JP2001144324A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法Info
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- H01L2224/49107—Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層があり、ｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層の上に透光性薄膜金属電極が
形成されており、ｐ型側から発光を観測する窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子において、透光性薄膜金属電
極を形成する際に基板温度を上げて形成すると、金属が
凝集して均一な薄膜電極を形成することができない。 【解決手段】 透光性薄膜金属電極を形成する際に基板
温度を１０〜１００℃に保って、形成する。
とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層があり、ｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層の上に透光性薄膜金属電極が
形成されており、ｐ型側から発光を観測する窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子において、透光性薄膜金属電
極を形成する際に基板温度を上げて形成すると、金属が
凝集して均一な薄膜電極を形成することができない。 【解決手段】 透光性薄膜金属電極を形成する際に基板
温度を１０〜１００℃に保って、形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、黄色から紫外領域
で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子とそ
の製造方法に係わり、特に、発光観測面上に透光性薄膜
金属電極とｐ型ボンディング電極が形成されている窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子とそ
の製造方法に係わり、特に、発光観測面上に透光性薄膜
金属電極とｐ型ボンディング電極が形成されている窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
おいては、一般に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
表面を発光観測面としている。しかしながら、ｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層は、高い抵抗を有しているた
め、電流を拡げることが困難であった。そのため、発光
観測面全面に電流を拡げるために透光性の薄膜金属電極
を形成している窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が
提案されている（例えば、特開平７−９４７８２号公
報）。
おいては、一般に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
表面を発光観測面としている。しかしながら、ｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層は、高い抵抗を有しているた
め、電流を拡げることが困難であった。そのため、発光
観測面全面に電流を拡げるために透光性の薄膜金属電極
を形成している窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が
提案されている（例えば、特開平７−９４７８２号公
報）。
【０００３】本従来例素子の構成は図５に示すように、
基板１（本従来例ではサファイア）、ｎ型窒化ガリウム
系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体活性
層３、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４、透光性薄
膜金属電極５、ｐ型ボンディング電極６、ｎ型電極７か
ら構成されている。本従来例素子では半導体層上に金属
電極を形成する場合、半導体層と金属の密着性を向上さ
せるために半導体層のウェハーまたはウェハーホルダー
等を１００℃を超える温度にまで加熱しながら透光性薄
膜金属電極５をウェハー表面に蒸着形成していた。
基板１（本従来例ではサファイア）、ｎ型窒化ガリウム
系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体活性
層３、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４、透光性薄
膜金属電極５、ｐ型ボンディング電極６、ｎ型電極７か
ら構成されている。本従来例素子では半導体層上に金属
電極を形成する場合、半導体層と金属の密着性を向上さ
せるために半導体層のウェハーまたはウェハーホルダー
等を１００℃を超える温度にまで加熱しながら透光性薄
膜金属電極５をウェハー表面に蒸着形成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体層４表面上に透光性薄膜金属電極５を形
成する際、ウェハーまたはウェハーホルダー等を加熱し
ながら形成すると、金属の平均膜厚が７ｎｍ以下と非常
に薄いことと、ｐ型窒化物半導体層表面ではＧａとＮの
結合が強いために、その上に形成される金属との結合が
進みにくく、ウェハー表面で均一な膜厚で透光性薄膜金
属電極５が形成されず、自然と透光性薄膜金属電極５が
凝集し、粒状または島状に形成されていることが分かっ
た。
系化合物半導体層４表面上に透光性薄膜金属電極５を形
成する際、ウェハーまたはウェハーホルダー等を加熱し
ながら形成すると、金属の平均膜厚が７ｎｍ以下と非常
に薄いことと、ｐ型窒化物半導体層表面ではＧａとＮの
結合が強いために、その上に形成される金属との結合が
進みにくく、ウェハー表面で均一な膜厚で透光性薄膜金
属電極５が形成されず、自然と透光性薄膜金属電極５が
凝集し、粒状または島状に形成されていることが分かっ
た。
【０００５】このため、透光性薄膜金属電極５自身の横
方向の抵抗が増加し、発光素子の順方向電圧が増大する
とともに、電流が透光性薄膜金属電極５の凝集に対応し
て透光性薄膜金属電極５が厚く形成された部分に集中的
に流れ、このことより発光も不均一になり、ひいては発
光素子の信頼性も低下させるという問題があった。これ
は、窒化ガリウム系半導体発光素子では、窒化ガリウム
系化合物半導体活性層３での少数キャリアの拡散長が１
０〜１００ｎｍ程度と、透光性薄膜金属電極５の凝集し
た島のサイズ（数μｍ）と比べて小さいために生ずる問
題である。
方向の抵抗が増加し、発光素子の順方向電圧が増大する
とともに、電流が透光性薄膜金属電極５の凝集に対応し
て透光性薄膜金属電極５が厚く形成された部分に集中的
に流れ、このことより発光も不均一になり、ひいては発
光素子の信頼性も低下させるという問題があった。これ
は、窒化ガリウム系半導体発光素子では、窒化ガリウム
系化合物半導体活性層３での少数キャリアの拡散長が１
０〜１００ｎｍ程度と、透光性薄膜金属電極５の凝集し
た島のサイズ（数μｍ）と比べて小さいために生ずる問
題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子は、基板上に、ｎ型窒化ガリウム
系化合物半導体層とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
を含む積層構造が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層を発光観測面とする窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
層表面に、連続的な透光性薄膜金属電極を有することを
特徴とする。
化合物半導体発光素子は、基板上に、ｎ型窒化ガリウム
系化合物半導体層とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
を含む積層構造が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層を発光観測面とする窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
