JP4026294B2 - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はIII族窒化物系化合物半導体素子に関する。更に詳しくは、III族窒化物系化合物半導体素子のp型透光性電極の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
青色系発光ダイオードなどのIII族窒化物系化合物半導体発光素子では、特に基板を下側にして配置される発光素子においては、比較的抵抗の大きなｐ型コンタクト層へ均一に電流を分配しもって発光層の全域から均等な発光を得るために、当該ｐ型コンタクト層のほぼ全面に薄い透光性電極が形成される。このような薄い透光性電極には直接ワイヤーボンディングができないため、台座電極がその上に形成される（特開平９−３２０９８４号公報などを参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは透光性電極の光透過率を高めるために当該透光性電極をより薄くすることについて検討を重ねてきた。そうしたところ、下記の解決すべき課題を見出すに至った。
即ち、上記特許公報に記載されているように、透光性電極とｐ型コンタクト層との間のオーミックコンタクトを確保しかつ透光性電極の透光性を確保し、さらには台座電極と透光性電極およびｐ型コンタクト層との密着性を確保するためには熱処理を施すことが必要である。この熱処理を実行すると、台座電極の材料と透光性電極の材料とが合金化し、実質的に台座電極と透光性電極は一体化するものと考えられる。そして、台座電極の材料層の周面が透光性電極の材料層との接続面となる。
ところで、III族窒化物系化合物半導体からなるｐ型コンタクト層と熱処理により結合された透光性電極−台座電極（ｐ型電極構造）とは、その形成材料の線膨張係数が異なっている。金属製である後者の線膨張係数が前者のそれより大きいので、熱処理後にｐ型電極構造に引っ張り応力が生じる。そのため、台座電極の材料層と透光性電極の材料層との界面に亀裂の生じるおそれがある。この部分で機械的な強度が劣るからである。台座電極に印加可能な電流（許容電流）は台座電極と透光性電極との接触面積に比例すると考えられるので、かかる亀裂があると、当該許容電流が小さくなる。チップサイズのより小型化と光の外部放出効率向上が求められる中、台座電極にもそのサイズを小さくすることが要求されている。その一方で、許容電流は現状維持かこれをより大きくすることが要求されている。しかし、かかる亀裂が発生するとこれらの要求を満足できなくなる。台座電極と透光性電極との間の接触面積が充分でなくなるからである。
更には、透光性電極の薄膜化を進めていった場合、透光性電極と台座電極周面との間の接触面積も狭くなるので、この点も許容電流の制限要因となる。
【０００４】
その寿命や耐久性を検査するため、発光素子を高温環境下においてかつこれに高い電流を印加することが要求される場合がある。この場合、台座電極周面と透光性電極との間に亀裂があると既述のとおり許容電流が制限されるため、検査時に印加できる電流が制限され、本来求められる厳しい検査を実行できないおそれがある。また、検査の実行中最初に当該亀裂部分で焼きつきなどが発生し、発光素子の他の要素の耐久性を実質的に検査できないという不具合も生じかねない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、ｐ型コンタクト層と台座電極及び透光性電極からなるｐ型電極構造との線膨張係数の差に起因して台座電極周面と透光性電極との界面に亀裂が生じ、その結果両者の間の接触面積が低下することにより上記種々の課題が生じている。この発明は、本発明者らが新たに発見した上記課題を解決するものであり、その構成は次のとおりである。即ち、
ｐ型台座電極の周面と接する部分が厚肉部にされている透光性電極を備えてなるIII族窒化物系化合物半導体素子。
【０００６】
このように構成されたIII族窒化物系化合物半導体素子によれば、透光性電極のｐ型台座電極の周面に接する部分が厚肉にされているので、当該厚肉部のないものに比べて、透光性電極と台座電極周面との接合面の面積が大きくなる。透光性電極と台座電極周面との接合面の面積に許容電流は比例すると考えられるので、厚肉部の設けられた本発明の素子によれば、これに印加できる許容電流が増大することとなる。
また、当該厚肉部があることにより、透光性電極と台座電極周面と間の密着力（機械的強度）が強くなるので、両者の間に亀裂が生じ難くなる。この点からも、許容電流が制限されなくなる。
【０００７】
以下、この発明の各要素について詳細に説明する。
図１（Ｂ）に示すように、透光性電極１１は、台座電極１５の周面に接続する厚肉部１３と残部である薄肉部１２とからなる。
薄肉部１２の膜厚及び材質は特に限定されないが、発光素子の場合には光を透過させる見地から金合金などの透光性材料で且つできる限りこれを薄くすることが好ましい。例えば、金合金の場合、薄肉部１２の膜厚は４〜４０ｎｍとすることが好ましい。更に好ましくは、４〜３０ｎｍであり、更に更に好ましくは４〜１５ｎｍであり、最も好ましくは４〜１０ｎｍである。
かかる薄肉部１３に対して、厚肉部１３はその最も厚い部分（台座電極１５に接合する部分）の膜厚を１．５〜１５倍とすることがこのましい。更に好ましくは、１．５〜１０倍であり、更に更に好ましくは２〜８倍であり、最も好ましくは２〜６倍である。
この厚肉部１３の材質は特に限定されるものではないが、台座電極との間に強い密着力を確保するためには当該台座電極と同種の材料とすることが好ましい。同様に、薄肉部１３との間にも強い密着力が必要であるため、薄肉部１２の材料とも同種の関係が好ましい。具体的には、薄肉部１２が金合金からなり、台座電極１５も金合金から形成されるとき、厚肉部１３も同様に金合金製とする。なお、実施例では、厚肉部１３と薄肉部１２はともにコバルト−金合金製としている。
【０００８】
台座電極１５はその上面部に導電性ワイヤをボンディングが可能であればその形状は特に限定されない。なお、より大きな許容電流が流れるように、台座電極１５はその周面に凹凸部を形成することが好ましい。
【０００９】
以下、台座電極の凹凸部について説明する。
この場合、台座電極４５は、図４に示すように、導電性ワイヤがボンディングされる基部４６とその周囲の凹凸部４７とから構成される。図面上では、基部４６と凹凸部４７との境界に点線を附したが、両者の境界は明確に定められるものではない。例えば、凹凸部４７の外方先端部を結んだ仮想線（二点鎖線）で基部４６が規定されるものとし、当該基部に凹部を設けることにより、結果的に台座電極４５の周面に凹凸部が形成されるとみることもできる。要するに、基部４６は導電性ワイヤをボンディングするのに充分な面積を有するものであれば、その形状は特に問われない。図５に示すように、正方形の基部５６としてもよい。その他の多角形、楕円形などを採用できる。
