて薄い膜厚を有することができる。活性層168の発光波長は200~285nmであってもよく、より好ましくは255~285nmであってもよい。AlGaN井戸層168bの膜厚は2nmであってもよく、Al組成は0.42であってもよく、Siドーパント濃度は3×1017cm-3であってもよい。また、AlGaNバリア層168cの膜厚は3nmであってもよく、Al組成は0.66であってもよく、Siドーパント濃度は5×1017cm-3であってもよい。
活性層168のAlGaNの成長条件の例示:
成長圧力:40kPa
基板温度:摂氏1050度
The active layer 168 is grown on the nitride semiconductor region 166. Specifically, the active layer 168 has a structure including an AlGaN well layer 168b and an AlGaN barrier layer 168c that are alternately stacked. The AlGaN well layer 168b and the AlGaN barrier layer 168c each contain AlGaN having an Al composition. Specifically, the Al composition of the AlGaN well layer 168b is smaller than the Al composition of the AlGaN barrier layer 168c. The thickness of the AlGaN well layer 168b may be 0.5 to 3.0 nm, and more preferably 1.0 to 2.5 nm. The number of layers of the AlGaN well layer 168b may be, for example, three. The top layer of the active layer 168 may be the AlGaN well layer 168b, and therefore an electron block layer 174 may be in contact with the active layer 168. The AlGaN well layers 168b may have the same thickness and Al composition, or may have different thicknesses and Al compositions. For example, the top AlGaN well layer 168b of the active layer 168 is in contact with the electron block layer 174, and this AlGaN well layer 168b may have a smaller thickness than the other AlGaN well layers 168b. The emission wavelength of the active layer 168 may be 200 to 285 nm, and more preferably 255 to 285 nm. The AlGaN well layer 168b may have a thickness of 2 nm, an Al composition of 0.42, and a Si dopant concentration of 3×10 17 cm −3 . The AlGaN barrier layer 168c may have a thickness of 3 nm, an Al composition of 0.66, and a Si dopant concentration of 5×10 17 cm −3 .
Examples of growth conditions for AlGaN in the active layer 168:
Growth pressure: 40 kPa
Substrate temperature: 1050 degrees Celsius
限定ではなく例示として、第1n型半導体層165の膜厚は、800nm以上であることができ、第2n型半導体層167の膜厚は、200nm未満であることができる。窒化物半導体領域166が、活性層168の成長に、基板150に由来する低転位密度及び良好な平坦性を提供する。 By way of example and not limitation, the thickness of the first n-type semiconductor layer 165 can be 800 nm or more, and the thickness of the second n-type semiconductor layer 167 can be less than 200 nm. The nitride semiconductor region 166 provides the growth of the active layer 168 with low dislocation density and good planarity derived from the substrate 150.
本実施例では、窒化物半導体領域166及び活性層168の成長に先立って、一又は複数のIII族窒化物半導体層を成長することができる。III族窒化物積層体164では、具体的には、下側III族窒化物積層体113のための半導体領域171は、窒化物半導体領域166に加えて、以下の半導体層を含むことができる。 In this embodiment, one or more Group III nitride semiconductor layers can be grown prior to the growth of the nitride semiconductor region 166 and the active layer 168. In the Group III nitride stack 164, specifically, the semiconductor region 171 for the lower Group III nitride stack 113 can include the following semiconductor layers in addition to the nitride semiconductor region 166:
具体的には、基板150を覆うように、AlUGa1-UN層170(Uは、ゼロより大きくX以上であり、1以下)を成長することができる。AlUGa1-UN層170は、窒化物半導体領域166のAl組成より大きなAl組成を有する。限定ではなく例示として、AlUGa1-UN層170は、アンドープであることができる。また、AlUGa1-UN層170は、圧縮歪みを内包することができる。 Specifically, an Al U Ga 1-U N layer 170 (where U is greater than zero and equal to or greater than X and equal to or less than 1) may be grown to cover the substrate 150. The Al U Ga 1-U N layer 170 has an Al composition greater than the Al composition of the nitride semiconductor region 166. By way of example and not limitation, the Al U Ga 1-U N layer 170 may be undoped. Additionally, the Al U Ga 1-U N layer 170 may include compressive strain.
具体的には、AlUGa1-UN層170上に別のAlVGa1-VN層172(Vは1より小さく、0.8より大きい。VはUより小さい)を成長することができる。AlVGa1-VN層172は、窒化物半導体領域166のAl組成より大きなAl組成を有する。AlVGa1-VN層172は、圧縮歪みを内包することができる。 Specifically, another Al.sub.V Ga.sub.1 -V N layer 172 (V is less than 1 and greater than 0.8; V is less than U) can be grown on the Al.sub.U Ga.sub.1-U N layer 170. The Al.sub.V Ga.sub.1 -V N layer 172 has an Al composition greater than the Al composition of the nitride semiconductor region 166. The Al.sub.V Ga.sub.1 -V N layer 172 can include compressive strain.
III族窒化物積層体164は、窒化物半導体領域166及び活性層168に加えて、アンドープAlUGa1-UN層170及びアンドープAlVGa1-VN層172を有することができる。 The III-nitride stack 164 may include, in addition to the nitride semiconductor region 166 and the active layer 168 , an undoped Al U Ga 1-U N layer 170 and an undoped Al V Ga 1-V N layer 172 .
引き続き、上側III族窒化物積層体115のための複数のIII族窒化物半導体層163を活性層168上に成長する。具体的には、電子ブロック層174、p型傾斜組成層176、及びp型コンタクト層178が、順に、活性層168上に成長されることができる。III族窒化物積層体164は、電子ブロック層174、p型傾斜組成層176、及びp型コンタクト層178を含むことができる。 Subsequently, a plurality of III-nitride semiconductor layers 163 for the upper III-nitride stack 115 are grown on the active layer 168. Specifically, an electron block layer 174, a p-type graded composition layer 176, and a p-type contact layer 178 can be grown, in order, on the active layer 168. The III-nitride stack 164 can include the electron block layer 174, the p-type graded composition layer 176, and the p-type contact layer 178.
この成長によって、エピタキシャルウエハ162が作製された。 By this growth, epitaxial wafer 162 was produced.
図4(b)の工程では、必要な場合には、当該発光デバイスの素子の外縁を規定する溝180aをフォトリソグラフィ及びエッチングによりエピタキシャルウエハ162に形成する。エッチングは、III族窒化物積層体164の上面から基板150に到達するように行われて、溝180aが形成される。 In the step of FIG. 4(b), if necessary, a groove 180a that defines the outer edge of the element of the light-emitting device is formed in the epitaxial wafer 162 by photolithography and etching. Etching is performed from the upper surface of the group III nitride stack 164 to the substrate 150, forming the groove 180a.
図5(a)の工程では、エッチングによる加工領域182をフォトリソグラフィ及びエッチングによりエピタキシャルウエハ162に形成して、基板生産物SP1を作製する。エッチングは、活性層168を分離するようにIII族窒化物積層体164の上面から窒化物半導体領域166(n型半導体層125、又は第1n型半導体層165、又は第2n型半導体層167)に到達するように行われる。エッチングによる加工領域182は、溝180bによって規定される。溝180bは、上側III族窒化物積層体115のための複数のIII族窒化物半導体層163及び活性層168を分離する。限定ではなく例示として、溝180bの底には、第1n型半導体層165が現れていてもよい。溝180bの底に、第1n型半導体層165に替えて、第2n型半導体層167が現れていてもよい。 5(a), an etching process region 182 is formed in the epitaxial wafer 162 by photolithography and etching to produce a substrate product SP1. Etching is performed from the upper surface of the III-nitride stack 164 to reach the nitride semiconductor region 166 (n-type semiconductor layer 125, or the first n-type semiconductor layer 165, or the second n-type semiconductor layer 167) so as to separate the active layer 168. The etching process region 182 is defined by a groove 180b. The groove 180b separates the multiple III-nitride semiconductor layers 163 and the active layer 168 for the upper III-nitride stack 115. By way of example and not limitation, the first n-type semiconductor layer 165 may appear at the bottom of the groove 180b. The second n-type semiconductor layer 167 may appear at the bottom of the groove 180b instead of the first n-type semiconductor layer 165.
本実施例では、第1n型半導体層165又は第2n型半導体層167上にn型中間領域169及びn型コンタクト層171のためのIII族窒化物半導体膜を成長する。具体的には、n型中間領域169及びn型コンタクト層171のIII族窒化物半導体膜は、選択成長により形成される。引き続く説明では、MOVPE反応炉155bを用いる結晶成長が採用される。 In this embodiment, a group III nitride semiconductor film for the n-type intermediate region 169 and the n-type contact layer 171 is grown on the first n-type semiconductor layer 165 or the second n-type semiconductor layer 167. Specifically, the group III nitride semiconductor films for the n-type intermediate region 169 and the n-type contact layer 171 are formed by selective growth. In the following explanation, crystal growth using the MOVPE reactor 155b is adopted.
図5(b)の工程では、選択成長のためのハードマスク173を基板生産物SP1上に形成する。ハードマスク173は、誘電体膜を含み、誘電体膜は、プラズマCVD、熱CVD、又はスパッタリングといった堆積法により形成される。誘電体膜は、酸化アルミニウム(Al2O3)、AlSiO、又はシリコン系無機絶縁体を含む。シリコン系無機絶縁体は、例えばシリコン酸化物(例えばSiO2)、シリコン窒化物(例えばSi3N4)、又はシリコン酸窒化物(例えばSiON)を含むことができる。ハードマスク173は、溝180bの底に位置する開口173aを有する。例えば、ハードマスク173は、無機膜の堆積、並びにフォトリソグラフィ及びエッチングによる無機膜の加工、により作製される。 In the step of FIG. 5B, a hard mask 173 for selective growth is formed on the substrate product SP1. The hard mask 173 includes a dielectric film, which is formed by a deposition method such as plasma CVD, thermal CVD, or sputtering. The dielectric film includes aluminum oxide (Al 2 O 3 ), AlSiO, or a silicon-based inorganic insulator. The silicon-based inorganic insulator may include, for example, silicon oxide (e.g., SiO 2 ), silicon nitride (e.g., Si 3 N 4 ), or silicon oxynitride (e.g., SiON). The hard mask 173 has an opening 173a located at the bottom of the groove 180b. For example, the hard mask 173 is fabricated by depositing an inorganic film and processing the inorganic film by photolithography and etching.
図5(b)の工程では、ハードマスク173を形成した後に、MOVPE反応炉155b内に基板生産物SP1を配置して、傾斜Al組成のn型中間領域169のための成長を行う。n型中間領域169が、ハードマスク173の開口173aにおけるIII族窒化物表面上に堆積する。この堆積により、n型中間領域169は、下地の第1n型半導体層165又は第2n型半導体層167に接合を成す。この成長では、ガリウム前駆体及びアルミニウム前駆体の供給量が変更される。具体的には、ガリウム前駆体、例えばトリメチルガリウムを徐々に増加させる;アルミニウム前駆体、例えばトリメチルアルミニウムを徐々に減少させる;又はその両方。n型中間領域169のAl組成は、窒化物半導体領域166から活性層168への方向(図1に示される軸Ax1の方向)に減少する。成長に際してn型ドーパントが添加される。 5(b), after forming the hard mask 173, the substrate product SP1 is placed in the MOVPE reactor 155b to grow the n-type intermediate region 169 with a graded Al composition. The n-type intermediate region 169 is deposited on the III-nitride surface at the opening 173a of the hard mask 173. This deposition causes the n-type intermediate region 169 to bond to the underlying first n-type semiconductor layer 165 or second n-type semiconductor layer 167. In this growth, the supply amounts of the gallium precursor and the aluminum precursor are changed. Specifically, the gallium precursor, for example, trimethylgallium, is gradually increased; the aluminum precursor, for example, trimethylaluminum, is gradually decreased; or both. The Al composition of the n-type intermediate region 169 decreases in the direction from the nitride semiconductor region 166 to the active layer 168 (the direction of the axis Ax1 shown in FIG. 1). An n-type dopant is added during the growth.
図6(a)の工程では、ハードマスク173を形成した後に、本実施例ではn型中間領域169の成長に連続して、n型コンタクト層171のための成長を行う。n型コンタクト層171が、ハードマスク173の開口173aにおけるn型中間領域169上に堆積する。この堆積により、n型コンタクト層171は、n型中間領域169に接合を成す。n型コンタクト層171は、典型的には、n型GaN又はn型AlGaNである。n型コンタクト層171のAl組成はゼロ以上であり、n型中間領域169の最小Al組成以下である。成長に際してn型ドーパントが添加される。 6(a), after forming the hard mask 173, in this embodiment, the growth of the n-type contact layer 171 is performed consecutively to the growth of the n-type intermediate region 169. The n-type contact layer 171 is deposited on the n-type intermediate region 169 in the opening 173a of the hard mask 173. This deposition causes the n-type contact layer 171 to bond to the n-type intermediate region 169. The n-type contact layer 171 is typically n-type GaN or n-type AlGaN. The Al composition of the n-type contact layer 171 is equal to or greater than zero and equal to or less than the minimum Al composition of the n-type intermediate region 169. An n-type dopant is added during the growth.
図6(b)の工程では、n型中間領域169及びn型コンタクト層171の選択成長が完了した後にMOVPE反応炉155bから取り出される。ウエットエッチングによりハードマスク173は除去される。溝180bの底には、n型中間領域169及びn型コンタクト層171の積層175が残される。この積層175は、エッチングによる加工領域182から離れており、第1n型半導体層165又は第2n型半導体層167に接合J1を成している。積層175内では、n型コンタクト層171がn型中間領域169に接合J2を成している。 6(b), the selective growth of the n-type intermediate region 169 and the n-type contact layer 171 is completed, and then the substrate is removed from the MOVPE reactor 155b. The hard mask 173 is removed by wet etching. A stack 175 of the n-type intermediate region 169 and the n-type contact layer 171 is left at the bottom of the groove 180b. This stack 175 is separated from the etching region 182, and forms a junction J1 with the first n-type semiconductor layer 165 or the second n-type semiconductor layer 167. Within the stack 175, the n-type contact layer 171 forms a junction J2 with the n-type intermediate region 169.
図7(a)の工程では、必要な場合には、パッシベーション膜184が、プラズマCVD、熱CVD、又はスパッタリングといった堆積法により形成される。パッシベーション膜184は、無機膜の堆積、並びにフォトリソグラフィ及びエッチングによる無機膜の加工、により作製される。パッシベーション膜184は、エッチングによる加工領域182の上面に位置する第1開口184a、及びn型中間領域169及びn型コンタクト層171の積層175の上面、つまりn型コンタクト層171の上面に位置する第2開口184bを有する。パッシベーション膜184は、例えばシリコン系無機絶縁体を含むことができる。 7(a), if necessary, a passivation film 184 is formed by a deposition method such as plasma CVD, thermal CVD, or sputtering. The passivation film 184 is produced by depositing an inorganic film and processing the inorganic film by photolithography and etching. The passivation film 184 has a first opening 184a located on the upper surface of the processed region 182 by etching, and a second opening 184b located on the upper surface of the stack 175 of the n-type intermediate region 169 and the n-type contact layer 171, i.e., on the upper surface of the n-type contact layer 171. The passivation film 184 can include, for example, a silicon-based inorganic insulator.
