JP2000164922A - 半導体装置 - Google Patents
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置にお
いて、正電極に対するコンタクト層の特性を改善し、良
好な特性を持つ半導体装置を得る。 【解決手段】 本発明の半導体装置は、正電極に接する
ｐ型コンタクト層として、Ｍｇ不純物濃度および分布、
層厚を調整したＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体層を
単層或いは複数層用いて構成することにより、良好な特
性を持つ半導体装置を得て、上記課題を解決する。
いて、正電極に対するコンタクト層の特性を改善し、良
好な特性を持つ半導体装置を得る。 【解決手段】 本発明の半導体装置は、正電極に接する
ｐ型コンタクト層として、Ｍｇ不純物濃度および分布、
層厚を調整したＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体層を
単層或いは複数層用いて構成することにより、良好な特
性を持つ半導体装置を得て、上記課題を解決する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化
物系化合物半導体を用いた半導体装置に関する。ここ
に、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体とは、Ｖ族元素
として少なくとも窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からな
る半導体をいう。つまり、ＩＩＩ族元素のＡｌ、Ｇａ、
Ｉｎ等と、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ等を含み、且つ、必
ずＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。例えば、
組成式で書くと、次のようになる。 ＡｌaＧａbＩｎcＮdＸ1-d （０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝
１、０＜ｄ≦１、Ｘ：Ｐ、Ａｓ等のＶ族原子）また、各
構成原子の一部が不純物原子等に置き換えられた半導体
も含むものとする。
物系化合物半導体を用いた半導体装置に関する。ここ
に、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体とは、Ｖ族元素
として少なくとも窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からな
る半導体をいう。つまり、ＩＩＩ族元素のＡｌ、Ｇａ、
Ｉｎ等と、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ等を含み、且つ、必
ずＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。例えば、
組成式で書くと、次のようになる。 ＡｌaＧａbＩｎcＮdＸ1-d （０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝
１、０＜ｄ≦１、Ｘ：Ｐ、Ａｓ等のＶ族原子）また、各
構成原子の一部が不純物原子等に置き換えられた半導体
も含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体は、
紫外から緑色の波長の領域での発光素子や、電力用パワ
ーデバイス等の半導体装置への利用に注目されている。
特に、近年、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体におい
て、高品質な単結晶薄膜作製技術が開発され、単結晶低
抵抗ｐ型層の作製が可能になって以来、本半導体材料に
関する開発が急速に進展し、青色から緑色の波長で発光
する発光ダイオードの実用化が実現され、更なる展開が
期待されている。
紫外から緑色の波長の領域での発光素子や、電力用パワ
ーデバイス等の半導体装置への利用に注目されている。
特に、近年、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体におい
て、高品質な単結晶薄膜作製技術が開発され、単結晶低
抵抗ｐ型層の作製が可能になって以来、本半導体材料に
関する開発が急速に進展し、青色から緑色の波長で発光
する発光ダイオードの実用化が実現され、更なる展開が
期待されている。
【０００３】今後、実用化された発光ダイオードの性能
向上や、実用化が期待されている半導体レーザ等の実現
に向けて、様々な方面からの取り組みが行われており、
その一つに、ｐ型コンタクト層の開発がある。
向上や、実用化が期待されている半導体レーザ等の実現
に向けて、様々な方面からの取り組みが行われており、
その一つに、ｐ型コンタクト層の開発がある。
【０００４】例えば、発光ダイオードや半導体レーザ等
のような、オーミック性に優れ、接触抵抗が低く、低抵
抗なコンタクト層が必要な半導体装置においては、その
特性が、半導体装置の性能、例えば、低電圧動作、高輝
度化、高信頼性、長寿命化に大きな影響を与える。
のような、オーミック性に優れ、接触抵抗が低く、低抵
抗なコンタクト層が必要な半導体装置においては、その
特性が、半導体装置の性能、例えば、低電圧動作、高輝
度化、高信頼性、長寿命化に大きな影響を与える。
【０００５】従来の技術としては、例えば、特開平８−
９７４７１号公報に示されている技術が知られている。
この技術は、Ｍｇ不純物濃度の異なる層を二層形成し、
正電極に近い側からＭｇ不純物濃度の高い層および低い
層を配置する構成になっている。
９７４７１号公報に示されている技術が知られている。
この技術は、Ｍｇ不純物濃度の異なる層を二層形成し、
正電極に近い側からＭｇ不純物濃度の高い層および低い
層を配置する構成になっている。
【０００６】実施例においては、例えば、正電極に近い
Ｍｇ不純物濃度の高い層で、その濃度が２×１０20［／
ｃｍ3］、層厚が５０ｎｍとなっており、一方、Ｍｇ不
純物濃度が低い層で、その濃度が１×１０20［／ｃ
ｍ3］、層厚が０．２μｍとなっている構造が示されて
いる。なお、Ｍｇ不純物濃度の低い層は主に活性層にホ
ールを効率よく注入するための層であり、Ｍｇ不純物濃
度の高い層は主に正電極とオーミック接触を取るための
層としての役割を持っていると考えられている。
Ｍｇ不純物濃度の高い層で、その濃度が２×１０20［／
ｃｍ3］、層厚が５０ｎｍとなっており、一方、Ｍｇ不
純物濃度が低い層で、その濃度が１×１０20［／ｃ
ｍ3］、層厚が０．２μｍとなっている構造が示されて
いる。なお、Ｍｇ不純物濃度の低い層は主に活性層にホ
ールを効率よく注入するための層であり、Ｍｇ不純物濃
度の高い層は主に正電極とオーミック接触を取るための
層としての役割を持っていると考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、先に示した従
来の技術においては、各種半導体装置に求められる特
性、つまり、オーミック性、接触抵抗、直列抵抗に対し
て、まだ、不十分である。そのため、半導体装置の性
能、例えば、低電圧動作、高輝度化、高信頼性、長寿命
化に課題を残している。
来の技術においては、各種半導体装置に求められる特
性、つまり、オーミック性、接触抵抗、直列抵抗に対し
て、まだ、不十分である。そのため、半導体装置の性
能、例えば、低電圧動作、高輝度化、高信頼性、長寿命
化に課題を残している。
【０００８】ｐ型コンタクト層自体の抵抗の大きさ、お
よび、正電極の接触抵抗のため、動作電圧が高くなると
共に、その部分で発生する熱のため、さらに、ｐ型コン
タクト層の結晶性が悪いため、素子が劣化しやすい。例
えば、従来の技術を用いて作製した発光ダイオードで
は、信頼性試験を行ったところ、過半数の素子が、発光
強度が初期値の半値以下に低下するか、或いは動作不能
になった。
よび、正電極の接触抵抗のため、動作電圧が高くなると
共に、その部分で発生する熱のため、さらに、ｐ型コン
タクト層の結晶性が悪いため、素子が劣化しやすい。例
えば、従来の技術を用いて作製した発光ダイオードで
は、信頼性試験を行ったところ、過半数の素子が、発光
