p 型 半 導 体 の 製 造方 法及 び 半導 体 素 子
技術分
本発 明 は 、 電子 線 照 射 に よ り p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 明
半導体 の 抵抗率 を 低 下 さ せ る 方 法 と 、 そ の 低抵抗 率化 さ れ た P 型 半導体 を 利 用 し た 半導 体 素 子 に 関 す る 。
特 に 、 金 属 層 越 し に 電子 線 照 射 し て 確 実 に 抵抗 率 を 低 書
減 し 、 更 に そ の 金 属 層 を 完 全 に 除去 し て 電極 を 形成 す る こ と に よ り 駆動 電圧 を 低減 さ せ る 方 法 に 関 す る 。
又 、 そ れ に よ り 駆動 電圧 が 低減 さ れ た 半 導 体 素 子 に 関 す る 。 本発 明 は 、 低 駆 動 電圧 と 高 光 透過 率 が 要 求 さ れ る 光 半 導 体 、例 え ば . L E D や 半 導 体 レ - ' ザ 等 の 発 光 素 子 、 太 陽電 池 、 受 光 素 子 等 の 光 デ バ イ ス 、 又 は 他 の ト ラ ン ジ ス タ 、 F E T 、 H E M T 、 サ イ リ ス タ 、 ガ ス セ ン サ 等 の 電子 デ バ イ ス 等 に 適 用 さ れ る 。
背 景 技術
不 純 物 を 添加 す る こ と に よ り p 型 化 さ れ た p 型 半 導体 の 抵 抗 率 を 低 下 さ せ る 方 法 と し て は 、 例 え ば 、 「 応 用 物 理 Vol. 65, No. 7, 1996 : GaN '系 発 光 素 子 の.現 状 と 将来 」 等 に 記載 さ れ て い る 電子 線 照 射 装置 を 用 い る 方 法 等 が 、 一 般 に 広 く 知 ら れ て レヽ る 。
従 来 よ り 一 般 に 提案 さ れ て き た こ れ ら の 電子線 照 射 装 置 は 、 試 料 ( 半導 体 等 の 電 子線照 射 対 象 ) を 真 空 中 に 配 置 し て 、 真 空 中 で 電 子 線 を 照 射 し 半導 体 の 抵抗 率 を 低 下
さ せ る 方 法 で あ る 。 近年 に お い て は 、 チ ャ ン ノ の 真 空 引 き に 多 大 な 時 間 を 要 す る こ と 力ゝ ら 、 電子 を 多 量 に 発 生 さ せ て 略 大 気 で 面 状 に 電 子 線 を 照 射 す る 面 状 照 射 が 提案 さ れ て い る 。 例 え ば 、 本発 明 者 の 特願 2 0 0 0 - 2 5 3 4 2 4 号 、 特願 2 0 0 0 — 2 5 4 3 0 6 号 が あ る 。
し か し な が ら 、 面 状 に 電子 線 を 照 射す る 場合 に お い て も.、 半 導 体 の 表 面 状 態 が や や 劣 化 す る と い う 問 題 が あ つ た 。
そ こ で 、 本発 明 者 ら は 、 ρ 型 不 純 物 を 添加 し た 半導 体 へ の 電 子 線 照 射 に よ る 影 響 を 防止 す る た め 、 そ の 表 面 に·# い 金 属 層 を 形 成 し 、 そ の 金 属 層 越 し に 電 子線 照 射す る 方 法 を 新 た に 発 明 し た。 こ れ に よ り 、 半 導 体 の 表 面 に ダ メ 一ジ 層 を 形 成 す る こ と の な レ、 低抵 抗 率 化 が 実現 さ れ た ( 特願 2 0 0 0 - 2 5 4 3 0 6 号
し か し な が ら 、 こ の 方 法 は抵抗 率 を よ り 低 下 さ せ る こ と は で き る も の の 、 電 子 線 照 射 後 の 金 属 層 は 酸 化 さ れ 、 後 の エ ッ チ ン グ 工程 に よ つ て も 完全 に は 除 去 さ れ な い と い う 問 題 が 残 っ た 。 即 ち 、 こ の 半導 体 の 上 に 電極 を 形成 す る と 接触抵 抗 が 増 大 し 駆動 電圧 が 十 分 に 低減 で き な い と レヽ う 問 題 が 残 つ た 。 又 、 こ れ を L E D 、 レ ー ザ 素子 、 受 光 素 子 等 の 光 素 子 に 迪 用 す る 場合 、 光 の 透過 率 を 低 下 さ せ る こ と に も な つ た 。 発 明 の 開 示
本発 明 は 、 上記課題 を 解 決 す る た め に 成 さ れ た も の で あ り 、 そ の 目 的 は 、 p 型 不 純 物 を 添加 し た 半導 体 の 表 面 に 金 属 層 を 形成 し 、 そ の 金 属 層 を 越 し て 電子線 照 射す る
こ と に' よ り 半 導 体 の 表 層 状 態 を 劣 化 さ せ な い よ う に す る こ と で あ る 。
又 、 そ の 金 属 層 を 後 述 す る 方法 に よ り ほ ぼ完 全 に 除 去 し 、 そ の 上 に 電極 を 形成 す る こ と に よ り 電極 の 接触抵抗 を 低 下 さ せ る こ と で 駆動 電圧 を 低減 す る こ と で あ る 。
又 、 そ の 金 属 層 を ほ ぼ完 全 に 除 去 す る こ と に よ り 、 光 素 子 の そ の 面 に お け る 光 透 過 率 を 向 上 さ せ る こ と で あ る 即 ち 、 こ れ に よ り 発 光 作 用 や或 い は 受 光 作用 等 を 奏す る 半 導 体 素 子 の エ ネ ル ギ ー 効 率 を 向 上 さ せ て 、 発 光 効 率 、 受 光 効 率 の よ い 半導 体 素 子 を 提供 す る こ と で あ る 。
又 、 こ れ に よ り 、 ト ラ ン ジ ス タ 、 F E T、 H E M T 、 サ イ リ ス タ 、 ガ ス セ ン サ 等 の 電子 デ ノ イ ス 、 L E D ゃ レ 一ザ 等 の 発 光 素 子 、 太 陽 電 池 や 光 セ ン サ 等 の 受 光 素 子 、 等 の 広 く 一 般 の 電子 デ バ イ ス の 性 能 を 向 上 さ せ る こ と で め る 。
上 記 の 目 的 は 、 個 々 の 発 明 が 全 て の 目 的 を 達成 す る も の と 解釈 さ れ る べ き で は な く 、 個 々 の 発 明 が そ れ ぞ れ 達 成す る 目 的 で あ る と 解 さ れ る べ き で あ る 。
上 SL の 課題 を 解決す る た め に は 、 以 下 の 手段 が 有 効 で あ る 。
即 ち 、 第 1 の 特徴 は 、 p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半導 体 の 抵 抗 率 を 低 下 さ せ る 方 法 で あ っ て 、 p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半導 体 の 面 上 に 第 1 金 属 層 を 形成 し 、 第 1 金 属 層 越 し に p ·型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半 導 体 に 電 子 線 を 照 射 し 電子 線 照 射 後 に 第 1 金 属 層 上 に 第 2 金 属 層 を 形成 し て 、 エ ッ チ ン グ 工 程 に よ り 第 2 金 属 層 と 共 に 第 1 金 属 層 を 取 り 除 く こ と を 特徴 と す る p 型 半 導 体 の 製造方 法 で あ る 。
'尚 、 上 記 の p 型 不 純 物 を 添加 し た 半 導 体 は 、 例 え ば I I
I 族 窒化 物 系 化 合 物 半導体 が 挙 げ ら れ る 。 例 え ば 、 A 1 χ
Gay Im-x-y N ( 0 ≤ x ≤ 1 , 0 ≤ y ≤ 1 , 0 ≤ X + y ≤ 1 ) で 表 さ れ る 半導 体 で あ る 。
又 、 第 2 の 特 徴 は 、 第 1 の 発 明 に お い て 、 第 2 金 属 層 を 、 第 1 金 属 層 の 表 面 の エ ッ チ ン グ 後 に 形成 す る こ と を 特 徴 と す る 。
第 1 金 属 層 の 表 面 の エ ッ チ ン グ に は 、 例 え ば 、 ヨ ウ 素 系 の エ ッ チ ン グ 液 が 用 レヽ ら れ る 。
又 、 第 3 の 特徴 は 、 第 1 の 発 明 又 は 第 2 の 発 明 に お い て 、 第 1 金 属 層 を コ バ ル ト (Co)、 ニ ッ ケ ル (Ni ) 、 ア ル ミ ニ ゥ ム ( A 1 )、 銅 ( C u )、 パ ラ ジ ウ ム ( P d )、 マ ン ガ ン (Mn) 、 バ ナ ジ ウ ム (V) 、 金 (Au)、 又 は 、 こ れ ら の 金 属 を 少 な く と も 1 種類 以 上含 ん だ 合 金 か ら 構成 し た こ と を 特徴 と す る 。
又 、 第 4 の 特 徴 は 、 第 1 の 特徴 乃 至 第 3 の 特徴 の 何れ か 1 つ の 特 徴 に お い て 、 第 2 金 属 層 を ニ ッ ケ ル又 は コ ノ ル ト で構成 し た こ と で あ る 。
又 、 第 5 の 特徴 は 、 第 1 の 特徴 乃 至 第 4 の 特徴 の 何れ か 1 の 特徴 に お い て 、 第 2 金 属.層 を 形 成 し た 後 の エ ッ チ ン グ 工程 の エ ッ チ ン グ 液 を フ ッ 化 水 素 酸 と 硝 酸 と 水 の 混 合液 と す る こ と で あ る 。
. 又 、 第 6 の 特徴 は 、 第 1 の 特徴 乃 至 第 5 の 特徴 の 何れ か 1 の 特徴 に お い て 、 p 型 不 純 物 を 添加 し た 半導体 を I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と す る こ と で あ る 3 例 え ば 、 I I I 族 鲎 化 物 系 化 合 物 半 導 体 は 、 よ り 具 体 的 に は 、 「 A 1 Gay Ini-x-y N ( 0 ≤ x ≤ 1 , 0 ≤ y ≤ 1 , 0 ≤ X + y
≤ 1 )」 か ら 成 る 一 般 式 で表 さ れ る 2 元 ( GaN , InN , A IN ) , 3 元 ( GalnN , AlInN , Al GaN )、 或 い は 4 元 ( A IGaInN ) の I I I 族 窒化 物 系 化 合 物 半導 体 等 で あ る 。
又 、 第 7 の 特徴 は 、 第 : L の 特徴 乃 至 第 6 の 特徴 の 何れ か 1 の 特徴 に お い て 、 p 型 不 純 物 を マ グ ネ シ ウ ム ( Mg) と す る こ と で あ る 。 尚 、 本 不 純 物 は 、 亜鉛 ( Zn) や ベ リ リ ウ ム ( Be) や カ ル シ ウ ム (Ca)等 の 周 知 の p 型 不 純 物 t し て も 良 い 。 さ ら に 、 ベ リ リ ウ ム を イ ン プ ラ ン ト し た 半 導 体 に マ グ ネ シ ウ ム を 添加 し て も 良 レヽ 。 さ ら に 、 複 数 の p 型 不 純物 を 添加 し て も 、 p 型 を 妨 げ な い 程度 に n 型 不 純 物 が 添力 D さ れ て い て も 良 い 。
