JP4644947B2

JP4644947B2 - Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4644947B2
Application number: JP2001027946A
Authority: JP
Inventors: 寿典田中; 達憲豊田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2021-02-05
Also published as: JP2002232006A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_1- _ｘ _- _ｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+ｙ≦１）から成る窒化物半導体素子に関し、詳細には、基板の同一面側にｎ電極及びｐ電極を備えた窒化物半導体素子におけるｎ電極の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の窒化物半導体素子の一例を、図５（平面図）及び図６（図５のａ−ａ’線断面図）に示す。サファイア基板１０の上に、ｎ型窒化物半導体層１２が成長され、そのｎ型窒化物半導体層１２の上にｐ型窒化物半導体層１４が成長されている。サファイア基板１０は絶縁性であるため、ｎ型窒化物半導体層１２及びｐ型窒化物半導体層１４へのコンタクトはいずれもサファイア基板１０の上側から取る必要がある。そこで、ｐ型窒化物半導体層１４の一部をエッチングにより除去して、ｎ型窒化物半導体層１２を基板上側に露出させている。ｐ型窒化物半導体層１４の表面には、ｐ型層１４とオーミック接触可能な透光性の第１ｐ電極１６が形成され、その上に外部から電気接続を行うための第２ｐ電極１８が形成されている。露出させたｎ型窒化物半導体層１２の表面には、ｎ型層１２とオーミック接触するｎ電極２２が形成されている。ｎ電極２２とｐ型窒化物半導体層１４の短絡を防止するため、ｐ型窒化物半導体層１４はｎ電極２２よりも大面積に除去され、ｎ電極２２とｐ型窒化物半導体層１４の端面との間に十分な間隔が空くようにしている。
【０００３】
また、ｎ型窒化物半導体層１２及びｐ型窒化物半導体層１４を保護するために、素子表面は透光性の絶縁膜２０によって覆われている。絶縁膜２０は第２ｐ電極１８及びｎ電極２２の上に開口部２０ａ及び２０ｂを有しており、開口部２０ａ及び２０ｂから露出した第２ｐ電極１８及びｎ電極２２にワイヤボンディングが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の窒化物半導体発光素子では、素子が小型化した場合に、素子機能に重要なｐｎ接合界面（ｎ型窒化物半導体層１２とｐ型窒化物半導体層１４との接合界面）の面積が狭くなるという問題があった。例えば、窒化物半導体素子が発光ダイオードである場合には、ｐｎ接合界面は発光領域となるため、ｐｎ接合界面の面積が狭くては十分な発光強度を得ることができない。
【０００５】
ｎ電極２２にワイヤーボンディングを行うためには、素子の大きさに関わらずｎ電極２２のワイヤーボンディング部分が少なくとも直径約５０μｍ以上あることが必要となる。しかし、従来の構造ではｎ電極２２がｐ型窒化物半導体層１４と同じ層に形成されていたため、ｎ電極２２からｐ型窒化物半導体層１４の端面までの距離を十分大きくしなければ両者が短絡する恐れがあり、ｐ型窒化物半導体層１４はｎ電極２２を含む広い範囲に渡って除去する必要があった。このため、素子が小型化するとｐｎ接合界面の面積が相対的に減少してしまう。
【０００６】
また、ｎ電極２２のワイヤーボンディング部分の大きさを決めるのは開口部２０ｂであるが、ｎ電極２２及び開口部２０ｂの位置や大きさが一定のパターニング精度内でばらついてもｎ型窒化物半導体層２２が露出しないようにするためには、ｎ電極２２はパターニング精度分だけ開口部２０ｂよりもさらに大きく設計する必要がある。このため、ｎ電極２２はパターニング精度分だけワイヤーボンディングに必要な最低面積よりもさらに大きく形成する必要があり、その分だけｐｎ接合界面の面積が減少していた。
【０００７】
そこで、本発明は、ｎ電極２２とｐ型窒化物半導体層の短絡を防止すると共にｎ電極２２の占有面積を減少することにより、ｐｎ接合界面の面積を広げることのできる新たな窒化物半導体素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明に係る窒化物半導体発光素子は、基板上に、ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成したｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成したｐ電極と、前記ｐ型窒化物半導体層の一部を取り除いて露出させた前記ｎ型窒化物半導体層上に形成したｎ電極と、前記ｐ型窒化物半導体層及び前記ｎ型窒化物半導体層を覆う絶縁膜とを有する窒化物半導体素子において、前記ｎ電極が、前記絶縁膜の上から形成され、前記絶縁膜に設けられた開口部を介して前記ｎ型窒化物半導体層に接続しており、前記ｎ電極と接続した部分の前記ｎ型窒化物半導体層が、部分的に当該ｎ型窒化物半導体層の端面まで除かれ、前記窒化物半導体素子の周囲を囲む形状となっていることを特徴とする。
【０００９】
本件発明の第１の特徴は、ｎ電極が、絶縁膜の上から形成されると共に、絶縁膜に設けたられた開口部を介してｎ型窒化物半導体層と接続する点にあり、これによりｎ電極とｐ型窒化物半導体層の短絡発生を防止すると共にｎ電極の占有面積を減少することができる。即ち、ｎ電極とｐ型窒化物半導体層の間に絶縁膜が形成されているため、ｎ電極とｐ型窒化物半導体層が互いに近接していても短絡する恐れがない。また、ｎ電極が絶縁膜の上から形成されているため、ワイヤーボンディングに利用できる部分が絶縁膜の開口面積によって制限されることがなく、ｎ電極自身がワイヤーボンディングに必要な直径約５０μｍ以上を確保すれば良くなる。したがって、ｐ型窒化物半導体層を除去する面積を従来よりも減少させ、ｐｎ接合界面の面積を増加して発光効率を高めることができる。
【００１０】
しかしながら、単純に絶縁膜の上からｎ電極を形成したのでは、順方向駆動電圧が約１．３倍から１．５倍程度上昇してしまう。これは、ｎ型窒化物半導体層に絶縁膜を形成し、絶縁膜に開口部を形成するエッチングを行う際に、絶縁膜の下にあるｎ型窒化物半導体層がダメージを受けるためである。ダメージを受けたｎ型窒化物半導体層に対しては、ｎ電極が良好なオーミック接触が取ることができない。そこで、本件発明の第２の特徴は、ｎ電極と接続する部分のｎ型窒化物半導体層が、部分的に除かれた形状、例えば、凹状又は切り欠き状となっている点にある。これにより、絶縁膜に開口部を形成する際にダメージを受けた部分のｎ型窒化物半導体層が取り除かれるため、ｎ電極とｎ型窒化物半導体層の間のオーミック接触性が良好となる。また、ｎ型窒化物半導体層が凹状又は段状であることにより、ｎ型窒化物半導体層内を流れる電流の起点がより深い位置となり、ｎ電極とｎ型窒化物半導体層の接触面積も増えるため、ｐ電極からｎ電極に向かう電流分布の均一性が向上する。
【００１１】
ｎ型窒化物半導体層を取り除く部分の大きさは、ｎ電極よりも小さくなるようにとすることが好ましい。ワイヤーボンディングに必要なｎ電極の直径は少なくとも５０μｍ以上、一般に約７０〜１００μｍである。ｎ型窒化物半導体層を取り除く部分の深さについては、ワイヤーボンディング時の平坦性が重要である場合には、５００〜１００００Åとすることが好ましい。ｎ型窒化物半導体層を深く取り除くほどｎ電極の段差が大きくなるからである。一方、電流の均一性が重要である場合には、ｎ型窒化物半導体層をできるだけ深く取り除くことが好ましく、例えば、基板が露出する深さとしても良い。