層表面に、連続的な透光性薄膜金属電極を有することを
特徴とする。
【０００７】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子は、前記透光性薄膜金属電極は、前記ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層とオーミック性接触を形成し、か
つ抵抗率が１０-4〜１０-5Ωｃｍであることを特徴とす
る。
素子は、前記透光性薄膜金属電極は、前記ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層とオーミック性接触を形成し、か
つ抵抗率が１０-4〜１０-5Ωｃｍであることを特徴とす
る。
【０００８】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子は、前記透光性薄膜金属電極は、膜厚が２〜７ｎｍ
であることを特徴とする。
素子は、前記透光性薄膜金属電極は、膜厚が２〜７ｎｍ
であることを特徴とする。
【０００９】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子の製造方法は、基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む積
層構造が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
の上に透光性薄膜金属電極を形成する窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の製造方法において、透光性薄膜金
属電極を形成する際に基板温度を１０〜１００℃に保つ
ことを特徴とする。
素子の製造方法は、基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む積
層構造が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
の上に透光性薄膜金属電極を形成する窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の製造方法において、透光性薄膜金
属電極を形成する際に基板温度を１０〜１００℃に保つ
ことを特徴とする。
【００１０】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子の製造方法は、前記透光性薄膜金属電極形成後に、
真空中あるいは不活性ガス中で５５０℃以下で熱処理を
行うことを特徴とする。
素子の製造方法は、前記透光性薄膜金属電極形成後に、
真空中あるいは不活性ガス中で５５０℃以下で熱処理を
行うことを特徴とする。
【００１１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子の製造方法は、前記透光性薄膜金属電極の上にボン
ディング電極が形成され、ボンディング電極は透光性薄
膜金属電極を熱処理した後に形成されることを特徴とす
る。
素子の製造方法は、前記透光性薄膜金属電極の上にボン
ディング電極が形成され、ボンディング電極は透光性薄
膜金属電極を熱処理した後に形成されることを特徴とす
る。
【００１２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子の形成方法は、前記ボンディング電極は、基板を１
００〜１５０℃に加熱した状態で形成されることを特徴
とする。
素子の形成方法は、前記ボンディング電極は、基板を１
００〜１５０℃に加熱した状態で形成されることを特徴
とする。
【００１３】ここで、透光性薄膜金属電極の好ましい形
成形態について詳細に説明する。
成形態について詳細に説明する。
【００１４】前記透光性薄膜金属電極を前記発光観測面
上に、例えばＥＢ（電子ビーム）蒸着法、抵抗加熱蒸着
法、スパッタリング法等を用いて形成する場合、前記基
板を低温（１０〜１００℃）に保持したまま、前記発光
観測面上に透光性薄膜金属電極を形成することにより、
形成した透光性薄膜金属電極を蒸着形成初期段階より比
較的平坦な薄膜を呈することが分かった。このようにし
て形成された透光性薄膜金属電極を適用した窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子を作製したところ、均一な発
光パターンが得られた。ここで、基板を低温に保持する
とは、基板を１０℃以上１００℃以下の範囲に保持する
ことを意味する。
上に、例えばＥＢ（電子ビーム）蒸着法、抵抗加熱蒸着
法、スパッタリング法等を用いて形成する場合、前記基
板を低温（１０〜１００℃）に保持したまま、前記発光
観測面上に透光性薄膜金属電極を形成することにより、
形成した透光性薄膜金属電極を蒸着形成初期段階より比
較的平坦な薄膜を呈することが分かった。このようにし
て形成された透光性薄膜金属電極を適用した窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子を作製したところ、均一な発
光パターンが得られた。ここで、基板を低温に保持する
とは、基板を１０℃以上１００℃以下の範囲に保持する
ことを意味する。
【００１５】比較として、前記基板を加熱しながら（１
００℃を超えて１５０℃以下の範囲で保持して）形成し
た透光性薄膜金属電極では、蒸着初期段階で島状及び粒
状に形成され、膜の表面の凹凸は設定膜厚の±３０％以
上と大きな凝集状態を呈する。この場合、膜厚が７ｎｍ
を超えてさらに厚くなるにつれて透光性薄膜金属電極表
面の平坦性は確保され、表面の凹凸も設定膜厚の±２０
％以下と小さくなるが、この場合は透光性薄膜金属電極
の透光性電極としての光透過率が減少するため、発光素
子の透光性電極としては望ましい状態ではなくなる。こ
のように、比較のために作製した基板を１００℃より高
い温度に加熱しながら形成した透光性薄膜金属電極（膜
厚２ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲）を持つ窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子の発光パターンを観察したとこ
ろ、凝集が生じ十分に連続した平坦膜が得られないため
均一な発光パターンも得られず、チップ全体の発光強度
も２０％程度減少し、順方向電圧は１５％程度増加し
た。このため、寿命試験においても、５℃で透光性電極
を形成した素子の１０００時間走行後の発光強度は、初
期の強度の４５％まで低下し、実用上問題である。一
方、基板を１０℃より低い温度に冷却しながら形成した
透光性薄膜金属電極（膜厚２ｎｍ以上７ｎｍ以下の範
囲）を持つ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、
透光性薄膜金属電極とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
層との密着性が乏しく、特に素子周辺部において、透光
性薄膜金属電極の剥がれが生じ、発光パターンの均一性
に乏しい結果となった。従って、基板加熱の温度は１０
０℃以下の範囲がよく、特に好ましくは１０℃から１０
０℃の範囲がよい。
００℃を超えて１５０℃以下の範囲で保持して）形成し
た透光性薄膜金属電極では、蒸着初期段階で島状及び粒
状に形成され、膜の表面の凹凸は設定膜厚の±３０％以
上と大きな凝集状態を呈する。この場合、膜厚が７ｎｍ
を超えてさらに厚くなるにつれて透光性薄膜金属電極表
面の平坦性は確保され、表面の凹凸も設定膜厚の±２０
％以下と小さくなるが、この場合は透光性薄膜金属電極
の透光性電極としての光透過率が減少するため、発光素
子の透光性電極としては望ましい状態ではなくなる。こ
のように、比較のために作製した基板を１００℃より高
い温度に加熱しながら形成した透光性薄膜金属電極（膜
厚２ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲）を持つ窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子の発光パターンを観察したとこ
ろ、凝集が生じ十分に連続した平坦膜が得られないため
均一な発光パターンも得られず、チップ全体の発光強度
も２０％程度減少し、順方向電圧は１５％程度増加し
た。このため、寿命試験においても、５℃で透光性電極
を形成した素子の１０００時間走行後の発光強度は、初
期の強度の４５％まで低下し、実用上問題である。一
方、基板を１０℃より低い温度に冷却しながら形成した
透光性薄膜金属電極（膜厚２ｎｍ以上７ｎｍ以下の範