図7(b)の工程では、選択成長の後に、電極、具体的にはp-電極186及びn-電極188を形成する。p-電極186を第1開口184a内に形成し、形成後に熱処理を行う。n-電極188を第2開口184b内に形成し、形成後に熱処理を行う。p-電極186の作製に引き続きn-電極188が作製されることができ、或いはn-電極188の作製に引き続きp-電極186が作製されることができる。n-電極188は、n型中間領域169及びn型コンタクト層171の積層175の上面、つまりn型コンタクト層171に接触を成す。n-電極188は、Ti/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au、V/Al/V/Au、又はV/Al/Ni/Auといった積層構造を含むことができる。p-電極は、例えばNi/Au、ITOといった材料を含むことができる。 7B, after selective growth, electrodes, specifically, a p-electrode 186 and an n-electrode 188 are formed. The p-electrode 186 is formed in the first opening 184a, and a heat treatment is performed after the formation. The n-electrode 188 is formed in the second opening 184b, and a heat treatment is performed after the formation. The n-electrode 188 can be formed following the formation of the p-electrode 186, or the p-electrode 186 can be formed following the formation of the n-electrode 188. The n-electrode 188 is in contact with the upper surface of the stack 175 of the n-type intermediate region 169 and the n-type contact layer 171, that is, the n-type contact layer 171. The n-electrode 188 can include a stack structure such as Ti/Au, Ti/Al/Ti/Au, Ti/Al/Ni/Au, V/Al/V/Au, or V/Al/Ni/Au. The p-electrode can include materials such as Ni/Au and ITO.
これらの工程により、窒化物デバイス110の一例が作製される。 These steps produce an example of a nitride device 110.
この作製方法によれば、単調に変化するAl組成Xを有するn型中間領域169が、n型半導体層125のための窒化物半導体領域166を介して活性層168にキャリアを提供するためのコンタクト構造に良好な電気的特性を与える。 According to this fabrication method, the n-type intermediate region 169 having a monotonically changing Al composition X provides good electrical characteristics to the contact structure for providing carriers to the active layer 168 via the nitride semiconductor region 166 for the n-type semiconductor layer 125.
n型コンタクト層171のAl組成Yは、n型中間領域169のいずれのエリアのAl組成X以下である。また、n型半導体層125のための窒化物半導体領域166のAl組成Zは、n型中間領域169のいずれのエリアのAl組成X以上である。 The Al composition Y of the n-type contact layer 171 is equal to or less than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region 169. The Al composition Z of the nitride semiconductor region 166 for the n-type semiconductor layer 125 is equal to or greater than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region 169.
(実施例1)
コンタクト構造111に係るシミュレーションを説明する。
Example 1
A simulation relating to the contact structure 111 will be described.
図8(a)は、直接接触構造のコンタクト構造を有する素子構造(基準構造)を模式的に示す図面である。図8(b)は、実験例に係るシミュレーションモデルを模式的示す図面である。図9(a)は、実験例に係るシミュレーションモデルを模式的示す図面である。図9(a)に示した実験例に係るシミュレーションモデルは、n型コンタクト層がGaNである点で、図9(b)のシミュレーションモデルと異なる。 Figure 8(a) is a diagram that shows a schematic of an element structure (reference structure) having a contact structure with a direct contact structure. Figure 8(b) is a diagram that shows a schematic of a simulation model related to an experimental example. Figure 9(a) is a diagram that shows a schematic of a simulation model related to an experimental example. The simulation model related to the experimental example shown in Figure 9(a) differs from the simulation model in Figure 9(b) in that the n-type contact layer is GaN.
図9(a)のシミュレーションモデルの素子構造は、n-電極と下地n型AlGaN(Al組成:75%又は90%)との間にコンタクト層(n-GaN)及び傾斜Al組成の中間層(n型AlGaN、Al組成:0%~75%又は0%~90%)を配置している点で、図8(a)に示された素子構造と異なる。図8(b)のシミュレーションモデルの素子構造は、傾斜Al組成の中間層(n型AlGaN、Al組成:0%~75%又は0%~90%)に替えて一定Al組成の中間層(n型AlGaN、Al組成:0%~70%又は0%~80%)を配置している点で、図9(a)に示された素子構造と異なる。傾斜Al組成の中間層は、下地n型AlGaNの界面において出発Al組成値と、コンタクト層の界面において終端Al組成値とを有する。この中間層の傾斜Al組成は、出発Al組成値から終端Al組成値に線形に低くなる。図9(a)のシミュレーションモデルの素子構造において、n-電極はコンタクト層(n-GaN)に接触を成す。このコンタクト層は、傾斜Al組成の中間層(n型AlGaN、Al組成:0%~75%又は0%~90%)に接触を成す。この中間層は、下地n型AlGaN(Al組成:75%又は90%)に接触を成す。 The element structure of the simulation model in FIG. 9(a) differs from the element structure shown in FIG. 8(a) in that a contact layer (n-GaN) and an intermediate layer with graded Al composition (n-AlGaN, Al composition: 0%-75% or 0%-90%) are placed between the n-electrode and the underlying n-type AlGaN (Al composition: 75% or 90%). The element structure of the simulation model in FIG. 8(b) differs from the element structure shown in FIG. 9(a) in that an intermediate layer with a constant Al composition (n-AlGaN, Al composition: 0%-70% or 0%-80%) is placed instead of the intermediate layer with graded Al composition (n-AlGaN, Al composition: 0%-75% or 0%-90%). The intermediate layer with graded Al composition has a starting Al composition value at the interface with the underlying n-type AlGaN and a terminal Al composition value at the interface with the contact layer. The graded Al composition of this intermediate layer decreases linearly from the starting Al composition value to the terminal Al composition value. In the element structure of the simulation model in FIG. 9(a), the n-electrode makes contact with the contact layer (n-GaN). This contact layer makes contact with an intermediate layer with graded Al composition (n-type AlGaN, Al composition: 0% to 75% or 0% to 90%). This intermediate layer makes contact with the underlying n-type AlGaN (Al composition: 75% or 90%).
引き続き示される結果は、図8(b)、図9(a)、および図9(b)に示した各シミュレーションモデルの素子構造のn-電極とp-電極の間に100A/cm2の電流を流すために必要な電圧と、図8(a)に示した直接接触構造のコンタクト構造を有する素子構造(基準構造)のn-電極とp-電極の間に100A/cm2の電流を流すために必要な電圧と、の電圧差分である。図8(a)に示した直接接触構造のコンタクト構造を有する素子構造(基準構造)では、電流はp-電極から注入され、p型層、活性層、下地n型AlGaNを介してn-電極へ流入する。図8(b)、図9(a)、および図9(b)に示した各シミュレーションモデルの素子構造では、電流はp-電極から注入され、p型層、活性層、下地n型AlGaNを介し、さらに、傾斜Al組成あるいは一定Al組成の中間層とコンタクト層を介してn-電極へ流入する。従って、図8(b)、図9(a)、および図9(b)に示した各シミュレーションモデルの素子構造では、下地n型AlGaNと傾斜Al組成あるいは一定Al組成の中間層との界面における接触抵抗、傾斜Al組成あるいは一定Al組成の中間層における抵抗、傾斜Al組成あるいは一定Al組成の中間層とコンタクト層との界面における接触抵抗、コンタクト層における抵抗の存在により、図8(a)に示した直接接触構造のコンタクト構造を有する素子構造(基準構造)よりも、n-電極とp-電極の間に100A/cm2の電流を流すために必要な電圧が上昇する。この電圧の上昇が、すなわちシミュレーションモデルの計算結果として示す電圧差分である。基準構造とシミュレーションモデルの素子構造のいずれにおいても、n-電極と下地n型AlGaNとの接触抵抗、n-電極とコンタクト層との接触抵抗、及びp-電極とp型層との接触抵抗はゼロと置く。 The results shown subsequently are the voltage difference between the voltage required to pass a current of 100 A/cm2 between the n-electrode and the p-electrode of the device structure of each simulation model shown in Figures 8(b), 9(a), and 9(b) and the voltage required to pass a current of 100 A/cm2 between the n-electrode and the p-electrode of the device structure (reference structure) having the contact structure of the direct contact structure shown in Figure 8(a). In the device structure (reference structure) having the contact structure of the direct contact structure shown in Figure 8(a), the current is injected from the p-electrode and flows into the n-electrode through the p-type layer, the active layer, and the underlying n-type AlGaN. In the device structures of each simulation model shown in Figures 8(b), 9(a), and 9(b), the current is injected from the p-electrode and flows into the n-electrode through the p-type layer, the active layer, the underlying n-type AlGaN, and further through the intermediate layer and the contact layer having a graded Al composition or a constant Al composition. Therefore, in the element structures of the simulation models shown in FIG. 8(b), FIG. 9(a), and FIG. 9(b), the voltage required to pass a current of 100 A/cm 2 between the n-electrode and the p-electrode is higher than that of the element structure (reference structure) having the direct contact structure shown in FIG. 8(a) due to the presence of the contact resistance at the interface between the underlying n-type AlGaN and the intermediate layer of graded Al composition or constant Al composition, the resistance in the intermediate layer of graded Al composition or constant Al composition, the contact resistance at the interface between the intermediate layer of graded Al composition or constant Al composition and the contact layer, and the resistance in the contact layer. This voltage increase is the voltage difference shown as the calculation result of the simulation model. In both the reference structure and the element structure of the simulation model, the contact resistance between the n-electrode and the underlying n-type AlGaN, the contact resistance between the n-electrode and the contact layer, and the contact resistance between the p-electrode and the p-type layer are set to zero.
図10(a)及び図10(b)は、図9(a)のシミュレーションモデルの計算結果を示すグラフである。下地のn型AlGaNのAl組成は75%である。図11(a)及び図11(b)は、図8(b)のシミュレーションモデルの計算結果を示すグラフである。下地のn型AlGaNのAl組成は75%である。図10(a)及び図11(a)のシミュレーションは、中間層が下地n型AlGaNに対してコヒーレントに成長されているモデルを用いる。図10(b)及び図11(b)のシミュレーションは、中間層が下地n型AlGaNに対して完全緩和(格子緩和率100%)で成長されているモデルを用いる。図10(a)及び図10(b)において、グラフの縦軸は、中間層の終端Al組成値を示し、横軸は中間層の膜厚を示す。シミュレーションモデルにおいて、出発Al組成値は75%である。図11(a)及び図11(b)において、グラフの縦軸は、中間層の一定Al組成を示し、横軸は中間層の膜厚を示す。図10(a)~図11(b)のグラフには、複数の実線が、数字と共に描かれている。数字は、電圧差分を表す。 Figures 10(a) and 10(b) are graphs showing the calculation results of the simulation model of Figure 9(a). The Al composition of the underlying n-type AlGaN is 75%. Figures 11(a) and 11(b) are graphs showing the calculation results of the simulation model of Figure 8(b). The Al composition of the underlying n-type AlGaN is 75%. The simulations of Figures 10(a) and 11(a) use a model in which the intermediate layer is grown coherently with respect to the underlying n-type AlGaN. The simulations of Figures 10(b) and 11(b) use a model in which the intermediate layer is grown with complete relaxation (lattice relaxation rate 100%) with respect to the underlying n-type AlGaN. In Figures 10(a) and 10(b), the vertical axis of the graph indicates the terminal Al composition value of the intermediate layer, and the horizontal axis indicates the film thickness of the intermediate layer. In the simulation model, the starting Al composition value is 75%. In Figures 11(a) and 11(b), the vertical axis of the graph indicates the constant Al composition of the intermediate layer, and the horizontal axis indicates the film thickness of the intermediate layer. The graphs in Figures 10(a) to 11(b) show multiple solid lines with numbers. The numbers represent the voltage difference.
図10(a)及び図10(b)をそれぞれ図11(a)及び図11(b)と比較すると、中間層が傾斜Al組成を有する実施例に係るコンタクト構造は、傾斜Al組成中間層の終端Al組成がゼロから広いAl組成範囲において、低い電圧上昇を示す。具体的には、図11(a)の結果では、電圧0.5ボルト以下のエリアは生じない。図11(b)の結果では、電圧0.5ボルト以下のエリアは、一定Al組成の中間層が薄い膜厚であって狭いAl組成範囲においてのみ生じる。 Comparing Figures 10(a) and 10(b) with Figures 11(a) and 11(b), the contact structure according to the embodiment in which the intermediate layer has a graded Al composition shows a low voltage rise when the terminal Al composition of the graded Al composition intermediate layer is from zero to a wide Al composition range. Specifically, in the result of Figure 11(a), no area with a voltage of 0.5 volts or less occurs. In the result of Figure 11(b), the area with a voltage of 0.5 volts or less occurs only in a narrow Al composition range where the intermediate layer with a constant Al composition is thin in thickness.
傾斜Al組成の中間層が下地n型AlGaNに対してコヒーレントに成長している構造を示す図10(a)によれば、コンタクト層がn-GaNである構造では、実施例に係るコンタクト構造は、傾斜Al組成中間層の終端Al組成がゼロから広いAl組成範囲において、低い電圧上昇を示す。限定ではなく例示として、電圧上昇3.0ボルト以下の範囲は、中間層の膜厚に関して15nm以上である。また、中間層のAl組成の終端値は、ゼロ以上60%までの範囲である。電圧上昇0.5ボルト以下の範囲は、中間層の膜厚に関して30nm以上である。また、中間層のAl組成の終端値は、ゼロ以上40%までの範囲である。 According to FIG. 10(a), which shows a structure in which the intermediate layer with graded Al composition grows coherently with respect to the underlying n-type AlGaN, in a structure in which the contact layer is n-GaN, the contact structure according to the embodiment shows a low voltage rise in a wide range of Al composition from zero for the terminal Al composition of the intermediate layer with graded Al composition. By way of example and not limitation, the range of voltage rise of 3.0 volts or less is for the thickness of the intermediate layer of 15 nm or more. Also, the terminal value of the Al composition of the intermediate layer is in the range of zero to 60%. The range of voltage rise of 0.5 volts or less is for the thickness of the intermediate layer of 30 nm or more. Also, the terminal value of the Al composition of the intermediate layer is in the range of zero to 40%.
傾斜Al組成の中間層が下地n型AlGaNに対して完全緩和で成長している構造を示す図10(b)によれば、同様に、コンタクト層がn-GaNである構造では、実施例に係るコンタクト構造は、傾斜Al組成中間層の終端Al組成がゼロから広いAl組成範囲において、低い電圧上昇を示す。限定ではなく例示として、電圧上昇3.0ボルト以下の範囲は、中間層の膜厚に関して5nm以上である。また、中間層のAl組成の終端値は、ゼロ以上45%までの範囲である。電圧上昇0.5ボルト以下の範囲は、中間層の膜厚に関して20nm以上である。また、中間層のAl組成の終端値は、ゼロ以上20%までの範囲である。 According to FIG. 10(b), which shows a structure in which the intermediate layer with graded Al composition is grown with complete relaxation relative to the underlying n-type AlGaN, similarly, in a structure in which the contact layer is n-GaN, the contact structure according to the embodiment shows a low voltage rise in a wide range of Al composition from zero for the terminal Al composition of the intermediate layer with graded Al composition. By way of example and not limitation, the range of voltage rise of 3.0 volts or less is for the thickness of the intermediate layer of 5 nm or more. Also, the terminal value of the Al composition of the intermediate layer is in the range of zero to 45%. The range of voltage rise of 0.5 volts or less is for the thickness of the intermediate layer of 20 nm or more. Also, the terminal value of the Al composition of the intermediate layer is in the range of zero to 20%.
図12(a)及び図12(b)は、それぞれ、図10(a)及び図10(b)のシミュレーションにおいて、膜厚50nmの中間層における電圧上昇を示す。図13(a)及び図13(b)は、それぞれ、図11(a)及び図11(b)のシミュレーションにおいて、膜厚50nmの中間層における電圧上昇を示す。図12(a)及び図12(b)において、グラフの縦軸は、電圧上昇の値を示し、横軸は傾斜Al組成中間層の終端Al組成値を示す。図13(a)及び図13(b)において、グラフの縦軸は、電圧上昇の値を示し、横軸は中間層の一定Al組成を示す。 Figures 12(a) and 12(b) show the voltage rise in a 50 nm thick intermediate layer in the simulations of Figures 10(a) and 10(b), respectively. Figures 13(a) and 13(b) show the voltage rise in a 50 nm thick intermediate layer in the simulations of Figures 11(a) and 11(b), respectively. In Figures 12(a) and 12(b), the vertical axis of the graph shows the voltage rise value, and the horizontal axis shows the terminal Al composition value of the graded Al composition intermediate layer. In Figures 13(a) and 13(b), the vertical axis of the graph shows the voltage rise value, and the horizontal axis shows the constant Al composition of the intermediate layer.