強度が初期値の半値以下に低下するか、或いは動作不能
になった。
【０００９】したがって、本発明の目的は、正電極に対
してオーミック性に優れ、接触抵抗が低く、低抵抗なｐ
型コンタクト層を提供することにある。
してオーミック性に優れ、接触抵抗が低く、低抵抗なｐ
型コンタクト層を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
解決する方法として、接触抵抗を下げるために、正電極
と接触する部分のｐ型コンタクト層のアクセプタ不純物
濃度を３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］とし、かつ
低抵抗なｐ型コンタクト層とするために、不純物添加に
よる結晶格子歪みを低減するようにしている。また、結
晶格子歪みを低減するために、正電極に接するｐ型コン
タクト層としてＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体単結
晶層のアクセプタ不純物濃度、アクセプタ不純物濃度分
布、層厚を規定して、良好な特性を有するコンタクト層
を形成している。より具体的にはｐ型コンタクト層とし
て次の様な層を用いている。
解決する方法として、接触抵抗を下げるために、正電極
と接触する部分のｐ型コンタクト層のアクセプタ不純物
濃度を３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］とし、かつ
低抵抗なｐ型コンタクト層とするために、不純物添加に
よる結晶格子歪みを低減するようにしている。また、結
晶格子歪みを低減するために、正電極に接するｐ型コン
タクト層としてＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体単結
晶層のアクセプタ不純物濃度、アクセプタ不純物濃度分
布、層厚を規定して、良好な特性を有するコンタクト層
を形成している。より具体的にはｐ型コンタクト層とし
て次の様な層を用いている。
【００１１】本発明においては、正電極に接するｐ型コ
ンタクト層として、正電極に接する最表面部分でアクセ
プタ不純物濃度が３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］
であり、不純物添加による結晶格子歪みを低減するため
の手段を合わせ持つことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族窒化
物系化合物半導体層を用いている。
ンタクト層として、正電極に接する最表面部分でアクセ
プタ不純物濃度が３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］
であり、不純物添加による結晶格子歪みを低減するため
の手段を合わせ持つことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族窒化
物系化合物半導体層を用いている。
【００１２】本発明においては、正電極に接するｐ型コ
ンタクト層として、アクセプタ不純物濃度が３×１０19
〜５×１０21［／ｃｍ3］、層厚が４０ｎｍ以下である
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体層を用いている。
ンタクト層として、アクセプタ不純物濃度が３×１０19
〜５×１０21［／ｃｍ3］、層厚が４０ｎｍ以下である
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体層を用いている。
【００１３】本発明においては、正電極に接するｐ型コ
ンタクト層として、正電極に接する側と反対側から、ア
クセプタ不純物濃度が低い成長条件でＩＩＩ−Ｖ族窒化
物系化合物半導体層を成長し、正電極に近づくにつれて
アクセプタ不純物濃度を連続的に、又は擬似的に連続的
に増加させて最終的に初期の状態よりアクセプタ不純物
濃度が高い成長条件でＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導
体層を成長して、正電極に対するコンタクト層を形成す
ることを特徴とする。なお、ｐ型コンタクト層における
アクセプタ不純物濃度について、正電極に接する部分の
アクセプタ不純物濃度が３×１０19〜５×１０21［／ｃ
ｍ3］で、正電極と反対側の下地層と接する部分のアク
セプタ不純物濃度が１×１０18〜３×１０19［／ｃ
ｍ3］であることが望ましい。
ンタクト層として、正電極に接する側と反対側から、ア
クセプタ不純物濃度が低い成長条件でＩＩＩ−Ｖ族窒化
物系化合物半導体層を成長し、正電極に近づくにつれて
アクセプタ不純物濃度を連続的に、又は擬似的に連続的
に増加させて最終的に初期の状態よりアクセプタ不純物
濃度が高い成長条件でＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導
体層を成長して、正電極に対するコンタクト層を形成す
ることを特徴とする。なお、ｐ型コンタクト層における
アクセプタ不純物濃度について、正電極に接する部分の
アクセプタ不純物濃度が３×１０19〜５×１０21［／ｃ
ｍ3］で、正電極と反対側の下地層と接する部分のアク
セプタ不純物濃度が１×１０18〜３×１０19［／ｃ
ｍ3］であることが望ましい。
【００１４】本発明においては、正電極に接するｐ型コ
ンタクト層として、アクセプタ不純物濃度が高いＩＩＩ
−Ｖ族窒化物系化合物半導体層と、前記層よりアクセプ
タ不純物濃度が低いＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体
層の２層を一周期として、一周期以上形成したことを特
徴とする。なお、ｐ型コンタクト層におけるアクセプタ
不純物濃度について、アクセプタ不純物濃度が高い部分
のアクセプタ不純物濃度が３×１０19〜５×１０21［／
ｃｍ3］で、アクセプタ不純物濃度が低い部分のアクセ
プタ不純物濃度が１×１０18〜３×１０19［／ｃｍ3］
であることが望ましく、また、アクセプタ不純物濃度が
高い部分の一層分の層厚が４０ｎｍ以下であることが望
ましい。さらに、本発明においてはアクセプタ不純物は
Ｍｇであることが望ましい。
ンタクト層として、アクセプタ不純物濃度が高いＩＩＩ
−Ｖ族窒化物系化合物半導体層と、前記層よりアクセプ
タ不純物濃度が低いＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体
層の２層を一周期として、一周期以上形成したことを特
徴とする。なお、ｐ型コンタクト層におけるアクセプタ
不純物濃度について、アクセプタ不純物濃度が高い部分
のアクセプタ不純物濃度が３×１０19〜５×１０21［／
ｃｍ3］で、アクセプタ不純物濃度が低い部分のアクセ
プタ不純物濃度が１×１０18〜３×１０19［／ｃｍ3］
であることが望ましく、また、アクセプタ不純物濃度が
高い部分の一層分の層厚が４０ｎｍ以下であることが望
ましい。さらに、本発明においてはアクセプタ不純物は
Ｍｇであることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態におい
ては、本発明を用いてＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導
体の発光ダイオードを作製した。ＭＯＣＶＤ装置を使用
し、原料ガスとしては、ＩＩＩ族元素を含む有機金属化
合物としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ム、トリメチルインジウム、Ｖ族元素を含む水素化物と
してアンモニア、不純物の原料ガスとしてはアクセプタ
不純物としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム、
ドナー不純物としてシランを用いて、半導体層を成長し
た。
ては、本発明を用いてＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導
体の発光ダイオードを作製した。ＭＯＣＶＤ装置を使用
し、原料ガスとしては、ＩＩＩ族元素を含む有機金属化
合物としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ム、トリメチルインジウム、Ｖ族元素を含む水素化物と