囲）を持つ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、
透光性薄膜金属電極とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
層との密着性が乏しく、特に素子周辺部において、透光
性薄膜金属電極の剥がれが生じ、発光パターンの均一性
に乏しい結果となった。従って、基板加熱の温度は１０
０℃以下の範囲がよく、特に好ましくは１０℃から１０
０℃の範囲がよい。
【００１６】ここで、透光性薄膜金属電極の抵抗率も含
めて以下に説明する。基板を加熱することなしに（５０
℃に制御して）形成した透光性薄膜金属電極と、基板を
加熱しながら（１５０℃に加熱して）形成した透光性薄
膜金属電極の抵抗率の違いを図３に示す。○が５０℃に
保持（加熱なし）して形成した場合、△が１００℃に保
持して形成した場合、●が１５０℃に加熱して形成した
場合である。図からわかるように基板温度を５０℃ある
いは１００℃に保持して形成した場合は、透光性薄膜金
属電極の膜厚が２ｎｍの場合でも１０-4Ωｃｍであり、
従来の加熱して透光性薄膜金属電極を形成した場合の２
Ωｃｍと比較して大きく抵抗率が下がった。１５０℃に
加熱形成すると、７ｎｍより薄い領域において膜厚が薄
くなればなるほど極端に膜の抵抗率は増大している。こ
のような状態の透光性薄膜金属電極を用いた発光素子で
は、素子全面に電流が均一に流れにくくなり、均一発光
が阻害される問題が生じる。
めて以下に説明する。基板を加熱することなしに（５０
℃に制御して）形成した透光性薄膜金属電極と、基板を
加熱しながら（１５０℃に加熱して）形成した透光性薄
膜金属電極の抵抗率の違いを図３に示す。○が５０℃に
保持（加熱なし）して形成した場合、△が１００℃に保
持して形成した場合、●が１５０℃に加熱して形成した
場合である。図からわかるように基板温度を５０℃ある
いは１００℃に保持して形成した場合は、透光性薄膜金
属電極の膜厚が２ｎｍの場合でも１０-4Ωｃｍであり、
従来の加熱して透光性薄膜金属電極を形成した場合の２
Ωｃｍと比較して大きく抵抗率が下がった。１５０℃に
加熱形成すると、７ｎｍより薄い領域において膜厚が薄
くなればなるほど極端に膜の抵抗率は増大している。こ
のような状態の透光性薄膜金属電極を用いた発光素子で
は、素子全面に電流が均一に流れにくくなり、均一発光
が阻害される問題が生じる。
【００１７】一方、膜厚を７ｎｍと厚くすると膜の抵抗
率は基板を１５０℃に加熱して形成した透光性薄膜金属
電極の場合も、５０℃で形成した透光性薄膜金属電極の
抵抗率とほぼ同程度になるが、この場合も透光性薄膜金
属電極の表面状態を観察すると±４０％もの大きな凹凸
が見られ、発光も微視的に観測すると、透光性薄膜金属
電極の厚くなっている発光部と、薄くなっている暗部が
数μｍごとにランダムに分布した形状であることが分か
る。これは透光性薄膜金属電極の蒸着初期段階（２〜３
ｎｍ相当分形成した状態）にｐ型窒化ガリウム系半導体
層４の表面に形成される島状及び粒状の凝集状態によ
り、ｐ型窒化ガリウム系半導体層４と透光性薄膜金属電
極５の界面が変質され、それ以後に凝集部分の外部に蒸
着された透光性薄膜金属電極５とｐ型窒化ガリウム系半
導体層４との界面より、抵抗が低くなり、この部分によ
り多くの電流が流れることによるものと推察される。一
方、本発明による基板温度５０℃にて形成した透光性薄
膜金属電極５は平均膜厚７ｎｍに対して凹凸は±１．４
ｎｍ以下と約±２０％以下と平坦性に優れていた。
率は基板を１５０℃に加熱して形成した透光性薄膜金属
電極の場合も、５０℃で形成した透光性薄膜金属電極の
抵抗率とほぼ同程度になるが、この場合も透光性薄膜金
属電極の表面状態を観察すると±４０％もの大きな凹凸
が見られ、発光も微視的に観測すると、透光性薄膜金属
電極の厚くなっている発光部と、薄くなっている暗部が
数μｍごとにランダムに分布した形状であることが分か
る。これは透光性薄膜金属電極の蒸着初期段階（２〜３
ｎｍ相当分形成した状態）にｐ型窒化ガリウム系半導体
層４の表面に形成される島状及び粒状の凝集状態によ
り、ｐ型窒化ガリウム系半導体層４と透光性薄膜金属電
極５の界面が変質され、それ以後に凝集部分の外部に蒸
着された透光性薄膜金属電極５とｐ型窒化ガリウム系半
導体層４との界面より、抵抗が低くなり、この部分によ
り多くの電流が流れることによるものと推察される。一
方、本発明による基板温度５０℃にて形成した透光性薄
膜金属電極５は平均膜厚７ｎｍに対して凹凸は±１．４
ｎｍ以下と約±２０％以下と平坦性に優れていた。
【００１８】従って、前記透光性薄膜金属電極の膜厚
は、凝集が少ない状態（表面の凹凸が±２０％以下）
で、かつ平均した膜厚が２ｎｍから７ｎｍの範囲が好ま
しい。２ｎｍより薄いと膜の抵抗率が増大し、チップ全
体に電流が広がらないために、ｐ型ボンディング電極周
辺で強く発光する不均一発光が観測される問題点が生ず
る。また、２ｎｍより薄い透光性薄膜金属電極５を用い
た場合には、透光性薄膜金属電極形成時の膜厚の制御性
も極めて困難となり、透過率や抵抗率が作製ロットごと
に±５０％以上と大きくばらつく問題点も生じた。
は、凝集が少ない状態（表面の凹凸が±２０％以下）
で、かつ平均した膜厚が２ｎｍから７ｎｍの範囲が好ま
しい。２ｎｍより薄いと膜の抵抗率が増大し、チップ全
体に電流が広がらないために、ｐ型ボンディング電極周
辺で強く発光する不均一発光が観測される問題点が生ず
る。また、２ｎｍより薄い透光性薄膜金属電極５を用い
た場合には、透光性薄膜金属電極形成時の膜厚の制御性
も極めて困難となり、透過率や抵抗率が作製ロットごと
に±５０％以上と大きくばらつく問題点も生じた。
【００１９】一方、透光性薄膜金属電極５の厚さを７ｎ
ｍより厚くすると透光性薄膜金属電極５の膜厚の制御性
や再現性の確保は容易であったが、発生光に対して透過
率が３５％以下に減少してしまうため、透光性電極とし
て好ましくない。以上のことを鑑みると、凝集の少ない
透光性薄膜金属電極５を膜厚２ｎｍ以上７ｎｍ以下の範
囲で形成することが肝要であることが分かる。
ｍより厚くすると透光性薄膜金属電極５の膜厚の制御性
や再現性の確保は容易であったが、発生光に対して透過
率が３５％以下に減少してしまうため、透光性電極とし
て好ましくない。以上のことを鑑みると、凝集の少ない
透光性薄膜金属電極５を膜厚２ｎｍ以上７ｎｍ以下の範
囲で形成することが肝要であることが分かる。
【００２０】また、透光性薄膜金属電極のさらに好まし
い範囲は、膜の抵抗率と透過率の再現性と制御性を考慮
し、素子の作製歩留を８５％以上確保するためには３ｎ
ｍ以上６ｎｍ以下の範囲であった。
い範囲は、膜の抵抗率と透過率の再現性と制御性を考慮
し、素子の作製歩留を８５％以上確保するためには３ｎ
ｍ以上６ｎｍ以下の範囲であった。
【００２１】次に、前記透光性薄膜金属電極５は、良好
なオーミック接触を得るために電極形成後に熱処理が必
要である。熱処理温度については、５００℃以下の真空
中、窒素中、アルゴン中などの不活性ガス雰囲気中で行
うのが望ましく、これにより、安定したｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層４に対してウェハー面内で均一なオ
ーミック接触を形成することができる。なお、前記熱処
理温度が５００℃より高い場合には、前記透光性薄膜金
属電極５に蒸着時に抑制した凝集が再び生じることにな
り、部分的に透光性薄膜金属電極のない部分が発生し、
電流が均一に拡がらなくなり、発光素子においては順方
向電圧の増加、さらに均一な発光が得られないという問
題が生じる。
なオーミック接触を得るために電極形成後に熱処理が必
要である。熱処理温度については、５００℃以下の真空
中、窒素中、アルゴン中などの不活性ガス雰囲気中で行
うのが望ましく、これにより、安定したｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層４に対してウェハー面内で均一なオ
ーミック接触を形成することができる。なお、前記熱処
理温度が５００℃より高い場合には、前記透光性薄膜金
属電極５に蒸着時に抑制した凝集が再び生じることにな
り、部分的に透光性薄膜金属電極のない部分が発生し、
電流が均一に拡がらなくなり、発光素子においては順方
向電圧の増加、さらに均一な発光が得られないという問
題が生じる。
【００２２】次に、前記ｐ型ボンディング電極の好まし
い形成形態について詳細に説明する。ｐ型ボンディング
電極は、前記透光性薄膜金属電極を熱処理した後に、透
光性薄膜金属電極上の一部に形成することが好ましい。
