JP2916424B2 - 半導体発光素子、半導体発光素子の電極および半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子、半導体発光素子の電極および半導体発光素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子、そ
のオーミック電極として用いられる電極の構造及び半導
体発光素子の形成方法に関するものである。
のオーミック電極として用いられる電極の構造及び半導
体発光素子の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体素子におけるオーミック電
極構造の例を図１２に示す。図１２において、ｐ型ある
いはｎ型ＧａＡｓ基板２３上には同一導電型のＧａＡｓ
バッファ層２４が形成され、このバッファ層２４上には
ＩｎＡｌＰ膜２５、ＩｎＧａＡｌＰ膜２６、ＩｎＡｌＰ
膜２７、ＡｌＧａＡｓ膜２８、ＡｕＺｎ膜２９がその順
に積層されてダブルへテロ構造を構成しており、最上層
であるＡｕＺｎ膜２９上にはＡｕボール３０によりＡｕ
ワイヤ７がボンディングされており、これらＡｕＺｎ膜
２９及びＡｕボール３０が上部電極を構成している。Ａ
ｌＧａＡｓ膜２８のＡｕＺｎ膜２９との境界部には図１
３に示すように合金拡散層２８’が形成されている。ま
た、下部電極はＡｕＧｅ層によって構成されている。
極構造の例を図１２に示す。図１２において、ｐ型ある
いはｎ型ＧａＡｓ基板２３上には同一導電型のＧａＡｓ
バッファ層２４が形成され、このバッファ層２４上には
ＩｎＡｌＰ膜２５、ＩｎＧａＡｌＰ膜２６、ＩｎＡｌＰ
膜２７、ＡｌＧａＡｓ膜２８、ＡｕＺｎ膜２９がその順
に積層されてダブルへテロ構造を構成しており、最上層
であるＡｕＺｎ膜２９上にはＡｕボール３０によりＡｕ
ワイヤ７がボンディングされており、これらＡｕＺｎ膜
２９及びＡｕボール３０が上部電極を構成している。Ａ
ｌＧａＡｓ膜２８のＡｕＺｎ膜２９との境界部には図１
３に示すように合金拡散層２８’が形成されている。ま
た、下部電極はＡｕＧｅ層によって構成されている。
【０００３】ここで、ＡｕＺｎ膜２９はＡｕに数％のＺ
ｎを含有させたもの、及びＡｕＧｅ膜３１はＡｕに数％
のＧｅを含有させたもので、それぞれ１〜３μｍの厚さ
で形成される。Ａｕに含有させる金属としてはＢｅも標
準的なものとされている。
ｎを含有させたもの、及びＡｕＧｅ膜３１はＡｕに数％
のＧｅを含有させたもので、それぞれ１〜３μｍの厚さ
で形成される。Ａｕに含有させる金属としてはＢｅも標
準的なものとされている。
【０００４】上部電極を構成するＡｕＺｎ膜２９は図１
４に示すように十字状にパターニングされている。これ
は、活性層で発光した光がこのＡｕＺｎ膜で遮られて輝
度が損なわれることを防止し、かつペレットに占める電
極の周囲長をできるだけ大きくするためである。
４に示すように十字状にパターニングされている。これ
は、活性層で発光した光がこのＡｕＺｎ膜で遮られて輝
度が損なわれることを防止し、かつペレットに占める電
極の周囲長をできるだけ大きくするためである。
【０００５】この金属電極にあっては、オーミック接続
が形成されており、このオーミック接続を形成するため
に、アニールを行うことが好ましい（例えば、特開平６
−３１４８２２号公報参照）。
が形成されており、このオーミック接続を形成するため
に、アニールを行うことが好ましい（例えば、特開平６
−３１４８２２号公報参照）。
【０００６】次に、図１５に他の従来技術を示す。ここ
に示されたのは、基板表面側に２つの電極を設けた形式
のもので、サファイア基板３２上にはＧａＮ膜３が形成
され、このＧａＮ膜３３上には、ＩｎＧａＮ膜３４、Ｇ
ａＮ膜３５、ＡｕＺｎ膜３６がその順に積層され、この
ＡｕＺｎ膜３６上にはＡｕボール３７を介してＡｕワイ
ヤ７がボンディングされている。ＧａＮ膜３３上には更
にＡｕＴｉ膜３８が被着され、このＡｕＴｉ膜３８上に
はＡｕボール３９を介してＡｕワイヤ７がボンディング
されている。
に示されたのは、基板表面側に２つの電極を設けた形式
のもので、サファイア基板３２上にはＧａＮ膜３が形成
され、このＧａＮ膜３３上には、ＩｎＧａＮ膜３４、Ｇ
ａＮ膜３５、ＡｕＺｎ膜３６がその順に積層され、この
ＡｕＺｎ膜３６上にはＡｕボール３７を介してＡｕワイ
ヤ７がボンディングされている。ＧａＮ膜３３上には更
にＡｕＴｉ膜３８が被着され、このＡｕＴｉ膜３８上に
はＡｕボール３９を介してＡｕワイヤ７がボンディング
されている。
【０００７】このような構造によれば、電極の周囲長が
長くなるため、ｐｎ接合つまり活性層に供給される電流
が電極近傍に限定されることなく、同じ電極面積でも高
輝度を得ることができるという利点がある。
長くなるため、ｐｎ接合つまり活性層に供給される電流
が電極近傍に限定されることなく、同じ電極面積でも高
輝度を得ることができるという利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極分
の面積で遮光が行われることには変わりなく、その分の
輝度低下させている。また、図１５の構造では、電極３
６の周辺から電流が広がらないので、電極近傍のみが光
るという現象が発生している。
の面積で遮光が行われることには変わりなく、その分の
輝度低下させている。また、図１５の構造では、電極３
６の周辺から電流が広がらないので、電極近傍のみが光
るという現象が発生している。
【０００９】そこで近年、上記問題を回避しようとする
ために電極材の透光性を５０％以上、好ましくは７０〜
８０％まで向上させることが試みられ、ＩＴＯ（Indium
