JP2000294837A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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- JP2000294837A JP2000294837A JP9715499A JP9715499A JP2000294837A JP 2000294837 A JP2000294837 A JP 2000294837A JP 9715499 A JP9715499 A JP 9715499A JP 9715499 A JP9715499 A JP 9715499A JP 2000294837 A JP2000294837 A JP 2000294837A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、オーミック接触が得られると共
に、高い反射率特性が得られるようにしたフリップチッ
プタイプの窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ電極お
よび該電極を用いた発光素子を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 透光性基板上にｐ型層が表面側となるよ
うにして窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル
成長したフリップチップタイプ素子のｐ電極であって、
前記ｐ電極をＡｇ及び／またはＰｔの金属電極が１００
オングストローム以下の厚みのＮｉ金属領域を介してｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体層と接触し、且つ、前記
半導体の発光ピーク波長における反射率が３０％以上と
する。
に、高い反射率特性が得られるようにしたフリップチッ
プタイプの窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ電極お
よび該電極を用いた発光素子を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 透光性基板上にｐ型層が表面側となるよ
うにして窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル
成長したフリップチップタイプ素子のｐ電極であって、
前記ｐ電極をＡｇ及び／またはＰｔの金属電極が１００
オングストローム以下の厚みのＮｉ金属領域を介してｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体層と接触し、且つ、前記
半導体の発光ピーク波長における反射率が３０％以上と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色発光ダイオー
ド、青色発光レーザダイオード等に用いることのできる
窒化ガリウム系化合物半導体用の電極に関するもので、
特に透光性基板側から光を出射するいわゆるフリップチ
ップ型構造の場合に好適な電極に関するものである。
ド、青色発光レーザダイオード等に用いることのできる
窒化ガリウム系化合物半導体用の電極に関するもので、
特に透光性基板側から光を出射するいわゆるフリップチ
ップ型構造の場合に好適な電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、窒化ガリウム系化合物半導体［Ｇ
ａｘＡｌ１−ｘ―ｙＩｎ１−ｙＮ（但し０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）］は、青色発光素子等への応用がなされてい
る。この窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、通
常、サファイアよりなる基板の上に一般式がＧａｘＡｌ
１−ｘ―ｙＩｎ１−ｙＮ（但し０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキ
シャル層を、ＭＯＣＶＤ装置等を用いてｎ型層、ｐ型層
を積層成長させることによって得られ、その後、エッチ
ングを行なって、ｎ型電極およびｐ型電極を夫々ｎ型
層、ｐ型層上に形成する。ｎ型電極としては、例えば特
開平７−４５８６７号に記載されているＴｉを含有する
オーミック電極が用いられ、ｐ型電極としては、例えば
特開平６−２７５８６８号、特開平５−２９１６２１号
に記載されている金とＮｉおよび／またはＣｒを含む合
金が用いられている。
ａｘＡｌ１−ｘ―ｙＩｎ１−ｙＮ（但し０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）］は、青色発光素子等への応用がなされてい
る。この窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、通
常、サファイアよりなる基板の上に一般式がＧａｘＡｌ
１−ｘ―ｙＩｎ１−ｙＮ（但し０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキ
シャル層を、ＭＯＣＶＤ装置等を用いてｎ型層、ｐ型層
を積層成長させることによって得られ、その後、エッチ