例えばＥＢ蒸着法、抵抗加熱法等を用いて、前記基板の
加熱を行いながら形成する。ここで、ｐ型ボンディング
電極形成時の加熱温度は約１００℃〜１５０℃の範囲に
保持しながら形成すると、透光性薄膜金属電極との密着
性が向上した。加熱しながらｐ型ボンディング電極を形
成した際のボンディング時の電極剥がれの発生割合は０
％であった。ｐ型ボンディング電極形成時の加熱温度が
１００℃より低い場合は、ｐ型ボンディング電極にワイ
ヤを接続する際に、ｐ型ボンディング電極と透光性薄膜
金属電極間で剥がれが生じる不具合が生じる確立が２０
％と高くなった。一方、ｐ型ボンディング電極形成時の
加熱温度が１５０℃よりも高い場合には、ｐ型ボンディ
ング電極と透光性薄膜金属電極間で合金化が起こり、ボ
ンディング電極直下の領域においてボンディング電極材
料とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とが直接接触す
ることによりｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とのオ
ーミック接触が阻害された。したがって、ｐ型ボンディ
ング電極形成時の望ましい基板温度範囲は１００℃以上
１５０℃以下であることが明らかになった。
い形成形態について詳細に説明する。ｐ型ボンディング
電極は、前記透光性薄膜金属電極を熱処理した後に、透
光性薄膜金属電極上の一部に形成することが好ましい。
例えばＥＢ蒸着法、抵抗加熱法等を用いて、前記基板の
加熱を行いながら形成する。ここで、ｐ型ボンディング
電極形成時の加熱温度は約１００℃〜１５０℃の範囲に
保持しながら形成すると、透光性薄膜金属電極との密着
性が向上した。加熱しながらｐ型ボンディング電極を形
成した際のボンディング時の電極剥がれの発生割合は０
％であった。ｐ型ボンディング電極形成時の加熱温度が
１００℃より低い場合は、ｐ型ボンディング電極にワイ
ヤを接続する際に、ｐ型ボンディング電極と透光性薄膜
金属電極間で剥がれが生じる不具合が生じる確立が２０
％と高くなった。一方、ｐ型ボンディング電極形成時の
加熱温度が１５０℃よりも高い場合には、ｐ型ボンディ
ング電極と透光性薄膜金属電極間で合金化が起こり、ボ
ンディング電極直下の領域においてボンディング電極材
料とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とが直接接触す
ることによりｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とのオ
ーミック接触が阻害された。したがって、ｐ型ボンディ
ング電極形成時の望ましい基板温度範囲は１００℃以上
１５０℃以下であることが明らかになった。
【００２３】また、透光性薄膜金属電極を形成した後に
熱処理を施さず、ｐ型ボンディング電極を形成した際に
は、ｐ型ボンディング電極にリード線をボンディングす
る際に約９５％もの電極剥がれが発生した。表1に透光
性薄膜金属電極の熱処理温度が５００℃以下の場合と熱
処理なしの場合のそれぞれについて、ボンディング電極
の形成時の基板温度が１００〜１５０℃の場合と１００
℃以下の場合について、ボンディング電極の剥がれ発生
率を表した。
熱処理を施さず、ｐ型ボンディング電極を形成した際に
は、ｐ型ボンディング電極にリード線をボンディングす
る際に約９５％もの電極剥がれが発生した。表1に透光
性薄膜金属電極の熱処理温度が５００℃以下の場合と熱
処理なしの場合のそれぞれについて、ボンディング電極
の形成時の基板温度が１００〜１５０℃の場合と１００
℃以下の場合について、ボンディング電極の剥がれ発生
率を表した。
【００２４】
【表１】
【００２５】電極が剥がれた状態を調べると、透光性薄
膜金属電極５とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４と
の間から剥がれていることがわかり、ｐ型ボンディング
電極を形成する前に透光性薄膜金属電極をｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層に密着させるための熱処理を施
し、その後に、透光性薄膜金属電極上にｐ型ボンディン
グ電極を形成することが重要であることがわかった。
膜金属電極５とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４と
の間から剥がれていることがわかり、ｐ型ボンディング
電極を形成する前に透光性薄膜金属電極をｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層に密着させるための熱処理を施
し、その後に、透光性薄膜金属電極上にｐ型ボンディン
グ電極を形成することが重要であることがわかった。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明するが、これらに限定されるものではな
い。以下の実施の形態では、本発明の発光ダイオードに
ついて述べるが、半導体レーザ素子についても適用でき
ることは言うまでもない。なお、以下に述べる窒化ガリ
ウム系化合物半導体とはＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０≦
ｓ、０≦ｔ、ｓ＋ｔ≦１）を含むものとする。
照しながら説明するが、これらに限定されるものではな
い。以下の実施の形態では、本発明の発光ダイオードに
ついて述べるが、半導体レーザ素子についても適用でき
ることは言うまでもない。なお、以下に述べる窒化ガリ
ウム系化合物半導体とはＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０≦
ｓ、０≦ｔ、ｓ＋ｔ≦１）を含むものとする。
【００２７】（実施の形態１）図２は、本発明の実施形
態の半導体発光素子の模式断面図を示している。この半
導体発光素子は、基板１（本実施例ではサファイア）上
に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２（本実施例で
はｎ型ＧａＮ層）、窒化ガリウム系化合物半導体活性層
３（本実施例ではＩｎＧａＮ層）、ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体層４（本実施例ではｐ型ＧａＮ層）、透光
性薄膜金属電極５、ｐ型ボンディング電極６、ｎ型電極
７で構成されている。９、１０はリード線である。
態の半導体発光素子の模式断面図を示している。この半
導体発光素子は、基板１（本実施例ではサファイア）上
に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２（本実施例で
はｎ型ＧａＮ層）、窒化ガリウム系化合物半導体活性層
３（本実施例ではＩｎＧａＮ層）、ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体層４（本実施例ではｐ型ＧａＮ層）、透光
性薄膜金属電極５、ｐ型ボンディング電極６、ｎ型電極
７で構成されている。９、１０はリード線である。
【００２８】次に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
４を発光観測面とする窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子において、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４表
面の全面に透光性薄膜金属電極５及び前記透光性薄膜金
属電極表面の一部にｐ型ボンディング電極６を形成する
製造方法を、図１の（ａ）から（ｄ）を基に詳細に説明
する。
４を発光観測面とする窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子において、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４表
面の全面に透光性薄膜金属電極５及び前記透光性薄膜金
属電極表面の一部にｐ型ボンディング電極６を形成する
製造方法を、図１の（ａ）から（ｄ）を基に詳細に説明
する。
【００２９】図１（ａ）に示すように、まず、基板１上
に有機金属気相成長法にてｎ型窒化ガリウム系化合物半
導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体活性層３、Ｍｇ
を添加したｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４を成長
させる。このウェハーを成長装置から取り出し、発光観
