Ga2O3系半導体素子及びGa2O3系半導体素子の製造方法
【課題】Ga2O3系化合物を半導体として用い、これに適合したオーミック特性が得られる電極を有するとともに、オーミック特性を得るための熱処理を不要とすることが可能なGa2O3系化合物半導体を提供する。
【解決手段】n型β−Ga2O3基板2の下面に、PLD法により少なくともTi層からなるn型電極20を形成する。このn電極20は25℃においてオーミック特性を有する。n型電極20は、Ti層およびAu層からなる2層、Ti層、Al層およびAu層からなる3層、あるいはTi層、Al層、Ni層およびAu層からなる4層であってもよい。
【解決手段】n型β−Ga2O3基板2の下面に、PLD法により少なくともTi層からなるn型電極20を形成する。このn電極20は25℃においてオーミック特性を有する。n型電極20は、Ti層およびAu層からなる2層、Ti層、Al層およびAu層からなる3層、あるいはTi層、Al層、Ni層およびAu層からなる4層であってもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、LED(発光ダイオード)、LD(レーザダイオード)等に使用されるGa2O3系半導体素子に関し、特に、Ga2O3系化合物を半導体として用い、これに適合したオーミック特性が得られる電極を有するとともに、オーミック特性を得るための熱処理を不要とすることが可能なGa2O3系化合物半導体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、窒化物半導体、特に、窒化ガリウム(GaN)化合物半導体発光素子は、LED、LD等の発光デバイスに使用されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
特許文献1には、サファイア基板、バッファ層、n型窒化ガリウム系化合物半導体層、n型クラッド層、n型活性層、p型クラッド層、p型コンタクト層が積層されたGaN系青色発光素子が記載されている。この従来のGaN系青色発光素子は、発光波長370nmで発光する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第2778405号公報(図1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来のGaN系青色発光素子では、バンドギャップの関係でさらに短波長の紫外領域で発光する発光素子を得るのが困難である。そこで、近年、バンドギャップがより大きく、紫外領域で発光する可能性がある物質としてGa2O3が期待されている。
【0006】
従って、本発明の第1の目的は、Ga2O3系化合物を半導体として用い、これに適合したオーミック特性が得られる電極を有するGa2O3系半導体素子を提供する。
【0007】
また、本発明の第2の目的は、オーミック特性を得るための熱処理を不要とすることが可能なGa2O3系半導体素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
第1の発明は、上記の第1の目的を達成するため、n型導電性を有するβ−Ga2O3化合物半導体からなるn型層と、前記n型層上に形成されたTi層を有する電極とを備え、前記電極は、前記n型層にオーミック接続しているGa2O3系半導体素子を提供する。
【0009】
第2の発明は、上記の第2の目的を達成するため、n型導電性を有するβ−Ga2O3化合物半導体からなるn型層を準備する工程と、前記n型層上にTi層を形成する工程と、前記Ti層上に、Au層又はAl層を形成する工程と、前記Ti層と、前記Au層又は前記Al層とが形成された前記n型層に熱処理を施す工程とを備えるGa2O3系半導体素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【0010】
第1の発明のGa2O3系半導体素子によれば、Ga2O3化合物半導体の結晶性が良いため、Ga2O3化合物半導体からなるn型層と電極であるTi層との接触抵抗が小さくなるので、Ga2O3系化合物半導体に適合したオーミック特性が得られる電極を有することができる。
【0011】
第2の発明のGa2O3系半導体素子によれば、Ga2O3化合物半導体の結晶性が良いため、Ga2O3系化合物半導体からなるn型層と電極であるTi層との接触抵抗が小さくなるので、オーミック特性を得るための熱処理を不要とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図5】実施例1の電流電圧特性図である。
【図6】実施例2における25℃での電流電圧特性図である。
【図7】実施例2における300℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図8】実施例2における600℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図9】実施例2における700℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図10】実施例3における25℃での電流電圧特性図である。
【図11】実施例3における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図12】実施例4における25℃における電流電圧特性図である。
【図13】実施例4における700℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図14】実施例4における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図15】実施例5における25℃での電流電圧特性図である。
【図16】実施例5における400℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図17】実施例5における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図18】比較例1における25℃での電流電圧特性図である。