台座電極４５の側面の凹凸部４７の形状は、台座電極のマスクパターンにより規定される。したがって、凹凸部４７は台座電極４５の周方向に凹凸しており、一方台座電極４５の高さ方向からみると凹凸部分が存在しない。
台座電極４５の周面の凹凸部４７は当該周面の面積を極大化することにより、透光性電極との接触面積を稼ごうというものである。したがって、台座電極の基部４６から補助電極を伸ばしこの補助電極を用いてｐ型半導体層へ電流を均等に注入しようとする発明（例えば、特開平８−３４０１３１号公報、特開平１０−２７５９３４号公報及び特開平１０−１１７０１７号公報など参照）とは、目的並びに作用の点で異なっている。
凹凸の形状は任意に選択できる。図４は格子により円を近似したものである。例えば３μｍの格子により直径１００μｍの円を近似したとき、その円周の長さは１００μｍ×４となる。一方、凹凸のない直径１００μｍの円周の長さは１００μｍ×３．１４であり、前者の方がほぼ２７％長くなる。これにより、台座電極と透光性電極との界面に亀裂が入ったとしても、当該界面の単位長さ当たりに入る亀裂の割合が一定であれば、界面の広がった分だけ台座電極と透光性電極との間の接触面積が広くなっている。したがって、単純計算で、円形であった従来品とくらべて本発明の台座電極によれば、許容電流が２７％大きくなることとなる。若しくは、直径を２７％小さくしても、従来品と同程度の許容電流を確保できる。
図５の例では、平面視正方形の凹凸部５７を設けたものである。この場合、台座電極５５の周面は、凹凸部５７の無いもの比べてその面積が約２倍となる。したがって、透光性電極に対する接触面積が約２倍となり、計算上では許容電流が約２倍になる。
台座電極の周面に形成される凹凸部形状の他の例を図６に示す。図６（Ａ）に示す凹凸部６１の例はノコギリ歯形状であり、図６（Ｂ）に示す凹凸部６２の例はサインカーブである。図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示す凹凸部６３、６４の例はフック形状である。
凹凸部は台座電極と透光性電極との接触面積を極大化するためのものであるが、凹凸の振幅があまりにも大きいと、即ち凸部分が大きすぎると透光性電極を透過した光が当該凸部分に遮蔽されることとなるので好ましくない。そこで、凹凸の振幅、即ち図５に示すように、台座電極の中心から凸部分の先端までの距離Ｌ１と当該中心から凸部に隣合う凹部の底までの距離Ｌ２の差は２〜４０μｍとすることが好ましい。さらに好ましくは、２〜３０μｍであり、さらにさらに好ましくは２〜１５μｍであり、最も好ましくは３〜１０μｍである。
【００１０】
台座電極の周面に形成することが好ましい凹凸部は、これと同じ目的及び作用から、図１の厚肉部材料層３及び図３の厚肉部材料層３３の各外周面にも形成することが好ましい。厚肉部材料層に設けられるべき凹凸部の設計思想は台座電極のそれと同じである。
【００１１】
台座電極の周面は傾斜していることが好ましい。即ち、台座電極４５（図４）は全体として円錐台形状であり、台座電極５５（図５）は全体として四角錐台形状である。台座電極の周面をテ−パ状としておくことにより、台座電極及び透光性電極の表面に形成される保護膜（ＳｉＯ２膜）を当該テ−パ状部にもほぼ設計膜厚通りに形成することが可能になる。
【００１２】
透光性電極１１の主体部を占める薄肉部の形成材料は特に限定されるものではないが、発光素子の場合は、図１（Ａ）に示すように、下側から第１電極層としてＣｏ層及び第２電極層としてＡｕ層を順次積層して透光性電極材料層１を構成し、これを加熱して合金化することにより透光性電極１１を形成することが好ましい。
第１電極層の構成元素は第２電極層の構成元素よりもイオン化ポテンシャルが低い元素であり、第２電極層の構成元素は半導体に対するオーミック性が第１電極層の構成元素よりも良好な元素とするのが望ましい。ｐ型コンタクト層と合金を形成するために、この電極層に対しても熱処理が施されるが、その熱処理により、半導体の表面から深さ方向の元素分布は、第２電極層の構成元素の方が第１電極層の構成元素よりも深く浸透した分布となる。即ち、電極層の元素分布が電極層の形成時の分布に対して反転している。電極層の形成後には、上側に形成した第２電極層の構成元素の方が下側になり、下側に形成した第１電極層の構成元素の方が上側に存在する。
望ましくは、第１電極層の構成元素は、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)のうち少なくとも一種の元素であり、その膜厚は０．５〜１５ｎｍとする。第２電極層の構成元素は、パラジウム(Pd)、金(Au)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)のうち少なくとも１種の元素であり、その膜厚は３．５〜２５ｎｍとする。更に望ましくは、第１電極層の構成元素はCo又はNiであり、第２電極層の構成元素はAuである。この場合には、熱処理により、半導体の表面から深さ方向の元素分布は、Co又はNiよりもAuが深く浸透した分布となる。
最も好ましくは、第１電極層をCoとする。
【００１３】
台座電極の形成材料も特に限定されるものではないが、発光素子に適用する場合は例えば、図１（Ａ）に示すように下側から第１金属層としてＶ層、第２金属層としてＡｕ層及び第３金属層としてＡｌ層を順次積層して台座電極材料層５を構成し、これを加熱して台座電極１５とを形成することが好ましい
第１金属層はその下の層と強固に結合できるように、第２の金属層よりもイオン化ポテンシャルが低い元素とする。第２金属層はＡｌ又はＡｕとのボンディング性が良好で、かつ透光性電極と反応しない元素とし、第３金属層は保護膜と強固に結合できる元素とすることが好ましい。
望ましくは、第１金属層の構成元素は、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)コバルト(Co)のうち少なくとも一種の元素であり、その膜厚は５〜３００ｎｍである。
望ましくは、第３金属層の構成元素は、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)のうち少なくとも一種の元素であり、その膜厚は１〜３０ｎｍである。望ましくは、第２金属層の構成元素は金(Au)であり、その膜厚は３００〜５０００ｎｍである。
【００１４】
厚肉部１３は、図１（Ａ）に示すように、透光性電極材料層１の上に形成されるリング状の厚肉部材料層３が加熱されて形成される。厚肉部材料層３の形成材料は加熱により台座電極１５の材料及び薄肉部１２の材料と充分な密着力が得られるものであれば特に限定されない。
例えば厚肉部材料層３を、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)のうち少なくとも一種の元素からなる第１層と、パラジウム(Pd)、金(Au)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)のうち少なくとも１種の元素からなる第２層とから形成することができる。
