JP4810751B2 - 窒化物半導体素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体素子の構造に係わり、特に絶縁基板上に形成された窒化物半導体素子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、低消費電力で高輝度に発光し、小型、かつ軽量な発光素子や受光素子として、種々の分野で光半導体素子が利用され始めている。とくに近紫外から赤外まで高輝度に発光可能な発光素子として窒化物半導体（ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を利用した発光ダイオードが実用化されたことから種々の分野に急速に利用され始めている。発光ダイオードは小型で発光効率が良く、半導体素子であるため球切れなどの心配はない。さらに、初期駆動特性に優れ、振動や点滅に強いという特徴を有する。そしてこれらの発光ダイオードの特徴を生かして、様々な発光装置への応用が考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
発光ダイオードを用いた発光装置の１つとして光ファイバモジュールがある。光ファイバモジュールなどの光通信、または光情報処理等の分野で発光ダイオードを用いる場合、必要とされる特性としては電流投入時から発光するまでの応答性が良く、高出力でありかつ微小発光面積でも均一に発光する発光ダイオードが、さらにはそれぞれの目的、発光装置としての実装にあわせた発光面を有することである。
【０００４】
ところで、窒化物半導体のうち、例えば一般に窒化ガリウム系窒化物半導体と呼ばれるＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる窒化物半導体は、基板としてサファイア基板などの絶縁性基板が用いられており、窒化物半導体層成長面側からｎ電極およびｐ電極の両方を取り出す必要がある。この発光ダイオードの光取り出し面を窒化物半導体層の成長面側に設けるとき、電流はｐｎ接合部を均一に流れにくいので、透光性のある全面電極をｐｎ接合部上の全面にわたって形成している。従来良く用いられる発光ダイオードとしては全面電極の一部にボンディングパッド電極が設けられた図６のような構造の発光ダイオードが用いられている。
【０００５】
しかしながら、微小発光面積を必要とした発光ダイオードを作製しようとした場合、ボンディングパッド電極はワイヤやリードフレームなどに接続するための端子として用いており、接続するためにはある程度の面積が必要となり、発光面積を小さくすることに限界があり、従来の素子構造では微小発光面積を実現することは困難であった。例えばワイヤボンディングに必要なボンディングパッド電極の面積は少なくとも５０μｍを必要とする。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑み、高出力でありかつ微小発光面積でも均一に発光が可能となる窒化物半導体素子として新規な素子構造を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、窒化物半導体素子の構造を以下の構成（１）〜（１０）とすることにより、本発明における課題を解決するに至った。
（１） 基板上にｎ型窒化物半導体層、ｐ型窒化物半導体層が積層され、ｐ型窒化物半導体層層上に、ｐ側電極を有する窒化物半導体素子において、
前記ｐ側電極は、ｐ型窒化物半導体層表面の一部に接して該ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触をなす透光性電極と、平面視において前記透光性電極から離れて形成されたｐ側ボンディングパッド電極と、該ｐ側ボンディングパッド電極から延伸して該透光性電極の少なくとも外周を覆って形成されたｐ側拡散電極とを有し、
前記透光性電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性が、前記ｐ側拡散電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性に対して良くなるようにそれぞれの電極材料が選定されていることを特徴とする。
【０００８】
（２） 前記透光性電極はｐ型窒化物半導体層に対してオーミック接触で形成され、前記ｐ側拡散電極はｐ型窒化物半導体層に対してショットキー接触で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
（３） 前記透光性電極とｐ側拡散電極との接触部において、該接触部の内周の形状は円形であることを特徴とする。
【００１１】
（４） 前記透光性電極とｐ側拡散電極との接触部において、該接触部の内周および外周は同心円形状であることを特徴とする。
【００１４】
（５） 前記ｐ型窒化物半導体層の一部がエッチングされてｎ型窒化物半導体層が露出されかつ、前記ｎ型窒化物半導体層の露出面にｎ側電極を有し、前記ｎ側電極は、ｎ側ボンディングパッド電極と、該ｎ側ボンディングパッド電極から延伸して前記透光性電極および該透光性電極と前記ｐ側拡散電極との接触部を囲むように形成されたｎ側拡散電極とを有することを特徴とする。
【００１５】
（６） 前記窒化物半導体素子の外形は四角形状であり、前記ｐ側ボンディングパッド電極とｎ側ボンディングパッド電極は素子を形成する一辺の両端にそれぞれが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
（７） 前記窒化物半導体素子の外形は四角形状であり、前記ｐ側ボンディングパッド電極とｎ側ボンディングパッド電極は素子の対角線上の両端にそれぞれが形成されていることを特徴とする。
【００１７】
（８） 前記ｐ側ボンディングパッドとｎ側ボンディングパッド電極は同一の製造工程で形成された同一の材料からなることを特徴とする。
【００１８】
（９） 前記ボンディングパッド部を除くすべての電極および窒化物半導体層の全面が透光性を有する絶縁膜で覆われていることを特徴とする。
【００１９】
（１０） 前記透光性電極と透光性電極を覆って形成されたｐ側拡散電極とが接触する面積の透光性電極の面積に対する比が、０．１５以上０．５０以下であることを特徴とする。
【００２１】
以上のように、ｐ側電極は、透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とが離れて形成され、さらにｐ側拡散電極をｐ側ボンディングパッド電極から延伸して透光性電極の少なくとも外周を覆って形成し、透光性電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性が、ｐ側拡散電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性に対して良くなるようにする。またｎ側電極は、ｎ側ボンディングパッド電極と、ｎ側ボンディングパッド電極から延伸して透光性電極および透光性電極とｐ側拡散電極との接触部を囲むようなｎ側拡散電極とを形成する。これにより、応答性が良く、高出力でありかつ微小発光面積でも均一に発光が可能となり、さらに本発明の素子構造にすることで、微小面積の窒化物半導体素子に適用できるだけでなく種々の窒化物半導体素子でも本発明による独特の効果が得られる素子ができた。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態を模式的に示した平面図である。また図２は図１のＢ−Ｂ'で切断したときの模式的に示した断面図、図３は図１のＡ−Ａ'で切断したときの模式的に示した断面図、図４は図１のＣ−Ｃ'で切断したときの断面図よりｐ側拡散電極と透光性電極との接触部１０４について示す模式図であり、図５は本発明の他の実施の形態を模式的に示した平面図である。
