JP2803742B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその電極形成方法 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその電極形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ
（０≦X＜１、０≦Y＜１）で表される窒化ガリウム系化
合物半導体を具備する窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子と、その発光素子の電極形成方法に係り、特にｐ型
ドーパントがドープされた窒化ガリウム系化合物半導体
表面の電極と、その電極形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、
ＩｎＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を用い
た発光素子が注目されている。その窒化ガリウム系化合
物半導体は一般にサファイア基板の上に成長される。サ
ファイアのような絶縁性基板を用いた発光素子は、他の
ＧａＡｓ、ＧａＡｌＰ等の半導体基板を用いた発光素子
と異なり、基板側から電極を取り出すことが不可能であ
るため、半導体層に設けられる正、負、一対の電極は同
一面側に形成される。特に窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子の場合、サファイアが透光性であるため、電極
面を下にして、サファイア基板側を発光観測面とするこ
とが多い。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体を発光チップ
とする従来の一発光素子の構造を図１に示す。サファイ
ア基板１の上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２
（以下、ｎ型層２という。）とｐ型ドーパントがドープ
された窒化ガリウム系化合物半導体層３（以下、ｐ型層
３という。）とが順に積層され、さらにｐ型層３の一部
をエッチングして、ｎ型層２を露出させ、ｎ型層２に負
電極としてｎ型電極４、ｐ型層に正電極としてｐ型電極
５を形成した後、電極面を下にしてリードフレーム７に
それぞれの電極がまたがるようにして載置している。な
お電極４、５とリードフレーム７とは半田、銀ペースト
等の導電性材料６で電気的に接続されている。この図に
示すように従来の発光素子は、ｐ型電極４をｐ型層表面
のほぼ全面に形成することにより電流を均一に広げるこ
とができ、均一な発光が得られる反面、発光がｐ型電極
５で遮られ、外部量子効率が悪くなるため、発光をでき
るだけ有効に外部に取り出す目的で透光性基板であるサ
ファイア１を発光観測面としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造の発光素子は、両リードフレーム７間の間隔を
狭くすることが困難であるため、チップサイズが約１ｍ
ｍ以上と大きくなるため、一枚あたりのウエハーからと
れるチップ数が少なくなるという欠点がある。また、リ
ードフレーム間の非常に細かい位置設定、窒化ガリウム
系化合物半導体の精巧なエッチング技術等を必要とする
ため、歩留が上がらず量産性に乏しいという欠点もあ
る。窒化ガリウム系化合物半導体以外の半導体材料を用
いた発光素子のように、基板側を下にしてｎ型電極、ｐ
型電極の両電極を上から取り出すことができれば、チッ
プサイズを小さくできると共に、発光素子の生産性、信
頼性を格段に向上させることができる。そのためには、
ｐ層３に形成する電極を透光性にして、窒化ガリウム系
化合物半導体層内部の発光を遮らないようにする必要が
ある。
【０００５】従って本発明はこのような事情を鑑みなさ
れたもので、その目的とすることは最上層であるｐ層に
形成する電極を透光性にして、発光素子の外部量子効率
を向上させると共に、窒化ガリウム系化合物半導体層側
を発光観測面として、上から電極を取り出すことによ
り、発光素子の生産性を向上させることにある。
【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、Ｍｇがドープされたｐ型Ｇａ
Ｎ層のほぼ全面に、オーミック接触が得られると共に、
膜厚０．００１μｍ以上、０．２μｍ以下の金属よりな
る透光性の電極が形成されていることを特徴とする。ま
た本発明の発光素子の電極形成方法は、Ｍｇをドープし
たＧａＮ層に、０．００１μｍ以上、０．２μｍ以下の
膜厚で金属を蒸着した後、５００℃以上でアニーリング
することにより、前記金属を透光性にすると共に、前記
窒化ガリウム系化合物半導体と前記金属とをオーミック
接触させることを特徴とする。
【０００７】本発明の方法において、ｐ層に蒸着する金
属には、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｔｉの
電極材料を使用することができ、特に好ましいオーミッ
ク接触が得られる材料としてＣｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉ、
Ｐｔの内の少なくとも２種類を含む合金を使用すること
が好ましい。また、金属を蒸着するにあたり、蒸着膜厚
は特に問うものではないが、蒸着後５００℃以上のアニ
ーリングを行った後、その金属電極の膜厚が０．００１
μｍ〜１μｍの範囲になるように蒸着することが好まし
い。前記アニーリングにより、蒸着された金属はｐ層内
部に拡散すると共に、一部外部に飛散して膜厚が薄くな
る。アニーリング後に最終的な電極膜厚を０．００１μ
ｍ〜１μｍの範囲に調整することにより、電極を好まし
く透光性とすることができる。１μｍ以上で形成しても
特に支障はないが、電極が次第に金属色を帯びてくる傾
向にあり透光性が悪くなる。電極は前記範囲内で薄いほ
ど好ましいが、あまり薄くしすぎると接触抵抗が大きく
なる傾向にあるため、０．０１μｍ〜０．２μｍの範囲
がさらに好ましい膜厚である。
【０００８】アニーリングは５００℃以上で行う必要が
ある。なぜなら、この温度以下であると、金属電極とｐ
層とのオーミック接触が得られにくく、金属電極も透光
性になりにくいからである。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以下
（１１００℃前後）で行うことは当然である。
【０００９】
【作用】本発明の一実施例により形成された透光性電極