発光素子の場合、透光性電極及び台座電極はともに金合金製とされる場合が多いので、この厚肉部材料層３も金合金製とすることが好ましい。実施例では透光性電極材料層１と同種のコバルト−金合金で厚肉部材料層３を形成している。
【００１５】
厚肉部材料層３の径は台座電極材料層１の下縁の径より大きいものとし、当該下縁よりはみ出した部分が透光性電極１１の厚肉部となる。
したがって、厚肉部材料層の膜厚は、厚肉部１３に要求される膜厚に対応して設計される。より具体的には、透光性電極材料層１の膜厚に対して厚肉部材料層３の膜厚を０．５〜１４倍とすることが好ましい。更に好ましくは、０．５〜９倍であり、更に更に好ましくは１〜７倍であり、最も好ましくは１〜５倍である。
また、厚肉部材料層３の外形寸法も厚肉部１３に要求される幅に応じて設計される。厚肉部材料層３において台座電極材料層１の下縁より外側にある部分の幅Ｗは１〜３０μｍとすることが好ましい。更に好ましくは２〜２０μｍであり、更に更に好ましくは２〜１５μｍであり、最も好ましくは３〜１０μｍである。厚肉部１３では光の透過性が劣るので、この幅Ｗが３０μｍを超えると発光素子の光放出効率を低下させるおそれがある。また、厚肉部１３は、図１（Ａ）に示すとおり、加熱により台座電極１５の周面と透光性電極１１の薄肉部１２とを滑らかに繋ぐものであるが、この幅Ｗが１μｍより小さくなると、薄肉部１２と厚肉部１３との間での繋ぎが急峻となり、両者の界面の機械的強度が充分でなくなるおそれがある。
この幅Ｗは台座電極材料層１の全周に渡って均一であることが好ましい。そのためには、厚肉部材料層３と台座電極材料層５の中心が、図２（Ａ）に示すように、一致していることが好ましい。図２（Ｂ）は正方形の台座電極材料層２５の例を示している。図中の符号２３は厚肉部材料層である。
また、図３に示すように、平板状の厚肉部材料層３３を用いることもできる。台座電極材料層３５はこの厚肉部材料層３３の上に、その中心を一致させて形成されることとなる。
【００１６】
透光性電極材料層１、厚肉部材料層３及び台座電極材料層５は熱処理時に合金化される。
熱処理は酸素を含むガス中において行うことが好ましい。このとき、酸素を含むガスとしては、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの少なくとも１種又はこれらの混合ガスを用いることができる。又は、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの少なくとも１種と不活性ガスとの混合ガス、又は、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの混合ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることができる。要するに酸素を含むガスは、酸素原子、酸素原子を有する分子のガスの意味である。
熱処理時の雰囲気の圧力は、熱処理温度において、III族窒化物系化合物半導体が熱分解しない圧力以上であれば良い。酸素を含むガスは、O2ガスだけを用いた場合には、III族窒化物系化合物半導体の分解圧以上の圧力で導入すれば良く、他の不活性ガスと混合した状態で用いた場合には、全ガスをIII族窒化物系化合物半導体の分解圧以上の圧力とし、O2ガスは全ガスに対して１０-6程度以上の割合を有しておれば十分である。要するに、酸素を含むガスは極微量存在すれば十分である。尚、酸素を含むガスの導入量の上限値は、ｐ型低抵抗化及び電極合金化の特性からは、特に、制限されるものではない。要は、製造が可能である範囲まで使用できる。
熱処理に関しては、最も望ましくは、５００〜６００℃である。５００℃以上の温度で、抵抗率が完全に飽和した低抵抗のｐ型III族窒化物系化合物半導体を得ることができる。又、６００℃以下の温度において、電極の合金化処理を良好に行うことができる。又、望ましい温度範囲は４５０〜６５０℃である。
台座電極、透光性電極の形成材料及び熱処理条件については、特開平９−３２０９８４号公報、特開平１０−２０９４９３号公報を参照されたい。
【００１７】
この明細書において、III族窒化物系化合物半導体は一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０≦ｘ≦１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III族窒化物系化合物半導体層は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことも可能である。III族窒化物系化合物半導体層の形成方法は特に限定されないが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によっても形成することができる。
ここにIII族窒化物系化合物半導体素子には、発光ダイオード、受光ダイオード、レーザダイオード、太陽電池等の光素子の他、整流器、サイリスタ及びトランジスタ等のバイポーラ素子、ＦＥＴ等のユニポーラ素子並びにマイクロウェーブ素子などの電子デバイスを挙げられる。また、これらの素子の中間体としての積層体にも本発明は適用されるものである。
なお、発光素子の構成としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることができる。発光層として量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）
を採用することもできる。
【００１８】
【実施例】
以下、この発明の実施例について説明する。
実施例は発光ダイオード８０であり、その構成を図７に示す。
【００１９】
【００２０】
ｎ型クラッド層８３は発光層８４側の低電子濃度ｎ-層とバッファ層８２側の高電子濃度ｎ＋層とからなる２層構造とすることができる。後者はｎ型コンタクト層と呼ばれる。
発光層８４は超格子構造のものに限定されない。発光素子の構成としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどを用いることができる。
発光層８４とｐ型クラッド層８５との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を介在させることもできる。これは発光層８４中に注入された電子がｐ型クラッド層８５に拡散するのを防止するためである。
ｐ型クラッド層８５を発光層８４側の低ホール濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とからなる２層構造とすることができる。後者はｐ型コンタクト層と呼ばれる。
