DE19861228B4 - Verfahren zum Herstellen einer transparenten Elektrode - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer transparenten Elektrode, die eine Elektrode für ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement bildet, die auf einer Oberfläche eines Halbleiters ausgebildet ist, der einen Verbund auf Basis von p-leitendem Galliumnitrid umfasst, zusammen mit einer Drahtbondingelektrode, mit der die transparente Elektrode elektrisch verbunden ist, gekennzeichnet durch Ausbilden einer ersten Schicht auf der Oberfläche des Halbleiters, die aus einem Metall besteht, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus Gold (Au), Platin (Pt) und Palladium (Pd) oder einer Legierung von zwei oder drei dieser Elemente besteht, durch Ausbilden einer zweiten Schicht auf der ersten Schicht, die aus zumindest einem Metall besteht, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus Nickel (Ni), Titan (Ti), Zinn (Sb), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Zink (Zn), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg) und Indium (In) besteht, und Wärmebehandeln der ersten Schicht und der zweiten Schicht in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre, um die zweite Schicht zu oxidieren, wodurch eine transparente Elektrode hergestellt wird, die sich aus der ersten Schicht und der oxidierten zweiten Schicht zusammensetzt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer transparenten Elektrode, die zusammen mit einer mit der transparenten Elektrode elektrisch verbundenen Drahtbondingelektrode eine Elektrode für ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement bildet, welche auf einer Oberfläche eines p-leitenden Verbindungshalbleiters auf GaN-Basis ausgebildet ist.
  • In den letzten Jahren haben Verbundhalbleitermaterialien auf GaN-Basis als ein Halbleitermaterial für lichtemittierende Vorrichtungen, die Licht mit kurzer Wellenlänge emittieren, Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Der Verbundhalbleiter auf GaN-Basis wird auf verschiedenen Oxidsubstraten, wie Saphireinkristall oder ein Verbundsubstrat der III-V-Gruppe durch das Metallorganische-Chemische-Dampfabscheidungsverfahren (MOCVD-Verfahren), ein Molekularstrahlepitaxieverfahren (MBE-Verfahren) oder ein anderes derartiges Verfahren gebildet.
  • Ein Verbundhalbleiter auf GaN-Basis ist ein Verbundhalbleiter der III-V-Gruppe, die im allgemeinen durch AlxGayIn1-x-yN dargestellt werden, (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1).
  • Im Fall einer lichtemittierenden Vorrichtung, die durch Beschichten oder Laminieren von Schichten dieses Verbundhalbleiters auf GaN-Basis auf einem Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material, wie ein Saphirsubstrat, gebildet ist, kann auf der Rückfläche des Substrats keine Elektrode vorgesehen werden, im Gegensatz dazu, wenn ein Halbleitersubstrat, wie ein GaAs- oder GaP-Substrat verwendet wird, das elektrisch leitend ist. Dementsprechend werden zwei positive und negative Elektroden auf der gleichen Oberfläche der lichtemittierenden Vorrichtung gebildet. Wenn ein elektrischer Strom durch die beiden Elektroden hindurchtritt, um eine Lichtemission zu erzeugen, wird das Licht von der Oberfläche emittiert, auf der die Elektroden vorgesehen sind, weil das Saphir- oder andere derartige Substratmaterial ein Isolator ist. Das Licht wird nämlich nach oben emittiert.
  • Eine Eigenschaft des Verbundhalbleitermaterials auf GaN-Basis ist, daß die Stromdiffusion in der Querrichtung klein ist. Selbst wenn Elektroden gebildet sind und Licht emittiert wird, indem ein elektrischer Strom zwischen diesen geleitet wird, findet aufgrund dieser Eigenschaft der Hauptteil des Stromflusses direkt unter den Elektroden statt, infolgedessen ist die Lichtemission auf den Bereich genau unter den Elektroden begrenzt und diffundiert nicht leicht zum Umfangsbereich der Elektroden. Deshalb wird in dem Fall von herkömmlichen undurchsichtigen Elektroden die Lichtemission durch die Elektrode selbst unterbrochen und kann nicht von der Oberseite der Elektrode entnommen werden. Infolgedessen wird die beabsichtigte Verbesserung der Lichtemissionsintensität nicht erreicht.
  • Um diesen Nachteil zu überwinden, offenbart die JP 6-314822 A eine Technik, die den Vorrichtungsaufbau betrifft, wodurch eine lichtdurchlässige Elektrode, die ein sehr dünnes Metall umfaßt, als eine p-leitende Elektrode verwendet wird und über beinahe der gesamten oberen Oberfläche der Vorrichtung gebildet ist, um dadurch zu gestatten, daß das emittierte Licht durch die lichtdurchlässige Elektrode hindurchtritt und von der oberen Seite nach außen emittiert wird. Bei dieser Offenbarung wer den beispielsweise Au, Ni, Pt, In, Cr oder Ti als das Elektrodenmaterial verwendet, und der Metallfilm, der durch Dampfabscheidung gebildet wird, wird bei einer Temperatur von 500°C oder höher wärmebehandelt, um eine Sublimation des Metalls einzuleiten, so daß die Dicke auf zwischen 0,001 und 1 μm verringert wird, um dadurch Lichtdurchlässigkeit zu verleihen. Der Ausdruck "lichtdurchlässig", wie er hierin in bezug auf die Elektrode verwendet wird, bezieht sich auf eine Elektrode, durch die eine Lichtemission, die unter der Elektrode erzeugt wird, beobachtet werden kann. Um zu ermöglichen, daß eine Beobachtung durch die Elektrode stattfindet, muß die Elektrode eine Lichttransmission von mindestens 10% aufweisen.
  • Jedoch weist ein derartiger dünner Metallfilm eine geringe Festigkeit auf, die es unmöglich macht, Drähte direkt an den Dünnfilm zu bonden oder zu kontaktieren, um elektrischen Strom von einer äußeren Quelle zu injizieren. Aus diesem Grund wenden Elektroden zur Verwendung bei lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen im allgemeinen einen Aufbau an, der zusätzlich zu der lichtdurchlässigen Elektrode eine Drahtbonding- oder Drahtkontaktierungselektrode umfasst, die einen elektrischen Kontakt mit der lichtdurchlässigen Elektrode aufweist, wobei diese Drahtbondingelektrode verwendet wird, um den Draht anzuschließen, der benutzt wird, um Strom zur lichtdurchlässigen Elektrode zu transportieren.
  • Wenn unter Verwendung eines dünnen Metallfilms eine lichtdurchlässige Elektrode gebildet wird, wie es in 17 gezeigt ist, umfaßt der Aufbau im allgemeinen, daß die Drahtbondingelektrode 8 auf der lichtdurchlässigen Elektrode 7 gebildet wird. Jedoch ist es bei diesem Aufbau schwierig, eine Anhaftung zwischen der oberen Oberfläche der lichtdurchlässigen Elektrode 7 und der unteren Oberfläche der Drahtbondingelektrode 8 sicherzu stellen, was manchmal bewirkt, daß sich die Drahtbondingelektrode 8 während des Elektrodenherstellungsprozesses abschält.
  • Um dies zu überwinden, offenbart die JP 7-94782 A eine Technik zur Verbesserung der Bondingeigenschaften, die in 18 veranschaulicht ist. Bei dieser Anordnung ist in der lichtdurchlässigen Elektrode 7 ein Fenster gebildet, in dem die Oberfläche des Halbleiters 9 freigelegt ist, die Drahtbondingelektrode ist auf dem Fenster 70 gebildet, um einen direkten Kontakt zwischen der Drahtbondingelektrode 8 und der Oberfläche des Halbleiters 9 zu bewirken.
  • In den meisten Fällen wird ein Dickfilm mit einer Dicke von ungefähr 1 μm für die Drahtbondingelektrode als eine Möglichkeit verwendet, den Einfluß des Drahtbonders (der Kontaktierungsvorrichtung) zu absorbieren. Weil sie dermaßen dick ist, kann der Drahtbondingelektrode keine Lichtdurchlässigkeit verliehen werden. Dies bedeutet, daß die Lichtemission, die direkt unter der Drahtbondingelektrode auftritt, durch die Drahtbondingelektrode unterbrochen wird, und dadurch nicht nach außen emittiert werden kann. Um eine höhere Emissionshelligkeit zu erreichen, ist somit ein Aufbau erforderlich, durch den Strom nicht in den Halbleiterabschnitt direkt unterhalb der Drahtbondingelektrode injiziert wird, sondern stattdessen zu der lichtdurchlässigen Elektrode fließt.
  • Die JP 8-250768 A offenbart eine Technik, durch die kein Strom zu dem Bereich unter der Drahtbondingelektrode fließt. Dies wird erreicht, indem die Halbleiterschichten unter der Drahtbondingelektrode durch verschiedene Verfahren mit einem Bereich mit hohem Widerstand versehen werden, wie beispielsweise indem eine Siliziumoxidschicht gebildet wird, indem ein Bereich freigelassen wird, der keiner Behandlung zur p-Leiter-Ausbildung unterzogen wird, indem Wärmebehandlung oder Ionenimplan tation usw. verwendet wird. Der Bereich mit hohem Widerstand verhindert, daß Strom unter der Drahtbondingelektrode fließt, wobei der Strom stattdessen direkt zu der lichtdurchlässigen Elektrode geleitet wird, um dadurch den Strom effizient zu nutzen.
  • Jedoch erfordert bei der Offenbarung der JP 8-250768 A der Aufbau, der den Bereich mit hohem Widerstand unter der Drahtbondingelektrode vorsieht, die Bildung von Siliziumoxidschichten und Schritte, um den Widerstand des Halbleiters zu vergrößern. Dadurch ist der Prozeß kompliziert und die Herstellung benötigt eine lange Zeitdauer. Um beispielsweise die Siliziumoxidschichten zu bilden, ist es notwendig, Photolithographie, um eine Musterung zu bewirken, oder Plasma-CVD-Prozesse und dergleichen zu verwenden. Ähnlich müssen Photolithographie, Ionenimplantation, Wärmebehandlung und andere derartige Prozesse verwendet werden, um einen Halbleiterbereich mit hohem Widerstand zu bilden. All diese Prozesse sind komplex und zeitraubend.
  • Wenn die oben beschriebene Anordnung mit einem Bereich mit hohem Widerstand auf die Ausgestaltung der obigen JP 7-94782 A angewandt werden soll, bei der die Drahtbondingelektrode 8 auf dem Fenster 70 vorgesehen ist (18), wird auch der Bereich mit hohem Widerstand in dem Halbleiter 9 unterhalb der Drahtbondingelektrode 8 gebildet. Dies erzeugt eine Anordnung, bei welcher der Strom von dem Umfangsabschnitt 8a der Drahtbondingelektrode 8 über die lichtdurchlässige Elektrode 7 in den Halbleiter 9 fließen muß, wobei eine Lichtemission in dem Injektionsbereich 91 erzeugt wird. Weil der Umfangsabschnitt 8a als eine Barriere für das erzeugte Licht wirkt, kann die Lichtemission nicht nach oben entnommen werden. Die Lichtemission wird deshalb vergeudet, wodurch der Emissionswirkungsgrad verringert wird.
  • Aus der EP 0 622 858 A2 ist eine lichtdurchlässige Elektrode bekannt, die zusammen mit einer Drahtbondingelektrode zur Kontaktierung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung aus einem Verbindungshalbleiter auf Basis von GaN dient. Die lichtdurchlässige Elektrode ist aus zwei Schichten gebildet, vorzugsweise aus einer Schicht aus Nickel, die mit einer p-leitenden Schicht aus GaN in Kontakt steht, und einer Schicht aus Gold, die auf der Nickelschicht ausgebildet ist. Zur Herstellung eines guten ohmschen Kontaktes zwischen der Nickelschicht und der Halbleiterschicht wird die lichtdurchlässige Elektrode einer Wärmebehandlung bei mehr als 400°C, vorzugsweise unter einer nichtoxidierenden oder inerten Atmospähre, unterzogen.