図12(a)及び図12(b)において、電圧上昇の最小値は、それぞれ、0.014ボルト及び0.015ボルトであり、低い終端Al組成値の範囲(図12(a)における40%以下及び図12(b)における20%以下)において、ほぼ一定値である。一方、図13(a)及び図13(b)において、電圧上昇の最小値は、それぞれ、0.788ボルト及び0.767ボルトである。一定Al組成の中間層では、電圧上昇のグラフは、下に凸形状を有する。 In Figures 12(a) and 12(b), the minimum voltage rise is 0.014 volts and 0.015 volts, respectively, and is almost constant in the range of low termination Al composition values (40% or less in Figure 12(a) and 20% or less in Figure 12(b)). On the other hand, in Figures 13(a) and 13(b), the minimum voltage rise is 0.788 volts and 0.767 volts, respectively. For an intermediate layer with a constant Al composition, the voltage rise graph has a downward convex shape.
図14(a)、図14(b)、図14(c)及び図14(d)は、それぞれ、図10(a)のモデルにおいて厚さ10nm、20nm、30nm及び50nmの傾斜Al組成の中間層を含むコンタクト構造におけるキャリア(電子)濃度を示す図面である。外部印加電圧はゼロであり、従って、n-電極とp-電極の間に流れる電流は0A/cm2である。いずれのグラフにおいても、Al組成の終端値は、ゼロである。図14(a)では、傾斜Al組成の中間層の領域において、エネルギー換算で1.3eV程度に対応する電子空乏化が生じている。図14(b)では、傾斜Al組成の中間層の領域において、エネルギー換算で0.8eV程度に対応する電子空乏化が生じている。図14(c)では、傾斜Al組成の中間層の領域において、わずかな電子空乏化が生じている。図14(d)では、傾斜Al組成の中間層の領域において、電子空乏化が実質的に生じていない。 14(a), 14(b), 14(c) and 14(d) are diagrams showing carrier (electron) concentrations in contact structures including intermediate layers with graded Al composition of 10 nm, 20 nm, 30 nm and 50 nm thickness in the model of FIG. 10(a), respectively. The externally applied voltage is zero, and therefore the current flowing between the n-electrode and the p-electrode is 0 A/cm 2. In each graph, the terminal value of the Al composition is zero. In FIG. 14(a), in the region of the intermediate layer with graded Al composition, electron depletion occurs corresponding to about 1.3 eV in terms of energy. In FIG. 14(b), in the region of the intermediate layer with graded Al composition, electron depletion occurs corresponding to about 0.8 eV in terms of energy. In FIG. 14(c), slight electron depletion occurs in the region of the intermediate layer with graded Al composition. In FIG. 14(d), substantially no electron depletion occurs in the region of the intermediate layer with graded Al composition.
図15(a)及び図15(b)は、図9(a)のシミュレーションモデルの計算結果を示すグラフである。下地のn型AlGaNのAl組成は90%である。図16(a)及び図16(b)は、図8(b)のシミュレーションモデルの計算結果を示すグラフである。下地のn型AlGaNのAl組成は90%である。図15(a)及び図16(a)のシミュレーションは、中間層が下地n型AlGaNに対してコヒーレントに成長されているモデルを用いる。図15(b)及び図16(b)のシミュレーションは、中間層が下地n型AlGaNに対して完全緩和(格子緩和率100%)で成長されているモデルを用いる。図15(a)及び図15(b)において、グラフの縦軸は、中間層の終端Al組成値を示し、横軸は中間層の膜厚を示す。シミュレーションモデルにおいて、出発Al組成値は90%である。図16(a)及び図16(b)において、グラフの縦軸は、中間層の一定Al組成を示し、横軸は中間層の膜厚を示す。図15(a)~図16(b)のグラフには、複数の実線が、数字と共に描かれている。数字は、電圧差分を表す。 Figures 15(a) and 15(b) are graphs showing the calculation results of the simulation model of Figure 9(a). The Al composition of the underlying n-type AlGaN is 90%. Figures 16(a) and 16(b) are graphs showing the calculation results of the simulation model of Figure 8(b). The Al composition of the underlying n-type AlGaN is 90%. The simulations of Figures 15(a) and 16(a) use a model in which the intermediate layer is grown coherently with respect to the underlying n-type AlGaN. The simulations of Figures 15(b) and 16(b) use a model in which the intermediate layer is grown with complete relaxation (lattice relaxation rate 100%) with respect to the underlying n-type AlGaN. In Figures 15(a) and 15(b), the vertical axis of the graph indicates the terminal Al composition value of the intermediate layer, and the horizontal axis indicates the film thickness of the intermediate layer. In the simulation model, the starting Al composition value is 90%. In Figures 16(a) and 16(b), the vertical axis of the graph indicates the constant Al composition of the intermediate layer, and the horizontal axis indicates the film thickness of the intermediate layer. The graphs in Figures 15(a) to 16(b) show multiple solid lines with numbers. The numbers represent the voltage difference.
図15(a)及び図15(b)をそれぞれ図16(a)及び図16(b)と比較すると、実施例に係るコンタクト構造は、Al組成ゼロから広いAl組成範囲において、低い電圧上昇を示す。具体的には、図16(a)の結果では、電圧上昇2.5ボルト以下のエリアは生じない。図16(b)の結果では、電圧2.5ボルト以下のエリアは、一定Al組成の中間層が薄い膜厚であって狭いAl組成範囲においてのみ生じる。 Comparing Figures 15(a) and 15(b) with Figures 16(a) and 16(b), respectively, the contact structure according to the embodiment shows a low voltage rise over a wide range of Al compositions from zero. Specifically, in the results of Figure 16(a), there is no area where the voltage rise is below 2.5 volts. In the results of Figure 16(b), the area where the voltage is below 2.5 volts occurs only in a narrow range of Al compositions where the intermediate layer with a constant Al composition is thin in thickness.
傾斜Al組成の中間層が下地n型AlGaNに対してコヒーレントに成長している構造を示す図15(a)によれば、コンタクト層がn-GaNである構造では、実施例に係るコンタクト構造は、傾斜Al組成中間層の終端Al組成がゼロから広いAl組成範囲において、低い電圧上昇を示す。限定ではなく例示として、電圧上昇3.0ボルト以下の範囲は、中間層の膜厚に関して30nm以上である、また中間層のAl組成の終端値は、ゼロ%以上55%までの範囲である。電圧上昇1.0ボルト以下の範囲は、中間層の膜厚に関して35nm以上である。また、中間層のAl組成の終端値は、ゼロ以上45%までの範囲である。 According to FIG. 15(a), which shows a structure in which the intermediate layer with graded Al composition grows coherently with respect to the underlying n-type AlGaN, in a structure in which the contact layer is n-GaN, the contact structure according to the embodiment shows a low voltage rise in a wide range of Al compositions from zero for the terminal Al composition of the intermediate layer with graded Al composition. By way of example and not limitation, the range of voltage rise of 3.0 volts or less is for the thickness of the intermediate layer of 30 nm or more, and the terminal value of the Al composition of the intermediate layer is in the range of zero% to 55%. The range of voltage rise of 1.0 volts or less is for the thickness of the intermediate layer of 35 nm or more, and the terminal value of the Al composition of the intermediate layer is in the range of zero% to 45%.
傾斜Al組成の中間層が下地n型AlGaNに対して完全緩和して成長している構造を示す図15(b)によれば、同様に、コンタクト層がn-GaNである構造では、実施例に係るコンタクト構造は、傾斜Al組成中間層の終端Al組成がゼロから広いAl組成範囲において、低い電圧上昇を示す。限定ではなく例示として、電圧上昇3.0ボルト以下の範囲は、中間層の膜厚に関して10nm以上である。また中間層のAl組成の終端値は、ゼロ%以上30%までの範囲である。電圧上昇1.0ボルト以下の範囲は、中間層の膜厚に関して25nm以上である。また、中間層のAl組成の終端値は、ゼロ以上20%までの範囲である。 According to FIG. 15(b), which shows a structure in which the intermediate layer with graded Al composition is grown completely relaxed with respect to the underlying n-type AlGaN, similarly, in a structure in which the contact layer is n-GaN, the contact structure according to the embodiment shows a low voltage rise in a wide range of Al composition from zero for the terminal Al composition of the intermediate layer with graded Al composition. By way of example and not limitation, the range of voltage rise of 3.0 volts or less is 10 nm or more for the film thickness of the intermediate layer. Also, the terminal value of the Al composition of the intermediate layer is in the range of zero% to 30%. The range of voltage rise of 1.0 volts or less is 25 nm or more for the film thickness of the intermediate layer. Also, the terminal value of the Al composition of the intermediate layer is in the range of zero% to 20%.
図10(a)に示されたグラフ上のいくつかの膜厚におけるコンタクト構造(コヒーレント成長)のキャリア濃度(図示されていない)を調べた。厚さ20nm及び終端Al組成0%の傾斜Al組成の中間層を含むコンタクト構造では、傾斜Al組成の中間層の領域において、エネルギー換算で0.8eVを超える値に対応する電子濃度の低下が生じている。厚さ20nm及び終端Al組成20%の傾斜Al組成の中間層を含むコンタクト構造では、傾斜Al組成の中間層の領域において、エネルギー換算で0.4eV程度に対応するわずかな電子濃度の低下が生じている。 The carrier concentration (not shown) of the contact structure (coherent growth) at several film thicknesses on the graph shown in Figure 10 (a) was investigated. In the contact structure including an intermediate layer with a thickness of 20 nm and a graded Al composition of 0% at the end, a decrease in the electron concentration occurs in the region of the intermediate layer with the graded Al composition, which corresponds to a value exceeding 0.8 eV in terms of energy. In the contact structure including an intermediate layer with a thickness of 20 nm and a graded Al composition of 20% at the end, a slight decrease in the electron concentration occurs in the region of the intermediate layer with the graded Al composition, which corresponds to about 0.4 eV in terms of energy.
図10(b)に示されたグラフ上のいくつかの膜厚におけるコンタクト構造(完全緩和成長)のキャリア濃度(図示されていない)を調べた。厚さ20nm及び終端Al組成0%の傾斜Al組成の中間層を含むコンタクト構造では、傾斜Al組成の中間層の領域において、エネルギー換算で0.2eV程度に対応する電子濃度の変化であって、電子濃度の減少が実質的に生じていない(電子空乏化がほとんど生じていない)。厚さ20nm及び終端Al組成20%の傾斜Al組成の中間層を含むコンタクト構造では、傾斜Al組成の中間層の領域において、エネルギー換算で0.4eV程度に対応するわずかな電子空乏化が生じている。 The carrier concentration (not shown) of the contact structure (fully relaxed growth) at several film thicknesses on the graph shown in Figure 10 (b) was investigated. In the contact structure including an intermediate layer with a thickness of 20 nm and a graded Al composition of 0% at the end, the change in electron concentration in the region of the intermediate layer with the graded Al composition corresponds to about 0.2 eV in terms of energy, and there is essentially no decrease in the electron concentration (almost no electron depletion). In the contact structure including an intermediate layer with a thickness of 20 nm and a graded Al composition of 20% at the end, there is slight electron depletion in the region of the intermediate layer with the graded Al composition, corresponding to about 0.4 eV in terms of energy.
図17(a)及び図17(b)は、それぞれ、図15(a)及び図15(b)のシミュレーションにおいて、膜厚50nmの中間層における電圧上昇を示す。図17(c)及び図17(d)は、それぞれ、図16(a)及び図16(b)のシミュレーションにおいて、膜厚50nmの中間層における電圧上昇を示す。図17(a)及び図17(b)において、グラフの縦軸は、電圧上昇の値を示し、横軸は傾斜Al組成中間層の終端Al組成値を示す。図17(c)及び図17(d)において、グラフの縦軸は、電圧上昇の値を示し、横軸は中間層の一定Al組成を示す。 Figures 17(a) and 17(b) show the voltage rise in a 50 nm thick intermediate layer in the simulations of Figures 15(a) and 15(b), respectively. Figures 17(c) and 17(d) show the voltage rise in a 50 nm thick intermediate layer in the simulations of Figures 16(a) and 16(b), respectively. In Figures 17(a) and 17(b), the vertical axis of the graph shows the voltage rise value, and the horizontal axis shows the terminal Al composition value of the graded Al composition intermediate layer. In Figures 17(c) and 17(d), the vertical axis of the graph shows the voltage rise value, and the horizontal axis shows the constant Al composition of the intermediate layer.
図17(a)及び図17(b)において、電圧上昇の最小値は、共に、それぞれ、0ボルトであり、低い終端Al組成値の範囲(図17(a)における40%以下及び図17(b)における20%以下)において、ほぼ一定値である。一方、図17(c)及び図17(d)において、電圧上昇の最小値は、それぞれ、2.70ボルト及び2.52ボルトである。一定Al組成の中間層では、電圧上昇のグラフは、下に凸形状を有する。 In Figures 17(a) and 17(b), the minimum values of the voltage rise are both 0 volts, and are almost constant in the range of low termination Al composition values (40% or less in Figure 17(a) and 20% or less in Figure 17(b)). On the other hand, in Figures 17(c) and 17(d), the minimum values of the voltage rise are 2.70 volts and 2.52 volts, respectively. For intermediate layers with constant Al composition, the voltage rise graph has a downward convex shape.
図9(b)は、実験例に係るシミュレーションモデルを模式的示す図面である。図9(b)のシミュレーションモデルの素子構造は、コンタクト層がAlGaNである点で、図9(a)に示された素子構造と異なる。この入れ替えに応じて、傾斜Al組成の中間層(n型AlGaN)は40%~75%のAl組成範囲を有する。この中間層の傾斜Al組成は、出発Al組成値から終端Al組成値に線形に低くなる。コンタクト層のAl組成は、40%である。図9(b)のシミュレーションモデルの素子構造において、n-電極はコンタクト層(n-AlGaN)に接触を成す。このコンタクト層は傾斜Al組成の中間層に接触を成す。この中間層は下地n型AlGaN(Al組成:75%)に接触を成す。 Figure 9(b) is a schematic diagram of a simulation model according to an experimental example. The device structure of the simulation model in Figure 9(b) differs from the device structure shown in Figure 9(a) in that the contact layer is AlGaN. In response to this replacement, the intermediate layer (n-type AlGaN) with a graded Al composition has an Al composition range of 40% to 75%. The graded Al composition of this intermediate layer decreases linearly from the starting Al composition value to the ending Al composition value. The Al composition of the contact layer is 40%. In the device structure of the simulation model in Figure 9(b), the n-electrode makes contact with the contact layer (n-AlGaN). This contact layer makes contact with the intermediate layer with a graded Al composition. This intermediate layer makes contact with the underlying n-type AlGaN (Al composition: 75%).
図18は、図9(b)のシミュレーションモデルの計算結果を示すグラフである。図18のシミュレーションは、中間層及びコンタクト層が下地n型AlGaNに対してコヒーレントに成長されているモデルを用いる。図18において、グラフの縦軸は、中間層のAl組成の終端値を示し、横軸は中間層の膜厚を示す。図18のグラフには、複数の実線が、数字と共に描かれている。数字は、電圧差分を表す。シミュレーションモデルにおいて、出発Al組成値は75%である。下地のn型AlGaNのAl組成は75%である。 Figure 18 is a graph showing the calculation results of the simulation model of Figure 9 (b). The simulation of Figure 18 uses a model in which the intermediate layer and contact layer are grown coherently with respect to the underlying n-type AlGaN. In Figure 18, the vertical axis of the graph shows the end value of the Al composition of the intermediate layer, and the horizontal axis shows the film thickness of the intermediate layer. The graph of Figure 18 shows multiple solid lines with numbers. The numbers represent voltage differences. In the simulation model, the starting Al composition value is 75%. The Al composition of the underlying n-type AlGaN is 75%.
