JP3154364B2 - ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極及びその形成方法 - Google Patents
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極及びその形成方法Info
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Description
【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
（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X≦１、０≦Y≦１）か
らなる発光素子の電極とその形成方法に係り、特にｎ型
窒化ガリウム系化合物半導体層（以下、ｎ型層とい
う。）に形成される電極（負電極）とその電極形成方法
に関する。
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
（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X≦１、０≦Y≦１）か
らなる発光素子の電極とその形成方法に係り、特にｎ型
窒化ガリウム系化合物半導体層（以下、ｎ型層とい
う。）に形成される電極（負電極）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。
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２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とｐ型ＧａＮコンタクト層６と
にはそれぞれ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。特に、ｎ型ＧａＮ層２に設けら
れたｎ電極１１はＴｉとＡｌとよりなる電極であり、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５−２１
１３４７号公報にＡｌ単独またはＡｌを含む合金よりな
る電極が開示されている。
の構造を図２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とｐ型ＧａＮコンタクト層６と
にはそれぞれ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。特に、ｎ型ＧａＮ層２に設けら
れたｎ電極１１はＴｉとＡｌとよりなる電極であり、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５−２１
１３４７号公報にＡｌ単独またはＡｌを含む合金よりな
る電極が開示されている。
【０００４】
【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。
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。
【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、その目的とするところは、ｎ型層に形成す
る電極において、その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
度の大きい電極とその電極の形成方法を提供することに
ある。
れたもので、その目的とするところは、ｎ型層に形成す
る電極において、その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
度の大きい電極とその電極の形成方法を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】我々はｎ型層表面に形成
する電極について、従来のＴｉ−Ａｌよりなる電極に改
良を加えることにより、前記問題が解決できることを見
いだし、本発明を成すに至った。即ち本発明の電極は、
ｎ型層表面に形成された電極であって、少なくとも前記
電極は、ｎ型層に接する側から順に、ＴｉとＡｌとが含
まれる合金よりなる第一の薄膜、またはＴｉとＡｌとが
積層された多層膜よりなる第一の薄膜と、その第一の薄
膜の上にＡｌよりも高融点の金属よりなる第二の薄膜と
が積層されてなることを特徴とする。
する電極について、従来のＴｉ−Ａｌよりなる電極に改
良を加えることにより、前記問題が解決できることを見
いだし、本発明を成すに至った。即ち本発明の電極は、
ｎ型層表面に形成された電極であって、少なくとも前記
電極は、ｎ型層に接する側から順に、ＴｉとＡｌとが含
まれる合金よりなる第一の薄膜、またはＴｉとＡｌとが
積層された多層膜よりなる第一の薄膜と、その第一の薄
膜の上にＡｌよりも高融点の金属よりなる第二の薄膜と
が積層されてなることを特徴とする。
【０００７】また本発明の電極形成方法は、ｎ型層表面
に、ＴｉとＡｌとの合金よりなる第一の薄膜、またはＴ
ｉとＡｌとを積層した多層膜よりなる第一の薄膜を形成
し、次にその第一の薄膜の上にＡｌよりも高融点の金属
よりなる第二の薄膜を形成した後、４００℃以上でアニ
ーリングすることを特徴とする。
に、ＴｉとＡｌとの合金よりなる第一の薄膜、またはＴ
ｉとＡｌとを積層した多層膜よりなる第一の薄膜を形成
し、次にその第一の薄膜の上にＡｌよりも高融点の金属
よりなる第二の薄膜を形成した後、４００℃以上でアニ
ーリングすることを特徴とする。
【０００８】本発明の電極において、Ａｌよりも高融点
の金属で第二の薄膜に使用できる材料としてはＡｕ、Ｔ
ｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ等を好ましく使
用できる。その中でも特に好ましくはＡｕ、Ｔｉ、Ｎｉ
を用いる。これら３種類の材料は、第一の薄膜の材料で
あるＡｌ、Ｔｉと非常に密着性が良く、これらの材料で
第二の薄膜を形成すると、第一の薄膜と第二の薄膜とが
剥離することなく、またボールボンディングする際に、
第二の薄膜とボールとの接着性が良い。
の金属で第二の薄膜に使用できる材料としてはＡｕ、Ｔ
ｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ等を好ましく使
用できる。その中でも特に好ましくはＡｕ、Ｔｉ、Ｎｉ