【図19】比較例1における100℃で10分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図20】比較例1における200℃で10分間保持した後電流電圧特性図である。
【図21】比較例2における25℃での電流電圧特性図である。
【図22】比較例2における100℃で10分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図23】比較例3における25℃での電流電圧特性図である。
【図24】比較例3における100℃で30秒間保持した後の電流電圧特性図である。
【図25】比較例3における100℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図26】比較例3における200℃で30秒間保持した後の電流電圧特性図である。
【図27】比較例3における200℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光素子を示す。この発光素子1は、β−Ga2O3化合物半導体からなるn型β−Ga2O3基板2に、β−AlGaO3化合物半導体からなるn型導電性を示すn型β−AlGaO3クラッド層4、β−Ga2O3からなる活性層5、p型導電性を示すp型β−AlGaO3クラッド層6、およびβ−Ga2O3化合物半導体からなるp型導電性を示すp型β−Ga2O3コンタクト層7を順次積層したものである。
【0014】
また、この発光素子1は、p型β−Ga2O3コンタクト層7に形成される透明電極8と、透明電極8の一部に形成され、Ptからなる薄膜により形成され、ワイヤ11が接合部10によって接続されるパッド電極9と、n型β−Ga2O3基板2の下方に形成されるn側電極20とを備える。
【0015】
n側電極20は、例えば、Tiからなる薄膜が形成され、接着剤31を介して図示していないプリントパターンが形成されたプリント基板30と接続される。
【0016】
また、この発光素子1は、接着剤31あるいは金属ペーストを介してプリント基板30に搭載され、プリント基板30のプリント配線に接続される。
【0017】
この発光素子1を構成する各層4〜7は、金属ターゲットにレーザ光を照射し、例えば、希薄酸素雰囲気下、基板から遊離した金属の膜を基板上に成長させるPLD(Pulsed Laser Deposition)法により形成される。
【0018】
第1の実施の形態によれば、n側電極20は、n型β−Ga2O3基板2と好ましいオーミック特性を有している。そのため、接触抵抗を小さくすることができるので、電極部分における電流ロスや、ジュール熱の発生等による電極の劣化、化合物半導体レーザやLEDの特性劣化を防ぐことができるという優れた発光特性が得られる。
【0019】
[第2の実施の形態]
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る発光素子を示す図である。この発光素子1は、第1の実施の形態に係る発光素子1とは、n側電極20のみが相違する。この発光素子1のn側電極20は、n型β−Ga2O3基板4の下面に、Ti層21を形成し、その下方にAu層22を形成したものである。Au層22の代わりにPt層であってもよい。
【0020】
第2の実施の形態によれば、n側電極20は、n型β−Ga2O3基板2と好ましいオーミック特性を有している。そのため、n側電極20とn型β−Ga2O3基板2との接触抵抗を小さくすることができるので、第1の実施の形態と同様に優れた発光特性が得られる。
【0021】
[第3の実施の形態]
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る発光素子の要部を示す。この発光素子1は、第1の実施の形態に係る発光素子1とは、n側電極20のみが相違する。この発光素子1のn側電極20は、n型β−Ga2O3基板2の下面にTi層21、Al層23およびAu層22を順次積層したものである。
【0022】
第3の実施の形態によれば、n側電極20は、n型β−Ga2O3基板2と好ましいオーミック特性を有している。そのため、第1の実施の形態と同様に優れた発光特性が得られる。
【0023】
[第4の実施の形態]
図4は、本発明の第4の実施の形態に係る発光素子の要部を示す。この発光素子1は、第1の実施の形態に係る発光素子1とは、n側電極20のみが相違する。この発光素子1のn側電極20は、n型β−Ga2O3基板2の下面にTi層21、Al層23、Ni層24およびAu層22を順次積層したものである。
【0024】
第4の実施の形態によれば、n側電極20は、n型β−Ga2O3基板2と好ましいオーミック特性を有している。そのため、第1の実施の形態と同様に優れた発光特性が得られる。
【0025】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例1】
【0026】
図5は、本発明の実施例1の電流電圧特性図である。
【0027】
実施例1は、本発明の第1の実施の形態の相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板上に形成されたTi層によりn電極を形成したものである。基板上にTi層を形成する前にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は、150Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間レーザを照射することにより形成し、25℃のときの電流電圧特性を測定した。
【0028】
実施例1によれば、25℃においてオーミック特性を示すため、電極部分における電流ロスや、ジュール熱の発生等による電極の劣化、化合物半導体レーザやLEDの特性劣化を防ぐことができるという優れた発光特性が得られる。
【実施例2】
【0029】
図6は、本発明の実施例2における25℃の電流電圧特性図、図7は実施例2における300℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図8は実施例2における600℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図9は実施例2における700℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0030】