【００１２】
また、発光面積をできるだけ大きくするためには、ｎ型窒化物半導体層をその端面まで除くことが好ましい。ｎ型窒化物半導体層を端面まで除くこと、即ち、ｎ電極をｎ型窒化物半導体層の端部に形成することにより、ｐ型窒化物半導体層を除去する面積を最小限にすることができる。さらに、端面まで除く場合にチップ周囲を囲むようにｎ型窒化物半導体を除去すれば、発光分布の均一性を向上することができる。尚、絶縁膜の材料は特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ_２又はＳｉＮであることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る窒化物半導体素子の製造方法は、基板上にｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを積層し、前記ｐ型窒化物半導体層の一部を除いて前記ｎ型窒化物半導体層を露出させ、前記ｎ型窒化物半導体層及びｐ型窒化物半導体層の上に絶縁膜を形成し、前記ｎ型窒化物半導体層を覆う領域にある絶縁膜に開口部を形成し、前記開口部内の前記ｎ型窒化物半導体をエッチングして一部除き、前記ｎ電極を前記絶縁膜の上から前記開口部を介して前記ｎ型窒化物半導体層上に形成することを特徴とする。これにより、絶縁膜の形成及び除去によってダメージを受けたｎ型窒化物半導体層を取り除き、ｎ電極とｎ型窒化物半導体層のオーミック接触を良好にすることができる。
【００１４】
絶縁膜のエッチングを、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、及びＳＦ_６からなる群から選択された少なくとも１つを含むガスを用いてドライエッチングにより行い、ｎ型窒化物半導体のエッチングを、Ｃｌ_２又はＳｉＣｌ_４の少なくとも一方を含むガス用いてドライエッチングにより行うことが好ましい。このようなエッチングガスの組み合わせを用いることにより、絶縁膜のエッチングを高効率に行い、かつ、ｎ型窒化物半導体層にダメージを与えずにエッチングすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るｐｎ接合型の窒化物半導体素子の一例を示す断面図である。ここでは、ｐｎ接合型窒化物半導体発光ダイオードを例に説明する。サファイア基板１０の上に、ＧａＮ又はＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）から成る低温成長バッファ層（図示せず）を介して、ｎ型窒化物半導体層（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_１−ｘ _-yＮ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）１２が形成され、さらに、ｐ型窒化物半導体層（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_１−ｘ _-yＮ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）１４が形成されている。ｐ型窒化物半導体層１４の一部を切り欠いてｎ型窒化物半導体層１２が露出している。
【００１６】
ｐ型窒化物半導体層１４のほぼ全面に、金属薄膜から成る透光性の第１ｐ電極１６が形成されており、ｎ型窒化物半導体層を露出させるための切り欠き部と互いに対角線をなす位置にある第１ｐ電極１６の隅部に、ワイヤーボンディング用の第２ｐ電極１８が形成されている。そして、素子の全面に絶縁膜２０が形成されており、第２ｐ電極１８の上及び露出したｎ型窒化物半導体層１２の上に、開口部２０ａ及び２０ｂが形成されている。開口部２０ｂの下にあるｎ型窒化物半導体層１２は深さ約５００〜１００００Åで一部取り除かれた凹状となっており、ｎ電極２２が開口部２０ｂの上から開口部２０ｂよりも広面積に形成され、ｎ型窒化物半導体層の凹部１２ａを埋めている。
【００１７】
ｎ電極２２は、その全面をワイヤーボンディングに使用することができるため、ワイヤーボンディングに必要な最小の径（例えば、直径約５０μｍ）で形成すれば良い。また、ｎ電極２２とｐ型窒化物半導体層１４との間は絶縁膜２０によって隔てられているため、互いに近接して設けることができる。したがって、ｐ型窒化物半導体層１４を除去する面積は従来よりも少なくて良く、例えば、ｎ電極のワイヤーボンディングに必要な面積とほぼ同等とすることができる。即ち、発光領域となるｐｎ接合界面の面積を従来よりも増加させることができる。
【００１８】
図２（ａ）から（ｄ）は、図１に示す窒化物半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。尚、ｎ電極の形成に関する工程を除いて一般的な窒化物半導体発光ダイオードと同様の製造方法を用いることができる。まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０の上に、ＧａＮ又はＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）から成る低温成長バッファ層（図示せず）を介して、ｎ型窒化物半導体層（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_１−ｘ _-yＮ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）１２、及びｐ型窒化物半導体層（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_１−ｘ _-yＮ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）１４を形成する。ｎ型窒化物半導体層１２及びｐ型窒化物半導体層１４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法で成長させることができる。そして、ｐ型窒化物半導体層１４及びｎ型窒化物半導体層１２の一部をリアクティブ・イオン・エッチング法（以下、ＲＩＥ法）を用いてエッチングし、ｎ型窒化物半導体層１２を露出させる。ｐ型窒化物半導体層１４のほぼ全面に、Ｎｉ/Ａｕ等の金属薄膜から成る透光性の第１ｐ電極１６を形成し、ｎ型窒化物半導体層を露出させるための切り欠き部と互いに対角線をなす位置にある第１ｐ電極１６の隅部に、Ａｕ等の金属から成るワイヤーボンディング用の第２ｐ電極１８を形成する。そして、第２ｐ電極１８の上（＝開口部２０ａの部分）を除く素子の全面にＳｉＯ_２又はＳｉＮなどの絶縁膜２０が形成する。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示すように、ｎ型窒化物半導体層１２を覆う部分の絶縁膜２０に開口部２０ｂを形成する。開口部２０ｂの形成は、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６などを含むフッ素系のガスを用いたドライエッチングで行うことが好ましい。開口部２０ｂ内に露出させたｎ型窒化物半導体層１２の表面には、絶縁膜２０の形成及びエッチング除去によるダメージが残っているため、そのままｎ電極２２を形成すると、ｎ電極２２とｎ型窒化物半導体層１２の接触抵抗が高くなって順方向駆動電圧が約１．５倍上昇する。また、ｎ型窒化物半導体層のエッチングをフッ酸を用いたウエットエッチングで行えばｎ型窒化物半導体層１２へのダメージを減少させることができるが、絶縁膜２０の製膜をＣＶＤ又はスパッタリングといった方法で行う際のダメージは残るため、順方向駆動電圧が従来よりも約１．３倍上昇してしまう。
【００２０】
