JP2001203389A

JP2001203389A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその電極形成方法

Info

Publication number: JP2001203389A
Application number: JP2000381850A
Authority: JP
Inventors: Takao Yamada; 孝夫山田; Masayuki Senoo; 雅之妹尾; Kanji Bando; 完治板東; Shuji Nakamura; 修二中村
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2001-07-27
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JP3482955B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ｎ型層と好ましいオーミック接触が得られた
発光素子を提供することにあり、特にエッチングにより
ダメージを受けたｎ型層と好ましいオーミック接触を得
ると共に、電極とボールとが剥がれにくく、接着強度の
大きい電極を備えた発光素子とその発光素子の電極形成
方法を提供する。【構成】絶縁性基板の表面に少なくとも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
導体層が順に積層され、さらにそのｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体層の一部がエッチングにより除去されて、
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層に負電極が形成され
てなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記負電極は少なくともチタンとアルミニウムと金とを
含み、４００℃以上でアニーリングによりその負電極と
前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層とがオーミック
接触していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオード、レーザ
ーダイオードに使用される窒化ガリウム系化合物半導体
（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X≦１、０≦Y≦１）か
らなる発光素子とその電極形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】我々は１９９４年１１月末に、世界で初
めて実用レベルに達した１０００ｍｃｄの青色発光ダイ
オードを発表した。その青色発光ダイオードはｐ−ｎ接
合を有するダブルへテロ構造の窒化ガリウム系化合物半
導体より構成され、２０ｍＡにおいて、Ｖｆが３．６Ｖ
と完全にｐ−ｎ接合していることを示しており、出力も
１ｍＷ以上で、現在青色発光ダイオードとしては世界最
高である。

【０００３】その窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の構造を図３に示す。基本的に、絶縁性基板１の上にｎ
型ＧａＮ層２と、ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層３と、Ｉｎ
ＧａＮ活性層４と、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層５と、ｐ
型ＧａＮコンタクト層６とが順に積層された構造とされ
ている。ｎ型ＧａＮ層２はｐコンタクト層６、ｐクラッ
ド層５、活性層４、ｎクラッド層がエッチングされて、
電極を形成するのに必要な面積が露出されており、それ
ぞれの導電型のコンタクト層には好ましいオーミック接
触が得られるような電極が形成されている。ｎ型ＧａＮ
層２にはｎ電極１１としてＴｉとＡｌとよりなる電極が
形成されており、このｎ電極１１によりｎ型ＧａＮ層２
と好ましいオーミック接触を得ている。また、ｎ型層に
形成する電極に関して我々は特願平５−２０７２７４号
においてＴｉとＡｌとからなる電極が好ましいことを示
した。またｎ型層に形成する電極の従来技術として、例
えば特開平５−２１１３４７号公報にＡｌ単独またはＡ
ｌを含む合金よりなる電極が開示されている。

【０００４】また、Appl.Phys.Lett.62(15),12 April 1
993 p.1786〜にはサファイア基板上にＡｌＮよりなる
バッファ層を介して直接成長させたｎ型ＧａＮ層の表面
にＴｉとＡｕとを積層し、２５０℃で３０秒間アニール
したオーミック電極が示されている。しかしながら、サ
ファイアのような絶縁性基板の表面に窒化ガリウム系化
合物半導体を積層してｐ−ｎ接合の発光素子を実現する
には、基板側から電極を取り出すことができない。従っ
てｐ型層の一部をエッチングによって除去し、電極が形
成できるだけのｎ型層を露出させる必要がある。エッチ
ングによって、露出されたｎ型層表面には、成長後のｎ
型層表面と異なり、エッチングによるダメージが多く発
生している。ダメージを受けたｎ型層表面に前記文献に
開示されるような方法で電極を形成してもオーミックを
得ることはほとんど不可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＴｉとＡｌとからなる
電極はｎ型層と好ましいオーミック接触が得られ、非常
に電極としては優れている。しかしながら、電極成分で
あるＡｌは酸化されやすい性質を有しているため、ワイ
ヤー１３（通常は金ワイヤーが用いられる。）とｎ電極
１１とをボールボンディングする際、Ａｌが酸化されて
いることにより、ボンディング時にワイヤー１３からで
きるボール１２と、ｎ電極１１との接着強度が弱くなっ
てしまい、ワイヤー１３がボール１２と共にｎ電極１１
から剥がれやすくなってしまうという問題が新たに生じ
てきた。さらにＡｌは柔らかい金属であるので、ｎ電極
１１とボール１２との接着強度が不十分であるという欠
点が露呈してきた。これはＡｌ単独の電極でも同様であ
る。