上記構成の発光ダイオードにおいて、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成する。
【００２１】
次に、マスクを形成してｐ型クラッド層８５、活性層８４及びｎ型クラッド層８３の一部を反応性イオンエッチングにより除去し、ｎ型台座電極９４を形成すべきｎ型クラッド層８３を表出させる。
【００２２】
透光性電極材料層９１、厚肉部材料層９２及び台座電極材料層９３、９４はリフトオフ法により形成される。
半導体層表面にフォトレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィにより、ｐ型クラッド層８５上の電極形成部分のフォトレジストを除去して、その部分のｐ型クラッド層８５を露出させる。蒸着装置にて、露出させたｐ型クラッド層８５の上に、Ｃｏ層（１．５ｎｍ）とＡｕ層（６．０ｎｍ）を順次積層して透光性電極材料層９１とする。
【００２３】
次に、同様なリフトオフ法により、Ｃｏ層（３．０ｎｍ）とＡｕ層（６．０ｎｍ）が順次積層されてなる厚肉部材料層９２を形成する。なお、この厚肉部材料層９２は円環形状である。
次に、同様なリフトオフ法により、Ｖ層（１７．５ｎｍ）、Ａｕ層（１．５μｍ）及びＡｌ層（１０ｎｍ）を順次積層してｐ型台座電極材料層９３を形成する。このとき用いるマスクの開口部周縁には凹凸を形成することが好ましい。
バナジウム及びアルミニウムからなるｎ型台座電極材料層９４も同様にして形成される。
【００２４】
上記のようにして得られた試料を加熱炉に入れ、炉内を１Ｐａ以下にまで排気し、その後１０数ＰａまでＯ２を供給する。そして、その状態で炉の温度を５５０℃に設定して、４分間程度、熱処理する。これにより、図１及び図３に示すように、透光性電極材料層９１、厚肉部材料層９２及び台座電極材料層３３はそれぞれの材料が合金化されるとともに、相互に結合してｐ型電極構造となる。本発明者らの検討によれば、ｐ型台座電極の直下において電流はｐ型クラッド層へほとんど注入されていない。これは、ｐ型台座電極の直下において透光性電極を構成するＡｕ／Ｃｏ蒸着層に上述したような分布の反転が生じないためにコンタクト抵抗が比較的高くなっているためであると予想される。したがって、ｐ型台座電極の周面と透光性電極との界面が両者の有効な電気的接続面となる。即ち、ｐ型台座電極に印加された電流はその周面より透光性電極の厚肉部へ流れ、さらにここから薄肉部の全面に拡散されてｐ型半導体層の全面へ均等に注入される。
【００２５】
次に、ボンディング用の窓部を除いて試料の表面に二酸化シリコンからなる保護膜が蒸着により形成される。保護膜は透光性でかつ絶縁性を備えておればよく、ＳｉＯ２のほかに、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などを用いることができる。保護膜をスパッタ或いはＣＶＤにより形成することもできる。
【００２６】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００２７】
１１ III族窒化物系化合物半導体素子の透光性電極であって、ｐ型台座電極の周面と接する部分が厚肉部とされている、ことを特徴とする透光性電極。
１２ 前記厚肉部は前記透光性電極の残部と異なる材料からなる、ことを特徴とする１１に記載の透光性電極。
１３ コバルト−金合金からなる、ことを特徴とする１１又は１２に記載の透光性電極。
１４ 前記残部の膜厚は４〜４０ｎｍであり、前記厚肉部の膜厚は当該残部の膜厚の１．５〜１５倍である、ことを特徴とする１３に記載の透光性電極。
１５ 前記厚肉部の幅は１〜３０μｍである、ことを特徴とする１１〜１４のいずれかに記載の透光性電極。
２１ III族窒化物系化合物半導体素子においてｐ型半導体層の上に形成される透光性電極と台座電極とからなるｐ型電極構造であって、台座電極の周面と接する前記透光性電極の部分が厚肉部とされている、ことを特徴とするｐ型電極構造。
２２ 前記透光性電極の前記厚肉部は前記透光性電極の残部と異なる材料からなる、ことを特徴とする２１に記載のｐ型電極構造。
２３ 前記透光性電極はコバルト−金合金からなる、ことを特徴とする２１又は２２に記載のｐ型電極構造。
２４ 前記透光性電極の前記残部の膜厚は４〜４０ｎｍであり、前記厚肉部の膜厚は当該残部の膜厚の１．５〜１５倍である、ことを特徴とする２３に記載のｐ型電極構造。
２５ 前記厚肉部の幅は１〜３０μｍである、ことを特徴とする２１〜２４のいずれかに記載のｐ型電極構造。
２６ 前記台座電極の周面に凹凸部が形成されている、ことを特徴とする２１〜２５のいずれかに記載のｐ型電極構造。
３６ 透光性電極材料層の上に厚肉部材料層を形成し、該厚肉部材料層の上に当該厚肉部材料層より狭い径のｐ型台座電極材料層を形成する、ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子におけるｐ型電極構造の製造方法。
３７ 前記厚肉部材料層は前記透光性電極材料層と実質的に同一の材料からなる、ことを特徴とする３６に記載の製造方法。
３８ 前記厚肉部材料層の中心と前記p型台座電極材料層の中心とが一致している、ことを特徴とする３６又は３７に記載の製造方法。
３９ 前記厚肉部材料層は環状であり、前記ｐ型台座電極材料層の周縁は当該環状厚肉部材料層の上に位置する、ことを特徴とする３６〜３８のいずれかに記載の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の一つの実施形態のｐ型電極構造の製造方法を示す。
【図２】図２はｐ型電極構造の他の実施形態を示す平面図である。
【図３】図３は他の実施形態のｐ型電極構造の製造方法を示す。
【図４】図４は他の実施形態のｐ型台座電極を示す平面図である。
【図５】図５は他の実施形態のｐ型台座電極を示す平面図である。
【図６】図６は他の実施形態のｐ型台座電極の凹凸部の構成を示す。
【図７】図７はこのこの発明の実施例の発光ダイオードを示す。
【符号の説明】
１、３１、９１ 透光性電極材料層
３、２３、３３、９２ 厚肉部材料層
５、２５、３５、９３ 台座電極材料層
１１、４１ 透光性電極
１２、４２ 薄肉部
１３、４３ 厚肉部
１５、４５ 台座電極
８０ 発光ダイオード
【産業上の利用分野】
本発明はIII族窒化物系化合物半導体素子に関する。更に詳しくは、III族窒化物系化合物半導体素子のp型透光性電極の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
青色系発光ダイオードなどのIII族窒化物系化合物半導体発光素子では、特に基板を下側にして配置される発光素子においては、比較的抵抗の大きなｐ型コンタクト層へ均一に電流を分配しもって発光層の全域から均等な発光を得るために、当該ｐ型コンタクト層のほぼ全面に薄い透光性電極が形成される。このような薄い透光性電極には直接ワイヤーボンディングができないため、台座電極がその上に形成される（特開平９−３２０９８４号公報などを参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは透光性電極の光透過率を高めるために当該透光性電極をより薄くすることについて検討を重ねてきた。そうしたところ、下記の解決すべき課題を見出すに至った。