【００２３】
本発明は図１に示すように、本発明の窒化物半導体素子は、ｐ型窒化物半導体層３上に透光性電極１０１とｐ側ボンディングパッド電極１０３とが離れて形成され、さらにｐ側拡散電極１０２をｐ側ボンディングバッド電極１０３から延伸して透光性電極１０１の少なくとも外周を覆って形成されている。またｎ型窒化物半導体層２上にｎ側ボンディングパッド電極２０２と、ｎ側ボンディングパッドから延伸して透光性電極１０１および透光性電極とｐ側拡散電極との接触部１０４を囲むようにｎ側拡散電極２０１が形成されている。
【００２４】
このように発光面を形成する透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とが離れて形成されることにより、発光面積をボンディングパッドの面積の大きさにとらわれることなく、微小化、さらには自由に大きさを変えることが可能となる。
【００２５】
ところで発光面を形成する透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とを離して形成するために、これらの電極を電気的に接続する目的としてｐ側拡散電極が設けられる。このｐ側拡散電極はｐ型窒化物半導体層に直接接して形成することはできるが、その場合透光性電極下部に位置するｐｎ接合部に電流が流れるだけでなく、ｐ側拡散電極とｐ型窒化物半導体層がその接する部分の下部に位置するｐｎ接合部でも電流が流れてしまう。ここに電流が流れてしまうと、素子に投入される電流に対し、発光面からの発光効率は低くなってしまう。そこで、ｐ側拡散電極とｐ型窒化物半導体層とが接触しないように、ｐ側ボンディングパッド電極と透光性電極との間に絶縁膜を介し、その上にｐ側拡散電極を設ける方法が考えられるが、この場合ｐ側拡散電極と絶縁膜との接触面積が大きく、絶縁膜と拡散電極として用いる金属との密着性が悪いため、剥がれが生じてしまい、短絡してしまい、構造としては好ましいものではない。そこで鋭意研究した結果、ｐ側拡散電極１０２とそれに接するｐ型窒化物半導体層とのオーミック性を、少なくとも透光性電極１０１とそれに接するｐ型窒化物半導体層とのオーミック性よりも悪くなるように形成することで、素子に投入される電流が、ほとんど透光性電極を通るようになり、透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とを離した構造でも発光面からの発光効率を高く維持できる素子を得ることができるようになった。さらに、ｐ側拡散電極１０２がｐ型窒化物半導体層に対してショットキー接触となるようなｐ側拡散電極の材料を選定することで、さらに発光効率の高い窒化物半導体素子を得ることが可能となった。
【００２６】
さらに本発明の透光性電極１０１は透光性を示すように電極材料を選定、もしくは膜厚を制御することにより、発光が透光性電極の発光面に集中し、さらに高効率の発光素子を得ることができる。
【００２７】
また本発明は透光性電極とｐ側拡散電極との接触部１０４において、接触部の内周の形状を円形とすることで、電流投入時から発光するまでの応答性が良く、発光面全面に渡って均一に電流が流れるようになり、高出力である上に発光面において均一に発光する素子が得られる。この場合、接触部における外周の形状は特に限定されないが、好ましい形態としては接触部の外周の形状は接触部の内周の円と同心円となるような円形とする。このように形成することで、透光性電極の発光面の周りを均一に電流が流れるようになり、効率よく均一な発光を得ることができ、さらに応答性も良くなる。
【００２８】
また本発明のｐ側拡散電極１０２は複数の金属層からなり、その材料としては例えばタングステン、白金、ニッケル、金などが挙げられる。これらは好ましくはｐ型窒化物半導体層上に形成して少なくとも、ｐ型窒化物半導体層に対してのオーミック性が透光性電極のそれに対してのオーミック性よりも悪くなるように、好ましくはｐ型窒化物半導体とショットキー接触とする。なかでも最も好ましい材料として、ｐ型窒化物半導体層に接してタングステン、さらに白金を選定し形成する。特にタングステンはｐ型窒化物半導体層とショットキー接触を示し、白金はタングステンと密着性が良く、さらには厚膜を積むことで導電性の高い膜となり、ｐ側ボンディングパッド電極と透光性電極とを導電性よく電気的に接続できる。複数の金属層を有するｐ側拡散電極のうち、さらに好ましくはｐ側拡散電極の最も上の層にニッケルを１００オングストローム以下の膜厚で形成する。ニッケルを最も上に形成することで、後に素子を覆うように形成する保護膜３０１との密着性が良くなる。
【００２９】
また本発明の透光性電極１０１は例えば、ニッケル、クロム、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、タンタル、バナジウム、パラジウム、金など、またはこれらの合金が挙げられる。これらはｐ型窒化物半導体層と良好なオーミック特性を示す材料で、好ましくはｐ型窒化物半導体層上に形成して透光性のある膜厚で形成することが好ましい。なかでもニッケルと金を積層し、アニーリングすることで合金化させることで、最もオーミック特性のよい透光性電極を得ることができる。
【００３０】
また本発明のｎ側電極は、ｎ型窒化物半導体層２が露出する面に形成し、そのｎ型窒化物半導体層はｐ側ボンディングパッド電極１０２、透光性電極１０１、さらにはｐ側拡散電極を形成しない部位をできるだけ最大限にエッチングして露出させる。ｎ側電極はｎ側ボンディングパッド電極２０２とｎ側拡散電極２０１とから成り、ｎ側拡散電極２０１はｎ型窒化物半導体層露出面のほぼ全面に形成することで、例えば図１に示すように、透光性電極１０１および透光性電極とｐ側拡散電極との接触部１０４を囲むように形成できる。このようにｎ側拡散電極を形成することで、ｎ側拡散電極とｐ電極上における接触部との距離をほぼ一定にすることができ、電流投入時から発光するまでの応答性を良くする点で最も効果的で、さらに発光面を均一に発光させることができる。
【００３１】
また本発明の窒化物半導体素子の外形を四角形状とし、ｐ側ボンディングパッド電極１０３とｎ側ボンディングパッド電極２０２の位置を素子を形成する一辺の両端に形成することが好ましい（図１）。このように形成することで、ある一定の発光面を有する窒化物半導体素子のなかで、最もチップを最小にすることができる。またさらに、一辺の両端にｐ側およびｎ側の両方のボンディングパッド電極を形成するため、ワイヤボンディングを行う工程において、ワイヤボンダーの動きが最小限となるため、ボンディングの時間短縮がはかれ、歩留の点でも好ましい。
【００３２】