してアンモニア、不純物の原料ガスとしてはアクセプタ
不純物としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム、
ドナー不純物としてシランを用いて、半導体層を成長し
た。
【００１６】図１に本実施形態で作製したＤＨ構造を持
つｐｎ接合型発光ダイオードの断面図を示す。構造は以
下に示す通りである。例えば、サファイア等の基板１１
上に、順に、ＧａＮ低温バッファ層１２、ＳｉドープＧ
ａＮ層１３、ｎ型クラッド層としてＳｉドープＡｌＧａ
Ｎ層１４、ＩｎＧａＮ活性層１５、ｐ型クラッド層とし
てＭｇドープＡｌＧａＮ層１６、ＭｇドープＧａＮ層１
７が積層され、その上に正電極に接するｐ型コンタクト
層としてのＭｇドープＧａＮ層１８が積層されている。
つｐｎ接合型発光ダイオードの断面図を示す。構造は以
下に示す通りである。例えば、サファイア等の基板１１
上に、順に、ＧａＮ低温バッファ層１２、ＳｉドープＧ
ａＮ層１３、ｎ型クラッド層としてＳｉドープＡｌＧａ
Ｎ層１４、ＩｎＧａＮ活性層１５、ｐ型クラッド層とし
てＭｇドープＡｌＧａＮ層１６、ＭｇドープＧａＮ層１
７が積層され、その上に正電極に接するｐ型コンタクト
層としてのＭｇドープＧａＮ層１８が積層されている。
【００１７】更に、ＭｇドープＧａＮ層１８からＳｉド
ープＧａＮ層１３までの一部をＳｉドープＧａＮ層１３
が表面に露出するまでエッチングを施し、ＭｇドープＧ
ａＮ層１８上に正電極層２０、ＳｉドープＧａＮ層１３
上に負電極層２１が形成されている。
ープＧａＮ層１３までの一部をＳｉドープＧａＮ層１３
が表面に露出するまでエッチングを施し、ＭｇドープＧ
ａＮ層１８上に正電極層２０、ＳｉドープＧａＮ層１３
上に負電極層２１が形成されている。
【００１８】以下にその作製方法を示す。なお、図２
は、本実施形態での半導体装置の作製工程を示す半導体
装置の断面図である。
は、本実施形態での半導体装置の作製工程を示す半導体
装置の断面図である。
【００１９】まず、図２（ａ）の窒化ガリウム系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体積層構造を形成する。最初に、ＭＯ
ＣＶＤ装置内に洗浄済みの基板１１を導入し、Ｈ2キャ
リアガスの雰囲気で、基板温度を１１００℃にしてクリ
ーニングを行う。 引き続き、基板温度を６００℃に設
定して、トリメチルガリウム、アンモニアを原料ガスと
し、Ｈ2をキャリアガスとして、リアクタ内に導入し、
基板１１上にＧａＮ低温バッファ層１２を３０ｎｍ成長
した。そして、基板温度を１０５０℃に設定し、トリメ
チルガリウム、アンモニア、シランを原料ガスとし、Ｈ
2をキャリアガスとして、リアクタ内に導入し、ＧａＮ
低温バッファ層１２上にＳｉドープＧａＮ層１３を４μ
ｍ成長した。なお、このＧａＮ層のＳｉ不純物濃度は５
×１０18［／ｃｍ3］であった。
−Ｖ族化合物半導体積層構造を形成する。最初に、ＭＯ
ＣＶＤ装置内に洗浄済みの基板１１を導入し、Ｈ2キャ
リアガスの雰囲気で、基板温度を１１００℃にしてクリ
ーニングを行う。 引き続き、基板温度を６００℃に設
定して、トリメチルガリウム、アンモニアを原料ガスと
し、Ｈ2をキャリアガスとして、リアクタ内に導入し、
基板１１上にＧａＮ低温バッファ層１２を３０ｎｍ成長
した。そして、基板温度を１０５０℃に設定し、トリメ
チルガリウム、アンモニア、シランを原料ガスとし、Ｈ
2をキャリアガスとして、リアクタ内に導入し、ＧａＮ
低温バッファ層１２上にＳｉドープＧａＮ層１３を４μ
ｍ成長した。なお、このＧａＮ層のＳｉ不純物濃度は５
×１０18［／ｃｍ3］であった。
【００２０】ついで、基板温度を１０５０℃に設定し、
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモ
ニア、シランを原料ガスとし、Ｈ2をキャリアガスとし
て、リアクタ内に導入し、ＳｉドープＧａＮ層１３上
に、ｎクラッド層としてＡｌ組成が０．１のＳｉドープ
ＡｌＧａＮ層１４を０．１μｍ成長した。なお、このＡ
ｌＧａＮ層のＳｉ不純物濃度は５×１０17［／ｃｍ3］
であった。その後、基板温度を７５０℃に設定し、トリ
メチルガリウム、トリメチルインジウム、アンモニアを
原料ガスとして、Ｎ2をキャリアガスとして、リアクタ
内に導入し、ｎ型のＳｉドープＡｌＧａＮ層１４上にＩ
ｎ組成が０．３のＩｎＧａＮ活性層１５を２ｎｍ成長し
た。
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモ
ニア、シランを原料ガスとし、Ｈ2をキャリアガスとし
て、リアクタ内に導入し、ＳｉドープＧａＮ層１３上
に、ｎクラッド層としてＡｌ組成が０．１のＳｉドープ
ＡｌＧａＮ層１４を０．１μｍ成長した。なお、このＡ
ｌＧａＮ層のＳｉ不純物濃度は５×１０17［／ｃｍ3］
であった。その後、基板温度を７５０℃に設定し、トリ
メチルガリウム、トリメチルインジウム、アンモニアを
原料ガスとして、Ｎ2をキャリアガスとして、リアクタ
内に導入し、ｎ型のＳｉドープＡｌＧａＮ層１４上にＩ
ｎ組成が０．３のＩｎＧａＮ活性層１５を２ｎｍ成長し
た。
【００２１】そして、基板温度を１０５０℃に設定し、
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを原料ガ
スとして、Ｈ2をキャリアガスとして、リアクタ内に導
入し、ＩｎＧａＮ活性層１５上に、ｐクラッド層として
Ａｌ組成が０．１のＭｇドープＡｌＧａＮ層１６を０．
１μｍ成長した。なお、このＡｌＧａＮ層のＭｇ不純物
濃度は１×１０19［／ｃｍ3］であった。更に、基板温
度を１０５０℃に設定し、トリメチルガリウム、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを原料ガ
スとして、Ｈ2をキャリアガスとして、リアクタ内に導
入し、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１６上に、ＭｇドープＧ
ａＮ層１７を０．３μｍ成長した。なお、このＧａＮ層
のＭｇ不純物濃度が１×１０19［／ｃｍ3］であった。
Ｍｇ不純物濃度を制御するには、その原料であるビスシ
クロペンタジエニルマグネシウムの流量を制御すればよ
い。この場合、たとえばビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウムの流量は、０．０２μｍｏｌ／分であった。
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを原料ガ
スとして、Ｈ2をキャリアガスとして、リアクタ内に導
入し、ＩｎＧａＮ活性層１５上に、ｐクラッド層として
Ａｌ組成が０．１のＭｇドープＡｌＧａＮ層１６を０．
１μｍ成長した。なお、このＡｌＧａＮ層のＭｇ不純物
濃度は１×１０19［／ｃｍ3］であった。更に、基板温
度を１０５０℃に設定し、トリメチルガリウム、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを原料ガ
スとして、Ｈ2をキャリアガスとして、リアクタ内に導
入し、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１６上に、ＭｇドープＧ
ａＮ層１７を０．３μｍ成長した。なお、このＧａＮ層
のＭｇ不純物濃度が１×１０19［／ｃｍ3］であった。
Ｍｇ不純物濃度を制御するには、その原料であるビスシ
クロペンタジエニルマグネシウムの流量を制御すればよ
い。この場合、たとえばビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウムの流量は、０．０２μｍｏｌ／分であった。
【００２２】更に、基板温度を１０５０℃に設定し、ト
リメチルガリウム、アンモニア、ビスシクロペンタジエ
ニルマグネシウムを原料ガスとして、Ｈ2をキャリアガ
スとして、リアクタ内に導入し、ＭｇドープＧａＮ層１
７上に、正電極に接するｐ型コンタクト層として、Ｍｇ
ドープＧａＮ層１８を３０ｎｍ成長した。なお、このＧ
ａＮ層のＭｇ不純物濃度は５×１０20［／ｃｍ3］であ
った。このとき、Ｍｇの原料ガスであるビスシクロペン
タジエニルマグネシウムの流量は、１．００μｍｏｌ／
分であり、ＭｇドープＧａＮ層１７を成長するときに比