即ち、上記特許公報に記載されているように、透光性電極とｐ型コンタクト層との間のオーミックコンタクトを確保しかつ透光性電極の透光性を確保し、さらには台座電極と透光性電極およびｐ型コンタクト層との密着性を確保するためには熱処理を施すことが必要である。この熱処理を実行すると、台座電極の材料と透光性電極の材料とが合金化し、実質的に台座電極と透光性電極は一体化するものと考えられる。そして、台座電極の材料層の周面が透光性電極の材料層との接続面となる。
ところで、III族窒化物系化合物半導体からなるｐ型コンタクト層と熱処理により結合された透光性電極−台座電極（ｐ型電極構造）とは、その形成材料の線膨張係数が異なっている。金属製である後者の線膨張係数が前者のそれより大きいので、熱処理後にｐ型電極構造に引っ張り応力が生じる。そのため、台座電極の材料層と透光性電極の材料層との界面に亀裂の生じるおそれがある。この部分で機械的な強度が劣るからである。台座電極に印加可能な電流（許容電流）は台座電極と透光性電極との接触面積に比例すると考えられるので、かかる亀裂があると、当該許容電流が小さくなる。チップサイズのより小型化と光の外部放出効率向上が求められる中、台座電極にもそのサイズを小さくすることが要求されている。その一方で、許容電流は現状維持かこれをより大きくすることが要求されている。しかし、かかる亀裂が発生するとこれらの要求を満足できなくなる。台座電極と透光性電極との間の接触面積が充分でなくなるからである。
更には、透光性電極の薄膜化を進めていった場合、透光性電極と台座電極周面との間の接触面積も狭くなるので、この点も許容電流の制限要因となる。
【０００４】
その寿命や耐久性を検査するため、発光素子を高温環境下においてかつこれに高い電流を印加することが要求される場合がある。この場合、台座電極周面と透光性電極との間に亀裂があると既述のとおり許容電流が制限されるため、検査時に印加できる電流が制限され、本来求められる厳しい検査を実行できないおそれがある。また、検査の実行中最初に当該亀裂部分で焼きつきなどが発生し、発光素子の他の要素の耐久性を実質的に検査できないという不具合も生じかねない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、ｐ型コンタクト層と台座電極及び透光性電極からなるｐ型電極構造との線膨張係数の差に起因して台座電極周面と透光性電極との界面に亀裂が生じ、その結果両者の間の接触面積が低下することにより上記種々の課題が生じている。この発明は、本発明者らが新たに発見した上記課題を解決するものであり、その構成は次のとおりである。即ち、
ｐ型台座電極の周面と接する部分が厚肉部にされている透光性電極を備えてなるIII族窒化物系化合物半導体素子。
【０００６】
このように構成されたIII族窒化物系化合物半導体素子によれば、透光性電極のｐ型台座電極の周面に接する部分が厚肉にされているので、当該厚肉部のないものに比べて、透光性電極と台座電極周面との接合面の面積が大きくなる。透光性電極と台座電極周面との接合面の面積に許容電流は比例すると考えられるので、厚肉部の設けられた本発明の素子によれば、これに印加できる許容電流が増大することとなる。
また、当該厚肉部があることにより、透光性電極と台座電極周面と間の密着力（機械的強度）が強くなるので、両者の間に亀裂が生じ難くなる。この点からも、許容電流が制限されなくなる。
【０００７】
以下、この発明の各要素について詳細に説明する。
図１（Ｂ）に示すように、透光性電極１１は、台座電極１５の周面に接続する厚肉部１３と残部である薄肉部１２とからなる。
薄肉部１２の膜厚及び材質は特に限定されないが、発光素子の場合には光を透過させる見地から金合金などの透光性材料で且つできる限りこれを薄くすることが好ましい。例えば、金合金の場合、薄肉部１２の膜厚は４〜４０ｎｍとすることが好ましい。更に好ましくは、４〜３０ｎｍであり、更に更に好ましくは４〜１５ｎｍであり、最も好ましくは４〜１０ｎｍである。
かかる薄肉部１３に対して、厚肉部１３はその最も厚い部分（台座電極１５に接合する部分）の膜厚を１．５〜１５倍とすることがこのましい。更に好ましくは、１．５〜１０倍であり、更に更に好ましくは２〜８倍であり、最も好ましくは２〜６倍である。
この厚肉部１３の材質は特に限定されるものではないが、台座電極との間に強い密着力を確保するためには当該台座電極と同種の材料とすることが好ましい。同様に、薄肉部１３との間にも強い密着力が必要であるため、薄肉部１２の材料とも同種の関係が好ましい。具体的には、薄肉部１２が金合金からなり、台座電極１５も金合金から形成されるとき、厚肉部１３も同様に金合金製とする。なお、実施例では、厚肉部１３と薄肉部１２はともにコバルト−金合金製としている。
【０００８】
台座電極１５はその上面部に導電性ワイヤをボンディングが可能であればその形状は特に限定されない。なお、より大きな許容電流が流れるように、台座電極１５はその周面に凹凸部を形成することが好ましい。
【０００９】
以下、台座電極の凹凸部について説明する。
この場合、台座電極４５は、図４に示すように、導電性ワイヤがボンディングされる基部４６とその周囲の凹凸部４７とから構成される。図面上では、基部４６と凹凸部４７との境界に点線を附したが、両者の境界は明確に定められるものではない。例えば、凹凸部４７の外方先端部を結んだ仮想線（二点鎖線）で基部４６が規定されるものとし、当該基部に凹部を設けることにより、結果的に台座電極４５の周面に凹凸部が形成されるとみることもできる。要するに、基部４６は導電性ワイヤをボンディングするのに充分な面積を有するものであれば、その形状は特に問われない。図５に示すように、正方形の基部５６としてもよい。その他の多角形、楕円形などを採用できる。
台座電極４５の側面の凹凸部４７の形状は、台座電極のマスクパターンにより規定される。したがって、凹凸部４７は台座電極４５の周方向に凹凸しており、一方台座電極４５の高さ方向からみると凹凸部分が存在しない。
台座電極４５の周面の凹凸部４７は当該周面の面積を極大化することにより、透光性電極との接触面積を稼ごうというものである。したがって、台座電極の基部４６から補助電極を伸ばしこの補助電極を用いてｐ型半導体層へ電流を均等に注入しようとする発明（例えば、特開平８−３４０１３１号公報、特開平１０−２７５９３４号公報及び特開平１０−１１７０１７号公報など参照）とは、目的並びに作用の点で異なっている。