傾斜Al組成の中間層が下地n型AlGaNに対してコヒーレントに成長している構造を示す図18のグラフによれば、コンタクト層がn-AlGaNである構造では、実施例に係るコンタクト構造は、Al組成40%から広いAl組成範囲において、低い電圧上昇を示す。限定ではなく例示として、電圧上昇1ボルト以下の範囲は、中間層の膜厚に関して3nm以上である。また、中間層のAl組成の終端値は、40%以上60%までの範囲である。傾斜組成の中間層の厚さが15nm以上であると、電圧上層はほぼゼロである。参考のための値として、Al組成40%のAlGaNコンタクト層がAl組成75%の下地n型AlGaNにコヒーレントに成長して直接に接合を成す構造では、1.3ボルト程度の電圧上昇が生じる。限定ではなく例示として、コンタクト層がn型AlGaNである構造では、中間層のAl組成の終端値は、コンタクト層のAl組成値と同じ値であることができ、コンタクト層のAl組成値より大きな値であることができる。また、中間層のAl組成の出発値は、下地n型AlGaNのAl組成値と同じ値であることができ、又は下地n型AlGaNのAl組成値より小さなAl組成値であることができる。 According to the graph of FIG. 18 showing a structure in which the intermediate layer with graded Al composition grows coherently with respect to the underlying n-type AlGaN, in a structure in which the contact layer is n-AlGaN, the contact structure according to the embodiment shows a low voltage rise in a wide Al composition range from 40% Al composition. By way of example and not limitation, the range in which the voltage rise is 1 volt or less is 3 nm or more for the film thickness of the intermediate layer. Also, the terminal value of the Al composition of the intermediate layer is in the range of 40% to 60%. When the thickness of the intermediate layer with graded composition is 15 nm or more, the voltage upper layer is almost zero. As a reference value, in a structure in which an AlGaN contact layer with 40% Al composition grows coherently with the underlying n-type AlGaN with 75% Al composition to form a direct bond, a voltage rise of about 1.3 volts occurs. By way of example and not limitation, in a structure in which the contact layer is n-type AlGaN, the terminal value of the Al composition of the intermediate layer can be the same value as the Al composition value of the contact layer and can be a value greater than the Al composition value of the contact layer. In addition, the starting value of the Al composition of the intermediate layer can be the same as the Al composition value of the underlying n-type AlGaN, or can be a smaller Al composition value than the Al composition value of the underlying n-type AlGaN.
図9(b)のシミュレーションモデルの構造では、活性層の発光波長が、例えば280nmである。n-電極は、深紫外光に対して高い反射率を示すAlがコンタクト層に直接触する構造を用いる。コンタクト層のAl組成が40%であるので、コンタクト層は波長280nmの光に対して透明である。活性層から出た深紫外光の一部は、コンタクト層を透過して、n-電極で反射される。この反射光は、デバイスの外部に取り出される。この構造は、高い外部量子効率を示す。 In the simulation model structure of Figure 9(b), the emission wavelength of the active layer is, for example, 280 nm. The n-electrode uses a structure in which Al, which has a high reflectivity for deep ultraviolet light, is in direct contact with the contact layer. Since the Al composition of the contact layer is 40%, the contact layer is transparent to light with a wavelength of 280 nm. A portion of the deep ultraviolet light emitted from the active layer passes through the contact layer and is reflected by the n-electrode. This reflected light is extracted to the outside of the device. This structure exhibits high external quantum efficiency.
図10、図12、図14,図15,図17(a)、図17(b)、図18に示した結果は、図9(a)および図9(b)に示したシミュレーションモデル中の傾斜Al組成中間層のAl組成が線形ではなく階段状に変化した場合であっても、中間層内におけるAl組成の不連続性が十分に小さければ実質的に同様の結果となる。 The results shown in Figures 10, 12, 14, 15, 17(a), 17(b), and 18 are essentially the same even if the Al composition of the graded Al composition intermediate layer in the simulation model shown in Figures 9(a) and 9(b) changes stepwise rather than linearly, as long as the discontinuity in the Al composition within the intermediate layer is sufficiently small.
(実施例2)
コンタクト構造に関する測定結果を説明する。図19は、コンタクト構造に係る実験のためのデバイス構造を示す図面である。
Example 2
Measurement results relating to the contact structure will now be described. Fig. 19 is a diagram showing a device structure for an experiment relating to the contact structure.
図19(a)及び図19(b)は、共に、コンタクト構造のエピ構造及び電気的測定のためのコンタクト構造を示す。エピ構造は、以下の手順で作製される。MOVPE法により、AlNテンプレート(図では省略)上に、下地n型AlGaN、傾斜Al組成中間層(n型AlGaN)、n-GaNコンタクト層を順に連続して成長する。下地n型AlGaNのAl組成は75%であり、膜厚は500nmである。傾斜Al組成の中間層の出発Al組成は75%(固定)であり、終端Al組成は、0%、20%、及び40%を用いて3種類のエピ構造を作製した。また、傾斜Al組成の中間層の膜厚は、20nm及び50nmを用いて2種類のエピ構造を作製した。いずれのエピ構造においても、コンタクト層の膜厚は200nmである。参照のためのエピ構造は、図19(b)に示されるように、傾斜Al組成中間層を含まず、下地n型AlGaN上に直接に成長されたn-GaNコンタクト層を含む。 19(a) and 19(b) show the epitaxial structure of the contact structure and the contact structure for electrical measurement. The epitaxial structure is fabricated by the following procedure. By MOVPE, the n-type AlGaN underlayer, the graded Al composition intermediate layer (n-type AlGaN), and the n-GaN contact layer are grown in sequence on the AlN template (not shown). The Al composition of the n-type AlGaN underlayer is 75%, and the film thickness is 500 nm. The starting Al composition of the graded Al composition intermediate layer is 75% (fixed), and the termination Al composition is 0%, 20%, and 40% to fabricate three types of epitaxial structures. In addition, the film thickness of the graded Al composition intermediate layer is 20 nm and 50 nm to fabricate two types of epitaxial structures. In both epitaxial structures, the film thickness of the contact layer is 200 nm. The epitaxial structure for reference does not include a graded Al composition intermediate layer, but includes an n-GaN contact layer grown directly on the underlying n-type AlGaN, as shown in FIG. 19(b).
図19(a)及び図19(b)に示されるように、エピ構造の表面に真空蒸着法を用いて電極を形成する。エピ構造物上に、Ti/Al/Ni/Au(厚さ:30/100/70/150nm)の電極のための金属膜を堆積する。これらの金属膜を堆積した後に、N2雰囲気において、摂氏800度、2分間の熱処理を施した。 As shown in Figures 19(a) and 19(b), electrodes are formed on the surface of the epitaxial structure by vacuum deposition. Metal films for electrodes of Ti/Al/Ni/Au (thickness: 30/100/70/150 nm) are deposited on the epitaxial structure. After depositing these metal films, a heat treatment is performed at 800 degrees Celsius for 2 minutes in a N2 atmosphere.
電極とコンタクト層との接触抵抗を評価するために、電極は、円形の電極(内側電極)と、それを取り囲む円環状の電極(外側電極)を含む。内側電極及び外側電極は、これらの間の距離が2~48μmの範囲においていくつかの値にあるように形成される。cTLM(circular transfer length method:cTLM)法を用いて、電気的測定が行われた。 To evaluate the contact resistance between the electrode and the contact layer, the electrodes include a circular electrode (inner electrode) and an annular electrode (outer electrode) surrounding it. The inner electrode and the outer electrode are formed so that the distance between them is several values in the range of 2 to 48 μm. Electrical measurements were performed using the circular transfer length method (cTLM).
図19(c)及び図19(d)は、電気的測定のためのコンタクト構造を示す。内側電極及び外側電極を備える電極エピ構造物に、内側電極と外側電極の間のエリアにドライエッチングを用いて下地n型AlGaNに到達する溝を形成する。 19(c) and 19(d) show the contact structure for electrical measurement. In the electrode epitaxial structure having an inner electrode and an outer electrode, a groove is formed in the area between the inner electrode and the outer electrode by dry etching to reach the underlying n-type AlGaN.
図20(a)及び図20(b)は、図19(b)に示されたコンタクト構造の電気的測定の結果を示す。図20(a)は、図19(b)に示されたコンタクト構造の内側電極と外側電極の2端子間の電流電圧(I-V)特性である。I-V曲線が直線に近いので、電極とコンタクト層とは良好なオーミック接触を成すことがわかる。図20(b)は、図20(a)から求めた2端子間の抵抗値を、電極間隔に対してプロットしたグラフである。グラフ中の黒点(Experiment)は測定値を示し、破線(Fitting)は、以下の式(1)を用いて実験値から最小二乗近似により求められたフィッティング曲線を示す。
式(1):R=Rsh/2π{ln(r1/r2)+Lt(1/r1+1/r2)}
R:2端子間の抵抗値
r1:内側電極の半径
r2:外側電極の半径
Rsh:半導体層のシート抵抗
Lt:伝送長
ln:自然対数
Rsh及びLtがフィッティングパラメータである。
電極とコンタクト層の特性接触抵抗ρcは以下の式(2)で求められる。
式(2):ρc=Rsh×Lt2
フィッティングにより導出した特性接触抵抗ρcはρc=2.2×10-4Ω・cm2であり、この実験により、電極とコンタクト層の接触抵抗が低いことが示される。
20(a) and 20(b) show the results of electrical measurements of the contact structure shown in FIG. 19(b). FIG. 20(a) shows the current-voltage (IV) characteristics between two terminals, the inner electrode and the outer electrode, of the contact structure shown in FIG. 19(b). Since the IV curve is close to a straight line, it can be seen that the electrodes and the contact layer form good ohmic contact. FIG. 20(b) is a graph in which the resistance value between the two terminals obtained from FIG. 20(a) is plotted against the electrode spacing. The black dots (Experiment) in the graph show the measured values, and the dashed line (Fitting) shows the fitting curve obtained by least squares approximation from the experimental values using the following formula (1).
Formula (1): R=Rsh/2π{ln(r1/r2)+Lt(1/r1+1/r2)}
R: resistance value between two terminals r1: radius of inner electrode r2: radius of outer electrode Rsh: sheet resistance of semiconductor layer Lt: transmission length ln: natural logarithm Rsh and Lt are fitting parameters.
The characteristic contact resistance ρc between the electrode and the contact layer is calculated by the following formula (2).
Formula (2): ρc=Rsh×Lt 2
The characteristic contact resistance ρc derived by fitting is ρc=2.2×10 −4 Ω·cm 2 , and this experiment shows that the contact resistance between the electrode and the contact layer is low.
図21(a)及び図21(b)は、図19(d)に示されたコンタクト構造の電気的測定の結果を示す。図21(a)は、図19(d)に示されたコンタクト構造の内側電極と外側電極の2端子間のI-V特性である。図21(b)は、図21(a)から求めた2端子間の抵抗値を、電極間隔に対してプロットしたグラフである。図21(a)のI-V特性は整流性を示している。これを図20(a)に示された直線的なI-V特性と比較すると、この整流特性はコンタクト層と下地n型AlGaNとの界面で生じていると推測される。図21(b)に示された破線は、式(1)を用いて計算された。図21(b)に示された抵抗値(縦軸)は、10mAの2端子間電流における抵抗値である。このグラフから式(2)を用いて導出されたコンタクト抵抗は、ρc=6.9×10-2Ω・cm2である。この特性接触抵抗ρcは電極-コンタクト層の界面の接触抵抗と、コンタクト層の抵抗と、コンタクト層-下地n型AlGaNの界面の接触抵抗との和であると推測される。 21(a) and 21(b) show the results of electrical measurements of the contact structure shown in FIG. 19(d). FIG. 21(a) shows the IV characteristic between two terminals, the inner electrode and the outer electrode, of the contact structure shown in FIG. 19(d). FIG. 21(b) is a graph in which the resistance between the two terminals obtained from FIG. 21(a) is plotted against the electrode spacing. The IV characteristic in FIG. 21(a) shows rectification. Comparing this with the linear IV characteristic shown in FIG. 20(a), it is presumed that this rectification characteristic occurs at the interface between the contact layer and the underlying n-type AlGaN. The dashed line shown in FIG. 21(b) was calculated using formula (1). The resistance value (vertical axis) shown in FIG. 21(b) is the resistance value at a current between the two terminals of 10 mA. The contact resistance derived from this graph using formula (2) is ρc=6.9×10 −2 Ω·cm 2 . This characteristic contact resistance ρc is presumed to be the sum of the contact resistance at the electrode-contact layer interface, the resistance of the contact layer, and the contact resistance at the contact layer-underlying n-type AlGaN interface.
既に説明したように、電極-コンタクト層の界面の接触抵抗は小さい。また、コンタクト層の抵抗も小さい。従って、特性接触抵抗ρcの大きさは、コンタクト層-下地n型AlGaN界面の接触抵抗が大きいことを示す。コンタクト層-下地n型AlGaNの界面の接触抵抗が大きいことは、コンタクト層-下地n型AlGaNの界面における電圧上昇が大きいことを意味する。 As already explained, the contact resistance at the electrode-contact layer interface is small. The resistance of the contact layer is also small. Therefore, the magnitude of the characteristic contact resistance ρc indicates that the contact resistance at the contact layer-underlying n-type AlGaN interface is large. A large contact resistance at the contact layer-underlying n-type AlGaN interface means that the voltage rise at the contact layer-underlying n-type AlGaN interface is large.
図22(a)及び図22(b)は、図19(a)に示されたコンタクト構造の電気的測定の結果を示す。このコンタクト構造では、傾斜Al組成中間層の膜厚は50nmであり、終端Al組成は0%である。図22(a)は、図19(a)に示されたコンタクト構造の内側電極と外側電極の2端子間のI-V特性である。I-V曲線が直線的であるので、図22(a)のI-V特性は良好なオーミック接触を示している。図21(b)は、図22(a)から求めた2端子間の抵抗値を、電極間隔に対してプロットしたグラフである。破線は、フィッティングにより導出された。フィッティングによる特性接触抵抗ρcは、ρc=2.6×10-4Ω・cm2であり、この値は、電極とコンタクト層との接触抵抗が低いことを示す。 22(a) and 22(b) show the results of electrical measurements of the contact structure shown in FIG. 19(a). In this contact structure, the film thickness of the graded Al composition intermediate layer is 50 nm, and the terminal Al composition is 0%. FIG. 22(a) shows the IV characteristic between two terminals, the inner electrode and the outer electrode, of the contact structure shown in FIG. 19(a). Since the IV curve is linear, the IV characteristic in FIG. 22(a) shows good ohmic contact. FIG. 21(b) shows the resistance between the two terminals obtained from FIG. 22(a) plotted against the electrode spacing. The dashed line is derived by fitting. The characteristic contact resistance ρc by fitting is ρc=2.6×10 −4 Ω·cm 2 , which indicates that the contact resistance between the electrode and the contact layer is low.