実施例2は、第2の実施の形態に相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板にTi層およびAu層を積層してn電極を形成したものである。実施例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は150Åの膜厚およびAu層は500Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間およびAuターゲットに25分間レーザをそれぞれ照射することによりそれぞれ形成する。200ml/minでN2を流しながら電極を保持し、その保持後の電流電圧特性を測定した。
【0031】
実施例2によると、25℃〜600℃で保持した後の電流電圧特性は、オーミック特性を示す。しかし、700℃で5分間の保持後は、ショットキー特性を示した。
【0032】
また、この実施例2によれば、Ti層およびAu層を形成するだけでオーミック特性を示す。また、電極は、25〜少なくとも600℃の範囲においてオーミック特性を示すため、常温から耐熱性を要求される温度までの広い使用条件において使用することができる。
【実施例3】
【0033】
図10は、本発明の実施例3における25℃での電流電圧特性図、図11は実施例3における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0034】
実施例3は、第2の実施の形態に相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に形成されたTi層およびAl層によりn電極を形成したものである。実施例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は150Åの膜厚およびAl層は1000Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間およびAlターゲットに50分間レーザをそれぞれ照射することによりそれぞれ形成する。200ml/minでN2を流しながら保持し、その保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0035】
実施例3によれば、25〜700℃では良好なオーミック特性を示し、800℃で保持した後は、電流が流れにくくなっているが、オーミック特性を示している。
【0036】
また、この実施例3によれば、Ti層およびAl層を形成するだけでオーミック特性を示す。
【実施例4】
【0037】
図12は、本発明の実施例4における25℃での電流電圧特性図、図13は実施例4における700℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図14は実施例4における800℃で5分間の保持した後の電流電圧特性図である。
【0038】
実施例4は、第3の実施の形態に相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に形成されたTi層、Al層およびAu層によりn電極を形成したものである。実施例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は150Åの膜厚、Al層は1000Åの膜厚およびAu層は500Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間、Alターゲットに50分間およびAuターゲットに25分間レーザをそれぞれ照射することによりそれぞれ形成する。200ml/minでN2を流しながら保持し、その保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0039】
実施例4によれば、25〜700℃ではオーミック特性を示すが、800℃以上で保持した後は、ショットキー特性を示す。また、電極は、Ti層、Al層およびAu層を形成するだけでオーミック特性を示す。
【実施例5】
【0040】
図15は、本発明の実施例5における25℃での電流電圧特性図、図16は実施例5における400℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図17は実施例5における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0041】
実施例5は、第4の実施の形態に相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に形成されたTi層、Al層、Ni層、およびAu層によりn電極を形成したものである。実施例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は150Åの膜厚、Al層は1000Åの膜厚、Ni層は400Åの膜厚およびAu層は500Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間、Alターゲットに50分間、Niターゲットに40分間およびAuターゲットに25分間レーザをそれぞれ照射することによりそれぞれ形成する。200ml/minでN2を流しながら保持し、その保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0042】
実施例5によれば、25℃および400℃で保持した後ではオーミック特性を示すが、800℃で保持した後は、ショットキー特性を示す。また、Ti層、Al層、Ni層、およびAu層を形成するだけでオーミック特性を示す。また、熱処理を行った場合には、25〜少なくとも400℃の範囲においてオーミック特性を示すため、常温から耐熱性を要求される温度までの広い使用条件において使用することができる。
(比較例1)
【0043】