TinOxide）等の透光性材料が検討されている。しか
し、この手法では素子分離のためのウェットエッチング
が難しいため、ＲＩＥ等の異方性エッチングの手法を用
いなければならず、コスト高となって量産技術として採
用されるには至っていない。また、従来電極に比べ劣化
し易い等信頼性の問題もあった。
ために電極材の透光性を５０％以上、好ましくは７０〜
８０％まで向上させることが試みられ、ＩＴＯ（Indium
TinOxide）等の透光性材料が検討されている。しか
し、この手法では素子分離のためのウェットエッチング
が難しいため、ＲＩＥ等の異方性エッチングの手法を用
いなければならず、コスト高となって量産技術として採
用されるには至っていない。また、従来電極に比べ劣化
し易い等信頼性の問題もあった。
【００１０】本発明の目的は、半導体発光素子のオーミ
ック電極として、安価で、活性層からの光取出し効率が
高く、さらに高信頼性の電極構造及びその製造法を提供
することである。
ック電極として、安価で、活性層からの光取出し効率が
高く、さらに高信頼性の電極構造及びその製造法を提供
することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体発
光素子の電極によれば、多層金属薄膜を用い、これらの
膜間に構成元素の高濃度酸素含有層または酸化物層をア
ニールにより形成し、これらの多層効果によって、電極
に要求される高い導電率と透光性を達成している。
光素子の電極によれば、多層金属薄膜を用い、これらの
膜間に構成元素の高濃度酸素含有層または酸化物層をア
ニールにより形成し、これらの多層効果によって、電極
に要求される高い導電率と透光性を達成している。
【００１２】したがって、このような電極を含む半導体
発光素子は発光効率が高く、かつ安価、高信頼性である
という特徴を有する。
発光素子は発光効率が高く、かつ安価、高信頼性である
という特徴を有する。
【００１３】また、本発明にかかる半導体発光素子の製
造方法によれば、電極となる多層金属膜を形成後、酸素
を含む雰囲気中でアニールすることにより、金属膜間に
酸化物膜を形成するようにしているので、安定に電極構
造を得ることができる。
造方法によれば、電極となる多層金属膜を形成後、酸素
を含む雰囲気中でアニールすることにより、金属膜間に
酸化物膜を形成するようにしているので、安定に電極構
造を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明にかかる半導体発光
素子の実施の一形態を示す断面図であって、特にオーミ
ック電極の構造を示す。この半導体発光素子は、ペレッ
ト部１は図１２に示した従来のものと同じように、Ｇａ
Ａｓ基板２３及びＧａＡｓバッファ層２４からなる基底
層上にＩｎＧａＡｌＰ膜２６とＩｎＡｌＰ膜２５、２７
とからなるダブルへテロ構造、及び電流拡散層としての
ＡｌＧａＡｓ膜２８が順次ヘテロエピ成長により形成さ
れ、下部電極としてのＡｕＧｅ膜３１を備えている。
素子の実施の一形態を示す断面図であって、特にオーミ
ック電極の構造を示す。この半導体発光素子は、ペレッ
ト部１は図１２に示した従来のものと同じように、Ｇａ
Ａｓ基板２３及びＧａＡｓバッファ層２４からなる基底
層上にＩｎＧａＡｌＰ膜２６とＩｎＡｌＰ膜２５、２７
とからなるダブルへテロ構造、及び電流拡散層としての
ＡｌＧａＡｓ膜２８が順次ヘテロエピ成長により形成さ
れ、下部電極としてのＡｕＧｅ膜３１を備えている。
【００１５】このペレット１の上面には電極が形成され
ている。この電極はＮｉ膜２、ＮｉＯ膜３、Ａｕ膜４の
順に金属薄膜が積層され、Ａｕ膜４上にはボンディング
に対応した大きさにＡｕ膜５が形成され、この表面Ａｕ
膜５上にはＡｕ線がボンディングされてＡｕボール６と
なっている。この接続の様子を図２の平面図に示す。同
図によれば、金属薄膜２〜４はペレット１のほぼ全域に
渡って形成され、Ａｕボール６がボンディングされるボ
ンディングパッド領域であるＡｕ膜５は金属薄膜２〜４
よりも小さな面積を占めていることがわかる。また、こ
のＡｕ膜５はμｍの厚さを有する他の金属薄膜２〜４よ
りも厚く約１μｍの厚さを有している。Ｎｉ膜２はペレ
ット１上にオーミック接合されており、この結果、ペレ
ット最上層２８にはのＮｉ拡散層８が形成されている。
又、Ａｕ膜５はＡｕボール６のボンディング時にペレッ
ト１へダメージが入らないよう緩衝層として、およびボ
ールとの密着性を良くするための層として形成されてい
る。また、前述したように下部電極としてはＡｕＧｅ膜
３１が用いられているが、電極を下面から取る場合、必
ずしも透光性電極は必要ではない。
ている。この電極はＮｉ膜２、ＮｉＯ膜３、Ａｕ膜４の
順に金属薄膜が積層され、Ａｕ膜４上にはボンディング
に対応した大きさにＡｕ膜５が形成され、この表面Ａｕ
膜５上にはＡｕ線がボンディングされてＡｕボール６と
なっている。この接続の様子を図２の平面図に示す。同
図によれば、金属薄膜２〜４はペレット１のほぼ全域に
渡って形成され、Ａｕボール６がボンディングされるボ
ンディングパッド領域であるＡｕ膜５は金属薄膜２〜４
よりも小さな面積を占めていることがわかる。また、こ
のＡｕ膜５はμｍの厚さを有する他の金属薄膜２〜４よ
りも厚く約１μｍの厚さを有している。Ｎｉ膜２はペレ
ット１上にオーミック接合されており、この結果、ペレ
ット最上層２８にはのＮｉ拡散層８が形成されている。
又、Ａｕ膜５はＡｕボール６のボンディング時にペレッ
ト１へダメージが入らないよう緩衝層として、およびボ
ールとの密着性を良くするための層として形成されてい
る。また、前述したように下部電極としてはＡｕＧｅ膜
