JP5609607B2

JP5609607B2 - 窒化物系半導体発光素子

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Publication number: JP5609607B2
Application number: JP2010274124A
Authority: JP
Inventors: 康寛三木; 雅彦大西; 浩史西山; 周作板東
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: JP2012124342A

Description

本発明は、窒化物系半導体（例えば、一般式Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた発光素子の電極構造の技術に関する。

窒化物系半導体素子は、一般に発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等の発光素子、太陽電池や光センサ等の受光素子、トランジスタやパワーデバイス等の電子デバイスに用いられる。特に、窒化物系材料（以下、集合的に「ＧａＮ」と呼ぶことがある。）を用いた窒化物系半導体発光素子である発光ダイオードは、バックライト等に用いる各種光源、照明、信号機、大型ディスプレイ等に幅広く利用されている。

このような窒化物系半導体素子は、基本的に、基板上にｎ型窒化物系半導体層、ｐ型窒化物系半導体層が積層され、ｎ型、ｐ型のそれぞれの窒化物系半導体層に電気的に接続するｎ側電極、ｐ側電極が形成された構造である。両電極を上面側に形成する場合、上層のｐ型窒化物系半導体層の一部を除去してｎ型窒化物系半導体層が露出した領域にｎ側電極７ｎを形成し、ｐ型窒化物系半導体層上にｐ側電極を形成する。ここで、特に上面を光の取り出し／取り込み面とする発光素子や受光素子とする窒化物系半導体素子については、その上面のｐ型窒化物系半導体層上に透光性電極をほぼ全面に形成し、さらにその上の一部の領域にＡｕ等の金属からなるパッド電極を形成してｐ側電極とする構造が知られている。

ｐ側電極において、透光性電極は、パッド電極からの電流をｐ型窒化物系半導体層全体に供給すると共に、光を透過させて、発光素子であれば外部へ光を取り出し、受光素子であれば内部に取り込み可能とする。透光性電極としては、一般的に、インジウム−スズ酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）等の導電性酸化物が用いられる。一方、ｎ側電極については、ｎ型窒化物系半導体層への接続面積が少なくてよいので光を透過させる必要がなく、そのため、ｎ型窒化物系半導体層上の一部の領域に直接にパッド電極が形成される。

特開２００９−０１０２８０号公報

このような発光素子の電極構造においては、機械的な強度、すなわち半導体層から剥離し難いような十分な密着力を備えることが求められる。特に、パッド電極に対してはワイヤボンディング時の衝撃や、その後の引っ張り応力に耐え得る密着力を備えることが、素子の信頼性を確保する面からも重要となる。

発光素子の電極構造としては、例えば特許文献１に示される積層構造体が提案されている。この特許文献１には、半導体発光素子のパッド電極としてＴｉ／Ｒｈ／Ｗ／Ａｕの電極構造が開示されている。この電極構造では、パッド電極の積層構造にＷ（タングステン）層を積層することで機械的強度を向上させている。

しかしながら、タングステンは高温高湿の環境下においては酸化され易い性質を有している。このため使用時にタングステンが劣化してＡｕ層との界面で剥離が生じ、断線によって通電できなくなる可能性がある。このように、タングステンを用いた電極構造では素子の信頼性が低下する傾向にあった。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤとの密着性に優れたパッド電極を備える窒化物系半導体発光素子を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の目的を達成するために、本発明に係る窒化物系半導体発光素子によれば、窒化物系の半導体層と、前記半導体層上に設けられた、複数の金属層を積層して構成される電極構造と、を備え、前記電極構造は、前記半導体層側に配置される第一金属層と、前記第一金属層上に配置される第二金属層と、前記第二金属層上に配置されるボンディング層と、を含み、前記第一金属層は、前記半導体層側から順に配置されたＴｉ層とＲｈ層との２層からなり、前記Ｒｈ層は前記Ｔｉ層から部分的に露出しており、前記第二金属層は、Ｈｆを含み、前記ボンディング層は、Ａｕを含み、前記電極構造はさらに、前記第二金属層とボンディング層との間に、Ｒｕを含む拡散防止層を有することができる。これにより、タングステン等の劣化し易い金属材料を電極積層構造から排除し、耐久性、信頼性を高めつつ、機械的強度を維持できる利点が得られる。第二金属層のＨｆが、アニーリング処理等の際にボンディング層のＡｕに拡散して劣化させ、ボンディング層へのワイヤボンディングの密着力が低下される事態を、拡散防止層で拡散を抑制することによって回避できる。拡散防止層の拡散防止効果を高め、ボンディング層の劣化を抑制することができる。