    •
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode mit verbesserten mechanischen und elektrischen Kontakteigenschaften zu schaffen, die gleichzeitig eine erhöhte Lichtdurchlässigkeit aufweist.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. 3 vorgesehen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
    Ausbilden einer ersten Schicht aus Gold (Au) auf der Oberfläche des Halbleiters und Ausbilden einer zweiten Schicht aus Nickel (Ni) auf der ersten Schicht; und Wärmebehandeln der ersten Schicht und der zweiten Schicht in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre, um die zweite Schicht zu oxidieren, wodurch eine transparente Elektrode hergestellt wird, die sich aus der ersten Schicht aus Au und der oxidierten zweiten Schicht aus NiO zusammensetzt.
  • Alternativ wird eine aus Gold (Au) und Nickel (Ni) bestehende Legierungsschicht auf der Oberfläche des Halbleiters ausgebildet und in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre wärmebehandelt, um das Nickel (Ni) zu oxidieren, wodurch eine transparente Elektrode hergestellt wird, die sich aus einer ersten Schicht aus Gold (Au) und einer oxidierten zweiten Schicht aus NiO zusammensetzt, die auf der ersten Schicht ausgebildet ist.
  • Die zweite Schicht kann einen Sauerstoffanteil aufweisen, der allmählich von der zweiten Schicht in Richtung der ersten Schicht in dem Bereich in der Nähe der Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht und der ersten Schicht abnimmt.
  • Die lichtdurchlässige Elektrode kann derart gebildet werden, daß sie an einem Abschnitt, an dem die Drahtbondingelektrode angeordnet ist, über einer oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode liegt.
  • Die lichtdurchlässige Elektrode kann derart gebildet werden, daß sie über einem Umfangsabschnitt der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode liegt.
  • Die lichtdurchlässige Elektrode kann derart gebildet werden, daß sie die gesamte obere Oberfläche der Drahtbondingelektrode bedeckt.
  • Ein Abschnitt der zweiten Schicht der lichtdurchlässigen Elektrode, der über der Drahtbondingelektrode liegt, kann entfernt sein, so daß die erste Schicht freigelegt ist.
  • Die Drahtbondingelektrode kann einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen, bei dem die oberste Schicht aus Al oder Au gebildet ist.
  • Ein Bereich der Drahtbondingelektrode, der in Kontakt mit dem Halbleiter steht, kann derart ausgebildet sein, daß er einen höheren Kontaktwiderstand pro Flächeneinheit in bezug auf den Halbleiter aufweist als der Bereich der lichtdurchlässigen Elektrode, der in Kontakt mit dem Halbleiter steht, was es möglich macht, sicher zu verhindern, daß Strom unter der Drahtbondingelektrode fließt, so daß der gesamte Strom um die Drahtbondingelektrode herum in die lichtdurchlässige Elektrode injiziert wird, aus der er in den Schichtkörper eintritt und zur Lichtemission beiträgt. Das heißt, es wird keine Lichtemission unter der Drahtbondingelektrode erzeugt, so daß, indem das Licht nicht durch die Drahtbondingelektrode behindert wird, im wesentlichen das gesamte erzeugte Licht durch die lichtdurchlässige Elektrode nach oben emittiert werden kann. Dadurch kann der Strom effektiv ausgenutzt und der Lichtemissionswirkungsgrad verbessert werden.
  • Diese Elektrodenausgestaltung, die eine Drahtbondingelektrode und eine lichtdurchlässige Elektrode aufweist, kann gebildet werden, indem Dünnfilme unter Verwendung eines Verfahrens, wie eines Dampfabscheidungsverfahrens, aufgewachsen werden. Der Prozeß ist sehr einfach, indem er nur die Dampfabscheidung des Metallmaterials umfaßt, so daß die Bildung der Filme schnell bewirkt werden kann. Das heißt, ein Stromfluß unter der Drahtbondingelektrode kann sicher mittels eines einfachen Aufbaus blockiert werden, der leicht gebildet werden kann ohne komplexe Prozesse vornehmen zu müssen.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt:
  • 1 eine Gesamtansicht des Aufbaus einer Elektrode zur Kontaktierung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung,
  • 2 einen Graph, der die Kontaktwiderstandseigenschaften (Spannung-Strom-Eigenschaften) jedes Metalls oder jeder Legierung in bezug auf einen p-leitenden GaN-Halbleiter zeigt,
  • 3 den zweischichtigen Aufbau einer Drahtbondingelektrode,
  • 4 die Gesamtheit der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode von 3, über der die lichtdurchlässige Elektrode liegt,
  • 5 den Umfangsabschnitt der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode von 3, über dem die lichtdurchlässige Elektrode liegt,
  • 6 den zweischichtigen Aufbau der lichtdurchlässigen Elektrode der vorliegenden Erfindung,
  • 7 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der zweischichtigen lichtdurchlässigen Elektrode von 6, wobei 7(a) das erste Stadium zeigt und 7(b) das zweite Stadium zeigt,
  • 8 die Gesamtheit der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode von 3, über der eine zweischichtige lichtdurchlässige Elektrode liegt,
  • 9 eine Anordnung, bei der über die Gesamtheit der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode von 3 eine zweischichti ge lichtdurchlässige Elektrode gelegt und die zweite Schicht entfernt worden ist,
  • 10 den Umfangsabschnitt der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode von 3, über dem die zweischichtige lichtdurchlässige Elektrode liegt,
  • 11 eine Draufsicht, welche die Anordnung einer Elektrode für eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß eines ersten Beispiels zeigt,
  • 12 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 von 11,
  • 13 eine Ansicht, die das Tiefenprofil der jeweiligen Elemente der lichtdurchlässigen Elektrode der ersten Ausführungsform zeigt, das durch Auger-Elektronen-Spektroskopie gemessen wurde,
  • 14 ein Dünnfilm-XRD-Spektrum der zweiten Schicht der lichtdurchlässigen Elektrode des ersten Beispiels,
  • 15 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau der Elektrode für eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß eines zweiten Beispiels zeigt, wobei 15(a) das erste Stadium zeigt, 15(b) das zweite Stadium zeigt und 15(c) den Endzustand zeigt,
  • 16 eine Ansicht, die das Tiefenprofil der jeweiligen Elemente der lichtdurchlässigen Elektrode des zweiten Beispiels zeigt, das durch Auger-Elektronen-Spektroskopie gemessen wurde,
  • 17 eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen p-leitenden Elektrode und
  • 18 eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen p-leitenden Elektrode, wobei ein Fenster mit einer Drahtbondingelektrode versehen ist.
  • Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • 1 ist eine Gesamtansicht, die den Aufbau einer Elektrode für eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung zeigt. In der Zeichnung umfaßt die Elektrode 1 für eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung eine lichtdurchlässige Elektrode 10, die auf der oberen Schichtseite eines Schichtkörpers 3 angeordnet ist, der eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung bildet, wo sie derart gebildet ist, daß sie in Kontakt mit der Oberfläche eines p-leitenden Halbleiters auf GaN-Basis 30 steht, und eine Drahtbondingelektrode 20, die in elektrischem Kontakt mit der lichtdurchlässigen Elektrode 10 steht und derart gebildet ist, daß sie in teilweisen Kontakt mit der Oberfläche des Halbleiters 30 gelangt. Die Drahtbondingelektrode 20 ist derart gebildet, daß mindestens ein Bereich 20a, der in Kontakt mit dem Halbleiter 30 steht, einen höheren Kontaktwiderstand pro Flächeneinheit in bezug auf den Halbleiter 30 aufweist als ein Bereich 10a der lichtdurchlässigen Elektrode 10, der in Kontakt mit dem Halbleiter 30 steht.
  • Bei der in 1 gezeigten Elektrode 1 sind zwei positive und negative Elektroden auf der Seite des Halbleiters 30 des Schichtkörpers 3 gebildet. Jedoch ist die negative Elektrode aus 1 weggelassen.
  • Der Bereich 20a der Drahtbondingelektrode 20, der in Kontakt mit dem Halbleiter 30 steht, ist aus einem Metall oder einer Legierung aus zwei oder mehr Metallen gebildet, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Tl, In, Mn, Ti, Al, Ag, Sn, AuBe, AuZn, AuMg, AlSi, TiSi und TiBe besteht. Eine anschließende Wärmebehandlung kann die feste Anhaftung zwischen der Elektrode 1 und dem Halbleiter 30 steigern.
  • Von diesen Metallen und Legierungen ermöglicht die Auswahl von Ti, TiSi, TiBe, Al, AlSi oder AuBe oder dergleichen, daß eine stärkere Anhaftung an der Oberfläche des Halbleiters 30 bewahrt werden kann.
  • Im Gegensatz dazu ist der Bereich 10a der lichtdurchlässigen Elektrode 10 aus Au gebildet, das einen niedrigeren Kontaktwiderstand relativ zu dem Halbleiter 30 aufweist. Dem Au kann eine Lichtdurchlässigkeit verliehen werden, indem es als ein Dünnfilm ausgebildet wird, der eine Dicke von 1 nm bis 1000 nm aufweist.
  • 2 zeigt die Kontaktwiderstandseigenschaften (Spannung-Strom-Eigenschaften) jedes Metalls oder jeder Legierung in bezug auf einen p-leitenden GaN-Halbleiter. Wie es in 2 gezeigt ist, weisen Ni und Au einen niedrigen Kontaktwiderstand in bezug auf einen p-leitenden GaN-Halbleiter auf, während die Legierung AuBe einen äußerst hohen Kontaktwiderstand aufweist, was ihre Eignung als ein Material für den Drahtbondingelekrodenbereich 20a zeigt, der in Kontakt mit dem Halbleiter 30 steht.
  • Weil der Bereich 20a, der in Kontakt mit dem Halbleiter 30 steht, derart gebildet ist, daß er einen höheren Kontaktwiderstand in bezug auf den Halbleiter 30 als der lichtdurchlässige Elektrodenbereich 10a aufweist, der in Kontakt mit dem Halbleiter 30 steht, wie es oben beschrieben ist, ist es möglich, sicher zu verhindern, daß Strom unter der Drahtbondingelektrode 20 fließt, wodurch sichergestellt ist, daß der gesamte Strom um die Drahtbondingelektrode 20 herum in die lichtdurchlässige Elektrode 10 injiziert wird, von wo er in den Schichtkörper 3 eintritt und zur Lichtemission beiträgt. Das heißt, unter der Drahtbondingelektrode 20 wird keine Lichtemission erzeugt, so daß, indem das Licht nicht durch die Drahtbondingelektrode 20 behindert wird, im wesentlichen das gesamte erzeugte Licht durch die lichtdurchlässige Elektrode 10 nach außen emittiert werden kann (nach oben in bezug auf 1). Dies ermöglicht, daß der Strom effektiv ausgenutzt wird und der Lichtemissionswirkungsgrad verbessert ist.