【０００６】従って、本発明はこのような事情を鑑みな
されたもので、その目的とするところは、ｎ型層と好ま
しいオーミック接触が得られた発光素子を提供すること
にあり、特にエッチングによりダメージを受けたｎ型層
と好ましいオーミック接触を得ると共に、電極とボール
とが剥がれにくく、接着強度の大きい電極を備えた発光
素子とその発光素子の電極形成方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】我々はエッチングにより
ダメージを受けたｎ型層表面に形成する電極について種
々の材料を試し、オーミックの確認と、ボール接着強度
とを確認したところ、特定の金属がその両方を満足でき
ることを見いだし、本発明を成すに至った。即ち本発明
の発光素子は絶縁性基板の表面に少なくともｎ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層（以下ｎ型層という。）と、ｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体（以下ｐ型層という。）
が順に積層され、さらにそのｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層の一部がエッチングにより除去されて、ｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体層に負電極が形成されてなる
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記負
電極は少なくともチタンとアルミニウムと金とを含み、
４００℃以上でアニーリング（annealing＝熱処理）に
よりその負電極と前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体
層とがオーミック接触していることを特徴とする。つま
り、エッチングによりダメージを受けたｎ型層に前記電
極を形成して初めてオーミックを得た発光素子である。

【０００８】また本発明の発光素子の電極形成方法は、
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体表面に、少なくともチ
タンとアルミニウムと金とを同時に含む薄膜を形成した
後、４００℃以上でアニーリングすることにより、その
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体とオーミック接触させ
ることを特徴とする。

【０００９】露出したｎ型層に形成する電極はＴｉとＡ
ｕの他にＡｌを含むことが好ましい。Ａｌを含有させる
ことにより、ＴｉとＡｕとの場合に比較して、電極形成
時にアニーリング温度を低温としてオーミック接触を得
やすくできる。

【００１０】電極を多層膜とする場合、多層膜の構成
は、ｎ型層表面から順にＴｉ→ＡｕまたはＴｉ→Ａｌ→
Ａｕとするように、ｎ型層と接する側、つまり最下層を
Ｔｉとして、ボールボンディングする側、つまり最上層
をＡｕとすることが好ましい。なぜなら、ＴｉとＡｕま
たはＴｉとＡｌとＡｕとが積層された多層膜はアニーリ
ングにより、ほぼ合金化されて渾然一体となった状態と
なるが、Ｔｉが先にｎ型層中に拡散するために、好まし
いオーミック接触が得られることによる。またＡｕを最
上層とすると、Ａｌを含む電極材料が合金化しても、Ａ
ｌが最上層に出てくる割合が少ないので、Ａｌが酸化さ
れにくくなり、ボールと電極との接着強度が強くなるか
らである。これは金ワイヤーでｎ電極をボールボンディ
ングする際、特に強力な接着強度が得られる。