ングを行なって、ｎ型電極およびｐ型電極を夫々ｎ型
層、ｐ型層上に形成する。ｎ型電極としては、例えば特
開平７−４５８６７号に記載されているＴｉを含有する
オーミック電極が用いられ、ｐ型電極としては、例えば
特開平６−２７５８６８号、特開平５−２９１６２１号
に記載されている金とＮｉおよび／またはＣｒを含む合
金が用いられている。
【０００３】図５に符号９０で示すものは、上記した従
来の窒化ガリウム系化合物半導体素子９０を示すもの
で、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ系の青色発光
素子である。このような窒化ガリウム系化合物半導体素
子９０は、例えば以下のような工程を経て製造される。
来の窒化ガリウム系化合物半導体素子９０を示すもの
で、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ系の青色発光
素子である。このような窒化ガリウム系化合物半導体素
子９０は、例えば以下のような工程を経て製造される。
【０００４】（１）ＭＯＣＶＤ装置内にサファイア基板
９１を配置し、温度約１０５０℃にてサファイア基板９
１の表面処理を行なった後、基板温度を約５１０℃まで
下げて薄膜層のＡｌＮまたはＧａＮよりなるバッファー
層９２を成長させる。 （２）基板温度を約１０２０℃としてｎ型のＧａＮ層９
３、ｎ型ＡｌＧａＮ下部クラッド層９４を成長させる。
続いて基板温度を約８００℃としてノンドープＩｎＧａ
Ｎ系活性層９５を約１００〜５００オングストロームの
厚さに成長し、次に基板温度を約１０２０℃としてｐ型
のＡｌＧａＮ上部クラッド層９６を成長させ、同温度に
てｐ型ＧａＮキャップ層９７を成長させる。 （３）ドライエッチング装置に移しｎ型のＧａＮ層９３
が露出するまで一部のエッチングを行う。続いてｐ型Ｇ
ａＮキャップ層９７の上にｐ電極９８を、ｎ型のＧａＮ
層９３の露出面にｎ電極９９をそれぞれ蒸着する。
９１を配置し、温度約１０５０℃にてサファイア基板９
１の表面処理を行なった後、基板温度を約５１０℃まで
下げて薄膜層のＡｌＮまたはＧａＮよりなるバッファー
層９２を成長させる。 （２）基板温度を約１０２０℃としてｎ型のＧａＮ層９
３、ｎ型ＡｌＧａＮ下部クラッド層９４を成長させる。
続いて基板温度を約８００℃としてノンドープＩｎＧａ
Ｎ系活性層９５を約１００〜５００オングストロームの
厚さに成長し、次に基板温度を約１０２０℃としてｐ型
のＡｌＧａＮ上部クラッド層９６を成長させ、同温度に
てｐ型ＧａＮキャップ層９７を成長させる。 （３）ドライエッチング装置に移しｎ型のＧａＮ層９３
が露出するまで一部のエッチングを行う。続いてｐ型Ｇ
ａＮキャップ層９７の上にｐ電極９８を、ｎ型のＧａＮ
層９３の露出面にｎ電極９９をそれぞれ蒸着する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の窒化ガリウム系化合物半導体素子９０は、同一面側
にｐ電極９８およびｎ電極９９が存在し、ｐ電極９８側
から光を取り出す構造のため、ｐ電極９８として透光性
電極を採用している（特開平６−３１４８２２号等参
照）。 その場合、ｐ電極を良好なオーミック接触が得
られるようにすると共に低抵抗な透光性電極とする必要
があるため、上述した金属材料を薄層に形成することが
提案されている。しかし、その場合には透光性電極を金
属層にて形成しているため、該電極で反射もしくは吸収
される光が存在し、発光した光を効率よく外部に取出し
ているものではなかった。
来の窒化ガリウム系化合物半導体素子９０は、同一面側
にｐ電極９８およびｎ電極９９が存在し、ｐ電極９８側
から光を取り出す構造のため、ｐ電極９８として透光性
電極を採用している（特開平６−３１４８２２号等参
照）。 その場合、ｐ電極を良好なオーミック接触が得
られるようにすると共に低抵抗な透光性電極とする必要
があるため、上述した金属材料を薄層に形成することが
提案されている。しかし、その場合には透光性電極を金
属層にて形成しているため、該電極で反射もしくは吸収
される光が存在し、発光した光を効率よく外部に取出し
ているものではなかった。
【０００６】そこで、いわゆるフリップチップと称され
る構造を用いて、透光性のサファイア基板９１側から光
を取出す手段が注目されている。フリップチップタイプ
の場合には、上述した窒化ガリウム系化合物半導体素子
９０と同一の素子構造であって、同一面側に設けたｐ電
極９８およびｎ電極９９に通電して発光した光が透光性
のサファイア基板９１側を通って外部に出射するため、
ｐ電極９８により遮られることがなく、高い外部取出し
効率が期待される。
る構造を用いて、透光性のサファイア基板９１側から光
を取出す手段が注目されている。フリップチップタイプ
の場合には、上述した窒化ガリウム系化合物半導体素子
９０と同一の素子構造であって、同一面側に設けたｐ電
極９８およびｎ電極９９に通電して発光した光が透光性
のサファイア基板９１側を通って外部に出射するため、
ｐ電極９８により遮られることがなく、高い外部取出し
効率が期待される。
【０００７】しかしながら、上述した電極材料を用いた
場合には、電極による反射率が低く、高い外部取出し効
率が得られなかった。例えば、上述したｐ電極９８とし