  • Der Elektrodenaufbau, der aus der Drahtbondingelektrode 20 und der lichtdurchlässigen Elektrode 10 besteht, kann gebildet werden, indem Dünnfilme unter Verwendung eines Vakuumablagerungsverfahrens oder dergl. aufgewachsen werden. Der Prozeß ist sehr einfach, indem er nur die Auswahl und Dampfabscheidung der Metallmaterialien umfaßt, so daß die Filme in einem kurzen Zeitraum aufgewachsen werden können. Das heißt, daß der Stromfluß unter der Drahtbondingelektrode 20 mittels eines einfachen Aufbaus sicher blockiert werden kann, der leicht gebildet werden kann, ohne komplexe Prozesse vornehmen zu müssen.
  • In den meisten Fällen wird Golddraht verwendet, um die Spannungsversorgung mit der Drahtbondingelektrode 20 zu verbinden. Genauer werden kleine Goldbondingkugeln verwendet, um die Verbindung zwischen dem Golddraht und der Drahtbondingelektrode 20 unter Verwendung von Ultraschallwellen zu bewirken und somit die Bondingkugeln mit dem Elektrodenmaterial zu erwärmen und zu verschmelzen. Die Elektrodenmaterialien, die mit den Bondingkugeln verschmelzen, sind begrenzt, wobei Au und Al bekannte Materialien sind. Wenn ein Metall oder eine Legierung verwendet wird, die geeignet ist, einen Kontakt mit dem Halbleiter 30 zu bilden, jedoch nicht gut mit den Bondingkugeln verschmilzt, kann ein mehrschichtiger Aufbau für die Drahtbondingelektrode 20 verwendet werden, um die Drahtbondingelektrode 20 mit einer Oberfläche zu versehen, die aus einem Metall gebildet ist, das gut mit den Bondingkugeln verschmilzt.
  • 3 zeigt eine Drahtbondingelektrode, die einen zweischichtigen Aufbau aufweist. In der Zeichnung besteht die Drahtbondingelektrode 21 aus einer unteren Schicht 21a, die aus AuBe gebildet ist, das einen hohen Kontaktwiderstand zu dem Halbleiter 30 aufweist, während die obere Schicht 21b aus Au gebildet ist, das gute Verschmelzungseigenschaften in bezug auf die Bondingkugeln aufweist.
  • In Fällen, in denen es eine schlechte Anhaftung zwischen dem Metall, das für die obere Schicht 21b verwendet wird, und dem Metall gibt, das für die untere Schicht 21a verwendet wird, kann ein dreischichtiger Aufbau oder ein Aufbau mit mehr als drei Schichten benutzt werden. Die Verwendung eines derartigen mehrschichtigen Aufbaus macht es möglich, eine Drahtbondung zu verwirklichen, die sowohl einen hohen Kontaktwiderstand zu dem Halbleiter 30 als auch eine gute Verschmelzbarkeit mit Bondingkugeln aufweist.
  • Wenn ein Metall, wie beispielsweise Al, verwendet wird, das einen hohen Kontaktwiderstand relativ zu dem Halbleiter 30 und eine hohe Bondingkugelverschmelzbarkeit aufweist, kann die gesamte Drahtbondingelektrode 20 als eine einzige Schicht aus Al gebildet sein.
  • Bei den in den 1 und 3 gezeigten Anordnungen ist die lichtdurchlässige Elektrode 10 gezeigt, wie sie um die äußere Umfangsoberfläche der Drahtbondingelektrode 20 oder 21 herum gebildet ist und mit dieser in Kontakt steht. Jedoch kann die lichtdurchlässige Elektrode 10 stattdessen derart gebildet sein, daß sie über der Drahtbondingelektrode 20 oder 21 liegt.
  • 4 zeigt eine Anordnung, bei der die lichtdurchlässige Elektrode über der gesamten oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode liegt. Indem die lichtdurchlässige Elektrode 10 derart gebildet ist, daß sie die gesamte obere Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 bedeckt, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, kontaktiert die lichtdurchlässige Elektrode 10, die früher nur die Seitenumfangsoberfläche der Drahtbondingelektrode 20 kontaktierte, nun das gesamte Äußere der Drahtbondingelektrode 20 mit Ausnahme der unteren Oberfläche, wodurch eine Verbesserung der Anhaftung zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode 10 und der Drahtbondingelektrode 20 erzeugt wird. Selbst wenn es eine geringe Anhaftung zwischen dem Material, das verwendet wird, um die lichtdurchlässige Elektrode 10 zu bilden, und dem Material gibt, das verwendet wird, um die Drahtbondingelektrode 20 zu bilden, kann infolgedessen ein Abschälen oder Ablösen der lichtdurchlässigen Elektrode 10 von der Drahtbondingelektrode 20 verhindert werden.
  • Selbst wenn während der Maskenausrichtung eine gewisse Abweichung des Musters auftritt, wird auch der Kontakt zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode 10 und der Drahtbondingelektrode 20 nicht beeinträchtigt, weil die lichtdurchlässige Elektrode die gesamte Drahtbondingelektrode mit Ausnahme ihrer unteren Oberfläche bedeckt.
  • Weil die lichtdurchlässige Elektrode 10 außerdem die Drahtbondingelektrode 20 nach unten in Richtung des Halbleiters 30 drückt, ist die Anhaftung zwischen der Drahtbondingelektrode 20 und dem Halbleiter 30 vergrößert, was auch verhindert, daß sich die Drahtbondingelektrode 20 von dem Halbleiter 30 löst.
  • Wenn die lichtdurchlässige Elektrode 10 derart gebildet werden soll, daß sie die gesamte obere Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 bedeckt, können die Drahtbondingelektrode 20 und der Abschnitt der lichtdurchlässigen Elektrode 10 auf der Oberseite der Drahtbondingelektrode 20 als eine integrierte Drahtbondingelektrode 20 betrachtet werden, und ihre obere Oberfläche kann für das Bonden verwendet werden, wie es oben beschrieben ist.
  • Es kann auch eine Anordnung, wie diejenige, die in 5 gezeigt ist, verwendet werden, bei der ein Abschnitt der lichtdurchlässigen Elektrode 10, der dem mittleren Abschnitt der Drahtbondingelektrode 20 entspricht, entfernt ist, wobei nur der Teil der lichtdurchlässigen Elektrode 10 um den Umfang der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 herum zurückbleibt, wodurch die Drahtbondingelektrode 20 freigelegt ist, wo der Abschnitt der lichtdurchlässigen Elektrode 10 über dem mittleren Abschnitt der Drahtbondingelektrode 20 entfernt worden ist. Ein Bonden an die Drahtbondingelektrode 20 wird an dem freigelegten Abschnitt bewirkt, oder der freigelegte Abschnitt kann auch mit einem Material mit guten Bondingeigenschaften beschichtet sein, wie Au oder Al, wobei ein beschichteter Abschnitt 20c gebildet wird, der als ein integraler Teil der Drahtbondingelektrode 20 betrachtet werden kann, was es gestattet, daß die obere Oberfläche des beschichteten Abschnitts 20c zum Bonden verwendet werden kann.
  • Die Verwendung einer derartigen Anordnung macht es möglich, gute Bondingeigenschaften sicherzustellen. Selbst wenn der Abschnitt der lichtdurchlässigen Elektrode 10 entfernt ist, bleibt dennoch die licht durchlässige Elektrode 10 in Kontakt um die obere Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 herum, so daß, wenn die lichtdurchlässige Elektrode 10 über die Drahtbondingelektrode 20 gelegt ist, das Verhindern eines Lösens, die Verringerung der Auswirkung einer Musterfehlausrichtung und andere derartige Effekte bewahrt werden können.
  • Nun wird die erfindungsgemäße zweischichtige Ausbildung der lichtdurchlässigen Elektrode 10 erläutert.
  • 6 zeigt den zweischichtigen Aufbau der lichtdurchlässigen Elektrode 10. In 6 besteht eine lichtdurchlässige Elektrode 11 aus einer ersten Schicht 11a aus einem lichtdurchlässigen Metall, die auf der Oberfläche des Halbleiters 30 gebildet ist, und einer zweiten Schicht 11b, die ein lichtdurchlässiges Metalloxid enthält und auf der ersten Schicht 11a gebildet ist.
  • Die erste Schicht 11a, die den p-leitenden Halbleiter 30 kontaktiert, ist aus Au gebildet, das, wenn es wärmebehandelt wird, einen guten ohmschen Kontakt liefert.
  • Um einen guten ohmschen Kontakt zu erreichen, kann eine Legierung verwendet werden, die erhalten wird, indem zu dem oben beschriebenen Metall eine geringe Menge von mindestens einem Metall, wie Zn, Ge, Sn, Be oder Mg, als eine Verunreinigung hinzugefügt wird.
  • Das Metalloxid, das in der zweiten Schicht 11b enthalten ist, ist NiO, das eine relativ gute Lichtdurchlässigkeit und eine überlegene Anhaftungseigenschaft an der ersten Schicht 11a aufweist. Es ist weitläufig bekannt, daß NiO lichtdurchlässig ist.
  • Bekannte Oxide von Ni umfassen NiO, Ni2O3, NiO2 und Ni3O4. Jedoch ist es bekannt, daß von diesen mehreren Oxidsorten NiO die Lichtdurchlässigkeit am wirksamsten zur Geltung bringt, und deshalb ist eine zweite Schicht vorgesehen, die aus NiO besteht.
  • Bei herkömmlichen lichtdurchlässigen Elektroden, die aus einer sehr dünnen einzelnen Metallfilmschicht gebildet sind, bewirkt eine Wärmebehandlung, um einen ohmschen Kontakt mit dem Backing (Halbleiter) zu verwirklichen, ein "Kugelbildung" (ball up) genanntes Phänomen, welches das Metall aufgrund der Tatsache zu einer Kugel koaguliert, daß die Oberflächenspannung des Metalls größer als dessen Anhaftung an dem Backing ist. Dieses Kugelbildungsphänomen erzeugt vereinzelt Spalten und Risse in dem dünnen Metallfilm, was zu einem Verlust der elektrischen Verbindung und zu einem Verlust der Funktion als eine lichtdurchlässige Elektrode führt.
  • Es ist vorstellbar, daß als ein Mittel, um das Kugelbildungsphänomen zu verhindern, die Dicke der Metallelektrode vergrößert wird. Jedoch führt dies zu einer Verringerung der Transmission, woraus resultiert, daß die Elektrode ihre Transmissionseigenschaften verlieren wird.
  • Deshalb ist es eines der Ziele der vorliegenden Erfindung, eine lichtdurchlässige Elektrode für eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die Transmissionseigenschaften und einen Aufbau aufweist, der in der Lage ist, das Kugelbildungsphänomen wirksam zu verhindern, und ein Verfahren zur Herstellung der lichtdurchlässigen Elektrode bereitzustellen.
  • Daher ist die lichtdurchlässige Elektrode 11 erfindungsgemäß als eine Schichtanordnung gebildet, die aus der zweiten Schicht 11b besteht, die aus NiO gebildet ist, das auf die erste Schicht 11a aus Au beschichtet ist, die auf dem Halbleiter 30 gebildet ist. Dies macht es möglich, das Kugelbildungsphänomen zu verhindern, das auftritt, wenn ein herkömmlicher einschichtiger Aufbau verwendet wird. Dadurch ist es möglich, eine Verbesserung der ohmschen Eigenschaften zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode 11 und dem Halbleiter 30 zu erreichen, und es kann auch eine wesentliche Vergrößerung der Zweiwegbondingfestigkeit erreicht werden.
  • Weil die zweite Schicht 11b aus NiO gebildet ist, kann außerdem eine gute Durchlässigkeit verliehen werden, um die Gesamtheit der lichtdurchlässigen Elektrode 11 mit einer überlegenen Durchlässigkeit zu versehen.