又 、 第 8 の 特徴 は 、 第 1 の 特徴 乃 至 第 7 の 特徴 の 何れ 力 1 の 特徴 に ぉ レヽ て 、 第 1 金 属 層 の 膜厚 を 5 〜 1 0 0 0 O A と し た こ と で あ る 。
又 、 第 9 の 特徴 は 、 第 1 の 特徴 乃 至 第 7 の 特徴 の 何れ 力、 1 の 特徴 に お い て 、 第 1 金 属 層 の 膜厚 を 5 A 〜 1 0 O A と し た こ と で あ る 。
又 、 第 1 0 の 特徴 は 、 第 1 の 特徴 乃 至 第 9 の 特徴 の 何 れ か 1 の 特 徴 に お い て 、 第 2 金 属 層 の 膜厚 を. 1 0 0 〜 6 0 0 0 A と し た こ と で あ る 。
又、 第 1 1 の特徴は、 第 1 の特徴乃至第 1 0 の特徴の何れか 1 の 特徴において、電子線照射時には第 1 金属層の電位を接地等によ り 略一定に保持する こ と である。
又 、 第 1 2 の 特 徴 は 、 基 板 の 上 に I I I 族 窒 ィヒ 物 系 ィ匕 合 物 半導 体 よ り 成 る 複 数 の 半導 体層 が 結 晶 成 長 に よ り 積層 す る 半導体 素 子 に 対 し て 、 そ の 半導体 素 子 を 構成す る 半 導体層 の 少 な く と も 一 部 分 に 、 第 1 の 特徴 乃 至 第 1 1 の
特徵 の 何れ か 1 の 特徴 の 方法 で 形成 し た p 型 半導体 を 有 す る こ と で あ る 。
又 、 第 1 3 の 特 徴 は 、 第 1 2 の 特 徴 に お い て 、 I I I 族 窒化 物 系 化 合 物 半導体 素 子 の 最 上層 に 形成 さ れ た 層 を 含 み 、 そ の 最 上層 の p 型 半 導 体 上 に 電極 を 新 た に 形成 す る こ と で あ る 。
又 、 第 1 4 の 特徴 は 、 第 1 3 の 特 徴 に ぉ レ、 て 、 p 型 半 導 体 の 表 面 に 成 膜 さ れ る 電極 を 多 層 構 造 と し た こ と で あ る 。
又 、 第 1 5 の 特徴 は 、 第 1 3 の 特徴又 は 第 1 4 の 特徴 に レヽ て 、 電極 を コ バ ノレ ト (Co)、 二 ッ ケ ,レ (Ni) 、 ァ ノレ ミ 二 ゥ ム (A1 )、 銅 ( C u )、 パ ラ ジ ウ ム (Pd)、 マ ン ガ ン (Mn)、 バ ナ ジ ゥ ム (V) 、 金 (Au)の 何れ 力 を 、 又 は こ れ ら の 金 属 を 少 な く と も 1 種類 以 上 含 ん で形成 す る こ と で あ る 。
又 、 第 1 6 の 特徴 は 、 第 1 3 の 特徴 乃 至 第 1 5 の 特徴 の 何 れ カ 1 の 特 徴 に ぉ レヽ て 、 電極 を コ バ ノレ ト (Co)、 ニ ッ ケ ル (Ni ) ア ル ミ 二 ゥ ム (Al)、 銅 (Cu) 、 ラ ジ ゥ ム (Pd;) 、 マ ン ガ ン (Mn)、 バ ナ ジ ウ ム (V) 、 金 (Au)の 金 属 の 少 な く と も 2 種類 以 上 が 合金 化 さ れ た 合 金 電極 と す る こ と で あ る 。
又 、 第 1 7 の 特徴 は 、 第 1 5 の 特徴 又 は 第 1 6 の 特徴 お い て 、 上 記 合 金化 を 酸 素 を 有 す る 気 体 雰 囲 気 中 で 行 う こ と で あ る 。
尚 、 酸 素 を 有 す る 気 体 雰 囲 気 中 と は 、 酸 素 原 子 、 酸 素 分 子 、 酸 素 イ オ ン 、 酸 素 ラ ジ カ ル等 を 含 む 気 体 雰 囲 気 で あ る 。 純 粋 に 酸 素 雰 囲 気 で も 、 酸 素 と 他 の 窒 素 、 ァ ル ゴ ン 等 の 不 活 性 気 体 と の 混 合 気 体や 、 空 気 、 酸 素 と 空 気 と
の 混 合気 体 で あ っ て も 良 い 。
以 上 の 手段 に よ り 、 前 記 の 課題 を 解 決す る こ と が で き る 。
図 2 に 、 p 型 不 純物 の 添加 さ れ た 半 導 体 を 低抵抗 化す る 電 子線 照 射 装 置 1 0 0 を 示 す。 簡 単 に 説 明 す る と 、 先 ず本 装置 で は プ ラ ズ マ チ ャ ン バ 1 0 5 内 に ヘ リ ゥ ム ガ ス を 封 入 し 、 プ ラ ズ マ 電源 と ワ イ ヤ 1 0 6 と で ヘ リ ゥ ム ィ オ ン ガ ス ( H e + ) を 発 生 さ せ る 。 即 ち 、 ヘ リ ウ ム ガ ス を プ ラ ズマ 状 態 に す る 。 プ ラ ズ マ 電圧 は 、 例 え ば 2 0 0 k V 程 度 で あ る 。 こ れ に よ り 、 プ ラ ズ マ ィヒ H e + が 高 電 界 に よ り 加 速 さ れ て 真 空 チ ャ ン ノ 1 0 1 内 の 力 ソ ー ド ( 冷 陰 極 ) 1 0 3 に 高 速 で 衝突せ ら れ る 。 こ の 時 、 衝突 に よ り 多 量 の 電 子 が 力 ソ ー ド 1 0 3 カゝ ら 放 出 さ れ 、 上記 高 電界 に よ っ て 逆 方 向 に 加 速 さ れ P 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半導 体 ( p - G a N ) に 照 射 さ れ る 。 こ れ は 、 通 常 、 略 大 気 中 で 行 わ れ る 。 こ の 照 射 ( 電子 の 半導 体表 面 へ の 衝 突 ) に よ つ て 、 p 型 不 純物 の 添加 さ れ た 半 導 体 の 抵抗 率 が 低 下す る 。
し カゝ し な 力 S ら 、 こ の 時 、 p 型 不 純物 の 添加 さ れ た 半導 体 の 表 面 層 数 百 A は ダ メ ー ジ を 受 け 、 低抵抗 ィ匕 し な い 。 こ の ダ メ ー ジ に は 、 半導 体 に 多 量 の 電 子 を 照 射す る こ と で 、 半導 体表 面 が チ ャ ー ジ ア ッ プ し 局 所 的 に 高 電界 が 生 じ て 、 こ の 高 電 界 に よ る 静電破壊'の よ う な ダ メ 一ジ が 考 え ら れ る 。
又 、 電 子 線 照 射 に は 、 他 に 真 空 中 で 行 う 走査型 の 方法 が あ.る ( 従 来 法 )。 こ の 方 法 に よ る 電 子線 照 射 は 局 所 照 射 で あ る た め 、 電流 値変 動 、 加 速 電圧 変 動 、 真 空 度 変 動 に
よ っ て は 半導体 表 面 の 結 晶 性 を 劣 化 さ せ た り 結 晶 性 を 不 均 一 に す る と レ、 う 問 題 力 S あ る 。
そ こ で 、 第 1 の 特徴 に よ れ ば 、 p 型 不 純物 の 添加 さ れ た 半導 体 の 表 面 に 第 1 金 属 層 を 形成 し 、 そ の 第 1 金 属 層 越 し に p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半導 体 に 電 子線 を 照 射 す る 。 高 電 界 で加 速 さ れ た 電 子 は 、 薄 膜 で あ る 第 1 金 属 層 を 透過 す る の で 、 従 来 通 り p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半 導 体 に 到 達 し 、 低抵抗化 ( 低抵抗 率化 ) さ れ る 。 一 方 、 半 導 体 の 表 面 に 形成 さ れ た 第 1 金属 層 に よ り チ ャ ー ジ ア ツ プ が 防止 さ れ る の で 、 半 導 体 の 表 面 に お け る ダ メ ー ジ は 抑 制 さ れ る の で 、 低抵抗 率 化 し な い と い う 問 題 は 発 生 し な レヽ 。
即 ち 、 第 1 金 属 層 を 設 け ず 、 従 来 の 様 に 半導 体 の 表 面 に 直 接 電子 線 を 照 射す れ ば 、 帯 電 ( テ ヤ ー ン ア ッ プ ) の 問 題 が 発 生 す る が 、 第 1 金 属 層 越 し に 電 子線 を 照 射 す れ ば 、 こ の 問 題 が 無 く な り 、 均 — に 電子 線 が 照 射 さ れ る 。 即 ち 、 抵抗 率 が 均 一 に 低減 さ れ る 。
次 に 、 本 第 1 の 特徴 で は 、 電 子 線 照 射 後 、 第 1 金 属 層 上 に 第 2 金 属 層 を 、 例 え ば蒸 着 法 等 に よ り 形 成 す る 。 第 1 金 属 層 だ け を 用 い る と 、 電 子 線照 射 に よ り 、 第 1 金 属 層 が 酸化 さ れ 、' 次 の エ ツ チ ン グ 工程 で完 全 に 除 去 で き な い 。 第 2 金 属 層 を 用 レ、 る こ と で 、 第 1 金 属 層 と 第 2 金 属 層 と の エ ツ チ ン グ に よ る 除 去 が 容 易 と な る 。
本発 明 で は 、 第 1 金 属 層 上 に 例 え ば - ッ ケ ル ( N i ) 又 は コ ノ ノレ ト ( C o )等 の 第 2 金 属 層 を 形成 す る 。 例 え ば 、 第
1 金 属 層 を =1 ノ ノレ 卜 (C o ) と 金 (A u ) の 合金 と す れ ば 、 ニ ッ ケ ル ( の 有 す る 電子 ) を 媒介 し て 、 金 ( A u ) 又 は コ
ノ ル 卜 ( C o ) 又 は そ れ ら の 合 金 を エ ッ チ ン グ さ れ易 く す る。 即 ち 、 第 2 金 属 層 を 媒介 し て 第 1 金 属 層 を 取 り 除 き 易 く す る 。 勿 論 、 第 2 金 属 層 自 身 も エ ッ チ ン グ 工程 で 取 り 除 か れ る 。 こ れ に よ り 、 p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半 導 体 は そ の 抵抗率 が 低減せ ら れ る と 共 に そ の 表 面 が 清 浄 と な る 。
即 ち 、 こ の P 型 不 純 物 の 添カロ さ れ た 半導 体上 に 電極 を 形 成 し て 半 導 体 素 子 を 作成 す る 場合 、 表 面 カ 清 浄 で あ る の で 、 そ の 半導 体 素 子 に ォ ー ミ ッ ク 性 の よ レヽ 、 接触抵抗 の 小 さ レ、 最適 な 電極 を 形成 す る こ と が で き る 。 よ っ て 、 半 導体 素 子 の 駆動 電圧 を 低 減 す る こ と が で き る 。 又 、 第 1 金属 層 と 第 2 金 属 層 と が 完 全 に 除 去 さ れ た P 型 半 導 体 面 の 光 透過 率 が 向 上 す る 。 又 、 こ の p 型 不 純 物 の 添カ卩 さ れ た 半 導 体 面 を 光 の 出 力 面 又 は 入 力 面 と し た L E D ゃ レ 一ザ素 子 等 の 発 光 素 子 、 太 陽 電 池 や 光 セ ン サ 等 の 受 光 素 子 、 等 の 光 素 子 に 用 い た 場 合 、 不 要 な 金 属 層 が 残存 し な い の で 発 光 効 率 、 受 光 効 率 を 従 来 方 式 よ り 向 上 さ せ る こ と 力 S で さ る 。 即 ち 、 光 素 子 に 最 ¾ な P 型 半 導 体 の 製 造方 法 と な る 。