てＮｉを１０オングストロームの厚みで形成した後にＡ
ｕを２５００オングストローム形成させて合金化処理を
施したｐ電極を用いた場合には、図５のような反射特性
を示し、発光ピーク波長である４７０ｎｍでの反射率は
約２０％程度であり、外部取出し効率の高いフリップチ
ップタイプの窒化ガリウム系化合物半導体素子を得るこ
とは困難である。
場合には、電極による反射率が低く、高い外部取出し効
率が得られなかった。例えば、上述したｐ電極９８とし
てＮｉを１０オングストロームの厚みで形成した後にＡ
ｕを２５００オングストローム形成させて合金化処理を
施したｐ電極を用いた場合には、図５のような反射特性
を示し、発光ピーク波長である４７０ｎｍでの反射率は
約２０％程度であり、外部取出し効率の高いフリップチ
ップタイプの窒化ガリウム系化合物半導体素子を得るこ
とは困難である。
【０００８】本発明は、以上の点から、高い外部取出し
効率を得るようにすると共に、オーミック特性に優れた
窒化ガリウム系化合物半導体素子の電極材料を提供する
ことを目的としている。
効率を得るようにすると共に、オーミック特性に優れた
窒化ガリウム系化合物半導体素子の電極材料を提供する
ことを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明の実
施態様によれば、透光性基板上にｐ型層が表面側となる
ようにして窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャ
ル成長し、該半導体の前記ｐ型層側にｐ電極とｎ電極を
配設して透光性基板側から光を取出すフリップチップタ
イプの窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ電極であっ
て、ｐ電極をＡｇ及び／またはＰｔの金属電極が１００
オングストローム以下の厚みのＮｉ金属領域を介してｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体層と接触し、且つ、前記
半導体の発光ピーク波長における反射率が３０％以上と
することにより、達成される。
施態様によれば、透光性基板上にｐ型層が表面側となる
ようにして窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャ
ル成長し、該半導体の前記ｐ型層側にｐ電極とｎ電極を
配設して透光性基板側から光を取出すフリップチップタ
イプの窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ電極であっ
て、ｐ電極をＡｇ及び／またはＰｔの金属電極が１００
オングストローム以下の厚みのＮｉ金属領域を介してｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体層と接触し、且つ、前記
半導体の発光ピーク波長における反射率が３０％以上と
することにより、達成される。
【００１０】この態様では、ｐ電極の反射率を高めるこ
とができ、フリップチップタイプの窒化ガリウム系化合
物半導体素子の外部取出し効率を大幅に向上させること
ができる。
とができ、フリップチップタイプの窒化ガリウム系化合
物半導体素子の外部取出し効率を大幅に向上させること
ができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図１から図４を参照しながら、詳細に説明する。尚、
以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例である
から、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、
本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定
する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもの
ではない。
を図１から図４を参照しながら、詳細に説明する。尚、
以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例である
から、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、
本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定
する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもの
ではない。
【００１２】図１は、本発明により製造されたフリップ
チップタイプの窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１
０を、外部給電端子１２を設けた基体１３に導電性材料
１１で取付けた状態を示しており、図２はｐ電極８の一
例を拡大して示している。また、該窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子１０は、サファイアよりなる基板１の
上に一般式がＧａｘＡｌ１−ｘ―ｙＩｎ１−ｙＮ（但し
０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化ガリウム系化