【００１１】発光素子の構造は絶縁性基板の表面に少な
くともｎ型層とｐ型層とが順に積層された構造であれば
よく、ホモ、シングルへテロ、ダブルへテロ等の構造と
できる。例えばサファイア基板の表面に、ｎ型コンタク
ト層とｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型
コンタクト層を順に積層したダブルへテロ構造のものが
高発光出力である。ｎ型コンタクト層はノンドープまた
はＳｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｃ等のｎ型ドーパントをドープした
ＧａＮで形成できる。ＧａＮは本発明の方法で電極と好
ましいオーミック接触を得ることができる。ｎ型クラッ
ド層は例えばノンドープまたはｎ型ドーパントをドープ
したＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等で形成することがで
きる。活性層はノンドープ、またはｎ型ドーパントおよ
び／またはＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂａ等のｐ型ドーパント
をドープしたＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等で形成で
き、インジウムを含む活性層を形成することにより紫外
〜赤色まで発光波長を変化させることが可能である。活
性層にｎ型ドーパントをドープすると、ピーク波長にお
ける発光強度がさらに大きくなり、ｐ型ドーパントをド
ープすると波長を約０．５ｅＶ長波長に持って行くこと
ができ、ｎ型ドーパントとｐ型ドーパントをドープする
と発光強度を大きくしたままで、発光波長を長波長側に
移動させることが可能である。ｐ型クラッド層はｐ型ド
ーパントをドープしたＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等で
形成することができる。但しクラッド層のバンドギャッ
プは活性層よりも大きくすることはいうまでもない。ま
たｐ型コンタクト層はｐ型ドーパントをドープしたＧａ
Ｎで形成することができ、ｎ型クラッド層と同じくＧａ
Ｎは電極と好ましいオーミックを得ることができる。ま
た、ｎ型クラッド層および／またはｐ型クラッド層は省
略することもできる。省略した場合はコンタクト層がク
ラッド層として作用する。

【００１２】窒化ガリウム系化合物半導体をエッチング
するにはウェットエッチング、ドライエッチングいずれ
の方法を用いてもよい。ウェットエッチングでは例え
ば、リン酸と硫酸との混酸を用いることができる。ドラ
イエッチングでは例えば反応性イオンエッチング、集束
イオンビームエッチング、イオンミリング、ＥＣＲエッ
チング等を用いることができ、エッチングガスとして反
応性イオンエッチング、ＥＣＲエッチングでは、Ｃ
Ｆ₄、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄、ＣＣｌＦ₃、ＣＣｌＦ₂、Ｓ
Ｆ₆、ＰＣｌ₃等のガスを用いることができ、集束イオン
ビームエッチングではＢ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉ
ｎ等を金属イオン源として用いることができ、イオンミ
リングではＡｒ、Ｎｅ、Ｎ₂等の不活性ガスを用いるこ
とができる。これらの方法は溶媒、エッチングガス等の
種類により、ｎ型層表面に与えるダメージの程度には大
小があるが、いずれの手段においても窒化ガリウム系化
合物半導体製膜時の表面に比べて、微細な凹凸を表面に
発生させて、ｎ型層にダメージを与える。

【００１３】本発明の方法において、アニーリング温度
は４００℃以上とする必要がある。その理由は次の通り
である。一般に窒化ガリウム系化合物半導体はノンドー
プの状態で結晶中に窒素空孔ができるためｎ型になる性
質がある。さらに成長中にＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物を
添加するとより好ましいｎ型となることが知られてい
る。さらに、窒化ガリウム系化合物半導体は有機金属気
相成長法（ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ）、ハイドライド気
相成長法（ＨＤＣＶＤ）等の気相成長法を用いて成長さ
れる。気相成長法では、原料ガスに、例えばガリウム源
としてトリメチルガリウム、窒素源としてアンモニア、
ヒドラジン等の水素原子を含む化合物、あるいはキャリ
アガスとしてＨ₂等のガスが使用される。水素原子を含
むこれらのガスは、窒化ガリウム系化合物半導体成長中
に熱分解されて結晶中に取り込まれ、窒素空孔あるいは
ｎ型ドーパントであるＳｉ、Ｇｅ等と結合してドナーと
しての作用を阻害している。従って４００℃以上でアニ
ーリングすることにより、結晶中に入り込んだ水素原子
を追い出すことができるので、ｎ型ドーパントが活性化
して電子キャリア濃度が増加して、ｎ電極とオーミック
接触が取りやすくなると考えられる。アニーリングによ
る水素の作用は、我々が先に出願した特開平５−１８３
１８９号公報に述べたのと同様であり、この公報はｐ型
ドーパントをドープした窒化ガリウム系化合物半導体が
４００℃以上のアニーリングから徐々に抵抗率が下がり
始めほぼ７００℃以上で一定の抵抗率となることを示し
ている。これを本願のｎ型層に適用すると、４００℃以
上で水素が抜け始め抵抗率が下がる。しかしｎ型層はｐ
型層と異なり、急激な抵抗率の低下は見られず、６００
℃以上でおよそ１／２の抵抗率となり、それ以上のアニ
ール温度では、ほぼ一定の抵抗率となる。このアニーリ
ング温度による作用については、電極の電流電圧特性の
関係で後述するが、Ｔｉ−Ａｕよりなる電極の場合、ア
ニーリング温度は４００℃以上、さらに好ましくは５０
０℃以上、最も好ましくは６００℃以上を推奨でき、Ａ
ｌを含有させると、アニーリング温度は４００℃以上、
さらに好ましくは４５０℃、最も好ましくは５００℃以
上がよい。アニーリング温度の上限は特に限定しない
が、窒化ガリウム系化合物半導体が分解する温度、１２
００℃以下で行うことが好ましい。またアニーリング時
間は２０秒以上、好ましくは３０秒以上でアニールする
ことにより好ましいオーミックが得られる。