第 2 の 特徴 に よ れ ば 、 エ ツ チ ン グ に よ り 第 1 金 属 層'を 出 来 る 限 り 取 り 除 い て か ら 第 2 金 属 層 を 形成 し て い る 。 即 ち 、 第 1 金属 層 と 第 2 金 属 層 の 密 着性 を 向 上 さ せ て い る。 こ れ に よ り 、 後 の ェ ツ チ ン グ 工程 に お い て 、 よ り 確 実 に 第 2 金 属 層 を 媒介 し て 第 1 金 属 層 を 除 去 す る こ と が で き る
第 3 の 特徴 に よ れ ば 、 第 1 金 属 層 を コ バ ル ト (C o )、 二 ッ ケ ノレ ( N i )、 ア ル ミ ユ ウ ム ( A 1 )、 銅 ( C u )、 パ ラ ジ ゥ ム ( P
d)、 マ ン ガ ン (Mn)、 バ ナ ジ ウ ム (V) 、 金 (Au)、 又 は 、 こ れ ら の 金属 を 少 な く と も 1 種類以 上 含 ん だ合 金 と し て い る 。 こ の 手 段 に よ り 、 p 型 不 純物 の 添加 さ れ た 半導 体 の 表 面 に ダ メ ー ジ 層 が 形 成 さ れ る の が 、 確 実 に 防 止 さ れ る 。 又 、 第 1 金 属 層 に 、 上記金 属 成 分 や 金 属 成 分 を 少 な く と も 1 種類 以 上含 ん だ合 金 を 用 い る こ と で 、 確実 に 、 '抵抗 率 を 低減す る こ と 力 S で き る 。
第 4 の 特 徴 に よ れ ば 、 第 2 金 属 層 を ニ ッ ケ ル ( Ni) 又 は コ バ ル ト (Co ) 力、 ら 構成 し て い る 。 こ の 手段 に よ り 、 p 型 不 純物 の 添カ卩 さ れ た 半 導 体 の 表 面 に 、 ダ メ ー ジ 層 が 形 成 さ れ る の が 確 実 に 防止 さ れ 、 抵抗 率 を 低減 す る こ と が で き る 。
又 、 後 述 す る エ ッ チ ン グ 工 程 に お い て 、 第 2 金 属 層 を 上 記 金 属 で 構成 す る こ と で 、 上記 第 1 金 属 層 を 確 実 に 除 去 す る こ と が で き る 。 即 ち 、 半導 体 表 面 を 確 実 に 清 浄 と す る こ と 力 で き る 。
又 、 第 5 特徴 に よ れ ば 、 エ ッ チ ン グ 工程 の エ ッ チ ン グ 液 を フ ッ 化 水 素 酸 と 硝 酸 と 水 の 混 合液 と し て い る の で 、 こ れ に よ り p 型 半導 体 表 面 に 形成 さ れ た 第 1 金 属 層 及 ぴ 第 2 金 属 層 を ほ ぼ完 全 に 除 去 す る こ と が で き る 。
又 、 第 6 特徴 に よ れ ば 、 p 型 不 純物 の 添加 さ れ た 半 導 体 を I II 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と し て い る 。 こ れ ら の p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半 導 体 は 、 特 に 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 で 構 成 す る と 効 果 的 に 上 記 の 作用 が 得 ら れ る 。
又 、 第 7 特 徴 に よ れ ば 、 p 型 不 純 物 を マ グ ネ シ ウ ム ( M g) と し て い る 。 Mg を 不 純 物 と す れ ば 、 電子線 照 射 に よ り 容 易 に 抵 抗 率 を 下 げ る こ と が で き る 。 尚 、 不 純 物 は 好
適 に は マ グ ネ シ ウ ム ( M g ) で あ る 力 S 、 他 に 、 亜 鉛 ( Z n ) や ベ リ リ ゥ ム ( Be) 等 の 周 知 の p 型 不 純 物 を 用 い て も 良 レヽ 0
又 、 第 8 の 特 徴 に よ れ ば 、 第 1 金 属 層 の 膜 厚 を 5 A ~ 1 O O O O A と し た こ と で あ る 。 第 1 金 属 層 を 5 A 〜 1 0 0
0 0 A の 膜 厚 に 形 成 す れ ば 、 p 型 不 純 物 の 添 加 さ れ た 半 導 体 を 効 果 的 に 低 抵 抗 率 化 で き る 。 p 型 不 純 物 の 添 加 さ れ た 層 の ダ メ ー ジ を 抑 制 し た 低 抵 抗 な p 型 を 得 る と い う 観 点 力 ら は 、 1 0 0 A 〜 5 0 0 O A 力 s よ く 、 さ ら に 望 ま し く は 、 5 0 0 A 〜 3 0 0 O A が 良 い 。 特 に 、 第 1 金 属 層 の 膜 厚 は 、 概 ね 1 0 o A 程 度 が 最 も 効 果 的 で あ る こ と が 確 認 さ れ て い る 。 又 、 1 O O O O A よ り も 膜 厚 力 s 厚 過 ぎ る と 、 膜 形 成 に 時 間 力 カ 力 る の で 望 ま し く な い 。 5 A よ り も 薄 い と 半 導 体 の 表 面 に お け る ダ メ ー ジ 層 の 形 成 防 止 の 効 果 が 低 減 す る の で 望 ま し く な い 。
又 、 第 1 金 属 層 を 完 全 に 除 去 し て p 型 不 純 物 の 添 加 さ れ た 半 導 体 に 対 す る 接 触 抵 抗 を 低 下 さ せ こ と と 光 透 過 率 を 向 上 さ せ る と レヽ ぅ 観 点 力 ら は 、 第 9 の 特 徴 の よ う に 、 第 1 金 属 層 の 望 ま し い 厚 さ は 5 A 〜 1 0 O A の 範 囲 で あ る 。 特 に 、 望 ま し い 範 囲 は 1 0 A 〜 1 0 O A で あ り 、 さ ら に 望 ま し い の は 5 0 A 〜 1 0 O A の 範 囲 で あ る 。 第 1 金 属 層 を 約 7 0 A と し て 電 子 線 照 射 処 理 を し た 場 合 に は 、 第 1 金 属 層 を 第 2 金 属 層 と 共 に 除 去 し た 後 の 第 1 金 属 層 が 形 成 さ れ て い た p 型 不 純 物 の 添 加 さ れ た 半 導 体 の 光 透 過 率 は 、 9 4 % ( 波 長 3 7 5 n m で ) 〜 9 6 % ( 波 長 5 2 0 n m で ) の 光 透 過 率 で あ っ た 。 但 し 、 第 1 金 属 層 や 第 2 金 属 層 を 設 け な い 前 の 半 導 体 の 光 透 過 率 を 1 0 0 % と し 、 こ れ を 基 準
と し て い る 。 同 様 に 、 第 1 金 属 層 の 厚 さ を 2 0 O A と し た 場 合 に は 、 p 型 半 導 体 の 光 透 過 率 は 8 5 % ( 波 長 3 7 5 n ra で ) 〜 8 8 % ( 波 長 5 2 0 n m で ) で あ っ た 。 そ の こ と 力 ら 9 0 % 〜 9 2 % 以 上 の 光 透 過 率 を 得 る に は 、 第 1 金 属 層 の 厚 さ は 1 0 O A 以 下 が 望 ま し い と 考 え ら れ る 。 こ の よ う に 光 透 過 率 が 低 下 す る こ と は 第 1 金 属 層 が 残 っ て レ、 る こ と を 意 味 し て お り 、 そ の 後 に 金 属 電 極 を 形 成 し た 場 合 に 接 触 抵 抗 が 大 き く な る こ と や 、 光 透 過 率 が 低 下 し て 光 出 力 が 低 下 す る こ と を 意 味 す る 。 よ っ て 、 第 1 金 属 層 を 完 全 に 除 去 す る と い う 観 点 、 又 は 、 第 1 金 属 層 を 完 全 に 除 去 す る こ と で 、 そ の 後 に 形 成 さ れ る 金 属 電 極 と 半 導 体 層 と の 間 の 接 触 抵 抗 を 低 下 さ せ る と い う 観 点 、 又 は 、 光 透 過 率 を 向 上 さ せ る し た が っ て 発 光 素 子 で は 外 部 量 子 効 率 を 向 上 さ せ る 、 受 光 素 子 で は 受 光 感 度 を 向 上 さ せ る と い う 観 点 力ゝ ら は 第 1 金 属 層 の 厚 さ は 5 A 〜 1 0 O A の 範 囲 、 特 に 、 望 ま し く は 5 0 A 〜 1 0 O A 力 S 望 ま し い と 言 え る 。 又 、 第 1 金 属 層 が あ ま り 薄 す ぎ る と 、 保 護 膜 と て 機 能 し な い 'の で 5 A 以 上 が 望 ま し い が 、 p 型 不 純 物 を 添 加 し た 層 の ダ メ ー ジ を よ り 防 止 す る と い う 観 点 力 ら は 、 5 0 A 以 上 が よ り 望 ま し い 又 、 第 1 0 の 特 徴 の よ う に 、 第 2 金 属 層 の 膜 厚 を 1 0
0 〜 6 0 0 0 A と す れ ば 、 エ ッ チ ン グ 工 程 に お い て よ り 効 果 的 に 第 1 金 属 層 を 除 去 す る こ と が で き る 。 よ り 望 ま し く は 、 第 2 金 属 層 の' 膜 厚 は 5 0 0 A 〜 3 0 0 O A 程 度 が 良 い 。 さ ら に 、 望 ま し く は 、 1 0 0 θ Α 〜 2 0 0 θ Α が 良 レヽ 。 例 え ば 、 蒸 着 法 で 1 0 0 A よ り 少 な レ、 と 、 第 2 金 属 層 が 島 状 に 形 成 さ れ る 場 合 が あ る 。 そ の 場 合 は 、 ェ ツ チ ン グ 工 程 に お い て 、 均 一 に 第 1 金 属 層 を 除 去 す る こ
と 力 s で き な い の で 望 ま し く な い 。 又 、 6 0 0 0 A 以 上 で あ る と 、 エ ッ チ ン グ 工 程 の 時 間 が 長 く な り 、 効 率 的 で 無 く な る 。 よ っ て 、 第 2 金 属 層 の 膜厚 を 1 0 0 A 〜 6 0 0 O A と す る の が 望 ま し レヽ 。 第 2 金 属 層 .の 膜厚 を 1 0 0 0 A 〜 2 0 0 O A と し た 場合 に 、 最 も 、 効 率 的 に 且 つ 完全 に 第 1 金 属 層 を 除 去 す る こ と が で き た 。
