JP2011040667A - ｎ側電極、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】オーミック性が低下するのを抑制することが可能なｎ側電極を提供する。
【解決手段】このｎ側電極６は、窒化物半導体レーザ素子１のｎ側電極６であって、ｎ型ＧａＮからなる基板２にオーミック接触するとともに、３０ｎｍ以上の厚みを有するＡｌ層６ｂを備える。
【選択図】図２
【解決手段】このｎ側電極６は、窒化物半導体レーザ素子１のｎ側電極６であって、ｎ型ＧａＮからなる基板２にオーミック接触するとともに、３０ｎｍ以上の厚みを有するＡｌ層６ｂを備える。
【選択図】図２
Description
この発明は、ｎ側電極、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関し、特に、ｎ型窒化物半導体層にオーミック接触するｎ側電極、そのｎ側電極を備えた窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
従来、ｎ型窒化物半導体層にオーミック接触するｎ側電極を備えた窒化物半導体発光素子が知られている。従来の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体基板（ｎ型窒化物半導体層）と、ｎ型窒化物半導体基板の主表面上に配置されたｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に配置されたｐ側電極と、ｎ型窒化物半導体基板の裏面にオーミック接触するｎ側電極とを備えている。
この従来の一例による窒化物半導体発光素子では、ｎ側電極は、ｎ型窒化物半導体基板側から順に、例えば、６ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、５ｎｍ〜５０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とが積層されることによって形成されている。
なお、Ａｌ層、Ｐｄ層およびＡｕ層からなるｎ側電極を備えた窒化物半導体発光素子は、例えば、特許文献１に開示されている。
しかしながら、本願発明者が、上記の構造のｎ側電極を備えた窒化物半導体発光素子について種々検討した結果、以下の問題点が存在することを見出した。
具体的には、６ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、５ｎｍ〜５０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側電極を備えた窒化物半導体発光素子をバーンイン試験した場合、時間経過とともに順方向電圧および動作電圧が増加しやすくなることを見出した。この原因を調査するために、ｎ側電極の温度特性（耐熱性）を調査した結果、上記の構造のｎ側電極は、ダイボンディング時に加わる程度の温度（３００℃程度）で加熱されると、オーミック性が低下してしまうという問題点が存在することを見出した。
なお、バーンイン試験とは、高温下で連続通電することにより、短時間で初期故障品を取り除くための加速試験である。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、オーミック性が低下するのを抑制することが可能なｎ側電極、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することである。
この発明の第１の局面によるｎ側電極は、窒化物半導体発光素子のｎ側電極であって、ｎ型窒化物半導体層にオーミック接触するとともに、３０ｎｍ以上の厚みを有するＡｌ層を備える。
この第１の局面によるｎ側電極では、上記のように、ｎ型窒化物半導体層にオーミック接触するとともに、３０ｎｍ以上の厚みを有するＡｌ層を設けることによって、例えば３００℃の温度で加熱しても、Ａｌ層のオーミック性が低下するのを抑制することができる。これにより、窒化物半導体発光素子をバーンイン試験した場合に、順方向電圧や動作電圧が増加するのを抑制することができるとともに、窒化物半導体発光素子の消費電力が増加するのを抑制することができる。
上記第１の局面によるｎ側電極において、好ましくは、Ａｌ層は、Ａｌ層のｎ型窒化物半導体層と反対側の金属がｎ型窒化物半導体層側に拡散するのを抑制する。このように構成すれば、基板とｎ側電極との界面近傍のｎ側電極の部分において、上記金属の含有率が高くなるのを抑制することができるので、Ａｌ層のオーミック性が低下するのを容易に抑制することができる。