そこで次に、図２（ｃ）に示すように、開口部２０ｂ内に露出したｎ型窒化物半導体層１２をエッチングして除去して凹部１２ａを形成する。ｎ型窒化物半導体層１２のエッチングは、図２（ａ）においてｐ型窒化物半導体層１４及びｎ型窒化物半導体層をエッチングした場合と同様の条件で、即ち、Ｃｌ_２及びＳｉＣｌ_４を含むガス用いたＲＩＥ法により行うことが好ましい。これらのエッチング方法を用いることにより、絶縁膜２０の形成とエッチングによりダメージを受けたｎ型窒化物半導体層１２を除去して、結晶状態の比較的良好なｎ型窒化物半導体面を露出させることができる。
【００２１】
ｎ型窒化物半導体層をエッチングする深さについては、エッチングが深いほど、ダメージの除去に有利であり、また、ｎ型窒化物半導体層を流れる電流の起点を深くし、且つｎ電極とｎ型窒化物半導体層の接触面積を増やして、ｎ型窒化物半導体層を流れる電流の均一性を高めることができる。一方、エッチングが深すぎては、その後に形成するｎ電極２２表面に大きな段差ができてワイヤーボンディングが困難となる。したがって、ワイヤーボンディングを行う際には、エッチングする深さが５００〜１００００Åであることが好ましい。尚、ワイヤーボンディングに代えて導電性ペーストによる接続を行う場合には、さらに深いエッチングを行うこともできる。
【００２２】
次に、図２（ｄ）に示すように、絶縁膜２０の開口部２０ｂの上から、開口部２０ｂよりも広い面積でＷ及びＡｌを含む金属等から成るｎ電極２２を形成し、凹部１２ａ内のｎ型窒化物半導体層１２と接続する。ｎ電極２２は、凹部１２ａを埋めて平坦となるように厚膜に形成することが好ましい。
【００２３】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体素子を示す断面図である。本実施の形態においては、ｎ型窒化物半導体層１２のエッチングをサファイア基板１０が露出するまで行って凹部１２ａを形成する。その他の点については実施の形態１と同様である。本実施の形態によれば、ｎ電極２２がより深い位置まで形成されているため、ｐ電極１６からｎ電極２２に向かって流れる電流の分布をｎ型窒化物半導体層１２の膜厚方向に広げることができ、より均一な発光を得ることができる。また、ｎ型窒化物半導体層１２のエッチングをサファイア基板１０で止めるため、エッチング深さの制御が容易となり、素子性能のばらつきを抑制することができる。
【００２４】
尚、本実施の形態では、凹部１２ａが深いため、ｎ電極２２が凹部１２ａを十分に平坦化することができず、ｎ電極２２に大きな段差ができる。このため、ｎ電極２２へのリード接続は、ワイヤーボンディングよりも導電性ペーストによって行うことが好ましい。ワイヤーボンディングを段差のある電極に行うのは困難である一方、導電性ペーストであれば電極の段差に沿って密着することが可能だからである。
【００２５】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る窒化物半導体素子を示す断面図である。本実施の形態においては、絶縁膜２０の端の一部を切り欠くことによって開口部２０ｂを形成し、ｎ型窒化物半導体層１２をその端面までエッチングすることによってｎ型窒化物半導体層１２に切り欠き部１２ｃを形成する。そして、ｎ電極２２をｎ型窒化物半導体層の切り欠き部１２ｃを覆うように形成する。その他の点は実施の形態２と同様である。
【００２６】
本実施の形態によれば、素子の最も端にｎ電極２２を形成することができるため、ｐｎ接合界面の面積をより大きくすることができる。尚、本実施の形態においても、ｎ電極２２へのリード接続は、ワイヤーボンディングよりも導電性ペーストによって行うことが好ましい。
【００２７】
尚、上記実施の形態１から３では、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の２層から成る単純なｐｎ接合型の窒化物半導体発光ダイオードを例として説明したが、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層を含み、各々の層の上面から電極を取る構造の素子であれば、他の構造の素子にも、上記実施の形態と同様にして本件発明を適用することができる。例えば、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層を含むダブルへテロ構造を有し、基板上面からｎ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層に電極を形成する素子の場合、ｎ型コンタクト層を上記実施の形態におけるｎ型窒化物半導体層１２と同様に扱えば良い。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１．
本実施例では、ダブルへテロ構造を有する窒化物半導体発光ダイオードについて本件発明を適用する。尚、本実施例では、単純なｐｎ接合型をダブルヘテロ型に変更した点を除いて、図１及び図２に示される実施形態と同様の構造を作製した。素子の大きさは、約３５０μｍ角とした。また、窒化物半導体層の成長はいずれもＭＯＣＶＤ法により行った。
【００２９】
（ｎ型コンタクト層）
まず、２インチφ、（０００１）Ｃ面を主面とするサファイア基板１０の上に５００℃にて、ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させた後、１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。
【００３０】
（ｎ型クラッド層）
次にシランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を７５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。このようにして、７５オングストロームのアンドープＧａＮ層からなるＡ層と、ＳｉドープＧａＮ層を有する２５オングストロームのＢ層とからなるペアを成長させる。そしてペアを２５層積層して２５００オングストローム厚として、超格子構造の多層膜よりなるｎ側第１クラッド多層膜層を成長させる。同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ｎよりなる第１の窒化物半導体層を２０オングストローム成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第２＋第１の順で交互に１０層づつ積層させ、最後にＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を４０オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなるｎ側第２クラッド多層膜層を６４０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００３１】
（活性層）
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を７層、井戸層を６層、交互に積層して、総膜厚１９３０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層を成長させる。
【００３２】
（ｐ型クラッド層）
次に、温度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる第３の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇを用いＭｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎよりなる第４の窒化物半導体層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に５層ずつ積層し、最後に第３の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｐ側多層膜クラッド層を３６５オングストロームの膜厚で成長させる。