３１が用いられているが、電極を下面から取る場合、必
ずしも透光性電極は必要ではない。
【００１６】図３は本発明にかかる発光素子の斜視図で
ある。良く知られたように、発光素子ペレット１はフレ
ーム４１の上面にマウントされ、他方のフレーム４２か
らの金ワイヤがペレット１の電極に接続されている。全
体の構造は透明な樹脂でモールドされて、完成品が得ら
れる。
ある。良く知られたように、発光素子ペレット１はフレ
ーム４１の上面にマウントされ、他方のフレーム４２か
らの金ワイヤがペレット１の電極に接続されている。全
体の構造は透明な樹脂でモールドされて、完成品が得ら
れる。
【００１７】次に、図１および図３に示した半導体発光
素子の製造プロセスを図４を参照して説明する。まず、
エピタキシャル成長プロセスによってＧａＡｓ基板２３
及びＧａＡｓバッファ層２４からなる基底層上にＩｎＡ
ＩＰ膜２５、ＩｎＧａＡｌＰ膜２６、ＩｎＡＩＰ膜２
７、及びＡｌＧａＡｓ膜２８を順次堆積してペレット１
を形成する（ステップＳＴ１）。その後、ペレット１表
面にレジストを塗布し、ＰＥＰ(Photo Engraving Proce
ss）により電極形成予定箇所のみレジストを除去してＡ
ｌＧａＡｓ膜２８の表面を露出させる（ステップＳＴ
２）。この状態のウェーハを蒸着装置に装入し、残存し
たレジストを蒸着マスクとして金属電極膜となるＮｉ、
続いてＡｕを蒸着する（ＳＴ３）。これらの厚さは、Ｎ
ｉ膜は０．００５μｍ厚、Ａｕ膜は０．０１μｍ厚とす
る。続いてＡｕ膜２、４を所定形状にパターニングする
（ＳＴ４）。次にステップＳ２〜４と同様にリフトオフ
法によりパッド５を成形し、レジストを剥離し、余分な
金属薄膜を除去する（ＳＴ５〜７）。
素子の製造プロセスを図４を参照して説明する。まず、
エピタキシャル成長プロセスによってＧａＡｓ基板２３
及びＧａＡｓバッファ層２４からなる基底層上にＩｎＡ
ＩＰ膜２５、ＩｎＧａＡｌＰ膜２６、ＩｎＡＩＰ膜２
７、及びＡｌＧａＡｓ膜２８を順次堆積してペレット１
を形成する（ステップＳＴ１）。その後、ペレット１表
面にレジストを塗布し、ＰＥＰ(Photo Engraving Proce
ss）により電極形成予定箇所のみレジストを除去してＡ
ｌＧａＡｓ膜２８の表面を露出させる（ステップＳＴ
２）。この状態のウェーハを蒸着装置に装入し、残存し
たレジストを蒸着マスクとして金属電極膜となるＮｉ、
続いてＡｕを蒸着する（ＳＴ３）。これらの厚さは、Ｎ
ｉ膜は０．００５μｍ厚、Ａｕ膜は０．０１μｍ厚とす
る。続いてＡｕ膜２、４を所定形状にパターニングする
（ＳＴ４）。次にステップＳ２〜４と同様にリフトオフ
法によりパッド５を成形し、レジストを剥離し、余分な
金属薄膜を除去する（ＳＴ５〜７）。
【００１８】その後、窒素等の不活性ガスに微量の酸素
を導入した混合ガス雰囲気中で、６００℃、３０分間の
アニールを行う（ＳＴ８）。これにより、ＮｉＯ膜３が
Ａｕ膜とＮｉ膜間に境界部に形成され、Ｎｉ膜２、Ｎｉ
Ｏ膜３、Ａｕ膜４からなる積層構造が形成される。ま
た、後述するように、このＮｉＯ膜は透光性が良好で、
電極全体の透光性を著しく向上させることになる。した
がって、このプロセス中のアニール処理は本発明におい
て重要な役割を果たしている。
を導入した混合ガス雰囲気中で、６００℃、３０分間の
アニールを行う（ＳＴ８）。これにより、ＮｉＯ膜３が
Ａｕ膜とＮｉ膜間に境界部に形成され、Ｎｉ膜２、Ｎｉ
Ｏ膜３、Ａｕ膜４からなる積層構造が形成される。ま
た、後述するように、このＮｉＯ膜は透光性が良好で、
電極全体の透光性を著しく向上させることになる。した
がって、このプロセス中のアニール処理は本発明におい
て重要な役割を果たしている。
【００１９】次に、ダイシング及び側面エッチングによ
って素子分離を行い（ＳＴ９）、素子（ペレット）はフ
レームに銀ペーストでマウントされ（ＳＴ１０）、Ａｕ
パッド５上へＡｕ線７のボンディングを行う（ＳＴ１
０）。このボンディングによりＡｕボール６が形成され
る。最後に樹脂モールドを行うことにより半導体発光素
子が完成する（ＳＴ９）。
って素子分離を行い（ＳＴ９）、素子（ペレット）はフ
レームに銀ペーストでマウントされ（ＳＴ１０）、Ａｕ
パッド５上へＡｕ線７のボンディングを行う（ＳＴ１
０）。このボンディングによりＡｕボール６が形成され
る。最後に樹脂モールドを行うことにより半導体発光素
子が完成する（ＳＴ９）。
【００２０】この実施の形態では発光素子はＩｎxＧａy
Ａｌ1-x-yＰ系ダブルヘテロ接合を有しているが、Ｉｎz
Ｇａ1-zＡｌＮ系ダブルへテロ接合も同様に採用可能で
ある。
Ａｌ1-x-yＰ系ダブルヘテロ接合を有しているが、Ｉｎz
Ｇａ1-zＡｌＮ系ダブルへテロ接合も同様に採用可能で
ある。
【００２１】図５は本発明の電極についての抵抗率と雰
囲気ガス中酸素濃度との関係を示すグラフである。同図
に示すように、酸素濃度が１ｐｐｍから１００ｐｐｍの
間では抵抗率は１０-3Ωｃｍ以下で良好な導電率が得ら
れた。これは適当な酸素濃度があればＮｉＯ層が良好に
形成されるためである。逆に、１０００ｐｐｍ以上では
抵抗率は著しく劣化した。これはＮｉ膜が全体が完全に
酸化物となり、導電性が低下したものと考えられる。
囲気ガス中酸素濃度との関係を示すグラフである。同図
に示すように、酸素濃度が１ｐｐｍから１００ｐｐｍの
間では抵抗率は１０-3Ωｃｍ以下で良好な導電率が得ら
れた。これは適当な酸素濃度があればＮｉＯ層が良好に
形成されるためである。逆に、１０００ｐｐｍ以上では
抵抗率は著しく劣化した。これはＮｉ膜が全体が完全に
酸化物となり、導電性が低下したものと考えられる。
【００２２】また、図６は本発明の電極についての光透