図23(a)及び図23(b)は、図19(c)に示されたコンタクト構造の電気的測定の結果を示す。このコンタクト構造では、傾斜Al組成中間層の膜厚は50nmであり、終端Al組成は0%である。図23(a)は、図19(c)に示されたコンタクト構造の内側電極と外側電極の2端子間のI-V特性である。I-V曲線が直線的であるので、図23(a)のI-V特性は整流性を示さない。図23(b)は、図23(a)から求めた2端子間の抵抗値を、電極間隔に対してプロットしたグラフである。破線は、フィッティングにより導出された。フィッティングによる特性接触抵抗ρcは、ρc=2.9×10-4Ω・cm2である。この特性接触抵抗ρcは、電極-コンタクト層の界面における接触抵抗と、コンタクト層の抵抗と、コンタクト層と傾斜Al組成の中間層の界面における接触抵抗と、傾斜Al組成の中間層の抵抗と、傾斜Al組成の中間層と下地n型AlGaNの界面における接触抵抗との和であると推測される。図22(b)に示された電極-コンタクト層の界面の接触抵抗と、図23(b)に示された電極-コンタクト層の界面の接触抵抗およびコンタクト層-下地n型AlGaNの各層および各界面の接触抵抗の和が非常に近いので、コンタクト層-下地n型AlGaNの各層および各界面の接触抵抗は小さい。すなわち、この傾斜Al組成の中間層を導入すると、コンタクト層から下地n型AlGaNに電流が流れる際に生じる電圧上昇が非常に小さい。 23(a) and 23(b) show the results of electrical measurements of the contact structure shown in FIG. 19(c). In this contact structure, the thickness of the graded Al composition intermediate layer is 50 nm, and the termination Al composition is 0%. FIG. 23(a) shows the IV characteristic between two terminals, the inner electrode and the outer electrode, of the contact structure shown in FIG. 19(c). Since the IV curve is linear, the IV characteristic in FIG. 23(a) does not show rectification. FIG. 23(b) shows a graph in which the resistance between the two terminals obtained from FIG. 23(a) is plotted against the electrode spacing. The dashed line is derived by fitting. The characteristic contact resistance ρc by fitting is ρc=2.9×10 −4 Ω·cm 2 . This characteristic contact resistance ρc is presumed to be the sum of the contact resistance at the electrode-contact layer interface, the resistance of the contact layer, the contact resistance at the interface between the contact layer and the intermediate layer with graded Al composition, the resistance of the intermediate layer with graded Al composition, and the contact resistance at the interface between the intermediate layer with graded Al composition and the underlying n-type AlGaN. The contact resistance at the electrode-contact layer interface shown in FIG. 22(b) and the sum of the contact resistance at the electrode-contact layer interface shown in FIG. 23(b) and the contact resistance at each layer and each interface of the contact layer-underlying n-type AlGaN are very close, so the contact resistance at each layer and each interface of the contact layer-underlying n-type AlGaN is small. In other words, when the intermediate layer with graded Al composition is introduced, the voltage rise that occurs when a current flows from the contact layer to the underlying n-type AlGaN is very small.
図24は、傾斜Al組成の中間層のAl組成に対する特性接触抵抗の依存性をいくつかの膜厚について示すグラフである。縦軸は、特性接触抵抗を示し、横軸は傾斜Al組成の中間層のAl組成を示す。特性接触抵抗は、電極-コンタクトの層界面の接触抵抗およびコンタクト層-下地n型AlGaNの各層および各界面の接触抵抗の和を指す。グラフに示された特性を有するいずれのコンタクト構造も、実質的に同じ電極-コンタクト層の界面の接触抵抗と、コンタクト層の抵抗と、傾斜Al組成中間層の抵抗を有するので、グラフにおける特性接触抵抗の違いは、コンタクト層-傾斜Al組成中間層の界面の接触抵抗と、傾斜Al組成中間層-下地n型AlGaNの界面の接触抵抗の和の違いを反映していると考えられる。これらの界面の接触抵抗が小さいことは、コンタクト層から下地n型AlGaNに電流が流れる際に生じる電圧上昇が小さいことを意味する。 Figure 24 is a graph showing the dependence of the characteristic contact resistance on the Al composition of the intermediate layer with graded Al composition for several film thicknesses. The vertical axis shows the characteristic contact resistance, and the horizontal axis shows the Al composition of the intermediate layer with graded Al composition. The characteristic contact resistance refers to the sum of the contact resistance of the electrode-contact layer interface and the contact layer-underlying n-type AlGaN layers and interfaces. Since all contact structures having the characteristics shown in the graph have substantially the same contact resistance of the electrode-contact layer interface, the resistance of the contact layer, and the resistance of the graded Al composition intermediate layer, the difference in the characteristic contact resistance in the graph is considered to reflect the difference in the sum of the contact resistance of the contact layer-graded Al composition intermediate layer interface and the contact resistance of the graded Al composition intermediate layer-underlying n-type AlGaN interface. The small contact resistance of these interfaces means that the voltage rise that occurs when current flows from the contact layer to the underlying n-type AlGaN is small.
図24の結果によれば、以下のことが示される。まず、傾斜Al組成の中間層の薄い膜厚(20nm)よりも厚い膜厚(50nm)が、特性接触抵抗の低減に寄与できる。つぎに、膜厚が薄い場合(20nm)に、特性接触抵抗のAl組成依存性が大きくなって、傾斜Al組成の中間層の終端Al組成が20%の時に最小値となる。また、膜厚が厚い場合(50nm)に、特性接触抵抗のAl組成依存性が小さくなって、傾斜Al組成の中間層の終端Al組成が20%の時に最小値になる。これらの傾向は、図10(a)に示した、傾斜Al組成の中間層が下地n型AlGaNに対してコヒーレントに成長する構造においてシミュレーションによって導出した結果も同様である。 The results in FIG. 24 show the following. First, a thicker film thickness (50 nm) of the intermediate layer with graded Al composition can contribute to reducing the characteristic contact resistance more than a thin film thickness (20 nm) of the intermediate layer with graded Al composition. Next, when the film thickness is thin (20 nm), the characteristic contact resistance becomes more dependent on the Al composition, and reaches a minimum value when the terminal Al composition of the intermediate layer with graded Al composition is 20%. Also, when the film thickness is thick (50 nm), the characteristic contact resistance becomes less dependent on the Al composition, and reaches a minimum value when the terminal Al composition of the intermediate layer with graded Al composition is 20%. These trends are similar to the results derived by simulation in the structure shown in FIG. 10(a) in which the intermediate layer with graded Al composition grows coherently with the underlying n-type AlGaN.
実施例2の実験によれば、実施例1におけるシミュレーションの結果が支持される。 The experiment in Example 2 supports the results of the simulation in Example 1.
(実施例3)
図25は、図19(a)に示されたエピ構造(電極を含まず)のX線回折逆格子空間マッピング(XRD-RSM)の測定結果を示す図面である。エピ構造は、出発Al組成75%、終端Al組成20%、及び膜厚50nmの傾斜Al組成の中間層を含む。XRD-RSM測定は、(10-15)回折で行なわれた。このマッピング測定から、エピ構造内の個々の半導体層の面内方向の格子定数及び面内方向に垂直方向の格子定数が導出される。個々の半導体層に対応するピークqc及びピークqmが、それぞれ、c軸方向の格子定数の逆数及びm軸方向の格子定数の逆数に対応する。例えば、AlN及びAlGaN緩衝層が、図19(a)では省略されており、エピ構造では下地n型AlGaNはこれらを下地として成長される。AlN及びAlGaN緩衝層のピークqc値が、下地n型AlGaNのピークqc値より大きいので、AlNホモエピ層及びAlGaN緩衝層のc軸方向の格子定数が下地n型AlGaNのc軸方向の格子定数小さい。一方で、AlN、AlGaN緩衝層、下地n-AlGaNのいずれも、ほぼ等しいピークqm値を有するので、これらの層の面内方向の格子定数はほぼ等しい。これは、AlN、AlGaN緩衝層、及び下地n型AlGaNが、コヒーレントに成長していることを示す。
Example 3
FIG. 25 is a diagram showing the measurement results of X-ray diffraction reciprocal space mapping (XRD-RSM) of the epitaxial structure (not including electrodes) shown in FIG. 19(a). The epitaxial structure includes a starting Al composition of 75%, a terminal Al composition of 20%, and an intermediate layer of graded Al composition with a thickness of 50 nm. The XRD-RSM measurement was performed with (10-15) diffraction. From this mapping measurement, the lattice constants in the in-plane direction and the lattice constants perpendicular to the in-plane direction of each semiconductor layer in the epitaxial structure are derived. The peaks qc and qm corresponding to each semiconductor layer correspond to the reciprocal of the lattice constant in the c-axis direction and the reciprocal of the lattice constant in the m-axis direction, respectively. For example, the AlN and AlGaN buffer layers are omitted in FIG. 19(a), and the underlying n-type AlGaN is grown on these as the underlying in the epitaxial structure. The peak qc values of the AlN and AlGaN buffer layer are larger than the peak qc value of the underlying n-type AlGaN, so the lattice constants in the c-axis direction of the AlN homo-epilayer and the AlGaN buffer layer are smaller than the lattice constant in the c-axis direction of the underlying n-type AlGaN. On the other hand, the AlN, AlGaN buffer layer, and underlying n-AlGaN all have approximately equal peak qm values, so the lattice constants in the in-plane directions of these layers are approximately equal. This indicates that the AlN, AlGaN buffer layer, and underlying n-type AlGaN are growing coherently.
図25において、傾斜Al組成の中間層に対応するピークのqmはほぼ一定の値を保っており、かつ、下地n型AlGaNに対応するピークのqmとほぼ同じ値である。これは、傾斜Al組成の中間層が下地n型AlGaNにコヒーレントに成長していることを示す。一方で、傾斜Al組成の中間層に対応するピークは、下地n型AlGaNのピークqm値と同じ位置に、qc方向に広がった測定値として示されている。これは、傾斜Al組成の中間層のAl組成が75%から20%まで連続的に変化することに応じて、c軸方向の格子定数が連続的に変化していることを反映している。 In FIG. 25, the qm of the peak corresponding to the intermediate layer with graded Al composition remains almost constant and is almost the same as the qm of the peak corresponding to the underlying n-type AlGaN. This indicates that the intermediate layer with graded Al composition grows coherently with the underlying n-type AlGaN. On the other hand, the peak corresponding to the intermediate layer with graded Al composition is shown as a measurement value that spreads in the qc direction at the same position as the peak qm value of the underlying n-type AlGaN. This reflects the continuous change in the lattice constant in the c-axis direction as the Al composition of the intermediate layer with graded Al composition changes continuously from 75% to 20%.
コンタクト層(n-GaN)に対応するピークのqmの絶対値は、AlN、AlGaN緩衝層、下地n型AlGaN、傾斜Al組成の中間層のqmの絶対値よりも小さい。これは、コンタクト層(n-GaN)の面内方向の格子定数が他の半導体層の面内方向の格子定数よりも大きく、コンタクト層(n-GaN)は格子緩和していることを示す。図25において、格子緩和率は約80%と見積もられる。 The absolute value of qm of the peak corresponding to the contact layer (n-GaN) is smaller than the absolute values of qm of AlN, the AlGaN buffer layer, the underlying n-type AlGaN, and the intermediate layer with graded Al composition. This indicates that the in-plane lattice constant of the contact layer (n-GaN) is larger than the in-plane lattice constants of the other semiconductor layers, and the contact layer (n-GaN) is lattice relaxed. In Figure 25, the lattice relaxation rate is estimated to be approximately 80%.
(実施例4)
図26(a)~図26(f)は、図19(a)に示されたエピ構造の表面の微分干渉顕微鏡像を示す図面である。具体的には、図26(a)から図26(c)は、厚さ20nmの傾斜Al組成中間層を有するコンタクト構造の表面モフォロジを示し、図26(d)から図26(f)は、厚さ50nmの傾斜Al組成中間層を有するコンタクト構造の表面モフォロジを示す。図26(a)及び図26(d)は、出発Al組成及び終端Al組成がそれぞれ75%及び0%の傾斜Al組成中間層を有するコンタクト構造の表面モフォロジを示す。図26(b)及び図26(e)は、出発Al組成及び終端Al組成がそれぞれ75%及び20%の傾斜Al組成中間層を有するコンタクト構造の表面モフォロジを示す。図26(c)及び図26(f)は、出発Al組成及び終端Al組成がそれぞれ75%及び40%の傾斜Al組成中間層を有するコンタクト構造の表面モフォロジを示す。
Example 4
26(a) to 26(f) are drawings showing differential interference microscope images of the surface of the epitaxial structure shown in FIG. 19(a). Specifically, FIGS. 26(a) to 26(c) show the surface morphology of a contact structure having a 20 nm thick graded Al composition intermediate layer, and FIGS. 26(d) to 26(f) show the surface morphology of a contact structure having a 50 nm thick graded Al composition intermediate layer. FIGS. 26(a) and 26(d) show the surface morphology of a contact structure having a graded Al composition intermediate layer with starting and ending Al compositions of 75% and 0%, respectively. FIGS. 26(b) and 26(e) show the surface morphology of a contact structure having a graded Al composition intermediate layer with starting and ending Al compositions of 75% and 20%, respectively. 26(c) and 26(f) show the surface morphology of the contact structure with a graded Al composition intermediate layer with starting and ending Al compositions of 75% and 40%, respectively.
図26(b)、図26(c)、図26(e)及び図26(f)の表面モフォロジは、図26(a)及び図26(d)の表面モフォロジより平坦である。これによれば、Al組成が20%以上のAlGaNの成長では、傾斜Al組成中間層の格子緩和が抑制されていると推測される。コンタクト層の良好な表面平坦性は、その上への電極形成、及びその他のプロセスに対して好ましい。これ故に、傾斜Al組成中間層の終端Al組成値は、良好な表面平坦性を提供できる20%以上であることが望ましい。 The surface morphologies of Figures 26(b), 26(c), 26(e) and 26(f) are flatter than those of Figures 26(a) and 26(d). This suggests that lattice relaxation of the graded Al composition intermediate layer is suppressed in the growth of AlGaN with an Al composition of 20% or more. Good surface flatness of the contact layer is favorable for electrode formation thereon and other processes. For this reason, it is desirable for the terminal Al composition value of the graded Al composition intermediate layer to be 20% or more, which can provide good surface flatness.
図27は、深紫外発光ダイオードのI-V特性を示す図面である。破線の「Reference」は、図8(a)に示された構造の特性を示し、実線の「Novel」は、図9(a)に示された構造、つまり図8(a)の構造において、n-電極と下地n型AlGaNとの間に傾斜Al組成のn型AlGaN中間層、及びn型GaNコンタクト層を含む選択成長の積層を設けた構造の特性を示す。傾斜Al組成のn型AlGaN中間層の出発Al組成は75%であり、終端Al組成は20%である。傾斜Al組成n型AlGaN中間層の厚さは、50nmである。下地n型AlGaNのAl組成は75%である。コンタクト層及び傾斜Al組成の中間層を用いるコンタクト構造は、n-電極から下地n型AlGaNまでの抵抗が低い。「Reference」と「Novel」とを比較すると、100A/cm2において、約4Vの動作電圧が低減される。 FIG. 27 is a drawing showing the IV characteristics of a deep ultraviolet light emitting diode. The dashed line "Reference" shows the characteristics of the structure shown in FIG. 8(a), and the solid line "Novel" shows the characteristics of the structure shown in FIG. 9(a), that is, the structure of FIG. 8(a) in which a selectively grown stack including an n-type AlGaN intermediate layer with graded Al composition and an n-type GaN contact layer is provided between the n-electrode and the underlying n-type AlGaN. The starting Al composition of the n-type AlGaN intermediate layer with graded Al composition is 75%, and the ending Al composition is 20%. The thickness of the graded Al composition n-type AlGaN intermediate layer is 50 nm. The Al composition of the underlying n-type AlGaN is 75%. The contact structure using the contact layer and the intermediate layer with graded Al composition has a low resistance from the n-electrode to the underlying n-type AlGaN. Comparing the "Reference" with the "Novel", the operating voltage is reduced by about 4 V at 100 A/cm 2 .
(実施例5)
コンタクト構造に係る技術背景について説明する。深紫外発光ダイオードの下地n型AlGaNのAl組成には、以下の技術的事項が求められる。
Example 5
The technical background of the contact structure will be described below. The Al composition of the n-type AlGaN base for a deep ultraviolet light emitting diode requires the following technical items.
第1に、活性層からの深紫外光が下地のn型AlGaNを透過可能であること。
具体的には、発光波長が285nmであれば、下地n型AlGaNが40%以上のAl組成を有することが求められる。発光波長が265nmであれば、下地n型AlGaNは、60%以上のAl組成を有することが求められる。発光波長が220nmであれば、下地n型AlGaNは、90%以上Al組成を有することが求められる。
First, deep ultraviolet light from the active layer can be transmitted through the underlying n-type AlGaN.