べ、流量を上げている。引き続き、得られた半導体積層
構造を、例えば、Ｎ2雰囲気、８００℃で熱アニールす
ることにより、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１６、Ｍｇドー
プＧａＮ層１７、ＭｇドープＧａＮ層１８を低抵抗化さ
せた。
リメチルガリウム、アンモニア、ビスシクロペンタジエ
ニルマグネシウムを原料ガスとして、Ｈ2をキャリアガ
スとして、リアクタ内に導入し、ＭｇドープＧａＮ層１
７上に、正電極に接するｐ型コンタクト層として、Ｍｇ
ドープＧａＮ層１８を３０ｎｍ成長した。なお、このＧ
ａＮ層のＭｇ不純物濃度は５×１０20［／ｃｍ3］であ
った。このとき、Ｍｇの原料ガスであるビスシクロペン
タジエニルマグネシウムの流量は、１．００μｍｏｌ／
分であり、ＭｇドープＧａＮ層１７を成長するときに比
べ、流量を上げている。引き続き、得られた半導体積層
構造を、例えば、Ｎ2雰囲気、８００℃で熱アニールす
ることにより、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１６、Ｍｇドー
プＧａＮ層１７、ＭｇドープＧａＮ層１８を低抵抗化さ
せた。
【００２３】ついで、半導体積層構造の図２（ｂ）に示
すように、半導体表面にフォトレジスト膜２２を付け、
フォトリソグラフィー技術によりその一部を除去する。
そして、残ったフォトレジスト膜をマスクとして、ＲＩ
Ｅ（リアクティブイオンエッチング）によりエッチング
を行い、ＭｇドープＧａＮ層１８からＳｉドープＧａＮ
層１３を、ＳｉドープＧａＮ層１３の一部が表面に露出
するまでエッチングをする。
すように、半導体表面にフォトレジスト膜２２を付け、
フォトリソグラフィー技術によりその一部を除去する。
そして、残ったフォトレジスト膜をマスクとして、ＲＩ
Ｅ（リアクティブイオンエッチング）によりエッチング
を行い、ＭｇドープＧａＮ層１８からＳｉドープＧａＮ
層１３を、ＳｉドープＧａＮ層１３の一部が表面に露出
するまでエッチングをする。
【００２４】その後、フォトレジスト膜を剥がし、図２
（ｃ）に示すように、ＳｉドープＧａＮ層１３上にＴｉ
／Ａｌの負電極層２１、ＭｇドープＧａＮ層１８上にＮ
ｉ／Ａｕの正電極層２０の金属膜を蒸着し、電極を作製
する。
（ｃ）に示すように、ＳｉドープＧａＮ層１３上にＴｉ
／Ａｌの負電極層２１、ＭｇドープＧａＮ層１８上にＮ
ｉ／Ａｕの正電極層２０の金属膜を蒸着し、電極を作製
する。
【００２５】このようにして得られた半導体積層構造を
ダイシング等により分割して発光ダイオードのチップを
得ることができる。以上の工程で得られた発光ダイオー
ドのチップの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆動
時に印加電圧３．４Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力
１．５ｍＷを得ることができた。
ダイシング等により分割して発光ダイオードのチップを
得ることができる。以上の工程で得られた発光ダイオー
ドのチップの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆動
時に印加電圧３．４Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力
１．５ｍＷを得ることができた。
【００２６】また、信頼性試験を行ったところ、室温に
おいて動作電流５０ｍＡ連続駆動の状態で１０００時間
後の発光強度が初期の発光強度と比較して９０％以上の
特性を満たす素子が全体の約８０％であった。
おいて動作電流５０ｍＡ連続駆動の状態で１０００時間
後の発光強度が初期の発光強度と比較して９０％以上の
特性を満たす素子が全体の約８０％であった。
【００２７】（比較例）次に、比較例として、正電極に
接するｐ型コンタクト層としてのＭｇドープＧａＮ層１
８の層厚を５０ｎｍと厚く積層した場合を示す。Ｍｇド
ープＧａＮ層１７を成長するまでは、先の実施例と同じ
であるが、ＭｇドープＧａＮ層１８の層厚を３０ｎｍで
はなく、５０ｎｍに設定して成長した。その後は、先に
述べた実施例と同じ手法により半導体装置を作製した。
接するｐ型コンタクト層としてのＭｇドープＧａＮ層１
８の層厚を５０ｎｍと厚く積層した場合を示す。Ｍｇド
ープＧａＮ層１７を成長するまでは、先の実施例と同じ
であるが、ＭｇドープＧａＮ層１８の層厚を３０ｎｍで
はなく、５０ｎｍに設定して成長した。その後は、先に
述べた実施例と同じ手法により半導体装置を作製した。
【００２８】この工程で得られた、発光ダイオードのチ
ップの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆動時に印
加電圧３．５Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力１．３
ｍＷを得た。また、この、従来の技術を用いて作製した
素子を、先と同様に信頼性試験を行ったところ、試験後
の特性が初期特性の９０％以上の特性を示した素子は、
全体の２０％程度であった。
ップの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆動時に印
加電圧３．５Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力１．３
ｍＷを得た。また、この、従来の技術を用いて作製した
素子を、先と同様に信頼性試験を行ったところ、試験後
の特性が初期特性の９０％以上の特性を示した素子は、
全体の２０％程度であった。
【００２９】以上のことは、次のように説明できる。Ｇ
ａＮ膜にＭｇをドープすると、その濃度によりホール濃
度が変化する。ＭｇドープＧａＮ膜を４ｕｍ成長して、
その試料を低抵抗化のための熱アニールを施し、Ｍｇ不
純物濃度に対するホール濃度の変化を調べると、概ね図
４のようになる。Ｍｇ不純物濃度が３×１０19［／ｃｍ
3］より少ない場合、Ｍｇ不純物濃度を増加させると、
それにともない低抵抗化アニール後のホール濃度が増加
する。しかし、Ｍｇ不純物濃度を３×１０19［／ｃ
ｍ3］以上になると、Ｍｇ不純物濃度を増加させても、
ホール濃度は上昇せず、かえってホール濃度が減少する
傾向になる。これは、Ｍｇ不純物濃度が３×１０19［／
ｃｍ3］以上になると高濃度にドーピングされているた
め、結晶欠陥が多く入り、ホール濃度が増加しないこと
を示している。
ａＮ膜にＭｇをドープすると、その濃度によりホール濃
度が変化する。ＭｇドープＧａＮ膜を４ｕｍ成長して、
その試料を低抵抗化のための熱アニールを施し、Ｍｇ不
純物濃度に対するホール濃度の変化を調べると、概ね図
４のようになる。Ｍｇ不純物濃度が３×１０19［／ｃｍ
3］より少ない場合、Ｍｇ不純物濃度を増加させると、
それにともない低抵抗化アニール後のホール濃度が増加
する。しかし、Ｍｇ不純物濃度を３×１０19［／ｃ
ｍ3］以上になると、Ｍｇ不純物濃度を増加させても、
ホール濃度は上昇せず、かえってホール濃度が減少する
傾向になる。これは、Ｍｇ不純物濃度が３×１０19［／
ｃｍ3］以上になると高濃度にドーピングされているた
め、結晶欠陥が多く入り、ホール濃度が増加しないこと
を示している。
【００３０】Ｍｇ不純物濃度を３×１０19［／ｃｍ3］
以上の場合、低抵抗化アニール後のホール濃度が、Ｍｇ
不純物濃度の増加に対して減少しており、結晶の劣化を
示しているが、一方、Ｍｇ不純物濃度が３×１０19［／
ｃｍ3］より少ない場合に比べて、正電極に対してオー
ミックコンタクトが取りやすくなることが分かった。こ
のことから、Ｍｇ不純物濃度を３×１０19［／ｃｍ3］
以上のＭｇドープＧａＮ膜は、コンタクト層としては、
抵抗が高いが、電極とのオーミック接触は取りやすいと
いうことが分かった。なお、Ｍｇ不純物濃度が５×１０
21［／ｃｍ3］より大きくなると、ＧａＮの単結晶とし
ての結晶性が損なわれ、十分な結晶性をもつＧａＮを得
ることができず、実用的ではない。
以上の場合、低抵抗化アニール後のホール濃度が、Ｍｇ
不純物濃度の増加に対して減少しており、結晶の劣化を
示しているが、一方、Ｍｇ不純物濃度が３×１０19［／
ｃｍ3］より少ない場合に比べて、正電極に対してオー
ミックコンタクトが取りやすくなることが分かった。こ