を用いる。これら３種類の材料は、第一の薄膜の材料で
あるＡｌ、Ｔｉと非常に密着性が良く、これらの材料で
第二の薄膜を形成すると、第一の薄膜と第二の薄膜とが
剥離することなく、またボールボンディングする際に、
第二の薄膜とボールとの接着性が良い。
【０００９】特に、前記第二の薄膜の金属材料の中でも
Ａｕが好ましく、第二の薄膜はＡｌよりも高融点の金属
とＡｕとを含む合金か、またはＡｌよりも高融点の金属
とＡｕとが積層された多層膜とすることが好ましい。最
も好ましくは、第二の薄膜をＡｕとＡｌよりも高融点の
金属との多層膜とし、第一の薄膜と接する側をＡｌより
も高融点の金属層とする。なぜなら、第一の薄膜の上に
Ａｌよりも高融点金属を積層して第二の薄膜を形成する
ことにより、その融点の差により、第一の薄膜成分であ
るＡｌを表面に析出しにくくして、Ａｌの酸化を防止
し、第二の薄膜の金属材料でボールとの接着強度を強め
るためである。そのため、ボールとの接着強度が強く、
電流が流れやすく、かつ酸化されにくい材料としてＡｕ
を含むことが最も好ましい。さらに、第二の薄膜を多層
膜として、Ａｌより高融点の金属層を第一の薄膜と接す
る側とすると、自ずからＡｕ層がボールとの接続側とな
り、第一の薄膜に含まれるＡｌが第二の薄膜側に拡散す
るのを効果的に防止して、ワイヤーとＡｕ層とが好まし
くボールボンディングできる。
Ａｕが好ましく、第二の薄膜はＡｌよりも高融点の金属
とＡｕとを含む合金か、またはＡｌよりも高融点の金属
とＡｕとが積層された多層膜とすることが好ましい。最
も好ましくは、第二の薄膜をＡｕとＡｌよりも高融点の
金属との多層膜とし、第一の薄膜と接する側をＡｌより
も高融点の金属層とする。なぜなら、第一の薄膜の上に
Ａｌよりも高融点金属を積層して第二の薄膜を形成する
ことにより、その融点の差により、第一の薄膜成分であ
るＡｌを表面に析出しにくくして、Ａｌの酸化を防止
し、第二の薄膜の金属材料でボールとの接着強度を強め
るためである。そのため、ボールとの接着強度が強く、
電流が流れやすく、かつ酸化されにくい材料としてＡｕ
を含むことが最も好ましい。さらに、第二の薄膜を多層
膜として、Ａｌより高融点の金属層を第一の薄膜と接す
る側とすると、自ずからＡｕ層がボールとの接続側とな
り、第一の薄膜に含まれるＡｌが第二の薄膜側に拡散す
るのを効果的に防止して、ワイヤーとＡｕ層とが好まし
くボールボンディングできる。
【００１０】また、本発明の電極の第一の薄膜を多層膜
とする場合、及び電極形成方法で第一の薄膜を多層膜と
する場合、その多層膜がｎ型層と接する層をＴｉとする
ことが好ましい。なぜならＴｉはｎ型層と好ましいオー
ミック接触が得られやすいからである。
とする場合、及び電極形成方法で第一の薄膜を多層膜と
する場合、その多層膜がｎ型層と接する層をＴｉとする
ことが好ましい。なぜならＴｉはｎ型層と好ましいオー
ミック接触が得られやすいからである。
【００１１】本発明の電極形成方法において、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、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５−１
８３１８９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、６
００℃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。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、１２００℃以下で行うことが好ましい。
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、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５−１
８３１８９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、６
００℃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。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、１２００℃以下で行うことが好ましい。
【００１２】また、本発明の電極形成方法において、第
一の薄膜、および第二の薄膜を形成するには、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。
第一の薄膜は予めＴｉとＡｌよりなる合金を使用する
か、またはＴｉ薄膜を形成し、その上にＡｌ薄膜を積層
して形成することができる。第二の薄膜は第一の薄膜と
同様にして形成することができる。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。合金化されると、
電極材料は例えば薄膜同士の界面が判別できないような
渾然一体となった状態となるが、第二の薄膜をＡｌより
も高融点金属で形成しているために、Ａｌを第二の薄膜
に拡散しにくくできる。第一の薄膜、および第二の薄膜
は、最初から合金でそれぞれ薄膜を形成するよりも、そ
れぞれ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、第一の薄膜において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、さらに第二の薄
膜にＡｌよりも高融点の金属層（但し、この場合、金は
含まず。）を形成することにより、第一の薄膜成分であ
るＡｌが第二の薄膜へ拡散するのを防止し、Ａｕ層で接
着強度を高めることができるからである。第二の薄膜に
おいて、Ａｕを含まない高融点金属としてはＴｉが最も
好ましい。なぜなら、仮に第二の薄膜のＴｉが逆に第一
の薄膜側に拡散しても、オーミック接触に悪影響を及ぼ
す可能性が少ないからである。そのため、第二の薄膜は
Ａｌより高融点金属層（Ｔｉが好ましい。）を第一の薄
膜と接する側とし、Ａｕは外部にさらされる側にするこ
とが好ましい。
一の薄膜、および第二の薄膜を形成するには、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。
第一の薄膜は予めＴｉとＡｌよりなる合金を使用する