凹凸の形状は任意に選択できる。図４は格子により円を近似したものである。例えば３μｍの格子により直径１００μｍの円を近似したとき、その円周の長さは１００μｍ×４となる。一方、凹凸のない直径１００μｍの円周の長さは１００μｍ×３．１４であり、前者の方がほぼ２７％長くなる。これにより、台座電極と透光性電極との界面に亀裂が入ったとしても、当該界面の単位長さ当たりに入る亀裂の割合が一定であれば、界面の広がった分だけ台座電極と透光性電極との間の接触面積が広くなっている。したがって、単純計算で、円形であった従来品とくらべて本発明の台座電極によれば、許容電流が２７％大きくなることとなる。若しくは、直径を２７％小さくしても、従来品と同程度の許容電流を確保できる。
図５の例では、平面視正方形の凹凸部５７を設けたものである。この場合、台座電極５５の周面は、凹凸部５７の無いもの比べてその面積が約２倍となる。したがって、透光性電極に対する接触面積が約２倍となり、計算上では許容電流が約２倍になる。
台座電極の周面に形成される凹凸部形状の他の例を図６に示す。図６（Ａ）に示す凹凸部６１の例はノコギリ歯形状であり、図６（Ｂ）に示す凹凸部６２の例はサインカーブである。図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示す凹凸部６３、６４の例はフック形状である。
凹凸部は台座電極と透光性電極との接触面積を極大化するためのものであるが、凹凸の振幅があまりにも大きいと、即ち凸部分が大きすぎると透光性電極を透過した光が当該凸部分に遮蔽されることとなるので好ましくない。そこで、凹凸の振幅、即ち図５に示すように、台座電極の中心から凸部分の先端までの距離Ｌ１と当該中心から凸部に隣合う凹部の底までの距離Ｌ２の差は２〜４０μｍとすることが好ましい。さらに好ましくは、２〜３０μｍであり、さらにさらに好ましくは２〜１５μｍであり、最も好ましくは３〜１０μｍである。
【００１０】
台座電極の周面に形成することが好ましい凹凸部は、これと同じ目的及び作用から、図１の厚肉部材料層３及び図３の厚肉部材料層３３の各外周面にも形成することが好ましい。厚肉部材料層に設けられるべき凹凸部の設計思想は台座電極のそれと同じである。
【００１１】
台座電極の周面は傾斜していることが好ましい。即ち、台座電極４５（図４）は全体として円錐台形状であり、台座電極５５（図５）は全体として四角錐台形状である。台座電極の周面をテ−パ状としておくことにより、台座電極及び透光性電極の表面に形成される保護膜（ＳｉＯ２膜）を当該テ−パ状部にもほぼ設計膜厚通りに形成することが可能になる。
【００１２】
透光性電極１１の主体部を占める薄肉部の形成材料は特に限定されるものではないが、発光素子の場合は、図１（Ａ）に示すように、下側から第１電極層としてＣｏ層及び第２電極層としてＡｕ層を順次積層して透光性電極材料層１を構成し、これを加熱して合金化することにより透光性電極１１を形成することが好ましい。
第１電極層の構成元素は第２電極層の構成元素よりもイオン化ポテンシャルが低い元素であり、第２電極層の構成元素は半導体に対するオーミック性が第１電極層の構成元素よりも良好な元素とするのが望ましい。ｐ型コンタクト層と合金を形成するために、この電極層に対しても熱処理が施されるが、その熱処理により、半導体の表面から深さ方向の元素分布は、第２電極層の構成元素の方が第１電極層の構成元素よりも深く浸透した分布となる。即ち、電極層の元素分布が電極層の形成時の分布に対して反転している。電極層の形成後には、上側に形成した第２電極層の構成元素の方が下側になり、下側に形成した第１電極層の構成元素の方が上側に存在する。
望ましくは、第１電極層の構成元素は、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)のうち少なくとも一種の元素であり、その膜厚は０．５〜１５ｎｍとする。第２電極層の構成元素は、パラジウム(Pd)、金(Au)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)のうち少なくとも１種の元素であり、その膜厚は３．５〜２５ｎｍとする。更に望ましくは、第１電極層の構成元素はCo又はNiであり、第２電極層の構成元素はAuである。この場合には、熱処理により、半導体の表面から深さ方向の元素分布は、Co又はNiよりもAuが深く浸透した分布となる。
最も好ましくは、第１電極層をCoとする。
【００１３】
台座電極の形成材料も特に限定されるものではないが、発光素子に適用する場合は例えば、図１（Ａ）に示すように下側から第１金属層としてＶ層、第２金属層としてＡｕ層及び第３金属層としてＡｌ層を順次積層して台座電極材料層５を構成し、これを加熱して台座電極１５とを形成することが好ましい
第１金属層はその下の層と強固に結合できるように、第２の金属層よりもイオン化ポテンシャルが低い元素とする。第２金属層はＡｌ又はＡｕとのボンディング性が良好で、かつ透光性電極と反応しない元素とし、第３金属層は保護膜と強固に結合できる元素とすることが好ましい。
望ましくは、第１金属層の構成元素は、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)コバルト(Co)のうち少なくとも一種の元素であり、その膜厚は５〜３００ｎｍである。
望ましくは、第３金属層の構成元素は、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)のうち少なくとも一種の元素であり、その膜厚は１〜３０ｎｍである。望ましくは、第２金属層の構成元素は金(Au)であり、その膜厚は３００〜５０００ｎｍである。
【００１４】
厚肉部１３は、図１（Ａ）に示すように、透光性電極材料層１の上に形成されるリング状の厚肉部材料層３が加熱されて形成される。厚肉部材料層３の形成材料は加熱により台座電極１５の材料及び薄肉部１２の材料と充分な密着力が得られるものであれば特に限定されない。
例えば厚肉部材料層３を、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)のうち少なくとも一種の元素からなる第１層と、パラジウム(Pd)、金(Au)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)のうち少なくとも１種の元素からなる第２層とから形成することができる。
発光素子の場合、透光性電極及び台座電極はともに金合金製とされる場合が多いので、この厚肉部材料層３も金合金製とすることが好ましい。実施例では透光性電極材料層１と同種のコバルト−金合金で厚肉部材料層３を形成している。
【００１５】
厚肉部材料層３の径は台座電極材料層１の下縁の径より大きいものとし、当該下縁よりはみ出した部分が透光性電極１１の厚肉部となる。
したがって、厚肉部材料層の膜厚は、厚肉部１３に要求される膜厚に対応して設計される。より具体的には、透光性電極材料層１の膜厚に対して厚肉部材料層３の膜厚を０．５〜１４倍とすることが好ましい。更に好ましくは、０．５〜９倍であり、更に更に好ましくは１〜７倍であり、最も好ましくは１〜５倍である。