図18は、比較例1における25℃での電流電圧特性図、図19は比較例1における100℃で10分間保持した後の電流電圧特性図、図20は比較例1における200℃で10分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0044】
比較例1は、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に、Ti層の代わりにAu層によりn電極を形成したものである。基板上にAu層を形成する前にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Au層は、PLD法により、出力100mWでAuターゲットに25分間レーザを照射することにより形成する。H2の5%雰囲気下、200ml/minでArを流しながら熱処理し、そ保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0045】
比較例1によれば、Ga2O3基板にTi層の代わりにAu層を設けた場合は、ショッ
トキー特性を示し、オーミック特性を示していない。
(比較例2)
【0046】
図21は、比較例2における25℃での電流電圧特性図、図22は比較例2における100℃で10分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0047】
比較例2は、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に、Ti層の代わりにPt層によりn電極を形成したものである。比較例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Pt層は、PLD法により、出力100mWでPtターゲットにレーザを照射することにより形成する。H2の5%雰囲気下、200ml/minでArを流しながら熱処理し、そ保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0048】
比較例2によると、Ga2O3基板にTi層の代わりにAu層を設けた場合は、ショットキー特性を示し、オーミック特性を示していない。
(比較例3)
【0049】
図23は、比較例3における25℃での電流電圧特性図を示し、図24は比較例3における100℃で30秒間保持した後の電流電圧特性図、図25は比較例3における100℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図26は比較例3における200℃で30秒間保持した後の電流電圧特性図、図27は比較例3における200℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0050】
比較例3は、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板にTi層およびAu層の代わりにNi層およびAu層を積層してn電極を形成したものである。比較例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ni層は400Åの膜厚およびAu層は500Åの膜厚であり、PLD法により、まずNi層を形成して、次に出力100mWでAuターゲットに25分間レーザを照射することにより形成する。200ml/minでN2を流しながら保持し、その保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0051】
比較例3によれば、Ti層およびAu層の代わりにNi層およびAu層を設けた場合は、ショットキー特性を示し、オーミック特性を示していない。
【0052】
なお、本発明は、上記各実施の形態、上記各実施例に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々変更してもよい。基板上の電極を形成する金属膜は、上記PLD法のほかに、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等により形成してもよい。また、雰囲気ガスは、上記アルゴンおよび窒素以外に、ヘリウム等の不活性ガス、水素等の還元性ガスを用いてもよい。雰囲気ガスの圧力は10−2Torrないし大気圧の範囲であればよい。また、Ga2O3系化合物半導体は、絶縁基板上に形成されたn型コンタクト層にn側電極を形成してもよい。また、本発明は、オーミック特性を得るための熱処理を施していないが、必要に応じて熱処理を行なってもよい。Au層22の代わりに、Pt層等の酸化膜防止層であってもよい。また、Ga2O3系半導体素子として、上記発光素子の他に、ダイオードや太陽電池等に適用できる。
【符号の説明】
【0053】
1 発光素子
2 基板
4 n型β−AlGaO3クラッド層
5 活性層
6 p型β−AlGaO3クラッド層
7 p型β−Ga2O3コンタクト層
8 透明電極
9 パッド電極
10,12 接合部
11,13 ワイヤ
20 n側電極
21 Ti層
22 Au層
23 Al層
24 Ni層
30 プリント基板
31 接着剤
40 出射光
41 発光光
【技術分野】
【0001】
本発明は、LED(発光ダイオード)、LD(レーザダイオード)等に使用されるGa2O3系半導体素子に関し、特に、Ga2O3系化合物を半導体として用い、これに適合したオーミック特性が得られる電極を有するとともに、オーミック特性を得るための熱処理を不要とすることが可能なGa2O3系化合物半導体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、窒化物半導体、特に、窒化ガリウム(GaN)化合物半導体発光素子は、LED、LD等の発光デバイスに使用されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
特許文献1には、サファイア基板、バッファ層、n型窒化ガリウム系化合物半導体層、n型クラッド層、n型活性層、p型クラッド層、p型コンタクト層が積層されたGaN系青色発光素子が記載されている。この従来のGaN系青色発光素子は、発光波長370nmで発光する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第2778405号公報(図1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来のGaN系青色発光素子では、バンドギャップの関係でさらに短波長の紫外領域で発光する発光素子を得るのが困難である。そこで、近年、バンドギャップがより大きく、紫外領域で発光する可能性がある物質としてGa2O3が期待されている。