か、またはＴｉ薄膜を形成し、その上にＡｌ薄膜を積層
して形成することができる。第二の薄膜は第一の薄膜と
同様にして形成することができる。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。合金化されると、
電極材料は例えば薄膜同士の界面が判別できないような
渾然一体となった状態となるが、第二の薄膜をＡｌより
も高融点金属で形成しているために、Ａｌを第二の薄膜
に拡散しにくくできる。第一の薄膜、および第二の薄膜
は、最初から合金でそれぞれ薄膜を形成するよりも、そ
れぞれ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、第一の薄膜において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、さらに第二の薄
膜にＡｌよりも高融点の金属層（但し、この場合、金は
含まず。）を形成することにより、第一の薄膜成分であ
るＡｌが第二の薄膜へ拡散するのを防止し、Ａｕ層で接
着強度を高めることができるからである。第二の薄膜に
おいて、Ａｕを含まない高融点金属としてはＴｉが最も
好ましい。なぜなら、仮に第二の薄膜のＴｉが逆に第一
の薄膜側に拡散しても、オーミック接触に悪影響を及ぼ
す可能性が少ないからである。そのため、第二の薄膜は
Ａｌより高融点金属層（Ｔｉが好ましい。）を第一の薄
膜と接する側とし、Ａｕは外部にさらされる側にするこ
とが好ましい。
【００１３】また、第一の薄膜の膜厚は２０オングスト
ローム以上の膜厚で形成し、次に積層する第二の薄膜の
膜厚は第一の薄膜の膜厚よりも厚く形成し、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５０オング
ストロームよりも薄いと、第一の薄膜の成分であるＡｌ
が表面に出てきやすくなり、電極がボールと付着しにく
い傾向にあるからである。
ローム以上の膜厚で形成し、次に積層する第二の薄膜の
膜厚は第一の薄膜の膜厚よりも厚く形成し、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５０オング
ストロームよりも薄いと、第一の薄膜の成分であるＡｌ
が表面に出てきやすくなり、電極がボールと付着しにく
い傾向にあるからである。
【００１４】
【作用】Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＡｌＮ層の上に、
まずＴｉを０．０３μｍ厚で蒸着し、その上にＡｌを
０．１μｍ厚で蒸着して第一の薄膜を形成する。さらに
Ａｌ層の上にＴｉを０．０３μｍと、Ｎｉを０．０３μ
ｍと、Ａｕを０．５μｍの膜厚で順に蒸着した後、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３００℃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。また６００℃のアニールにおい
ても、第二の薄膜成分が第一の薄膜に拡散して、オーミ
ック接触を損ねることがない。
まずＴｉを０．０３μｍ厚で蒸着し、その上にＡｌを
０．１μｍ厚で蒸着して第一の薄膜を形成する。さらに
Ａｌ層の上にＴｉを０．０３μｍと、Ｎｉを０．０３μ
ｍと、Ａｕを０．５μｍの膜厚で順に蒸着した後、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３００℃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。また６００℃のアニールにおい
ても、第二の薄膜成分が第一の薄膜に拡散して、オーミ
ック接触を損ねることがない。
【００１５】次に、本発明の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３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。
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３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。
【００１６】まず、ｎ型層２の上にＴｉ−Ａｌ、Ｔｉ−
Ａｌ−Ａｕ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔ
ｉ−Ｎｉ−Ａｕよりなる５種類の多層膜（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個ずつ形成し、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。
Ａｌ−Ａｕ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔ
ｉ−Ｎｉ−Ａｕよりなる５種類の多層膜（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個ずつ形成し、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。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１に示すように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、３０ｇ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、Ａｌ
よりも高融点金属を第二の薄膜として積層した本発明の
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。
の電極は、表面が酸化されることにより、３０ｇ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、Ａｌ
よりも高融点金属を第二の薄膜として積層した本発明の
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。
【００１９】このように本発明のｎ電極は第一の薄膜で
ｎ型層と好ましいオーミック接触を得、さらに第二の薄
膜でｎ電極とボールとの接着強度を高めることができ
る。第二の薄膜はＡｌよりも高融点の金属からなってい
ることにより、第一の薄膜の成分であるＡｌが電極表面