【００１４】また本発明の方法において、前記薄膜、ま
たは前記多層膜を形成するには、例えば蒸着、スパッタ
等の装置を用いて形成することができる。薄膜は予めＴ
ｉとＡｕとを含む合金を使用し、さらにその合金にＡｌ
を含有させてもよい。多層膜の場合にはぞれぞれの金属
を別個に薄膜化して積層すればよい。これらの薄膜、多
層膜はアニーリングにより合金化されてｎ型層と好まし
いオーミック接触を得ることができる。ただ、最初から
合金で薄膜を形成するよりも、多層膜とする方がより好
ましい。なぜなら前にも述べたように、ｎ型層と好まし
いオーミックを得るにはＴｉが優れており、また最上層
がＡｕであれば、ボールと十分な強度で接続できるから
である。

【００１５】多層膜を形成する場合、前記のようにＴｉ
を先に形成することが好ましく、またＴｉの膜厚は２０
オングストローム〜０．３μｍ、次に積層するＡｌ、Ａ
ｕの膜厚はＴｉよりも厚くする方が好ましい。さらに電
極全体の膜厚では５０オングストローム以上の膜厚で形
成することが好ましい。なぜなら、電極全体の膜厚が５
０オングストロームよりも薄いと、たとえＡｕが含有さ
れていてもボールと付着しにくい傾向にあり、さらにＴ
ｉはＡｕ、Ａｌに比較して高融点であるため、例えばＴ
ｉが多く含まれることにより、アニーリング後に合金化
した際、ボンディング側に出てくるとＴｉにより接着力
が弱められる傾向にあるからである。

【００１６】

【作用】サファイア基板の表面にＧａＮバッファ層を２
００オングストロームと、ＳｉＳｉドープｎ型ＧａＡｌ
Ｎ層を５μｍ順に成長させ、ＲＩＥを用いてｎ型ＧａＡ
ｌＮ層を表面から０．５μｍエッチングする。次にエッ
チングされたｎ型ＧａＡｌＮの表面にまずＴｉを０．０
３μｍ厚で蒸着し、その上にＡｌを０．５μｍ厚で蒸着
し、さらにその上にＡｕを０．５μｍ厚で蒸着した後、
種々の温度で一定時間（５分間）アニーリングを行い電
極を形成し、そのアニーリング温度と電極の電流電圧特
性との関係を比較した結果を図１に示す。この特性は同
一種類の電極間の電流電圧特性を測定して評価した。図
１においてＡは３００℃、Ｂは４００℃、Ｃは５００
℃、Ｄは６００℃でアニーリングした際の電流電圧特性
を示している。この図に示すようにアニーリング温度３
００℃では、電極とｎ型層とに好ましいオーミック接触
を得ることが困難となり、４００℃以上で好ましいオー
ミック接触が得られていることがわかる。なおこの図は
ＴｉとＡｌとＡｕとを順に積層した多層膜よりなる電極
について示しているが、ＴｉとＡｌとＡｕとの合金より
なる電極についても同様の結果が得られた。