また本発明の窒化物半導体素子の外形を四角形状とし、ｐ側ボンディングパッド電極１０３とｎ側ボンディングパッド電極２０２の位置を素子の対角線上の両端に形成してもよい（図５）。これは上記素子の一辺の両端にボンディングパッド電極を設けたときほどではないが、チップを最小にすることができる。この形態は、例えば複数のチップを一方向に配列させたアレイとして用いるとき、一方に一方のワイヤ、他方にもう一つのワイヤをボンディングすることができるので、アレイとして最も密にチップを配列することが可能となる。このような構造としたとき、ｎ側ボンディングパッド電極が、ｐ側窒化物半導体層を囲むｎ側拡散電極の中心付近に形成されるので、即時に均一な電流が流れるようになりやすく、応答速度を高くするのに好ましい。
【００３３】
また本発明ではｐ側ボンディングパッド電極１０３とｎ側ボンディングパッド電極２０２とは異なる材料であってもよいが、同一の材料であってもよい。それぞれのボンディングパッド電極はどちらも、拡散電極上に形成されており接触抵抗について検討する必要はない。よって、それぞれに密着性のよい材料を選定すればよく、好ましくは、チタン、白金、金、ニッケル、またはこれらを複数積層したものがよく、好ましくは最上層を金を積層することで、金ワイヤとのボンディングが容易になり、最も好ましくは白金と白金の上に金を積層した構造とする。ボンディングパッド電極はそれぞれの拡散電極上に一部絶縁膜を介して形成することから、絶縁膜と密着性の良い材料を白金より下に形成した３層構造とすることが好ましい。絶縁膜として例えばＳｉＯ２を用いた場合、好ましくはチタン／白金／金の３層構造とする。
【００３４】
また本発明は図４に示すように、透光性電極１０１と透光性電極を覆って形成されたｐ側拡散電極１０２とが接触する面積１０４の透光性電極の面積に対する比が、０．１５以上０．５０以下とする。特に微小面積を発光させる窒化物半導体素子においては、発光面の面積が小さくなればなるほど発光面の面積に対して、透光性電極とｐ側拡散電極との接触する面積の割合が大きくなってしまう。この割合が大きくなると、電流は透光性電極の発光部にはほとんど流れず、接触部にほとんど流れてしまうようになり、素子に投入する電流に対する発光面での発光効率は低くなってしまい、好ましくない。とくに透光性電極と透光性電極を覆って形成されたｐ側拡散電極とが接触する面積の透光性電極の面積に対する比が０．５０よりも大きくなるとその影響が顕著に現れる。また透光性電極と透光性電極を覆って形成されたｐ側拡散電極とが接触する面積の透光性電極の面積に対する比が０．１５より小さくなると、ｐ側ボンディングパッド電極からｐ側拡散電極を通って、透光性電極に到達する電流の経路が小さくなり、電流が流れにくくなってしまい駆動電圧が高くなってしまったり、さらには透光性電極とｐ側拡散電極とが接触する部位において、電流密度が異常に高くなり、素子劣化が早くなってしまうなどの原因で、好ましくない。
【００３５】
また本発明の窒化物半導体素子はｐ側ボンディングパッド電極１０３、ｎ側ボンディングパッド電極２０２形成部分を除く、少なくともすべての電極および窒化物半導体層の全面が透光性のある絶縁膜３０１で覆われていることが好ましい。これにより素子が保護され、短絡等の問題を防ぐことができる。好ましい絶縁膜３０１の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどが挙げられるが、最も好ましくはＳｉＯ２を、１μｍ程度形成する。
【００３６】
また本発明の窒化物半導体素子は特徴として、応答性が良く、微小発光面積でも高出力でかつ均一に発光できることから、光ファイバに接続する光源として用いることに大きな効果を発揮する。例えば、実装基板４０２を介して少なくとも一対のリードフレーム４０３と電気的に接続された本発明の窒化物半導体素子１００が、エポキシ系の樹脂４０１でモールドされており、その窒化物半導体層の発光面に対向する樹脂の表面は凸となるレンズ４０４を形成し、かつ発光面に対向する樹脂表面のレンズ部を除く全面は平面とする。このような窒化物半導体発光装置は発光面に対向する樹脂４０１の表面は凸となるレンズ４０４を形成していることから、接続される光ファイバに均一に光を提供することができ、また発光面に対向する樹脂表面のレンズ部を除く全面を平面とすることで、光ファイバに接続しやすくなる。また、樹脂４０１に形成した凸状のレンズ４０４は樹脂最表面より内側に形成してもよく、このような凸は樹脂を形成する際にリードフレーム４０３に接続された窒化物半導体素子を所定の金型に入れ、樹脂を流し込むことで形成することができる。
【００３７】
本発明の実施の形態としては窒化物半導体発光素子について説明したが、これが受光素子等、種々の素子として用いることができることはいうまでもない。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例を示す。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
［実施例１］
サファイア（Ｃ面）よりなる基板をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。この基板としては他にＡ面、Ｒ面を主面とするサファイア基板、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板などでもよい。
【００３９】
（ｎ型窒化物半導体層）
基板をクリーニング後、ｎ型窒化物半導体層を次の構成で成長させる。
基板の温度を５１０℃まで下げ、基板上にＧａＮよりなるバッファ層を１００Å成長させる。
次にバッファ層成長後、温度を１０５０℃まで上昇させ、アンドープＧａＮ層を１．５μｍの膜厚で成長させる。
続いて１０５０℃で、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層を２．２μｍの膜厚で成長させる。
続いて１０５０℃で、アンドープＧａＮ層を３０００Åの膜厚で、さらにＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層を３００Å、さらにアンドープＧａＮ層を５０Åの膜厚で成長させる。
続いて同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第１の層を４０Å、温度を８００℃にして、続いてアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる第２の層を２０Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第１＋第２＋の順で交互に１０層ずつ積層させ、最後に第１の層を積層させた、ｎ型多層膜層を成長させる。
【００４０】
次にｎ型窒化物半導体層を成長後、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００Åの膜厚で成長させ、続いて温度８００℃にして、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなる井戸層を３０Åの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸＋…の順で書へ気相を６層と、井戸層を５層を交互に積層して、総膜厚１３５０Åの多重量子井戸よりなる活性層を積層させる。この活性層は図１〜図６において図示していない。
【００４１】
活性層成長後、ｐ型窒化物半導体を次の構成で成長させる。