【0006】
従って、本発明の第1の目的は、Ga2O3系化合物を半導体として用い、これに適合したオーミック特性が得られる電極を有するGa2O3系半導体素子を提供する。
【0007】
また、本発明の第2の目的は、オーミック特性を得るための熱処理を不要とすることが可能なGa2O3系半導体素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
第1の発明は、上記の第1の目的を達成するため、n型導電性を有するβ−Ga2O3化合物半導体からなるn型層と、前記n型層上に形成されたTi層を有する電極とを備え、前記電極は、前記n型層にオーミック接続しているGa2O3系半導体素子を提供する。
【0009】
第2の発明は、上記の第2の目的を達成するため、n型導電性を有するβ−Ga2O3化合物半導体からなるn型層を準備する工程と、前記n型層上にTi層を形成する工程と、前記Ti層上に、Au層又はAl層を形成する工程と、前記Ti層と、前記Au層又は前記Al層とが形成された前記n型層に熱処理を施す工程とを備えるGa2O3系半導体素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【0010】
第1の発明のGa2O3系半導体素子によれば、Ga2O3化合物半導体の結晶性が良いため、Ga2O3化合物半導体からなるn型層と電極であるTi層との接触抵抗が小さくなるので、Ga2O3系化合物半導体に適合したオーミック特性が得られる電極を有することができる。
【0011】
第2の発明のGa2O3系半導体素子によれば、Ga2O3化合物半導体の結晶性が良いため、Ga2O3系化合物半導体からなるn型層と電極であるTi層との接触抵抗が小さくなるので、オーミック特性を得るための熱処理を不要とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図5】実施例1の電流電圧特性図である。
【図6】実施例2における25℃での電流電圧特性図である。
【図7】実施例2における300℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図8】実施例2における600℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図9】実施例2における700℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図10】実施例3における25℃での電流電圧特性図である。
【図11】実施例3における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図12】実施例4における25℃における電流電圧特性図である。
【図13】実施例4における700℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図14】実施例4における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図15】実施例5における25℃での電流電圧特性図である。
【図16】実施例5における400℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図17】実施例5における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図18】比較例1における25℃での電流電圧特性図である。
【図19】比較例1における100℃で10分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図20】比較例1における200℃で10分間保持した後電流電圧特性図である。
【図21】比較例2における25℃での電流電圧特性図である。
【図22】比較例2における100℃で10分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図23】比較例3における25℃での電流電圧特性図である。
【図24】比較例3における100℃で30秒間保持した後の電流電圧特性図である。
【図25】比較例3における100℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【図26】比較例3における200℃で30秒間保持した後の電流電圧特性図である。
【図27】比較例3における200℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光素子を示す。この発光素子1は、β−Ga2O3化合物半導体からなるn型β−Ga2O3基板2に、β−AlGaO3化合物半導体からなるn型導電性を示すn型β−AlGaO3クラッド層4、β−Ga2O3からなる活性層5、p型導電性を示すp型β−AlGaO3クラッド層6、およびβ−Ga2O3化合物半導体からなるp型導電性を示すp型β−Ga2O3コンタクト層7を順次積層したものである。
【0014】
また、この発光素子1は、p型β−Ga2O3コンタクト層7に形成される透明電極8と、透明電極8の一部に形成され、Ptからなる薄膜により形成され、ワイヤ11が接合部10によって接続されるパッド電極9と、n型β−Ga2O3基板2の下方に形成されるn側電極20とを備える。
【0015】
n側電極20は、例えば、Tiからなる薄膜が形成され、接着剤31を介して図示していないプリントパターンが形成されたプリント基板30と接続される。
【0016】
また、この発光素子1は、接着剤31あるいは金属ペーストを介してプリント基板30に搭載され、プリント基板30のプリント配線に接続される。
【0017】
この発光素子1を構成する各層4〜7は、金属ターゲットにレーザ光を照射し、例えば、希薄酸素雰囲気下、基板から遊離した金属の膜を基板上に成長させるPLD(Pulsed Laser Deposition)法により形成される。