Specifically, if the emission wavelength is 285 nm, the underlying n-type AlGaN is required to have an Al composition of 40% or more, if the emission wavelength is 265 nm, the underlying n-type AlGaN is required to have an Al composition of 60% or more, and if the emission wavelength is 220 nm, the underlying n-type AlGaN is required to have an Al composition of 90% or more.
第2に、下地n型AlGaNは下地の半導体に対してコヒーレントに成長されること。
下地n型AlGaNが格子緩和してミスフィット転位が発生すると、活性層の結晶品質を低下させ、発光効率が低下する。下地n型AlGaNの格子緩和を抑制するために、下地n型AlGaNを下地のAlNテンプレート又はAlN基板に対してコヒーレントに成長させる。このためには、典型的には、下地n型AlGaNのAl組成は50%以上であることが望ましく、60%以上であることがさらに望ましい。AlNへのコヒーレント成長の観点では、下地n型AlGaNは、より大きなAl組成を有することがよい。AlNテンプレートが圧縮歪みを内包している場合は、AlNテンプレートが無歪みあるいは引っ張り歪みを内包している場合よりも、AlNテンプレートへコヒーレントに成長できる下地n型AlGaNのAl組成の範囲が狭い範囲、すなわち、高いAl組成に限定される。
Second, the underlying n-type AlGaN must be grown coherently with respect to the underlying semiconductor.
When the underlying n-type AlGaN undergoes lattice relaxation and misfit dislocations occur, the crystal quality of the active layer is degraded, and the light emission efficiency is reduced. In order to suppress the lattice relaxation of the underlying n-type AlGaN, the underlying n-type AlGaN is grown coherently on the underlying AlN template or AlN substrate. For this purpose, typically, the Al composition of the underlying n-type AlGaN is desirably 50% or more, and more desirably 60% or more. From the viewpoint of coherent growth on AlN, it is preferable that the underlying n-type AlGaN has a larger Al composition. When the AlN template contains compressive strain, the range of the Al composition of the underlying n-type AlGaN that can be coherently grown on the AlN template is limited to a narrower range, i.e., a higher Al composition, than when the AlN template contains no strain or tensile strain.
第3に、下地n型AlGaNにおいてその面内方向に電子をドリフトさせて広げられること。
下地n型AlGaNには、電極からの電子を面内にわたって広げるために、高い導電性が求められる。下地n型AlGaNのAl組成が80%を超えると、その導電性が急激に低下する。下地n型AlGaNのAl組成は80%以下であることが望ましい。電子を面内に広げるという観点からは、下地n-AlGaNのAl組成は低いことが良い。
Thirdly, electrons can be caused to drift in the in-plane direction in the underlying n-type AlGaN and spread out.
The n-type AlGaN underlayer is required to have high electrical conductivity in order to spread electrons from the electrode over the entire surface. If the Al composition of the n-type AlGaN underlayer exceeds 80%, its electrical conductivity drops sharply. It is desirable for the Al composition of the n-type AlGaN underlayer to be 80% or less. From the viewpoint of spreading electrons over the entire surface, it is preferable for the Al composition of the n-type AlGaN underlayer to be low.
第4に、下地n型AlGaNとn-電極との接合はオーミック性を示す低い接触抵抗であること。
下地n型AlGaNとn-電極との接触が高い接触抵抗を示す場合、又は該接触がショットキー特性を示す場合、この接触における電圧降下が大きくなり、ウォールプラグ効率の低下及び発熱の増大を引き起こす。下地n型AlGaNのAl組成が高いと、接触抵抗が高くなり、またオーミック接触を形成することが困難になる。このため、下地n型AlGaNのAl組成は60%以下が望ましい。良好なコンタクト特性の観点からは、下地n型AlGaNのAl組成は低いことが良い。
Fourth, the junction between the n-type AlGaN underlayer and the n-electrode has a low contact resistance that exhibits ohmic properties.
When the contact between the n-type AlGaN underlayer and the n-electrode exhibits high contact resistance or exhibits Schottky characteristics, the voltage drop at this contact increases, causing a decrease in wall plug efficiency and an increase in heat generation. If the Al composition of the n-type AlGaN underlayer is high, the contact resistance increases and it becomes difficult to form an ohmic contact. For this reason, the Al composition of the n-type AlGaN underlayer is desirably 60% or less. From the viewpoint of good contact characteristics, it is better for the n-type AlGaN underlayer to have a low Al composition.
上記の第2項目と第4項目を同時に満足する下地n型AlGaNのAl組成はごく狭い範囲に限られる。従って、活性層の結晶品質の低下に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、低いn-電極との接触抵抗を実現できる下地n型AlGaNを形成することは困難である。加えて、短い発光波長のデバイスでは、下地n型AlGaNのAl組成に対して、第1項目が第2項目よりも厳しい要求を課す。この場合、第1項目がコンタクト特性に関連するようになる。 The Al composition of the n-type AlGaN substrate that satisfies the second and fourth items above is limited to a very narrow range. Therefore, it is difficult to form an n-type AlGaN substrate that can achieve low contact resistance with the n-electrode while suppressing the decrease in luminous efficiency that accompanies a decrease in the crystal quality of the active layer. In addition, in devices with short emission wavelengths, the first item imposes stricter requirements on the Al composition of the n-type AlGaN substrate than the second item. In this case, the first item becomes related to the contact characteristics.
図27に示した深紫外発光ダイオードは、AlNから構成されるテンプレート層120とAlGaNから構成されるn型半導体層125を含む。X線回折測定により評価したAlNからなるテンプレート層120の(0002)ロッキングカーブ半値全幅(XRC-FWHM)は29arcsecであり、同じく(10-12)XRC-FWHMは262arcsecである。AlGaNからなるn型半導体層125の(0002)XRC-FWHMは49arcsecであり、同じく(10-12)XRC-FWHMは251arcsecである。 The deep ultraviolet light emitting diode shown in FIG. 27 includes a template layer 120 made of AlN and an n-type semiconductor layer 125 made of AlGaN. The (0002) rocking curve full width at half maximum (XRC-FWHM) of the template layer 120 made of AlN evaluated by X-ray diffraction measurement is 29 arcsec, and the (10-12) XRC-FWHM is 262 arcsec. The (0002) XRC-FWHM of the n-type semiconductor layer 125 made of AlGaN is 49 arcsec, and the (10-12) XRC-FWHM is 251 arcsec.
本実施の形態における典型的な形態を以下に示す。 A typical example of this embodiment is shown below.
実施例に係る第一形態は、半導体発光デバイスであって、該半導体発光デバイスは、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物半導体を備えるn型半導体層と、前記n型半導体層上に設けられたp型半導体層と、前記n型半導体層上に設けられたIII族窒化物半導体を含み深紫外光を発生可能な活性層と、前記n型半導体層上に設けられIII族構成元素としてガリウムを含むIII族窒化物半導体のn型コンタクト層と、前記n型半導体層上に設けられIII族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含むIII族窒化物半導体のn型中間領域と、金属を含むn-電極と、を備え、前記n型中間領域は、前記n型コンタクト層と前記n型半導体層との間に設けられ、前記n型コンタクト層は、前記n型中間領域と前記n-電極との間に設けられ、前記n型中間領域のAl組成Xは、前記n型コンタクト層のAl組成Y以上であり、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yは、ゼロ以上であり、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層のAl組成Z以下であり、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に単調に変化し、前記n型中間領域は、前記n型中間領域の前記Al組成Xが前記n型中間領域の少なくとも一部分において前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する傾斜組成及び階段組成の少なくともいずれか一方を有し、前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層は、前記n型中間領域から前記n-電極へ向かう軸の方向に順に配列される。 A first embodiment of the present invention is a semiconductor light-emitting device comprising: an n-type semiconductor layer including a group III nitride semiconductor containing aluminum as a group III constituent element; a p-type semiconductor layer provided on the n-type semiconductor layer; an active layer including a group III nitride semiconductor and capable of generating deep ultraviolet light provided on the n-type semiconductor layer; an n-type contact layer of a group III nitride semiconductor containing gallium as a group III constituent element provided on the n-type semiconductor layer; an n-type intermediate region of a group III nitride semiconductor containing gallium and aluminum as group III constituent elements provided on the n-type semiconductor layer; and an n-electrode containing a metal, the n-type intermediate region being provided between the n-type contact layer and the n-type semiconductor layer, and the n-type contact layer being disposed between the n-type intermediate region and the p-type semiconductor layer. and the n-electrode, the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or greater than the Al composition Y of the n-type contact layer, the Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or greater than zero, the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or less than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer, the Al composition X of the n-type intermediate region changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer, the n-type intermediate region has at least one of a graded composition and a step composition in which the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer in at least a portion of the n-type intermediate region, and the n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer are arranged in order in the direction of the axis from the n-type intermediate region to the n-electrode.
半導体発光デバイスによれば、n型半導体層からn型コンタクト層への方向に単調に変化するAl組成Xを有するn型中間領域が、n型半導体層を介して活性層にキャリアを提供するためのコンタクト構造に良好な電気的特性を与える。 In the semiconductor light-emitting device, the n-type intermediate region having an Al composition X that changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer provides good electrical characteristics to the contact structure for providing carriers to the active layer via the n-type semiconductor layer.
n型コンタクト層のAl組成Yは、n型中間領域のいずれのエリアのAl組成X以下である。また、n型半導体層のAl組成Zは、n型中間領域のいずれのエリアのAl組成X以上である。 The Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or less than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region. The Al composition Z of the n-type semiconductor layer is equal to or greater than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region.
第一形態に係る半導体発光デバイスでは、前記n型中間領域は、前記n型中間領域の前記Al組成Xが前記n型中間領域の少なくとも一部分において前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する傾斜組成及び階段組成の少なくともいずれか一方を有する。 In the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, the n-type intermediate region has at least one of a graded composition and a step composition in which the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer in at least a portion of the n-type intermediate region.
半導体発光デバイスによれば、n型中間領域において単調に変化するAl組成は、傾斜組成及び階段組成によって提供される。 In semiconductor light-emitting devices, the monotonically changing Al composition in the n-type intermediate region is provided by a graded composition and a step composition.
第一形態に係る半導体発光デバイスでは、前記n型中間領域は、AlXGa1-XNを含み、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型中間領域の全体にわたって前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する。 In the semiconductor light emitting device according to the first aspect, the n-type intermediate region comprises Al x Ga 1-xN , and the Al composition X of the n-type intermediate region decreases throughout the n-type intermediate region in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer.
半導体発光デバイスによれば、n型中間領域は、n型半導体層に関連する界面及びn型コンタクト層に関連する界面を有しており、一方の界面から他方の界面に向けてAl組成Xが減少する。 In the semiconductor light-emitting device, the n-type intermediate region has an interface associated with the n-type semiconductor layer and an interface associated with the n-type contact layer, and the Al composition X decreases from one interface to the other interface.
第一形態に係る半導体発光デバイスでは、前記n型コンタクト層は、n型GaN、n型AlGaN、又はn型InAlGaNのいずれか1つを含む。 In the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, the n-type contact layer includes one of n-type GaN, n-type AlGaN, or n-type InAlGaN.
半導体発光デバイスによれば、n型コンタクト層には、窒化ガリウム系半導体のn型GaN、n型AlGaN、又はn型InAlGaNが提供されることができる。 In the semiconductor light-emitting device, the n-type contact layer can be provided with a gallium nitride-based semiconductor such as n-type GaN, n-type AlGaN, or n-type InAlGaN.
第一形態に係る半導体発光デバイスでは、前記n型コンタクト層の面内方向の格子定数は、前記n型中間領域の面内方向の格子定数に等しい又は前記n型中間領域の面内方向の格子定数よりも大きい。 In the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, the in-plane lattice constant of the n-type contact layer is equal to or greater than the in-plane lattice constant of the n-type intermediate region.
半導体発光デバイスによれば、n型コンタクト層には、n型中間領域に対して格子緩和しているIII族窒化物が提供される。n型中間領域に対して格子緩和しているn型コンタクト層は、該n型コンタクト層とn型中間領域との界面における電気抵抗を低下させることができる。 In the semiconductor light-emitting device, the n-type contact layer is provided with a group III nitride that is lattice-relaxed relative to the n-type intermediate region. The n-type contact layer that is lattice-relaxed relative to the n-type intermediate region can reduce the electrical resistance at the interface between the n-type contact layer and the n-type intermediate region.
第一形態に係る半導体発光デバイスでは、前記n型コンタクト層は、前記n型半導体層に対して0.5以上の格子緩和率を有する。 In the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, the n-type contact layer has a lattice relaxation rate of 0.5 or more relative to the n-type semiconductor layer.
半導体発光デバイスによれば、n型コンタクト層には、n型半導体層に対して0.5以上の格子緩和率を有するIII族窒化物が提供されることができる。 In the semiconductor light-emitting device, the n-type contact layer can be provided with a Group III nitride having a lattice relaxation rate of 0.5 or more relative to the n-type semiconductor layer.
第一形態に係る半導体発光デバイスでは、n型半導体層の前記III族窒化物半導体は、AlN及びAlGaNのいずれか一方を含む。 In the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, the Group III nitride semiconductor of the n-type semiconductor layer includes either AlN or AlGaN.
半導体発光デバイスによれば、n型コンタクト層及びn型中間領域の下地として、AlN又はAlGaNを用いることができる。 In a semiconductor light-emitting device, AlN or AlGaN can be used as the base for the n-type contact layer and the n-type intermediate region.
第一形態に係る半導体発光デバイスでは、深紫外光の波長は285nm以下の範囲にある。 In the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, the wavelength of the deep ultraviolet light is in the range of 285 nm or less.
半導体発光デバイスによれば、285nm以下の波長の深紫外光では、高いAl組成の活性層が必要であり、活性層への電流経路も高いAl組成のIII族窒化物により形成される。高いAl組成のIII族窒化物への良好なn側コンタクト構造は、n型中間領域、n型コンタクト層及びn-電極の組み合わせにより提供される。 In semiconductor light-emitting devices, deep ultraviolet light with a wavelength of 285 nm or less requires an active layer with a high Al composition, and the current path to the active layer is also formed by a group III nitride with a high Al composition. A good n-side contact structure to the group III nitride with a high Al composition is provided by a combination of an n-type intermediate region, an n-type contact layer, and an n-electrode.
第一形態に係る半導体発光デバイスは、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物主面を提供する基板を更に備え、前記基板は、前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層、前記n型コンタクト層、前記n型中間領域を搭載し、前記基板は、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物を含む基板、又はIII族窒化物と異なる材料からなる支持体と、該支持体の主面上に設けられたAlNテンプレート層又はAlGaNテンプレート層とを含む基板を備える。 The semiconductor light-emitting device according to the first embodiment further comprises a substrate providing a Group III nitride primary surface containing aluminum as a Group III constituent element, the substrate being equipped with the n-type semiconductor layer, the active layer, the p-type semiconductor layer, the n-type contact layer, and the n-type intermediate region, the substrate being a substrate containing Group III nitride containing aluminum as a Group III constituent element, or a substrate including a support made of a material different from Group III nitride, and an AlN template layer or an AlGaN template layer provided on the primary surface of the support.
半導体発光デバイスによれば、上記のような基板上に活性層が提供される。 In a semiconductor light-emitting device, an active layer is provided on a substrate such as the one described above.
第一形態に係る半導体発光デバイスでは、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yと前記n型中間領域の前記Al組成Xの差は、前記n型コンタクト層と前記n型中間領域との界面において0.3以下であり、前記n型中間領域の前記Al組成Xと前記n型半導体層の前記Al組成Zの差は、前記n型中間領域と前記n型半導体層との界面において0.3以下であることができる。 In the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, the difference between the Al composition Y of the n-type contact layer and the Al composition X of the n-type intermediate region can be 0.3 or less at the interface between the n-type contact layer and the n-type intermediate region, and the difference between the Al composition X of the n-type intermediate region and the Al composition Z of the n-type semiconductor layer can be 0.3 or less at the interface between the n-type intermediate region and the n-type semiconductor layer.