のことから、Ｍｇ不純物濃度を３×１０19［／ｃｍ3］
以上のＭｇドープＧａＮ膜は、コンタクト層としては、
抵抗が高いが、電極とのオーミック接触は取りやすいと
いうことが分かった。なお、Ｍｇ不純物濃度が５×１０
21［／ｃｍ3］より大きくなると、ＧａＮの単結晶とし
ての結晶性が損なわれ、十分な結晶性をもつＧａＮを得
ることができず、実用的ではない。
【００３１】しかし、Ｍｇ不純物濃度を３×１０19［／
ｃｍ3］以上にするとホール濃度が増加せず抵抗が高く
なってしまう現象は、格子欠陥によるものであり、その
度合いは層厚に大きく依存することを見いだした。図４
に層厚が３０ｎｍの場合における、Ｍｇ不純物濃度とホ
ール濃度の相関を合わせて示す。
ｃｍ3］以上にするとホール濃度が増加せず抵抗が高く
なってしまう現象は、格子欠陥によるものであり、その
度合いは層厚に大きく依存することを見いだした。図４
に層厚が３０ｎｍの場合における、Ｍｇ不純物濃度とホ
ール濃度の相関を合わせて示す。
【００３２】さらに、この構造でコンタクト層としての
ＭｇドープＧａＮ層１８の層厚を変化させて素子を作製
した場合の、素子特性の変化を図３に示す。この図か
ら、わかるように４０ｎｍを越えると、印加電圧は上昇
し、発光出力は下がることがわかる。正電極に接するｐ
型コンタクト層の層厚は４０ｎｍ以下にすることが望ま
しいことが分かる。
ＭｇドープＧａＮ層１８の層厚を変化させて素子を作製
した場合の、素子特性の変化を図３に示す。この図か
ら、わかるように４０ｎｍを越えると、印加電圧は上昇
し、発光出力は下がることがわかる。正電極に接するｐ
型コンタクト層の層厚は４０ｎｍ以下にすることが望ま
しいことが分かる。
【００３３】図３のような結果は、次の理由からおこる
と考えられる。本実施例で示したような不純物濃度の場
合、結晶性を評価すると、ある層厚を越えると急激に結
晶性が劣化するいわゆる臨界膜厚のようなものが存在す
ることが分かった。これは不純物としてのＭｇはＧａの
格子位置に入るが、ＭｇとＧａでは原子半径が異なるの
で、ドーピングにより膜自体にストレスがたまるからだ
と考えられる。本発明者による評価では、層厚が４０ｎ
ｍを越えると急にＧａＮ膜の結晶性が悪化していること
を確認した。このことから、本実施形態で示したよう
に、コンタクト層の層厚の変化により素子特性が大きく
変化したものと考えられる。また、コンタクト層自体の
直列抵抗の成分を考慮すると、層厚が薄い方が直列抵抗
は小さい。
と考えられる。本実施例で示したような不純物濃度の場
合、結晶性を評価すると、ある層厚を越えると急激に結
晶性が劣化するいわゆる臨界膜厚のようなものが存在す
ることが分かった。これは不純物としてのＭｇはＧａの
格子位置に入るが、ＭｇとＧａでは原子半径が異なるの
で、ドーピングにより膜自体にストレスがたまるからだ
と考えられる。本発明者による評価では、層厚が４０ｎ
ｍを越えると急にＧａＮ膜の結晶性が悪化していること
を確認した。このことから、本実施形態で示したよう
に、コンタクト層の層厚の変化により素子特性が大きく
変化したものと考えられる。また、コンタクト層自体の
直列抵抗の成分を考慮すると、層厚が薄い方が直列抵抗
は小さい。
【００３４】更に、コンタクト層の層厚によって、活性
層で発光した光が外部に取り出される効率が変化してい
ることもある。層厚が厚くなることにより、外部に取り
出される光の割合が減少し、発光出力の低下を招いてい
る。
層で発光した光が外部に取り出される効率が変化してい
ることもある。層厚が厚くなることにより、外部に取り
出される光の割合が減少し、発光出力の低下を招いてい
る。
【００３５】以上のことを総合的に考えると、ｐ型コン
タクト層としては、Ｍｇ不純物濃度が３×１０19〜５×
１０21［／ｃｍ3］で層厚が４０ｎｍ以下のＩＩＩ−Ｖ
族窒化物系化合物半導体膜を用いればいいことが分かっ
た。
タクト層としては、Ｍｇ不純物濃度が３×１０19〜５×
１０21［／ｃｍ3］で層厚が４０ｎｍ以下のＩＩＩ−Ｖ
族窒化物系化合物半導体膜を用いればいいことが分かっ
た。
【００３６】また、別な実施形態として、ＭｇドープＧ
ａＮ層１７を層厚が０．３μｍ、Ｍｇ不純物濃度が５×
１０18［／ｃｍ3］になるようにし、且つ、ｐ型コンタ
クト層であるＭｇドープＧａＮ層１８を層厚４０ｎｍ、
Ｍｇ不純物濃度が５×１０19[/cm3］になるようにし
て、同様に発光ダイオードを作製した場合も、上記と同
様の理由により、従来の技術を用いて作製した素子に比
べ、良好な素子特性を持つ素子を得られることが確認で
きた。
ａＮ層１７を層厚が０．３μｍ、Ｍｇ不純物濃度が５×
１０18［／ｃｍ3］になるようにし、且つ、ｐ型コンタ
クト層であるＭｇドープＧａＮ層１８を層厚４０ｎｍ、
Ｍｇ不純物濃度が５×１０19[/cm3］になるようにし
て、同様に発光ダイオードを作製した場合も、上記と同
様の理由により、従来の技術を用いて作製した素子に比
べ、良好な素子特性を持つ素子を得られることが確認で
きた。
【００３７】なお、本実施例においてはアクセプタ不純
物としてＭｇを用いているが、他にＺｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、
Ｃ等の不純物を用いても同様の結果を得ることができ
た。
物としてＭｇを用いているが、他にＺｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、
Ｃ等の不純物を用いても同様の結果を得ることができ
た。
【００３８】（実施形態２）本実施形態では、正電極に
接するｐ型コンタクト層として、連続的にＭｇ不純物濃
度が変化しているコンタクト層構造を作製した。本実施
形態で作製した発光ダイオードの断面図を図５に示す。
この積層構造を次に示すように作製した。
接するｐ型コンタクト層として、連続的にＭｇ不純物濃
度が変化しているコンタクト層構造を作製した。本実施
形態で作製した発光ダイオードの断面図を図５に示す。
この積層構造を次に示すように作製した。
【００３９】まず、ｐクラッド層としてのＭｇドープＡ
ｌＧａＮ層１６までは、先の実施形態と同じ手法で作製
した。次に、引き続いて、次の手法により、コンタクト
層としてＭｇドープＧａＮ層３０を作製した。基板温度
を１０５０℃に設定し、トリメチルガリウム、アンモニ
ア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを原料ガス
として、Ｈ2をキャリアガスとして、リアクタ内に導入
し、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１６上にＭｇ不純物濃度が
連続的に変化するＭｇドープＧａＮ層３０を０．３μｍ
成長した。ＭｇドープＧａＮ層３０のＭｇ不純物濃度
（ｙ）は、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１６とＭｇドープＧ
ａＮ層３０の界面に対して垂直方向をＺ軸とし、その界
面をｚ＝０、ＭｇドープＧａＮ層３０方向を＋としたと
き、Ｚ＝０μｍのときｙ＝１×１０18［／ｃｍ3］、ｚ
＝０．３μｍのときにｙ＝１×１０20［／ｃｍ3］とな
るように、指数関数的に、つまり、ｙ＝ａ×１０[b*z]
の形で増加させてドープした。このような不純物濃度変
化させるためには、Ｍｇ不純物の原料ガスであるビスシ
クロペンタジエニルマグネシウムのガス流量を連続的に
変化させることで形成できる。
ｌＧａＮ層１６までは、先の実施形態と同じ手法で作製
した。次に、引き続いて、次の手法により、コンタクト
層としてＭｇドープＧａＮ層３０を作製した。基板温度
を１０５０℃に設定し、トリメチルガリウム、アンモニ
ア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを原料ガス
として、Ｈ2をキャリアガスとして、リアクタ内に導入
し、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１６上にＭｇ不純物濃度が
連続的に変化するＭｇドープＧａＮ層３０を０．３μｍ
成長した。ＭｇドープＧａＮ層３０のＭｇ不純物濃度
（ｙ）は、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１６とＭｇドープＧ
ａＮ層３０の界面に対して垂直方向をＺ軸とし、その界