【0018】
第1の実施の形態によれば、n側電極20は、n型β−Ga2O3基板2と好ましいオーミック特性を有している。そのため、接触抵抗を小さくすることができるので、電極部分における電流ロスや、ジュール熱の発生等による電極の劣化、化合物半導体レーザやLEDの特性劣化を防ぐことができるという優れた発光特性が得られる。
【0019】
[第2の実施の形態]
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る発光素子を示す図である。この発光素子1は、第1の実施の形態に係る発光素子1とは、n側電極20のみが相違する。この発光素子1のn側電極20は、n型β−Ga2O3基板4の下面に、Ti層21を形成し、その下方にAu層22を形成したものである。Au層22の代わりにPt層であってもよい。
【0020】
第2の実施の形態によれば、n側電極20は、n型β−Ga2O3基板2と好ましいオーミック特性を有している。そのため、n側電極20とn型β−Ga2O3基板2との接触抵抗を小さくすることができるので、第1の実施の形態と同様に優れた発光特性が得られる。
【0021】
[第3の実施の形態]
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る発光素子の要部を示す。この発光素子1は、第1の実施の形態に係る発光素子1とは、n側電極20のみが相違する。この発光素子1のn側電極20は、n型β−Ga2O3基板2の下面にTi層21、Al層23およびAu層22を順次積層したものである。
【0022】
第3の実施の形態によれば、n側電極20は、n型β−Ga2O3基板2と好ましいオーミック特性を有している。そのため、第1の実施の形態と同様に優れた発光特性が得られる。
【0023】
[第4の実施の形態]
図4は、本発明の第4の実施の形態に係る発光素子の要部を示す。この発光素子1は、第1の実施の形態に係る発光素子1とは、n側電極20のみが相違する。この発光素子1のn側電極20は、n型β−Ga2O3基板2の下面にTi層21、Al層23、Ni層24およびAu層22を順次積層したものである。
【0024】
第4の実施の形態によれば、n側電極20は、n型β−Ga2O3基板2と好ましいオーミック特性を有している。そのため、第1の実施の形態と同様に優れた発光特性が得られる。
【0025】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例1】
【0026】
図5は、本発明の実施例1の電流電圧特性図である。
【0027】
実施例1は、本発明の第1の実施の形態の相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板上に形成されたTi層によりn電極を形成したものである。基板上にTi層を形成する前にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は、150Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間レーザを照射することにより形成し、25℃のときの電流電圧特性を測定した。
【0028】
実施例1によれば、25℃においてオーミック特性を示すため、電極部分における電流ロスや、ジュール熱の発生等による電極の劣化、化合物半導体レーザやLEDの特性劣化を防ぐことができるという優れた発光特性が得られる。
【実施例2】
【0029】
図6は、本発明の実施例2における25℃の電流電圧特性図、図7は実施例2における300℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図8は実施例2における600℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図9は実施例2における700℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0030】
実施例2は、第2の実施の形態に相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板にTi層およびAu層を積層してn電極を形成したものである。実施例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は150Åの膜厚およびAu層は500Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間およびAuターゲットに25分間レーザをそれぞれ照射することによりそれぞれ形成する。200ml/minでN2を流しながら電極を保持し、その保持後の電流電圧特性を測定した。
【0031】
実施例2によると、25℃〜600℃で保持した後の電流電圧特性は、オーミック特性を示す。しかし、700℃で5分間の保持後は、ショットキー特性を示した。
【0032】
また、この実施例2によれば、Ti層およびAu層を形成するだけでオーミック特性を示す。また、電極は、25〜少なくとも600℃の範囲においてオーミック特性を示すため、常温から耐熱性を要求される温度までの広い使用条件において使用することができる。
【実施例3】
【0033】
図10は、本発明の実施例3における25℃での電流電圧特性図、図11は実施例3における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0034】
実施例3は、第2の実施の形態に相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に形成されたTi層およびAl層によりn電極を形成したものである。実施例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は150Åの膜厚およびAl層は1000Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間およびAlターゲットに50分間レーザをそれぞれ照射することによりそれぞれ形成する。200ml/minでN2を流しながら保持し、その保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0035】