測面となるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層層４の表
面を塩酸系表面処理液にて表面洗浄処理を施す。
に有機金属気相成長法にてｎ型窒化ガリウム系化合物半
導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体活性層３、Ｍｇ
を添加したｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４を成長
させる。このウェハーを成長装置から取り出し、発光観
測面となるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層層４の表
面を塩酸系表面処理液にて表面洗浄処理を施す。
【００３０】次に、図１（ｂ）に示すように、透光性薄
膜金属電極５としてパラジウム（Ｐｄ）をｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層４上のほぼ全面にＥＢ（電子ビー
ム）蒸着法を用いて蒸着した。なお、透光性薄膜金属電
極５を蒸着時の雰囲気は真空度１〜５×１０-6ｔｏｒｒ
の圧力下（蒸着中）の真空中とし、基板を加熱すること
なしに（５０℃に保持し）、０．０２〜０．０５ｎｍ／
ｓｅｃの範囲内の蒸着レートに制御して、トータルの平
均膜厚が３ｎｍとなるように蒸着時間を制御して形成し
た。
膜金属電極５としてパラジウム（Ｐｄ）をｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層４上のほぼ全面にＥＢ（電子ビー
ム）蒸着法を用いて蒸着した。なお、透光性薄膜金属電
極５を蒸着時の雰囲気は真空度１〜５×１０-6ｔｏｒｒ
の圧力下（蒸着中）の真空中とし、基板を加熱すること
なしに（５０℃に保持し）、０．０２〜０．０５ｎｍ／
ｓｅｃの範囲内の蒸着レートに制御して、トータルの平
均膜厚が３ｎｍとなるように蒸着時間を制御して形成し
た。
【００３１】次に、透光性薄膜金属電極５までが形成さ
れたウェハーを熱処理（アロイ）することにより、蒸着
した透光性薄膜金属電極５とｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層４との密着性およびオーミック性の安定化を行
った。この場合の熱処理温度は５００℃、熱処理時間は
３分間、熱処理雰囲気は真空中（１〜５×１０-6ｔｏｒ
ｒの圧力下）にて実施した。
れたウェハーを熱処理（アロイ）することにより、蒸着
した透光性薄膜金属電極５とｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層４との密着性およびオーミック性の安定化を行
った。この場合の熱処理温度は５００℃、熱処理時間は
３分間、熱処理雰囲気は真空中（１〜５×１０-6ｔｏｒ
ｒの圧力下）にて実施した。
【００３２】次に、図１（ｃ）に示すように、透光性の
透光性薄膜金属電極５を熱処理した後に、ｐ型ボンディ
ング電極６を形成することが好ましい。ここではＥＢ蒸
着法を用いて、真空度１〜５×１０-6ｔｏｒｒの圧力下
にて基板の加熱を約１００℃〜１５０℃の範囲に保持し
ながら形成する。ｐ型ボンディング電極６は、透光性薄
膜金属電極５の上にパラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）を
それぞれ蒸着レートが０．０２〜０．０５ｎｍ／ｓｅ
ｃ、０．５〜１．０ｎｍ／ｓｅｃにて膜厚１５ｎｍ、６
００ｎｍを順次形成する。形成された透光性金属薄膜電
極５の抵抗率は５×１０-5Ωｃｍであった。
透光性薄膜金属電極５を熱処理した後に、ｐ型ボンディ
ング電極６を形成することが好ましい。ここではＥＢ蒸
着法を用いて、真空度１〜５×１０-6ｔｏｒｒの圧力下
にて基板の加熱を約１００℃〜１５０℃の範囲に保持し
ながら形成する。ｐ型ボンディング電極６は、透光性薄
膜金属電極５の上にパラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）を
それぞれ蒸着レートが０．０２〜０．０５ｎｍ／ｓｅ
ｃ、０．５〜１．０ｎｍ／ｓｅｃにて膜厚１５ｎｍ、６
００ｎｍを順次形成する。形成された透光性金属薄膜電
極５の抵抗率は５×１０-5Ωｃｍであった。
【００３３】次に、図１（ｄ）に示すように、通常の反
応性イオンエッチング法によるドライエッチング技術を
用いてｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２の表面８を
露出させ、その上にｎ型電極７を形成する。続いて、チ
ップの大きさが約５００μｍ角になるように切断し本発
明の半導体発光素子とした。最後にｐ型ボンディング電
極６に電流供給用のリード線１０を接続し、ｎ型電極に
電流供給用のリード線９を接続した（図２）。
応性イオンエッチング法によるドライエッチング技術を
用いてｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２の表面８を
露出させ、その上にｎ型電極７を形成する。続いて、チ
ップの大きさが約５００μｍ角になるように切断し本発
明の半導体発光素子とした。最後にｐ型ボンディング電
極６に電流供給用のリード線１０を接続し、ｎ型電極に
電流供給用のリード線９を接続した（図２）。
【００３４】ここで、本発明の発光素子は、連続的で平
坦な透光性薄膜金属電極５を厚さ３ｎｍと薄く形成でき
るため、透過率が約８０％まで向上でき発光出力も３ｍ
Ｗで、しかも均一な発光パターン、順方向電圧３．２
（Ｖ）を持つ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得
られた。
坦な透光性薄膜金属電極５を厚さ３ｎｍと薄く形成でき
るため、透過率が約８０％まで向上でき発光出力も３ｍ
Ｗで、しかも均一な発光パターン、順方向電圧３．２
（Ｖ）を持つ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得
られた。
【００３５】ここで、図３に、上記の実施形態である基
板加熱なし（５０℃に保持）で透光性薄膜金属電極５を
形成した場合と、その比較例として基板加熱しながら
（１５０℃に加熱した状態で）透光性薄膜金属電極５を
形成した場合の、透光性薄膜金属電極５の抵抗率を、透
光性薄膜金属電極５の平均膜厚（蒸着した金属が全て均
一にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４上に膜を形成
したと仮定した場合の膜厚）を変化させて測定した結果
を示す。図３より、平均膜厚が７ｎｍ以下において、５
０℃にて形成した透光性薄膜金属電極５の膜の抵抗率に
比べ、１５０℃に加熱した状態で形成した透光性薄膜金
属電極５の膜の抵抗率は高い値をすことが分かった。
板加熱なし（５０℃に保持）で透光性薄膜金属電極５を
形成した場合と、その比較例として基板加熱しながら
（１５０℃に加熱した状態で）透光性薄膜金属電極５を
形成した場合の、透光性薄膜金属電極５の抵抗率を、透
光性薄膜金属電極５の平均膜厚（蒸着した金属が全て均
一にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４上に膜を形成
したと仮定した場合の膜厚）を変化させて測定した結果
を示す。図３より、平均膜厚が７ｎｍ以下において、５
０℃にて形成した透光性薄膜金属電極５の膜の抵抗率に
比べ、１５０℃に加熱した状態で形成した透光性薄膜金
属電極５の膜の抵抗率は高い値をすことが分かった。
【００３６】ここで、１５０℃に加熱した状態で形成し
たＰｄの透光性薄膜金属電極５の表面状態は、島状にＰ
ｄが離散的に存在するような凝集が見られ、Ｐｄ電極の
表面の凹凸は２ｎｍ設定膜厚時で±１．０ｎｍ（すなわ
ち完全に離散状態）、５ｎｍ設定膜厚時で±２ｎｍ、７
ｎｍ設定膜厚時で±３ｎｍと、設定膜厚に対して±４０
％以上もの大きな凹凸振幅（凹凸の極大と極小の高低
差）が観測された。これは、透光性薄膜金属電極５を形
成した際の基板温度が１５０℃と高い場合には、透光性
薄膜金属電極５を蒸着した際にｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体層４表面でＰｄ金属とｐ型ＧａＮ層表面との結
合が弱いため、Ｐｄ同士が凝集しやすく、島状になった
ものと考えられる。このため、１５０℃に加熱した状態
で形成したＰｄの透光性薄膜金属電極５を持つ窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子においては、金属が凝集し