【００３３】
（ｐ型コンタクト層）
続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を７００オングストロームの膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００３４】
（ｐ電極形成）
次に、ウェーハを反応容器から取り出し、表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行い、ｎ側コンタクト層の表面を露出させる。
【００３５】
エッチング後、最上層にあるｐ型コンタクト層のほぼ全面に、膜厚２００オングストロームのＮｉとＡｕを含む透光性の第１ｐ電極と、その第１ｐ電極の上にボンディング用のＡｕよりなる第２ｐ電極を０．５μｍの膜厚で形成する。
【００３６】
（絶縁膜、ｎ電極形成）
次に、第２ｐ電極を除いて基板全面を覆うように、ＳｉＯ_２から成る絶縁膜をスパッタリングにより３０００Åの膜厚で形成する。そして、ｎ型コンタクト層の上の絶縁膜をＣＦ_４を用いたＲＩＥ法によりエッチングして、直径５０μｍの円形開口部を形成し、ｎ型コンタクト層を露出させる。そして、露出したｎ型コンタクトをＣｌ_２及びＳｉＣｌ_４含むガスを用いてＲＩＥ法によりエッチングして、ｎ型コンタクト層に深さ４０００Åの凹部を形成する。その後、ｎ型コンタクト層の凹部及び絶縁膜の一部を覆うように、ＷとＡｌを含むｎ電極を直径７０μｍで形成してＬＥＤ素子とする。
【００３７】
比較例１．
ｎ型コンタクト層に凹部を形成しない点を除いて実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
実施例１のＬＥＤ素子は、図５及び６に示したような従来のＬＥＤ素子に比べてｐｎ接合界面の面積を約１５％拡大することができた。また、実施例１のＬＥＤ素子は、従来のＬＥＤ素子と同等の順方向駆動電圧を有し、比較例１のＬＥＤ素子に比べて順方向電圧が約５０％低かった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ｎ電極とｐ型窒化物半導体層の短絡を防止し、ｎ電極の占有面積を減少することにより、ｐｎ接合界面の面積比を拡大しながら、ｎ電極とｎ型窒化物半導体層の間の良好なオーミック接触を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本件発明の実施の形態１に係る窒化物半導体素子の一例を示す模式断面図である。
【図２】図２は、図１に示す窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図３】図３は、本件発明の実施の形態２に係る窒化物半導体素子の一例を示す模式断面図である。
【図４】図４は、本件発明の実施の形態３に係る窒化物半導体素子の一例を示す模式断面図である。
【図５】図５は、従来の窒化物半導体素子の一例を示す模式平面図である。
【図６】図６は、図５に示す窒化物半導体素子の模式断面図である。
【符号の説明】
１０基板、１２ｎ型窒化物半導体層、１２ａ凹部、１４ｐ型窒化物半導体層、１６第１ｐ電極、１８第２ｐ電極、２０絶縁膜、２０ａ及び２０ｂ開口部、２２ｎ電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a nitride semiconductor _{_-} relates to a nitride semiconductor device comprising a _{_{_{_{(In x Al y Ga 1- x}}}} y N, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1), in detail Relates to the structure of the n electrode in the nitride semiconductor device provided with the n electrode and the p electrode on the same surface side of the substrate.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional nitride semiconductor element is shown in FIG. 5 (plan view) and FIG. 6 (aa ′ line cross-sectional view in FIG. 5). An n-type nitride semiconductor layer 12 is grown on the sapphire substrate 10, and a p-type nitride semiconductor layer 14 is grown on the n-type nitride semiconductor layer 12. Since the sapphire substrate 10 is insulative, it is necessary to make contact with the n-type nitride semiconductor layer 12 and the p-type nitride semiconductor layer 14 from above the sapphire substrate 10. Therefore, a part of the p-type nitride semiconductor layer 14 is removed by etching to expose the n-type nitride semiconductor layer 12 on the upper side of the substrate. On the surface of the p-type nitride semiconductor layer 14, a light-transmitting first p-electrode 16 capable of making ohmic contact with the p-type layer 14 is formed, and a second p-electrode 18 for electrical connection from the outside is formed thereon. Has been. An n electrode 22 that is in ohmic contact with the n-type layer 12 is formed on the exposed surface of the n-type nitride semiconductor layer 12. In order to prevent a short circuit between the n-electrode 22 and the p-type nitride semiconductor layer 14, the p-type nitride semiconductor layer 14 is removed in a larger area than the n-electrode 22, and the end surfaces of the n-electrode 22 and the p-type nitride semiconductor layer 14 are removed. There is a sufficient space between them.