面をｚ＝０、ＭｇドープＧａＮ層３０方向を＋としたと
き、Ｚ＝０μｍのときｙ＝１×１０18［／ｃｍ3］、ｚ
＝０．３μｍのときにｙ＝１×１０20［／ｃｍ3］とな
るように、指数関数的に、つまり、ｙ＝ａ×１０[b*z]
の形で増加させてドープした。このような不純物濃度変
化させるためには、Ｍｇ不純物の原料ガスであるビスシ
クロペンタジエニルマグネシウムのガス流量を連続的に
変化させることで形成できる。
【００４０】以上のように半導体積層構造を作製し、そ
の後、先実施形態と同様のプロセスを通して、発光ダイ
オードを作製した。このようにして得られた発光ダイオ
ードのチップの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆
動時に印加電圧３．４Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出
力１．５ｍＷを得ることができた。また、本実施形態に
おいて作製した素子は、実施形態１と同様に信頼性試験
を行ったところ、試験後の特性が初期特性の９０％以上
の特性を示した素子は、全体の８０％以上であった。
の後、先実施形態と同様のプロセスを通して、発光ダイ
オードを作製した。このようにして得られた発光ダイオ
ードのチップの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆
動時に印加電圧３．４Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出
力１．５ｍＷを得ることができた。また、本実施形態に
おいて作製した素子は、実施形態１と同様に信頼性試験
を行ったところ、試験後の特性が初期特性の９０％以上
の特性を示した素子は、全体の８０％以上であった。
【００４１】また、Ｍｇ不純物濃度の変化させ方とし
て、擬似的に連続的に変化するように、微小にステップ
状に変化させて同様に発光ダイオードも作製した。具体
的には、ｐコンタクト層の正電極とに接する側の反対側
の下地層に接する部分のＭｇ不純物濃度を２×１０
18［／ｃｍ3］に、正電極に接する部分のＭｇ不純物濃
度を５×１０19［／ｃｍ3］になるように、ｐ型コンタ
クト層内のＭｇ不純物濃度を層厚８ｎｍの１ステップご
とに２×１０18［／ｃｍ3］づつ増加するように変化さ
せた。この場合も、同様に、先に示した従来の技術を用
いて作製した素子に比べて、良好な素子特性を持つ素子
を得ることができた。
て、擬似的に連続的に変化するように、微小にステップ
状に変化させて同様に発光ダイオードも作製した。具体
的には、ｐコンタクト層の正電極とに接する側の反対側
の下地層に接する部分のＭｇ不純物濃度を２×１０
18［／ｃｍ3］に、正電極に接する部分のＭｇ不純物濃
度を５×１０19［／ｃｍ3］になるように、ｐ型コンタ
クト層内のＭｇ不純物濃度を層厚８ｎｍの１ステップご
とに２×１０18［／ｃｍ3］づつ増加するように変化さ
せた。この場合も、同様に、先に示した従来の技術を用
いて作製した素子に比べて、良好な素子特性を持つ素子
を得ることができた。
【００４２】以上のことから、次のことが分かる。本実
施形態のように、正電極に接するコンタクト層におい
て、活性層側の不純物濃度を低く、正電極側の不純物濃
度が高くなるようにして、連続的に不純物濃度を増加さ
せることによっても、実施形態１で示したのと同様の効
果が得られる。特に、この場合、ステップ状に急峻に不
純物濃度を変化させる場合に比べ、不純物濃度の高い層
での結晶欠陥の増大を比較的抑えることができることが
分かった。このため、コンタクト層を比較的厚く成長す
ることができるようになる。このように、不純物濃度の
高い領域の層厚が厚くても結晶性の劣化を抑えることが
できれば、比較的厚いコンタクト層を形成でき、より電
流を横方向に広げられることから、素子特性も良好にな
る。
施形態のように、正電極に接するコンタクト層におい
て、活性層側の不純物濃度を低く、正電極側の不純物濃
度が高くなるようにして、連続的に不純物濃度を増加さ
せることによっても、実施形態１で示したのと同様の効
果が得られる。特に、この場合、ステップ状に急峻に不
純物濃度を変化させる場合に比べ、不純物濃度の高い層
での結晶欠陥の増大を比較的抑えることができることが
分かった。このため、コンタクト層を比較的厚く成長す
ることができるようになる。このように、不純物濃度の
高い領域の層厚が厚くても結晶性の劣化を抑えることが
できれば、比較的厚いコンタクト層を形成でき、より電
流を横方向に広げられることから、素子特性も良好にな
る。
【００４３】なお、実施形態１のデータより、本コンタ
クト層におけるＭｇ不純物濃度は、正電極に接する側の
最も濃度の高い部分では、正電極との接触を考慮して３
×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］とし、正電極に接す
る側とは反対側の最も濃度の低い部分では活性層へホー
ルを効率よく注入するを考慮して１×１０18〜３×１０
19［／ｃｍ3］にすることが望ましい。更に、Ｍｇ不純
物濃度が３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］の範囲に
ある総層厚は、１００ｎｍ以下であることが望ましい。
クト層におけるＭｇ不純物濃度は、正電極に接する側の
最も濃度の高い部分では、正電極との接触を考慮して３
×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］とし、正電極に接す
る側とは反対側の最も濃度の低い部分では活性層へホー
ルを効率よく注入するを考慮して１×１０18〜３×１０
19［／ｃｍ3］にすることが望ましい。更に、Ｍｇ不純
物濃度が３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］の範囲に
ある総層厚は、１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００４４】また、本実施形態においては、Ｍｇ不純物
濃度を指数関数的に増加させたが、別の関数、例えば、
一次関数的に変化させてもよい。また、本実施形態で示
したように、擬似的な状態として連続的にＭｇ不純物濃
度が変化する場合、つまり、微小な変化量づつステップ
状にＭｇ不純物濃度が変化していても、連続的に変化さ
せたときとほぼ同様の効果が得られる。この場合、互い
に接する層間のＭｇ不純物濃度の比が１０以下であるこ
とが望ましく、個々の層の層厚は４０ｎｍ以下、Ｍｇ不
純物濃度が３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］の範囲
にある総層厚は、１００ｎｍ以下であることが望まし
い。
濃度を指数関数的に増加させたが、別の関数、例えば、
一次関数的に変化させてもよい。また、本実施形態で示
したように、擬似的な状態として連続的にＭｇ不純物濃
度が変化する場合、つまり、微小な変化量づつステップ
状にＭｇ不純物濃度が変化していても、連続的に変化さ
せたときとほぼ同様の効果が得られる。この場合、互い
に接する層間のＭｇ不純物濃度の比が１０以下であるこ
とが望ましく、個々の層の層厚は４０ｎｍ以下、Ｍｇ不
純物濃度が３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］の範囲
にある総層厚は、１００ｎｍ以下であることが望まし
い。
【００４５】（実施形態３）本実施形態では、正電極に
接するｐ型コンタクト層として、Ｍｇ不純物濃度を周期
的に変化させた層であるＭｇドープＧａＮ層４０を導入
した。その作製した発光ダイオードの断面図を図６に示
す。ＭｇドープＧａＮ層４０は、Ｍｇ不純物濃度が１×
１０19［／ｃｍ3］、層厚が３ｎｍのＭｇ不純物低濃度
層４１と、Ｍｇ不純物濃度が３×１０20［／ｃｍ3］、
層厚が２ｎｍのＭｇ不純物高濃度層４２の二層を一周期
として、それを２０周期繰り返した構造である。その他
の層は、実施形態１と同じように作製した。
接するｐ型コンタクト層として、Ｍｇ不純物濃度を周期
的に変化させた層であるＭｇドープＧａＮ層４０を導入
した。その作製した発光ダイオードの断面図を図６に示
す。ＭｇドープＧａＮ層４０は、Ｍｇ不純物濃度が１×
１０19［／ｃｍ3］、層厚が３ｎｍのＭｇ不純物低濃度