合物半導体のエピタキシャル層を、ＭＯＣＶＤ装置等を
用いて積層成長して、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ
系の素子構造とした、青色発光素子の場合について示し
ている。
チップタイプの窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１
０を、外部給電端子１２を設けた基体１３に導電性材料
１１で取付けた状態を示しており、図２はｐ電極８の一
例を拡大して示している。また、該窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子１０は、サファイアよりなる基板１の
上に一般式がＧａｘＡｌ１−ｘ―ｙＩｎ１−ｙＮ（但し
０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化ガリウム系化
合物半導体のエピタキシャル層を、ＭＯＣＶＤ装置等を
用いて積層成長して、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ
系の素子構造とした、青色発光素子の場合について示し
ている。
【００１３】サファイア基板１上にＧａＮよりなるバッ
ファー層２、ｎ型のＧａＮ層３、ノンドープＩｎＧａＮ
系層５、ｐ型のＡｌＧａＮ系層６、ｐ型ＧａＮキャップ
層７を順に成長させており、ｐ型ＧａＮキャップ層７の
上にｐ電極８を、ｎ型のＧａＮ層９３のエッチングによ
る露出面にｎ電極９をそれぞれ形成している。
ファー層２、ｎ型のＧａＮ層３、ノンドープＩｎＧａＮ
系層５、ｐ型のＡｌＧａＮ系層６、ｐ型ＧａＮキャップ
層７を順に成長させており、ｐ型ＧａＮキャップ層７の
上にｐ電極８を、ｎ型のＧａＮ層９３のエッチングによ
る露出面にｎ電極９をそれぞれ形成している。
【００１４】本発明においては、ｐ型ＧａＮキャップ層
と接触するｐ電極８を反射率が高く、且つオーミック特
性に優れた電極材料としている点が従来と異なる。具体
的には、ｐ電極８として厚みが１０オングストローム以
下の厚みのＮｉ金属領域８ａを介してＡｇ金属電極８ｂ
とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７とを接触させた
場合には、従来のＮｉ−Ａｕ電極に比べて約３．５倍の
高い反射率を示し、該ｐ電極８を設けた半導体発光素子
は従来のＮｉ−Ａｕ電極を用いた素子に比べて約３倍の
発光出力が得られる。同じく、厚みが１０オングストロ
ーム以下の厚みのＮｉ金属領域８ａを介してＰｔ金属電
極８ｂとｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７とを接触
させた場合には、約２．５倍の反射率と約２倍の発光出
力が得られる。
と接触するｐ電極８を反射率が高く、且つオーミック特
性に優れた電極材料としている点が従来と異なる。具体
的には、ｐ電極８として厚みが１０オングストローム以
下の厚みのＮｉ金属領域８ａを介してＡｇ金属電極８ｂ
とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７とを接触させた
場合には、従来のＮｉ−Ａｕ電極に比べて約３．５倍の
高い反射率を示し、該ｐ電極８を設けた半導体発光素子
は従来のＮｉ−Ａｕ電極を用いた素子に比べて約３倍の
発光出力が得られる。同じく、厚みが１０オングストロ
ーム以下の厚みのＮｉ金属領域８ａを介してＰｔ金属電
極８ｂとｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７とを接触
させた場合には、約２．５倍の反射率と約２倍の発光出
力が得られる。
【００１５】Ｎｉ金属領域８ａの厚みを３〜１０オング
ストロームとし、ＡｇもしくはＰｔ金属領域８ｂの厚み
を２５００オングストローム以上とすると、Ｎｉ金属領
域８ａの反射成分が占める割合が低くなると同時に、Ａ
ｇ等による反射成分の割合が高くなって、最も効果的な
反射オーミック電極が得られる。Ｎｉ金属領域の厚みを
それよりも厚くして形成するとＮｉによる反射成分が増
加し、反射率が低下してくるため、Ｎｉ金属領域８ａの
厚みが１００オングストロームを超えるたものは実用的
ではない。さらに、Ｎｉ金属領域８ａが存在しないとｐ
電極８が剥がれる問題が発生し易くなるので、５〜１０
オングストロームの厚みのＮｉ金属領域を設けることが
最適である。
ストロームとし、ＡｇもしくはＰｔ金属領域８ｂの厚み
を２５００オングストローム以上とすると、Ｎｉ金属領
域８ａの反射成分が占める割合が低くなると同時に、Ａ
ｇ等による反射成分の割合が高くなって、最も効果的な
反射オーミック電極が得られる。Ｎｉ金属領域の厚みを
それよりも厚くして形成するとＮｉによる反射成分が増
加し、反射率が低下してくるため、Ｎｉ金属領域８ａの
厚みが１００オングストロームを超えるたものは実用的
ではない。さらに、Ｎｉ金属領域８ａが存在しないとｐ
電極８が剥がれる問題が発生し易くなるので、５〜１０
オングストロームの厚みのＮｉ金属領域を設けることが
最適である。
【００１６】また、ＡｇもしくはＰｔ金属領域８ｂの厚
さは、５００オングストロームよりも薄くすると、透過
量が増えて良好な反射膜とならなくなってくるため、少