上記第１の局面によるｎ側電極において、好ましくは、Ａｌ層のｎ型窒化物半導体層側には、ｎ型窒化物半導体層とＡｌ層との接着強度を向上させる第１の層が配置されている。このように構成すれば、Ａｌ層がｎ型窒化物半導体層から剥がれるのを抑制することができるので、剥がれに起因してＡｌ層のオーミック性が低下するのを抑制することができる。
上記第１の局面によるｎ側電極において、好ましくは、Ａｌ層は、３０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の厚みを有する。このように構成すれば、Ａｌ層（ｎ側電極）の製造に時間がかかるのを抑制しながら、Ａｌ層のオーミック性が低下するのを抑制することができる。
上記第１の局面によるｎ側電極において、好ましくは、窒化物半導体発光素子が搭載されるサブマウントに接着される第２の層が設けられている。このように構成すれば、ｎ側電極を、容易に、サブマウントに接着することができる。
上記第１の局面によるｎ側電極において、好ましくは、Ａｌ層のｎ型窒化物半導体層と反対側には、第３の層が配置されており、第３の層は、窒化物半導体発光素子が搭載されるサブマウントと窒化物半導体発光素子との間に配置される接着層が、ｎ型窒化物半導体層側に拡散するのを抑制する。このように構成すれば、接着層がｎ型窒化物半導体層に拡散するのを抑制することができるので、Ａｌ層のオーミック性が低下するのをより抑制することができる。
上記Ａｌ層のｎ型窒化物半導体層側に第１の層が配置されているｎ側電極において、好ましくは、第１の層は、Ｐｔ層を含む。このように構成すれば、ｎ型窒化物半導体層とＡｌ層との接着強度を、容易に向上させることができる。
上記第２の層が設けられているｎ側電極において、好ましくは、第２の層は、Ａｕ層を含む。このように構成すれば、ｎ側電極を、容易に、サブマウントに接着することができる。
上記Ａｌ層のｎ型窒化物半導体層と反対側に第３の層が配置されているｎ側電極において、好ましくは、第３の層は、Ｔｉ層を含む。このように構成すれば、サブマウントと窒化物半導体発光素子との間に配置される接着層が、ｎ型窒化物半導体層側に拡散するのを、容易に抑制することができる。
上記第１の局面によるｎ側電極において、ｎ型窒化物半導体層を、ｎ型ＧａＮ基板を含むように構成してもよい。
この発明の第２の局面による窒化物半導体発光素子は、上記の構成のｎ側電極と、ｎ側電極にオーミック接触されるｎ型窒化物半導体層とを備える。このように構成すれば、オーミック性が低下するのを抑制することが可能な窒化物半導体発光素子を得ることができる。
この発明の第３の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法は、ｎ型窒化物半導体層を準備する工程と、ｎ型窒化物半導体層にｎ側電極を形成する工程とを備え、ｎ側電極を形成する工程は、ｎ型窒化物半導体層にオーミック接触するとともに、３０ｎｍ以上の厚みを有するように、Ａｌ層を形成する工程を含む。
この第３の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法では、上記のように、ｎ型窒化物半導体層にオーミック接触するとともに、３０ｎｍ以上の厚みを有するように、Ａｌ層を設けることによって、例えば３００℃の温度で加熱しても、Ａｌ層のオーミック性が低下するのを抑制することができる。これにより、窒化物半導体発光素子をバーンイン試験した場合に、順方向電圧や動作電圧が増加するのを抑制することができるとともに、窒化物半導体発光素子の消費電力が増加するのを抑制することができる。
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、ｎ側電極を構成する全ての層を、リフトオフ法を用いて形成してもよい。
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、ｎ側電極を形成する工程に先立って、ｎ型窒化物半導体層の表面の酸化膜を、塩酸を用いて除去する工程を備える。このように構成すれば、ｎ型窒化物半導体層の表面の酸化膜を除去せずにｎ側電極を設ける場合に比べて、ｎ型窒化物半導体層とｎ側電極との接着強度を向上させることができる。これにより、ｎ側電極がｎ型窒化物半導体層から剥がれるのを抑制することができるので、Ａｌ層のオーミック性が低下するのをより抑制することができる。