【００１７】次に、先ほどと同じＳｉドープｎ型ＧａＡ
ｌＮ層の表面に、Ｔｉを０．０３μｍと、Ａｕを０．５
μｍ蒸着して、図１と同様にして電極を形成し、アニー
リング温度と電極の電流電圧特性との関係を比較した結
果を図２に示す。図２においてＥは３００℃、Ｆは４０
０℃、Ｇは５００℃、Ｈは６００℃のアニール温度を示
している。図２も同じく３００℃のアニーリング温度で
は好ましいオーミック接触を得ることは困難であるが、
４００℃以上において好ましいオーミック接触が得られ
る傾向にある。またこの図もＴｉとＡｕとを順に積層し
た多層膜よりなる電極について示しているが、ＴｉとＡ
ｕとの合金よりなる電極についても同様の結果が得られ
た。

【００１８】これらの図よりＴｉとＡｕとの電極に、さ
らにＡｌを含有させることにより、アニール温度を下げ
て低温で好ましいオーミック接触が得られる。低温でオ
ーミック接触が得られるということは、熱による窒化ガ
リウム系化合物半導体の分解を防止でき、結晶性を維持
できるので特に好ましい。ＴｉとＡｕよりなる電極のア
ニール温度は４００℃以上、さらに好ましくは５００℃
以上、最も好ましくは６００℃以上を推奨でき、Ａｌを
含有させると、アニーリング温度は４００℃以上、さら
に好ましくは４５０℃、最も好ましくは５００℃以上が
良いことが理解できる。

【００１９】次に、ｎ型層の電極とボールとの接着強度
を調べるため、従来の電極と比較しながら以下のような
試験を行った。図４はその試験方法を示す電極の断面図
であり、ｎ電極１１の上にボールボンディングしてでき
たボール１２を、刃物１５でもって水平に引っ掻き、ボ
ール１２が電極１１から剥がれるか、またはボールが剥
がれずにつぶれるまで、刃物１５に荷重をかけて試験し
た。

【００２０】まず、ｎ型層２の上にＡｌ、Ｔｉ−Ａｌ、
Ｔｉ−Ａｕ、Ｔｉ−Ａｕ−Ａｌ、Ｔｉ−Ａｌ−Ａｕより
なる５種類の薄膜、および多層膜（各多層膜は左から順
に積層順を示す。）をそれぞれ１２０μｍφの大きさで
１００個ずつ形成する。次に５００℃でアニーリングを
行い、ｎ電極１１を形成した。ｎ電極１１を形成した
後、一日間空気中に放置して電極表面を酸化させ、その
後、それぞれのｎ電極１１の上に金ワイヤー１３をボー
ルボンディングして、１００μｍφのボール１２を形成
しワイヤー１３を接続した。その後、図４に示すよう
に、ボール１２の真横から刃物１５でもって、ボール１
２を水平に引っ掻き、ボール１２がｎ電極１１から剥が
れるか、または剥がれずにボールがつぶれるまで、刃物
１５に荷重をかけることにより評価した。その結果を表
１に示す。表１において、各荷重における数値は、１０
０個の内の電極からボールが剥がれた個数を示してお
り、ボールが剥がれずに、つぶれてしまったものは「つ
ぶれ」と記載している。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１に示すようにＡｌまたはＴｉ−Ａｌよ
りなる従来の電極は、表面が酸化されることにより、３
０ｇまでの荷重で全てのボールが剥離してしまったのに
対し、ＴｉとＡｕ、またはＴｉとＡｌとＡｕよりなる電
極は、３０ｇ以上の荷重にも十分耐え、ボールが剥離す
ることなく非常に強い接着強度を示している。また、Ａ
ｌを含有させた場合、Ａｌは低温でオーミックが得られ
るという利点はあるが、Ａｌをボンディング側にした電
極と、Ａｕをボンディング側にした電極とでは、Ａｕを
ボンディング側にした電極の方が接着強度が強いことが
わかる。