に析出してくるのを防ぎ、電極表面の酸化を防ぐ作用が
ある。本発明の電極で、最も好ましくは第一の薄膜をＴ
ｉとＡｌとからなる合金、または多層膜とし、第二の薄
膜をＴｉと、高融点金属と、Ａｕとを順に積層した多層
膜とすることがよい。これはアニーリング時に電極が合
金化した際に、第二の薄膜の成分であるＴｉの他の高融
点金属が第一の薄膜層に拡散すると、オーミック接触を
悪くする恐れがある。従ってこれらの金属をｎ型層から
できるだけ離すことにより、好ましいオーミック接触を
維持できることによる。第二の薄膜のＴｉを第一の薄膜
と接する側にすると、Ｔｉが第一の薄膜成分に入っても
オーミック接触には悪影響を及ぼす恐れが少ない。
ｎ型層と好ましいオーミック接触を得、さらに第二の薄
膜でｎ電極とボールとの接着強度を高めることができ
る。第二の薄膜はＡｌよりも高融点の金属からなってい
ることにより、第一の薄膜の成分であるＡｌが電極表面
に析出してくるのを防ぎ、電極表面の酸化を防ぐ作用が
ある。本発明の電極で、最も好ましくは第一の薄膜をＴ
ｉとＡｌとからなる合金、または多層膜とし、第二の薄
膜をＴｉと、高融点金属と、Ａｕとを順に積層した多層
膜とすることがよい。これはアニーリング時に電極が合
金化した際に、第二の薄膜の成分であるＴｉの他の高融
点金属が第一の薄膜層に拡散すると、オーミック接触を
悪くする恐れがある。従ってこれらの金属をｎ型層から
できるだけ離すことにより、好ましいオーミック接触を
維持できることによる。第二の薄膜のＴｉを第一の薄膜
と接する側にすると、Ｔｉが第一の薄膜成分に入っても
オーミック接触には悪影響を及ぼす恐れが少ない。
【００２０】
［実施例１］２インチφのサファイア基板の上に、Ｇａ
Ｎバッファ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープｎ
型ＧａＡｌＮクラッド層、ＺｎドープＩｎＧａＮ活性
層、Ｍｇドープｐ型ＧａＡｌＮクラッド層、Ｍｇ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。
Ｎバッファ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープｎ
型ＧａＡｌＮクラッド層、ＺｎドープＩｎＧａＮ活性
層、Ｍｇドープｐ型ＧａＡｌＮクラッド層、Ｍｇ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。
【００２１】次に、１チップが図２に示すような断面構
造となるように、ウェーハのｐ型ＧａＮコンタクト層か
ら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、第一の薄膜としてＴｉを１００オングスト
ロームと、Ａｌを０．１μｍの膜厚とで蒸着し、１２０
μｍφの大きさの多層膜を形成する。
造となるように、ウェーハのｐ型ＧａＮコンタクト層か
ら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、第一の薄膜としてＴｉを１００オングスト
ロームと、Ａｌを０．１μｍの膜厚とで蒸着し、１２０
μｍφの大きさの多層膜を形成する。
【００２２】次に第二の薄膜として、Ｔｉを０．１μｍ
と、Ｎｉを０．１μｍと、Ａｕを０．５μｍの膜厚で順
に第一の薄膜の上に蒸着して積層する。
と、Ｎｉを０．１μｍと、Ａｕを０．５μｍの膜厚で順
に第一の薄膜の上に蒸着して積層する。
【００２３】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１のＣ、Ｄに示すような、オーミック接触が得られて
いた。
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１のＣ、Ｄに示すような、オーミック接触が得られて
いた。
【００２４】次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層の上に他の
電極材料で常法に従って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。
電極材料で常法に従って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。
【００２５】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。
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。
【００２６】［実施例２］実施例１の第一の薄膜の表面
に、第二の薄膜としてＴｉを０．１μｍと、Ａｕを０．
４μｍの膜厚で順に蒸着する他は同様にして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。
に、第二の薄膜としてＴｉを０．１μｍと、Ａｕを０．
４μｍの膜厚で順に蒸着する他は同様にして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。
【００２７】［実施例３］実施例１の第一の薄膜の表面
に、第二の薄膜としてＴｉを０．１μｍと、Ｃｒを０．
１μｍと、Ａｕを０．４μｍの膜厚で蒸着する他は同様
にして１万５千個のチップを得た。これらのチップもウ
ェーハプローバでの測定の段階で、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、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。
に、第二の薄膜としてＴｉを０．１μｍと、Ｃｒを０．
１μｍと、Ａｕを０．４μｍの膜厚で蒸着する他は同様
にして１万５千個のチップを得た。これらのチップもウ
ェーハプローバでの測定の段階で、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、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。
【００２８】［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、両電極が跨るようにし
て２つのリードフレーム上にインジウムでダイボンドし
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