以上のように、本発明によれば、オーミック性が低下するのを抑制することが可能なｎ側電極および窒化物半導体発光素子を容易に得ることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態による窒化物半導体レーザ素子１の構造について説明する。なお、窒化物半導体レーザ素子１は、本発明の「窒化物半導体発光素子」の一例である。
本発明の一実施形態による窒化物半導体レーザ素子１は、青紫色のレーザ光を発振する青紫色半導体レーザ素子である。また、窒化物半導体レーザ素子１は、図１に示すように、窒化物半導体であるｎ型ＧａＮからなる基板２と、基板２の主表面上に形成された窒化物半導体からなる半導体層３と、半導体層３上の所定領域に形成された電流ブロック層４と、電流ブロック層４上の所定領域に形成されたｐ側パッド電極５と、基板２の裏面上の所定領域に形成されたｎ側電極６とを備えている。なお、基板２は、本発明の「ｎ型窒化物半導体層」および「ｎ型ＧａＮ基板」の一例である。
基板２は、例えば約１００μｍの厚みに形成されている。また、基板２の裏面は、凹凸の無い平坦面に形成されている。
半導体層３は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮなどによって形成されている。また、半導体層３は、図示しないｎ型クラッド層、発光層およびｐ型クラッド層などを含んでいる。また、半導体層３の幅方向（Ａ方向）の中央部には、紙面に対して垂直方向に延びるリッジ部３ａが設けられている。
電流ブロック層４は、ＳｉＯ2膜により形成されている。また、電流ブロック層４のリッジ部３ａ上の部分には、開口部が形成されている。
ｐ側パッド電極５は、リッジ部３ａを覆うように配置されているとともに、電流ブロック層４の開口部を介して半導体層３にオーミック接触するように形成されている。このｐ側パッド電極５は、半導体層３側から順に、図示しないＴｉ層、Ｐｄ層およびＡｕ層が積層されることによって形成されている。なお、半導体層３とｐ側パッド電極５との間に、ｐ型半導体からなるコンタクト層や金属層（図示せず）が配置されていてもよい。
ここで、本実施形態では、図２に示すように、ｎ側電極６は、基板２側から順に、Ｐｔ層６ａ、Ａｌ層６ｂ、Ｐｄ層６ｃ、Ａｕ層６ｄ、Ｔｉ層６ｅおよびＡｕ層６ｆが積層されることによって形成されている。なお、Ｐｔ層６ａは、本発明の「第１の層」の一例であり、Ｔｉ層６ｅは、本発明の「第３の層」の一例である。また、Ａｕ層６ｆは、本発明の「第２の層」の一例である。
Ｐｔ層６ａは、例えば、約０．１ｎｍ〜約５ｎｍの厚みを有するとともに、基板２の平坦面からなる裏面上に形成されている。また、Ｐｔ層６ａは、Ａｌ層６ｂと基板２との接着強度を向上させる機能を有する。
また、本実施形態では、Ａｌ層６ｂは、約３０ｎｍ以上の厚みを有する。また、Ａｌ層６ｂは、基板２にオーミック接触されているとともに、Ａｕ層６ｄのＡｕが基板２側に拡散するのを抑制するバリア層として機能する。これにより、基板２とｎ側電極６との界面近傍のｎ側電極６の部分（Ｐｔ層６ａ）のＡｕの含有率が高くなるのを抑制することが可能となる。なお、Ａｌ層６ｂは、例えば、約３０ｎｍ以上約１２０ｎｍ以下の厚みを有することが好ましく、約７５０ｎｍ程度の厚みを有することがより好ましい。
Ｐｄ層６ｃは、例えば、約０．５ｎｍ〜約１０ｎｍの厚みを有する。また、Ｐｄ層６ｃは、Ａｌ層６ｂとＡｕ層６ｄとの接着強度を向上させる機能を有する。
Ａｕ層６ｄは、例えば、約５ｎｍ〜約５０ｎｍの厚みを有する。また、Ａｕ層６ｄは、Ｐｄ層６ｃとＴｉ層６ｅとの接着強度を向上させる機能を有する。
Ｔｉ層６ｅは、例えば、約５ｎｍ〜約５０ｎｍの厚みを有する。また、Ｔｉ層６ｅは、Ａｕ層６ｆのＡｕや、後述するサブマウント１０（図３参照）の電極層１１との間に配置される半田層２０のＡｕが基板２側に拡散するのを抑制するバリア層として機能する。
Ａｕ層６ｆは、例えば、約１００ｎｍ〜約３０００ｎｍの厚みを有する。また、Ａｕ層６ｆ（窒化物半導体レーザ素子１）は、図３に示すように、サブマウント１０の電極層１１に、例えばＡｕＳｎからなる半田層２０を介して接着（ダイボンディング）される。なお、半田層２０は、本発明の「接着層」の一例である。
なお、窒化物半導体レーザ素子１は、例えば、２８０℃〜２９０℃のピーク温度で、サブマウント１０にダイボンディングされる。
次に、図１、図２、図４〜図１１を参照して、本発明の一実施形態による窒化物半導体レーザ素子１の製造方法について説明する。