[0003]
Further, in order to protect the n-type nitride semiconductor layer 12 and the p-type nitride semiconductor layer 14, the element surface is covered with a light-transmitting insulating film 20. The insulating film 20 has openings 20a and 20b on the second p electrode 18 and the n electrode 22, and wire bonding is performed on the second p electrode 18 and the n electrode 22 exposed from the openings 20a and 20b.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional nitride semiconductor light emitting device, when the device is downsized, the pn junction interface (the junction interface between the n-type nitride semiconductor layer 12 and the p-type nitride semiconductor layer 14) that is important for the device function. There was a problem that the area became narrow. For example, when the nitride semiconductor element is a light emitting diode, the pn junction interface serves as a light emitting region, so that sufficient light emission intensity cannot be obtained if the area of the pn junction interface is small.
[0005]
In order to perform wire bonding to the n electrode 22, it is necessary that the wire bonding portion of the n electrode 22 has a diameter of about 50 μm or more regardless of the size of the element. However, since the n-electrode 22 is formed in the same layer as the p-type nitride semiconductor layer 14 in the conventional structure, both of them are required unless the distance from the n-electrode 22 to the end face of the p-type nitride semiconductor layer 14 is sufficiently increased. There is a risk of short circuit, and the p-type nitride semiconductor layer 14 needs to be removed over a wide range including the n-electrode 22. For this reason, when the element is downsized, the area of the pn junction interface is relatively reduced.
[0006]
The size of the wire bonding portion of the n-electrode 22 is determined by the opening 20b. However, even if the position and size of the n-electrode 22 and the opening 20b vary within a certain patterning accuracy, the n-type nitride semiconductor In order to prevent the layer 22 from being exposed, the n-electrode 22 needs to be designed to be larger than the opening 20b by the patterning accuracy. For this reason, the n electrode 22 needs to be formed larger than the minimum area required for wire bonding by the patterning accuracy, and the area of the pn junction interface has been reduced by that much.
[0007]
Accordingly, the present invention provides a new nitride semiconductor device capable of expanding the area of the pn junction interface by preventing the short-circuit between the n-electrode 22 and the p-type nitride semiconductor layer and reducing the area occupied by the n-electrode 22. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention includes an n-type nitride semiconductor layer on a substrate, a p-type nitride semiconductor layer formed on the n-type nitride semiconductor layer, A p-electrode formed on the p-type nitride semiconductor layer; an n-electrode formed on the n-type nitride semiconductor layer exposed by removing a part of the p-type nitride semiconductor layer; and the p-type nitride A nitride semiconductor element having an oxide semiconductor layer and an insulating film covering the n-type nitride semiconductor layer, wherein the n-electrode is formed from above the insulating film and through an opening provided in the insulating film The n-type nitride semiconductor layer is connected to the n-type nitride semiconductor layer, and a portion of the n-type nitride semiconductor layer connected to the n-electrode is partially removed to the end face of the n-type nitride semiconductor layer, and the nitride semiconductor characterized in that it has a shape surrounding the element
[0009]
The first feature of the present invention resides in that the n-electrode is formed from above the insulating film and is connected to the n-type nitride semiconductor layer through an opening provided in the insulating film. Short circuit between the n electrode and the p-type nitride semiconductor layer can be prevented and the area occupied by the n electrode can be reduced. That is, since an insulating film is formed between the n-electrode and the p-type nitride semiconductor layer, there is no possibility of short circuit even if the n-electrode and the p-type nitride semiconductor layer are close to each other. In addition, since the n electrode is formed on the insulating film, the portion that can be used for wire bonding is not limited by the opening area of the insulating film, and the n electrode itself has a diameter of about 50 μm or more necessary for wire bonding. It will be better if it is secured. Therefore, the area for removing the p-type nitride semiconductor layer can be reduced as compared with the prior art, and the area of the pn junction interface can be increased to increase the light emission efficiency.
[0010]
However, when the n-electrode is simply formed on the insulating film, the forward drive voltage increases by about 1.3 to 1.5 times. This is because the n-type nitride semiconductor layer under the insulating film is damaged when an insulating film is formed on the n-type nitride semiconductor layer and etching is performed to form an opening in the insulating film. The n-type nitride semiconductor layer that has been damaged cannot make good ohmic contact with the n-electrode. Accordingly, a second feature of the present invention is that the portion of the n-type nitride semiconductor layer connected to the n-electrode has a partially removed shape, for example, a concave shape or a notch shape. As a result, the n-type nitride semiconductor layer that is damaged when the opening is formed in the insulating film is removed, so that the ohmic contact between the n-electrode and the n-type nitride semiconductor layer is improved. Further, since the n-type nitride semiconductor layer is concave or stepped, the starting point of the current flowing in the n-type nitride semiconductor layer becomes a deeper position, and the contact area between the n-electrode and the n-type nitride semiconductor layer also increases. Therefore, the uniformity of the current distribution from the p electrode to the n electrode is improved.
[0011]
The size of the portion from which the n-type nitride semiconductor layer is removed is preferably smaller than that of the n-electrode. The diameter of the n electrode required for wire bonding is at least 50 μm or more, generally about 70 to 100 μm. The depth of the portion from which the n-type nitride semiconductor layer is removed is preferably 500 to 10,000 mm when flatness during wire bonding is important. This is because the step of the n-electrode increases as the n-type nitride semiconductor layer is removed more deeply. On the other hand, when the current uniformity is important, it is preferable to remove the n-type nitride semiconductor layer as deeply as possible, for example, the depth at which the substrate is exposed.