過率と雰囲気ガス中酸素濃度との関係を示すグラフであ
る。同図に示した光透過率（波長０．６μｍ）は酸素濃
度に依存し、濃度１ｐｐｍ以上では８０％以上の光透過
率が得られることが分かる。これは酸素の存在で形成さ
れるＮｉＯ層の光透過率が良好であるためである。
過率と雰囲気ガス中酸素濃度との関係を示すグラフであ
る。同図に示した光透過率（波長０．６μｍ）は酸素濃
度に依存し、濃度１ｐｐｍ以上では８０％以上の光透過
率が得られることが分かる。これは酸素の存在で形成さ
れるＮｉＯ層の光透過率が良好であるためである。
【００２３】したがって、図５および図６の両グラフか
ら酸素濃度が１ｐｐｍから１０００ｐｐｍの間では導電
性と光透過率が同時に満足できることがわかった。
ら酸素濃度が１ｐｐｍから１０００ｐｐｍの間では導電
性と光透過率が同時に満足できることがわかった。
【００２４】しかしながら、この条件は６００℃３０分
のアニール条件での最適値であるので、温度および時間
を変化させたときには、上述した光透過率と導電性を得
るために、酸素濃度を最適化する必要がある。
のアニール条件での最適値であるので、温度および時間
を変化させたときには、上述した光透過率と導電性を得
るために、酸素濃度を最適化する必要がある。
【００２５】図７は図１に示した電極を構成する各種の
金属材料中の深さに対する酸素濃度分布（プロファイ
ル）を示すグラフである。これによれば、Ａｕ，Ｎｉ，
Ｏのプロファイルは徐々に増加、減少していることか
ら、各層の境界は明確ではなく、各元素が相互に拡散し
ていると考えられる。また、分布濃度から境界面が酸素
リッチとなって酸化物が形成されており、この酸化物に
はＡｕとＮｉが拡散したものとなっていると考えられ
る。
金属材料中の深さに対する酸素濃度分布（プロファイ
ル）を示すグラフである。これによれば、Ａｕ，Ｎｉ，
Ｏのプロファイルは徐々に増加、減少していることか
ら、各層の境界は明確ではなく、各元素が相互に拡散し
ていると考えられる。また、分布濃度から境界面が酸素
リッチとなって酸化物が形成されており、この酸化物に
はＡｕとＮｉが拡散したものとなっていると考えられ
る。
【００２６】また、図８は本発明の電極について酸素濃
度が０ｐｐｍと５０ｐｐｍであるときの透過光の波長と
光透過率との関係を示したグラフである。酸素が入ると
光透過率が大きくなり、かつ広範囲の波長の光について
均一になることがわかる。すなわち、図８に示すよう
に、酸素を含まない雰囲気でアニールを行った場合には
光透過率は６０％が最高で、かつ波長によって光透過率
が４０％から６０％にばらつくのに対して、５０ｐｐｍ
の酸素を含む場合には、０．２μｍから１μｍの波長に
対して光透過率は８０％以上となった。
度が０ｐｐｍと５０ｐｐｍであるときの透過光の波長と
光透過率との関係を示したグラフである。酸素が入ると
光透過率が大きくなり、かつ広範囲の波長の光について
均一になることがわかる。すなわち、図８に示すよう
に、酸素を含まない雰囲気でアニールを行った場合には
光透過率は６０％が最高で、かつ波長によって光透過率
が４０％から６０％にばらつくのに対して、５０ｐｐｍ
の酸素を含む場合には、０．２μｍから１μｍの波長に
対して光透過率は８０％以上となった。
【００２７】以上は、Ｎｉ膜が０．００５μｍ、Ａｕ膜
が０．０１μｍの厚さで蒸着された薄膜についての例で
あるが、Ｎｉ膜厚を０．００１から０．１μｍの間で変
化させても光透過率は７０％から９０％のほぼ一定の光
透過率を示した。但し、アニール時の雰囲気ガス中酸素
濃度、アニール時間は最適化を行った。
が０．０１μｍの厚さで蒸着された薄膜についての例で
あるが、Ｎｉ膜厚を０．００１から０．１μｍの間で変
化させても光透過率は７０％から９０％のほぼ一定の光
透過率を示した。但し、アニール時の雰囲気ガス中酸素
濃度、アニール時間は最適化を行った。
【００２８】図９は本発明及び従来の電極を用いた場合
の輝度の比較を表すグラフである。このデータは同一エ
ピウェーハを分割して片方に従来の電極を、もう一方に
本発明の電極をそれぞれ形成し、モールド後、発光効率
を比較したものである。同図から明らかなように、本発
明の電極では従来電極との相対値として、約５０％ほど
輝度が上がっている。
の輝度の比較を表すグラフである。このデータは同一エ
ピウェーハを分割して片方に従来の電極を、もう一方に
本発明の電極をそれぞれ形成し、モールド後、発光効率
を比較したものである。同図から明らかなように、本発
明の電極では従来電極との相対値として、約５０％ほど
輝度が上がっている。
【００２９】図１０は同様に同一エピウェーハに本発明
及び従来の電極を形成した場合の信頼性の比較を表すグ
ラフである。このグラフは、室温５０ｍＡの通電試験で
も１０００時間後、従来電極が８５％の輝度となるのに
比して、本発明では９５％と劣化の進行が遅く、信頼性
が高いことがわかる。
及び従来の電極を形成した場合の信頼性の比較を表すグ
ラフである。このグラフは、室温５０ｍＡの通電試験で
も１０００時間後、従来電極が８５％の輝度となるのに
比して、本発明では９５％と劣化の進行が遅く、信頼性
が高いことがわかる。
【００３０】また、本発明はコスト面で従来法とほとん
ど変わらず、再現性も良好である。
ど変わらず、再現性も良好である。
【００３１】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明はどのようなデザインのペレットについても
適用できる。
が、本発明はどのようなデザインのペレットについても
適用できる。
【００３２】例えば、従来の図１５に示した、ペレット