まず、図４に示すように、例えば約３５０μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなる基板２を準備する。
そして、基板２の主表面上に、窒化物半導体からなる半導体層３を形成する。
その後、図５に示すように、半導体層３のリッジ部３ａを形成する予定の領域上に、レジスト３０を形成する。
そして、図６に示すように、レジスト３０をマスクとして、半導体層３の途中の深さまでエッチングを行うことにより、半導体層３にリッジ部３ａを形成する。その後、レジスト３０を除去する。
そして、図７に示すように、半導体層３上の所定領域に、リッジ部３ａ上に開口部を有するＳｉＯ2膜からなる電流ブロック層４を形成する。
その後、図８に示すように、電流ブロック層４の開口部を覆うように、電流ブロック層４上の所定領域にｐ側パッド電極５を形成する。これにより、ｐ側パッド電極５は、電流ブロック層４の開口部を介して半導体層３にオーミック接触する。
次に、図９に示すように、基板２の厚みが例えば約１００μｍになるまで、基板２の裏面を研磨し、基板２の裏面を、凹凸の無い平坦面にする。
そして、基板２の表面（裏面を含む）を塩酸で処理することにより、基板２の表面の酸化膜（図示せず）を除去する。なお、塩酸の代わりに例えばフッ酸を用いても、基板２の表面の酸化膜を除去することは可能であるが、形成したｐ側の構造（ｐ側パッド電極５など）が破壊されるので、塩酸を用いる方が好ましい。
その後、本実施形態では、リフトオフ法を用いて、基板２の裏面上にｎ側電極６を形成する。
具体的には、図１０に示すように、基板２の裏面上のｎ側電極６（図１参照）を形成する予定の領域以外の領域に、レジスト３１を形成する。
そして、図１１に示すように、真空蒸着法などにより、基板２の裏面側にｎ側電極６を形成する。このとき、図２に示すように、基板２側から順に、Ｐｔ層６ａ、Ａｌ層６ｂ、Ｐｄ層６ｃ、Ａｕ層６ｄ、Ｔｉ層６ｅおよびＡｕ層６ｆを積層する。これにより、Ａｌ層６ｂは、Ｐｔ層６ａを介して、基板２にオーミック接触する。
その後、レジスト３１を除去する。このようにして、図１に示した窒化物半導体レーザ素子１が得られる。
次に、図１２〜図２０を参照して、窒化物半導体レーザ素子１の効果を確認するために行った確認実験について説明する。
この確認実験では、本実施形態に対応した実施例１〜実施例３と、比較例１および比較例２とを用いた。なお、後述するように、実施例１〜実施例３および比較例１では、ｎ側電極をＰｔ／Ａｌ／Ｐｄ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕの６層構造とし、比較例２では、ｎ側電極をＡｌ／Ｐｄ／Ａｕの３層構造とした。
まず、実施例１〜実施例３、比較例１および比較例２の温度特性を確認した実験について説明する。
実施例１では、Ｐｔ層６ａ、Ａｌ層６ｂ、Ｐｄ層６ｃ、Ａｕ層６ｄ、Ｔｉ層６ｅおよびＡｕ層６ｆをそれぞれ約２ｎｍ、約３０ｎｍ、約１ｎｍ、約２０ｎｍ、約２０ｎｍおよび約６００ｎｍの厚みに設定した試料を、５つ作製した。なお、実施例１のその他の構造は、上記した窒化物半導体レーザ素子１と同様にした。
そして、約１００℃の雰囲気中に約１０分間放置した試料を実施例１−１とした。すなわち、約１００℃の温度で約１０分間加熱した試料を実施例１−１とした。同様に、約２００℃、約２５０℃、約３００℃および約４００℃の雰囲気中に約１０分間放置した試料を、それぞれ、実施例１−２、実施例１−３、実施例１−４および実施例１−５とした。
実施例２では、Ａｌ層６ｂを約７５ｎｍの厚みに設定した試料を５つ作製した。なお、実施例２のその他の構造は、実施例１と同様にした。
そして、約１００℃、約２００℃、約２５０℃、約３００℃および約４００℃の雰囲気中に約１０分間放置した試料を、それぞれ、実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、実施例２−４および実施例２−５とした。
実施例３では、Ａｌ層６ｂを約１２０ｎｍの厚みに設定した試料を５つ作製した。なお、実施例３のその他の構造は、実施例１と同様にした。
そして、約１００℃、約２００℃、約２５０℃、約３００℃および約４００℃の雰囲気中に約１０分間放置した試料を、それぞれ、実施例３−１、実施例３−２、実施例３−３、実施例３−４および実施例３−５とした。
比較例１では、Ａｌ層を約５ｎｍの厚みに設定した試料のを５つ作製した。なお、比較例１のその他の構造は、実施例１と同様にした。