さらにまた、前記拡散防止層の膜厚を、５０ｎｍ以上とできる。これにより、第二金属層のＨｆがボンディング層のＡｕに拡散することを一層軽減できる。

本発明の実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子の平面図である。図１の窒化物系半導体発光素子の模式断面図である。実施の形態１に係る図２の電極部分を示す拡大断面図である。実施の形態２に係る図２の電極部分を示す拡大断面図である。窒化物系半導体発光素子の製造方法を説明するフローチャートである。実施例１〜３に係る電極構造体の密着性を測定したグラフである。実施例１〜３に係る電極構造体の拡散防止効果を測定したグラフである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための、窒化物系半導体発光素子を例示するものであって、本発明は、窒化物系半導体発光素子を以下のものに特定しない。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。特に実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。さらに、本明細書において、層上等でいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。
（実施の形態１）

図１及び図２に、本発明の実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子を示す。この発光素子１００は、図２の断面図に示すように、基板１と、この基板１上に積層された半導体構造１０とを有する窒化物系半導体発光素子である。半導体構造１０は、活性領域３を挟んで積層されたｎ型半導体層２及びｐ型半導体層４とを含む。つまり発光素子１００は、基板１上に、ｎ型半導体層２、活性領域３、ｐ型半導体層４をこの順に積層して構成される。さらに発光素子１００は、ｐ型半導体層４の一部を除去して露出されたｎ型半導体層２にｎ側電極７ｎを形成されると共に、ｐ型半導体層４の主面にはｐ側電極７ｐを備える。このｎ側電極７ｎ及びｐ側電極７ｐを介して、ｎ型半導体層２及びｐ型半導体層４にそれぞれ電力が供給されると、活性領域３より光が出射し、半導体構造１０の上方に位置するｐ型半導体層４側を主発光面側として、すなわち図１の上方から主に光が取り出される。

ｎ型窒化物系半導体層２に電気的に接続するｎ側電極７ｎは、パッド電極であり、図１の平面図に示すように、ｐ型窒化物系半導体層４及び活性領域３の一部が除去されて露出されたｎ型窒化物系半導体層２の表面上に直接形成される。一方、ｐ型窒化物系半導体層４に電気的に接続するｐ側電極７ｐは、ｐ型窒化物系半導体層４の表面上のほぼ全面に形成された透光性電極６ａと、透光性電極６ａ上の一部の領域に形成されたパッド電極（ｐ側パッド電極）６ｂとからなる。また絶縁性の保護膜９が、ｎ側電極７ｎ及びｐ側電極７ｐの上面を除いた、半導体構造１０の全表面に被覆される。
（基板１）

基板１は、窒化物系半導体をエピタキシャル成長させることができる基板材料であればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。このような基板材料としては、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、また炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物系半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。
（ｎ型窒化物系半導体層、活性領域３、ｐ型窒化物系半導体層）

ｎ型窒化物系半導体層２、活性領域３、及びｐ型窒化物系半導体層４（適宜まとめて窒化物系半導体層２，３，４という。）としては、特に限定されるものではないが、例えばＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。
（ｎ側電極７ｎ、ｐ側電極７ｐ）