なくとも１０００オングストローム以上、好ましくは２
５００オングストローム以上の厚さとすると良い。
さは、５００オングストロームよりも薄くすると、透過
量が増えて良好な反射膜とならなくなってくるため、少
なくとも１０００オングストローム以上、好ましくは２
５００オングストローム以上の厚さとすると良い。
【００１７】以下、本発明の該窒化ガリウム系化合物半
導体素子１０について、その製造方法に沿って具体的な
実施例について説明する。
導体素子１０について、その製造方法に沿って具体的な
実施例について説明する。
【００１８】（実施例１）サファイア基板１を用意し、
ＭＯＣＶＤ装置内にセットする。基板温度を約１０５０
℃としてサファイア基板１の表面処理を行なった後、基
板温度を約５１０℃としてＧａＮよりなるバッファー層
２を成長させる。続いて、基板温度を約１０２０℃とし
てｎ型のＧａＮ層３およびｎ型ＧａＮ下部クラッド層４
を合わせて２００００オングストローム、基板温度を約
８００℃としてノンドープＩｎＧａＮ系活性層５を約２
００オングストローム、基板温度を約１０２０℃として
ｐ型のＡｌＧａＮ上部クラッド層６を１０００オングス
トローム成長させ、最後に同温度にてｐ型ＧａＮキャッ
プ層７を２５００オングストローム成長させる。
ＭＯＣＶＤ装置内にセットする。基板温度を約１０５０
℃としてサファイア基板１の表面処理を行なった後、基
板温度を約５１０℃としてＧａＮよりなるバッファー層
２を成長させる。続いて、基板温度を約１０２０℃とし
てｎ型のＧａＮ層３およびｎ型ＧａＮ下部クラッド層４
を合わせて２００００オングストローム、基板温度を約
８００℃としてノンドープＩｎＧａＮ系活性層５を約２
００オングストローム、基板温度を約１０２０℃として
ｐ型のＡｌＧａＮ上部クラッド層６を１０００オングス
トローム成長させ、最後に同温度にてｐ型ＧａＮキャッ
プ層７を２５００オングストローム成長させる。
【００１９】窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル層
を成長させた基板１をドライエッチング装置に移し、一
部分をｎ型のＧａＮ層３が露出するまでエッチングを行
う。次にエッチングにより露出させたｎ型のＧａＮ層３
の表面に、チタン（Ｔｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）
を膜厚モニター値でそれぞれ２５０オングストローム、
１００００オングストロームの厚みとなるように連続し
て蒸着してｎ電極９を形成する。
を成長させた基板１をドライエッチング装置に移し、一
部分をｎ型のＧａＮ層３が露出するまでエッチングを行
う。次にエッチングにより露出させたｎ型のＧａＮ層３
の表面に、チタン（Ｔｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）
を膜厚モニター値でそれぞれ２５０オングストローム、
１００００オングストロームの厚みとなるように連続し
て蒸着してｎ電極９を形成する。
【００２０】同様に窒化ガリウム系半導体エピタキシャ
ル層の、前記したｎ型ＧａＮ層３を露出させた部分以外
の最表面側ｐ型ＧａＮキャップ層７のほぼ全表面上にｐ
電極８を形成する。ｐ電極８は、ｐ型ＧａＮキャップ層
７側から順にニッケル（Ｎｉ）および銀（Ａｇ）を膜厚
モニター値でそれぞれ１０オングストローム、２５００
オングストロームとなるようにして蒸着した。その後、
窒素雰囲気内にて５００〜６００℃の温度で約６０秒
間、素子１０全体を加熱してｐ電極８を合金化してオー
ミック電極とした。また、ｐ電極については反射率測定
用のサファイア基板１上にも同時に作成した。
ル層の、前記したｎ型ＧａＮ層３を露出させた部分以外
の最表面側ｐ型ＧａＮキャップ層７のほぼ全表面上にｐ
電極８を形成する。ｐ電極８は、ｐ型ＧａＮキャップ層
７側から順にニッケル（Ｎｉ）および銀（Ａｇ）を膜厚
モニター値でそれぞれ１０オングストローム、２５００
オングストロームとなるようにして蒸着した。その後、
窒素雰囲気内にて５００〜６００℃の温度で約６０秒
間、素子１０全体を加熱してｐ電極８を合金化してオー
ミック電極とした。また、ｐ電極については反射率測定
用のサファイア基板１上にも同時に作成した。
【００２１】（実施例２）サファイア基板１の上に、実
施例１と同一条件にて窒化ガリウム系化合物半導体をエ
ピタキシャル成長させ、その一部をエッチングしてｎ型
ＧａＮ層３を露出させ、Ｔｉ−Ａｌからなるｎ電極９お
よびＮｉ−Ａｇからなるｐ電極８を形成し、熱処理を施
した。さらに、このｐ電極８の上に外部電極端子１２と
の接続性を向上させるための上部ｐ電極層８１としてチ
タン（Ｔｉ）層８１ａを４００オングストローム、金
（Ａｕ）層８１ｂを７０００オングストロームの厚さで
蒸着した。図２はこのようにして作成した窒化ガリウム
系半導体素子１０のｐ電極８を拡大して示すものであ
る。なお、符号８ａはニッケル層、８ｂはＡｇ層を示す
が、熱処理により合金化を図っているので、その境界部
を中心に合金領域が形成されている。
施例１と同一条件にて窒化ガリウム系化合物半導体をエ
ピタキシャル成長させ、その一部をエッチングしてｎ型
ＧａＮ層３を露出させ、Ｔｉ−Ａｌからなるｎ電極９お
よびＮｉ−Ａｇからなるｐ電極８を形成し、熱処理を施