た部分に選択的に電流が流れるため、不均一な発光パタ
ーンとなる。また、透光性薄膜金属電極５内を広がる電
流は、凝集した島状金属間の金属が薄い部分を電流が通
過する必要があるため、透光性薄膜金属電極５自体の広
がり抵抗も均一に透光性薄膜金属電極５を形成した場合
と比較して大きくなる。
たＰｄの透光性薄膜金属電極５の表面状態は、島状にＰ
ｄが離散的に存在するような凝集が見られ、Ｐｄ電極の
表面の凹凸は２ｎｍ設定膜厚時で±１．０ｎｍ（すなわ
ち完全に離散状態）、５ｎｍ設定膜厚時で±２ｎｍ、７
ｎｍ設定膜厚時で±３ｎｍと、設定膜厚に対して±４０
％以上もの大きな凹凸振幅（凹凸の極大と極小の高低
差）が観測された。これは、透光性薄膜金属電極５を形
成した際の基板温度が１５０℃と高い場合には、透光性
薄膜金属電極５を蒸着した際にｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体層４表面でＰｄ金属とｐ型ＧａＮ層表面との結
合が弱いため、Ｐｄ同士が凝集しやすく、島状になった
ものと考えられる。このため、１５０℃に加熱した状態
で形成したＰｄの透光性薄膜金属電極５を持つ窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子においては、金属が凝集し
た部分に選択的に電流が流れるため、不均一な発光パタ
ーンとなる。また、透光性薄膜金属電極５内を広がる電
流は、凝集した島状金属間の金属が薄い部分を電流が通
過する必要があるため、透光性薄膜金属電極５自体の広
がり抵抗も均一に透光性薄膜金属電極５を形成した場合
と比較して大きくなる。
【００３７】一方、本実施形態のように５０℃にてｐ型
ＧａＮ層４上に形成した透光性薄膜金属電極５を観察し
たところ、５０℃（加熱なし）で形成した透光性薄膜金
属電極５は、厚さが２ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲のいず
れのサンプルにおいてもＰｄの凝集はほとんど観測され
ず、その凹凸は平均膜厚が２ｎｍと極薄い素子において
でさえ±０．７ｎｍと小さく、平均膜厚が７ｎｍの素子
でも±０．５ｎｍ〜±１．４ｎｍと平均膜厚（７ｎｍ）
と比較して±２０％以下と小さな凹凸振幅しか観測され
なかった。これは、Ｐｄの凝集するエネルギーが比較的
小さくなり、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４の表
面に蒸着した状態そのままでＰｄが分散し、凝集が抑制
されるものと思われる。
ＧａＮ層４上に形成した透光性薄膜金属電極５を観察し
たところ、５０℃（加熱なし）で形成した透光性薄膜金
属電極５は、厚さが２ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲のいず
れのサンプルにおいてもＰｄの凝集はほとんど観測され
ず、その凹凸は平均膜厚が２ｎｍと極薄い素子において
でさえ±０．７ｎｍと小さく、平均膜厚が７ｎｍの素子
でも±０．５ｎｍ〜±１．４ｎｍと平均膜厚（７ｎｍ）
と比較して±２０％以下と小さな凹凸振幅しか観測され
なかった。これは、Ｐｄの凝集するエネルギーが比較的
小さくなり、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４の表
面に蒸着した状態そのままでＰｄが分散し、凝集が抑制
されるものと思われる。
【００３８】このように、ほとんど加熱なしに５０℃で
透光性薄膜金属電極５を形成した場合には、凝集が抑制
されて均一な膜を得ることができる。つまり、基板を５
０℃として透光性薄膜金属電極５を形成した窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子においては、均一な発光パタ
ーンが観察された。このため、透光性薄膜金属電極５は
基板加熱なし（１０℃から１００℃に保持の状態）で２
から７ｎｍの範囲で形成することが好ましい。
透光性薄膜金属電極５を形成した場合には、凝集が抑制
されて均一な膜を得ることができる。つまり、基板を５
０℃として透光性薄膜金属電極５を形成した窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子においては、均一な発光パタ
ーンが観察された。このため、透光性薄膜金属電極５は
基板加熱なし（１０℃から１００℃に保持の状態）で２
から７ｎｍの範囲で形成することが好ましい。
【００３９】さらに、前記透光性薄膜金属電極の熱処理
温度が、５５０℃より高いと透光性薄膜金属電極５の凝
集が生じることになり部分的に透光性薄膜金属電極のな
い部分が発生し、透光性薄膜金属電極の抵抗率も大きく
なり、均一な発光も得られないという問題も生じ、発光
出力が約２０％程度減少した。この発光出力の減少は、
透光性薄膜金属電極に大きな凹凸が生じることにより、
膜厚が局所的に厚くなった領域（すなわち凸部）に電流
が集中し、この領域で選択的に発光が生じ、素子外部に
光が取り出されるためには本来の平均膜厚よりも厚い金
属を透過する必要が生ずることが原因である。ここで、
特に前記現象が生じやすいのは、基板加熱しながらの蒸
着で熱処理温度が約５５０℃以上の場合である。このた
め、特に好ましい透光性薄膜金属電極５の熱処理温度は
５００℃以下、蒸着形成時は５０℃以上１００℃以下の
温度条件が好ましい。
温度が、５５０℃より高いと透光性薄膜金属電極５の凝
集が生じることになり部分的に透光性薄膜金属電極のな
い部分が発生し、透光性薄膜金属電極の抵抗率も大きく
なり、均一な発光も得られないという問題も生じ、発光
出力が約２０％程度減少した。この発光出力の減少は、
透光性薄膜金属電極に大きな凹凸が生じることにより、
膜厚が局所的に厚くなった領域（すなわち凸部）に電流
が集中し、この領域で選択的に発光が生じ、素子外部に
光が取り出されるためには本来の平均膜厚よりも厚い金
属を透過する必要が生ずることが原因である。ここで、
特に前記現象が生じやすいのは、基板加熱しながらの蒸
着で熱処理温度が約５５０℃以上の場合である。このた
め、特に好ましい透光性薄膜金属電極５の熱処理温度は
５００℃以下、蒸着形成時は５０℃以上１００℃以下の
温度条件が好ましい。
【００４０】ここで、透光性薄膜金属電極５上にｐ型ボ
ンディング電極６を形成する場合、透光性薄膜金属電極
５を熱処理した後に、ｐ型ボンディング電極６を加熱蒸
着しながら形成するのが好ましい。透光性薄膜金属電極
を加熱なしで形成し、その後熱処理なし、その上にｐ型
ボンディング電極を加熱なしで形成すると、透光性の金
属電極の抵抗率は低くなるが、ボンディング時の電極剥
れ率が最も高い結果となった。また、透光性薄膜金属電
極を加熱なしで形成したのち熱処理なし、ｐ型ボンディ
ング電極は加熱しながら形成した場合はワイヤーボンデ
ィング時にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層と透光性
薄膜金属電極の間から電極剥がれが生じ、透光性薄膜金
属電極を加熱なしで形成したのち熱処理あり、ｐ型ボン
ディング電極を加熱なしで形成するとワイヤーボンディ
ング時に透光性薄膜金属電極とｐ型ボンディング電極の
間で電極剥がれが生じるため好ましくない。
ンディング電極６を形成する場合、透光性薄膜金属電極
５を熱処理した後に、ｐ型ボンディング電極６を加熱蒸
着しながら形成するのが好ましい。透光性薄膜金属電極
を加熱なしで形成し、その後熱処理なし、その上にｐ型
ボンディング電極を加熱なしで形成すると、透光性の金
属電極の抵抗率は低くなるが、ボンディング時の電極剥
れ率が最も高い結果となった。また、透光性薄膜金属電
極を加熱なしで形成したのち熱処理なし、ｐ型ボンディ
ング電極は加熱しながら形成した場合はワイヤーボンデ
ィング時にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層と透光性
薄膜金属電極の間から電極剥がれが生じ、透光性薄膜金
属電極を加熱なしで形成したのち熱処理あり、ｐ型ボン
ディング電極を加熱なしで形成するとワイヤーボンディ
ング時に透光性薄膜金属電極とｐ型ボンディング電極の
間で電極剥がれが生じるため好ましくない。
【００４１】最も好ましい形態は透光性薄膜金属電極を
加熱なし（１０〜１００℃）で形成し、その後熱処理を
約５００℃以下で行った状態で透光性薄膜金属電極５上
にｐ型ボンディング電極を加熱しながら（１００〜１５
０℃）形成することが、透光性薄膜金属電極の抵抗率が
低くかつボンディング時の電極剥れ率が最も少ない良好
な結果が得られた。
加熱なし（１０〜１００℃）で形成し、その後熱処理を