実施例3によれば、25〜700℃では良好なオーミック特性を示し、800℃で保持した後は、電流が流れにくくなっているが、オーミック特性を示している。
【0036】
また、この実施例3によれば、Ti層およびAl層を形成するだけでオーミック特性を示す。
【実施例4】
【0037】
図12は、本発明の実施例4における25℃での電流電圧特性図、図13は実施例4における700℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図14は実施例4における800℃で5分間の保持した後の電流電圧特性図である。
【0038】
実施例4は、第3の実施の形態に相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に形成されたTi層、Al層およびAu層によりn電極を形成したものである。実施例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は150Åの膜厚、Al層は1000Åの膜厚およびAu層は500Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間、Alターゲットに50分間およびAuターゲットに25分間レーザをそれぞれ照射することによりそれぞれ形成する。200ml/minでN2を流しながら保持し、その保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0039】
実施例4によれば、25〜700℃ではオーミック特性を示すが、800℃以上で保持した後は、ショットキー特性を示す。また、電極は、Ti層、Al層およびAu層を形成するだけでオーミック特性を示す。
【実施例5】
【0040】
図15は、本発明の実施例5における25℃での電流電圧特性図、図16は実施例5における400℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図17は実施例5における800℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0041】
実施例5は、第4の実施の形態に相当し、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に形成されたTi層、Al層、Ni層、およびAu層によりn電極を形成したものである。実施例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ti層は150Åの膜厚、Al層は1000Åの膜厚、Ni層は400Åの膜厚およびAu層は500Åの膜厚であり、PLD法により、出力100mWでTiターゲットに7.5分間、Alターゲットに50分間、Niターゲットに40分間およびAuターゲットに25分間レーザをそれぞれ照射することによりそれぞれ形成する。200ml/minでN2を流しながら保持し、その保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0042】
実施例5によれば、25℃および400℃で保持した後ではオーミック特性を示すが、800℃で保持した後は、ショットキー特性を示す。また、Ti層、Al層、Ni層、およびAu層を形成するだけでオーミック特性を示す。また、熱処理を行った場合には、25〜少なくとも400℃の範囲においてオーミック特性を示すため、常温から耐熱性を要求される温度までの広い使用条件において使用することができる。
(比較例1)
【0043】
図18は、比較例1における25℃での電流電圧特性図、図19は比較例1における100℃で10分間保持した後の電流電圧特性図、図20は比較例1における200℃で10分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0044】
比較例1は、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に、Ti層の代わりにAu層によりn電極を形成したものである。基板上にAu層を形成する前にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Au層は、PLD法により、出力100mWでAuターゲットに25分間レーザを照射することにより形成する。H2の5%雰囲気下、200ml/minでArを流しながら熱処理し、そ保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0045】
比較例1によれば、Ga2O3基板にTi層の代わりにAu層を設けた場合は、ショッ
トキー特性を示し、オーミック特性を示していない。
(比較例2)
【0046】
図21は、比較例2における25℃での電流電圧特性図、図22は比較例2における100℃で10分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0047】
比較例2は、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板に、Ti層の代わりにPt層によりn電極を形成したものである。比較例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Pt層は、PLD法により、出力100mWでPtターゲットにレーザを照射することにより形成する。H2の5%雰囲気下、200ml/minでArを流しながら熱処理し、そ保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0048】
比較例2によると、Ga2O3基板にTi層の代わりにAu層を設けた場合は、ショットキー特性を示し、オーミック特性を示していない。
(比較例3)
【0049】