尚 、 こ の 第 1 金 属 層 を 形 成 す る 金 属 と し て は 、例 え ば 、 コ バ ル ト ( C 0 ) 、 ニ ッ ケ ル ( N i )、 ア ル ミ ニ ウ ム ( A 1 )、 銅 ( C u) 、 パ ラ ジ ウ ム ( P d )、 マ ン ガ ン (Mn) 、 バ ナ ジ ウ ム (V) 、 金 (Au)、 又 は 、 こ れ ら の 金 属 を 少 な く と も 1 種類 以 上含 ん だ 合 金 等 を 用 い る と 良 い 。 第 1 金 属 層 を 合 金 で形 成 す る 場合 に は 、 コ バ ル ト (Co) と 金 (Au) の 組 み 合 わ せ が 最 も 良 レ、 。 こ れ に よ り 、 上 記 の 低抵抗 率化 の 作 用 · 効 果 を 一 定 以 上 に 得 る こ と が で き る 。 又 、 第 2 金 属 層 を 媒介 と し た エ ッ チ ン グ 工 程 に よ っ て 上 記 金 属 は ほ ぼ完 全 に 取 り 除 力 れ る 。
又 、 第 1 1 の 特 徴 に よ れ ば 、 電 子 線 照 射 時 に は 第 1 金 属 層 の 電位 を 接 地 等 に よ り 略 一 定 に 保持 し て い る 。 こ の よ う に 、 第 1 金 属 層 、 即 ち p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半 導 体 の 電位 を 接 地 等 に よ り 略一 定 に 保持 す れ ば 、 p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半導 体 の 帯 電 が 防止 又 は 緩 和 で き る 。 こ れ に よ り p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半導 体 の 表 面 ( 電子 線 '照 射 面 ) に 電 子 線 照 射 に よ り ダ メ ー ジ が 発 生 す る こ と を 防止 又 は 軽 減 す る こ と が 可 能 と な り 、 p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半 導体 の 低抵抗 率化 に 効 果 的 で あ る 。
例 え ば 、 図 3 に 示 す よ う に 、 基板 ホ ル ダ ー を 導電性材 料 よ り 構 成 し 、 P 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半 導 体( 例 え ば 、
p - G a N ) の 表 面 の 第 1 金 属 層 と 接続す る 。 こ れ に よ り 、 P 型 不 純物 の 添加 さ れ た 半 導 体 の 電位 を ア ー ス 電位 に 保 持 す る こ と が で き る 。 よ っ て 、 プ ラ ズ マ 力 ら の 低 ェ ネ ル ギ ー 電 子 は ア ー ス に 流 れ る こ と に な り 、 P 型 不 純物 の 添 加 さ れ た 半 導 体 の 表 面 に ダ メ ー ジ層 が 形成 さ れ る こ と が 確 実 に 防止 さ れ る 。
又 、 第 1 2 の 特徴 に よ れ ば 、 半 導 体 素 子 を 構成 す る 半 導 体 層 の 少 な く と も 一 部 分 に 請 求 項 1 乃 至 請 求 項' 1 1 の 何れ か 1 項 に 記 載 の 方 法 で 低抵抗 率化 し た p 型 半導 体 を 使 用 し て い る 。
低抵 抗 率 化 さ れ た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導体 ( p 型 半導 体 ) は 、 例 え ば 、 特 に 、 L E D や 半導 体 レ ー ザ 等 の 発 光 素 子 、 受 光 素子 等 の p 型 コ ン タ ク ト 層 や そ の 他 の p 層 に 有 用。で あ る 。 即 ち 、 十 分 に 低抵 抗 率化 さ れ た P 型 半 導 体 を 半 導 体 素 子 に 用 い れ ば 、 駆動 電圧 を 従 来 と 比 べ て 低減 す る こ と 力 S で き る 。
又 、 上述 の よ う に 十 分 に 第 1 金 属 層 が 除去 さ れ た p 型 半導 体 は 、 そ の 面 で の 光 透過 率 が 向 上 す る 。 よ っ て 、 本 発 明 は 、 発 光 、 受 光 す る 光 半導 体 素 子 に 有 用 で あ る 。
又 、 第 1 3 の 特徴 に よ れ ば 、 第 1 2 の 特徴 に お い て 、
P 型 半 導 体 は 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 素 子 の 最 上 層 に 形成 さ れ た 層 を 含 み 、 そ の 最 上 層 の p 型 半導体 上 に 電極 を 新 た に 形 成 し て い る 。
本発 明 に よ る p 型 半導 体 上 は 清 浄 に 形成 さ れ る の で 、 そ の 上 に 、 成 膜 条件 等 の 選択 に よ っ て ォ ー ミ ッ ク 性 力 ' 良 く 、 又 、 よ り 強 固 な 電極 が 作成 可 能 と な る 。 即 ち 、 用 途 に 応 じ て 最 適 な 電極 を 形成す る こ と 力 S で き る 。 例 え ば 、
車輛 搭 載 用 等 に 最適 な 半導 体 素 子 を 製 造す る こ と が で き る 。
又 、 第 1 4 の 特徴 に よ れ ば 、 p 型 半 導 体 の 表 面 に 成 膜 さ れ る 電極 を 多 層 構造 と し て い る 。 多 層 構 造 と すれ ば 、 p 型 半 導体 の 表 面 に 密 着 性 の よ い 金 属 を 下 層 と し 、 ワ イ ヤ ー ボ ン デ ィ ン グ し 易 い 金 属 を そ の 上 層 と す る こ と が で さ る 。
又 、 下層 、 上層 の 金 属 の 種類 を 選択 す る こ と に よ り 、 半導 体 素 子 の 電 極 を 酸化 し 難 い も の に し た り 、 電極 と p 型 半 導 体 と の 接触抵抗 を 低 減 し た り 、 電極 を 経 時 的 劣 化 の 少 な い も の に し た り す る こ と 力 S で き る 。
又 、 第 1 5 の 特徴 に よ れ ば 、 電極 を コ バ ル ト ( C 0 )、 二 ッ ケ ル ( N i:)、 ア ル ミ ニ ウ ム ( A 1 )、 銅 ( C u )、 パ ラ ジ ウ ム ( P d )、 マ ン ガ ン (M n )、 バ ナ ジ ゥ ム ( V ) 、 金 (A u )の 何 れ 力 を 、 又 は こ れ ら の 金属 を 少 な く と も 1 種類 以 上含 ん で 形 成 し て い る 。 こ れ に よ り 、 p 型 半導 体 と の 密 着 性 を 向 上 さ せ る と と も に 接触抵抗 を 低減 す る こ と 力 S で き る 。 即 ち 、 半 導 体 素 子 の 駆 動 電圧 を 低減す る こ と が で き る
又 、 第 1 6 の 特徴 に よ れ ば 、 電極 を コ バ ル ト ( C 0 )、 二 ッ ケ ル ( N i )、 ア ル ミ ニ ウ ム ( A 1 )、 銅 ( C u )、 パ ラ ジ ウ ム ( P d ) 、 マ ン ガ ン (M n ) 、 ノ ナ ジ ゥ ム (V ) 、 金 (A u )の 金 属 の 少 な く と も 2 種 類 以 上 が 合 金 化 さ れ た 合 金 電 極 と し て レヽ る 電極 を 合 金化 す る こ と で 、 p 型 半導 体 どの ォ ー ミ ッ ク 性 を 向 上 さ せ る こ と 力 S で き る 。 例 え ば 、 合 金 を N i / A u で 形 成 し た 場 合 は 、 A u 原 子 の 一 部 も p 型 半 導 体 表層 に 分 布 す る こ と に な る 。 即 ち 、 接触抵 抗 が よ り 低減 さ れ る 。 こ れ に よ り 、 よ り 駆動 電圧 を 低減 さ せ る こ と が で き る 。
又 、 第 1 7 の 特徴 に よ れ ば 、 上 記合 金化 を 酸 素 を 有す る 気 体 雰 囲 気 中 で 行 っ て い る 。 例 え ば 、 上 記 電極 を 2 種 類 以 上 の 電気 陰性度 の 異 な る 金属 で形成 し 、 且 つ 、 p 型 半導 体 と 接 し て い る 金 属 の 方 が 電 気 陰 性度 が 高 く 酸化 さ れ 易 い 場 合 、 酸 素 を 含 む 雰 囲 気 中 で 例 え ば加 熱 を 行 え ば P 型 半 導 体 に 接 し て い る 金 属 は酸 素 と 反応 す る の で 、 そ の 上 の 金 属 を 通過 し て 表 面 に 露 出 す る 。 こ の 時 、 一 緒 に 界 面 の 不 純 物 も 界 面 よ り 除 去 さ れ る 。 こ の 様 に し て 、 本 来 p 型 半 導 体 界 面 と は 直 接接 し て い な か っ た 仕事 関 数 の 大 き な 金 属 の 層 が p 型 半導 体 と コ ン タ ク ト す る こ と に な り 、 よ り 良 好 な コ ン タ ク ト を 実現 す る こ と 力 S で き る 。
こ の 様 な 方 法 に よ れ ば 、 電極 を 形成 す る 金 属 の 種類や 膜厚 を 諸 条件 に 応 じ て 、 独 立 に 設 定 ( 最適 化 ) す る こ と が で き る 。 こ れ に よ り 、 素 子 の 駆動 電圧 を よ り 低 下 さ せ る こ と や 、 よ り 強 固 な 電極 を 形成 す る こ と 力 で き る 。
尚 、 上 記 酸 素 元 素 を 有 す る 気 体 と は 、 例 え ば 、 0 、 0 、
C 0、 C 0 2 '、 N 0、 N 2 0 、 N 0 2 、 H 2 0 等 の 酸 素 元 素 を 有 す る 分 子 を 少 な く と も 1 種類 以 上含 ん だ気 体 の こ と で あ る 。 又 、 こ の 気 体 ( 雰 囲 気 ) を 構 成す る そ の 他 の 元 素 と し て は 、 0 族 元 素 ガ ス や 窒 素 分 子 ガ ス 等 の 不 活 性 ガ ス を 用 い て も 良 い 。 従 っ て 、 例 え ば 、 大 気 等 よ り こ の 気 体 を 構成 し て も 良 い 。 図 面 の 簡 単 な 説 明
第 1 図 は 、 本発 明 の 第 1 実施 例 に 係 わ る p 型 半導 体 の 製 造 工程 図 。
第 2 図 は 、 本発 明 に 係 わ る 電子 線 照 射装 置 1 0 0 の 模
式 的 な 断面 図 。
第 3 図 は 、 本発 明 の 電子線 照 射 工 程 に お,け る p 型 半 導 体 ( G a N : Mg) の 模式 的 な 断面 図 。
第 4 図 は 、 本発 明 の 第 2 実施 例 に 係 わ る 発 光素 子 の 構 造 を 示 し た 模 式 的 な 断 面 図 。
第 5 図 は 、 第 1 金 属 層 の 厚 さ と 第 1 金 属 層 を 除 去 し た 後 の P 型 半 導 体 の 光 透 過 率 と の 関 係 を 測 定 し た 特 性 図 。 発 明 を 実施 す る た め の 最 良 の 形 態
以 下 、 本発 明 を 望 ま し い 実施 の 形 態 に 基 づ い て 説 明 す る 。 但 し 、 本 件発 明 は 、 以 下 の 実施 形 態 や 実施例 に 限 定 さ れ る も の で は な く 、 記 載 の 一 部 を 他 の 部 分 と 関 係 な く 任意 に 抽 出 し て 発 明 を 把握 す る こ と が 可能 で あ る 。