層４１と、Ｍｇ不純物濃度が３×１０20［／ｃｍ3］、
層厚が２ｎｍのＭｇ不純物高濃度層４２の二層を一周期
として、それを２０周期繰り返した構造である。その他
の層は、実施形態１と同じように作製した。
【００４６】以上の工程で得られた発光ダイオードのチ
ップの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆動時に印
加電圧３．４Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力１．５
ｍＷを得ることができた。また、本実施形態において作
製した素子は、実施形態１と同様に信頼性試験を行った
ところ、試験後の特性が初期特性の９０％以上の特性を
示した素子は全体の約８０％であった。
ップの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆動時に印
加電圧３．４Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力１．５
ｍＷを得ることができた。また、本実施形態において作
製した素子は、実施形態１と同様に信頼性試験を行った
ところ、試験後の特性が初期特性の９０％以上の特性を
示した素子は全体の約８０％であった。
【００４７】また、別な実施形態として、ｐ型コンタク
ト層の構造として、Ｍｇ不純物濃度が１×１０19［／ｃ
ｍ3］、層厚が４０ｎｍのＭｇ不純物低濃度層４１と、
Ｍｇ不純物濃度が５×１０20［／ｃｍ3］、層厚が４ｎ
ｍのＭｇ不純物高濃度層４２の二層を一周期として、そ
れを１０周期繰り返した構造も作製した。
ト層の構造として、Ｍｇ不純物濃度が１×１０19［／ｃ
ｍ3］、層厚が４０ｎｍのＭｇ不純物低濃度層４１と、
Ｍｇ不純物濃度が５×１０20［／ｃｍ3］、層厚が４ｎ
ｍのＭｇ不純物高濃度層４２の二層を一周期として、そ
れを１０周期繰り返した構造も作製した。
【００４８】この場合も、先の実施形態と同様に、従来
の技術を用いて作製した素子に比べて、良好な素子特性
を持つ素子を得ることができた。
の技術を用いて作製した素子に比べて、良好な素子特性
を持つ素子を得ることができた。
【００４９】更に、別な実施形態として、ｐ型コンタク
ト層の構造として、Ｍｇ不純物濃度が２×１０18［／ｃ
ｍ3］、層厚が３０ｎｍのＭｇ不純物低濃度層４１と、
Ｍｇ不純物濃度が５×１０19［／ｃｍ3］、層厚が１０
ｎｍのＭｇ不純物高濃度層４２の二層を一周期として、
それを５周期繰り返した構造も作製した。この場合も、
先の実施形態と同様に、従来の技術を用いて作製した素
子に比べて、良好な素子特性を持つ素子を得ることがで
きた。
ト層の構造として、Ｍｇ不純物濃度が２×１０18［／ｃ
ｍ3］、層厚が３０ｎｍのＭｇ不純物低濃度層４１と、
Ｍｇ不純物濃度が５×１０19［／ｃｍ3］、層厚が１０
ｎｍのＭｇ不純物高濃度層４２の二層を一周期として、
それを５周期繰り返した構造も作製した。この場合も、
先の実施形態と同様に、従来の技術を用いて作製した素
子に比べて、良好な素子特性を持つ素子を得ることがで
きた。
【００５０】さらに別の実施形態として、ｐ型コンタク
ト層の構造として、Ｍｇ不純物濃度が２×１０19［／ｃ
ｍ3］、層厚が１００ｎｍのＭｇ不純物低濃度層４１
と、Ｍｇ不純物濃度が１×１０20［／ｃｍ3］、層厚が
２０ｎｍのＭｇ不純物高濃度層４２の二層による、いわ
ゆる一周期に相当する構造も作製した。この場合も、先
の実施形態と同様、良好な素子特性を有する素子を得る
ことができた。
ト層の構造として、Ｍｇ不純物濃度が２×１０19［／ｃ
ｍ3］、層厚が１００ｎｍのＭｇ不純物低濃度層４１
と、Ｍｇ不純物濃度が１×１０20［／ｃｍ3］、層厚が
２０ｎｍのＭｇ不純物高濃度層４２の二層による、いわ
ゆる一周期に相当する構造も作製した。この場合も、先
の実施形態と同様、良好な素子特性を有する素子を得る
ことができた。
【００５１】このことから次のことが分かる。本実施形
態のように、不純物濃度が低い層と高い層を交互に積層
することによっても、実施形態１で示したのと同様の効
果が得られる。この場合、不純物濃度の高い層では結晶
欠陥が比較的多いが、層厚が薄い層であればまだ十分な
結晶性を有している。その上に不純物濃度の低い層を成
長すると、この層は比較的、結晶欠陥が少なく結晶性が
改善される。そのため、更にその上に再び不純物濃度の
高い層を成長しても、この層の結晶性は、連続的に不純
物濃度の高い層を積んだときに比べ結晶性の悪化を抑え
ることができる。よって、結晶性の高いコンタクト層を
形成することができ、素子特性の悪化が見られない。こ
のことから、電極に対してオーミック接触の取りやすい
コンタクト層を、層厚も厚く形成することが可能である
ことが分かった。
態のように、不純物濃度が低い層と高い層を交互に積層
することによっても、実施形態１で示したのと同様の効
果が得られる。この場合、不純物濃度の高い層では結晶
欠陥が比較的多いが、層厚が薄い層であればまだ十分な
結晶性を有している。その上に不純物濃度の低い層を成
長すると、この層は比較的、結晶欠陥が少なく結晶性が
改善される。そのため、更にその上に再び不純物濃度の
高い層を成長しても、この層の結晶性は、連続的に不純
物濃度の高い層を積んだときに比べ結晶性の悪化を抑え
ることができる。よって、結晶性の高いコンタクト層を
形成することができ、素子特性の悪化が見られない。こ
のことから、電極に対してオーミック接触の取りやすい
コンタクト層を、層厚も厚く形成することが可能である
ことが分かった。
【００５２】なお、この場合、Ｍｇ不純物濃度の低い層
で結晶性を回復させることができるため、濃度の低い層
と高い層の濃度比は、実施形態２のアクセプタ不純物の
濃度を疑似的に連続的に変化させる場合に比べ大きくす
ることができる。実施形態１のデータより、本コンタク
ト層におけるＭｇ不純物濃度は、濃度の低い部分で１×
１０18〜３×１０19［／ｃｍ3］、濃度の高い部分で３
×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］とすることが望まし
い。また、高濃度層の層厚は、実施形態１で示したよう
に、層厚がある程度厚くなることにより素子特性の悪化
を示すようになる。このことから、一層の層厚は４０ｎ
ｍ以下にすることが望ましい。また、周期数は、本実施
形態で示した数値に限定されるものではない。また、ｐ
型コンタクト層の総層厚は１μｍを越えると素子として
の直列抵抗が高くなってしまい、かえって問題を生じ
る。よって、ｐ型コンタクト層の総層厚は１μｍ以下で
あることが望ましい。更に望ましくは０．５μｍ以下で
ある。
で結晶性を回復させることができるため、濃度の低い層
と高い層の濃度比は、実施形態２のアクセプタ不純物の
濃度を疑似的に連続的に変化させる場合に比べ大きくす
ることができる。実施形態１のデータより、本コンタク
ト層におけるＭｇ不純物濃度は、濃度の低い部分で１×
１０18〜３×１０19［／ｃｍ3］、濃度の高い部分で３
×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］とすることが望まし
い。また、高濃度層の層厚は、実施形態１で示したよう
に、層厚がある程度厚くなることにより素子特性の悪化
を示すようになる。このことから、一層の層厚は４０ｎ
ｍ以下にすることが望ましい。また、周期数は、本実施
形態で示した数値に限定されるものではない。また、ｐ
型コンタクト層の総層厚は１μｍを越えると素子として
の直列抵抗が高くなってしまい、かえって問題を生じ
る。よって、ｐ型コンタクト層の総層厚は１μｍ以下で
あることが望ましい。更に望ましくは０．５μｍ以下で
ある。
【００５３】今までの実施形態においては、発光ダイオ
ードの例であった。しかし、本発明は、発光ダイオー
ド、半導体レーザといった発光素子以外の半導体装置、
例えば、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体を用いた受
光素子のｐ型コンタクト層として、或いは、ＩＩＩ−Ｖ
族窒化物系化合物半導体を用いたｎｐｎバイポーラトラ
ンジスタのベース電極として、といったように、ｐ型コ
ンタクト層が必要な様々な半導体装置への利用も可能で
ある。
ードの例であった。しかし、本発明は、発光ダイオー