上面からｐ型とｎ型の電極を取る形式のものにも適用で
きる。この半導体発光素子は、図１５に示すように、サ
ファイア基板９上にＧａＮ膜１０、ＩｎＧａＮ１１、Ｇ
ａＮ膜１２を順次成長させたペレットの場合、基板が絶
縁基板であるので表面からｐ型及びｎ型オーミック電極
を形成する必要が有る。このため、一方の電極はＧａＮ
膜１２上に形成され、他方の電極はペレット上面に形成
される。
上面からｐ型とｎ型の電極を取る形式のものにも適用で
きる。この半導体発光素子は、図１５に示すように、サ
ファイア基板９上にＧａＮ膜１０、ＩｎＧａＮ１１、Ｇ
ａＮ膜１２を順次成長させたペレットの場合、基板が絶
縁基板であるので表面からｐ型及びｎ型オーミック電極
を形成する必要が有る。このため、一方の電極はＧａＮ
膜１２上に形成され、他方の電極はペレット上面に形成
される。
【００３３】ペレット上面の電極はＧａＮ膜１２上にＮ
ｉ膜１３、ＮｉＯ膜１４、Ａｕ膜１５、Ａｕパッド１６
がその順に積層されたものとなっており、この電極部の
構造は図１の場合と同じである。Ａｕパッド１６上には
Ａｕ線７がボンディングされＡｕボール１７となってい
る。また、他方の電極はＧａＮ膜１０上にＴｉ膜１８、
Ａｕ膜２０、Ａｕパッド２１がその順に積層されたもの
となっている。Ａｕパッド２１上にもＡｕ線７がボンデ
ィングされ、Ａｕボール２２となっている。
ｉ膜１３、ＮｉＯ膜１４、Ａｕ膜１５、Ａｕパッド１６
がその順に積層されたものとなっており、この電極部の
構造は図１の場合と同じである。Ａｕパッド１６上には
Ａｕ線７がボンディングされＡｕボール１７となってい
る。また、他方の電極はＧａＮ膜１０上にＴｉ膜１８、
Ａｕ膜２０、Ａｕパッド２１がその順に積層されたもの
となっている。Ａｕパッド２１上にもＡｕ線７がボンデ
ィングされ、Ａｕボール２２となっている。
【００３４】このようなペレットの場合、その表面積に
対するオーミック電極面積の比率が高くなるため、本発
明透光性電極を用いることによって特に、大幅な輝度向
上が見られている。
対するオーミック電極面積の比率が高くなるため、本発
明透光性電極を用いることによって特に、大幅な輝度向
上が見られている。
【００３５】以上の実施の形態では電極は間に酸化物層
を有する金属の２層構造となっているが、３層あるいは
それ以上の多層でも一定の条件、すなわち、積層電極構
造における金属膜の合計厚および酸化物層厚が一定値以
下になっている場合には同様の効果を奏することができ
る。より詳細には、合計金属膜厚が０．１μｍ以下の場
合、良好な透光性が認められた。また、酸化物層の厚さ
については、０．０１μｍ以下で良好な透光性を見出し
たが、酸化物層が全く無い場合には透光性自体が劣化す
ると共に、多層膜による干渉のため特定波長での光透過
率が著しく劣化するという現象が確認された。しかしな
がら、全く 酸化膜が形成されていない場合、その光透
過率は劣化し、多層構造による干渉により特定の波長に
おける光透過率が明らかに劣化するという問題がある。
を有する金属の２層構造となっているが、３層あるいは
それ以上の多層でも一定の条件、すなわち、積層電極構
造における金属膜の合計厚および酸化物層厚が一定値以
下になっている場合には同様の効果を奏することができ
る。より詳細には、合計金属膜厚が０．１μｍ以下の場
合、良好な透光性が認められた。また、酸化物層の厚さ
については、０．０１μｍ以下で良好な透光性を見出し
たが、酸化物層が全く無い場合には透光性自体が劣化す
ると共に、多層膜による干渉のため特定波長での光透過
率が著しく劣化するという現象が確認された。しかしな
がら、全く 酸化膜が形成されていない場合、その光透
過率は劣化し、多層構造による干渉により特定の波長に
おける光透過率が明らかに劣化するという問題がある。
【００３６】上述した多層構造の場合には、表面に近い
金属膜間、あるいは酸化されやすい金属面に酸化膜が形
成されることになる。さらに、上述した実施の形態では
金属としてＡｕとＮｉの組み合わせについて述べたが、
同じ導電性と光透過率はＡｕとＣｒ、ＡｕとＡｌ、Ａｕ
とＴｉの組み合わせでも得られた。一般に、本発明の多
層金属膜構造に適した材料としては、表面層にはボンデ
ィングに適した貴金属材料であるＡｕ，Ｐｔが、最下層
にはペレット最上層との間で良好なオーミック接続を行
うことのできる、すなわち金属の仕事関数と半導体層の
電子親和力との関係がショットキー障壁が形成されない
ようなＮｉ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ａ
ｌ等を層構成に応じて組み合わせることができる。
金属膜間、あるいは酸化されやすい金属面に酸化膜が形
成されることになる。さらに、上述した実施の形態では
金属としてＡｕとＮｉの組み合わせについて述べたが、
同じ導電性と光透過率はＡｕとＣｒ、ＡｕとＡｌ、Ａｕ
とＴｉの組み合わせでも得られた。一般に、本発明の多
層金属膜構造に適した材料としては、表面層にはボンデ
ィングに適した貴金属材料であるＡｕ，Ｐｔが、最下層
にはペレット最上層との間で良好なオーミック接続を行
うことのできる、すなわち金属の仕事関数と半導体層の
電子親和力との関係がショットキー障壁が形成されない
ようなＮｉ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ａ
ｌ等を層構成に応じて組み合わせることができる。
【００３７】このとき、熱処理時間及び雰囲気ガス中酸
素濃度の最適値は元素の組合せによって若干異なった
が、おおむね前述したＡｕとＮｉの組み合わせの場合と
同じであった。更に、金属薄膜を３層、４層と多層にし