半導体発光デバイスによれば、上記のようなAl組成差は、半導体発光デバイスに良好な電気的特性を提供できる。 In a semiconductor light-emitting device, the above-mentioned Al composition difference can provide the semiconductor light-emitting device with good electrical characteristics.
実施例に係る第二形態は、半導体発光デバイスを作製する方法であって、前記半導体発光デバイスは、n型半導体層、活性層、及びp型半導体層を含み、前記活性層は、深紫外光を発生可能なIII族窒化物半導体を含み、前記方法は、基板上に、III族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含むn型中間領域のための第1III族窒化物半導体層を成長することと、前記第1III族窒化物半導体層を成長した後に、前記基板上に、III族構成元素としてガリウムを含むn型コンタクト層のための第2III族窒化物半導体層を成長することと、前記第2III族窒化物半導体層を成長した後に、前記基板上に、金属を含むn-電極を形成することと、を備え、前記n型半導体層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、前記n型中間領域は、前記n型コンタクト層と前記n型半導体層との間に設けられ、前記n型コンタクト層は、前記n型中間領域と前記n-電極との間に設けられ、前記n型中間領域のAl組成Xは、前記n型コンタクト層のAl組成Y以上であり、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yは、ゼロ以上であり、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層のAl組成Z以下であり、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に単調に変化し、前記n型中間領域は、前記n型中間領域の前記Al組成Xが前記n型中間領域の少なくとも一部分において前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する傾斜組成及び階段組成の少なくともいずれか一方を有し、前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層は、前記n型中間領域から前記n-電極へ向かう軸の方向に前記基板上において順に配列される。 A second aspect of the embodiment is a method for producing a semiconductor light-emitting device, the semiconductor light-emitting device including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, the active layer including a Group III nitride semiconductor capable of generating deep ultraviolet light, the method including: growing a first Group III nitride semiconductor layer for an n-type intermediate region including gallium and aluminum as Group III constituent elements on a substrate; growing a second Group III nitride semiconductor layer for an n-type contact layer including gallium as a Group III constituent element on the substrate after growing the first Group III nitride semiconductor layer; and forming an n-electrode including a metal on the substrate after growing the second Group III nitride semiconductor layer, the n-type semiconductor layer including aluminum as a Group III constituent element, the n-type intermediate region including a metal between the n-type contact layer and the n-type semiconductor layer. The n-type contact layer is provided between the n-type intermediate region and the n-electrode, the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or greater than the Al composition Y of the n-type contact layer, the Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or greater than zero, the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or less than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer, the Al composition X of the n-type intermediate region changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer, the n-type intermediate region has at least one of a graded composition and a step composition in which the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in at least a portion of the n-type intermediate region in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer, and the n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer are sequentially arranged on the substrate in the direction of the axis from the n-type intermediate region to the n-electrode.
この作製方法によれば、n型半導体層からn型コンタクト層への方向に単調に変化するAl組成Xを有するn型中間領域が、n型半導体層を介して活性層にキャリアを提供するためのコンタクト構造に良好な電気的特性をもたらす。n型コンタクト層のAl組成Yは、n型中間領域のいずれのエリアのAl組成X以下である。また、n型半導体層のAl組成Zは、n型中間領域のいずれのエリアのAl組成X以上である。 According to this manufacturing method, the n-type intermediate region having an Al composition X that changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer provides good electrical characteristics to the contact structure for providing carriers to the active layer via the n-type semiconductor layer. The Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or less than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region. The Al composition Z of the n-type semiconductor layer is equal to or greater than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region.
第二形態に係る半導体発光デバイスを作製する方法では、前記n型中間領域は、AlXGa1-XNを含み、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型中間領域の全体にわたって前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する。 In a method of fabricating a semiconductor light emitting device according to a second aspect, the n-type intermediate region comprises Al x Ga 1-x N, and the Al composition X of the n-type intermediate region decreases throughout the n-type intermediate region in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer.
この作製方法によれば、n型中間領域は、n型半導体層に関連する界面及びn型コンタクト層に関連する界面を有しており、これらの界面のうち一方の界面から他方の界面に向けてAl組成Xが減少する。 According to this manufacturing method, the n-type intermediate region has an interface associated with the n-type semiconductor layer and an interface associated with the n-type contact layer, and the Al composition X decreases from one of these interfaces toward the other.
第二形態に係る半導体発光デバイスを作製する方法では、前記n型コンタクト層の面内方向の格子定数は、前記n型中間領域の面内方向の格子定数に等しい又は前記n型中間領域の面内方向の格子定数よりも大きい。 In the method for producing a semiconductor light-emitting device according to the second embodiment, the in-plane lattice constant of the n-type contact layer is equal to or greater than the in-plane lattice constant of the n-type intermediate region.
この作製方法によれば、n型コンタクト層には、n型中間領域に対して格子緩和しているIII族窒化物が提供されることができる。 This fabrication method allows the n-type contact layer to be provided with a group III nitride that is lattice-relaxed relative to the n-type intermediate region.
第二形態に係る半導体発光デバイスを作製する方法では、前記n型コンタクト層は、前記n型半導体層に対して0.5以上の格子緩和率を有する。 In the method for producing a semiconductor light-emitting device according to the second embodiment, the n-type contact layer has a lattice relaxation rate of 0.5 or more relative to the n-type semiconductor layer.
この作製方法によれば、n型コンタクト層には、n型半導体層に対して0.5以上の格子緩和率を有するIII族窒化物が提供されることができる。 According to this manufacturing method, the n-type contact layer can be provided with a group III nitride having a lattice relaxation rate of 0.5 or more relative to the n-type semiconductor layer.
第二形態に係る半導体発光デバイスを作製する方法では、前記n型コンタクト層は、n型GaN、n型AlGaN、又はn型InAlGaNのいずれか1つを含む。 In the method for producing a semiconductor light-emitting device according to the second embodiment, the n-type contact layer includes one of n-type GaN, n-type AlGaN, or n-type InAlGaN.
この作製方法によれば、n型コンタクト層には、窒化ガリウム系半導体のn型GaN、n型AlGaN、又はn型InAlGaNが提供されることができる。 According to this manufacturing method, the n-type contact layer can be provided with gallium nitride semiconductors such as n-type GaN, n-type AlGaN, or n-type InAlGaN.
第二形態に係る半導体発光デバイスを作製する方法では、前記n型中間領域は、前記n型中間領域の前記Al組成Xが前記n型中間領域の少なくとも一部分において前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する傾斜組成及び階段構造を有する。 In the method for producing a semiconductor light-emitting device according to the second embodiment, the n-type intermediate region has a graded composition and a step structure in which the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer in at least a portion of the n-type intermediate region.
製造方法によれば、n型中間領域において単調に変化するAl組成は、傾斜組成及び階段構造によって提供される。 According to the manufacturing method, the monotonically changing Al composition in the n-type intermediate region is provided by a graded composition and a step structure.
第二形態に係る半導体発光デバイスを作製する方法では、前記深紫外光の波長は285nm以下の範囲にある。 In the method for producing a semiconductor light-emitting device according to the second embodiment, the wavelength of the deep ultraviolet light is in the range of 285 nm or less.
製造方法によれば、285nm以下の波長の深紫外光では、高いAl組成の活性層が必要であり、活性層への電流経路も高いAl組成のIII族窒化物により形成される。高いAl組成のIII族窒化物への良好なn側コンタクト構造は、n型中間領域、n型コンタクト層及びn-電極の組み合わせにより提供される。 According to the manufacturing method, for deep ultraviolet light with a wavelength of 285 nm or less, an active layer with a high Al composition is required, and the current path to the active layer is also formed by a group III nitride with a high Al composition. A good n-side contact structure to the group III nitride with a high Al composition is provided by the combination of an n-type intermediate region, an n-type contact layer, and an n-electrode.
第二形態に係る半導体発光デバイスを作製する方法では、前記基板は、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物主面を提供し、前記基板は、前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層、前記n型コンタクト層、前記n型中間領域を搭載し、前記基板は、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物を含む基板、又はIII族窒化物と異なる材料からなる支持体と、該支持体の主面上に設けられたAlNのテンプレート層又はAlGaNのテンプレート層とを含む基板を備える。 In the method for producing a semiconductor light-emitting device according to the second embodiment, the substrate provides a Group III nitride primary surface containing aluminum as a Group III constituent element, and the substrate is equipped with the n-type semiconductor layer, the active layer, the p-type semiconductor layer, the n-type contact layer, and the n-type intermediate region, and the substrate is a substrate containing Group III nitride containing aluminum as a Group III constituent element, or a substrate including a support made of a material different from Group III nitride, and an AlN template layer or an AlGaN template layer provided on the primary surface of the support.
製造方法によれば、上記のような基板上に活性層が提供される。 According to the manufacturing method, an active layer is provided on the substrate as described above.
実施例に係る第三形態は、コンタクト構造であって、該コンタクト構造は、III族窒化物半導体デバイスのためのコンタクト構造であって、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物主面を提供する基板と、前記III族窒化物主面に接触を成し一又は複数のIII族窒化物半導体層を含む半導体領域と、前記半導体領域に接触を成すIII族窒化物半導体のn型半導体層と、前記n型半導体層上に設けられIII族構成元素としてガリウムを含むIII族窒化物半導体のn型コンタクト層と、前記n型半導体層上に設けられIII族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含むIII族窒化物半導体のn型中間領域と、金属を含むn-電極と、を備え、前記n型半導体層の前記III族窒化物半導体は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、前記n型半導体層は、前記基板と前記n型中間領域との間に設けられ、前記n型中間領域は、前記n型コンタクト層と前記n型半導体層との間に設けられ、前記n型コンタクト層は、前記n型中間領域と前記n-電極との間に設けられ、前記n型中間領域のAl組成Xは、前記n型コンタクト層のAl組成Y以上であり、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yは、ゼロ以上であり、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層のAl組成Z以下であり、前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に単調に変化し、前記n型中間領域は、前記n型中間領域の前記Al組成Xが前記n型中間領域の少なくとも一部分において前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する傾斜組成及び階段組成の少なくともいずれか一方を有する。 A third aspect of the embodiment is a contact structure for a Group III nitride semiconductor device, comprising: a substrate providing a Group III nitride primary surface containing aluminum as a Group III constituent element; a semiconductor region in contact with the Group III nitride primary surface and containing one or more Group III nitride semiconductor layers; an n-type semiconductor layer of Group III nitride semiconductor in contact with the semiconductor region; an n-type contact layer of Group III nitride semiconductor provided on the n-type semiconductor layer and containing gallium as a Group III constituent element; an n-type intermediate region of Group III nitride semiconductor provided on the n-type semiconductor layer and containing gallium and aluminum as Group III constituent elements; and an n-electrode containing a metal, wherein the Group III nitride semiconductor of the n-type semiconductor layer contains aluminum as a Group III constituent element, and the n-type semiconductor The layer is provided between the substrate and the n-type intermediate region, the n-type intermediate region is provided between the n-type contact layer and the n-type semiconductor layer, the n-type contact layer is provided between the n-type intermediate region and the n-electrode, the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or greater than the Al composition Y of the n-type contact layer, the Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or greater than zero, the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or less than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer, the Al composition X of the n-type intermediate region changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer, and the n-type intermediate region has at least one of a graded composition and a step composition in which the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in at least a portion of the n-type intermediate region in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer.
コンタクト構造によれば、n型半導体層からn-電極への方向に単調に変化するAl組成Xを有するn型中間領域が、n型半導体層にキャリアを提供するためのコンタクト構造に良好な電気的特性を与える。コンタクト構造では、n型中間領域、n型コンタクト層及びn-電極の順に配列される。n型コンタクト層のAl組成Yは、n型中間領域のいずれのエリアのAl組成X以下である。また、n型半導体層のAl組成Zは、n型中間領域のいずれのエリアのAl組成X以上である。 According to the contact structure, the n-type intermediate region having an Al composition X that changes monotonically in the direction from the n-type semiconductor layer to the n-electrode provides the contact structure with good electrical characteristics for providing carriers to the n-type semiconductor layer. In the contact structure, the n-type intermediate region, the n-type contact layer, and the n-electrode are arranged in this order. The Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or less than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region. Also, the Al composition Z of the n-type semiconductor layer is equal to or greater than the Al composition X of any area of the n-type intermediate region.
第三形態に係るコンタクト構造は、前記基板上に設けられたp型半導体層と、前記基板上に設けられたIII族窒化物半導体を含み深紫外光を発生可能な活性層と、を更に備え、前記基板、前記n型半導体層、前記活性層及び前記p型半導体層は、前記n型コンタクト層から前記n-電極への方向に延在する軸の方向に順に配列される。 The contact structure according to the third embodiment further comprises a p-type semiconductor layer provided on the substrate, and an active layer including a Group III nitride semiconductor provided on the substrate and capable of generating deep ultraviolet light, and the substrate, the n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer are sequentially arranged in the direction of an axis extending from the n-type contact layer to the n-electrode.
コンタクト構造によれば、p型半導体層より基板に近いn型半導体層を有する半導体デバイスに良好な電気的特性を与える。コンタクト構造では、n型中間領域、n型コンタクト層及びn-電極の順に配列される。 The contact structure provides good electrical characteristics to a semiconductor device having an n-type semiconductor layer closer to the substrate than the p-type semiconductor layer. In the contact structure, the n-type intermediate region, the n-type contact layer, and the n-electrode are arranged in that order.
第三形態に係るコンタクト構造では、前記n型半導体層は、前記基板から前記n型コンタクト層への方向に単調に変化する傾斜組成及び階段構造の少なくともいずれか一方を有する。 In the contact structure according to the third embodiment, the n-type semiconductor layer has at least one of a graded composition that changes monotonically in the direction from the substrate to the n-type contact layer and a step structure.
コンタクト構造によれば、n型半導体層は、単調に変化するAl組成を有することができ、単調に変化するAl組成は、Al組成Xの最大値以下のAl組成を有する傾斜組成及び階段構造によって提供される。 According to the contact structure, the n-type semiconductor layer can have a monotonically varying Al composition, and the monotonically varying Al composition is provided by a graded composition and step structure having an Al composition less than or equal to the maximum value of the Al composition X.
第三形態に係るコンタクト構造では、前記n型半導体層は、単一Al組成を有する。 In the contact structure according to the third embodiment, the n-type semiconductor layer has a single Al composition.
コンタクト構造によれば、n型半導体層は、単一Al組成を有すことができる。「単一Al組成」の技術的意味は、Al組成の測定のばらつきを考慮して決定される。 According to the contact structure, the n-type semiconductor layer can have a single Al composition. The technical meaning of "single Al composition" is determined taking into account the measurement variability of the Al composition.
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。そして、それらはすべて、本発明の技術思想に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. All such modifications are included in the technical concept of the present invention.