を具備する発光素子の構造を図２に示す。ｐ層３の上に
透光性電極５’が形成されているため、従来のようにサ
ファイア基板１を発光観測面とせずに、窒化ガリウム系
化合物半導体層側を発光観測面とすることができる。さ
らに、窒化ガリウム系化合物半導体以外の発光素子の集
光手段として一般に用いられているカップ形状のリード
フレームが使用でき、集光性能が格段に向上する。さら
に、一つのリードフレーム上に１チップが載置できるた
め、チップサイズをリードフレームの大きさに合わせて
小さくできるという利点を有する。さらにまた、この図
に示すように透光性電極５’の上にワイヤーボンディン
グ用の電極を設けることによって、上（発光観測面）側
から電極を取り出すことができるため生産性も格段に向
上する。
【００１０】
【実施例】
［実施例１］サファイア基板上にＧａＮよりなるバッフ
ァ層と、ｎ型ＧａＮ層と、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層とを
順に積層したウエハーを用意する。次に前記ｐ型ＧａＮ
層の上に所定の形状のマスクを形成した後、ｐ型ＧａＮ
層をエッチングしてｎ型ＧａＮ層を露出させる。
【００１１】次にｐ型ＧａＮ層の上に電極形成用のマス
クを形成し、蒸着装置にてｐ型ＧａＮ層の上にＮｉを
０．０３μｍと、Ｎｉの上にＡｕを０．０７μｍの厚さ
で蒸着する。なお露出したｎ型ＧａＮ層の上にもＡｌを
蒸着する。
【００１２】蒸着後、アニーリング装置で、ウエハーを
５００℃で１０分間アニーリングすることによりＮｉと
Ａｕとを合金化すると共に、透光性にする。アニーリン
グ後ウエハーを取り出すと、ｐ型ＧａＮ層の電極膜厚は
０．０７μｍであり、透光性となっていた。以上のよう
にして得られたウエハーを３５０μｍ角のチップに切断
し、図２に示すようなカップ形状のリードフレーム上に
載置し、発光ダイオードとしたところ、発光出力は２０
ｍＡにおいて８０μＷ、順方向電圧は４Ｖであった。し
かも２インチφのウエハーからおよそ１６０００個のチ
ップが得られ、得られたチップを具備する発光ダイオー
ドから接触不良によるものを取り除いたところ、歩留９
５％以上であった。
【００１３】［実施例２］アニーリング温度を６００℃
とする他は実施例１と同様にして電極を形成したとこ
ろ、電極膜厚はほぼ同一で同じく透光性となっていた。
後は実施例１と同様にして発光ダイオードとしたとこ
ろ、発光出力、順方向電圧、歩留ともほぼ同一であっ
た。
【００１４】［実施例３］ｐ型ＧａＮ層の上に蒸着する
金属をＣｒ０．５μｍ、Ｎｉ０．５μｍとする他は実施
例１と同様にして電極を形成したところ、電極膜厚は
０．７μｍで同じく透光性となっていた。後は実施例１
と同様にして発光ダイオードとしたところ、発光出力、
順方向電圧、歩留ともほぼ同一であった。
【００１５】［実施例４］ｐ型ＧａＮ層の上に蒸着する
金属をＰｔ０．０１μｍ、Ｔｉ０．１μｍとする他は実
施例１と同様にして電極を形成したところ、電極膜厚は
０．０７μｍで同じく透光性となっていた。後は実施例
１と同様にして発光ダイオードとしたところ、発光出
力、順方向電圧、歩留ともほぼ同一であった。
【００１６】［比較例］実施例１のウエハーのサファイ
ア基板側を上にして、図１に示すような形状のリードフ
レーム上に載置しようとしたところ、チップサイズは最
小でも１ｍｍ角にしか切断できなかった。次にその１ｍ
ｍ角のチップを２つのリードフレームにまたがるように
載置し、電極を接続して発光ダイオードとしたところ、
２０ｍＡにおける発光出力は４０μＷと、横方向の発光
が十分取り出されておらず、また同じく２インチφのウ
エハーからチップが２０００個しか得られず、得られた
チップを具備する発光ダイオードから接触不良によるも
のを取り除くと、歩留は６０％でしかなかった。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子は、ｐ層にオーミック接触が
得られる金属よりなる透光性の電極を形成しているた
め、窒化ガリウム系化合物半導体層側を発光観測面とす
ることができる。このことにより、発光素子の外部量子
効率を低下させることなく、発光を取り出すことができ
る。しかも前記したように１チップサイズを小さくでき
るため、生産性が格段に向上し、さらにまたカップ形状
のリードフレームを使用することも可能となるため、生
産コストを下げ、歩留も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の一構造を示す模式断面図。
【図２】 本発明の一実施例による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。
【符号の説明】
１・・・・基板 ２・・・・ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層 ３・・・・ｐ型ドーパントドープ窒化ガリウム系化合物
半導体層 ４・・・・ｎ型電極 ５’・・・透光性電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/324 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮ層のほぼ
    全面に、オーミック接触が得られると共に、膜厚０．０
    ０１μｍ以上、０．２μｍ以下の金属よりなる透光性の
    電極が形成され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。
  2. 【請求項２】 前記金属はＣｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐ
    ｔより選択された少なくとも２種を含む合金であること
    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。
  3. 【請求項３】 ＭｇをドープしたＧａＮ層に、０．００
    １μｍ以上、０．２μｍ以下の膜厚で金属を蒸着した
    後、５００℃以上でアニーリングすることにより、前記
    金属を透光性にすると共に、前記窒化ガリウム系化合物
    半導体と前記金属とを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発光素子の電極形成
    方法。
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