た場合、波長による光透過率の変化がより少なくなり、
良好な特性が得られている。
素濃度の最適値は元素の組合せによって若干異なった
が、おおむね前述したＡｕとＮｉの組み合わせの場合と
同じであった。更に、金属薄膜を３層、４層と多層にし
た場合、波長による光透過率の変化がより少なくなり、
良好な特性が得られている。
【００３８】
【発明の効果】以上のように、半導体発光素子の電極と
して層間に構成金属の高濃度酸素含有層、特に酸化物膜
を有する透光性多層金属膜を用いることにより、電極全
体からも光を取り出すことができ、光取出し効率が向上
するとともに、コスト削減、信頼性の向上を図ることが
できる。
して層間に構成金属の高濃度酸素含有層、特に酸化物膜
を有する透光性多層金属膜を用いることにより、電極全
体からも光を取り出すことができ、光取出し効率が向上
するとともに、コスト削減、信頼性の向上を図ることが
できる。
【図１】本発明にかかる半導体発光素子の構造の一例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】図１における電極部を上方から見た平面図であ
る。
る。
【図３】本発明にかかる発光素子の斜視図である。
【図４】本発明にかかる半導体発光素子の製造方法を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図５】本発明の電極についての抵抗率と雰囲気ガス中
酸素濃度との関係を示すグラフである。
酸素濃度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の電極についての光透過率と雰囲気ガス
中酸素濃度との関係を示すグラフである。
中酸素濃度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の電極を構成する各材料の組成分布を示
すグラフである。
すグラフである。
【図８】本発明の電極について酸素濃度が０ｐｐｍと５
０ｐｐｍであるときの透過光の波長と光透過率との関係
を示したグラフである。
０ｐｐｍであるときの透過光の波長と光透過率との関係
を示したグラフである。
【図９】本発明及び従来の電極を有する半導体発光素子
の輝度の比較を表すグラフである。
の輝度の比較を表すグラフである。
【図１０】本発明及び従来の電極を有する半導体発光素
子の信頼性の比較を表すグラフである。
子の信頼性の比較を表すグラフである。
【図１１】同一面に２つの電極を形成した形式の半導体
発光素子に本発明を適用した様子を示す断面図である。
発光素子に本発明を適用した様子を示す断面図である。
【図１２】従来の半導体発光素子の構造の一例を示す断
面図である。
面図である。
【図１３】従来の電極構造における最上部の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図１４】従来の電極形状を示す平面図である。
【図１５】従来の半導体発光素子の他の例を示す断面図
である。
である。
１ ペレット ２ Ｎｉ膜 ３ ＮｉＯ膜 ４ Ａｕ膜 ５ Ａｕ膜（パッド） ６ Ａｕボール ７ Ａｕワイヤ ８ 拡散層 ９ サファイヤ基板 １０ ＧａＮ膜 １１ ＩｎＧａＮ膜 １２ ＧａＮ膜 １３ Ｎｉ膜 １４ ＮｉＯ膜 １５ Ａｕ膜 １６ Ａｕパッド １７ Ａｕボール １８ Ｔｉ膜 ２０ Ａｕ膜 ２１ Ａｕパッド ２２ Ａｕボール ２３ ＧａＡｓ基板 ２４ ＧａＡｓバッファ層 ２５ ＩｎＡｌＰ膜 ２６ ＩｎＧａＡｌＰ膜 ２７ ＩｎＡｌＰ膜 ２８ ＡｌＧａＡｓ膜 ２９ ＡｕＺｎ膜 ３０ Ａｕボール ３１ ＡｕＧｅ膜 ３２ サファイア基板 ３３ ＧａＮ膜 ３４ ＩｎＧａＮ膜 ３５ ＧａＮ膜 ３６ ＡｕＺｎ膜 ３７ Ａｕ線 ３８ ＡｕＴｉ膜 ３９ Ａｕボール ４１，４２ フレーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−64337（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−45867（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−129919（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−131070（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−106633（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (28)
- 【請求項１】ダブルヘテロ接合を含む半導体層の積層構
造を有する半導体発光素子の電極であって、光透過性を
有する複数層の積層金属膜と、該金属膜間に介在された
光透過性の高濃度酸素含有層を備えた、半導体発光素子
の電極。 - 【請求項２】前記高濃度酸素含有層が酸化物層であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の電極。 - 【請求項３】前記積層金属膜は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉ
ｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｇｅ、ＣｒおよびＡｌからなる群から
選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載
の電極。 - 【請求項４】前記積層金属膜の最上層はボンディングに
適した層であり、最下層はオーミック接続を形成し易い