  • Die erste Schicht 11a, die Au umfaßt, und die zweite Schicht 11b, die lichtdurchlässiges NiO umfaßt, weisen jeweils vorzugsweise gute Anhaftungseigenschaften auf. Dazu weist die Elektrode vorzugsweise einen Aufbau auf, so daß der Sauerstoffanteil allmählich von der zweiten Schicht 11b in Richtung der ersten Schicht 11a in dem Bereich in der Nähe der Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht 11b und der ersten Schicht 11a abnimmt, so daß die Zusammensetzung eine kontinuierliche Änderung von der Zusammensetzung NiO zu der Zusammensetzung Au erfährt.
  • Der Bestandteil der zweiten Schicht 11b kann in nur einem Teil der Seite der Grenzfläche 11c mit der zweiten Schicht 11b enthalten sein.
  • Die erste Schicht 11a ist vorzugsweise derart gebildet, daß sie eine Dicke von 1 nm bis 500 nm aufweist, um eine Lichtdurchlässigkeit zu erhalten. Es ist bevorzugt, die Schichtdicke derart einzustellen, daß eine Licht transmission erlangt wird, die aus dem Absorptionskoeffizienten als ein Wert einer dem Au eigenen physikalischen Eigenschaft von 10% bis 90% berechnet wird.
  • Die zweite Schicht 11b weist vorzugsweise eine Dicke von 1 nm bis 1000 nm auf, wodurch eine Lichtdurchlässigkeit verwirklicht ist, eine ausgezeichnete Kugelbildungsschutzwirkung erreicht ist und eine gute Lichtdurchlässigkeit erlangt ist. Es ist bevorzugt, sicherzustellen, daß die lichtdurchlässige Elektrode 11, die aus der ersten Schicht 11a und der zweiten Schicht 11b besteht, eine Transmission von mindestens 10%, und insbesondere bevorzugt mindestens 30% aufweist.
  • Die obige zweischichtige lichtdurchlässige Elektrode 11 kann erfindungsgemäß durch zwei Verfahren hergestellt werden. Das erste Verfahren umfaßt die Verwendung gewöhnlicher Widerstandsheizablagerung, Elektronenstrahlheizablagerung, Sputtern oder ein anderes derartiges Verfahren, um die untere Schicht aus Au und die obere Schicht aus Ni zu bilden. In diesem Stadium weist der Dünnfilm, der jede der beiden Schichten umfaßt, eine dunkle Farbe mit einem metallischen Glanz auf.
  • Als nächstes wird eine Wärmebehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre verwendet, um die obere Schicht zu oxidieren, die aus Ni besteht. Eine Sauerstoff enthaltende Atmosphäre, bedeutet eine Atmosphäre, die Sauerstoffgas (O2) oder Dampf (H2O) oder dergl. enthält. Durch diese Wärmebehandlung wird das Ni, aus dem die obere Schicht gebildet ist, oxidiert, wodurch es lichtdurchlässiges NiO wird.
  • Mittels des obigen Verfahrens werden, von der Seite des Halbleiters 30 ausgehend, eine lichtdurchlässige erste Schicht 11a mit einem guten ohmschen Kontakt mit dem Halbleiter 30 und eine zweite Schicht 11b gebildet, die aus NiO mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit besteht, um dadurch die lichtdurchlässige Elektrode 11 zu bilden, die einen zweischichtigen Aufbau aufweist.
  • Bei dem ersten Herstellungsverfahren diffundiert die Wärmebehandlung das Ni, das verwendet wird, um das Nio der zweiten Schicht 11b zu bilden, effektiv in die erste Schicht 11a, was zu einem zweischichtigen Aufbau mit einer guten Anhaftfähigkeit führt.
  • Wenn Au und Ni verwendet werden, die leicht durch Wärmebehandlung legiert werden können, kann die Wärmebehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre gleichzeitig als die Wärmebehandlung dienen, die verwendet wird, um eine Oxidation der zweiten Schicht 11b zu NiO zu bewirken, und als die Wärmebehandlung, die durchgeführt wird, um das Ni an der zweiten Schicht 11b in die erste Schicht 11a einzudiffundieren.
  • Nun wird das zweite Verfahren zur Herstellung einer lichtdurchlässigen Elektrode mit einem zweischichtigen Aufbau unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Zuerst wird ein Dünnfilm 11m auf der Oberfläche des Halbleiters 30 gebildet, wobei der Dünnfilm 11m eine Legierung ist, die Au, das eine geringe Reaktionsfähigkeit mit Sauerstoff aufweist, und Ni umfaßt, das mit Sauerstoff reagiert, um das lichtdurchlässige NiO zu bilden (7(a)). Der Dünnfilm 11m kann durch gewöhnliche Widerstandsheizablagerung, Elektronenstrahlheizablagerung, Sputtern oder ein anderes derartiges Verfahren gebildet werden. In diesem Stadium weist der Dünnfilm 11m eine dunkle Farbe mit einem metallischen Glanz auf.
  • Als nächstes wird, wie es in 7(b) gezeigt ist, der Dünnfilm 11m einer Wärmebehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre unterzogen, um eine Oxidation des Ni einzuleiten und einen NiO-Film auf der Oberfläche des Dünnfilms 11m zu bilden. Wie bei dem ersten Herstellungsverfahren bedeutet eine Sauerstoff enthaltende Atmosphäre eine Atmosphäre, die Sauerstoffgas (O2) oder Dampf (H2O) oder dergl. enthält.
  • Dieses Verfahren erzeugt die zweischichtige lichtdurchlässige Elektrode 11 durch Trennen des Dünnfilms 11m in eine lichtdurchlässige erste Schicht 11a, die aus Au besteht, das in Kontakt mit dem Halbleiter 30 steht und einen guten ohmschen Kontakt erzeugt, und in eine lichtdurchlässige zweite Schicht 11b, die aus NiO besteht, das die Oberfläche der ersten Schicht 11a bedeckt.
  • Wenn das zweite Herstellungsverfahren verwendet wird, enthält der Legierungsdünnfilm 11m, der auf der Oberfläche des Halbleiters 30 gebildet ist, als einen Bestandteil Ni, das mit Sauerstoff stark reaktionsfähig ist. So wird bei dem Wärmebehandlungsprozeß die Oxidschicht auf der Oberfläche des Halbleiters 30 zerstört, was zu guten elektrischen Kontakteigenschaften zwischen dem Au und dem Halbleiter 30 führt. Gleichzeitig reagiert das Ni mit Dampfphasensauerstoff, der weitläufig auf die Oberfläche des Dünnfilms 11m diffundiert ist, wobei es lichtdurchlässiges NiO wird, das sich an der Oberfläche des Dünnfilms 11m fixiert, so daß die zweite Schicht 11b gebildet wird. Dadurch dient die Wärmebehandlung, die verwendet wird, um das Metall aus der zweiten Gruppe zu oxidieren, auch als eine Wärmebehandlung, um die Eigenschaften des Kontakts zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode 11 und dem Halbleiter 30 zu verbessern.
  • Der Ausdruck "Legierung", wie er hierin verwendet wird, bedeutet nicht nur Metalle, die auf dem atomaren Niveau verbunden sind, sondern auch ein Gemisch oder eine Mischung aus feinen Kristallkörnern. Dadurch kann beispielsweise ein Sputtertarget, das aus einer Mischung aus Au und Ni besteht, verwendet werden, um eine Mischung aus Kristallen aus Au und Ni an ein Substrat anzuhaften. Das Wort "Legierung", wie es hierin verwendet wird, umschließt auch diesen Typ einer Mischung aus feinen Kristallen.
  • Das Mischungsverhältnis von Au und Ni in der Legierung 11m, die der Dünnfilm 11m umfaßt, kann bestimmt werden, indem aus den Dickenverhältnissen der Schichten, die nach der Wärmebehandlung gebildet worden sind, zurückgerechnet wird.
  • Bei dem obigen ersten und dem obigen zweiten Herstellungsverfahren muß die Konzentration des Sauerstoffs in der Atmosphäre, in der die Wärmebehandlung durchgeführt wird, auf der Grundlage der Eigenschaften des Ni, das oxidiert werden soll, bestimmt werden. Auf der Grundlage verschiedener Studien wurde herausgefunden, daß, welche Moleküle auch immer verwendet werden, um die Sauerstoffatome einzuführen, die lichtdurchlässige Elektrode 11 die Lichtdurchlässigkeit nicht beständig zeigen konnte, wenn die Sauerstoffkonzentration kleiner als 1 ppm war. Daher wurde nachgewiesen, daß es notwendig ist, daß die Wärmebehandlungsatmosphäre mindestens 1 ppm Sauerstoff enthält.
  • Insbesondere bevorzugt sollte der Sauerstoffgehalt der Wärmebehandlungsatmosphäre kleiner als 25% sein. Mehr als 25% Sauerstoff kann zu einer Beschädigung des Verbundhalbleiters auf GaN-Basis während des Wärmebehandlungsprozesses führen.
  • Die Temperatur und die Zeit der Wärmebehandlung müssen gemäß dem Ni ausgewählt werden. Gemäß Studien von den Erfindern konnte Ni nicht vollständig und gleichmäßig oxidiert werden, wie lange auch immer die Wärmebehandlung andauerte, wenn die Wärmebehandlungstemperatur unter 300°C lag. Andererseits konnte Ni bei einer Wärmebehandlungs tmperatur von 450°C oder höher in weniger als einer Stunde gleichmäßig oxidiert werden. Da Ni bei höheren Wärmebehandlungstemperaturen beständig oxidiert werden kann, kann irgendeine Temperatur über 300°C verwendet werden. Jedoch sollte natürlich eine Temperatur verwendet werden, die keine Zersetzung des Halbleiters 30 bewirkt.
  • Ungeachtet wie hoch die Temperatur innerhalb des obigen Bereiches eingestellt ist, kann auch keine vollständige und gleichmäßige Oxidation erreicht werden, wenn die Wärmebehandlungszeit kürzer als 1 Minute ist. Dementsprechend muß die Wärmebehandlung für 1 Minute oder länger durchgeführt werden.
  • Die Dünnfilme können in einem Ofen unter normalen atmosphärischen Druckbedingungen oder bei einem niedrigeren Druck wärmebehandelt werden. Jedoch ist ein Druck von mindestens 133 Pa wünschenswert. Wenn der Druck kleiner als 133 Pa ist, ist es schwierig, während der Wärmebehandlung eine hohe Sauerstoffkonzentration in dem Ofen aufrechtzuerhalten, was es unmöglich macht, beständig Lichtdurchlässigkeit zu erreichen.
  • Das "Lift-Off-Verfahren" kann als das Musterungsverfahren verwendet werden, das benutzt wird, um die Form der lichtdurchlässigen Elektrode 11 zu bilden, oder es kann ein Verfahren verwendet werden, das umfaßt, daß ein dünner Metallfilm über der gesamten Oberfläche gebildet wird, daß ein Resist verwendet wird, um ein Negativ des Musters auf dem dünnen Metallfilm zu bilden, und daß dann ein Ätzmittel verwendet wird, um die freigelegten Abschnitte des dünnen Metallfilms wegzuätzen.
  • Das Bilden einer Schicht aus Ni auf der Halbleiteroberfläche gefolgt von einer Schicht aus Au auf der Ni-Schicht, und anschließend das Durchfüh ren einer Wärmebehandlung, um eine Inversion der Elementverteilung in der Tiefe zu bewirken, ist ein Beispiel eines bekannten herkömmlichen Verfahrens, das verwendet wird, um einen zweischichtigen Aufbau zu bilden. Dieser zweischichtige Aufbau hilft, den ohmschen Kontakt mit der Halbleiteroberfläche zu steigern, den Widerstand zu verringern und die Bondingfestigkeit zu vergrößern.