110・・・窒化物デバイス、111・・・コンタクト構造、113・・・下側III族窒化物積層体、114・・・活性層、114a・・・量子井戸構造、114b・・・井戸層、114c・・・障壁層、115・・・上側III族窒化物積層体、116・・・窒化物半導体領域、118・・・支持体、118a・・・主面、119a、119b、119c、119d・・・接合、120・・・テンプレート層、121・・・p型半導体層、122・・・第1n型半導体層、124・・・第2n型半導体層、125・・・n型半導体層、125a・・・第1領域、125b・・・第2領域、127・・・n型コンタクト層、129・・・n型中間領域、130・・・AlUGa1-UN層、131・・・n-電極、132・・・AlVGa1-VN層、133・・・基板、133a・・・III族窒化物主面、134・・・電子ブロック層、135・・・半導体領域、135a・・・主面、136・・・p型傾斜組成層、138、138a、138b・・・p型コンタクト層、142・・・エッチングによる加工領域、144・・・パッシベーション膜、144a、144b・・・開口、146・・・p-電極、150・・・基板、155a、155b・・・MOVPE反応炉、162・・・エピタキシャルウエハ、163・・・III族窒化物半導体層、164・・・III族窒化物積層体、165・・・第1n型半導体層、166・・・窒化物半導体領域、167・・・第2n型半導体層、168・・・活性層、168a・・・量子井戸構造、168b・・・井戸層、168c・・・障壁層、169・・・n型中間領域、170・・・AlUGa1-UN層、171・・・n型コンタクト層、172・・・AlVGa1-VN層、173・・・ハードマスク、173a・・・開口、174・・・電子ブロック層、175・・・コンタクト積層、176・・・p型傾斜組成層、178・・・p型コンタクト層、180a、180b・・・溝、182・・・エッチングによる加工領域、184・・・パッシベーション膜、184a、184b・・・開口、186・・・p-電極、188・・・n-電極、ρc・・・特性接触抵抗。
110: nitride device, 111: contact structure, 113: lower III-nitride stack, 114: active layer, 114a: quantum well structure, 114b: well layer, 114c: barrier layer, 115: upper III-nitride stack, 116: nitride semiconductor region, 118: support, 118a: primary surface, 119a, 119b, 119c, 119d: junction, 120: template layer, 121: p-type semiconductor layer, 122: first n-type semiconductor layer, 124: second n-type semiconductor layer, 125: n-type semiconductor layer, 125a: first region, 125b: second region, 127: n-type contact layer, 129: n-type intermediate region, 130: Al U Ga 1-U N layer, 131: n-electrode, 132: Al V Ga 1-V N layer, 133...substrate, 133a...III-nitride main surface, 134...electron block layer, 135...semiconductor region, 135a...main surface, 136...p-type gradient composition layer, 138, 138a, 138b...p-type contact layer, 142...etched region, 144...passivation film, 144a, 144b...opening, 146...p-electrode, 150...substrate, 155a, 155b...MOVPE reactor, 162...epitaxial wafer, 163...group III nitride semiconductor layer, 164...group III nitride stack, 165...first n-type semiconductor layer, 166...nitride semiconductor region, 167...second n-type semiconductor layer, 168...active layer, 168a...quantum well structure, 168b...well layer, 168c...barrier layer, 169...n-type intermediate region, 170...Al U Ga 1-U N layer, 171 . . . n-type contact layer, 172 . . . Al V Ga 1-V N layer, 173 . . . hard mask, 173a . . . opening, 174 . . . electron blocking layer, 175 . . . contact stack, 176 . . . p-type graded composition layer, 178 . . . p-type contact layer, 180a, 180b . . . groove, 182 . . . processed region by etching, 184 . . . passivation film, 184a, 184b . . . opening, 186 . . . p-electrode, 188 . . . n-electrode, ρc . . . characteristic contact resistance.
Claims (12)
III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物半導体を備えるn型半導体層と、
前記n型半導体層の上に設けられたp型半導体層と、
前記n型半導体層の上に設けられたIII族窒化物半導体を含み深紫外光を発生可能な活性層と、
前記n型半導体層の上に設けられIII族構成元素としてガリウムを含むIII族窒化物半導体のn型コンタクト層と、
前記n型半導体層の上に設けられIII族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含むIII族窒化物半導体のn型中間領域と、
金属を含むn-電極と、
を備え、
前記n型中間領域は、前記n型コンタクト層と前記n型半導体層との間に設けられ、
前記n型コンタクト層は、前記n型中間領域と前記n-電極との間に設けられ、
前記n型コンタクト層の面内方向の格子定数は、前記n型中間領域の面内方向の格子定数に等しい又は前記n型中間領域の面内方向の格子定数よりも大きく、
前記n型コンタクト層は、前記n型半導体層に対して0.5以上の格子緩和率を有し、
前記n型中間領域のAl組成Xは、前記n型コンタクト層のAl組成Yに等しい又はYより大きく、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yは、ゼロに等しい又はゼロより大きく、
前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層のAl組成Zに等しい又はZより小さく、
前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に単調に変化し、
前記n型中間領域は、前記n型中間領域の前記Al組成Xが前記n型中間領域の少なくとも一部分において前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する傾斜組成及び階段組成の少なくともいずれか一方を有し、
前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層は、前記n型中間領域から前記n-電極へ向かう軸の方向に順に配列される、
半導体発光デバイス。 1. A semiconductor light emitting device, comprising:
an n-type semiconductor layer including a Group III nitride semiconductor containing aluminum as a Group III constituent element;
a p-type semiconductor layer provided on the n-type semiconductor layer;
an active layer including a group III nitride semiconductor provided on the n-type semiconductor layer and capable of generating deep ultraviolet light;
an n-type contact layer made of a Group III nitride semiconductor containing gallium as a Group III constituent element provided on the n-type semiconductor layer;
an n-type intermediate region of a Group III nitride semiconductor including gallium and aluminum as Group III constituent elements provided on the n-type semiconductor layer;
an n-electrode comprising a metal;
Equipped with
the n-type intermediate region is provided between the n-type contact layer and the n-type semiconductor layer,
the n-type contact layer is provided between the n-type intermediate region and the n-electrode,
the n-type contact layer has an in-plane lattice constant equal to or larger than the in-plane lattice constant of the n-type intermediate region;
the n-type contact layer has a lattice relaxation rate of 0.5 or more with respect to the n-type semiconductor layer,
the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or greater than the Al composition Y of the n-type contact layer, and the Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or greater than zero;
the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or smaller than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer;
the Al composition X of the n-type intermediate region changes monotonically in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer,
the n-type intermediate region has at least one of a graded composition and a step composition in which the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer in at least a portion of the n-type intermediate region,
The n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer are sequentially arranged in the direction of an axis from the n-type intermediate region toward the n-electrode.
Semiconductor light emitting device.
前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型中間領域の全体にわたって前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する、
請求項1に記載された半導体発光デバイス。 the n-type intermediate region comprises Al x Ga 1-x N;
the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer throughout the n-type intermediate region;
10. The semiconductor light emitting device of claim 1.
請求項1又は請求項2に記載された半導体発光デバイス。 The n-type contact layer includes any one of n-type GaN, n-type AlGaN, and n-type InAlGaN.
3. A semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載された半導体発光デバイス。 The wavelength of the deep ultraviolet light is in the range of 285 nm or less.
A semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 3 .
前記基板は、前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層、前記n型コンタクト層、前記n型中間領域を搭載し、
前記基板は、III族構成元素としてアルミニウムを有するIII族窒化物を含む基板、又はIII族窒化物と異なる材料からなる支持体と、該支持体の主面上に設けられたAlNテンプレート層若しくはAlGaNのテンプレート層とを含む基板である、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載された半導体発光デバイス。 The semiconductor device further includes a substrate providing a Group III nitride primary surface including aluminum as a Group III constituent element,
the substrate includes the n-type semiconductor layer, the active layer, the p-type semiconductor layer, the n-type contact layer, and the n-type intermediate region;
The substrate is a substrate including a Group III nitride having aluminum as a Group III constituent element, or a substrate including a support made of a material other than Group III nitride, and an AlN template layer or an AlGaN template layer provided on a primary surface of the support.
A semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4 .
前記n型中間領域の前記Al組成Xと前記n型半導体層の前記Al組成Zの差は、前記n型中間領域と前記n型半導体層との界面において0.3以下である、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載された半導体発光デバイス。 a difference between the Al composition Y of the n-type contact layer and the Al composition X of the n-type intermediate region is 0.3 or less at an interface between the n-type contact layer and the n-type intermediate region,
a difference between the Al composition X of the n-type intermediate region and the Al composition Z of the n-type semiconductor layer is 0.3 or less at an interface between the n-type intermediate region and the n-type semiconductor layer;
A semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5 .
基板の上に、III族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含みn型中間領域のための第1III族窒化物半導体層を成長することと、
前記第1III族窒化物半導体層を成長した後に、前記基板の上に、III族構成元素としてガリウムを含みn型コンタクト層のための第2III族窒化物半導体層を成長することと、
前記第2III族窒化物半導体層を成長した後に、前記基板の上に、金属を含むn-電極を形成することと、
を備え、
前記n型半導体層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、
前記n型中間領域は、前記n型コンタクト層と前記n型半導体層との間に設けられ、
前記n型コンタクト層は、前記n型中間領域と前記n-電極との間に設けられ、
前記n型コンタクト層の面内方向の格子定数は、前記n型中間領域の面内方向の格子定数に等しい又は前記n型中間領域の面内方向の格子定数よりも大きく、
前記n型コンタクト層は、前記n型半導体層に対して0.5以上の格子緩和率を有し、
前記n型中間領域のAl組成Xは、前記n型コンタクト層のAl組成Yに等しい又はYより大きく、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yは、ゼロに等しい又はゼロより大きく、
前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層のAl組成Zに等しい又はZより小さく、
前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に単調に変化し、
前記n型中間領域は、前記n型中間領域の前記Al組成Xが前記n型中間領域の少なくとも一部分において前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する傾斜組成及び階段組成の少なくともいずれか一方を有し、
前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層は、前記n型中間領域から前記n-電極へ向かう軸の方向に前記基板の上において順に配列される、
半導体発光デバイスを作製する方法。 1. A method of fabricating a semiconductor light emitting device, the semiconductor light emitting device comprising an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, the active layer comprising a Group III nitride semiconductor capable of generating deep ultraviolet light, the method comprising:
growing a first Group III nitride semiconductor layer for an n-type intermediate region on the substrate, the first Group III nitride semiconductor layer including gallium and aluminum as Group III constituent elements;
growing, on the substrate, a second Group III nitride semiconductor layer for an n-type contact layer, the second Group III nitride semiconductor layer containing gallium as a Group III constituent element, after growing the first Group III nitride semiconductor layer;
forming an n-electrode containing a metal on the substrate after growing the second Group III nitride semiconductor layer;
Equipped with
the n-type semiconductor layer contains aluminum as a group III constituent element,
the n-type intermediate region is provided between the n-type contact layer and the n-type semiconductor layer,
the n-type contact layer is provided between the n-type intermediate region and the n-electrode,
the n-type contact layer has an in-plane lattice constant equal to or larger than the in-plane lattice constant of the n-type intermediate region;
the n-type contact layer has a lattice relaxation rate of 0.5 or more with respect to the n-type semiconductor layer,
the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or greater than the Al composition Y of the n-type contact layer, and the Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or greater than zero;
the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or smaller than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer;
the Al composition X of the n-type intermediate region changes monotonically in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer,
the n-type intermediate region has at least one of a graded composition and a step composition in which the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer in at least a portion of the n-type intermediate region,
The n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer are sequentially arranged on the substrate in the direction of an axis from the n-type intermediate region to the n-electrode.
A method for making a semiconductor light emitting device.
前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型中間領域の全体にわたって前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する、
請求項7に記載された半導体発光デバイスを作製する方法。 the n-type intermediate region comprises Al x Ga 1-x N;
the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer throughout the n-type intermediate region;
A method for making the semiconductor light emitting device of claim 7 .
請求項7又は請求項8に記載された半導体発光デバイスを作製する方法。 The n-type contact layer includes any one of n-type GaN, n-type AlGaN, and n-type InAlGaN;
A method for making a semiconductor light emitting device according to claim 7 or claim 8 .
請求項7から請求項9のいずれか一項に記載された半導体発光デバイスを作製する方法。 The wavelength of the deep ultraviolet light is in the range of 285 nm or less.
A method for making a semiconductor light emitting device according to any one of claims 7 to 9 .
前記基板は、前記n型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層、前記n型コンタクト層、前記n型中間領域を搭載し、
前記基板は、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物を含む基板、又はIII族窒化物と異なる材料からなる支持体と、該支持体の主面上に設けられたAlNテンプレート層若しくはAlGaNのテンプレート層とを含む基板を備える、
請求項7から請求項10のいずれか一項に記載された半導体発光デバイスを作製する方法。 the substrate provides a Group III nitride primary surface containing aluminum as a Group III constituent element;
the substrate includes the n-type semiconductor layer, the active layer, the p-type semiconductor layer, the n-type contact layer, and the n-type intermediate region;
The substrate includes a substrate including a group III nitride including aluminum as a group III constituent element, or a substrate including a support body made of a material different from group III nitride, and an AlN template layer or an AlGaN template layer provided on a primary surface of the support body.
A method for making a semiconductor light emitting device according to any one of claims 7 to 10 .
III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物主面を提供する基板と、
前記III族窒化物主面に接触を成し一又は複数のIII族窒化物半導体層を含む半導体領域と、
前記半導体領域に接触を成すIII族窒化物半導体のn型半導体層と、
前記n型半導体層の上に設けられIII族構成元素としてガリウムを含むIII族窒化物半導体のn型コンタクト層と、
前記n型半導体層の上に設けられIII族構成元素としてガリウム及びアルミニウムを含むIII族窒化物半導体のn型中間領域と、
金属を含むn-電極と、
を備え、
前記n型半導体層の前記III族窒化物半導体は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、
前記n型半導体層は、前記基板と前記n型中間領域との間に設けられ、
前記n型中間領域は、前記n型コンタクト層と前記n型半導体層との間に設けられ、
前記n型コンタクト層は、前記n型中間領域と前記n-電極との間に設けられ、
前記n型コンタクト層の面内方向の格子定数は、前記n型中間領域の面内方向の格子定数に等しい又は前記n型中間領域の面内方向の格子定数よりも大きく、
前記n型コンタクト層は、前記n型半導体層に対して0.5以上の格子緩和率を有し、
前記n型中間領域のAl組成Xは、前記n型コンタクト層のAl組成Yに等しい又はYより大きく、前記n型コンタクト層の前記Al組成Yは、ゼロに等しい又はゼロより大きく、
前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層のAl組成Zに等しい又はZより小さく、
前記n型中間領域の前記Al組成Xは、前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に単調に変化し、
前記n型中間領域は、前記n型中間領域の前記Al組成Xが前記n型中間領域の少なくとも一部分において前記n型半導体層から前記n型コンタクト層への方向に減少する傾斜組成及び階段組成の少なくともいずれか一方を有する、
コンタクト構造。 1. A contact structure for a Group III nitride semiconductor device, comprising:
a substrate providing a Group III nitride primary surface containing aluminum as a Group III constituent element;
a semiconductor region in contact with the Group III nitride primary surface and including one or more Group III nitride semiconductor layers;
an n-type semiconductor layer of a Group III nitride semiconductor in contact with the semiconductor region;
an n-type contact layer made of a Group III nitride semiconductor containing gallium as a Group III constituent element provided on the n-type semiconductor layer;
an n-type intermediate region of a Group III nitride semiconductor including gallium and aluminum as Group III constituent elements provided on the n-type semiconductor layer;
an n-electrode comprising a metal;
Equipped with
the Group III nitride semiconductor of the n-type semiconductor layer contains aluminum as a Group III constituent element,
the n-type semiconductor layer is provided between the substrate and the n-type intermediate region,
the n-type intermediate region is provided between the n-type contact layer and the n-type semiconductor layer,
the n-type contact layer is provided between the n-type intermediate region and the n-electrode,
the n-type contact layer has an in-plane lattice constant equal to or larger than the in-plane lattice constant of the n-type intermediate region;
the n-type contact layer has a lattice relaxation rate of 0.5 or more with respect to the n-type semiconductor layer,
the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or greater than the Al composition Y of the n-type contact layer, and the Al composition Y of the n-type contact layer is equal to or greater than zero;
the Al composition X of the n-type intermediate region is equal to or smaller than the Al composition Z of the n-type semiconductor layer;
the Al composition X of the n-type intermediate region changes monotonically in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer,
the n-type intermediate region has at least one of a graded composition and a step composition in which the Al composition X of the n-type intermediate region decreases in a direction from the n-type semiconductor layer to the n-type contact layer in at least a portion of the n-type intermediate region;
Contact structure.
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