本発 明 で 用 い ら れ る p 型 半 導 体 は 、 一 般 的 に は 、 任意 の 半 導 体 で あ る が 、 特 に 、 I I I - V 族 化 合 物 半 導 体 、 更 に 、
III 族 窒 化 物 半 導 体 が 望 ま し い 。
III 族 窒 化 物 半 導 体 と し て は 、 例 え ば 、 4 元 系 の AlGa I nN 、 3 元 系 の AlGaN 、 GaInN、 AlInN 、 2 元 系 の A1N、 G a N、 InN 等 で あ る 。 但 し 、 そ れ ら の 原 子 の 組 成 比 は 任意 で あ る 。 又 、 こ れ ら に III 族 元 素 を ド ー ピ ン グ ( 例 え ば 、 A 1、 G a よ り も 原 子 半 径 の 大 き い 、 例 え ば 、 I n を ド ー ピ ン グ し た も の 、 ド ー ピ ン グ は 組成 比 に 現 わ れ る 程 は 入 れ な い ) し た も の 、 V 族 元 素 を ド ー ピ ン グ し た も の ( 例 え ば 、 N よ り も 原 子 半 径 の 大 き い 、 P 、 As、 Sb を ド ー プ ) で も 良 い 。 又 、 A 1 G a I n N に お け る N の 一 部 を 例 え ば 、 P 、 A s、 Sb と し た AlGaInNP、 AlGalnNAs , A 1 Ga I nNS b で も 良 い 。 結 論 は 、 窒 素 を 含 む III 一 V 族 化 合 物 半 導 体 な ら な ん で
も 良 い 。
結 晶 成 長 に 用 い る 基板 は 、 サ フ ァ イ ア 、 ス ピ ネ ル 、 シ リ コ ン 、 炭 化 シ リ コ ン 、 酸化 亜鉛 、 リ ン ィ匕 ガ リ ウ ム 、 砒 化 ガ リ ウ ム 、 酸化 マ グ ネ シ ウ ム 、 酸化 マ ン ガ ン 、 酸化 ガ リ ウ ム リ チ ウ ム ( LiGa02 )、 硫 化 モ リ ブ デ ン ( MoS ) 等 の 異 種 基 板 の 他 、 GaN 基 板 、 そ の 他 の 上 記 し た III 族 窒 化 物 半導 体 基板 を 用 い る こ と が で き る 。
結 晶 成 長 方 法 に は 、 有機 金 属 気 相 成 長 法 ( M O C V D , M O V P E )、 分子 線 エ ピ タ キ シ ー 法 ( M B E )、 ハ ラ イ ド 気 相 成 長 法 を 用 い る こ と が で き る 。 又 、 通 常 、 基板 上 に ノ ッ フ ァ 層 を 形成 し た 後 、 目 的 と す る 結 晶 を 成長 さ せ る の が 望 ま し レヽ 。
パ ッ フ 了 層 fま 、 A1N の 他 、 GaN, InN, AlxGa i x N (0く Xく 1), I n x G a - . N ( 0 < x < 1 ) , ALIn卜 (0<χ<1) , A 1 x G a y I n i - x - y N (0 < xく l, 0<yく 1, 0く x + yく 1)、 そ の 他 、 一 般式 A 1 x G a y I n i - x - y N (0 ≤ x≤ l, 0≤ y≤ l, 0≤ x + y≤ l) に お い て 、 III 族 元 素 の う ち の 少 な く と も 一 部 を ボ ロ ン ( B )、 タ リ ウ ム ( T1) で 置 換 し て も 良 く 、 窒 素 の 少 な く と も 一 部 を リ ン ( P )、 砒 素 ( A s ) , ア ン チ モ ン ( Sb) 、 ビ ス マ ス ( Bi) 等 で 置 換 し て も 良 い 。 さ ら に 、 Si 等 の n 型 ド ー パ ン ト 、 Mg 等 の p 型 ド ー ノ ン ト が 添力!] さ れ て い て も 良 い 。 2 種 以 上 の 半 導 体 の 接合 力 ら 成 る 超 格 子 で も 良 い 。 特 に 、 S i 基 板 の 場 合 に は ノ ッ フ ァ 層 に は 、 S i C 力 望 ま し い 。
ノ ッ フ ァ 層 は 、 レヽ ゎ ゆ る 低 温 ノ ッ フ ァ 層 力 s 用 い ら れ る 。 バ ッ フ ァ 層 の 望 ま し い 成 長 温度 は 、 A1N の 場 合 で 、 3 8 0 °C〜 4 2 0 °C で あ る 。 GaN の 場合 の 最 も 望 ま し い 成長 温 度 は 、 5 0 0 〜 7 0 0 °C で あ る 。 一 般 的 に は 、 3 6 0 °C
〜 9 0 0 °C ( 最 も 望 ま し く は 、 3 6 0 °C 〜 6 0 0 。C ) で 成長 さ せ る と 、 バ ッ フ ァ 層 と し て の 機能 が 最 も 効 果 的 で あ る 。 低 温バ ッ フ ァ 層 の 他 、 い わ ゆ る 高 温ノ ッ フ ァ 層 を 用 い て も 良 い 。 例 え ば 、 1 0 0 0 °C 〜 1 1 8 0 °C の 範 囲 で 成 長 さ せ た バ ッ フ ァ 層 で あ る 。 最 も 望 ま し い 温度 範 囲 は 、 1 0 5 0 °C 〜 1 1 7 0 °C で あ り 、 さ ら に 、 望 ま し く は 、 1 1 0 0 °C 〜 1 1 5 0 °C で あ る 。
バ ッ フ ァ 層 の 形 成 に は 、 M O C V D 法 の 他 、 M B E 法 が 使 用 で き る 。 又 、 ス ノ、。 ッ タ リ ン グ を 使 用 す る こ と も 可 能 で あ る 。 製 造方 法 が 異 な れ ば 、 製膜 時 の 最適 温度 も 異 な る 。 D C マ グ ネ ト ロ ン ス パ ッ タ 装 置 を 用 い て 、 高 純 度 金 属 ア ル ミ ニ ウ ム と 窒 素 ガ ス を 原 材料 と し て 、 リ ア ク テ イ ブ ス パ ッ タ 法 に よ り A1N 、 GaN 力 ら 成 る バ ッ フ ァ 層 を 形成 す る こ と も で き る 。 そ の 他 、 金属 ア ル ミ ニ ウ ム 、 金 属 ガ リ ウ ム 、 金属 イ ン ジ ウ ム 、 窒 素 ガ ス 又 は ア ン モ ニ ア ガ ス を 用 い て 、 上記 と 同 様 に 、 一 般式 AlxGayln - x - yN (0 ≤ x≤ 1 , 0≤ y≤ 1 , 0≤ x + y≤ 1、組 成 比 は 任 意 ) の ノ ッ フ ァ 層 を 形 成 す る こ と 力 S で き る 。 ス ノ ッ タ リ ン グ の 他 、蒸 着 法 、 イ オ ン プ レ ー テ ィ ン グ 法 、 レ ー ザ ア ブ レ ー シ ヨ ン 法 、 E C R 法 、 プ ラ ズマ C V D 法 を 用 レヽ る こ と ; ^ で き る 。 こ れ ら の 物 理 蒸 着 法 に よ る バ ッ フ ァ 層 は 、 2 0 0 〜 6 0 0 で行 う の カ 望 ま し い 。 さ ら に 望 ま し く は 3 0 0 〜 5 0 0 °C で あ り 、 さ ら に 望 ま し く は 4 0 0 〜 5 0 0 °C で あ る 。
こ れ ら の ス パ ッ タ リ ン グ 法等 の 物 理蒸 着 法 を 用 い た 場 合 に は 、 バ ッ フ ァ 層 の 厚 さ は 、 1 0 0 〜 3 0 0 0 A カ 望 ま し い 。 さ ら に 望 ま し く は 、 1 0 0 〜 2 0 0 0 A 力 s 望 ま し く 、 最 も 望 ま し く は 、 1 0 0 〜 3 0 0 A で あ る 。 又 、
ノ ッ フ ァ 層 を 形成後 に 、 力 D 熱 処理 を す る の が 望 ま'し い 。 バ ッ フ ァ 層 上 に 結 晶 成長 す る 時 に 基板 の 温 度 を 上昇 さ せ る の で 、 加 熱 処理 は 、 こ の 時 の 基板 温度 の 上 昇 に 代 え る こ と ;^ で き る 。 加 熱 温度 は 、 1 0 0 0 〜 1 2 5 0 °C が 望 ま し く 、 さ ら に 望 ま し く は 、 1 0 5 0 〜 1 2 0 0 °C で あ り 、 最 も 望 ま し く は 、 1 1 0 0 ~ 1 1 5 0 °C で あ る 。 こ の 温度 で加 熱 処理す る こ と で 、 バ ッ フ ァ 層 の 再結 晶 化 に よ り 単 結 晶 性 が 強 く な る 。
又 、 こ れ ら の 半導 体 を 用 い て n 型 の I I I 族 窒化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 を 形成 す る 場 合 に は 、 n 型 不 純 物 と し て 、 S i、 Ge、 Se、 Te、 C 等 を 添カ卩 す る こ と 力 S で き る 。 ま た 、 p 型 不 純 物 と し て は 、 Zn、 Mg、 Be、 Ca、 Sr、 Ba 等 を 添加 す る こ と 力 S で き る 。
又 、 本発 明 は 、 横 方 向 成 長 に よ り 形 成 さ れ た . I I I 族 窒 化 物 系 化合 物 半 導体 の p 型 の 低抵 抗化 に 用 い る こ と も 可 能 で あ る 。
以 下 の 低 抵抗化方 法 は 、 p 型 不 純物 を 添加 し た 半導 体 の 低抵抗化 方 法 と し て 例 示 す る も の で あ る 。 よ っ て 、 実 際 の 素 子 に お い て は 、 基板 上 に 多 数 の 層 を 形成 し た 後 、 低抵抗 化 p 層 に つ い て 、 下 記 で説 明 す る よ う な 方 法 が 適 用 さ れ る 。 通 常 、 低抵抗化 す べ き P 層 は 、 基板 に 積層 さ れ た 表 面 カゝ ら あ る 深 さ ま で に あ る 層 で あ る 場合 が 多 レヽ 。 例 え ば 、 通 常 、 発 光 ダ イ オ ー ド で あ れ ば 、 基板 上 に 、 n · 層 、 S Q W や M Q W 等 の 層 、 p 層 が 基 本 的 な 層 と し て 形 成 さ れ て い る 。 こ の p 層 を 低抵抗 化 す る の に 本発 明 は使 用 さ れ る 。
低抵 抗化 の 評 価 の た め に 、 以 下 の P 型 半 導 体層 を 、 以
下 の よ う に 形成 し た 。
図 1 に 本 実 施 例 の 低抵 抗 p 型 半 導 体 の 製 造方 法 を 示 す 図 は 、 工程 図 で あ る 。 本 実施 例 で は 、 有機金 属 気相 成長 法 ( 以 下 「 M0VPE 」 と 略 す ) に よ る 気 相 成 長 を 採 用 し た 。 使 用 し た ガ ス は 、 例 え ば ア ン モ ニ ア (NH 3) 、 キ ャ リ ア ガ ス ( H 2 , N 2 ) 、 ト リ メ チ ル ガ リ ウ ム (Ga (CH3) 3) ( 以 下 「 TMG J と 記 す )、 ト リ メ チ ル ア ル ミ ニ ウ ム (A1 (CH3) 3) ( 以 下 Γ TMA J と 記 す )、 シ ク 口 ペ ン タ ジ ェ ニ ル マ グ ネ シ ウ ム (M g (C5H5) 2) ( 以 下 「 CP2Mg 」 と 記 す ) で あ る 。