ｎ側電極７ｎはｎ型窒化物系半導体層２に、ｐ側電極７ｐはｐ型窒化物系半導体層４に、それぞれ電気的に接続して外部から電流を供給する。ここで、窒化物系半導体の中でも好適な窒化ガリウム系化合物半導体はｐ型になり難く、すなわちｐ型窒化物系半導体層４は比較的抵抗が高い傾向がある。そのため、電極をｐ型窒化物系半導体層４上の一部の領域のみで接続すると、窒化物系半導体発光素子１００に供給される電流はｐ型窒化物系半導体層４中で広がり難く、発光が面内で不均一になる。したがって、ｐ型窒化物系半導体層４の面内全体に均一に電流が流れるように、ｐ側電極７ｐはｐ型窒化物系半導体層４上により広い面積で接続して設ける必要がある。ただし、上面を窒化物系半導体発光素子１００の光取り出し面とするため、ｐ側電極７ｐで光取り出し効率を低下させないように、ｐ側電極７ｐは、ｐ型窒化物系半導体層４上に直接に、その全面又はそれに近い面積の領域（ほぼ全面）に形成された透光性電極６を備える。そして、ｐ側電極７ｐはさらに透光性電極６上に、ワイヤボンディング等で外部回路に接続するために、ボンディング性の良好なＡｕ等を表面に備えるパッド電極（ｐ側パッド電極）７ｐを備える。ｐ側パッド電極７ｐは、光を多く遮らない程度に、ボンディングに必要な平面視形状及び面積であって、透光性電極６の平面視形状より小さく、内包されるように、すなわち透光性電極６上の一部の領域に形成される。

一方、低抵抗のｎ型窒化物系半導体層２には、ｎ側電極７ｎは、接続面積は少なくてよいので、光を透過させないパッド電極（ｎ側パッド電極）のみで構成することができ、ｎ型窒化物系半導体層２上に直接に形成される。また、本実施形態に係る窒化物系半導体発光素子１００は、上面側にｎ側パッド電極７ｎを備えるので、ｎ型窒化物系半導体層２上の当該ｎ側パッド電極７ｎを接続するための領域における活性領域３及びｐ型窒化物系半導体層４が除去されており（図２参照）、すなわちこの領域は発光しない。したがって、このｎ側電極（ｎ側パッド電極）７ｎは、発光量を大きく減少させない程度に、ｐ側パッド電極７ｐと同様にボンディングに必要な、そしてｎ型窒化物系半導体層２との電気的接続に必要な平面視形状及び面積に形成される。ｎ側パッド電極７ｎ及びｐ側パッド電極７ｐの窒化物系半導体発光素子１００の平面視におけるそれぞれの位置は、特に限定しないが、パッド電極７ｎ，７ｐ自身や外部回路から接続したワイヤで遮られる光量をより抑制できること、ボンディングの作業性等に基づいて設計すればよい。
（透光性電極６）

ｐ側電極７ｐにおける透光性電極６は導電性酸化物からなる。透光性電極６として金属薄膜を用いることもできるが、導電性酸化物は金属薄膜に比べて透光性に優れるため、窒化物系半導体発光素子１００を発光効率の高い発光素子とすることができる。導電性酸化物としては、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｇからなる群から選択された少なくとも一種を含む酸化物、具体的にはＺｎＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，ＩＴＯが挙げられる。特にＩＴＯは可視光（可視領域）において高い光透過性を有し、また導電率の比較的高い材料であることから好適に用いることができる。
（パッド電極）

本実施形態に係る窒化物系半導体発光素子１００において、ｎ側パッド電極７ｎとｐ側パッド電極７ｐとは同じ積層構造であり、適宜まとめてパッド電極７と称する。図３の拡大断面図に示すように、パッド電極７は、半導体層側から順に、オーミック接触層である第一金属層７１ａ、緩衝層である第二金属層７１ｂ、外部からワイヤを接続されるためのボンディング層７３を備える。これらのパッド電極を構成する各層は蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、また連続的に形成して積層することが好ましい。また、パッド電極７（７ｎ，７ｐ）の平面視形状は特に限定するものではなく、リフトオフ法、フォトリソグラフィを用いたエッチング等により、所望の形状（例えば図１参照）に形成することができる。

第一金属層は、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｐｔから選択される少なくとも一を含むのが好ましく、例えばＴｉ又はＲｈ，Ｃｒ，Ｐｔ，ＣｒＲｈ合金，ＰｔＲｈ合金などの単層構造や、Ｔｉ／Ｒｈ，Ｃｒ／Ｐｔなどの多層構造とすることができる。