また、厚肉部材料層３の外形寸法も厚肉部１３に要求される幅に応じて設計される。厚肉部材料層３において台座電極材料層１の下縁より外側にある部分の幅Ｗは１〜３０μｍとすることが好ましい。更に好ましくは２〜２０μｍであり、更に更に好ましくは２〜１５μｍであり、最も好ましくは３〜１０μｍである。厚肉部１３では光の透過性が劣るので、この幅Ｗが３０μｍを超えると発光素子の光放出効率を低下させるおそれがある。また、厚肉部１３は、図１（Ａ）に示すとおり、加熱により台座電極１５の周面と透光性電極１１の薄肉部１２とを滑らかに繋ぐものであるが、この幅Ｗが１μｍより小さくなると、薄肉部１２と厚肉部１３との間での繋ぎが急峻となり、両者の界面の機械的強度が充分でなくなるおそれがある。
この幅Ｗは台座電極材料層１の全周に渡って均一であることが好ましい。そのためには、厚肉部材料層３と台座電極材料層５の中心が、図２（Ａ）に示すように、一致していることが好ましい。図２（Ｂ）は正方形の台座電極材料層２５の例を示している。図中の符号２３は厚肉部材料層である。
また、図３に示すように、平板状の厚肉部材料層３３を用いることもできる。台座電極材料層３５はこの厚肉部材料層３３の上に、その中心を一致させて形成されることとなる。
【００１６】
透光性電極材料層１、厚肉部材料層３及び台座電極材料層５は熱処理時に合金化される。
熱処理は酸素を含むガス中において行うことが好ましい。このとき、酸素を含むガスとしては、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの少なくとも１種又はこれらの混合ガスを用いることができる。又は、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの少なくとも１種と不活性ガスとの混合ガス、又は、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの混合ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることができる。要するに酸素を含むガスは、酸素原子、酸素原子を有する分子のガスの意味である。
熱処理時の雰囲気の圧力は、熱処理温度において、III族窒化物系化合物半導体が熱分解しない圧力以上であれば良い。酸素を含むガスは、O2ガスだけを用いた場合には、III族窒化物系化合物半導体の分解圧以上の圧力で導入すれば良く、他の不活性ガスと混合した状態で用いた場合には、全ガスをIII族窒化物系化合物半導体の分解圧以上の圧力とし、O2ガスは全ガスに対して１０-6程度以上の割合を有しておれば十分である。要するに、酸素を含むガスは極微量存在すれば十分である。尚、酸素を含むガスの導入量の上限値は、ｐ型低抵抗化及び電極合金化の特性からは、特に、制限されるものではない。要は、製造が可能である範囲まで使用できる。
熱処理に関しては、最も望ましくは、５００〜６００℃である。５００℃以上の温度で、抵抗率が完全に飽和した低抵抗のｐ型III族窒化物系化合物半導体を得ることができる。又、６００℃以下の温度において、電極の合金化処理を良好に行うことができる。又、望ましい温度範囲は４５０〜６５０℃である。
台座電極、透光性電極の形成材料及び熱処理条件については、特開平９−３２０９８４号公報、特開平１０−２０９４９３号公報を参照されたい。
【００１７】
この明細書において、III族窒化物系化合物半導体は一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０≦ｘ≦１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III族窒化物系化合物半導体層は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことも可能である。III族窒化物系化合物半導体層の形成方法は特に限定されないが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によっても形成することができる。
ここにIII族窒化物系化合物半導体素子には、発光ダイオード、受光ダイオード、レーザダイオード、太陽電池等の光素子の他、整流器、サイリスタ及びトランジスタ等のバイポーラ素子、ＦＥＴ等のユニポーラ素子並びにマイクロウェーブ素子などの電子デバイスを挙げられる。また、これらの素子の中間体としての積層体にも本発明は適用されるものである。
なお、発光素子の構成としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることができる。発光層として量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）
を採用することもできる。
【００１８】
【実施例】
以下、この発明の実施例について説明する。
実施例は発光ダイオード８０であり、その構成を図７に示す。
【００１９】
ｎ型クラッド層８３は発光層８４側の低電子濃度ｎ-層とバッファ層８２側の高電子濃度ｎ＋層とからなる２層構造とすることができる。後者はｎ型コンタクト層と呼ばれる。
発光層８４は超格子構造のものに限定されない。発光素子の構成としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどを用いることができる。
発光層８４とｐ型クラッド層８５との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を介在させることもできる。これは発光層８４中に注入された電子がｐ型クラッド層８５に拡散するのを防止するためである。
ｐ型クラッド層８５を発光層８４側の低ホール濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とからなる２層構造とすることができる。後者はｐ型コンタクト層と呼ばれる。
上記構成の発光ダイオードにおいて、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成する。
【００２１】
次に、マスクを形成してｐ型クラッド層８５、活性層８４及びｎ型クラッド層８３の一部を反応性イオンエッチングにより除去し、ｎ型台座電極９４を形成すべきｎ型クラッド層８３を表出させる。
【００２２】
透光性電極材料層９１、厚肉部材料層９２及び台座電極材料層９３、９４はリフトオフ法により形成される。
半導体層表面にフォトレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィにより、ｐ型クラッド層８５上の電極形成部分のフォトレジストを除去して、その部分のｐ型クラッド層８５を露出させる。蒸着装置にて、露出させたｐ型クラッド層８５の上に、Ｃｏ層（１．５ｎｍ）とＡｕ層（６．０ｎｍ）を順次積層して透光性電極材料層９１とする。