[0012]
In order to increase the light emitting area as much as possible, it is preferable to remove the n-type nitride semiconductor layer up to its end face. By removing the n-type nitride semiconductor layer to the end face, that is, by forming the n-electrode at the end of the n-type nitride semiconductor layer, the area for removing the p-type nitride semiconductor layer can be minimized. . Furthermore, if the n-type nitride semiconductor is removed so as to surround the periphery of the chip when the end face is removed , the uniformity of the light emission distribution can be improved. The material of the insulating film is not particularly limited, but is preferably, for example, SiO ₂ or SiN.
[0013]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the present invention, an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer are stacked on a substrate, and the n-type nitride semiconductor layer is partially removed except for the p-type nitride semiconductor layer. Exposing the nitride semiconductor layer, forming an insulating film on the n-type nitride semiconductor layer and the p-type nitride semiconductor layer, and forming an opening in the insulating film in a region covering the n-type nitride semiconductor layer The n-type nitride semiconductor in the opening is partially removed by etching, and the n-electrode is formed on the n-type nitride semiconductor layer from the insulating film through the opening. And Thereby, the n-type nitride semiconductor layer damaged by the formation and removal of the insulating film can be removed, and the ohmic contact between the n-electrode and the n-type nitride semiconductor layer can be improved.
[0014]
The insulating film is etched by dry etching using a gas containing at least one selected from the group consisting of CF ₄ , CHF ₃ , and SF ₆ , and the n-type nitride semiconductor is etched by Cl ₂ or SiCl _4. It is preferable to perform dry etching using a gas containing at least one of the above. By using such a combination of etching gases, the insulating film can be etched with high efficiency and can be etched without damaging the n-type nitride semiconductor layer.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a pn junction type nitride semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. Here, a pn junction type nitride semiconductor light emitting diode will be described as an example. An n-type nitride semiconductor layer (In _x Al _y Ga) is formed on the sapphire substrate 10 via a low-temperature growth buffer layer (not shown) made of GaN or Al _x Ga _1-x N (0 ≦ x <1). _{_{1-x -y N, 0 ≦}} x <1,0 ≦ y <1,0 ≦ x + y <1) 12 is formed, further, p-type nitride semiconductor layer _{_{_{(In x Al y Ga 1-}}} x -y N , 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1) 14. A portion of the p-type nitride semiconductor layer 14 is cut away to expose the n-type nitride semiconductor layer 12.
[0016]
A translucent first p-electrode 16 made of a metal thin film is formed on almost the entire surface of the p-type nitride semiconductor layer 14, and a position that forms a diagonal line with the notch for exposing the n-type nitride semiconductor layer The second p electrode 18 for wire bonding is formed at the corner of the first p electrode 16 in FIG. An insulating film 20 is formed on the entire surface of the device, and openings 20a and 20b are formed on the second p-electrode 18 and on the exposed n-type nitride semiconductor layer 12. The n-type nitride semiconductor layer 12 below the opening 20b has a concave shape partially removed at a depth of about 500 to 10,000 mm, and the n-electrode 22 has a larger area than the opening 20b from above the opening 20b. The recess 12a of the n-type nitride semiconductor layer is filled.
[0017]
Since the entire surface of the n-electrode 22 can be used for wire bonding, the n-electrode 22 may be formed with a minimum diameter (for example, a diameter of about 50 μm) necessary for wire bonding. Further, since the n-electrode 22 and the p-type nitride semiconductor layer 14 are separated by the insulating film 20, they can be provided close to each other. Therefore, the area from which the p-type nitride semiconductor layer 14 is removed may be smaller than that of the prior art, and can be made substantially equal to the area necessary for wire bonding of the n electrode, for example. That is, the area of the pn junction interface serving as the light emitting region can be increased compared to the conventional case.
[0018]
2A to 2D are flowcharts showing a method for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. A manufacturing method similar to that of a general nitride semiconductor light emitting diode can be used except for the steps related to the formation of the n electrode. First, as shown in FIG. 2A, on a sapphire substrate 10, through a low-temperature growth buffer layer (not shown) made of GaN or Al _x Ga _1-x N (0 ≦ x <1), n-type nitride semiconductor layer _{_{_{(In x Al y Ga 1-}}} x -y n, 0 ≦ x <1,0 ≦ y <1,0 ≦ x + y <1) 12, and a p-type nitride semiconductor layer _{(an In} x Al _y Ga _1−x _−y N, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1) 14 is formed. The n-type nitride semiconductor layer 12 and the p-type nitride semiconductor layer 14 can be grown by, for example, the MOCVD method. Then, a part of the p-type nitride semiconductor layer 14 and the n-type nitride semiconductor layer 12 is etched using a reactive ion etching method (hereinafter referred to as RIE method) to expose the n-type nitride semiconductor layer 12. . A translucent first p-electrode 16 made of a metal thin film such as Ni / Au is formed on almost the entire surface of the p-type nitride semiconductor layer 14, and a notch for exposing the n-type nitride semiconductor layer is diagonal to each other. A second p electrode 18 for wire bonding made of a metal such as Au is formed at the corner of the first p electrode 16 at the position where Then, an insulating film 20 such as SiO ₂ or SiN is formed on the entire surface of the element except on the second p electrode 18 (= portion of the opening 20a).
[0019]
Next, as illustrated in FIG. 2B, an opening 20 b is formed in the insulating film 20 in a portion covering the n-type nitride semiconductor layer 12. The opening 20b is preferably formed by dry etching using a fluorine-based gas containing CF ₄ , CHF ₃ , SF ₆ or the like. Since the surface of the n-type nitride semiconductor layer 12 exposed in the opening 20b remains damaged due to the formation of the insulating film 20 and etching removal, the n-electrode 22 and the n-type are formed when the n-electrode 22 is formed as it is. The contact resistance of the nitride semiconductor layer 12 is increased, and the forward drive voltage is increased about 1.5 times. Further, if the n-type nitride semiconductor layer is etched by wet etching using hydrofluoric acid, damage to the n-type nitride semiconductor layer 12 can be reduced. However, the insulating film 20 is formed by CVD or sputtering. Since the damage caused by the method remains, the forward drive voltage is increased by about 1.3 times as compared with the conventional method.