ド、半導体レーザといった発光素子以外の半導体装置、
例えば、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体を用いた受
光素子のｐ型コンタクト層として、或いは、ＩＩＩ−Ｖ
族窒化物系化合物半導体を用いたｎｐｎバイポーラトラ
ンジスタのベース電極として、といったように、ｐ型コ
ンタクト層が必要な様々な半導体装置への利用も可能で
ある。
【００５４】
【発明の効果】本発明を用いることにより、ＩＩＩ−Ｖ
族窒化物系化合物半導体装置の低電圧動作、高輝度化、
高信頼性、長寿命化が可能になる。
族窒化物系化合物半導体装置の低電圧動作、高輝度化、
高信頼性、長寿命化が可能になる。
【図１】実施形態１で示した、本発明を用いて作製した
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図で
ある。
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図で
ある。
【図２】実施形態１で示した、本発明を用いて作製した
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の作製工程を示
す図である。
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の作製工程を示
す図である。
【図３】正電極に接するｐ型コンタクト層の層厚に対す
る、発光ダイオードの特性の変化を示す図である。
る、発光ダイオードの特性の変化を示す図である。
【図４】ＭｇドープＧａＮ膜におけるＭｇ不純物濃度と
ホール濃度の関係を示す図である。
ホール濃度の関係を示す図である。
【図５】実施形態２で示した、本発明を用いて作製した
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図で
ある。
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図で
ある。
【図６】実施形態３で示した、本発明を用いて作製した
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図で
ある。
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図で
ある。
１１ 基板 １２ ＧａＮ低温バッファ層 １３ ＳｉドープＧａＮ層 １４ ＳｉドープＡｌＧａＮ層 １５ ＩｎＧａＮ活性層 １６ ＭｇドープＡｌＧａＮ層 １７ ＭｇドープＧａＮ層 １８ ＭｇドープＧａＮ層 ２０ 正電極層 ２１ 負電極層 ２２ フォトレジスト膜 ３０ ＭｇドープＧａＮ層 ４０ ＭｇドープＧａＮ層 ４１ Ｍｇ不純物低濃度層 ４２ Ｍｇ不純物高濃度層
Claims (8)
- 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体を用
いて作製された、ｐ型層を有する半導体装置において、
正電極に接するｐ型コンタクト層を有し、前記ｐ型コン
タクト層の正電極に接する最表面部分のアクセプタ不純
物濃度が３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ3］であり、
不純物添加による結晶格子歪みを低減するための手段を
合わせ持つことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 前記ｐ型コンタクト層は、層厚が４０ｎ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体
装置。 - 【請求項３】 前記ｐ型コンタクト層は、正電極に接す
る側からその反対側に向けてアクセプタ不純物濃度が連
続的に、また、擬似的に連続的に減少していることを特
徴とする請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記ｐ型コンタクト層のアクセプタ不純
物濃度は、正電極とは反対側の層と接する部分のアクセ
プタ不純物濃度が１×１０18〜３×１０19［／ｃｍ3］
であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。 - 【請求項５】 前記ｐ型コンタクト層は、アクセプタ不
純物濃度が高い層とアクセプタ不純物濃度が低い層の２
層を一周期として、一周期以上形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項６】 前記アクセプタ不純物濃度が高い層のア
クセプタ不純物濃度は３×１０19〜５×１０21［／ｃｍ
3］であり、前記アクセプタ不純物濃度が低い層のアク
セプタ不純物濃度は１×１０18〜３×１０19［／ｃ
ｍ3］であることを特徴とする請求項５に記載の半導体
装置。 - 【請求項７】 前記濃度の高い層の膜厚が４０ｎｍ以下
であることを特徴とする請求項５あるいは６のいずれか
に記載の半導体装置。 - 【請求項８】 前記ｐ型コンタクト層のアクセプタ不純
物はＭｇであることを特徴とする請求項１から７のいず
れかに記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33744898A JP4149054B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33744898A JP4149054B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 半導体装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000164922A true JP2000164922A (ja) | 2000-06-16 |
| JP2000164922A5 JP2000164922A5 (ja) | 2005-08-11 |
| JP4149054B2 JP4149054B2 (ja) | 2008-09-10 |
Family
ID=18308737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33744898A Expired - Lifetime JP4149054B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4149054B2 (ja) |
Cited By (19)
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| US8263999B2 (en) | 2007-04-16 | 2012-09-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Nitride semiconductor light-emitting device |
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| WO2012137462A1 (ja) * | 2011-04-08 | 2012-10-11 | パナソニック株式会社 | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
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| JP2019087712A (ja) * | 2017-11-10 | 2019-06-06 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子とその製造方法 |
| CN114242862A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-25 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | Led芯片及其制备方法 |
-
1998
- 1998-11-27 JP JP33744898A patent/JP4149054B2/ja not_active Expired - Lifetime
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