本 実 施 例 の 製 造 工 程 は 、 図 1 の 工程 ( a ) 〜 工程 ( f ) に 示 す 6 工 程 に 分 け ら れ る 。 最 初 に 、 工程 ( a ) に お レヽ て サ フ ア イ ァ 基 板 1 上 に 型 不 純 物 の 添加 さ れ た p-GaN 層 5 を 形 成 す る 。 不 純 物 は Mg で あ る 。 そ れ に は 、 先 ず 有 機洗浄及 び 熱 処理 に よ り 洗 浄 し た 面 を 主 面 と し た 単 結 晶 の サ フ ァ イ ア 基 板 1 を M0VPE 装 置 の 反 応 室 に 載置 さ れ た 図 示 し な い サ セ プ タ に 装 着 す る 。 次 に 、 常圧 で H2 を 流 速 21 i t e r /分 で 約 30 分 間 反 応 室 に 流 し な が ら 温度 1100 °C で サ フ ァ イ ア 基板 1 を べ一キ ン グ し た 。
次 に 、 温 度 を 400 °C ま で 低 下 さ せ て 、 H2 を 201 iter/ 分 、 NH3 を lOl i ter /分 、 TMA を 2. 0 X 10— 5 モ ル / 分 で 供 給 し て A1N の ノ ッ フ ァ 層 2 を 約 30nm の 膜 厚 に 形成 し た 。
次 に 、 サ フ ァ イ ア 基 板 1 の 温 度 を 1100 °C に 保持 し 、 N 2 又 は H2 を 201 i ter/分 、 NHs を lOl iter/分 、 TMG を 1. 0 X 10— 4 モ スレ / 分 、 CP2Mg を 2 X 10— 5 モ ル Z分 で 供給 す る 。 こ れ に よ り 、 膜厚約 250nm 、 濃 度 5 X 101 9/cm3 の Mg 力 S ド ー プ さ れ た p-GaN 層 5 力 S 形成 さ れ る 。
次 に 、 工 程 ( b ) に 移行 す る 。 工程 ( b ) で は 、 第 1
金 属 層 下 層 6 1 と し て Co 層 、 そ の 上 層 に 第 1 金 属 層 上 層 6 2 と し て Au 層 を そ れ ぞ れ形 成 す る 。 こ れ は 、 例 え ば蒸 着 装 置 等 に て 行 う 。 例 え ば 、 チ ヤ ン ノ 内 を 10— 3Pa 台 以 下 の 高 真 空 に 排 気 し た 後 、 p- GaN 層 5 上 に 膜 厚 約 7 A の Co 層 を 、 続 い て 膜厚 約 30A の Au 層 を 成 膜 さ せ る 。 こ れ で C o/Au か ら 成 る 2 層 構 造 の 第 1 金 属 層 6 を 形成 す る 。
次 に 工程 ( c ) に 移行 す る 。 工程 ( c ) で は 、 p-Ga N 層 5 を 低抵 抗 率化 す る た め 電 子 線 照 射 を 行 う 。 電 子 線 照 射 は 、 プ ラ ズ マ を 利 用 し た 照 射 で あ る 。 図 2 に 、 ブ ラ ズ マ を 用 い た 電子 線 照 射 装 置 1 0 0 を 示 す 。 電子 線 照 射 装 置 1 0 0 は 、 特願 2 0 0 0 — 2 5 4 3 0 6 号 で 示 し た そ れ と 同 一 で あ る 。 電子線照 射 装 置 1 0 0 は 、 大 き く 真 空 チ ャ ン バ 1 0 1 、 プ ラ ズ マ チ ャ ン バ 1 0 5 及 び基 板 ホ ル ダ ー 1 1 0 力 ら 構 成 さ れ る 。 真 空 チ ャ ン ノ 1 0 1 に は 、 力 ソ ー ド ( 冷 陰 極 ) 1 0 3 、 グ リ ッ ド 1 0 4 カ 配 置 さ れ て い る 。 又 、 プ ラ ズ マ チ ャ ン バ 1 0 5 に は 、 プ ラ ズ マ 電 源 に 接続 さ れ た ワ イ ヤ 1 0 6 と 電 子 線 取 出 し 窓 1 0 7 が 配 置 さ れ て い る 。
実 際 に は 、 プ ラ ズ マ 電源 と ワ イ ヤ 1 0 6 と を 用 い て こ の プ ラ ズ マ チ ャ ン バ 1 0 5 内 で発 生 さ せ た ヘ リ ゥ ム ィ ォ ン ガ ス ( H e + ) を 、 例 え ば 2 0 0 k V 程度 の 高 圧 電源 に よ り 生 成 さ せ た 電 界 で加 速 し て 、 真 空 チ ャ ン バ 1 0 1 内 の 力 ソ ー ド ( 冷 陰 極 ) 1 0 3 の 表 面 に 高 速 で 衝 突 さ せ る 。' こ れ に よ り 、 力 ソ ー ド 1 0 3 の 表 面 か ら 多 数 の 2 次 電 子 を 放 出 さ せ 、 そ れ ら を 上記 の 電界 に よ り ヘ リ ウ ム イ オ ン ガ ス と は 逆 向 き に加 速 さ せ る 。 そ の 結果 、 '本 電 子線照 射 装 置 1 0 0 は 、 広 範 囲 に 電 子 線 を 照 射 す る こ と が で き る 。
こ の 様 に し て 生成 さ れ た 電子 は 、 外 気 を 遮 断 し て い る 電子 線 取 出 し 窓 1 0 7 の 外 面 を 形成 す る 薄 い 金 属 板 1 0 8 を 貫 通 し て 、 外 部 に 設 置 さ れ た 半 導 体 基 板 、 即 ち GaN に 照 射 さ れ る ( 図 2 、 図 3 )。 こ れ は 、 通 常 、 略 大 気 中 で 行 わ れ る ( 工 程 ( c ) )。
こ の よ う な 方 法 で 、 電 子 線 を p-GaN 層 5 に 面 照 射 す れ ば、 約 3 分程度 と 言 う 従 来 よ り も 短 時 間 の 間 に そ れ を 低 抵抗 化 で き る 。 又 、 こ の 時 、 第 1 金 属 層 6 が 存在 し な い と 、 P- GaN 層 5 の 表 面 数 百 A は ダ メ ー ジ 層 と な る が 、 本 実 ·施 例 で は p- GaN 層 5 は 第 1 金 属 層 6 に よ り 保護 さ れ て い る の で 、 ダ メ ー ジ 層 は 形成 さ れ な い 。
次 に 、 工 程 ( d ) に 移行 す る 。 工程 ( d ) で は 、 第 1 金 属 層 6 を ヨ ウ 素 系 の エ ッ チ ン グ 液 で エ ッ チ ン グ し 、 酸 化 し た 層 を 露 出 さ せ る 。
次 に 、 工程 ( e ) に 移行 す る 。 工程 ( e ) で は 、 真 空 蒸 着 装 置 に よ り 第 1 金 属 層 6 上 に 第 2 金 属 層 1 0 を 形成 す る 。 第 2 金 属 層 1 0 は 、 例 え ば ニ ッ ケ ル ( N i ) で あ る 。 真 空 蒸 着 装 置 の 条 件 は 、 工 程 ( b ) と 同 等 で あ る 。 即 ち 、 蒸 着 装 置 に て 、 例 え ば 、 10— 3Pa 台 以 下 の 高 真 空 に 排 気 し た 後 、 第 1. 金 属 層 6 上 に 膜 厚 2 0 0 O A の Ni 層 を 形 成 す る 。 こ れ は 、 後 の エ ッ チ ン グ 工程 ( f ) に て 第 1 金 属 層 6 を 効 率 よ く 、 又 完 全 に 除 去 す る た め で あ る 。 Ni 層 は 少 な く と も 1 0 O A 以 上 あ れ ば 良 レヽ と 考 え ら れ る 。
尚 、 第 2 金 属 層 1 0 の 膜厚 は 、 1 0 0 A 〜 6 0 0 0 A が 望 ま し い 。 蒸 着 装 置 を 使 用 す る 場合 は 、 上 記範 囲 が 望 ま し い 。 例 え ば 、蒸 着 法 で は 膜 厚 力 S 1 0 0 A よ り 薄 い と 、 そ れ が 島 状 に 形 成 さ れ る 場合 が あ る 。 そ の 場 合 は 、 後 の
ェ ッ チ ン グ 工程 に お い て 、 均 一 に 第 1 金 属 層 を 除去 す る こ と が で き な い 。 又 、 6 0 0 0 A を 越 え る と 、 蒸 着 時 間 や ェ ツ チ ン グ 工程 の 時 間 が 長 く な り 、 非 効 率 的 で あ る 力 ら で め る 。
最 後 に 工程 ( f ) に 移行 す る 。 工程 ( f ) で は 、 上 記 の 合 金層 6 3 を 含 む 第 1 金 属 層 6 と 第 2 金 属 層 1 0 で あ る N i 層 力 S エ ッ チ ン グ に よ り 除 去 さ れ る 。 エ ッ チ ン グ 液 は フ ッ 化 水 素 酸 : 硝 酸 : 水 の 割 合 が お よ そ 1 : 5 : 1 0 の フ ッ 硝 酸 で あ る 。 こ れ に よ り 、 約 5 分 で ほ ぼ 完 全 に 第 1 金属 層 6 及 ぴ 第 2 金属 層 1 0 が 除去 さ れ る 。 即 ち 、 p-Ga N 層 5 の 上 面 は 清 浄 と な る 。
の よ う な 製 造 工 程 で 形 成 さ れ た p- GaN 層 5 に 電極 を 形成 すれ ば 、 表 面 が 清 浄化 さ れ て い る の で 、 表 面 の 接触 抵抗 が 低減 さ れ る 。 又 、 そ の 接触'抵抗 が 最 小 と な る よ う な 最 適 な 元 素 で 電 極 を 成膜す る こ と が で き る 。 又 、 上 述 の 様 に p- GaN 層 5 そ の も の の 抵 抗 率 も 低 減 さ れ て い る 。 従 つ て 、 駆動 電圧 の 低 下 さ れ た 半 導 体 と な る 。 更 に 、 上 記 表 面 の 清 浄 ィヒ は 、 そ の 面 で の 光 の 透 過 率 を 増 大 さ せ る 。 よ つ て 、 本発 明 は 、 光 素 子 形成 に 有効 で あ る 。 即 ち 、 上 記製 造方 法 は 、 駆 動 電圧 の 低減 と 光 強 度 の 増 大 が 要 求 さ れ る 光 素 子 に 極 め て 有用 で あ る 。 こ の よ う に し て 得 ら れ に p -GaN 層 5 は 、 略 5 X I 0 1 8 / cm3 の 高 い ホ ー ル濃 度 が 得 ら れ 、 M g の ド ー ピ ン グ 量 を 制 御 す る こ と に よ っ て 、 1 0 1 7/ cm3 〜 5 X 1 0 1 8Z cm3 の 範 囲 で任意 に 制 御 す る こ と 力 S で き る 。
尚 、 ベ リ リ ウ ム ( B e ) を イ ン プ ラ ン ト し た GaN に マ グ ネ シ ゥ ム ( M g ) を 添カ卩 し て 、 上記 の よ う な 処理 を す
る こ と で 、 ホ ー ル濃 度 5 X 1 0 1 9 / cm3 ま で の 制 御 が 可 能 と な っ た 。 他 の 、 I I I 族 窒 化 物 半導 体 に つ い て も 同 様 で あ る 。