約５００℃以下で行った状態で透光性薄膜金属電極５上
にｐ型ボンディング電極を加熱しながら（１００〜１５
０℃）形成することが、透光性薄膜金属電極の抵抗率が
低くかつボンディング時の電極剥れ率が最も少ない良好
な結果が得られた。
【００４２】（実施の形態２）図４は、本発明の実施形
態の半導体発光素子の模式断面図を示している。この半
導体発光素子は、基板１（本実施例ではｎ型ＧａＮ基
板）上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化
ガリウム系化合物半導体活性層３、ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体層４が形成されており、５はｐ型透光性金
属電極、６はｐ型ボンディング電極、７はｎ型電極、１
０はリード線である。
態の半導体発光素子の模式断面図を示している。この半
導体発光素子は、基板１（本実施例ではｎ型ＧａＮ基
板）上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化
ガリウム系化合物半導体活性層３、ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体層４が形成されており、５はｐ型透光性金
属電極、６はｐ型ボンディング電極、７はｎ型電極、１
０はリード線である。
【００４３】次に、この半導体発光素子の作製工程を説
明する。
明する。
【００４４】発光観測面となるｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体層４表面を塩酸系エッチング液にて表面洗浄処
理を施す。次に、透光性薄膜金属電極５（Ｐｄ）を発光
観測面上全面に、ここではＥＢ（電子ビーム）蒸着法を
用いて形成する。前記透光性薄膜金属電極５を形成する
場合、真空度１〜５×１０-6ｔｏｒｒの圧力下にて、基
板を加熱することなし（５０℃に保持）に、発光観測面
上に蒸着レートが０．０２〜０．０５ｎｍ／ｓｅｃにて
厚さ２．５ｎｍ形成する。次に、前記透光性薄膜金属電
極５の熱処理（アロイ）を行う。前記熱処理温度は５０
０℃、熱処理雰囲気が真空中１〜５×１０-6ｔｏｒｒの
圧力下にて行う。ここで、透光性薄膜金属電極５とｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層４はオーミック性接触を
得る。次に、ｐ型ボンディング電極６は、透光性薄膜金
属電極５を熱処理した後に、形成することが好ましい。
ここではＥＢ蒸着法を用いて、真空度１〜５×１０-6ｔ
ｏｒｒの圧力下にて基板の加熱温度を約１００℃〜１５
０℃の範囲に保持しながら形成する。ｐ型ボンディング
電極６は、透光性薄膜金属電極５の上にニッケル（Ｎ
ｉ）、金（Ａｕ）をそれぞれ蒸着レートが０．０２〜
０．０５ｎｍ／ｓｅｃ、０．５〜１．０ｎｍ／ｓｅｃに
て膜厚１５ｎｍ、６００ｎｍを順次形成する。ここで、
ｐ型ボンディング電極６のニッケル（Ｎｉ）は透光性薄
膜金属電極５と金Ａｕとの接着力を増すためにＮｉを用
いた。次に、基板１の裏面にｎ型電極７を形成する。最
後に、チップの大きさが約４００μｍ角になるように、
切断すると本発明の半導体発光素子となる。ｐ型ボンデ
ィング電極６に電流供給用のリード線１０を接続し、ｎ
型電極に電流供給用のリード線９を接続する。ここで、
本発明の発光素子は、上記ＧａＮ基板を用いることによ
り実施の形態１で作製したより透光性薄膜金属電極５
が、より連続的で平坦な透光性薄膜金属電極５を厚さ
２．５ｎｍと薄く形成できるため、透過率が約９０％に
向上でき発光出力も４ｍＷで、しかも均一な発光パター
ン、順方向電圧は３．０５（Ｖ）を持つ窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子が得られた。ここで、ＧａＮ基板
を用いることによりその上に積層したｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体層４表面がサファイヤ基板上と比較して
より平坦な表面になっており、この上に薄膜の金属を形
成するとさらに透光性薄膜金属膜５のＰｄの膜厚も均一
になり、均一な透光性薄膜金属電極５が形成可能とな
る。したがって、透光性薄膜金属電極５を薄膜にしたと
しても膜抵抗率が低減でき、順方向電圧が低減でき発光
パターンも均一な発光素子が得られた。さらに、ＧａＮ
基板を用いることによりその上に積層したｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層４内の転位が低減されＰｄの拡散
が抑制され、Ｐｄの拡散によりＰ／Ｎ接合を壊すことが
なくなり、ひいては発光素子の信頼性が向上できた。
物半導体層４表面を塩酸系エッチング液にて表面洗浄処
理を施す。次に、透光性薄膜金属電極５（Ｐｄ）を発光
観測面上全面に、ここではＥＢ（電子ビーム）蒸着法を
用いて形成する。前記透光性薄膜金属電極５を形成する
場合、真空度１〜５×１０-6ｔｏｒｒの圧力下にて、基
板を加熱することなし（５０℃に保持）に、発光観測面
上に蒸着レートが０．０２〜０．０５ｎｍ／ｓｅｃにて
厚さ２．５ｎｍ形成する。次に、前記透光性薄膜金属電
極５の熱処理（アロイ）を行う。前記熱処理温度は５０
０℃、熱処理雰囲気が真空中１〜５×１０-6ｔｏｒｒの
圧力下にて行う。ここで、透光性薄膜金属電極５とｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層４はオーミック性接触を
得る。次に、ｐ型ボンディング電極６は、透光性薄膜金
属電極５を熱処理した後に、形成することが好ましい。
ここではＥＢ蒸着法を用いて、真空度１〜５×１０-6ｔ
ｏｒｒの圧力下にて基板の加熱温度を約１００℃〜１５
０℃の範囲に保持しながら形成する。ｐ型ボンディング
電極６は、透光性薄膜金属電極５の上にニッケル（Ｎ
ｉ）、金（Ａｕ）をそれぞれ蒸着レートが０．０２〜
０．０５ｎｍ／ｓｅｃ、０．５〜１．０ｎｍ／ｓｅｃに
て膜厚１５ｎｍ、６００ｎｍを順次形成する。ここで、
ｐ型ボンディング電極６のニッケル（Ｎｉ）は透光性薄
膜金属電極５と金Ａｕとの接着力を増すためにＮｉを用
いた。次に、基板１の裏面にｎ型電極７を形成する。最
後に、チップの大きさが約４００μｍ角になるように、
切断すると本発明の半導体発光素子となる。ｐ型ボンデ
ィング電極６に電流供給用のリード線１０を接続し、ｎ
型電極に電流供給用のリード線９を接続する。ここで、
本発明の発光素子は、上記ＧａＮ基板を用いることによ
り実施の形態１で作製したより透光性薄膜金属電極５
が、より連続的で平坦な透光性薄膜金属電極５を厚さ
２．５ｎｍと薄く形成できるため、透過率が約９０％に
向上でき発光出力も４ｍＷで、しかも均一な発光パター
ン、順方向電圧は３．０５（Ｖ）を持つ窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子が得られた。ここで、ＧａＮ基板
を用いることによりその上に積層したｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体層４表面がサファイヤ基板上と比較して
より平坦な表面になっており、この上に薄膜の金属を形
成するとさらに透光性薄膜金属膜５のＰｄの膜厚も均一
になり、均一な透光性薄膜金属電極５が形成可能とな
る。したがって、透光性薄膜金属電極５を薄膜にしたと
しても膜抵抗率が低減でき、順方向電圧が低減でき発光
パターンも均一な発光素子が得られた。さらに、ＧａＮ
基板を用いることによりその上に積層したｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層４内の転位が低減されＰｄの拡散
が抑制され、Ｐｄの拡散によりＰ／Ｎ接合を壊すことが
なくなり、ひいては発光素子の信頼性が向上できた。
【００４５】なお、上記実施の形態１、２においては透
光性薄膜金属電極５にＰｄを用いたが、ニッケル（Ｎ
ｉ）、白金（Ｐｔ）を上記実施の形態で述べた作製方法
に基づいて作製しても同様な効果が得られる。また、Ｇ
ａＮ基板の面方位に関しては、好ましくは、ＧａＮ基板
の｛０００１｝面、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝
面、｛１−１０１｝面、｛１１−２２｝面、｛０１−１
２｝面であり、前記面方位から、＋−２度ずれていても
本発明と同様な効果が得られることを確認している。
光性薄膜金属電極５にＰｄを用いたが、ニッケル（Ｎ
ｉ）、白金（Ｐｔ）を上記実施の形態で述べた作製方法
に基づいて作製しても同様な効果が得られる。また、Ｇ