そして、約１００℃、約２００℃、約２５０℃、約３００℃および約４００℃の雰囲気中に約１０分間放置した試料を、それぞれ、比較例１−１、比較例１−２、比較例１−３、比較例１−４および比較例１−５とした。
比較例２では、ｎ側電極を、基板２側から順に、約６ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約６００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とにより形成した。そして、比較例２による試料を、５つ作製した。なお、比較例２のその他の構造は、実施例１と同様にした。
そして、約１００℃、約２００℃、約２５０℃、約３００℃および約４００℃の雰囲気中に約１０分間放置した試料を、それぞれ、比較例２−１、比較例２−２、比較例２−３、比較例２および比較例２−５とした。
そして、実施例１（実施例１−１〜実施例１−５）、実施例２（実施例２−１〜実施例２−５）、実施例３（実施例３−１〜実施例３−５）、比較例１（比較例１−１〜比較例１−５）および比較例２（比較例２−１〜比較例２−５）について、電流−電圧特性を測定した。その結果を、図１２〜図１６にそれぞれ示す。
なお、電流−電圧特性の測定は、窒化物半導体レーザ素子１が個片に分割される前のウエハ（図示せず）の状態において、隣接する窒化物半導体レーザ素子１のｎ側電極同士の間の電流−電圧特性を４端子法を用いて測定することにより行った。
図１２〜図１６を参照して、実施例１〜実施例３では、比較例１および比較例２に比べて、約２００℃、約２５０℃および約３００℃の温度で加熱した場合の電流−電圧特性が向上することが判明した。具体的には、実施例１〜実施例３では、比較例１および比較例２に比べて、約２００℃、約２５０℃および約３００℃のグラフの傾きが急になっており、かつ、グラフが直線状になった。
上記の結果をさらに詳細に解析するために、測定した電流−電圧特性に基づいて、−０．１Ｖ〜０．１Ｖ間の抵抗値Ｒと、加熱温度との関係を求めた。その結果を、図１７に示す。
図１７に示すように、実施例１〜実施例３、比較例１および比較例２の各々において、抵抗値Ｒと加熱温度との関係は、アレニウスの法則に従うので、Ｒ＝Ｄ×ｅｘｐ（−Ｅ／（ｋ×Ｔ））の式で表すことができる。なお、上記式において、Ｄは拡散係数であり、Ｅは拡散の活性化エネルギー［ｅＶ］であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度［Ｋ］である。そして、上記式から図１８が得られる。
図１８を参照して、実施例１〜実施例３は、比較例１および比較例２に比べて、Ａｕなどの拡散を抑制することが判明した。具体的には、実施例１〜実施例３では、比較例１および比較例２に比べて、活性化エネルギーＥおよび拡散定数Ｄが小さくなった。また、ｎ側電極が６層構造（実施例１〜実施例３および比較例１）の場合、Ａｌ層の厚みが大きくなるにしたがって、活性化エネルギーＥおよび拡散定数Ｄが小さくなることが判明した。
次に、実施例２および比較例２について、Ａｕの拡散状態を確認した実験について説明する。
この実験では、上記した実施例２および比較例２について、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて、Ａｕの拡散状態を解析した。その結果を、それぞれ図１９および図２０に示す。
図１９および図２０を参照して、実施例２は、比較例２に比べて、基板２側にＡｕが拡散するのを抑制することが確認できた。具体的には、実施例２における基板２とｎ側電極６との界面近傍のｎ側電極６の部分（Ｐｔ層６ａ）のＡｕの含有率（約７％）が、比較例２における基板２とｎ側電極との界面近傍のｎ側電極の部分（Ａｌ層の基板２側の部分）のＡｕの含有率に比べて低くなった。なお、図２０では、基板２とｎ側電極との界面近傍のｎ側電極の部分のＡｕの含有率の正確な値は示されていないが、以下の結果から、その部分のＡｕの含有率は比較例２よりも実施例２の方が低くなることが容易に推測できる。
すなわち、図１９に示すように、実施例２では、基板２の裏面から約４０ｎｍ内側の部分（図１９において、基板の裏面からの距離（横軸）が約−４０ｎｍの位置）のＡｕの含有率は、約１ａｔ％であった。その一方、図２０に示すように、比較例２では、基板２の裏面から約４０ｎｍ内側の部分のＡｕの含有率は、約１．４ａｔ％であった。このように、基板２の裏面から約４０ｎｍ内側の部分のＡｕの含有率は、比較例２よりも実施例２の方が低いので、基板２とｎ側電極との界面近傍におけるＡｕの含有率も、比較例２よりも実施例２の方が低いと容易に推測できる。