した。さらに、このｐ電極８の上に外部電極端子１２と
の接続性を向上させるための上部ｐ電極層８１としてチ
タン（Ｔｉ）層８１ａを４００オングストローム、金
（Ａｕ）層８１ｂを７０００オングストロームの厚さで
蒸着した。図２はこのようにして作成した窒化ガリウム
系半導体素子１０のｐ電極８を拡大して示すものであ
る。なお、符号８ａはニッケル層、８ｂはＡｇ層を示す
が、熱処理により合金化を図っているので、その境界部
を中心に合金領域が形成されている。
【００２２】（実施例３）ｐ電極８としてＮｉ−Ａｇで
はなく、ｐ型層７側から順にニッケル（Ｎｉ）を１０オ
ングストローム、白金（Ｐｔ）を２５００オングストロ
ームとなるようにして蒸着した以外は、実施例１と同一
条件にて窒化ガリウム系半導体発光素子１０を作成し
た。
はなく、ｐ型層７側から順にニッケル（Ｎｉ）を１０オ
ングストローム、白金（Ｐｔ）を２５００オングストロ
ームとなるようにして蒸着した以外は、実施例１と同一
条件にて窒化ガリウム系半導体発光素子１０を作成し
た。
【００２３】（比較例）ｐ電極９８としてｐ型層９７側
から順にニッケル（Ｎｉ）を１４０オングストローム、
金（Ａｕ）を７０００オングストロームとなるようにし
て蒸着した以外は、実施例１と同一条件にて図１に示す
窒化ガリウム系半導体発光素子１０と同一構成の素子を
作成した。
から順にニッケル（Ｎｉ）を１４０オングストローム、
金（Ａｕ）を７０００オングストロームとなるようにし
て蒸着した以外は、実施例１と同一条件にて図１に示す
窒化ガリウム系半導体発光素子１０と同一構成の素子を
作成した。
【００２４】実施例１〜３および比較例にて作成したｐ
電極材料の反射率を測定した。各々の電極材料はサファ
イア基板上にｐ電極形成時に同時に蒸着した測定用試料
を用い、サファイア基板側から金属電極材料に向かって
測定光を入射させて反射率を測定した。図３は、島津製
作所製のＵＶ−３１００分光器を用い、サファイア基板
のみの反射率を差し引いた電極材料の反射率の測定結果
を示す。窒化ガリウム系半導体発光素子１０の発光ピー
ク波長４７０ｎｍにおいて、比較例の場合には約２０％
であるのに対し、実施例１および実施例２の場合には約
７０．９％、実施例３の場合で約５０．９％であり、そ
れぞれ約３．５倍、約２．５倍の大幅な反射率の向上が
見られた。
電極材料の反射率を測定した。各々の電極材料はサファ
イア基板上にｐ電極形成時に同時に蒸着した測定用試料
を用い、サファイア基板側から金属電極材料に向かって
測定光を入射させて反射率を測定した。図３は、島津製
作所製のＵＶ−３１００分光器を用い、サファイア基板
のみの反射率を差し引いた電極材料の反射率の測定結果
を示す。窒化ガリウム系半導体発光素子１０の発光ピー
ク波長４７０ｎｍにおいて、比較例の場合には約２０％
であるのに対し、実施例１および実施例２の場合には約
７０．９％、実施例３の場合で約５０．９％であり、そ
れぞれ約３．５倍、約２．５倍の大幅な反射率の向上が
見られた。
【００２５】また、実施例１〜３および比較例にて作成
したｐ電極のオーミック特性についても測定した。図４
に電流電圧特性を示す。図４（ａ）は実施例１および実
施例２の場合、図４（ｂ）は実施例３の場合、図４
（ｃ）は比較例の場合である。この図に示すようにいず
れの材料でもオーミック接触が得られ、実施例１および
実施例２の場合がもっとも良好なオーミック接触を示し
ている。
したｐ電極のオーミック特性についても測定した。図４
に電流電圧特性を示す。図４（ａ）は実施例１および実
施例２の場合、図４（ｂ）は実施例３の場合、図４
（ｃ）は比較例の場合である。この図に示すようにいず
れの材料でもオーミック接触が得られ、実施例１および
実施例２の場合がもっとも良好なオーミック接触を示し
ている。
【００２６】さらに、窒化ガリウム系半導体発光素子を
フリップチップタイプにて接続して、樹脂封止を行わず
に積分球内にて同一条件で発光させて光出力を測定した
ところ、実施例１および実施例２の素子は、比較例の素
子に対し約３倍の出力が得られた。
フリップチップタイプにて接続して、樹脂封止を行わず
に積分球内にて同一条件で発光させて光出力を測定した
ところ、実施例１および実施例２の素子は、比較例の素
子に対し約３倍の出力が得られた。
【００２７】また、実施例１に比べ実施例２のｐ電極構
造とした素子の方が、外部給電端子１２とフリップチッ
プ接続した際の寿命特性が良好であった。これは、導電
性材料１１と接触する側の表面がＡｕを主成分とするｐ
電極表面となっていることで、導電性材料１１との密着
性が向上したものと思われる。特に、導電性材料１１と
して半田を主成分とするものを用いた場合に、Ａｕ層を
表面に設けることで顕著に寿命特性が向上する。
造とした素子の方が、外部給電端子１２とフリップチッ
プ接続した際の寿命特性が良好であった。これは、導電
性材料１１と接触する側の表面がＡｕを主成分とするｐ
電極表面となっていることで、導電性材料１１との密着
性が向上したものと思われる。特に、導電性材料１１と
して半田を主成分とするものを用いた場合に、Ａｕ層を
表面に設けることで顕著に寿命特性が向上する。
【００２８】なお、実施例２においては上部ｐ電極層８
１としてチタン（Ｔｉ）層８１ａおよび金（Ａｕ）層８