  • Jedoch muß die Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur durchgeführt werden, um eine Wanderung des Au nach oben zur Oberfläche der Elektrodenschicht und eine Diffusion über einen weiten Bereich zu bewirken, und um eine Inversion der Elementverteilung zu bewirken. Als eine Folge ist es schwierig, die Diffusionsreaktion beständig zu steuern und eine beständige Qualität für die ohmschen Eigenschaften und Lichtdurchlässigkeit zu erreichen, die für die lichtdurchlässige Elektrode erforderlich sind. Im Gegensatz dazu können die beiden obigen Herstellungsverfahren dieser Erfindung mit nur einem geringen Grad an Diffusion durchgeführt werden, was es möglich macht, die Diffusionsreaktion bei noch niedrigeren Temperaturen zu steuern, und können so verwendet werden, um lichtdurchlässige Elektroden mit einer beständigen Qualität über einen noch weiteren Bereich von Wärmebehandlungstemperaturen zu erreichen.
  • Das erste Herstellungsverfahren wurde verwendet, um eine lichtdurchlässige Elektrode 11 unter Verwendung von Au für die erste Schicht 11a und Ni für die zweite Schicht 11b herzustellen, und die lichtdurchlässige Elektrode 11 wurde mit einer Elektrode verglichen, die durch das obige herkömmliche Verfahren hergestellt worden war. Die Ergebnisse zeigten, daß bei beiden Elektroden die Transmission direkt nach der Ablagerung 10% betrug und nach der Wärmebehandlung bei 550°C auf 50% anstieg. Wenn jedoch die Wärmebehandlungstemperatur auf 450°C verringert wurde, stieg die Transmission in dem Fall der herkömmlichen Elektrode nach der Wärmebehandlung auf 30% an, während in dem Fall der Elektrode, die durch das erste Verfahren hergestellt wurde, die Transmission nach der Wärmebehandlung auf 50% anstieg.
  • Das zweite Herstellungsverfahren wurde verwendet, um eine lichtdurchlässige Elektrode 11 unter Verwendung eines Dünnfilms 11m aus einer Ni-Au-Legierung herzustellen, gleichermaßen für einen Vergleich mit einer Elektrode, die durch das gleiche herkömmliche Verfahren hergestellt wurde. Wieder zeigten die Ergebnisse, daß die Transmission bei beiden Elektroden direkt nach der Ablagerung 10% betrug und nach der Wärmebehandlung bei 550°C auf 50% anstieg. Wenn jedoch die Wärmebehandlungstemperatur auf 400°C verringert wurde, stieg in dem Fall der herkömmlichen Elektrode die Transmission nach der Wärmebehandlung nur auf 15%, während in dem Fall der Elektrode, die durch das zweite Verfahren hergestellt worden war, die Transmission nach der Wärmebehandlung auf 50% anstieg.
  • Somit macht es die Verwendung des ersten und des zweiten Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, lichtdurchlässige Elektroden mit guter Qualität 11 über einen weiteren Bereich von Wärmebehandlungstemperaturen herzustellen.
  • Nun wird die Anordnung erläutert, welche die lichtdurchlässige Elektrode 11 umfaßt, die derart gebildet ist, daß sie über der Drahtbondingelektrode 20 (21) liegt.
  • 8 zeigt eine zweischichtige lichtdurchlässige Elektrode 11, bei der die lichtdurchlässige Elektrode über der gesamten oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 liegt. Das Bilden der lichtdurchlässigen Elektrode 11, so daß sie die gesamte obere Oberfläche der Drahtbondingelekt rode 20 bedeckt, macht es möglich, die Anhaftung zwischen der ersten Schicht 11a und der Drahtbondingelektrode 20 zu verbessern. Dies macht es möglich, zu verhindern, daß die lichtdurchlässige Elektrode 11 sich von der Drahtbondingelektrode 20 ablöst oder abschält, selbst wenn es nur eine geringe Anhaftungsfähigkeit zwischen dem Material der ersten Schicht 11a und dem Material der Drahtbondingelektrode 20 gibt.
  • Wie bei der in 4 gezeigten Anordnung wird irgendeine Musterabweichung, die während der Maskenausrichtungsprozedur auftreten könnte, den Kontakt zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode 11 und der Drahtbondingelektrode 20 nicht beeinträchtigen, weil die lichtdurchlässige Elektrode 11 die gesamte Drahtbondingelektrode 20 mit Ausnahme ihrer unteren Oberfläche bedeckt.
  • Weil zusätzlich die Drahtbondingelektrode 20 von der lichtdurchlässigen Elektrode 11 nach unten in Richtung des Halbleiters 30 gedrückt wird, ist die Anhaftung zwischen der Drahtbondingelektrode 20 und dem Halbleiter 30 vergrößert, was auch hilft, zu verhindern, daß sich die Drahtbondingelektrode 20 von dem Halbleiter 30 abschält.
  • Das Bedecken der Drahtbondingelektrode 20 mit der zweischichtigen lichtdurchlässigen Elektrode 11 ermöglicht, daß die im Folgenden erklärten Effekte zutage treten. Von der ersten Schicht 11a und der zweiten Schicht 11b, welche die lichtdurchlässige Elektrode 11 bilden, wird die zweite Schicht 11b NiO mit einer niedrigen Leitfähigkeit, wobei bei der in 6 gezeigten Anordnung, bei der die lichtdurchlässige Elektrode 11 um die äußere Umfangsoberfläche der Drahtbondingelektrode 20 herum und mit dieser in Kontakt gebildet ist, der Strom, der in die lichtdurchlässige Elektrode 11 um die Drahtbondingelektrode 20 herum eintritt, nur durch den Dickenabschnitt der ersten Schicht 11a fließt. Weil im Gegensatz dazu die lichtdurchlässige Elektrode 11 die gesamte Drahtbondingelektrode 20 mit Ausnahme ihrer unteren Oberfläche bedeckt, kann die Fläche des elektrischen Kontakts mit der ersten Schicht 11a stark ausgedehnt werden. Dies verbessert die Leitfähigkeit des Stromes von der Drahtbondingelektrode 20 in die lichtdurchlässige Elektrode 11 mit einer entsprechenden Verringerung des Widerstandes stark, wodurch es ermöglicht wird, daß verschwenderischer Energieverbrauch verringert wird.
  • Wenn die lichtdurchlässige Elektrode 11 derart gebildet ist, daß sie die gesamte obere Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 bedeckt, können die Drahtbondingelektrode 20 und der Abschnitt der lichtdurchlässigen Elektrode 11 auf der Oberseite der Drahtbondingelektrode 20 als eine integrierte Drahtbondingelektrode 20 betrachtet werden, und die obere Oberfläche ihrer zweiten Schicht 11b kann zum Bonden verwendet werden, wie es oben beschrieben ist.
  • Es kann auch eine Anordnung, wie diejenige, die in 9 gezeigt ist, verwendet werden, bei der ein Abschnitt der zweiten Schicht 11b, der dem mittleren Abschnitt der Drahtbondingelektrode 20 entspricht, entfernt ist, wobei nur der Teil der zweiten Schicht 11b um den Umfang der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 zurückbleibt, wodurch die erste Schicht 11a an diesem Abschnitt freigelegt ist.
  • Da die erste Schicht 11a aus einem Material mit guten Bondingeigenschaften gebildet ist, kann dieser Abschnitt der ersten Schicht 11a als ein integraler Teil der Drahtbondingelektrode 20 betrachtet werden, wodurch es gestattet ist, daß die freigelegte obere Oberfläche der ersten Schicht 11a zum Bonden verwendet wird. Wenn die Elektrodenhöhe nicht ausreicht, können Al oder Au, die gute Bondingeigenschaften aufweisen, als eine Schichtanordnung auf der ersten Schicht 11a verwendet werden, und der beschichtete Abschnitt 20c kann als ein integraler Teil der Drahtbondingelektrode 20 betrachtet werden, und die obere Oberfläche des beschichteten Abschnittes 20c kann zum Bonden verwendet werden.
  • Es kann auch die erste Schicht 11a gleichzeitig mit der zweiten Schicht 11b entfernt werden, wobei nur der Teil der lichtdurchlässigen Elektrode 11 zurückbleibt, der über dem Umfang der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 liegt, wie es in 10 gezeigt ist, wobei die obere Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 teilweise freigelegt ist. Der freigelegte Abschnitt der Drahtbondingelektrode 20 kann zum Bonden verwendet werden, oder der freigelegte Abschnitt kann mit einem Material, wie Au oder Al, das gute Bondingeigenschaften aufweist, beschichtet werden, und der beschichtete Abschnitt 20c kann dann als ein integraler Teil der Drahtbondingelektrode 20 betrachtet werden, und die obere Oberfläche des beschichteten Abschnitts 20c kann zum Bonden verwendet werden.
  • Die Verwendung dieser Anordnung macht es möglich, gute Bondingeigenschaften sicherzustellen.
  • Selbst wenn nur die zweite Schicht 11b entfernt ist, bleibt die erste Schicht 11a dennoch in Kontakt um die obere Oberfläche der Drahtbondingelektrode 20 herum, so daß, wenn die lichtdurchlässige Elektrode 11 über der Drahtbondingelektrode 20 liegt, außerdem das Verhindern eines Lösens, die Verringerung der Auswirkung einer Musterfehlausrichtung und andere derartige Effekte bewahrt werden können. Selbst wenn sowohl die zweite Schicht 11b als auch die erste Schicht 11a entfernt sind, bleibt dennoch die lichtdurchlässige Elektrode 11 in Kontakt um den Umfang der Drahtbondingelektrode 20 herum, so daß, wenn die lichtdurchlässige Elektrode 11 auf der Drahtbondingelektrode 20 liegt, auch das Verhindern eines Lösens, die Verringerung der Auswirkung einer Musterfehlausrichtung und andere derartige Effekte bewahrt werden können.
  • Nun werden Beispiele beschrieben, welche die Elektrode für lichtemittierende Halbleitervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung betreffen.
  • Beispiel 1
  • 11 ist eine Draufsicht, welche die Anordnung der Elektrode für eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung zeigt, die ein erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung ist, und 12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 von 11. In der Zeichnung ist eine Elektrode für eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung (nachstehend auch einfach "Vorrichtungselektrode" genannt) auf einem Schichtkörper 3A angeordnet. Die Vorrichtungselektrode und der Schichtkörper 3A bilden eine lichtemittierende Vorrichtung. Die Vorrichtungselektrode umfaßt eine p-leitende Elektrode 101 und eine n-leitende Elektrode 106.
  • Der Schichtkörper 3A umfaßt ein Saphirsubstrat, auf das eine AlN-Pufferschicht, eine n-leitende GaN-Schicht, eine InGaN-Schicht, eine p-leitende AlGaN-Schicht und eine p-leitende GaN-Schicht 301 in dieser Reihenfolge beschichtet sind. Die p-leitende Elektrode 101 wurde durch das folgende Verfahren auf dem Schichtkörper 3A gebildet.
  • Zuerst wurde eine bekannte Photolithographietechnologie verwendet, um eine AuBe-Schicht 211a einer Drahtbondingelektrode 211 auf der p-leitenden GaN-Schicht 301 zu bilden.
