JP4782022B2 - 電極の形成方法 - Google Patents
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また、III族窒化物系化合物半導体と、マイグレーション抑制のための高融点金属を含む銀合金電極層の間のオーミック性は、必ずしも良好なものが得られていない。これは、高融点金属を含む銀合金電極層とIII族窒化物系化合物半導体との間のショットキー障壁がそもそも大きいためである。
ここで本発明におけるスパッタリングとは、いわゆる加熱真空蒸着を含まず、イオンその他の何らかの化学種を合金ターゲットに叩きつけることにより、合金ターゲットから構成金属元素を被膜対象に移動させるものを全て含むものとする。
また、第1の加熱工程における、酸素を構成元素として含まない化学種のガスとは、酸素分子が当該ガス中に含まれないことは勿論、例えば窒素酸化物は当該ガス中に含まれないこととする。尚、酸素を構成元素として含む化学種の、処理系への意図的でない混入(コンタミネーションの全て)は排除されない。本発明における第1の加熱工程においては、酸素を構成元素として含む化学種を、意図的には用いない雰囲気中で電極層を加熱することを意味し、一切のコンタミネーションを完全に排除することを意味するものではない。
銀を主成分とする合金は、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、白金(Pt)、タングステン(W)、チタン(Ti)、インジウム(In)、ロジウム(Rh)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)のうち1種以上選択された銀以外の元素を、モル比0.1%以上10%以下含むものが好ましい(請求項3)。
第1の加熱工程は窒素中で行われ、第2の加熱工程は酸素ガスを含むガス中で行われることが更に好ましい(請求項4)。
第2の加熱工程は、ガス中の酸素ガス濃度が5%以上100%以下であることが更に好ましい。ガス濃度は、加熱処理時に用いられるガスの全圧に対する酸素分子の分圧の比である(請求項5)。
第1の加熱工程は10秒以上20分以下行われ、第2の加熱工程は1秒以上60分以下行われることが更に好ましい(請求項6)。
また、電極層を構成する銀合金中の他の金属元素が、素子使用時に生じる銀のマイグレーションを抑制する効果を発揮する。
以上により、高反射且つマイグレーション耐性が良く、良好なオーミック性を有する電極層が形成可能となる。
電極層である銀合金層の厚さは、10nm以上2μm以下とすると良い。10nm未満では光反射層として十分に効果がなく、2μm以上の厚さにすることは、それによる反射率の向上の効果が無く、製造コストを上昇させるのみである。銀合金層の厚さは、50nm以上1μm以下がより好ましく、更には200nm以上500nm以下とすることが好適である。
銀合金層の形成は、任意のスパッタリング法を用いて良い。条件等は所望に設定できる。電極層の成形には、フォトレジストを用いたリフトオフを好適に用いることができる。即ち、電極層を形成すべき箇所に窓部を有するフォトレジストマスクを形成し、スパッタリング法により銀合金層をウエハ全面に形成した後、フォトレジストマスクをリフトオフすると、不要部であるフォトレジストマスク上の銀合金層がフォトレジストマスクと共に除去できる。フォトレジストを用いたリフトオフについては、例えば本願出願人らによる特許第3620926号、特許3344257号その他に記載が有り、これらに基づき任意の変更を施したリフトオフを用いても良い。
加熱時間は、温度との兼ね合いであるが、400℃〜500℃では5分以上20分以下、700℃〜800℃では10秒以上5分以下とすると良い。500℃〜700℃では、20秒以上10分以下とすることが好ましい。尚、500℃〜700℃の温度範囲では、30秒以上2分以下の短時間で良好な結果が得られる。
第1の加熱工程においては、特に窒素やアルゴン雰囲気下での加熱処理が好ましい。
電極層である銀合金における酸素原子の濃度は、原子モル比で3%以下と考えられる。酸素原子が銀合金のオーミック性を向上させるためには0.05%以上が好ましい。より好ましい酸素濃度は0.1〜2%であり、更に好ましくは0.1〜1%である。
p型GaN層15には、本発明の主たる特徴である、銀合金から成るpコンタクト電極21(特許請求の範囲の電極層に対応する)が、n型GaN層11には、バナジウムとアルミニウムを積層したnコンタクト電極31が形成されている。III族窒化物系化合物半導体発光素子100は、銀合金から成るpコンタクト電極21が反射電極層であり、サファイア基板10側から光取り出しを行うフリップチップ型LEDである。
次に、サファイア基板10の温度を1150℃に保持し、H2を20L/分、NH3を10L/分、TMGを1.7×10-4モル/分、H2ガスにより0.86ppmに希釈されたシランを20×10-8モル/分で40分間供給し、膜厚約4.0μm、電子濃度2×1018/cm3、シリコン濃度4×1018/cm3のn型GaN層11を形成した。
(2)スパッタリング装置にて、真空排気の後、アルゴン(Ar)を圧力0.7Paまで導入した状態で、パラジウム(Pd)及び銅(Cu)を各々モル比1%含む銀合金ターゲットをスパッタして、パラジウム(Pd)及び銅(Cu)を各々モル比1%含む膜厚400nmの銀合金層をウエハ表面全体に形成した。尚、装置構成によっては、銀、パラジウム、銅を別々のターゲットとして用意し、各々を同時にスパッタすることにより、パラジウム及び銅を所望のモル比で含む銀合金層を形成することも可能である。
(3)次に、ウエハをスパッタリング装置から取り出し、リフトオフ法によりフォトレジスト上に成膜した銀合金層を除去し、p型GaN層15に対する銀合金電極(pコンタクト電極)21を形成した。