次に１０５０℃で、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第３の層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａＮよりなる第４の層を２５Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に４層ずつ積層した超格子よりなるｐ型多層膜層を２００Åの膜厚で成長させる。
続いて１０５０℃で、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなる層を２７００Åの膜厚で成長させる。
【００４２】
反応終了後、温度を室温まで下げ、窒素雰囲気中で７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウエハーを反応容器から取り出し、ｎ型窒化物半導体層を露出するために、露出させる部分を除くｐ型窒化物半導体層の上にＳｉＯ２マスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によってエッチングを行い、ｎ型窒化物半導体層（ＳｉドープＧａＮ層）の表面を露出させる。
【００４３】
次にｐ型窒化物半導体層の一部を開口させ、他の部分を覆うようにレジストを塗布し、開口させたｐ型窒化物半導体層上にＮｉを６０Å、Ａｕを２００Å積層後、レジストを除去し、さらにアニールして透光性電極を形成する。さらにｐ側拡散電極の形成部分を開口させたレジストを形成し、その形成面のほぼ全面にＷを２００Å、Ｐｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åからなるｐ側拡散電極を形成する。
【００４４】
次にレジストを除去し、今度はｎ型窒化物半導体層上にＷを２００Å、Ａｌを１０００Å、Ｗを１０００Å、Ｐｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åの膜厚で積層したｎ側拡散電極を形成する。
【００４５】
次にｐ側ボンディングパッド形成部を除くｐ側拡散電極、ｎ側ボンディングパッド形成部を除くｎ側拡散電極、透光性電極および窒化物半導体層露出部全面にＳｉＯ２よりなる絶縁膜を１μｍの膜厚で形成する。
【００４６】
最後に絶縁膜の開口部にＴｉを２００Å、Ｐｔを１０００Å、Ａｕを３０００Åからなるボンディングパッド電極を形成する。このボンディングパッド電極はｐ側拡散電極上のｐ側ボンディングパッド電極およびｎ側拡散電極上のｎ側ボンディングパッド電極とも、同一の工程で作成する。
以上のような工程で、窒化物半導体素子を作製したところ、発光部において、均一に発光する高出力の窒化物半導体素子を得ることができた。
【００４７】
［実施例２］
実施の形態１で得られた窒化物半導体素子を一対のリードフレームに接続する。このときｐ側ボンディングパッドは一方のリードフレームに直接ワイヤボンディングし、ｎ側ボンディングパッド電極は他方のリードフレームと電気的に接続された実装基板にワイヤボンディングする。次にリードフレームがついた窒化物半導体素子をあらかじめモールドしたい形状に型取られた金型に入れ、樹脂を流し込み、硬化させることで、窒化物半導体装置を得る。
【００４８】
【発明の効果】
以上示したように、本発明ではｐ側電極は、透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とが離れて形成され、さらにｐ側拡散電極をｐ側ボンディングパッド電極から延伸して透光性電極の少なくとも外周を覆って形成し、透光性電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性が、ｐ側拡散電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性に対して良くなるようにする。またｎ側電極は、ｎ側ボンディングパッド電極と、ｎ側ボンディングパッド電極から延伸して透光性電極および透光性電極とｐ側拡散電極との接触部を囲むようなｎ側拡散電極とを形成する。これにより、応答性が良く、高出力でありかつ微小発光面積でも均一に発光が可能となる窒化物半導体素子が得られた。また、これらの効果は微小面積の発光素子に限らず適用できるので、本発明の素子構造は微小な発光面積以外の素子にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態を模式的に示した平面図である。
【図２】 図１のＢ−Ｂ'で切断したときの模式的に示した断面図である。
【図３】 図１のＡ−Ａ'で切断したときの模式的に示した断面図である。
【図４】 図１のＣ−Ｃ'で切断したときの断面図よりｐ側拡散電極と透光性電極との接触部について示す模式図である。
【図５】 本発明の他の実施の形態を模式的に示した平面図である。
【図６】 従来の窒化物半導体素子の形態を模式的に示した平面図である。
【図７】 本発明の窒化物半導体素子をモールドした窒化物半導体発光装置の斜視図を模式的に示した図である。
【図８】 図７の窒化物半導体発光装置を上面から見た図である。
【図９】 図７の窒化物半導体装置を側面から見た図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁性基板
２・・・ｎ型窒化物半導体層
３・・・ｐ型窒化物半導体層
１００・・・窒化物半導体素子
１０１・・・透光性電極（全面電極）
１０２・・・ｐ側拡散電極
１０３・・・ｐ側ボンディングパッド電極
２０１・・・ｎ側拡散電極
２０２・・・ｎ側ボンディングパッド電極
３０１・・・絶縁膜（保護膜）
４０１・・・モールド樹脂
４０２・・・実装基板
４０３・・・リードフレーム
４０４・・・レンズ（部）
【産業上の利用分野】
本発明は半導体素子の構造に係わり、特に絶縁基板上に形成された窒化物半導体素子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、低消費電力で高輝度に発光し、小型、かつ軽量な発光素子や受光素子として、種々の分野で光半導体素子が利用され始めている。とくに近紫外から赤外まで高輝度に発光可能な発光素子として窒化物半導体（ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を利用した発光ダイオードが実用化されたことから種々の分野に急速に利用され始めている。発光ダイオードは小型で発光効率が良く、半導体素子であるため球切れなどの心配はない。さらに、初期駆動特性に優れ、振動や点滅に強いという特徴を有する。そしてこれらの発光ダイオードの特徴を生かして、様々な発光装置への応用が考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
発光ダイオードを用いた発光装置の１つとして光ファイバモジュールがある。光ファイバモジュールなどの光通信、または光情報処理等の分野で発光ダイオードを用いる場合、必要とされる特性としては電流投入時から発光するまでの応答性が良く、高出力でありかつ微小発光面積でも均一に発光する発光ダイオードが、さらにはそれぞれの目的、発光装置としての実装にあわせた発光面を有することである。
【０００４】