１ｂを積層し、熱処理を施していない。Ｎｉ、Ａｇ、Ｔ
ｉ、Ａｕを連続して積層した後に熱処理を実施して合金
化させるものとしても良いが、その場合には反射面が粗
面化する傾向があり、反射率が５％程度低下する場合が
あった。したがって、Ａｕを最表面とする上部ｐ電極層
８１を設ける場合には、ｐ型窒化ガリウム系半導体発光
層と接触するｐ電極部の熱処理を行なった後に、形成す
ることが好ましい。また、上部ｐ電極層８１は最表面側
をＡｕとし、ＴｉのかわりにＮｉを用いてｐ電極８の上
に形成するものでもよく、Ａｕ上部電極層８１ｂの厚み
を５０００オングストローム以上、ＴｉもしくはＮｉ上
部電極層８１ａの厚みを１０００オングストローム以下
とすることが好ましい。
１としてチタン（Ｔｉ）層８１ａおよび金（Ａｕ）層８
１ｂを積層し、熱処理を施していない。Ｎｉ、Ａｇ、Ｔ
ｉ、Ａｕを連続して積層した後に熱処理を実施して合金
化させるものとしても良いが、その場合には反射面が粗
面化する傾向があり、反射率が５％程度低下する場合が
あった。したがって、Ａｕを最表面とする上部ｐ電極層
８１を設ける場合には、ｐ型窒化ガリウム系半導体発光
層と接触するｐ電極部の熱処理を行なった後に、形成す
ることが好ましい。また、上部ｐ電極層８１は最表面側
をＡｕとし、ＴｉのかわりにＮｉを用いてｐ電極８の上
に形成するものでもよく、Ａｕ上部電極層８１ｂの厚み
を５０００オングストローム以上、ＴｉもしくはＮｉ上
部電極層８１ａの厚みを１０００オングストローム以下
とすることが好ましい。
【００２９】したがって、ｐ型窒化ガリウム系半導体層
側から表面側にかけての層厚方向のｐ電極の構成は、Ｎ
ｉ成分についてはｐ型窒化ガリウム系半導体層側が増加
すると共に、その上にＡｇもしくはＰｔ成分が存在する
ものとし、更に好ましくは、最表面をＡｕとし、その下
にＴｉもしくはＮｉ領域とした上部電極層を設けること
が好ましい。
側から表面側にかけての層厚方向のｐ電極の構成は、Ｎ
ｉ成分についてはｐ型窒化ガリウム系半導体層側が増加
すると共に、その上にＡｇもしくはＰｔ成分が存在する
ものとし、更に好ましくは、最表面をＡｕとし、その下
にＴｉもしくはＮｉ領域とした上部電極層を設けること
が好ましい。
【００３０】また、一般的にはＮｉ−Ａｕ電極に比べＮ
ｉ−Ａｇ電極の方が仕事関数が低く、障壁が高いと考え
られる。しかし、実施例１と同一条件にて積層形成した
Ｎｉ−Ａｇ電極を窒素雰囲気下において、３００〜８０
０℃の温度範囲で、熱処理時間を１０秒〜１２０秒の範
囲に変化させて接触抵抗を測定したところ、５００℃で
３０秒以上、６００℃で２０秒以上、７００℃で１０秒
以上の場合においてオーミック接触が得られ、５００℃
で６０秒の熱処理を施した場合に３．４２×１０−３Ω
／ｃｍ２という低い接触抵抗率が得られた。この原因は
定かではないが、一般的なＮｉ−Ａｕ電極の場合の１０
−２〜１０−３Ω／ｃｍ２よりも約１桁低い値もしくは
同等の接触抵抗を示し、発光素子のＶｆ低下に寄与す
る。したがって、低い接触抵抗率を得るために５００〜
６００℃で４５〜９０秒の熱処理を施すことが好まし
い。
ｉ−Ａｇ電極の方が仕事関数が低く、障壁が高いと考え
られる。しかし、実施例１と同一条件にて積層形成した
Ｎｉ−Ａｇ電極を窒素雰囲気下において、３００〜８０
０℃の温度範囲で、熱処理時間を１０秒〜１２０秒の範
囲に変化させて接触抵抗を測定したところ、５００℃で
３０秒以上、６００℃で２０秒以上、７００℃で１０秒
以上の場合においてオーミック接触が得られ、５００℃
で６０秒の熱処理を施した場合に３．４２×１０−３Ω
／ｃｍ２という低い接触抵抗率が得られた。この原因は
定かではないが、一般的なＮｉ−Ａｕ電極の場合の１０
−２〜１０−３Ω／ｃｍ２よりも約１桁低い値もしくは
同等の接触抵抗を示し、発光素子のＶｆ低下に寄与す
る。したがって、低い接触抵抗率を得るために５００〜
６００℃で４５〜９０秒の熱処理を施すことが好まし
い。
【００３１】上述した実施形態においては、ＡｌＧａＮ
／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ系の素子構造とした窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子を示しているが、これに限ら
ず、ＳＱＷ、ＭＱＷ等の構造、他の組成のものであって
もよい。また、サファイア基板１ではなく、他の透光性
基板を用いるものであってもよい。
／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ系の素子構造とした窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子を示しているが、これに限ら
ず、ＳＱＷ、ＭＱＷ等の構造、他の組成のものであって
もよい。また、サファイア基板１ではなく、他の透光性
基板を用いるものであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、フ
リップチップタイプの窒化ガリウム系半導体発光素子の
ｐ電極を、良好なオーミック特性と高い反射率を満足す
る電極とすることができる。これにより、フリップチッ
プタイプの窒化ガリウム系半導体発光素子の光取出し効
率を向上させ、明るい発光素子を得ることができる。ま