【００２３】
次に、同様なリフトオフ法により、Ｃｏ層（３．０ｎｍ）とＡｕ層（６．０ｎｍ）が順次積層されてなる厚肉部材料層９２を形成する。なお、この厚肉部材料層９２は円環形状である。
次に、同様なリフトオフ法により、Ｖ層（１７．５ｎｍ）、Ａｕ層（１．５μｍ）及びＡｌ層（１０ｎｍ）を順次積層してｐ型台座電極材料層９３を形成する。このとき用いるマスクの開口部周縁には凹凸を形成することが好ましい。
バナジウム及びアルミニウムからなるｎ型台座電極材料層９４も同様にして形成される。
【００２４】
上記のようにして得られた試料を加熱炉に入れ、炉内を１Ｐａ以下にまで排気し、その後１０数ＰａまでＯ２を供給する。そして、その状態で炉の温度を５５０℃に設定して、４分間程度、熱処理する。これにより、図１及び図３に示すように、透光性電極材料層９１、厚肉部材料層９２及び台座電極材料層３３はそれぞれの材料が合金化されるとともに、相互に結合してｐ型電極構造となる。本発明者らの検討によれば、ｐ型台座電極の直下において電流はｐ型クラッド層へほとんど注入されていない。これは、ｐ型台座電極の直下において透光性電極を構成するＡｕ／Ｃｏ蒸着層に上述したような分布の反転が生じないためにコンタクト抵抗が比較的高くなっているためであると予想される。したがって、ｐ型台座電極の周面と透光性電極との界面が両者の有効な電気的接続面となる。即ち、ｐ型台座電極に印加された電流はその周面より透光性電極の厚肉部へ流れ、さらにここから薄肉部の全面に拡散されてｐ型半導体層の全面へ均等に注入される。
【００２５】
次に、ボンディング用の窓部を除いて試料の表面に二酸化シリコンからなる保護膜が蒸着により形成される。保護膜は透光性でかつ絶縁性を備えておればよく、ＳｉＯ２のほかに、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などを用いることができる。保護膜をスパッタ或いはＣＶＤにより形成することもできる。
【００２６】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００２７】
１１ III族窒化物系化合物半導体素子の透光性電極であって、ｐ型台座電極の周面と接する部分が厚肉部とされている、ことを特徴とする透光性電極。
１２ 前記厚肉部は前記透光性電極の残部と異なる材料からなる、ことを特徴とする１１に記載の透光性電極。
１３ コバルト−金合金からなる、ことを特徴とする１１又は１２に記載の透光性電極。
１４ 前記残部の膜厚は４〜４０ｎｍであり、前記厚肉部の膜厚は当該残部の膜厚の１．５〜１５倍である、ことを特徴とする１３に記載の透光性電極。
１５ 前記厚肉部の幅は１〜３０μｍである、ことを特徴とする１１〜１４のいずれかに記載の透光性電極。
２１ III族窒化物系化合物半導体素子においてｐ型半導体層の上に形成される透光性電極と台座電極とからなるｐ型電極構造であって、台座電極の周面と接する前記透光性電極の部分が厚肉部とされている、ことを特徴とするｐ型電極構造。
２２ 前記透光性電極の前記厚肉部は前記透光性電極の残部と異なる材料からなる、ことを特徴とする２１に記載のｐ型電極構造。
２３ 前記透光性電極はコバルト−金合金からなる、ことを特徴とする２１又は２２に記載のｐ型電極構造。
２４ 前記透光性電極の前記残部の膜厚は４〜４０ｎｍであり、前記厚肉部の膜厚は当該残部の膜厚の１．５〜１５倍である、ことを特徴とする２３に記載のｐ型電極構造。
２５ 前記厚肉部の幅は１〜３０μｍである、ことを特徴とする２１〜２４のいずれかに記載のｐ型電極構造。
２６ 前記台座電極の周面に凹凸部が形成されている、ことを特徴とする２１〜２５のいずれかに記載のｐ型電極構造。
３６ 透光性電極材料層の上に厚肉部材料層を形成し、該厚肉部材料層の上に当該厚肉部材料層より狭い径のｐ型台座電極材料層を形成する、ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子におけるｐ型電極構造の製造方法。
３７ 前記厚肉部材料層は前記透光性電極材料層と実質的に同一の材料からなる、ことを特徴とする３６に記載の製造方法。
３８ 前記厚肉部材料層の中心と前記p型台座電極材料層の中心とが一致している、ことを特徴とする３６又は３７に記載の製造方法。
３９ 前記厚肉部材料層は環状であり、前記ｐ型台座電極材料層の周縁は当該環状厚肉部材料層の上に位置する、ことを特徴とする３６〜３８のいずれかに記載の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の一つの実施形態のｐ型電極構造の製造方法を示す。
【図２】図２はｐ型電極構造の他の実施形態を示す平面図である。
【図３】図３は他の実施形態のｐ型電極構造の製造方法を示す。
【図４】図４は他の実施形態のｐ型台座電極を示す平面図である。
【図５】図５は他の実施形態のｐ型台座電極を示す平面図である。
【図６】図６は他の実施形態のｐ型台座電極の凹凸部の構成を示す。
【図７】図７はこのこの発明の実施例の発光ダイオードを示す。
【符号の説明】
１、３１、９１ 透光性電極材料層
３、２３、３３、９２ 厚肉部材料層
５、２５、３５、９３ 台座電極材料層
１１、４１ 透光性電極
１２、４２ 薄肉部
１３、４３ 厚肉部
１５、４５ 台座電極
８０ 発光ダイオード
Claims (4)
- ｐ型半導体層の上に透光性電極材料層を形成し、該透光性電極材料層の上に厚肉部材料層を形成し、該厚肉部材料層の上に当該厚肉部材料層より狭い径のｐ型台座電極材料層を形成する、ことを特徴とする III 族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
- 前記厚肉部材料層は前記透光性電極材料層と実質的に同一の材料からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の III 族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
- 前記厚肉部材料層の中心と前記ｐ型台座電極材料層の中心とが一致している、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の III 族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
- 前記厚肉部材料層は環状であり、前記ｐ型台座電極材料層の周面は当該環状厚肉部材料層の上に位置する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の III 族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
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