図23は、比較例3における25℃での電流電圧特性図を示し、図24は比較例3における100℃で30秒間保持した後の電流電圧特性図、図25は比較例3における100℃で5分間保持した後の電流電圧特性図、図26は比較例3における200℃で30秒間保持した後の電流電圧特性図、図27は比較例3における200℃で5分間保持した後の電流電圧特性図である。
【0050】
比較例3は、99.99%のGa2O3のドーパントを添加していない基板にTi層およびAu層の代わりにNi層およびAu層を積層してn電極を形成したものである。比較例1と同様にエッチングを行い、基板表面を清浄にした。Ni層は400Åの膜厚およびAu層は500Åの膜厚であり、PLD法により、まずNi層を形成して、次に出力100mWでAuターゲットに25分間レーザを照射することにより形成する。200ml/minでN2を流しながら保持し、その保持した後の電流電圧特性を測定した。
【0051】
比較例3によれば、Ti層およびAu層の代わりにNi層およびAu層を設けた場合は、ショットキー特性を示し、オーミック特性を示していない。
【0052】
なお、本発明は、上記各実施の形態、上記各実施例に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々変更してもよい。基板上の電極を形成する金属膜は、上記PLD法のほかに、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等により形成してもよい。また、雰囲気ガスは、上記アルゴンおよび窒素以外に、ヘリウム等の不活性ガス、水素等の還元性ガスを用いてもよい。雰囲気ガスの圧力は10−2Torrないし大気圧の範囲であればよい。また、Ga2O3系化合物半導体は、絶縁基板上に形成されたn型コンタクト層にn側電極を形成してもよい。また、本発明は、オーミック特性を得るための熱処理を施していないが、必要に応じて熱処理を行なってもよい。Au層22の代わりに、Pt層等の酸化膜防止層であってもよい。また、Ga2O3系半導体素子として、上記発光素子の他に、ダイオードや太陽電池等に適用できる。
【符号の説明】
【0053】
1 発光素子
2 基板
4 n型β−AlGaO3クラッド層
5 活性層
6 p型β−AlGaO3クラッド層
7 p型β−Ga2O3コンタクト層
8 透明電極
9 パッド電極
10,12 接合部
11,13 ワイヤ
20 n側電極
21 Ti層
22 Au層
23 Al層
24 Ni層
30 プリント基板
31 接着剤
40 出射光
41 発光光
【特許請求の範囲】
【請求項1】
n型導電性を有するβ−Ga2O3化合物半導体からなるn型層と、
前記n型層上に形成されたTi層を有する電極と
を備え、
前記電極は、前記n型層にオーミック接続しているGa2O3系半導体素子。
【請求項2】
前記電極は、前記Ti層上に形成されるAu層を更に有する請求項1に記載のGa2O3系半導体素子。
【請求項3】
前記電極は、前記Ti層上に形成されるAl層を更に有する請求項1に記載のGa2O3系半導体素子。
【請求項4】
前記電極は、前記Al層上に形成されるAu層を更に有する請求項3に記載のGa2O3系半導体素子。
【請求項5】
前記電極は、前記Al層上に形成されるNi層と、前記Ni層上に形成されるAu層とを更に有する請求項3に記載のGa2O3系半導体素子。
【請求項6】
n型導電性を有するβ−Ga2O3化合物半導体からなるn型層を準備する工程と、
前記n型層上にTi層を形成する工程と、
前記Ti層上に、Au層又はAl層を形成する工程と
を備えるGa2O3系半導体素子の製造方法。
【請求項7】
前記Ti層と、前記Au層又は前記Al層とが形成された前記n型層に熱処理を施す工程を更に備える請求項6に記載のGa2O3系半導体素子の製造方法。
【請求項1】
n型導電性を有するβ−Ga2O3化合物半導体からなるn型層と、
前記n型層上に形成されたTi層を有する電極と
を備え、
前記電極は、前記n型層にオーミック接続しているGa2O3系半導体素子。
【請求項2】
前記電極は、前記Ti層上に形成されるAu層を更に有する請求項1に記載のGa2O3系半導体素子。
【請求項3】
前記電極は、前記Ti層上に形成されるAl層を更に有する請求項1に記載のGa2O3系半導体素子。
【請求項4】
前記電極は、前記Al層上に形成されるAu層を更に有する請求項3に記載のGa2O3系半導体素子。
【請求項5】
前記電極は、前記Al層上に形成されるNi層と、前記Ni層上に形成されるAu層とを更に有する請求項3に記載のGa2O3系半導体素子。
【請求項6】
n型導電性を有するβ−Ga2O3化合物半導体からなるn型層を準備する工程と、
前記n型層上にTi層を形成する工程と、
前記Ti層上に、Au層又はAl層を形成する工程と
を備えるGa2O3系半導体素子の製造方法。
【請求項7】
前記Ti層と、前記Au層又は前記Al層とが形成された前記n型層に熱処理を施す工程を更に備える請求項6に記載のGa2O3系半導体素子の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【公開番号】特開2009−81468(P2009−81468A)
【公開日】平成21年4月16日(2009.4.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−8686(P2009−8686)
【出願日】平成21年1月19日(2009.1.19)
【分割の表示】特願2004−71816(P2004−71816)の分割
【原出願日】平成16年3月12日(2004.3.12)
【出願人】(899000068)学校法人早稲田大学 (602)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年4月16日(2009.4.16)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年1月19日(2009.1.19)
【分割の表示】特願2004−71816(P2004−71816)の分割
【原出願日】平成16年3月12日(2004.3.12)
【出願人】(899000068)学校法人早稲田大学 (602)
【Fターム(参考)】
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