層であることを特徴とする請求項３に記載の電極。 - 【請求項５】前記半導体発光素子の表面層はｐ型であ
り、前記ボンディングに適した層は金膜であり、オーミ
ック接続が容易な膜はニッケル膜であることを特徴とす
る請求項４に記載の電極。 - 【請求項６】前記積層金属膜の各金属膜は１ｎｍから１
００ｎｍの厚さを有し、電極の全層厚が１０００ｎｍ未
満であることを特徴とする請求項１に記載の電極。 - 【請求項７】ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＰ系またはＩｎzＧａ
1-zＡｌＮ系ダブルへテロ接合を含む半導体膜積層構造
をサファイア基板上に有する半導体層発光素子の電極で
あって、前記積層構造は、光透過性を有する複数層の積
層金属膜と、該金属膜間に介在された光透過性の高濃度
酸素含有層を備えた、半導体発光素子の電極。 - 【請求項８】前記高濃度酸素含有層が酸化物層であるこ
とを特徴とする請求項７に記載の電極。 - 【請求項９】前記積層金属膜は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉ
ｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｇｅ、ＣｒおよびＡｌからなる群から
選択されたものであることを特徴とする請求項７に記載
の電極。 - 【請求項１０】前記積層金属膜の最上層はボンディング
に適した層であり、最下層はオーミック接続を形成し易
い層であることを特徴とする請求項７に記載の電極。 - 【請求項１１】前記半導体発光素子の表面層はｐ型であ
り、前記ボンディングに適した層は金膜であり、オーミ
ック接続が容易な膜はニッケル膜であることを特徴とす
る請求項１０に記載の電極。 - 【請求項１２】前記積層金属膜の各金属膜は１ｎｍから
１００ｎｍの厚さを有し、電極の全層厚が１０００ｎｍ
未満であることを特徴とする請求項９に記載の電極。 - 【請求項１３】ダブルヘテロ接合を含む積層構造と、発
光面である第１および第２主面とを有する半導体発光素
子ペレットと、前記第１主面上に形成された第１の電極
と、前記第２主面上に形成された第２の電極と、前記第
１及び第２電極のうち少なくとも一方に形成された、光
透過性を有する複数の積層された金属膜と、および該金
属膜間に介在された光透過性を有する高濃度酸素含有層
とを有する半導体発光素子ペレットと、 前記半導体発光素子ペレットをその上に支持するフレー
ムと、 前記電極に接続されたワイヤと、 全体を覆う封止樹脂体と、 を有する半導体発光素子。 - 【請求項１４】前記高濃度酸素含有層が酸化物層である
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１５】前記積層金属膜は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、
Ｉｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｇｅ、ＣｒおよびＡｌからなる群か
ら選択されたものであることを特徴とする請求項１３に
記載の半導体発光素子。 - 【請求項１６】前記積層金属膜の最上層はボンディング
に適した層であり、最下層はオーミック接続を形成し易
い層であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体
発光素子。 - 【請求項１７】前記半導体発光素子の表面層はｐ型であ
り、前記ボンディングに適した層は金膜であり、オーミ
ック接続が容易な膜はニッケル膜であることを特徴とす
る請求項１６に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１８】前記積層金属膜の各金属膜は１ｎｍから
１００ｎｍの厚さを有し、電極の全層厚が１０００ｎｍ
未満であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体
発光素子。 - 【請求項１９】基板上に形成されたＩｎｘＧａｙＡｌ
１−ｘ−ｙＰ系またはＩｎｚＧａ１−ｚＡｌＮ系ダブル
ヘテロ接合を含む半導体膜積層構造と、光透過性を有す
る複数の積層された金属膜および前記金属膜間に形成さ
れた光透過性の高濃度酸素含有層とを有する第１の電極
と、第２の電極とを備えた半導体発光素子ペレットと、 前記半導体発光素子ペレットをその上に支持するフレー
ムと、 前記電極に接続されたワイヤと、 全体を覆う封止樹脂体と、 を有する半導体発光素子。 - 【請求項２０】前記高濃度酸素含有層が酸化物層である
ことを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光素子。 - 【請求項２１】前記積層金属膜は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、
Ｉｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｇｅ、ＣｒおよびＡｌからなる群か
ら選択されたものであることを特徴とする請求項１９に
記載の半導体発光素子。 - 【請求項２２】前記積層金属膜の最上層はボンディング
に適した層であり、最下層はオーミック接続を形成し易
い層であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体
発光素子。 - 【請求項２３】前記半導体発光素子の表面層はｐ型であ
り、前記ボンディングに適した層は金膜であり、オーミ
ック接続が容易な膜はニッケル膜であることを特徴とす