ところで、窒化物半導体のうち、例えば一般に窒化ガリウム系窒化物半導体と呼ばれるＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる窒化物半導体は、基板としてサファイア基板などの絶縁性基板が用いられており、窒化物半導体層成長面側からｎ電極およびｐ電極の両方を取り出す必要がある。この発光ダイオードの光取り出し面を窒化物半導体層の成長面側に設けるとき、電流はｐｎ接合部を均一に流れにくいので、透光性のある全面電極をｐｎ接合部上の全面にわたって形成している。従来良く用いられる発光ダイオードとしては全面電極の一部にボンディングパッド電極が設けられた図６のような構造の発光ダイオードが用いられている。
【０００５】
しかしながら、微小発光面積を必要とした発光ダイオードを作製しようとした場合、ボンディングパッド電極はワイヤやリードフレームなどに接続するための端子として用いており、接続するためにはある程度の面積が必要となり、発光面積を小さくすることに限界があり、従来の素子構造では微小発光面積を実現することは困難であった。例えばワイヤボンディングに必要なボンディングパッド電極の面積は少なくとも５０μｍを必要とする。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑み、高出力でありかつ微小発光面積でも均一に発光が可能となる窒化物半導体素子として新規な素子構造を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、窒化物半導体素子の構造を以下の構成（１）〜（１０）とすることにより、本発明における課題を解決するに至った。
（１） 基板上にｎ型窒化物半導体層、ｐ型窒化物半導体層が積層され、ｐ型窒化物半導体層層上に、ｐ側電極を有する窒化物半導体素子において、
前記ｐ側電極は、ｐ型窒化物半導体層表面の一部に接して該ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触をなす透光性電極と、平面視において前記透光性電極から離れて形成されたｐ側ボンディングパッド電極と、該ｐ側ボンディングパッド電極から延伸して該透光性電極の少なくとも外周を覆って形成されたｐ側拡散電極とを有し、
前記透光性電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性が、前記ｐ側拡散電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性に対して良くなるようにそれぞれの電極材料が選定されていることを特徴とする。
【０００８】
（２） 前記透光性電極はｐ型窒化物半導体層に対してオーミック接触で形成され、前記ｐ側拡散電極はｐ型窒化物半導体層に対してショットキー接触で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
（３） 前記透光性電極とｐ側拡散電極との接触部において、該接触部の内周の形状は円形であることを特徴とする。
【００１１】
（４） 前記透光性電極とｐ側拡散電極との接触部において、該接触部の内周および外周は同心円形状であることを特徴とする。
【００１４】
（５） 前記ｐ型窒化物半導体層の一部がエッチングされてｎ型窒化物半導体層が露出されかつ、前記ｎ型窒化物半導体層の露出面にｎ側電極を有し、前記ｎ側電極は、ｎ側ボンディングパッド電極と、該ｎ側ボンディングパッド電極から延伸して前記透光性電極および該透光性電極と前記ｐ側拡散電極との接触部を囲むように形成されたｎ側拡散電極とを有することを特徴とする。
【００１５】
（６） 前記窒化物半導体素子の外形は四角形状であり、前記ｐ側ボンディングパッド電極とｎ側ボンディングパッド電極は素子を形成する一辺の両端にそれぞれが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
（７） 前記窒化物半導体素子の外形は四角形状であり、前記ｐ側ボンディングパッド電極とｎ側ボンディングパッド電極は素子の対角線上の両端にそれぞれが形成されていることを特徴とする。
【００１７】
（８） 前記ｐ側ボンディングパッドとｎ側ボンディングパッド電極は同一の製造工程で形成された同一の材料からなることを特徴とする。
【００１８】
（９） 前記ボンディングパッド部を除くすべての電極および窒化物半導体層の全面が透光性を有する絶縁膜で覆われていることを特徴とする。
【００１９】
（１０） 前記透光性電極と透光性電極を覆って形成されたｐ側拡散電極とが接触する面積の透光性電極の面積に対する比が、０．１５以上０．５０以下であることを特徴とする。
【００２１】
以上のように、ｐ側電極は、透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とが離れて形成され、さらにｐ側拡散電極をｐ側ボンディングパッド電極から延伸して透光性電極の少なくとも外周を覆って形成し、透光性電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性が、ｐ側拡散電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性に対して良くなるようにする。またｎ側電極は、ｎ側ボンディングパッド電極と、ｎ側ボンディングパッド電極から延伸して透光性電極および透光性電極とｐ側拡散電極との接触部を囲むようなｎ側拡散電極とを形成する。これにより、応答性が良く、高出力でありかつ微小発光面積でも均一に発光が可能となり、さらに本発明の素子構造にすることで、微小面積の窒化物半導体素子に適用できるだけでなく種々の窒化物半導体素子でも本発明による独特の効果が得られる素子ができた。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態を模式的に示した平面図である。また図２は図１のＢ−Ｂ'で切断したときの模式的に示した断面図、図３は図１のＡ−Ａ'で切断したときの模式的に示した断面図、図４は図１のＣ−Ｃ'で切断したときの断面図よりｐ側拡散電極と透光性電極との接触部１０４について示す模式図であり、図５は本発明の他の実施の形態を模式的に示した平面図である。
【００２３】
本発明は図１に示すように、本発明の窒化物半導体素子は、ｐ型窒化物半導体層３上に透光性電極１０１とｐ側ボンディングパッド電極１０３とが離れて形成され、さらにｐ側拡散電極１０２をｐ側ボンディングバッド電極１０３から延伸して透光性電極１０１の少なくとも外周を覆って形成されている。またｎ型窒化物半導体層２上にｎ側ボンディングパッド電極２０２と、ｎ側ボンディングパッドから延伸して透光性電極１０１および透光性電極とｐ側拡散電極との接触部１０４を囲むようにｎ側拡散電極２０１が形成されている。
【００２４】
このように発光面を形成する透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とが離れて形成されることにより、発光面積をボンディングパッドの面積の大きさにとらわれることなく、微小化、さらには自由に大きさを変えることが可能となる。
【００２５】