  • Um die Drahtbondingelektrode 211 (AuBe-Schicht 211a) zu bilden, wurde zuerst der Schichtkörper 3A in eine Vakuumablagerungsvorrichtung (nicht gezeigt) gesetzt, in der AuBe, das zu Beginn 1 Gew.-% Be enthielt, zu einer Dicke von 500 nm über der gesamten Oberfläche der p-leitenden GaN-Schicht 301 bei einem Druck von 0,4 × 10–3 Pa abgelagert wurde, um dadurch einen Dünnfilm aus AuBe zu bilden. Der Schichtkörper 3A, auf den der AuBe-Dünnfilm abgelagert worden war, wurde dann aus der Vakuumablagerungsvorrichtung entfernt, und es wurde eine normale Photolithographietechnik verwendet, um ein positives Muster auf Resistbasis von einer Drahtbondingelektrode zu bilden, die einen Resist umfaßte. Dann wurde der Schichtkörper 3A in ein Au-Ätzmittel eingetaucht, um die freigelegten Abschnitte des AuBe-Dünnfilms zu entfernen, wodurch die AuBe-Schicht 211a gebildet wurde.
  • Gemäß dem folgenden Verfahren wurde eine einen zweischichtigen Aufbau aufweisende lichtdurchlässige Elektrode 111 gebildet, indem eine erste Schicht 111a aus Au auf der p-leitenden GaN-Schicht 301 gebildet wurde und eine zweite Schicht 111b aus NiO auf der ersten Schicht 111a gebildet wurde.
  • Dann wurde Photolithographie verwendet, um ein negatives Muster auf Resistbasis der lichtdurchlässigen Elektrode 111 auf dem Schichtkörper 3A zu bilden, auf dem die Drahtbondingelektrode 211 fertiggestellt worden war. Als nächstes wurde der Schichtkörper 3A in die Vakuumablagerungsvorrichtung gesetzt, in der zuerst Au mit einer Dicke von 20 nm auf der p-leitenden GaN-Schicht 301 unter einem Druck von 0,4 × 10–3 Pa gebildet wurde und dem eine Ablagerungsbildung von 10 nm aus Ni in der gleichen Vorrichtung folgte. Der Schichtkörper 3A, auf den das Au und Ni abgelagert worden waren, wurde dann aus der Vakuumablagerungsvorrichtung entfernt und durch ein gewöhnliches Lift-Off-Verfahren behan delt, um einen zweischichtigen Dünnfilm aus Au und Ni in einer gewünschten Form zu bilden.
  • Der Schichtkörper 3A wurde dann in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur von 550°C für 10 Minuten in einer Atmosphäre aus strömendem Argon, die 1% Sauerstoffgas enthielt, wärmebehandelt. Als der Schichtkörper 3A aus dem Ofen entfernt wurde, waren die beiden Dünnfilme 111a und 111b aus Au und Ni auf dem Schichtkörper 3A von einem dunklen bläulichen Grau und zeigten Lichtdurchlässigkeit. Dies war die Art und Weise, wie die zweischichtige lichtdurchlässige Elektrode 111 gebildet wurde. Diese Wärmebehandlung diente gleichzeitig als eine Wärmebehandlung, um einen ohmschen Kontakt zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode 111 und der p-leitenden GaN-Schicht 301 zu erhalten, und als eine Wärmebehandlung, um die Anhaftung zwischen der Drahtbondingelektrode 211 (AuBe-Schicht 211a) und der p-leitenden GaN-Schicht 301 zu verbessern.
  • Die derart durch das obige Verfahren hergestellte lichtdurchlässige Elektrode 111 zeigte eine Transmission von 45% im Fall von Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm. Diese Transmission wurde an einer Probe gemessen, deren Aufbau mit der hergestellten lichtdurchlässigen Elektrode 111 identisch war, die jedoch zu einer Größe ausgebildet war, die für eine Messung geeignet war.
  • Es wurde Auger-Elektronenspektroskopie (AES) verwendet, um Bestandteile in Richtung der Tiefe der lichtdurchlässigen Elektrode 111 zu analysieren. Dies zeigte, daß es keine große Differenz in der Dicke der lichtdurchlässigen Elektrode 111 zwischen vor und nach der Wärmebehandlung gab, jedoch zeigte die AES, daß von der zweiten Schicht 111b eine große Menge Sauerstoff aufgenommen wurde, was die Oxidation des Ni veranlaßte. 13 ist ein Profil in Richtung der Tiefe der jeweiligen Elemente der Elektrode, wie es durch die AES gemessen wurde.
  • Das Profil der Elektrodenzusammensetzung in Richtung der Tiefe, das in 13 gezeigt ist, zeigt, daß die zweite Schicht 111b aus einem Oxid von Ni besteht, das Ni und Sauerstoff enthält, daß die erste Schicht 111a aus Au mit einem geringen Ni-Gehalt besteht – es handelt sich also eigentlich nicht um ein erfindungsgemäßes Verfahren – und daß es einen Gradientenbereich der Zusammensetzung R1 in dem Bereich in der Nähe der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 111a und einer zweiten Schicht 111b gibt, bei dem die Sauerstoffkonzentration allmählich abnimmt, wenn man in Richtung des Substrats geht.
  • Die zweite Schicht 111b wurde unter Verwendung von Dünnfilmröntgenbeugung (XRD) bewertet, und es wurde herausgefunden, daß sie das in 14 gezeigte Spektrum aufweist. Von den Positionen der Maxima ist es bekannt, daß die Maxima P1, P2, P3 und P4 jeweils der Beugung der (111)-, (200)-, (220)- und (311)-Flächen des NiO entsprechen, was zeigt, daß die zweite Schicht 111b aus zufällig orientierten Kristallen aus NiO besteht. In dem Spektrum wurde auch ein schwaches Beugungsmaximum P6 von der (111)-Fläche des Ni detektiert. Es wurden auch Beugungsmaxima P5 und P7 von den Au-(111)- und (220)-Flächen gefunden, welche die erste Schicht 111a bilden. Dies ist so zu betrachten, als daß es anzeigt, daß es eine Anhäufung von NiO-Kristallkörnern gibt, in die eine kleine Menge Ni-Kristallkörner gemischt ist. Dadurch konnte bestätigt werden, daß die zweite Schicht 111b aus NiO und einer kleinen Menge Ni besteht.
  • Als nächstes wurde eine bekannte Photolithographietechnologie verwendet, um einen Musterresist zu bilden und somit einen Abschnitt der Drahtbondingelektrode 211 (AuBe-Schicht 211a) zu belichten. Der Schichtkörper 3A wurde dann in konzentrierte Chlorwasserstoffsäure getaucht, um den freigelegten Abschnitt der NiO-Schicht zu entfernen. Auf diese Weise wurde das NiO der zweiten Schicht 111b in einem Bereich der AuBe-Schicht 211a entfernt, wodurch die Au-Schicht freigelegt wurde, welche die erste Schicht 111a bildete.
  • Der Schichtkörper 3A wurde dann in eine Vakuumablagerungsvorrichtung gesetzt, und es wurde Vakuumablagerung auf die gleiche Art und Weise wie bei der Ablagerung der AuBe-Schicht 211a verwendet, um eine Au-Schicht mit einer Dicke von 500 nm zu bilden. Dieser Dampfabscheidungsprozeß erzeugte eine Verschmelzung mit der ersten Schicht 111a, die die Unterlage bildete, wobei das Au, das zu diesem Zeitpunkt mittels Dampf abgelagert wurde, sich mit dem Au der ersten Schicht 111a verband. Der Schichtkörper 3A wurde aus der Vorrichtung entfernt und durch eine Lift-Off-Prozedur behandelt, wodurch die Drahtbondingelektrode 211 fertiggestellt wurde, die einen Aufbau aufwies, der, von der Seite des Schichtkörpers 3A ausgehend, aus der AuBe-Schicht 211a und der Au-Schicht 211b bestand.
  • Dadurch wurde die p-leitende Elektrode 101 gebildet, welche die lichtdurchlässige Elektrode 111 und die Drahtbondingelektrode 211 umfaßt. Das Au, das für die erste Schicht 111a verwendet wurde, ist ein Metall, das einen guten ohmschen Kontakt mit der p-leitenden GaN-Schicht 301 liefert. Die Anwesenheit des NiO, das verwendet wurde, um die zweite Schicht 111b zu bilden, konnte verhindern, daß das Kugelbildungsphänomen auftrat. Die AuBe-Schicht 211a ist eine Legierung, die einen Kontakt mit hohem Widerstand mit der p-leitenden GaN-Schicht 301 bildet.
  • Dann wurde Trockenätzen verwendet, um die n-leitende GaN-Schicht des Schichtkörpers 3A teilweise freizulegen und somit eine n-leitende Elektro de 106 zu bilden, und dann wurde die n-leitende Elektrode 106 aus Al auf der freigelegten Fläche gebildet und wärmebehandelt, um einen ohmschen Kontakt der n-leitenden Elektrode 106 zu bewirken.
  • Der Wafer, der mit Vorrichtungselektroden versehen war, die p-leitende Elektroden 101 und n-leitende Elektroden 106 aufwiesen, wurde dann zu quadratischen Chips mit einer Seitenlänge von 400-μm geschnitten, die dann an einem Leitungsrahmen angebracht und mit den Leitungen verbunden wurden, um dadurch lichtemittierende Dioden zu bilden. Die lichtemittierende Diode zeigte eine Emissionsausgangsleistung von 80 μW bei 20 mA und eine Durchlaßspannung von 2,8 V. Es gab kein Abschälen der Drahtbondingelektrode 211 während des Bondingprozesses. Es wurden 16 000 Chips aus dem Wafer erhalten, der im Durchmesser 50,8 mm maß. Chips mit einer Emissionsintensität von weniger als 76 μW wurden entfernt, was zu einer Ausbeute von 98% führte.
  • Beispiel 2
  • 15 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau der Vorrichtungselektrode zeigt, die ein zweites Beispiel der vorliegenden Erfindung ist, wobei 15(a) das erste Stadium zeigt, 15(b) das zweite Stadium zeigt und 15(c) den Endzustand zeigt. Der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Beispiel ist, daß die zweischichtige Vorrichtungselektrode 112 des zweiten Beispiels als eine einschichtige Legierungsdünnfilmschicht 112m gebildet ist.
  • Die Vorrichtungselektrode 1B dieses Beispiels ist auf einem Schichtkörper 3B angeordnet, der den gleichen Aufbau wie der Schichtkörper 3A des ersten Beispiels aufweist. Die Vorrichtungselektrode 1B und der Schichtkörper 3B bilden eine lichtemittierende Vorrichtung. Die Vorrichtungs elektrode 1B umfaßt eine p-leitende Elektrode 102 und eine n-leitende Elektrode 107.
  • Das folgende Verfahren wird verwendet, um die p-Seiten-Elektrode 102 auf der p-leitenden GaN-Schicht 302 zu bilden, die auf dem Schichtkörper 3B angeordnet ist.
  • Zuerst wurde eine bekannte Photolithographietechnik verwendet, um eine 500 nm dicke AuBe-Schicht 212a von einer Drahtbondingelektrode 212 auf der p-leitenden GaN-Schicht 302 zu bilden.
  • Die Legierungsdünnfilmschicht 112m, die aus einer Legierung aus Au und Ni bestand, wurde wie folgt gerade an dem Bereich gebildet, an dem die lichtdurchlässige Elektrode 112 auf der p-leitenden GaN-Schicht 302 gebildet war (15(a)).