【００２３】このようにｎ電極はＴｉ、またはＴｉとＡ
ｌとでｎ型層と好ましいオーミック接触を得ことがで
き、さらにＡｕが含有されているため、ボールボンディ
ング時に接着強度の強い電極となる。さらに、前記金属
をｎ型層の表面に形成した後、４００℃以上でアニール
することにより、電極とｎ型層とで好ましいオーミック
接触を得ることができる。

【００２４】

【実施例】［実施例１］２インチφのサファイア基板の
上に、ＧａＮバッファ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層、Ｓ
ｉドープｎ型ＧａＡｌＮクラッド層、ＺｎドープＩｎＧ
ａＮ活性層、Ｍｇドープｐ型ＧａＡｌＮクラッド層、Ｍ
ｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層とが順に積層されたダ
ブルへテロ構造のウェーハを用意する。

【００２５】次に、１チップが図３に示すような断面構
造となるように、ウェーハのｐ型ＧａＮコンタクト層を
深さ方向に一部エッチングして、ｎ型ＧａＮ層を表面に
露出させる。ｎ型ＧａＮ層の上に所定の形状のマスクを
かけた後、Ｔｉを１００オングストロームと、Ａｕを
０．５μｍの膜厚で蒸着し、１２０μｍφの大きさの多
層膜を形成する。なおエッチングはＣＣｌ₂Ｆ₂ガスとＡ
ｒガスとを用いたＲＩＥで行った。

【００２６】蒸着後マスクを除去し、ウェーハをアニー
リング装置に入れ、窒素雰囲気中６００℃で５分間アニ
ーリングしてｎ電極を形成する。アニール後、ウェーハ
プローバにてｎ電極間の電流電圧特性を測定した結果、
図２のＨに示すように、オーミック接触が得られてい
た。

【００２７】次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層の上にＮｉ
−Ａｕよりなるｐ電極を設けた後、ウェーハをチップ状
に切断し、２インチφのウェーハから１万５千個のチッ
プを得た。

【００２８】以上のようにして得られた窒化ガリウム系
化合物半導体よりなる発光チップをダイボンドしてリー
ドフレーム上に載置した後、ボールボンダーで各電極に
金ワイヤーを接続した。１万五千個のうち、ボールボン
ディング中にｎ電極とボールが剥離したものはなかっ
た。またボンディング後、チップを無作為に２０個抽出
し、金ワイヤーを引っ張ったところ、ボールが剥がれる
前に、ワイヤーが切れてしまい、ボールが剥がれたもの
はなかった。またこの発光素子を常法に従って樹脂でモ
ールドしてＬＥＤとしたところ、順方向電圧２０ｍＡに
おいて発光させたところ、Ｖｆ３．４Ｖ、４５０ｎｍの
青色発光を示し、光度１．５ｃｄ、発光出力２ｍＷと非
常に良好な特性を示した。

【００２９】［実施例２］ｎ型ＧａＮ層の表面に、Ｔｉ
を１００オングストローム、Ａｌを０．４μｍ、Ａｕを
０．１μｍの膜厚で順に蒸着する他は実施例１と同様に
して１万五千個のチップを得た。これらのチップは、ウ
ェーハプローバでの測定の段階では、すべて図１のＣ、
Ｄに示すようなオーミック接触が得られており、またボ
ールボンディング中に、ボールが剥離したものはなく、
またボンディング後、２０個抽出して金ワイヤーを引っ
張ったところ、全てボールは剥離せず、金ワイヤーが途
中で切断してしまった。また、２０ｍＡにおける発光素
子のＶｆ、発光出力、光度とも実施例１と同一であっ
た。