本実施形態においては、Ｔｉ層７０とＲｈ層との２層からなる。Ｔｉ層７０は、ｎ側パッド電極７ｎにおいてはｎ型窒化物系半導体層２に、ｐ側パッド電極７ｐにおいては透光性電極６に、それぞれ接触する層である。Ｔｉ層７０は、ｎ型窒化物系半導体層２及び導電性酸化物である透光性電極６への密着性がよく、またｎ型窒化物系半導体層２とのオーミック接触を可能とする。さらに、Ｔｉ層７０の膜厚を１０ｎｍ以下とすることによって、その上に積層されるＲｈ層を部分的にＴｉ層７０から露出させることができる。このため、導電性酸化物とのオーミック接触性に優れたＲｈ層が、透光性電極６と部分的に接してｐ型窒化物系半導体層４とのオーミック接触性を向上させることができる。すなわちパッド電極７において、Ｔｉ層７０及びその上に積層されるＲｈ層の２層で、ｎ側、ｐ側共通のオーミック接触層７１を構成することができる。さらに、光反射率の比較的に高いＲｈは、１０ｎｍ以下と薄膜なＴｉ層７０を透過した光を窒化物系半導体層側に反射することができるため、発光素子とした場合には光取り出し効率を向上させることもできる。

また、本実施形態においてはＴｉ層とＲｈ層の２層構造としたが、これに限定されず、より密着性に優れたＣｒ層とＰｔ層の２層構造としても良い。Ｃｒは、ｎ型窒化物系半導体層２及び導電性酸化物である透光性電極６への密着性がよく、またｎ型窒化物系半導体層２にオーミック接触可能な膜を形成する。ただ、Ｃｒは導電性酸化物を介してのｐ型窒化物系半導体層４へのオーミック接触性がない。詳しくは、Ｃｒは、加熱されるとｐ型窒化物系半導体層４へのオーミック接触性が失われる。窒化物系半導体発光素子１００は、例えば発光装置としてパッケージに実装される工程で、一般的に３００℃程度の加熱処理を経るため、このような熱で特性が劣化しないことを要する。しかし、Ｃｒ層は、その上に積層されるＰｔ層からの影響により、特に熱でＰｔ層に含まれるＰｔが後記するように拡散されることで、ｐ型窒化物系半導体層４へのオーミック接触性が向上される。

また、本実施形態に係る第二金属層７１ｂはＨｆ層であり、ボンディング層７３はＡｕ層である。パッド電極として使用する電極構造体には、ワイヤボンディング時の衝撃やボンディング後の剥離に対抗できる十分な強度が求められる。従来、電極構造の第二金属層７１ｂをタングステン（Ｗ）層とすることで、パッド電極の強度の向上を図っていたが、Ｗは高温、多湿の環境下では劣化し易く、信頼性に劣る問題があった。そこで、本実施の形態では第二金属層７１ｂとしてＷ層に代えてハフニウム（Ｈｆ）層を用いることで、Ｗ層と同等以上の強度を発揮しつつ、Ｗ層よりも信頼性を高めている。
（拡散防止層７２）

一方、Ｈｆ層を直接、ボンディング層であるＡｕ層と接触させると、ＨｆがＡｕ層に拡散されてボンディング層が劣化されるおそれがある。特に、パッド電極の密着力を向上させるために、電極形成時にアニーリング処理を行うことがあるが、この際、ＨｆがＡｕ層に拡散され、Ａｕ層に接続される金属ワイヤとの密着力が低下してしまう傾向にあった。そこで、好ましくは実施の形態２として図４に示すように、第二金属層７１ｂとボンディング層７３との間に、Ｈｆの拡散を防止する拡散防止層７２を介在させる。このような拡散防止層７２には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｔａから選択される少なくとも一の金属を含む。これにより、ボンディング層７３へのＨｆの拡散を抑制し、劣化を回避できる。特に、Ｒｕ、Ｒｈが好ましく、最も好適にはＲｕとする（理由は後述）。さらに拡散防止層７２の膜厚は、５０ｎｍ以上とすることが好ましい。このようにすることで、第二金属層７１ｂのＨｆがボンディング層７３のＡｕに拡散することを一層軽減できる。
（バリア層８１）