る請求項２２に記載の半導体発光素子。 - 【請求項２４】前記積層金属膜の各金属膜は１ｎｍから
１００ｎｍの厚さを有し、電極の全層厚が１０００ｎｍ
未満であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体
発光素子。 - 【請求項２５】エピタキシャル成長プロセスを繰り返す
ことによりダブルヘテロ接合を含む積層構造を有する半
導体発光素子ペレットを形成する工程と、 該ペレットの主面上に複数の金属膜を蒸着により積層し
て電極を形成する工程と、 該複数の金属膜に対し、不活性ガスに微量の酸素を導入
した混合ガス雰囲気中でアニールを行うことにより、該
複数の金属膜の膜間に高濃度酸素含有金属層を形成する
工程と、 前記半導体発光素子ペレットをフレームにマウントする
工程と、 前記ペレットとフレームを樹脂封止する工程とを備えた
半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２６】前記アニール工程で用いられる不活性ガ
スに含まれる酸素濃度は１ｐｐｍから１０００ｐｐｍで
あることを特徴とする請求項２５に記載の半導体発光素
子の製造方法。 - 【請求項２７】前記アニール工程は５００℃から１００
０℃の温度条件下で行われることを特徴とする請求項２
５に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２８】前記不活性ガスは窒素ガスであることを
特徴とする請求項２５に記載の半導体発光素子の製造方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/746,349 US5760423A (en) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | Semiconductor light emitting device, electrode of the same device and method of manufacturing the same device |
| JP29907296A JP2916424B2 (ja) | 1995-11-09 | 1996-11-11 | 半導体発光素子、半導体発光素子の電極および半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-291356 | 1995-11-09 | ||
| JP29135695 | 1995-11-09 | ||
| US08/746,349 US5760423A (en) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | Semiconductor light emitting device, electrode of the same device and method of manufacturing the same device |
| JP29907296A JP2916424B2 (ja) | 1995-11-09 | 1996-11-11 | 半導体発光素子、半導体発光素子の電極および半導体発光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09191129A JPH09191129A (ja) | 1997-07-22 |
| JP2916424B2 true JP2916424B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=27337649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29907296A Expired - Fee Related JP2916424B2 (ja) | 1995-11-09 | 1996-11-11 | 半導体発光素子、半導体発光素子の電極および半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2916424B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10341039A (ja) * | 1997-04-10 | 1998-12-22 | Toshiba Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP3555419B2 (ja) * | 1997-12-18 | 2004-08-18 | 豊田合成株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体の電極形成方法及び素子の製造方法 |
| US6287947B1 (en) * | 1999-06-08 | 2001-09-11 | Lumileds Lighting, U.S. Llc | Method of forming transparent contacts to a p-type GaN layer |
| CN111430514B (zh) * | 2020-04-29 | 2023-06-27 | 南方科技大学 | 纳米柱的制备方法和纳米柱led器件的制备方法 |
-
1996
- 1996-11-11 JP JP29907296A patent/JP2916424B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09191129A (ja) | 1997-07-22 |
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