ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極

【目的】ｐ−ｎ接合の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子を実現するにあたり、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体と良好なオーミック接触が得られると共にアニーリング時に変質しにくい電極を提供することにより、発光素子の発光効率および信頼性を高める。
【構成】ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面に形成され、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層とオーミック接触が得られた電極であって、前記電極が少なくともチタンとアルミニウムとの合金よりなるか、または前記電極が少なくともチタンとアルミニウムとが積層された多層膜よりなる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード、レーザーダイオード等の発光素子に用いられるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の電極に係り、特に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体とオーミック接触が得られる電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体は直接遷移を有し、バンドギャップが１．９５ｅＶ〜６ｅＶまで変化するため、発光ダイオード、レーザダイオード等、発光素子の材料として有望視されている。現在、この材料を用いた発光素子には、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の上に、ｐ型ドーパントをドープした高抵抗なｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体を積層したいわゆるＭＩＳ構造の青色発光ダイオードが知られている。
【０００３】ＭＩＳ構造の発光素子は発光強度、発光出力共非常に低く、また高抵抗なｉ層を発光層としているため順方向電圧（Ｖｆ）が２０Ｖ以上と非常に高いために発光効率が悪く、実用化するには不十分であった。順方向電圧を下げ、発光効率を向上させて実用化を図るには、ＭＩＳではなくｐ−ｎ接合が有利であることは自明である。
【０００４】ところで、最近窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型とする技術が開発され、ｐ−ｎ接合の窒化ガリウム系化合物半導体が実現できるようになってきた。（例えば、特開平２−２５７６７９号公報、特開平３−２１８３２５号公報、他文献）。
【０００５】ｐ−ｎ接合の発光素子が実現できるようになると、順方向電圧を下げ、発光効率を高めるためにも、ｐ層およびｎ層とオーミック接触の得られる電極材料が非常に重要である。しかしながら、従来のＭＩＳ構造の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極はｉ層とショットキ−バリアを用いる構造であったため、ｎ層のオーミック電極にはほとんど注意されていなかった。
【０００６】例えば、ＭＩＳ構造の素子のｎ層とオーミック接触を得る電極材料として、特開昭５５−９４４２号公報に、ＡｌまたはＡｌ合金が開示されている。その他、Ｉｎもよく使用されている。しかしながら、Ｉｎ、Ａｌともｎ型窒化ガリウム系化合物半導体と十分なオーミック接触が得にくく、さらにまた電極形成時に、電極材料を窒化ガリウム系化合物半導体となじませるため、アニーリング装置を用いてアニールを行うのであるが、そのアニーリング時に装置内の残留酸素、水分等の雰囲気により電極が変質しやすいという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明はこのような事情を鑑み成されたもので、その目的とするところは、ｐ−ｎ接合の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子を実現するにあたり、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体と良好なオーミック接触が得られると共にアニーリング時に変質しにくい電極を提供することにより、発光素子の発光効率および信頼性を高めようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】我々はｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と良好なオーミック接触が得られ、アニール時に変質しにくい電極材料について、実験を重ねたところ、ＡｌにＴｉを含有させることにより前記問題が解決できることを見いだした。即ち、本発明のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面に形成され、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層とオーミック接触が得られた電極であって、前記電極が少なくともチタンとアルミニウムとの合金よりなるか、または前記電極が少なくともチタンとアルミニウムとが積層された多層膜よりなることを特徴とする。
【０００９】本発明の電極は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ等のｎ型ドーパントをドープしてｎ型特性を示すように成長した窒化ガリウム系化合物半導体層表面、またはノンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層表面に、蒸着、スパッタ等の技術により、チタンとアルミニウムよりなる合金膜を形成するか、またはチタンとアルミニウムよりなる多層膜を形成した後、アニーリングを行うことにより得ることができる。アニーリング温度は特に限定するものではないが、４００℃以上、１２００℃以下で行うことが好ましい。なぜなら、４００℃よりも低いと、オーミック接触が得にくく、１２００℃よりも高いと窒化ガリウム系化合物半導体が分解してしまうからである。