なお電極の表面は、金属ワイヤとの接合面を露出させると共に、周囲を絶縁性の保護膜９で被覆している。このような保護膜９にはＳｉＯ₂膜が好適に利用できる。一方、ＳｉＯ₂膜と電極構造体との密着性を向上させるため、ＳｉＯ₂膜の被覆部分には密着層８２としてＮｉ層が設けられる。また、Ｎｉ層をＡｕ層上面に直接設けると、Ａｕ層にＮｉが拡散する可能性があるため、拡散を防止するためのバリア層８１が設けられる。バリア層８１は、好ましくは拡散防止層７２と同じ金属で構成する。例えば拡散防止層７２をＲｕ層とする場合は、バリア層８１も同じくＲｕ層とする。このようにすることで、同様の拡散防止効果を発揮する層を統一させて、電極構造の製造時の効率を向上できる。図３〜図４の例では、電極上面の端縁で、保護膜９を設ける部位には、Ａｕ層の上面にＲｕ層とＮｉ層が被覆され、保護膜９の剥離を防止している。
（窒化物系半導体発光素子のパッド電極の製造方法）

本発明に係る窒化物系半導体発光素子のパッド電極の製造方法について、前記実施形態に係る窒化物系半導体発光素子の製造も含めて、図５を参照して一例を説明する。
（窒化物系半導体層の形成：Ｓ１０）

サファイア基板を基板１として、ＭＯＶＰＥ反応装置を用いて、基板１上に、ｎ型窒化物系半導体層２、活性領域３、及びｐ型窒化物系半導体層４を構成するそれぞれの窒化物系半導体を成長させる（図５のＳ１１、以下同様）。詳しくは、基板１上に、ｎ型窒化物系半導体層２を構成する、第１のバッファ層と、第２のバッファ層と、ｎ側コンタクト層と、第３のバッファ層と、ｎ側多層膜層とを成長させ、このｎ側多層膜層の上に活性領域３を成長させた後、さらにｐ型窒化物系半導体層４を構成する、ｐ側多層膜層と、ｐ側コンタクト層とを順に成長させる。窒化物系半導体の各層を成長させた基板１（以下、ウェハという）を装置の処理室内にて窒素雰囲気で、６００〜７００℃程度のアニールを行って、ｐ型窒化物系半導体層４を低抵抗化する（Ｓ１２）。
（ｎ側電極用コンタクト領域の形成：Ｓ２０）

ｎ側電極（ｎ側パッド電極）７ｎを接続するためのコンタクト領域として、ｎ型窒化物系半導体層２の一部を露出させる。アニール後のウェハ上にフォトレジストにて所定の形状のマスクを形成して（Ｓ２１）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）にて、ｐ型窒化物系半導体層４及び活性領域３、さらにｎ型窒化物系半導体層２のｎ側多層膜層、第３のバッファ層を除去して、その表面にｎ側コンタクト層を露出させる（Ｓ２２）。エッチングの後、レジストを除去する（Ｓ２３）。なお、コンタクト領域と同時に、窒化物系半導体発光素子１００（チップ）の周縁部（スクライブ領域）をエッチングしてもよい（図２参照）。
（透光性電極６の形成：Ｓ３０）

ウェハの全面に、透光性電極６としてＩＴＯ膜をスパッタリング装置にて成膜する（Ｓ３１）。そして、フォトレジストにて、ＩＴＯ膜上にその下のｐ型窒化物系半導体層４の平面視形状（図１参照）に対応した形状のマスクを形成し（Ｓ３２）、エッチングして（Ｓ３３）、ｐ型窒化物系半導体層４上に透光性電極６を形成する。エッチングの後、レジストを除去する（Ｓ３４）。次に、窒素雰囲気で５００℃程度のアニールを行って、透光性電極６（ＩＴＯ膜）のｐ型窒化物系半導体層４とのオーミック接触性、及び前記コンタクト領域の露出させたｎ型窒化物系半導体層２の、ｎ側パッド電極７ｎへのオーミック接触性を、それぞれ向上させる（Ｓ３５）。
（パッド電極の形成：Ｓ４０）