【００３０】［実施例３］ｎ型ＧａＮ層の表面に、Ｔｉ
を１％含むＡｕを０．５μｍの膜厚で蒸着する他は実施
例１と同様にして１万５千個のチップを得た。これらの
チップは、ウェーハプローバでの測定の段階では、すべ
て図２のＨに示すようなオーミック接触が得られてお
り、同じくボールボンディング中に、ｎ電極からボール
が剥離したものはなく、またボンディング後、２０個抽
出して金ワイヤーを引っ張ったところ、全てボールは剥
離せず、金ワイヤーが途中で切断してしまった。また、
２０ｍＡにおける発光素子のＶｆ、発光出力、光度とも
実施例１と同一であった。

【００３１】［実施例４］実施例１の発光チップのサフ
ァイア基板側を発光観測面として、両電極が跨るように
して２つのリードフレーム上に接続した。つまり、発光
チップを実施例１とは逆の方向にひっくり返した状態と
し、両電極を２つのリードフレームに跨るようにし、そ
れぞれの電極とリードフレームとをインジウムを介して
直接接続した。接続後、ｎ電極と接続したリードフレー
ムを引っ張ったところ、ｎ電極とインジウムとが剥がれ
ずに、インジウムとリードフレームとの界面から剥がれ
た。この発光素子はサファイア基板面が発光観測面側と
なっているので、電極で光を遮られることがない。従っ
て順方向電流２０ｍＡにおいて、Ｖｆは３．４Ｖと同一
であったが、光度３ｃｄ、発光出力５ｍＷと非常に優れ
た特性を示した。

【００３２】［比較例］ｎ型ＧａＮ層の表面に、Ｔｉを
２５オングストローム、Ａｕを０．１５μｍの膜厚で順
に蒸着した後、２５０℃で３０秒間アニーリングする他
は実施例１と同様にして１万五千個のチップを得た。こ
れらのチップは、ウェーハプローバでの測定の段階で、
図２のＥのような電流電圧特性しか示さずオーミックが
得られていなかった。また２０ｍＡにおける発光素子の
Ｖｆも６Ｖと高かった。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
るとエッチングによってダメージを受けたｎ型層と好ま
しいオーミック接触が得られるので、Ｖｆの低い発光効
率に優れた素子を実現できる。しかもこの電極は、他の
金属材料との接着強度が強いので信頼性に優れた発光素
子を提供するできる。また実施例４に示したように、本
発明の電極は、電極表面が酸化されにくいため、ｎ電極
をボールボンディングせずに、例えば電極とリードフレ
ームとを直接、半田、インジウム、金の合金等を介して
接続する際にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電極のアニーリング
温度と、その電極の電流電圧特性との関係を比較して示
す図。

【図２】本発明の一実施例に係る電極のアニーリング
温度と、その電極の電流電圧特性との関係を比較して示
す図。

【図３】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造
を示す模式断面図。

【図４】電極とボールとの接着強度の試験方法を示す
電極の模式断面図。

【符号の説明】

２・・・ｎ型層１１・・・ｎ電極１２・・・ボール１３・・・ワイヤー１５・・・刃物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村修二徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板の表面に少なくとも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
物半導体層が順に積層され、さらにそのｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層の一部がエッチングにより除去され
て、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層に負電極が形成
されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子におい
て、前記負電極は少なくともチタンとアルミニウムと金とを
含み、４００℃以上でアニーリングによりその負電極と
前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層とがオーミック
接触してい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】前記負電極の膜厚が５０オングストロー
ム以上である請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導
体。
【請求項３】ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体表面
に、少なくともチタンとアルミニウムと金とを同時に含
む薄膜を形成した後、４００℃以上でアニーリングする
ことにより、そのｎ型窒化ガリウム系化合物半導体とオ
ーミック接触させることを特徴とする窒化ガリウム系化
合物半導体の電極形成方法。
【請求項４】前記電極を形成する場合、電極全体の膜
厚が５０オングストローム以上とする請求項３記載の窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極形成方法。