上 記 の 説 明 で は 、 基 板 上 に 、 p - G a N 層 5 が 単層 だ け 形 成 さ れ て い る 場合 の 低抵抗 化 処 理 に つ い て 説 明 さ れ て い る 。 p-GaN の 基 板 を 得 る よ う な 場合 に は 、 こ の 単一 層 に お け る 低抵抗化 は 意 味 の あ る 製 造方法 で あ る 。 し 力ゝ し 、 素 子 の 中 の p 層 を 製造す る 場合 に は 、 多 数 の 層 を 積 層 し た 上 で 、 表 面 層 や そ の 下 の 複 数 の 層 に つ い て 、 低抵 抗 ィ匕 処理 が 行 な わ れ る 。 p 型 半 導体 層 は 、 実施 の 形 態 の 最 初 に 説 明 し た よ う に 、 任意 の 化 合 物 半導 体 を 用 い る こ と が 可 能 で あ る 。
( 第 2 実施 例 )
図 4 に 、 第 1 実施例 の 方 法 を 用 い て 製 造 さ れ た 発 光 素 子 2 0 を 示 す 。 図 は 、 そ の 構 造 を 示 し た 模式 的 な 断 面 図 で あ る 。 こ の 発 光 素 子 2 0 は I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 素 子 で あ る A l x Gay l n -x-yN ( 0 ≤ x ≤ 1 , 0 ≤ y≤ 1 , 0 ≤ x + y ≤ 1 )系 の 半 導 体 素.子 で あ る 。
本 実施 例 の 発 光 素子 2 0 に お い て は 、 サ フ ァ イ ア 基板 1 の 上 に は A 1 N 力 ら 成 る 膜厚 約 30 nm の バ ッ フ ァ 層 2 カ 設 け ら れ 、 そ の 上 に S i ド ー プ の 膜厚 約 4 μ πι の n-GaN 層 3 が 形成 さ れ て い る 。 又 、 こ の n-G aN 層 3 の 上 に は 発 光 す る 層 を 含 む 多 重層 4 が 形成 さ れ て い る 。 多重層 4 の 上 に は 、 第 1 実施 例 で 説 明 し た 膜厚 約 300 n ra の M g が 添 加 さ れ た P - GaN 層 5 が 形成 さ れ て い る 。
そ し て 、 第 1 実施例 の 方 法 に よ っ て 低抵抗 率化 し 清 浄 ィ匕 さ れ た P- G aN 層 5 の 上 に は 金属 蒸 着 に よ る 膜厚約 20
A の Co か ら 成 る 第 1 電極 層 9 1 と 、 膜 厚 約 60A の Au カ ら 成 る 第 2 電極層 9 2 と が 順 次積層 さ れ 、 こ の 第 1 電極 層 9 1 と 第 2 電極層 9 2 と で透光性 の p 電極 9 が 構成 さ れ て い る 。 こ の p 電極 9 上 の 所 定領 域 に 、 金 (Au)を 含 ん だ 金 属 か ら 成 る 膜厚 約 1. 5 μ m の 電 極 パ ッ ド 7 が 形 成 さ れ て い る 。 又 、 n 型 GaN 層 3 上 に は 、 膜 厚 約 200 A の ノ ナ ジ ゥ ム (V) と 膜厚約 2. 0 /i m の ア ル ミ ニ ウ ム (A1)又 は A1 合 金 で 構 成 さ れ た n 電 極 8 が 形 成 さ れ て い る 。 電 極 ノ、 ° ッ ド 7 は 、 そ の 他 、 金 (Au)、 ニ ッ ケ ル ( N i;)、 ア ル ミ ニ ゥ ム (Al)、 又 は コ バ ル ト (Co)等 、 又 は 、 そ れ ら を 少 な く と も 1 種含 む 合 金 を 用 い る こ と が 可能 で あ る 。
次 に 、 こ の 発 光 素 子 2 0 の 製 造 方 法 に つ い て 説 明 す る 。 こ の 発 光 素 子 2 0 も 、 有機金 属 気相 成長 法 ( 以 下 「 M0VP E 」 と 略す ) に よ る 気 相 成長 に よ り 製造 さ れ る 。 用 レヽ た ガ ス は 、 第 1 実施 例 の そ れ と 同 等 で あ る 。 先 ず 、 有機 洗 浄 及 び熱 処理 に よ り 洗浄 し た 面 を 主 面 と し た 単結 晶 の サ フ ァ イ ア 基 板 1 を M0VPE 装 置 の 反 応 室 に 载 置 さ れ た サ セ プ タ に 装 着 す る ( 図 示 し な レヽ )。 次 に 、 常 圧 で H2 を 流 速 21 i t e r /分 で 約 30 分 間 反 応 室 に 流 し な 力 S ら 、 温 度 1100 °C で サ フ ァ イ ア 基 板 1 を べ一キ ン グ す る 。 次 に 、 温 度 を 40 0 °C ま で 低 下 さ せ て 、 H2 を 201 i ter /分 、 NHs を lOl iter /分 、 TMA を 2. 0 X 10— 5 モ ル 分 で 供 給 し て A1N の バ ッ フ ァ 層 2 を 約 30nm の 膜厚 に 形 成 す る 。
次 に 、 サ フ ァ イ ア 基 板 1 の 温 度 を 1150 °C に 保 持 し 、 N2 又 は H2 を 101 i t er/分 、 NHs を lOl iter/分 、 TMG を 1. 0 X 10— 4 モ ル / 分 、 TMA を 0. 5 X 10— 4 モ ル / 分 、 H2 ガ ス に よ り 0. 9ppm に 希釈 さ れ た シ ラ ン を 5 X 10— モ ノレ / 分
で 供給 し て 、 膜厚約 4 /x m 、 電子濃 度 1 X 10 c m シ リ コ ン 濃 度 2 X 101 8/cm3 の n-GaN 層 3 を 形成 す る 。
上 記 の n- GaN 層 3 を 形成 し た 後 、 続 い て 、 N2 又 は H2 を 201 i ter/分 、 NH3 を lOl iter/分 、 TMG を 7. 0 X 10— 5 モ ル / 分 、 TMI を 0. 2 X 10一4 モ ル / 分 で 供 給 し て 、 Gao Inc. 2N か ら 成 る 多 重層 4 を 形 成 す る 。
次 に 、 サ フ ァ イ ア 基 板 1 の 温 度 を 1100 °C に 保 持 し 、 N: 又 は H2 を 201 i t er/分 、 NH3 を lOl iter/分 、 TMG を 1. 1
X 10— 4 モ ル Z分 、 CP2Mg を 2 X 10— 5 モ ル / 分 で 供 給 し て . 膜厚 約 300nm 、 濃 度 5 X 101 9/cm3 の Mg を ド ー プ し た p-
GaN 層 5 を 形成 す る 。
次 に 、 以 下 の 手順 に よ っ て 、 P- GaN 層 5 を 低抵抗率 化 し た 。
(1) 蒸 着 装 置 に て 10_3Pa 台 以 下 の 髙 真 空 に 排気 し た 後 、 p-GaN 層 5 上 に 膜厚約 Ιθ Α の Co を 成 膜 さ せ て 、 第
1 金属 層 下層 6 1 を 形成す る 。
(2) 続 い て 、そ の 上 に 膜厚約 50 A の Au を 成 膜 さ せ て 、 第 1 金 属 層 上 層 6 2 を 形成 す る 。
(3) そ の 後 、 本発 明 の 手 段 に よ る p 型 不 純物 の 添加 さ れ た 半 導体層 の 低抵 抗 率化 を 行 う 。 即 ち 、 大 気 中 に て 上 記 の 金 属 層 ( 電極 ) 越 し に 、 前記 の 電子 線 照 射装 置 1 0 0 ( 図 2 ) に よ る 電 子 線 照 射 を 行 う 。 た だ し 、 こ の 時 の 高 圧 電源 ( 図 2 ) に よ る 加 速 電圧 は 1 0 0 〜 2 5 0 k V と す る 。 こ れ に よ り 、 p-GaN 層 5 は 確実 に 低抵抗 ィヒ さ れ る 。
(4) 次 に 、 P- GaN 層 5 の 表 面 を 清 浄 化 す る 。 即 ち 、 第 1 金 属 層 6 を 取 り 除 く 。 そ の 為 に は 、 第 1 実施例 の 工程
( d ) 〜 ( f ) を 行 う ( 図 1 )。 即 ち 、 先 ず 、 ヨ ウ 素 系 ェ ツ チ ン グ 液 を 用 い た エ ッ チ ン グ 処理 に よ り 第 1 金 属 層 6 上 の 不 純物 を 除 去 し 表 面 を 活性化 さ せ る 。 次 に 、 真 空蒸 着 に よ り に 膜厚約 1 0 0 0 A 〜 2 0 0 O A の 第 2 金 属 層 1 0 で あ る Ni 層 を 成 膜 さ せ る ( 工程 ( e ) に 相 当 )。
次 に 、 第 1 実 施 例 と 同 様 の 混 合 比 の フ ッ 硝 酸 で 短 時 間 、 例 え ば約 3 分 程 度 エ ッ チ ン グ す る 。 こ れ に よ り 、 第 1 金 属 層 6 及 び 第 2 金 属 層 1 0 が ほ ぼ 完全 に 除 去 さ れ る 。 即 ち 、 p-GaN 層 5 の 表 面 が 清 浄化 さ れ る 。
次 に n 電極 と p 電極 の 形 成 工程 、 次 の よ う に 実 行 さ れ る 。
(5) 次 に 、 n- GaN 層 3 の 表 面 を 露 出 さ せ る 工程 が 実行 さ れ る 。 p- GaN 層 5 上 に エ ッ チ ン グ マ ス ク を 形 成 し 、 所 定領域 の マ ス ク を 除去 し て 、 マ ス ク で 覆 わ れ て い な い 部 分 の p-GaN 層 5 、 多 重 層 4 及 び n- GaN 層 3 の 一 部 を 塩 素 を 含 む ガ ス に よ る 反 応 性イ オ ン エ ッ チ ン グ に よ り エ ッ チ ン グ し て 、 n- GaN 層 3 の 表 面 を 露 出 さ せ る 。
(6) 次 に 、 以 下 の 手順 で 、 n- GaN 層 3 に 対す る n 電極
8 と p-GaN 層 5 に 対 す る 透 光 性 の p 電 極 9 を 形 成 す る 。
(7) 即 ち 、 ま ず 、 フ ォ ト レ ジ ス ト を 塗布 し 、 フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り n- GaN 層 3 の 露 出 面 上 の 所 定領 域 に 窓 を 形成 し て 、 10一3 Pa 台 以 下 の 髙 真 空 に 排 気 し た 後 、 膜 厚 約 2 0 O A の バ ナ ジ ウ ム (V) と 膜厚約 2.0 111 の 1 を 蒸 着 す る 。 次 に 、 フ ォ ト レ ジ ス ト を 除 去 す る 。 こ れ に よ り n- GaN 層 3 の 露 出 面 上 に n 電極 8 を 形成 す る 。
(8) 次 に 、 表 面 上 に フ ォ ト レ ジ ス ト を 一 様 に 塗布 し て 、 フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り 、 p 型 GaN 層 5 の 上 の フ ォ ト
レ ジ ス ト を 除 去 し て 、 窓 部 を 形成 す る 。
(9) 蒸 着 装 置 に て 、 フ ォ ト レ ジ ス ト 及 び 露 出 さ せ た p 型 GaN 層 5 上 に 、 10— 3Pa 台 以 下 の 高 真 空 に 排 気 し た 後 、 膜厚約 20A の Co を 成 膜 さ せ て 、 第 1 電極層 9 1 を 形成 す る 。
(10)続 い て 、 第 1 電 極 層 9 1 の 上 に 膜厚約 60A の Au を 成 膜 さ せ て 、 第 2 電極 層 9 2 を 形 成 す る 。