露出させたｎ型窒化物系半導体層２上、及び透光性電極６のそれぞれにおける所定領域を空けたマスクをフォトレジストにて形成し（Ｓ４１）、このマスクの上から、スパッタリング装置にて、パッド電極７ｎ，７ｐを構成するＴｉ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ａｕ、さらに下地層８を構成するＲｕ，Ｎｉの計６層の金属膜をそれぞれ所定の膜厚ずつ連続的に成膜する（Ｓ４２）。その後、レジストをその上の金属膜ごと除去する（Ｓ４３）と、前記の所定領域にｎ側パッド電極７ｎ、ｐ側パッド電極７ｐが形成され（リフトオフ法）、またその上に、同じ平面視形状でＲｕ，Ｎｉの２層の膜が積層された状態となる。
（熱処理：Ｓ４４）

窒素雰囲気で、ウェハに熱処理（アニール）を施して、パッド電極７のｎ型窒化物系半導体層２および透光性電極６への密着性を向上させる。Ｔｉ層７０及びＲｈ層のそれぞれの厚さにもよるが、熱処理の温度は、２８０℃以上とすることが好ましい。一方、温度が高過ぎると、窒化物系半導体層２，３，４が熱で劣化して、ｎ型窒化物系半導体層２及びｐ型窒化物系半導体層４の方のオーミック接触性が低下し、さらに、窒化物系半導体発光素子１００の発光強度が低下する等の虞があるため、熱処理の温度は５００℃以下とすることが好ましい。また、処理時間は、温度及びＴｉ層７０等の厚さに応じて設定されるが、１０〜２０分間程度が好ましい。
（保護膜９の形成：Ｓ５０）

ウェハの全面に、保護膜９としてＳｉＯ₂膜をスパッタリング装置にて成膜する（Ｓ５１）。パッド部としてパッド電極７ｎ，７ｐ上のＲｕ，Ｎｉの膜上の所定領域を空けたマスクをフォトレジストにて形成し（Ｓ５２）、ＳｉＯ₂膜をエッチングした（Ｓ５３）後、レジストを除去する（Ｓ５４）。残ったＳｉＯ₂膜（保護膜９）をマスクとしてＮｉ，Ｒｕをエッチングして、パッド部にボンディング層（Ａｕ層）７３を露出させる（Ｓ５５）。

ウェハをスクライブやダイシング等で分離して、１個の窒化物系半導体発光素子１００（チップ）となる。また、チップに分離する前に、ウェハの裏面から基板１を研削（バックグラインド）して所望の厚さとなるまで薄く加工してもよい。

以上の工程による本発明に係る窒化物系半導体発光素子のパッド電極の製造方法は、前記の実施形態に係る窒化物系半導体発光素子について、ｐ側、ｎ側のそれぞれにパッド電極を同時に形成することができるため、生産性が向上する。

なお、本発明に係る窒化物系半導体発光素子のパッド電極は、ｐ側、ｎ側の一方のパッド電極のみに適用されて、このとき他方のパッド電極は従来公知の構造（例えばｎ側：Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、ｐ側：Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ）としてもよい。また、本発明に係る窒化物系半導体発光素子のパッド電極は、前記実施形態（図１参照）に係る窒化物系半導体発光素子に限らず、例えばｎ側電極を導電性基板の裏面（下面）側に設けた窒化物系半導体発光素子に適用することもできる（図示せず）。
［実施例］

窒化物系半導体発光素子を作製し、パッド電極の構造について本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
（窒化物系半導体発光素子の作製）

図１及び図２に示す構造の窒化物系半導体発光素子１００を作製した。平面視形状（図１参照）は、窒化物系半導体発光素子１００全体がＸ（横）４２０μｍ×Ｙ（縦）２４０μｍ、そのうちｐ型窒化物系半導体層４の領域（ｎ側電極用コンタクト領域を内包する概形）がＸ：３７０μｍ×Ｙ：１９０μｍであり、ｎ側、ｐ側の各パッド電極７ｎ，７ｐが径９０μｍ（パッド部径８０μｍ）とした。また、パッド電極７ｎ，７ｐの中心位置は、Ｙ方向全幅の中心に揃え、Ｘ方向はｎ側パッド電極７ｎがｐ型窒化物系半導体層４の領域における端から５０μｍ、ｐ側パッド電極７ｐが同端（反対側）から６０μｍであり、両パッド電極７ｎ，７ｐ中心間距離が２６０μｍであった。
（窒化物系半導体層の形成）