【００１０】上記のように合金膜、または多層膜として形成した電極材料を、アニーリングすることにより、電極材料と窒化ガリウム系化合物半導体層との接触を良くしてオーミック接触を得ることができる。さらに、多層膜はアニーリング条件（主として熱）、チタンとアルミニウムそれぞれの層の膜厚等により多層膜の一部、または全部が合金化する。多層膜がアニーリングにより合金化した場合、全体として電極はチタンとアルミニウムからなるオーミック電極となるが、例えばチタンが第１層目、アルミニウムが第２層目とはっきりと分離されたものではなく、前にも述べたように条件によっては電極層が合金化するため、チタンとアルミニウムが渾然一体となっている場合が多い。ただ、多層膜の場合、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と接触する側の電極材料をチタンとした後、次にアルミニウムを形成して多層膜とする方が、再現性良くオーミック接触を得られるため、より好ましい。
【００１１】チタンのアルミニウムに対する含有率は特に限定するものではなく、チタンと、アルミニウムとをどのような比率で混合しても、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と再現性良くオーミック接触が得られ、非常に有利である。多層膜の場合、この含有率は多層膜を形成する膜厚の比を調整することにより変えることができる。
【００１２】
【実施例】図１は、２インチφのサファイア基板上にＳｉをドープしたｎ型ＧａＮ層を成長させ、そのｎ型ＧａＮ層の表面に、数々の電極材料を１００μｍφの大きさで、それぞれ千個蒸着して４５０℃でアニーリングした後、同一種類の電極間のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性を全て測定してオーミック特性を調べた結果を示す図である。図１において、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤはそれぞれＡ・・ＴｉとＡｌとを０．０１：１の膜厚比で順に積層した電極、Ｂ・・Ｔｉを１％含むＡｌ−Ｔｉ合金で形成した電極、Ｃ・・ｎ型層にＴｉ単独で形成した電極、Ｄ・・ｎ型層にＡｌ単独で形成した電極、のＩ−Ｖ特性を示す。
【００１３】Ａ〜Ｄはそれぞれ代表的なＩ−Ｖ特性を示す図であるが、アルミニウムにチタンを含有させた電極はＡ、Ｂに示すようにｎ型ＧａＮ層と完全にオーミック接触が得られており、電極千個の内オーミック接触が確認されないものはなかった。一方、チタン単独、もしくはアルミニウム単独の電極は、Ｃ、Ｄに示すようにいずれのにおいてもオーミック接触は得られず、千個の内でオーミック接触が確認されたものは、Ｄの電極の方に数個あっただけである。
【００１４】さらにアニーリング後、電極表面の状態を顕微鏡で観察したところ、ＣとＤの電極表面はその９０％以上が黒く変質していた。
【００１５】図２は、同じく２インチφのサファイア基板の上にＳｉをドープしたｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層を成長させ、そのｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層の表面にＴｉとＡｌとを膜厚比を変えて１００μｍφの大きさで千個蒸着して、４５０℃でアニーリングした後、同じく同一種類の電極間のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性を測定してオーミック特性を調べた結果を示す図である。図２において、Ｅ、Ｆ、Ｇ、ＨはそれぞれＥ・・ＴｉとＡｌとを０．００１：１の膜厚比で順に積層した電極、Ｆ・・ＡｌとＴｉとを０．００１：１の膜厚比で順に積層した電極、Ｇ・・ＴｉとＡｌとを１：０．００１の膜厚比で順に積層した電極、Ｈ・・ＡｌとＴｉとを１：０．００１の膜厚比で順に積層した電極、のＩ−Ｖ特性を示している。
【００１６】Ｅ〜Ｈに示す図は、ＴｉとＡｌの含有率にかかわらず、全てオーミック接触が得られていることを示しているが、特に、Ｅ、Ｇに示すＴｉを先に形成した電極は、千個全てそれぞれの図に示すようなオーミック接触が得られたが、Ｆ、Ｈに示すＡｌを先に形成した電極は、それぞれ数個オーミック接触が得られていないものが発見された。また、電極の変質は全ての電極について観察されなかった。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電極はｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と非常に良好なオーミック接触が得られ、さらに電極の変質がない。しかもオーミックが得られるチタンのアルミニウムに対する定まった含有率が無いため、電極形成時において非常に生産性も向上する。従って、ｐ−ｎ接合を用いた窒化ガリウム系化合物半導体を実現した際、ｎ型層と電極とが完全にオーミック接触しているため、発光素子のＶｆを下げ、発光効率を向上させることができ、電極の変質もないため発光素子の信頼性も格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層に形成した電極の電流電圧特性を比較して示す図。
【図２】本発明の一実施例にかかる電極の電流電圧特性を示す図。

【特許請求の範囲】
【請求項１】ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面に形成され、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層とオーミック接触が得られた電極であって、前記電極が少なくともチタンとアルミニウムとの合金よりなるか、または前記電極が少なくともチタンとアルミニウムとが積層された多層膜よりなることを特徴とするｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極。
【請求項２】前記多層膜は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と接する側がチタンであることを特徴とする請求項１に記載のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極。

【図１】