ところで発光面を形成する透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とを離して形成するために、これらの電極を電気的に接続する目的としてｐ側拡散電極が設けられる。このｐ側拡散電極はｐ型窒化物半導体層に直接接して形成することはできるが、その場合透光性電極下部に位置するｐｎ接合部に電流が流れるだけでなく、ｐ側拡散電極とｐ型窒化物半導体層がその接する部分の下部に位置するｐｎ接合部でも電流が流れてしまう。ここに電流が流れてしまうと、素子に投入される電流に対し、発光面からの発光効率は低くなってしまう。そこで、ｐ側拡散電極とｐ型窒化物半導体層とが接触しないように、ｐ側ボンディングパッド電極と透光性電極との間に絶縁膜を介し、その上にｐ側拡散電極を設ける方法が考えられるが、この場合ｐ側拡散電極と絶縁膜との接触面積が大きく、絶縁膜と拡散電極として用いる金属との密着性が悪いため、剥がれが生じてしまい、短絡してしまい、構造としては好ましいものではない。そこで鋭意研究した結果、ｐ側拡散電極１０２とそれに接するｐ型窒化物半導体層とのオーミック性を、少なくとも透光性電極１０１とそれに接するｐ型窒化物半導体層とのオーミック性よりも悪くなるように形成することで、素子に投入される電流が、ほとんど透光性電極を通るようになり、透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とを離した構造でも発光面からの発光効率を高く維持できる素子を得ることができるようになった。さらに、ｐ側拡散電極１０２がｐ型窒化物半導体層に対してショットキー接触となるようなｐ側拡散電極の材料を選定することで、さらに発光効率の高い窒化物半導体素子を得ることが可能となった。
【００２６】
さらに本発明の透光性電極１０１は透光性を示すように電極材料を選定、もしくは膜厚を制御することにより、発光が透光性電極の発光面に集中し、さらに高効率の発光素子を得ることができる。
【００２７】
また本発明は透光性電極とｐ側拡散電極との接触部１０４において、接触部の内周の形状を円形とすることで、電流投入時から発光するまでの応答性が良く、発光面全面に渡って均一に電流が流れるようになり、高出力である上に発光面において均一に発光する素子が得られる。この場合、接触部における外周の形状は特に限定されないが、好ましい形態としては接触部の外周の形状は接触部の内周の円と同心円となるような円形とする。このように形成することで、透光性電極の発光面の周りを均一に電流が流れるようになり、効率よく均一な発光を得ることができ、さらに応答性も良くなる。
【００２８】
また本発明のｐ側拡散電極１０２は複数の金属層からなり、その材料としては例えばタングステン、白金、ニッケル、金などが挙げられる。これらは好ましくはｐ型窒化物半導体層上に形成して少なくとも、ｐ型窒化物半導体層に対してのオーミック性が透光性電極のそれに対してのオーミック性よりも悪くなるように、好ましくはｐ型窒化物半導体とショットキー接触とする。なかでも最も好ましい材料として、ｐ型窒化物半導体層に接してタングステン、さらに白金を選定し形成する。特にタングステンはｐ型窒化物半導体層とショットキー接触を示し、白金はタングステンと密着性が良く、さらには厚膜を積むことで導電性の高い膜となり、ｐ側ボンディングパッド電極と透光性電極とを導電性よく電気的に接続できる。複数の金属層を有するｐ側拡散電極のうち、さらに好ましくはｐ側拡散電極の最も上の層にニッケルを１００オングストローム以下の膜厚で形成する。ニッケルを最も上に形成することで、後に素子を覆うように形成する保護膜３０１との密着性が良くなる。
【００２９】
また本発明の透光性電極１０１は例えば、ニッケル、クロム、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、タンタル、バナジウム、パラジウム、金など、またはこれらの合金が挙げられる。これらはｐ型窒化物半導体層と良好なオーミック特性を示す材料で、好ましくはｐ型窒化物半導体層上に形成して透光性のある膜厚で形成することが好ましい。なかでもニッケルと金を積層し、アニーリングすることで合金化させることで、最もオーミック特性のよい透光性電極を得ることができる。
【００３０】
また本発明のｎ側電極は、ｎ型窒化物半導体層２が露出する面に形成し、そのｎ型窒化物半導体層はｐ側ボンディングパッド電極１０２、透光性電極１０１、さらにはｐ側拡散電極を形成しない部位をできるだけ最大限にエッチングして露出させる。ｎ側電極はｎ側ボンディングパッド電極２０２とｎ側拡散電極２０１とから成り、ｎ側拡散電極２０１はｎ型窒化物半導体層露出面のほぼ全面に形成することで、例えば図１に示すように、透光性電極１０１および透光性電極とｐ側拡散電極との接触部１０４を囲むように形成できる。このようにｎ側拡散電極を形成することで、ｎ側拡散電極とｐ電極上における接触部との距離をほぼ一定にすることができ、電流投入時から発光するまでの応答性を良くする点で最も効果的で、さらに発光面を均一に発光させることができる。
【００３１】
また本発明の窒化物半導体素子の外形を四角形状とし、ｐ側ボンディングパッド電極１０３とｎ側ボンディングパッド電極２０２の位置を素子を形成する一辺の両端に形成することが好ましい（図１）。このように形成することで、ある一定の発光面を有する窒化物半導体素子のなかで、最もチップを最小にすることができる。またさらに、一辺の両端にｐ側およびｎ側の両方のボンディングパッド電極を形成するため、ワイヤボンディングを行う工程において、ワイヤボンダーの動きが最小限となるため、ボンディングの時間短縮がはかれ、歩留の点でも好ましい。
【００３２】
また本発明の窒化物半導体素子の外形を四角形状とし、ｐ側ボンディングパッド電極１０３とｎ側ボンディングパッド電極２０２の位置を素子の対角線上の両端に形成してもよい（図５）。これは上記素子の一辺の両端にボンディングパッド電極を設けたときほどではないが、チップを最小にすることができる。この形態は、例えば複数のチップを一方向に配列させたアレイとして用いるとき、一方に一方のワイヤ、他方にもう一つのワイヤをボンディングすることができるので、アレイとして最も密にチップを配列することが可能となる。このような構造としたとき、ｎ側ボンディングパッド電極が、ｐ側窒化物半導体層を囲むｎ側拡散電極の中心付近に形成されるので、即時に均一な電流が流れるようになりやすく、応答速度を高くするのに好ましい。
【００３３】
また本発明ではｐ側ボンディングパッド電極１０３とｎ側ボンディングパッド電極２０２とは異なる材料であってもよいが、同一の材料であってもよい。それぞれのボンディングパッド電極はどちらも、拡散電極上に形成されており接触抵抗について検討する必要はない。よって、それぞれに密着性のよい材料を選定すればよく、好ましくは、チタン、白金、金、ニッケル、またはこれらを複数積層したものがよく、好ましくは最上層を金を積層することで、金ワイヤとのボンディングが容易になり、最も好ましくは白金と白金の上に金を積層した構造とする。ボンディングパッド電極はそれぞれの拡散電極上に一部絶縁膜を介して形成することから、絶縁膜と密着性の良い材料を白金より下に形成した３層構造とすることが好ましい。絶縁膜として例えばＳｉＯ２を用いた場合、好ましくはチタン／白金／金の３層構造とする。
【００３４】