跨るようにして、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
ンジウムとの界面から剥がれずに、インジウムとリード
フレームとの界面からリードフレームが剥がれた。
ァイア基板側を発光観測面とし、両電極が跨るようにし
て２つのリードフレーム上にインジウムでダイボンドし
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
跨るようにして、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
ンジウムとの界面から剥がれずに、インジウムとリード
フレームとの界面からリードフレームが剥がれた。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電極はｎ
型層と好ましいオーミック接触が得られ、しかもボール
ボンディング時にボールとの接着強度が強いために、窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子の順方向電圧を下
げ、発光効率が良く、信頼性に優れた発光素子を提供す
ることができる。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。
型層と好ましいオーミック接触が得られ、しかもボール
ボンディング時にボールとの接着強度が強いために、窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子の順方向電圧を下
げ、発光効率が良く、信頼性に優れた発光素子を提供す
ることができる。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１】 本発明の一実施例におけ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。
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】 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。
を示す模式断面図。
【図３】 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。
電極の模式断面図。
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 (56)参考文献 特開 平５−211347（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−125113（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−232450（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−338632（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−45867（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−254733（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 33/00 H01S 5/00
Claims (5)
- 【請求項１】 ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面
に形成された電極であって、少なくとも前記電極は、ｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層に接する側から順に、
チタンとアルミニウムとが含まれる合金よりなる第一の
薄膜、またはチタンとアルミニウムとが積層された多層
膜よりなる第一の薄膜と、その第一の薄膜の上にアルミ
ニウムよりも高融点の金属よりなる第二の薄膜とが積層
されてなることを特徴とするｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層の電極。 - 【請求項２】 前記第二の薄膜は、金と、アルミニウム
よりも高融点の金属（但し、金を含まず。）とを含む合
金か、または金と、アルミニウムよりも高融点の金属
（但し、金を含まず。）とが積層された多層膜よりなる
ことを特徴とする請求項１に記載のｎ型窒化ガリウム系
化合物半導体層の電極。 - 【請求項３】 前記アルミニウムよりも高融点の金属
が、少なくともチタンであることを特徴とする請求項２
に記載のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極。 - 【請求項４】 前記第二の薄膜が多層膜である場合にお
いて、その第二の薄膜は第一の薄膜と接する側が、アル
ミニウムよりも高融点の金属（但し、金を含まず。）よ
りなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載
のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極。 - 【請求項５】 ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面
に、チタンとアルミニウムとの合金よりなる第一の薄
膜、またはチタンとアルミニウムとを積層した多層膜よ
りなる第一の薄膜を形成し、次にその第一の薄膜の上に
アルミニウムよりも高融点の金属よりなる第二の薄膜を
形成した後、４００℃以上でアニーリングすることを特
徴とするｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極形成
方法。
Priority Applications (27)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP872794A JP3154364B2 (ja) | 1994-01-28 | 1994-01-28 | ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電極及びその形成方法 |
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