  • Zuerst wurde der Schichtkörper 3B in eine Vakuumablagerungsvorrichtung gesetzt, in der eine Legierung aus Au und Ni auf der p-leitenden GaN-Schicht 302 unter einem Druck von 0,4 × 10–3 Pa abgelagert wurde. Für diesen Prozeß wurden Stücke aus Au und Ni auf ein Widerstandsheizungs-Wolframboot in dem Volumenverhältnis von Au:Ni = 2:1 gesetzt. Nachdem das Boot durch den Durchgang eines Stromes erwärmt worden war, wurde bestätigt, daß das Metall geschmolzen war, und nachdem lange genug gewartet worden war, um sicherzustellen, daß die Metalle ausreichend gemischt waren, wurde der Verschluß zwischen dem Schichtkörper 3B und dem Boot geöffnet, um die Dampfabscheidung zu beginnen und eine 30 nm dicke Legierungsdünnfilmschicht 112m aus AuNi zu bilden.
  • Der Schichtkörper 3B, auf dem die Legierungsdünnfilmschicht 112m gebildet worden war, wurde dann aus der Vakuumablagerungsvorrichtung entfernt und gemäß einer gewöhnlichen Lift-Off-Prozedur behandelt, um den Legierungsdünnfilm 112m in einer gewünschten Form zu bilden, wobei auf diese Art und Weise eine einschichtige Legierungsdünnfilmschicht 112m auf der p-leitenden GaN-Schicht 302 gebildet wurde. Es wurde Dünnfilmröntgenbeugung verwendet, um zu bestätigen, daß die Legierungsdünnfilmschicht 112m aus einer AuNi-Legierung gebildet war. Die Legierungsdünnfilmschicht 112m war dunkelgrau und wies einen metallischen Glanz auf. Es wurde beinahe keine Lichtdurchlässigkeit beobachtet.
  • Der Schichtkörper 3B wurde in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur von 500°C für 10 Minuten in einer Atmosphäre aus strömendem Argon, die 20% Sauerstoffgas enthielt, wärmebehandelt. Als der Schichtkörper 3B aus dem Ofen entfernt wurde, war die Legierungsdünnfilmschicht 112m von einem dunklen bläulichen Grau und zeigte eine Lichtdurchlässigkeit, nachdem sie die lichtdurchlässige Elektrode 112 geworden war (15(b)).
  • Die derart durch das obige Verfahren hergestellte lichtdurchlässige Elektrode 112 zeigte eine Transmission von 45% in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm. Es wurden eine Messung der Transmission und die Dünnfilmröntgenbeugungsmessung, die unten beschrieben sind, unter Verwendung von lichtdurchlässigen Elektroden 112 vorgenommen, die zu einer Größe ausgebildet worden waren, die für Meßanwendungen geeignet ist.
  • Es wurde AES verwendet, um das Profil jedes Elements in Richtung der Tiefe der lichtdurchlässigen Elektrode 112 zu messen. Die Ergebnisse sind in 16 gezeigt. Es wurde herausgefunden, daß sich die lichtdurchlässige Elektrode 112 nach der Wärmebehandlung in eine erste Schicht 112a, die aus im wesentlichen reinem Au bestand, das in Kontakt mit der p-leitenden GaN-Schicht 302 stand, und in die zweite Oberflächenschicht 112b aufgespalten hatte, die aus einem Oxid von Ni bestand. Es gibt einen Gradientenbereich der Zusammensetzung R2 in dem Bereich in der Nähe der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 112a und der zweiten Schicht 112b, bei dem die Sauerstoffkonzentration allmählich abnimmt, wenn man in Richtung des Substrats geht. Es wurde auch herausgefunden, daß die erste Schicht 112a, die aus Au bestand und in Kontakt mit der p-leitenden GaN-Schicht 302 stand, im wesentlichen kein Ni enthielt. Es wurden auch Spurenmengen von Ga in der ersten Schicht 112a detektiert, was anzeigt, daß während der Anfangsphase der Wärmebehandlung das Ni eine Ga-Oxidschicht zerstörte, die auf der Oberfläche der p-leitenden GaN-Schicht 302 vorhanden war.
  • Beim Bewerten der zweiten Schicht 112b nach der Wärmebehandlung unter Verwendung der Dünnfilmröntgenbeugung wurde herausgefunden, daß die zweite Schicht 112b aus NiO und einer kleinen Menge Ni bestand.
  • Als nächstes wurde, wie bei dem ersten Beispiel, eine bekannte Photolithographietechnologie verwendet, um einen Abschnitt der zweiten Schicht 112b über der Drahtbondingelektrode 212 (AuBe-Schicht 212a) zu entfernen. Der Schichtkörper 3B wurde dann in eine Vakuumablagerungsvorrichtung gesetzt, und es wurde Vakuumablagerung verwendet, um eine Au-Schicht mit einer Dicke von 500 nm zu bilden, und dann unter Verwendung einer normalen Lift-Off-Prozedur behandelt, um dadurch eine Drahtbondingelektrode 212 fertigzustellen, die einen mehrschichtigen Aufbau aufwies, der, von der Seite des Schichtkörpers 3B ausgehend, aus einer AuBe-Schicht 212a und einer Au-Schicht 212b bestand, wodurch eine p-Seiten-Elektrode 102 gebildet wurde, die aus der lichtdurchlässigen Elektrode 112 und der Drahtbondingelektrode 212 bestand.
  • Dann wurde eine n-leitende Al-Elektrode 107 auf der freigelegten Fläche gebildet und wärmebehandelt, um einen ohmschen Kontakt der n-leitenden Elektrode 107 zu bewirken.
  • Der Wafer, der mit Vorrichtungselektroden 1B versehen war, die p-leitende Elektroden 102 und n-leitende Elektroden 107 aufwiesen, wurde dann zu Chips mit einer einer Seitenlänge von 400-μm geschnitten, die dann an einem Leitungsrahmen angebracht und mit den Leitungen verbunden wurden, um dadurch lichtemittierende Dioden zu bilden. Die lichtemittierenden Dioden zeigten jeweils eine Beleuchtungsausgangsleistung von 80 μW bei 20mA und eine Durchlaßspannung von 2,9 V. Es gab kein Abschälen der Drahtbondingelektrode 212 während des Bondingprozesses. Es wurden 16 000 Chips aus dem Wafer erhalten, der im Durchmesser 50,8 mm maß. Chips mit einer Emissionsintensität von weniger als 76 μW wurden entfernt, was zu einer Ausbeute von 98% führte.
  • Es wurden herkömmliche Vorrichtungselektroden hergestellt, und die Vorrichtungselektroden der Beispiele 1 und 2 wurden mit den herkömmlichen Vorrichtungselektroden verglichen.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Die Vorrichtungselektroden des ersten Vergleichsbeispiels waren auf einem Schichtkörper vorgesehen, der den gleichen Aufbau wie derjenige des ersten Beispiels aufwies. Zuerst wurde eine Vakuumablagerungsvorrichtung verwendet, um eine lichtdurchlässige Elektrode zu bilden, die aus einer einzigen Schicht aus Au zusammengesetzt war, deren Dicke 25 nm betrug. Der Schichtkörper wurde einer Wärmebehandlung unterzogen, die aus einem Erwärmen auf 550°C für 10 Minuten in einer Argonatmosphäre bestand, um einen ohmschen Kontakt mit einer p-leitenden GaN-Schicht zu bewirken. Im Anschluß an die Wärmebehandlung zeigte es sich, daß sich die Lichtdurchlässigkeit der Oberfläche der lichtdurchlässigen Elektrode vergrößert hatte, wobei jedoch der metallische Glanz verschwunden war. Die lichtdurchlässige Elektrode wurde mit einer Drahtbondingelektrode beschichtet. Bei lichtemittierenden Dioden, die aus diesem Halbleitersubstrat hergestellt wurden, wurde die Lichtemission nur direkt unter der Drahtbondingelektrode erzeugt, und die Lichtemission war an der Oberfläche der lichtdurchlässigen Elektrode nicht sichtbar. Eine Beobachtung durch ein optisches Mikroskop zeigte, daß der Au-Dünnfilm, der die lichtdurchlässige Elektrode bildete, kugelförmige Agglomerationen aufwies und es ihm an Kontinuität mangelte.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Die Vorrichtungselektroden des zweiten Vergleichsbeispiels waren auf einem Schichtkörper vorgesehen, der den gleichen Aufbau wie derjenige des ersten Beispiels aufwies, und es wurden die gleichen Vorgänge verwendet, um auf dem Schichtkörper eine Schicht aus Au und auf der Au-Schicht eine NiO-Schicht und dadurch eine lichtdurchlässige Elektrode mit einem zweischichtigen Aufbau zu bilden. Im Gegensatz zum ersten Vergleichsbeispiel wurde in der lichtdurchlässigen Elektrode ein Fensterabschnitt an einer Position gebildet, an der die Drahtbondingelektrode angeordnet werden sollte, wobei das Halbleitersubstrat an diesem Abschnitt freigelegt wurde. Dann wurde eine Lift-Off-Technik verwendet, um auf dem Fensterabschnitt eine mehrschichtige Drahtbondingelektrode zu bilden, die aus einer AuBe-Schicht auf der Seite des Halbleitersubstrats und einer Au-Schicht auf der AuBe-Schicht bestand. Es wurde Trockenät zen verwendet, um die n-leitende Schicht an der Stelle der Ausbildung der n-leitenden Elektrode freizulegen. Dann wurde eine n-leitende Al-Elektrode an dem freigelegten Abschnitt gebildet. Es wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt, um einen ohmschen Kontakt für die n-leitende Elektrode zu bilden.
  • Der derart mit p-leitenden und n-leitenden Elektroden ausgebildete Wafer wurde dann zu 400 μm-Quadrat-Chips geschnitten, die an einem Leitungsrahmen angebracht und mit den Leitungen verbunden wurden, um lichtemittierende Dioden zu bilden. Diese lichtemittierenden Dioden zeigten eine Beleuchtungsausgangsleistung von 50 μW bei 20 mA, die geringer als irgendeine der lichtemittierenden Dioden der Beispiele 1 bis 5 war. Mit 15,0 V war die Durchlaßspannung sehr hoch. Dies wurde durch die Metalloxidschicht bewirkt, welche die oberste Schicht der lichtdurchlässigen Elektrode bildet und als ein Hindernis zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode und der Drahtbondingelektrode wirkt.
  • Während die erfinderischen Beispiele unter Bezugnahme auf lichtemittierende Dioden beschrieben wurden, kann eine erfindungsgemäß hergestellte transparente Elektrode auch in Laserdioden verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung liefert, wie sie im vorangehenden beschrieben wurde, die folgenden Effekte.
  • Die Elektrodenausgestaltung, die eine Drahtbondingelektrode und eine lichtdurchlässige Elektrode aufweist, kann leicht gebildet werden, indem Dünnfilme unter Verwendung eines Verfahrens, wie Dampfabscheidung im Vakuum, aufgewachsen werden. Der Prozeß ist sehr einfach, wobei er nur die Dampfabscheidung des Metallmaterials umfaßt, so daß eine Bildung der Filme schnell bewirkt werden kann.
  • Die Drahtbondingelektrode kann einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen. Dies bedeutet, daß, wenn der Bereich der Drahtbondingelektrode, der in Kontakt mit dem Halbleiter steht, aus einem Material mit hohem Kontaktwiderstand gebildet wird, das keine guten Bondingeigenschaften aufweist, die Oberfläche der Drahtbondingelektrode mit einem Metall mit guten Bondingeigenschaften versehen werden kann, wodurch eine Drahtbondingelektrode mit einem hohen Kontaktwiderstand zu dem Halbleiter und guten Bondingeigenschaften verwirklicht wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung einer Anordnung, bei der die lichtdurchlässige Elektrode aus einer NiO-Schicht besteht, die auf einer Au-Schicht auf der Halbleiterseite gebildet ist. Dies macht es möglich, die Kugelbildung zu verhindern, die bei der herkömmlichen Monoschichtanordnung auftritt, und verbessert dadurch die Eigenschaften des ohmschen Kontakts zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode und der Halbleiteroberfläche und verstärkt die Verbindung dazwischen. Weil die zweite Schicht aus NiO gebildet ist, kann eine gute Lichtdurchlässigkeit verliehen werden, was zu einer lichtdurchlässigen Elektrode mit einem guten Lichtdurchlässigkeitsdurchsatz führt.