[0020]
Therefore, as shown in FIG. 2C, the n-type nitride semiconductor layer 12 exposed in the opening 20b is removed by etching to form a recess 12a. The etching of the n-type nitride semiconductor layer 12 is performed under the same conditions as when the p-type nitride semiconductor layer 14 and the n-type nitride semiconductor layer are etched in FIG. 2A, that is, Cl ₂ and SiCl ₄ are included. It is preferable to carry out by the RIE method using gas. By using these etching methods, the n-type nitride semiconductor layer 12 damaged by the formation and etching of the insulating film 20 is removed, and the n-type nitride semiconductor surface having a relatively good crystalline state is exposed. Can do.
[0021]
Regarding the depth of etching the n-type nitride semiconductor layer, the deeper the etching, the more advantageous is the removal of damage, the deeper the starting point of the current flowing through the n-type nitride semiconductor layer, and the n-electrode and n-type The contact area of the nitride semiconductor layer can be increased, and the uniformity of the current flowing through the n-type nitride semiconductor layer can be improved. On the other hand, if the etching is too deep, a large step is formed on the surface of the n electrode 22 to be formed later, making wire bonding difficult. Therefore, when performing wire bonding, the etching depth is preferably 500 to 10,000 mm. In addition, when connecting with a conductive paste instead of wire bonding, deeper etching can be performed.
[0022]
Next, as shown in FIG. 2 (d), an n-electrode 22 made of a metal containing W and Al is formed on the opening 20b of the insulating film 20 in a larger area than the opening 20b, and the recess 12a is formed. The n-type nitride semiconductor layer 12 is connected. The n-electrode 22 is preferably formed in a thick film so as to fill the recess 12a and become flat.
[0023]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a nitride semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the n-type nitride semiconductor layer 12 is etched until the sapphire substrate 10 is exposed to form the recess 12a. Other points are the same as in the first embodiment. According to the present embodiment, since n electrode 22 is formed to a deeper position, the distribution of current flowing from p electrode 16 toward n electrode 22 is expanded in the film thickness direction of n type nitride semiconductor layer 12. And more uniform light emission can be obtained. Moreover, since the etching of the n-type nitride semiconductor layer 12 is stopped by the sapphire substrate 10, the etching depth can be easily controlled, and variations in device performance can be suppressed.
[0024]
In this embodiment, since the recess 12a is deep, the n-electrode 22 cannot sufficiently flatten the recess 12a, and a large step is formed in the n-electrode 22. For this reason, the lead connection to the n-electrode 22 is preferably performed by a conductive paste rather than wire bonding. This is because it is difficult to perform wire bonding on a stepped electrode, but a conductive paste can be adhered along the step of the electrode.
[0025]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a sectional view showing a nitride semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the opening 20b is formed by cutting out a part of the end of the insulating film 20, and the n-type nitride semiconductor layer 12 is etched to the end surface to form the n-type nitride semiconductor layer 12. A notch 12c is formed. Then, the n electrode 22 is formed so as to cover the notch 12c of the n-type nitride semiconductor layer. Other points are the same as in the second embodiment.
[0026]
According to the present embodiment, since the n-electrode 22 can be formed at the extreme end of the element, the area of the pn junction interface can be further increased. Also in this embodiment, the lead connection to the n-electrode 22 is preferably performed by a conductive paste rather than wire bonding.
[0027]
In the first to third embodiments, a simple pn junction type nitride semiconductor light emitting diode composed of two layers of an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer has been described as an example. In the same manner as in the above-described embodiment, the present invention is applied to an element having another structure as long as the element has a structure including an oxide semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer and has an electrode from the upper surface of each layer. be able to. For example, it has a double hetero structure including an n-type contact layer, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer, and electrodes are formed on the n-type contact layer and the p-type contact layer from the upper surface of the substrate. In the case of the element to be used, the n-type contact layer may be handled in the same manner as the n-type nitride semiconductor layer 12 in the above embodiment.
[0028]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
Example 1.
In this embodiment, the present invention is applied to a nitride semiconductor light emitting diode having a double hetero structure. In this example, a structure similar to that of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 was produced except that the simple pn junction type was changed to a double hetero type. The element size was about 350 μm square. In addition, the growth of the nitride semiconductor layer was performed by MOCVD.
[0029]
(N-type contact layer)
First, a GaN buffer layer is grown to a thickness of 200 angstroms at 500 ° C. on a sapphire substrate 10 having a 2 inch φ, (0001) C plane as a main surface, and then a source gas at 1050 ° C. Then, TMG, ammonia gas, silane gas is used as impurity gas, and an n-side contact layer made of GaN doped with Si of 4.5 × 10 ¹⁸ / cm ³ is grown to a thickness of 2.25 μm.
[0030]
(N-type cladding layer)
Next, the silane gas alone was stopped, and at 1050 ° C., TMG and ammonia gas were used to grow an undoped GaN layer with a film thickness of 75 Å. Subsequently, silane gas was added at the same temperature, and Si was added to 4.5 × 10 ¹⁸ / A cm ³ doped GaN layer is grown to a thickness of 25 Å. In this way, a pair consisting of an A layer composed of an undoped GaN layer of 75 angstroms and a 25 angstrom B layer having an Si doped GaN layer is grown. Then, 25 pairs are stacked to a thickness of 2500 Å, and an n-side first clad multilayer film made of a multilayer film having a superlattice structure is grown. At the same temperature, a second nitride semiconductor layer made of undoped GaN is grown to 40 Å, and then the temperature is set to 800 ° C. Using TMG, TMI, and ammonia, the first nitride semiconductor layer made of undoped In _0.13 Ga _0.87 N is used. A nitride semiconductor layer is grown to 20 Å. Then, these operations are repeated, and 10 layers are alternately stacked in the order of 2 + 1 and finally, the n-side formed of a multi-layer film having a superlattice structure in which a second nitride semiconductor layer made of GaN is grown by 40 angstroms. A second clad multilayer is grown to a thickness of 640 angstroms.