(4)次に、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフにより所定領域に窓を形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空にて厚さ15nmのバナジウム(V)と厚さ500nmのアルミニウム(Al)と厚さ10nmのチタン(Ti)とをこの順に蒸着した(nコンタクト電極31)。次に、フォトレジストを除去した。このリフトオフにより、nコンタクト電極31は所望の形状に形成された。尚、膜厚10nmのチタン(Ti)層は、後の酸素処理の際にアルミニウム(Al)層の酸化を防ぐ目的で形成したものである。
次に炉内の温度を300℃に低下させた後、100%酸素ガスで炉内を置換して温度を300℃に保ったまま、3分間保持し、加熱処理を行った(第2の加熱工程)。
また、第2の加熱工程における温度を200℃及び500℃とした場合、III族窒化物系化合物半導体発光素子100の、銀合金から成るpコンタクト電極21の光反射性は低下せず、駆動電圧も3〜3.5Vとオーミック性も良好であった。一方、第2の加熱工程における温度が600℃を超えた場合、III族窒化物系化合物半導体発光素子100の、銀合金から成るpコンタクト電極21の光反射性が低下し、不適当であることが分かった。
また、第1の加熱工程における温度を400、500、700、800℃とし、第2の加熱工程における温度を300℃とした場合も同様に、III族窒化物系化合物半導体発光素子100の、銀合金から成るpコンタクト電極21の光反射性は低下せず、駆動電圧も3〜3.5Vとオーミック性も良好であった。
比較のため、上記実施例1において、300℃での酸素ガス中での加熱処理(第2の加熱工程)を行わず、第1の加熱工程の後、窒素雰囲気下のままで室温まで戻した他は実施例1と同様にして発光素子を製造した。当該比較例1に係る発光素子の駆動電圧は4〜5Vと高かった。
上記実施例1のIII族窒化物系化合物半導体発光素子100と比較例1の発光素子の駆動電圧の差をの原因を分析するため、二次イオン質量分析(SIMS)により、正電極層(金とチタンの積層から成るパッド電極22と、銀合金層から成るpコンタクト電極21)からp型GaN層15までの構成元素の分析を行った。図2は実施例1のSIMSプロファイル、図3は比較例1のSIMSプロファイルである。
上記実施例1において、銀合金層を形成する際、銀とモリブデンの合金から成るターゲットを用い、スパッタリングを酸素雰囲気中で行った。酸素の分圧は0.7Paとした。また、300℃での酸素ガス中での加熱処理(第2の加熱工程)を実施せず、窒素下で温度を室温まで降下させた他は実施例1と同様にして発光素子を製造した。この比較例2に係る発光素子の駆動電圧は4.50Vと高かった。
尚、オージェ電子分光分析(AES)により、比較例2の銀合金層中の各原子のモル比は、銀:モリブデン:酸素が90:6:4と定量できた。このように、酸素が銀合金層中でモル比4%も含まれていると、駆動電圧は高くなった。これは、銀合金から成るpコンタクト電極中の酸素の含有量が多すぎて、III族窒化物系化合物半導体層(p型GaN層)との間のオーミック性が不良となったためと考えられる。
10:サファイア基板
11:n型GaN層
12:n型Al0.08Ga0.92Nから成るnクラッド層
13:MQWから成る発光層
14:p型Al0.15Ga0.85Nから成るpクラッド層
15:p型GaN層
21:銀合金から成るpコンタクト電極
22:32:金とチタンの積層から成るパッド電極
31:nコンタクト電極
Claims (6)
- III族窒化物系化合物半導体に電極を形成する方法において、
銀を主成分とする合金から成る電極層を、予め用意した銀を主成分とする合金ターゲットから移動させるスパッタリングにより形成する電極形成工程と、
酸素を構成元素として含まない化学種のガス中で前記電極層を加熱処理する第1の加熱工程と、
少なくとも酸素を構成元素として含む化学種を含むガス中で前記電極層を加熱処理する第2の加熱工程とを有し、
前記第1の加熱工程は400℃以上800℃以下で行い、
前記第2の加熱工程は200℃以上であって第1の加熱工程における温度よりも低い温度で行うことを特徴とする電極の形成方法。 - 前記第2の加熱工程は200℃以上600℃以下で行うことを特徴とする請求項1に記載の電極の形成方法。
- 前記銀を主成分とする合金は、
パラジウム(Pd)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、白金(Pt)、タングステン(W)、チタン(Ti)、インジウム(In)、ロジウム(Rh)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)のうち1種以上選択された銀以外の元素を、モル比0.1%以上10%以下含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電極の形成方法。 - 前記第1の加熱工程は窒素中で行われ、
前記第2の加熱工程は酸素ガスを含むガス中で行われることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電極の形成方法。 - 前記第2の加熱工程は、ガス中の酸素ガス濃度が5%以上100%以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電極の形成方法。
- 前記第1の加熱工程は10秒以上20分以下行われ、
前記第2の加熱工程は1秒以上60分以下行われることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の電極の形成方法。
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