  • Die zweite Schicht, die aus NiO gebildet ist, macht es möglich, der zweiten Schicht eine gute Durchlässigkeit zu verleihen und eine ausgezeichnete Gesamtdurchlässigkeit der lichtdurchlässigen Elektrode zu verwirklichen.
  • In der lichtdurchlässigen Elektrode kann der Sauerstoffanteil allmählich von der zweiten Schicht in Richtung der ersten Schicht in dem Bereich in der Nähe der Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht und der ersten Schicht abnehmen, so daß die Zusammensetzung eine kontinuierliche Änderung von einer Zusammensetzung, die NiO ist, zu einer Zusammen setzung erfährt, die Au ist. Dies führt zu einer stärkeren Anhaftung zwischen der ersten und der zweiten Schicht.
  • Die lichtdurchlässige Elektrode kann derart gebildet sein, daß sie über einer oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode liegt. Da die lichtdurchlässige Elektrode das gesamte Äußere der Drahtbondingelektrode mit Ausnahme der unteren Oberfläche bedeckt, erzeugt dies eine Verbesserung der Anhaftung zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode und der Drahtbondingelektrode. Selbst wenn es eine geringe Anhaftung zwischen dem Au, das verwendet wird, um die lichtdurchlässige Elektrode zu bilden, und dem Material gibt, das verwendet wird, um die Drahtbondingelektrode zu bilden, kann infolgedessen ein Abschälen und Ablösen der lichtdurchlässigen Elektrode von der Drahtbondingelektrode verhindert werden.
  • Selbst wenn eine gewisse Abweichung des Musters während der Maskenausrichtung auftritt, ist auch der Kontakt zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode und der Drahtbondingelektrode nicht beeinträchtigt, weil die lichtdurchlässige Elektrode die gesamte Drahtbondingelektrode mit Ausnahme ihrer unteren Oberfläche bedeckt.
  • Weil außerdem die lichtdurchlässige Elektrode die Drahtbondingelektrode nach unten in Richtung des Halbleiters drückt, ist die Anhaftung zwischen der Drahtbondingelektrode und dem Halbleiter vergrößert, was auch verhindert, daß sich die Drahtbondingelektrode von dem Halbleiter löst. Da die lichtdurchlässige Elektrode die gesamte Drahtbondingelektrode mit Ausnahme ihrer unteren Oberfläche bedeckt, ist auch die Fläche des elektrischen Kontakts mit der ersten Schicht stark ausgedehnt. Dies verbessert die Leitfähigkeit des Stromes von der Drahtbondingelektrode in die lichtdurchlässige Elektrode bei einer entsprechenden Verringerung des Widerstandes stark, was es ermöglicht, daß verschwenderischer Energieverbrauch verringert wird.
  • Wenn die zweite Schicht der lichtdurchlässigen Elektrode aus NiO mit einer geringen Leitfähigkeit gebildet ist, fließt der Strom, der in die lichtdurchlässige Elektrode um die Drahtbondingelektrode herum eintritt, bei der herkömmlichen Anordnung nur durch den Dickenabschnitt der ersten Schicht. Weil im Gegensatz dazu die lichtdurchlässige Elektrode die gesamte Drahtbondingelektrode bedeckt, ist ein ausreichender Kontakt mit der Drahtbondingelektrode sichergestellt.
  • Die lichtdurchlässige Elektrode kann derart gebildet sein, daß sie über einem Umfang der oberen Oberfläche der Drahtbondingelektrode liegt. Dadurch kann die lichtdurchlässige Elektrode über einen freigelegten zentralen Abschnitt der Drahtbondingelektrode kontaktiert werden, oder der freigelegte Abschnitt kann mit einem Metall mit guten Bondingeigenschaften beschichtet werden. Dadurch können gute Bondingeigenschaften sichergestellt werden. Diese Anordnung macht es auch möglich, die Effekte des Verhinderns eines Abschälens der lichtdurchlässigen Elektrode der Verringerung der Auswirkung einer Musterfehlausrichtung und einer Verbesserung der Festigkeit der Anhaftung zwischen der Drahtbondingelektrode und dem Halbleiter zu bewahren.
  • Die lichtdurchlässige Elektrode kann auch derart ausgebildet werden, daß sie die gesamte obere Oberfläche der Drahtbondingelektrode bedeckt. Bei dieser Anordnung können auch die Verhinderung eines Lösens, die Verringerung der Auswirkung einer Musterfehlausrichtung, die Verbesserung der Festigkeit der Anhaftung zwischen der Drahtbondingelektrode und dem Halbleiter und andere derartige Effekte bewahrt werden.
  • Der Abschnitt der zweiten Schicht der lichtdurchlässigen Elektrode, der über der Drahtbondingelektrode liegt, kann auch entfernt sein, so daß die erste Schicht freigelegt ist. Dies ermöglicht, daß die Bondingeigenschaften verbessert werden, indem der Abschnitt mit einem Material mit guten Bondingeigenschaften beschichtet wird. Dadurch können gute Bondingeigenschaften sichergestellt werden.
  • Die obere Oberfläche der Drahtbondingelektrode kann auch so von der lichtdurchlässigen Elektrode bedeckt sein, daß der Kontakt zwischen den beiden sich über die gesamte Oberfläche erstreckt und nur die untere Oberfläche der Drahtbondingelektrode ausschließt. Dies liefert eine Hauptverbesserung bei der Anhaftung zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode und der Drahtbondingelektrode. Dadurch ist eine gute Anhaftung sichergestellt, und es verhindert auch ein Abschälen der lichtdurchlässigen Elektrode.
  • Weil die lichtdurchlässige Elektrode zudem die gesamte Drahtbondingelektrode mit Ausnahme ihrer unteren Oberfläche bedeckt, ist die Fläche des elektrischen Kontakts mit der ersten Schicht stark ausgedehnt. Dies verbessert die Leitfähigkeit des Stromes von der Drahtbondingelektrode in die lichtdurchlässige Elektrode bei einer entsprechenden Verringerung des Widerstandes stark, was es ermöglicht, daß verschwenderischer Energieverbrauch verringert wird.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer lichtdurchlässigen Elektrode bereit, das die Verwendung von Gold und Nickel zur Bildung der beiden Schichten der lichtdurchlässigen Elektrode und eine Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre umfaßt. Dies macht es leicht, das Metall der zweiten Schicht, welche die Oberflächenschicht ist, zu oxidieren, um dadurch eine Lichtdurchlässigkeit zu verleihen. Auch wird ein Teil des Metallbestandteils der zweiten Schicht in die erste Schicht eindiffundiert. Das Vorsehen der Lichtdurchlässigkeit und des ohmschen Kontaktes zwischen der ersten Schicht und dem Halbleiter kann durch eine einzige Wärmebehandlung erreicht werden.
  • Bei dem zweischichtigen Aufbau, der in einer herkömmlichen lichtdurchlässigen Elektrode verwendet wird, muß eine Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur durchgeführt werden, um eine Wanderung nach oben zur Oberfläche der Elektrodenschicht und eine Diffusion über einen weiten Bereich zu bewirken. Infolgedessen ist es schwierig, die Diffusionsreaktion beständig zu steuern und eine beständige Qualität für die ohmschen Eigenschaften und die Lichtdurchlässigkeit zu erreichen, die für die lichtdurchlässige Elektrode erforderlich sind. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Oberflächenschicht oxidiert, so daß nur ein geringer Grad an Diffusion erforderlich ist, was es möglich macht, die Diffusionsreaktion bei noch niedrigeren Temperaturen zu steuern, und sie kann somit verwendet werden, um lichtdurchlässige Elektroden mit beständiger Qualität über einen noch weiteren Bereich von Wärmebehandlungstemperaturen zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode bereit, das eine Wärmebehandlung einer Legierungsschicht aus Gold und Nickel in einer Sauerstoffatmosphäre umfaßt, um eine lichtdurchlässige Elektrode zu bilden, die zwei Schichten aufweist. Dies kann vorgenommen werden, indem zuerst eine Legierungsmonoschicht gebildet wird, und kann deshalb mit einem einfachen Prozeß erreicht werden. Ni, das mit dem Sauerstoff in der Legierungsschicht stark reagiert, kann leicht oxidiert werden, um eine Lichtdurchlässigkeit zu verleihen, und ein Teil des Ni kann verwendet werden, um Oxide zu zerstören, die an der Oberfläche des Halbleiters vorhanden sind. Das Vorse hen der Lichtdurchlässigkeit und des ohmschen Kontaktes mit dem Halbleiter kann mit einer einzigen Wärmebehandlung erreicht werden. Bei dem zweischichtigen Aufbau, der bei einer herkömmlichen lichtdurchlässigen Elektrode verwendet wurde, war es schwierig, beständige Qualitäten zu erreichen, die für eine lichtdurchlässige Elektrode erforderlich waren. Diese Erfindung kann mit nur einem geringen Grad an Diffusion durchgeführt werden, was es möglich macht, die Diffusionsreaktion bei noch niedrigeren Temperaturen zu steuern, und sie kann somit verwendet werden, um lichtdurchlässige Elektroden mit beständiger Qualität über einen noch weiteren Bereich von Wärmebehandlungstemperaturen zu erreichen.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Herstellen einer transparenten Elektrode (11), die zusammen mit einer mit der transparenten Elektrode (11) elektrisch verbundenen Drahtbondingelektrode (20) eine Elektrode (1) für ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement bildet, welche auf einer Oberfläche eines p-leitenden Verbindungshalbleiters (30) auf GaN-Basis ausgebildet ist, mit den Schritten: Ausbilden einer ersten Schicht (11a) aus Gold (Au) auf der Oberfläche des Verbindungshalbleiters (30); Ausbilden einer zweiten Schicht (11b) aus Nickel (Ni) auf der ersten Schicht (11a); und Wärmebehandeln der ersten Schicht (11a) und der zweiten Schicht (11b) in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre, um die zweite Schicht (11b) zu oxidieren, wodurch eine transparente Elektrode (11) hergestellt wird, die sich aus der ersten Schicht (11a) aus Au und der oxidierten zweiten Schicht (11b) aus NiO zusammensetzt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre eine Sauerstoffkonzentration von nicht weniger als 1 ppm aufweist.
  3. Verfahren zum Herstellen einer transparenten Elektrode (11), die zusammen mit einer mit der transparenten Elektrode (11) elektrisch verbundenen Drahtbondingelektrode (20) eine Elektrode (1) für ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement bildet, welche auf einer Oberfläche eines p-leitenden Verbindungshalbleiters (30) auf GaN-Basis ausgebildet ist, mit den Schritten: Ausbilden einer aus Gold (Au) und Nickel (Ni) bestehenden Legierungsschicht auf der Oberfläche des Halbleiters; und Wärmebehandeln der Legierungsschicht in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre, um das Nickel (Ni) zu oxidieren, wodurch eine transparente Elektrode (11) hergestellt wird, die sich aus einer ersten Schicht (11a) aus Gold (Au) und einer oxidierten zweiten Schicht (11b) aus NiO zusammensetzt, die auf der ersten Schicht (11a) ausgebildet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre eine Sauerstoffkonzentration von nicht weniger als 1 ppm aufweist.
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