た、電極面積を大きくとることができるため、放熱特性
に優れた素子とすることもできる。
リップチップタイプの窒化ガリウム系半導体発光素子の
ｐ電極を、良好なオーミック特性と高い反射率を満足す
る電極とすることができる。これにより、フリップチッ
プタイプの窒化ガリウム系半導体発光素子の光取出し効
率を向上させ、明るい発光素子を得ることができる。ま
た、電極面積を大きくとることができるため、放熱特性
に優れた素子とすることもできる。
【図１】本発明のフリップチップタイプの窒化ガリウム
系化合物半導体素子を説明するための概略断面図であ
る。
系化合物半導体素子を説明するための概略断面図であ
る。
【図２】本発明のｐ電極の一実施例を説明するための要
部断面図である。
部断面図である。
【図３】本発明のｐ電極の反射率スペクトルを示す説明
図である。
図である。
【図４】本発明のｐ電極の電流電圧特性を示す説明図で
ある。
ある。
【図５】従来の窒化ガリウム系化合物半導体を説明する
ための概略断面図である。
ための概略断面図である。
【図６】従来のｐ電極の反射率スペクトルを示す説明図
である。
である。
１、９１ サファイア基板 ２、９２ バッファー層 ３、９３ ｎ型のＧａＮ層 ５、９５ ノンドープＩｎＧａＮ系層 ６、９６ ｐ型のＡｌＧａＮ系層 ７、９７ ｐ型ＧａＮキャップ層 ８、９８ ｐ電極 ９、９９ ｎ電極 １０、９０ 窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子 １１ 導電性材料 １２ 外部給電端子 １３ 基体 ８１ 上部ｐ電極層
子 １１ 導電性材料 １２ 外部給電端子 １３ 基体 ８１ 上部ｐ電極層
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA21 CA13 CA34 CA40 CA65 CA73 CA74 CA83 CA92 CA98 DA09 5F073 AB16 CA07 CB05 CB22 CB23 DA05 DA16 DA30 DA35 EA29 FA30
Claims (4)
- 【請求項１】 透光性基板上にｐ型層が表面側となるよ
うにして窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル
成長し、該半導体の前記ｐ型層側にｐ電極とｎ電極を配
設して透光性基板側から光を取出すフリップチップタイ
プの窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ電極であっ
て、 前記ｐ電極は、Ａｇ及び／またはＰｔの金属電極が１０
０オングストローム以下の厚みのＮｉ金属領域を介して
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層と接触し、且つ、前
記半導体の発光ピーク波長における反射率が３０％以上
であることを特徴とする、窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子のｐ電極。 - 【請求項２】 前記Ａｇ及び／またはＰｔの金属電極
は、Ｎｉ金属領域と合金化されており、前記ｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層に近づくにしたがってＡｇ及び
／またはＰｔの含有量が少なくなっていることを特徴と
する、請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子のｐ電極。 - 【請求項３】 前記ｐ電極の最表面側には、Ａｕ層がＴ
ｉ層またはＮｉ層を介して設けられていることを特徴と
する、請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子のｐ電極。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
のｐ電極を、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の略全
面に形成したことを特徴とするフリップチップタイプの
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9715499A JP2000294837A (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9715499A JP2000294837A (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294837A true JP2000294837A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14184663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9715499A Pending JP2000294837A (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000294837A (ja) |
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