[0031]
(Active layer)
Next, a barrier layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 250 Å, and subsequently the temperature is set to 800 ° C., and a well layer made of undoped In _0.3 Ga _0.7 N is formed to a thickness of 30 Å using TMG, TMI, and ammonia. Grow with thickness. Then, seven barrier layers in the order of barrier + well + barrier + well... + Barrier and six well layers are alternately stacked to form an active layer having a multiple quantum well structure with a total film thickness of 1930 angstroms. Grow.
[0032]
(P-type cladding layer)
Next, a third nitridation made of p-type Al _0.2 Ga _0.8 N doped with 1 × 10 ²⁰ / cm ^{3 of} Mg using TMG, TMA, ammonia, Cp ₂ Mg (cyclopentadienyl magnesium) at a temperature of 1050 ° C. From In _0.03 Ga _0.97 N doped with 1 × 10 ²⁰ / cm ^{3 of} Mg using TMG, TMI, ammonia and Cp ₂ Mg at a temperature of 800 ° C. A fourth nitride semiconductor layer is grown to a thickness of 25 Å. Then, these operations are repeated, and 5 layers are alternately stacked in the order of 3 + 4, and finally, the third nitride semiconductor layer is grown to a thickness of 40 Å. A side multilayer cladding layer is grown to a film thickness of 365 angstroms.
[0033]
(P-type contact layer)
Subsequently, at 1050 ° C., a p-side contact layer made of p-type GaN doped with 1 × 10 ²⁰ / cm ^{3 of} Mg is grown to a thickness of 700 Å using TMG, ammonia, and Cp ₂ Mg. After completion of the reaction, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is annealed in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer.
[0034]
(P electrode formation)
Next, the wafer is taken out from the reaction container, a mask having a predetermined shape is formed on the surface, and etching is performed from the p-type contact layer side with an RIE apparatus to expose the surface of the n-side contact layer.
[0035]
After the etching, a translucent first p-electrode containing Ni and Au having a thickness of 200 angstroms is formed on almost the entire surface of the p-type contact layer on the uppermost layer, and a second p made of Au for bonding on the first p-electrode. An electrode is formed with a film thickness of 0.5 μm.
[0036]
(Insulating film, n-electrode formation)
Next, an insulating film made of SiO ₂ is formed to a thickness of 3000 mm by sputtering so as to cover the entire surface of the substrate except for the second p-electrode. Then, the insulating film on the n-type contact layer is etched by RIE using CF ₄ to form a circular opening having a diameter of 50 μm, and the n-type contact layer is exposed. Then, the exposed n-type contact is etched by RIE using a gas containing Cl ₂ and SiCl ₄ to form a recess having a depth of 4000 mm in the n-type contact layer. Thereafter, an n-electrode containing W and Al is formed with a diameter of 70 μm so as to cover the concave portion of the n-type contact layer and a part of the insulating film, thereby obtaining an LED element.
[0037]
Comparative Example 1
An LED element is fabricated in the same manner as in Example 1 except that no recess is formed in the n-type contact layer.
The LED element of Example 1 was able to expand the area of the pn junction interface by about 15% compared to the conventional LED elements as shown in FIGS. Moreover, the LED element of Example 1 had the forward drive voltage equivalent to the conventional LED element, and the forward voltage was about 50% lower than the LED element of Comparative Example 1.
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, the n electrode and the n-type nitride are increased while the area ratio of the pn junction interface is increased by preventing the short-circuit between the n-electrode and the p-type nitride semiconductor layer and reducing the area occupied by the n-electrode. Good ohmic contact between the semiconductor layers can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a nitride semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a nitride semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a nitride semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic plan view showing an example of a conventional nitride semiconductor device.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the nitride semiconductor device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 substrate, 12 n-type nitride semiconductor layer, 12a recess, 14 p-type nitride semiconductor layer, 16 first p electrode, 18 second p electrode, 20 insulating film, 20a and 20b openings, 22 n electrode

Claims

On the substrate, an n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer formed on the n-type nitride semiconductor layer, a p-electrode formed on the p-type nitride semiconductor layer, and the p-type nitride Nitride having an n-electrode formed on the n-type nitride semiconductor layer exposed by removing a part of the oxide semiconductor layer, and an insulating film covering the p-type nitride semiconductor layer and the n-type nitride semiconductor layer In semiconductor devices,
The n-electrode is formed on the insulating film and connected to the n-type nitride semiconductor layer through an opening provided in the insulating film;
The portion of the n-type nitride semiconductor layer connected to the n-electrode is partially removed to the end face of the n-type nitride semiconductor layer, and has a shape surrounding the nitride semiconductor element. A nitride semiconductor device.

2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the n-type nitride semiconductor layer is removed to a depth of 500 to 10,000 mm in a smaller area than the n electrode.

The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the n-type nitride semiconductor layer is removed to a depth at which the substrate is exposed.

The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is made of SiO ₂ or SiN.

An n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer are stacked on a substrate, the n-type nitride semiconductor layer is exposed except for a part of the p-type nitride semiconductor layer, and the n-type nitride is exposed. An insulating film is formed on the semiconductor layer and the p-type nitride semiconductor layer, an opening is formed in the insulating film in a region covering the n-type nitride semiconductor layer, and the n-type nitride semiconductor in the opening is formed 2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein an n-electrode is formed on the n-type nitride semiconductor layer from above the insulating film through the opening from a portion of the insulating film. Production method.

The insulating film is etched by dry etching using a gas containing at least one selected from the group consisting of CF ₄ , CHF ₃ , and SF ₆ , and the n-type nitride semiconductor is etched by Cl ₂ or the process according to claim 5 nitride semiconductor device, wherein the by dry etching using a gas containing at least one of SiCl _4.