また本発明は図４に示すように、透光性電極１０１と透光性電極を覆って形成されたｐ側拡散電極１０２とが接触する面積１０４の透光性電極の面積に対する比が、０．１５以上０．５０以下とする。特に微小面積を発光させる窒化物半導体素子においては、発光面の面積が小さくなればなるほど発光面の面積に対して、透光性電極とｐ側拡散電極との接触する面積の割合が大きくなってしまう。この割合が大きくなると、電流は透光性電極の発光部にはほとんど流れず、接触部にほとんど流れてしまうようになり、素子に投入する電流に対する発光面での発光効率は低くなってしまい、好ましくない。とくに透光性電極と透光性電極を覆って形成されたｐ側拡散電極とが接触する面積の透光性電極の面積に対する比が０．５０よりも大きくなるとその影響が顕著に現れる。また透光性電極と透光性電極を覆って形成されたｐ側拡散電極とが接触する面積の透光性電極の面積に対する比が０．１５より小さくなると、ｐ側ボンディングパッド電極からｐ側拡散電極を通って、透光性電極に到達する電流の経路が小さくなり、電流が流れにくくなってしまい駆動電圧が高くなってしまったり、さらには透光性電極とｐ側拡散電極とが接触する部位において、電流密度が異常に高くなり、素子劣化が早くなってしまうなどの原因で、好ましくない。
【００３５】
また本発明の窒化物半導体素子はｐ側ボンディングパッド電極１０３、ｎ側ボンディングパッド電極２０２形成部分を除く、少なくともすべての電極および窒化物半導体層の全面が透光性のある絶縁膜３０１で覆われていることが好ましい。これにより素子が保護され、短絡等の問題を防ぐことができる。好ましい絶縁膜３０１の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどが挙げられるが、最も好ましくはＳｉＯ２を、１μｍ程度形成する。
【００３６】
また本発明の窒化物半導体素子は特徴として、応答性が良く、微小発光面積でも高出力でかつ均一に発光できることから、光ファイバに接続する光源として用いることに大きな効果を発揮する。例えば、実装基板４０２を介して少なくとも一対のリードフレーム４０３と電気的に接続された本発明の窒化物半導体素子１００が、エポキシ系の樹脂４０１でモールドされており、その窒化物半導体層の発光面に対向する樹脂の表面は凸となるレンズ４０４を形成し、かつ発光面に対向する樹脂表面のレンズ部を除く全面は平面とする。このような窒化物半導体発光装置は発光面に対向する樹脂４０１の表面は凸となるレンズ４０４を形成していることから、接続される光ファイバに均一に光を提供することができ、また発光面に対向する樹脂表面のレンズ部を除く全面を平面とすることで、光ファイバに接続しやすくなる。また、樹脂４０１に形成した凸状のレンズ４０４は樹脂最表面より内側に形成してもよく、このような凸は樹脂を形成する際にリードフレーム４０３に接続された窒化物半導体素子を所定の金型に入れ、樹脂を流し込むことで形成することができる。
【００３７】
本発明の実施の形態としては窒化物半導体発光素子について説明したが、これが受光素子等、種々の素子として用いることができることはいうまでもない。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例を示す。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
［実施例１］
サファイア（Ｃ面）よりなる基板をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。この基板としては他にＡ面、Ｒ面を主面とするサファイア基板、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板などでもよい。
【００３９】
（ｎ型窒化物半導体層）
基板をクリーニング後、ｎ型窒化物半導体層を次の構成で成長させる。
基板の温度を５１０℃まで下げ、基板上にＧａＮよりなるバッファ層を１００Å成長させる。
次にバッファ層成長後、温度を１０５０℃まで上昇させ、アンドープＧａＮ層を１．５μｍの膜厚で成長させる。
続いて１０５０℃で、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層を２．２μｍの膜厚で成長させる。
続いて１０５０℃で、アンドープＧａＮ層を３０００Åの膜厚で、さらにＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層を３００Å、さらにアンドープＧａＮ層を５０Åの膜厚で成長させる。
続いて同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第１の層を４０Å、温度を８００℃にして、続いてアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる第２の層を２０Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第１＋第２＋の順で交互に１０層ずつ積層させ、最後に第１の層を積層させた、ｎ型多層膜層を成長させる。
【００４０】
次にｎ型窒化物半導体層を成長後、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００Åの膜厚で成長させ、続いて温度８００℃にして、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなる井戸層を３０Åの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸＋…の順で書へ気相を６層と、井戸層を５層を交互に積層して、総膜厚１３５０Åの多重量子井戸よりなる活性層を積層させる。この活性層は図１〜図６において図示していない。
【００４１】
活性層成長後、ｐ型窒化物半導体を次の構成で成長させる。
次に１０５０℃で、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第３の層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａＮよりなる第４の層を２５Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に４層ずつ積層した超格子よりなるｐ型多層膜層を２００Åの膜厚で成長させる。
続いて１０５０℃で、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなる層を２７００Åの膜厚で成長させる。
【００４２】
反応終了後、温度を室温まで下げ、窒素雰囲気中で７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウエハーを反応容器から取り出し、ｎ型窒化物半導体層を露出するために、露出させる部分を除くｐ型窒化物半導体層の上にＳｉＯ２マスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によってエッチングを行い、ｎ型窒化物半導体層（ＳｉドープＧａＮ層）の表面を露出させる。
【００４３】
次にｐ型窒化物半導体層の一部を開口させ、他の部分を覆うようにレジストを塗布し、開口させたｐ型窒化物半導体層上にＮｉを６０Å、Ａｕを２００Å積層後、レジストを除去し、さらにアニールして透光性電極を形成する。さらにｐ側拡散電極の形成部分を開口させたレジストを形成し、その形成面のほぼ全面にＷを２００Å、Ｐｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åからなるｐ側拡散電極を形成する。
【００４４】