ａＮ基板の面方位に関しては、好ましくは、ＧａＮ基板
の｛０００１｝面、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝
面、｛１−１０１｝面、｛１１−２２｝面、｛０１−１
２｝面であり、前記面方位から、＋−２度ずれていても
本発明と同様な効果が得られることを確認している。
【００４６】
【発明の効果】以上より明らかなように、本発明によれ
ば連続的な透光性薄膜金属電極が形成され、発光出力が
増加し、さらに発光が均一な発光観測面及び順方向電圧
が低減可能で、さらに、ボンディング時に電極剥がれが
少ない生産性の高い、信頼性の優れた窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子を提供できる。
ば連続的な透光性薄膜金属電極が形成され、発光出力が
増加し、さらに発光が均一な発光観測面及び順方向電圧
が低減可能で、さらに、ボンディング時に電極剥がれが
少ない生産性の高い、信頼性の優れた窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子を提供できる。
【図１】本発明の実施形態１の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子の作製模式断面図である。
導体発光素子の作製模式断面図である。
【図２】本発明の実施形態１の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子の模式断面図である。
導体発光素子の模式断面図である。
【図３】透光性金属電極の膜厚と膜抵抗率の関係図であ
る。
る。
【図４】本発明の実施形態２の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子の模式断面図である。
導体発光素子の模式断面図である。
【図５】従来の窒化ガリウム系半導体発光素子の模式図
である。
である。
１ 基板 ２ ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層 ３ 窒化ガリウム系化合物半導体活性層 ４ ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層 ５ 透光性薄膜金属電極 ６ ｐ型ボンディング電極 ７ ｎ型電極 ８ ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面 ９、１０ リード線
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半
導体層とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む積層
構造が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を
発光観測面とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、 ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面に、連続的な透
光性薄膜金属電極を有す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。 - 【請求項２】 前記透光性薄膜金属電極は、前記ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体層とオーミック性接触を形成
し、かつ抵抗率が１０-4〜１０-5Ωｃｍであることを特
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。 - 【請求項３】 前記透光性薄膜金属電極は、膜厚が２〜
７ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】 基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む積層構
造が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上
に透光性薄膜金属電極を形成する窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子の製造方法において、 透光性薄膜金属電極を形成する際に基板温度を１０〜１
００℃に保つことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記透光性薄膜金属電極形成後に、真空
中あるいは不活性ガス中で５５０℃以下で熱処理を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記透光性薄膜金属電極の上にボンディ
ング電極が形成され、ボンディング電極は透光性薄膜金
属電極を熱処理した後に形成されることを特徴とする請
求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
製造方法。 - 【請求項７】 前記ボンディング電極は、基板を１００
〜１５０℃に加熱した状態で形成されることを特徴とす
る請求項６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32204399A JP2001144324A (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32204399A JP2001144324A (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001144324A true JP2001144324A (ja) | 2001-05-25 |
Family
ID=18139293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32204399A Pending JP2001144324A (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001144324A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004327980A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-18 | Samsung Electronics Co Ltd | 半導体発光ダイオード及びその製造方法 |
| JP2005033212A (ja) * | 2003-07-11 | 2005-02-03 | Samsung Electronics Co Ltd | 高性能の窒化ガリウム系発光素子のための薄膜電極およびその製造方法 |
| JP2010537436A (ja) * | 2007-08-31 | 2010-12-02 | ラティス パワー （チアンシ） コーポレイション | 低温でｐ型ＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体材料に低抵抗率オーム接点を製作する方法 |
-
1999
- 1999-11-12 JP JP32204399A patent/JP2001144324A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004327980A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-18 | Samsung Electronics Co Ltd | 半導体発光ダイオード及びその製造方法 |
| JP2005033212A (ja) * | 2003-07-11 | 2005-02-03 | Samsung Electronics Co Ltd | 高性能の窒化ガリウム系発光素子のための薄膜電極およびその製造方法 |
| JP2010537436A (ja) * | 2007-08-31 | 2010-12-02 | ラティス パワー （チアンシ） コーポレイション | 低温でｐ型ＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体材料に低抵抗率オーム接点を製作する方法 |
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|
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