次に、実施例２および比較例２について、順方向電圧および動作電圧を測定した実験について説明する。
この実験では、実施例２および比較例２について、２０ｍＡの電流を流すときの順方向電圧と、５ｍＷの光出力を得るときの動作電圧とを測定した。その結果を、表１に示す。
次に、実施例２および比較例２について、バーンイン試験後の電圧上昇率を測定した実験について説明する。
この実験では、実施例２および比較例２について、約７０℃の温度で約１５時間バーンイン試験を行い、バーンイン試験後の電圧上昇率を求めた。その結果を、表２に示す。
本実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮからなる基板２にオーミック接触するとともに、３０ｎｍ以上の厚みを有するＡｌ層６ｂを設けることによって、例えば３００℃の温度で加熱しても、Ａｕが基板２側に拡散するのをＡｌ層６ｂにより抑制することができるので、Ａｌ層６ｂのオーミック性が低下するのを抑制することができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子１をバーンイン試験した場合に、順方向電圧や動作電圧が増加するのを抑制することができるとともに、窒化物半導体レーザ素子１の消費電力が増加するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、Ａｌ層６ｂと基板２との間に、Ａｌ層６ｂと基板２との接着強度を向上させるＰｔ層６ａを配置することによって、Ａｌ層６ｂが基板２から剥がれるのを抑制することができるので、剥がれに起因してＡｌ層６ｂのオーミック性が低下するのを抑制することができる。また、Ａｌ層６ｂと基板２との間にＰｔ層６ａを配置することによって、Ａｌ層６ｂと基板２との接着強度を向上させることができるので、基板２の裏面が凹凸の無い平坦面に形成された状態で基板２の裏面にＰｔ層６ａおよびＡｌ層６ｂを形成した場合であっても、Ａｌ層６ｂが基板２から剥がれるのを抑制することができる。これにより、Ａｌ層６ｂと基板２との接着強度を向上させるために、基板２の裏面に凹凸を形成する必要がないので、基板２の裏面に凹凸を形成する場合に比べて、製造プロセスを簡略化することができる。
また、本実施形態では、上記のように、Ａｌ層６ｂを、３０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の厚みに形成すれば、Ａｌ層６ｂ（ｎ側電極６）の製造に時間がかかるのを抑制しながら、Ａｌ層６ｂのオーミック性が低下するのを抑制することができる。
また、Ａｕ層６ｆは、半田層２０と合金化しやすいので、上記のように、Ａｕ層６ｆをｎ側電極６の最下層に設けることによって、窒化物半導体レーザ素子１をサブマウント１０に良好に実装することができる。
また、本実施形態では、上記のように、基板２の表面の酸化膜を、塩酸を用いて除去することによって、基板２の表面の酸化膜を除去せずにｎ側電極６を設ける場合に比べて、基板２とｎ側電極６との接着強度をより向上させることができるので、ｎ側電極６が基板２から剥がれるのをより抑制することができ、Ａｌ層６ｂのオーミック性が低下するのをより抑制することができる。
なお、今回開示された実施形態および実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
例えば、上記実施形態では、窒化物半導体発光素子として、窒化物半導体レーザ素子を用いた例について説明したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体発光素子として、窒化物半導体発光ダイオード素子を用いてもよい。
また、上記実施形態では、ｎ側電極を、Ｐｔ／Ａｌ／Ｐｄ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕの６層構造とした例について示したが、本発明はこれに限らず、ｎ側電極を、Ｐｔ／Ａｌ／Ｐｄ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ以外の６層構造としてもよい。例えば、Ｐｄ層の代わりにＰｔ層を配置したり、Ｔｉ層の代わりにＰｄ層を配置することが可能である。また、ｎ側電極を、例えば、Ａｌ／Ｐｄ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕの５層構造としたり、Ｐｔ／Ａｌ／Ｐｄ／Ａｕの４層構造としたり、Ａｌ／Ｐｄ／Ａｕの３層構造としてもよい。