次にレジストを除去し、今度はｎ型窒化物半導体層上にＷを２００Å、Ａｌを１０００Å、Ｗを１０００Å、Ｐｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åの膜厚で積層したｎ側拡散電極を形成する。
【００４５】
次にｐ側ボンディングパッド形成部を除くｐ側拡散電極、ｎ側ボンディングパッド形成部を除くｎ側拡散電極、透光性電極および窒化物半導体層露出部全面にＳｉＯ２よりなる絶縁膜を１μｍの膜厚で形成する。
【００４６】
最後に絶縁膜の開口部にＴｉを２００Å、Ｐｔを１０００Å、Ａｕを３０００Åからなるボンディングパッド電極を形成する。このボンディングパッド電極はｐ側拡散電極上のｐ側ボンディングパッド電極およびｎ側拡散電極上のｎ側ボンディングパッド電極とも、同一の工程で作成する。
以上のような工程で、窒化物半導体素子を作製したところ、発光部において、均一に発光する高出力の窒化物半導体素子を得ることができた。
【００４７】
［実施例２］
実施の形態１で得られた窒化物半導体素子を一対のリードフレームに接続する。このときｐ側ボンディングパッドは一方のリードフレームに直接ワイヤボンディングし、ｎ側ボンディングパッド電極は他方のリードフレームと電気的に接続された実装基板にワイヤボンディングする。次にリードフレームがついた窒化物半導体素子をあらかじめモールドしたい形状に型取られた金型に入れ、樹脂を流し込み、硬化させることで、窒化物半導体装置を得る。
【００４８】
【発明の効果】
以上示したように、本発明ではｐ側電極は、透光性電極とｐ側ボンディングパッド電極とが離れて形成され、さらにｐ側拡散電極をｐ側ボンディングパッド電極から延伸して透光性電極の少なくとも外周を覆って形成し、透光性電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性が、ｐ側拡散電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性に対して良くなるようにする。またｎ側電極は、ｎ側ボンディングパッド電極と、ｎ側ボンディングパッド電極から延伸して透光性電極および透光性電極とｐ側拡散電極との接触部を囲むようなｎ側拡散電極とを形成する。これにより、応答性が良く、高出力でありかつ微小発光面積でも均一に発光が可能となる窒化物半導体素子が得られた。また、これらの効果は微小面積の発光素子に限らず適用できるので、本発明の素子構造は微小な発光面積以外の素子にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態を模式的に示した平面図である。
【図２】 図１のＢ−Ｂ'で切断したときの模式的に示した断面図である。
【図３】 図１のＡ−Ａ'で切断したときの模式的に示した断面図である。
【図４】 図１のＣ−Ｃ'で切断したときの断面図よりｐ側拡散電極と透光性電極との接触部について示す模式図である。
【図５】 本発明の他の実施の形態を模式的に示した平面図である。
【図６】 従来の窒化物半導体素子の形態を模式的に示した平面図である。
【図７】 本発明の窒化物半導体素子をモールドした窒化物半導体発光装置の斜視図を模式的に示した図である。
【図８】 図７の窒化物半導体発光装置を上面から見た図である。
【図９】 図７の窒化物半導体装置を側面から見た図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁性基板
２・・・ｎ型窒化物半導体層
３・・・ｐ型窒化物半導体層
１００・・・窒化物半導体素子
１０１・・・透光性電極（全面電極）
１０２・・・ｐ側拡散電極
１０３・・・ｐ側ボンディングパッド電極
２０１・・・ｎ側拡散電極
２０２・・・ｎ側ボンディングパッド電極
３０１・・・絶縁膜（保護膜）
４０１・・・モールド樹脂
４０２・・・実装基板
４０３・・・リードフレーム
４０４・・・レンズ（部）
Claims (10)
- 基板上にｎ型窒化物半導体層、ｐ型窒化物半導体層が積層され、ｐ型窒化物半導体層上に、ｐ側電極を有する窒化物半導体素子において、
前記ｐ側電極は、ｐ型窒化物半導体層表面の一部に接して該ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触をなす透光性電極と、平面視において前記透光性電極から離れて形成されたｐ側ボンディングパッド電極と、該ｐ側ボンディングパッド電極から延伸して該透光性電極の少なくとも外周を覆って形成されたｐ側拡散電極とを有し、
前記透光性電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性が、前記ｐ側拡散電極のｐ型窒化物半導体層に対するオーミック特性に対して良くなるようにそれぞれの電極材料が選定されていることを特徴とする窒化物半導体素子。 - 前記透光性電極はｐ型窒化物半導体層に対してオーミック接触で形成され、前記ｐ側拡散電極はｐ型窒化物半導体層に対してショットキー接触で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
- 前記透光性電極とｐ側拡散電極との接触部において、該接触部の内周の形状は円形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体素子。
- 前記透光性電極とｐ側拡散電極との接触部において、該接触部の内周および外周は同心円形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
- 前記ｐ型窒化物半導体層の一部がエッチングされてｎ型窒化物半導体層が露出されかつ、前記ｎ型窒化物半導体層の露出面にｎ側電極を有し、前記ｎ側電極は、ｎ側ボンディングパッド電極と、該ｎ側ボンディングパッド電極から延伸して前記透光性電極および該透光性電極と前記ｐ側拡散電極との接触部を囲むように形成されたｎ側拡散電極とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
- 前記窒化物半導体素子の外形は四角形状であり、前記ｐ側ボンディングパッド電極とｎ側ボンディングパッド電極は素子を形成する一辺の両端にそれぞれが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体素子。
- 前記窒化物半導体素子の外形は四角形状であり、前記ｐ側ボンディングパッド電極とｎ側ボンディングパッド電極は素子の対角線上の両端にそれぞれが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体素子。
- 前記ｐ側ボンディングパッドとｎ側ボンディングパッド電極は同一の製造工程で形成された同一の材料からなることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
- 前記ボンディングパッド部を除くすべての電極および窒化物半導体層の全面が透光性を有する絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
- 前記透光性電極と透光性電極を覆って形成されたｐ側拡散電極とが接触する面積の透光性電極の面積に対する比が、０．１５以上０．５０以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
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