(11)次 に 、 試料 を 蒸 着 装 置 か ら 取 り 出 し 、 リ フ ト オ フ 法 に よ り フ ォ ト レ ジ ス ト 上 に 堆積 し た Co、 Au を 除 去 す る こ の よ う に し て 、 CoZ Au カゝ ら 成 る 透 光 性 の p 電極 9 カ 形 成 さ れ る 。
( 12 )次 に 、 透 光性 の p 電極 9 上 の 一 部 に ボ ン デ ィ ン グ 用 の 電極 ノ ッ ド 7 を 形成 す る 。 即 ち 、 ま ず 、 フ ォ ト レ ジ ス ト を 一 様 に 塗布 し て 、 そ の 電極 パ ッ ド 7 の 形成 部 分 の フ ォ ト レ ジ ス ト に 窓 を 開 け る 。 次 に 、 金 ( Au) を 含 ん だ 金.属 を 膜厚 1. 5 /i m 程 度 に 蒸 着 に よ り 成 膜 さ せ 、 (5) の 工程 と 同 様 に 、 リ フ ト オ フ 法 に よ り 、 フ ォ ト レ ジ ス ト 上 に 堆積 し た 金 ( Au) を 含 ん だ 金 属 の 膜 を 除 去 し て 、 電極 パ ッ ド 7 を 形成 す る 。
( 13) 最 後 に 、 透 光 性 の p 電極 9 、 n 電極 8 、 電極 パ ッ ド 7 を 合 金化 す る 。 こ れ に よ り 良 好 な ォ ー ミ ッ ク コ ン タ ク ト が 実 現 さ れ 、 発 光 素 子 2 0 の 駆動 電圧 が 低減化 さ れ る 。
以 上 の 方 法 に よ り 、 前記 の 発 光 素 子 2 0 を 製造 し た 。 上 記 の よ う に し て 、 電 極 の 接 触 抵 抗 が 低 下 し 、従 っ て 、 駆 動 電圧 が 低 下 し た 層 を 得 る こ と が で き た 。 又 、 電子線 照 射 時 に 用 い ら れ る 第 1 金 属 層 6 が 完 全 に 除去 さ れ る 結
果 、 そ の 面 の 光 透過 率 も 向 上 し た 。 よ っ て 、 発 光す る 層 を 含 む 多 重層 4 か ら の 光 を 透 光 性 の p 電極 9 か ら 効 率 良 く 外 部 に 出 力 す る こ と が で き た 。
第 1 金 属 層 6 を 除 去 し な い で 、 そ の ま ま 、 こ の 金 属 層 を p 電極 と し た 発 光 素 子 の 駆動 電圧 は 、 1 0 . 0 V で あ り 、 発 光 出 力 は 、 2 1 0 W で あ っ た 。
又 、 第 1 金属 層 6 を 完 全 に 除去 し た 後 、 そ の 後 で 、 p 電極 を 形 成 し た 発 光 素 子 は 、 駆動 電圧 は 、 3 . 5 V で 、 発 光 出 力 は 、 2 7 0 /x W で あ っ た 。
よ っ て 、 駆動 電圧 は 約 1 / 3 以 下 と な り 、 透過 率 の 上 昇 率 は 2 9 % ( 差 / 低 い 方 の 透 過 率 ) 以 上 と な っ た 。
次 に 、 第 1 金 属 層 6 の 厚 さ と 光 透過 率 の 関 係 に 関 す る 実 験 に よ る 結 果 に つ い て 述 べ る 。 第 1 金 属 層 6 の 厚 さ を 7 0 A と 2 0 O A と し て 、 第 1 実施 例 や 第 2 実施 例 で 記載 し た 方法 に よ り 電子 線 照 射 し 第 2 金 属 層 1 0 を 積層 し た 後 第 1 金 属 層 6 を 第 2 金 属 層 1 0 と 共 に 除去 し た 後 の p 型 不 純 物 を 添 加 し た 半 導 体 層 の 光 透 過 率 を 波 長 、 3 7 5 n m 、 4 7 0 n m , 5 2 0 n m で 測 定 し た 。 そ の 結 果 を 図 5 に 示 す。 尚 、 図 5 の 縦軸 の 透 過 率 は 、 第 1 金 属 層 6 や第 2 金 属 層 1 0 を 設 け な い 前 の p 型 不 純 物 を 添加 し た 半 導体層 の 光 透過 率 を 1 0 0 % と し 、 こ れ を 基 準 と し た 光 透過 率 で あ る 。 第 1 金 属 層 6 の 厚 さ を 7 O A と し て 電子 線 照 射 処 理 を し た 場合 に は 、 図 5 に 示 す よ う に 、 波長 3 7 5 n m で 9 4 % 、 波 長 4 7 O n m で 9 5 . 5 % 、 波 長 5 2 O n m で 9 6 % で あ っ た 。 第 1 金 属 層 6 の 厚 さ を 2 0 O A に し た 場 合 に は 、 図 5 に 示 す よ う に 、 波 長 3 7 5 n m で 8 5 % 、 波 長 4 7 0 n m で 8 6 % 、 波 長 5 2 0 n m で 8 8 % で あ っ た 。
よ っ て 、 9 0 。/。 ( 波 長 3 7 5 n m で ) ~ 9 2 % ( 波 長 5 2 O n m で ) 以 上 の 光 透過 率 を 得 る に は 、 第 1 金 属 層 6 の 厚 さ は 1 0 O A 以 下 力 S 望 ま し い と 考 え ら れ る 。 又 、 p 型 不 純 物 を 添加 し た 半 導体層 の 電 子線 照 射 に よ る ダ メ ー ジ を 大 き く 防止 す る た め に は 、 5 0 A 以 上 が 望 ま し い の で 、 結 局 、 第 1 金 属 層 6 の 厚 さ は 、 5 0 A ~ 1 0 O A が 最 も 望 ま し い と い え る 。
尚 、 上記 実施 例 で は 、 第 1 金 属 層 6 を 2 層 と し た が 、 単層 で も 、 3 層 以 上 で も 良 い 。 同 様 に 第 2 金 属 層 1 0 は Ni の 単 層 と し た 力 S 、 複 層 で も 良 レ、 。 第 2 金 属 層 1 0 は 、 VI I IA 族 に 属 す る 遷移 金 属 で あ れ ば 良 い と 考 え ら れ る 。 従 っ て 、 Ni、 Co の 他 、 Fe, Ru, Rh, Pd, 0s, Ir, Pt を 用 い る こ と が 可 能 で あ る 。
以 上 の 方 法 に よ り 、 前 記 の 発 光 素 子 2 0 を 製 造 し た 。 上 記 方 法 に よ り 得 ら れ る 発 光 素 子 2 0 に お レ、 て は 、 p 型 GaN 層 5 の 低抵 抗 化 処 理 が 、 従 来 と 比 較 し て 極 め て 短 時 間 ( 約 3 分 間 ) 且 つ 効 果 的 に で き る 。
発 光 素 子 2 0 に お け る p 型 GaN 層 5 に 1 5 O k V で 電 子 線 を 照 射 し た 時 の 最適 電 流 値 ( 例 : 1 1 m A ) に 達 し て 力ゝ ら の 保持 時 間 と 光 出 力 と の 関 係 を 測 定 し た 。 こ の 保 持 時 間 が 長 レ、 と 出 力 が 低 下 す る 傾 向 力 S あ る こ と が 分 力 つ た 。 こ の た め 保 持 時 間 は 0 分 〜 1 分程度 に 留 め る こ と が 望 ま し い 。
尚 、 発 光 素 子 の 構造 と し て は 、 単 一 量子 井 戸構 造又 は 多 重 量子 井 戸 構造 を 有 し た も の で あ っ て も 良 い 。
ま た 、 p 型 不 純 物 と し て Mg を 用 レ、 た が ベ リ リ ゥ ム (Be) 亜鈴 (Zn) 、 カ ル シ ウ ム (Ca) 、 ス ト ロ ン チ ウ ム (Sr) 、 ノ リ
ゥ ム (Ba)、 ラ ジ ウ ム (Ra)等 の 2 族 元 素 や炭 素 (C) 、 シ リ コ ン ( S i )、 ゲ ル マ ニ ウ ム ( G e )、 錫 ( S n )、 鉛 ( P b )等 の 4 族 元 素 の う ち ァ ク セ プ タ 準位 を 形成 す る 原 子 を 用 い る こ と 力 S で き る 。
ま た 、 本発 明 は 、 従 来 の 透 光 性 の 金 属 電 極 を 用 い る 場 合 は も ち ろ ん 、 フ リ ッ プ チ ッ プ タ イ プ の よ う に 厚 レヽ 電極 を 用 レヽ る 場合 に も 適 用 で き る 。 ま た 、 本発 明 は 、 L E D や L D の 発 光 素 子 に 利 用 可能 で あ る と 共 に 受 光 素 子 に も 利 用 す る こ と 力 S で き る 。
尚 、 上 記 の p 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半導 体層 を 低 抵抗 率ィ匕 す る の に 示 し た 素 子 は 、 あ く ま で も 一 例 で あ っ て 、 P 型 不 純 物 の 添加 さ れ た 半導 体 を 用 い た 全 て の 半 導 体 デ バ イ ス に 用 レヽ る こ と カ 可 能 で あ る 。 又 、 上 記 の 実施 例 で は 、 p 型 半 導体 の 上 に P 電極 を 形成 し て 接触 抵抗 を 低 下 さ せ る 例 を 示 し た が 、 上 記 の 方 法 で 製造 し た P 型 半 導 体 は 光 透過 性 も 良 い 。 従 っ て 、 こ の p 型 半導 体 の 面 か ら 光 を 出 力 し た り 光 を 入力 す る よ う な 発 光 素 子 、 受 光 素 子 の 製 法 に 本件 発 明 は 用 い る こ と が で き る 。 発 光 素 子 は 発 光 ダ イ オ ー ド 、 レ ー ザ が あ る が 、 レ ー ザ の 場合 に は 面 発 光 レ ー ザ 等 で あ る 。 又 、 本 明 細 書 で は 、 上記 の 方 法 で 製 造 さ れ た P 型 半導 体及 び 、 そ の P 型 半導体層 を 有 す る 任意 の 層 構造 を 有 す る 全 て の 半導 体 装 置 に つ い て 述 べ ら れ て お り 、 そ の 半導 体 装 置 は 特許 請 求 の 範 囲 に 属 す る 。
又 、 実施 例 で は 、 低抵 抗化 す る 層 は 、 p - G a N を 一 例 と し て 示 し た が 、 p 型 不 純 物 が 添 加 さ れ た I I I 族 窒 化 物 半 導 体 で あ れ ば、 任意 で あ る 。 AlGaN 、 InGaN 、 Al Ga InN で も 良 い 。 さ ら に 、 V 族元 素 と し て 、 N の 他 、 As、 P 等
を 有す る AlGalnNAs, AlGalnNP で あ つ て も 良 レヽ 。
尚 、 本発 明 を 示 す に あ た り 最 も 実用 的 で 適切 な 例 と し て 上 記 の 実施 例 を 用 い た が 、 本発 明 は 上 記 の 実施 例 の み に 限 定 さ れ る も の で は な く 、 本発 明 の 範 囲 内 で の 他 の 変 形例 や応 用 例 を 含 む も の で あ る 。 さ ら に 、 発 明 の 開 示 の 欄 で 記 載 し た 各 種 の 事 項 は 、適 宜 選 択 し 、組 み 合 わ せ て 、 発 明 を 実施 す る た め の 最 良 の 形 態 と し て 用 い る こ と が 可 能 で あ る 。