また、上記実施形態では、Ａｌ層を、例えば、約３０ｎｍ以上約１２０ｎｍ以下の厚みに形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、Ａｌ層を、約１２０ｎｍよりも大きい厚みに形成してもよい。上記した確認実験では、図１７および図１８に示したように、Ａｌ層の厚みが大きくなるにしたがって、活性化エネルギーＥおよび拡散定数Ｄが小さくなるので、Ａｌ層を約１２０ｎｍよりも大きい厚みに形成しても同様の効果が得られると考えられる。
１ 窒化物半導体レーザ素子（窒化物半導体発光素子）
２ 基板（ｎ型窒化物半導体層、ｎ型ＧａＮ基板）
６ ｎ側電極
６ａ Ｐｔ層（第１の層）
６ｂ Ａｌ層
６ｅ Ｔｉ層（第３の層）
６ｆ Ａｕ層（第２の層）
１０ サブマウント
２０ 半田層（接着層）
２ 基板（ｎ型窒化物半導体層、ｎ型ＧａＮ基板）
６ ｎ側電極
６ａ Ｐｔ層（第１の層）
６ｂ Ａｌ層
６ｅ Ｔｉ層（第３の層）
６ｆ Ａｕ層（第２の層）
１０ サブマウント
２０ 半田層（接着層）
Claims (14)
- 窒化物半導体発光素子のｎ側電極であって、
ｎ型窒化物半導体層にオーミック接触するとともに、３０ｎｍ以上の厚みを有するＡｌ層を備えることを特徴とするｎ側電極。 - 前記Ａｌ層は、前記Ａｌ層の前記ｎ型窒化物半導体層と反対側の金属が前記ｎ型窒化物半導体層側に拡散するのを抑制することを特徴とする請求項１に記載のｎ側電極。
- 前記Ａｌ層の前記ｎ型窒化物半導体層側には、前記ｎ型窒化物半導体層と前記Ａｌ層との接着強度を向上させる第１の層が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のｎ側電極。
- 前記Ａｌ層は、３０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のｎ側電極。
- 前記窒化物半導体発光素子が搭載されるサブマウントに接着される第２の層が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のｎ側電極。
- 前記Ａｌ層の前記ｎ型窒化物半導体層と反対側には、第３の層が配置されており、
前記第３の層は、前記窒化物半導体発光素子が搭載されるサブマウントと前記窒化物半導体発光素子との間に配置される接着層が、前記ｎ型窒化物半導体層側に拡散するのを抑制することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のｎ側電極。 - 前記第１の層は、Ｐｔ層を含むことを特徴とする請求項３に記載のｎ側電極。
- 前記第２の層は、Ａｕ層を含むことを特徴とする請求項５に記載のｎ側電極。
- 前記第３の層は、Ｔｉ層を含むことを特徴とする請求項６に記載のｎ側電極。
- 前記ｎ型窒化物半導体層は、ｎ型ＧａＮ基板を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のｎ側電極。
- 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のｎ側電極と、
前記ｎ側電極にオーミック接触されるｎ型窒化物半導体層とを備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - ｎ型窒化物半導体層を準備する工程と、
前記ｎ型窒化物半導体層にｎ側電極を形成する工程とを備え、
前記ｎ側電極を形成する工程は、前記ｎ型窒化物半導体層にオーミック接触するとともに、３０ｎｍ以上の厚みを有するように、Ａｌ層を形成する工程を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記ｎ側電極を構成する全ての層は、リフトオフ法を用いて形成されることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記ｎ側電極を形成する工程に先立って、前記ｎ型窒化物半導体層の表面の酸化膜を、塩酸を用いて除去する工程を備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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