３インチφのサファイア（Ｃ面）からなる基板１上に、ＭＯＶＰＥ反応装置にて温度及びガス種を切り替えて、バッファ層、ｎ型窒化物系半導体層２、活性領域３、ｐ型窒化物系半導体層４を構成するそれぞれの窒化物系半導体を順次成長させた。窒化物系半導体の各層を成長させた基板１（以下、ウェハという）を、ＭＯＶＰＥ反応装置の処理室にて窒素雰囲気として、６００℃のアニールを行った。
（ｎ側電極用コンタクト領域の形成）

ウェハを処理室から取り出し、ｐ型窒化物系半導体層４上に所定の形状のレジストマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置で、図２に示すように、ｐ型窒化物系半導体層４及び活性領域３、さらにｎ型窒化物系半導体層２のｎ側コンタクト層が露出するまでエッチングを行い、レジストを除去した。
（透光性電極６の形成）

ウェハをバッファードフッ酸（ＢＨＦ、フッ酸／フッ化アンモニウム水溶液）に室温で浸漬した後、スパッタリング装置にて膜厚１７０ｎｍのＩＴＯを成膜した。詳しくはＩｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂との焼結体からなる酸化物ターゲットを用い、Ａｒ雰囲気で放電を行ってＩＴＯ膜をウェハ上に形成した。そして、ｐ型窒化物系半導体層４上のほぼ全面にＩＴＯ膜が残るように、レジストマスクを形成してエッチングを行い、レジストを除去した。そして、ＩＴＯ膜のオーミック接触性を向上させるため、窒素雰囲気で５００℃のアニールを行い、透光性電極６とした。
（パッド電極の形成）

ｎ側電極用コンタクト領域のｎ型窒化物系半導体層２（ｎ側コンタクト層）上、及び透光性電極６上のそれぞれの所定の領域を空けたレジストマスクを形成し、スパッタリング装置にて、ウェハ上に、パッド電極７（７ｎ，７ｐ）用のＴｉ，Ｒｈ，Ｈｆ，拡散防止層，Ａｕ、及び保護膜９の下地層８となるＲｕ，Ｎｉを連続的に順次成膜した。そして、レジストを除去し（リフトオフ）、ｎ側、ｐ側の各パッド電極７ｎ，７ｐの平面視形状（図１参照）の６層膜を形成した。パッド電極７の構成は表１に示す通りであり、実施例１は拡散防止層なしとし、実施例２は拡散防止層としてＲｈ層、実施例３は拡散防止層としてＲｕ層を有する構成とした。
（パッド電極の熱処理）

その後、アニール炉にて窒素雰囲気でウェハにアニールを施した。なお、アニールは１０分間単位で行い、２０分間行う場合は２回行った。
（保護膜９の形成）

ウェハ上の全面に保護膜９として、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ₂膜を成膜した。パッド電極７ｎ，７ｐ上のパッド部とする領域を空けたレジストマスクを形成して、ＳｉＯ₂膜をエッチングし、レジストを除去した。さらに下地層８のＮｉ，Ｒｕをエッチングして、パッド電極７ｎ，７ｐのＡｕ層７３を露出させ、窒化物系半導体発光素子１００とした。また、バックグラインド加工にて、ウェハの裏面から基板を研削して総厚８５μｍとした。
（実施例１〜３密着性の加速試験）

上記構造により、ｐ側パッド電極と透光性電極との密着性を確認するために、ワイヤボンディング加速試験による評価を行った。ここでは、金属ワイヤの剥離試験として、ＬＥＤチップ１０００個程度にワイヤボンディング装置（ＫＡＩＪＯ製ＦＢ−１５０ＤＧＩＩ）を用いて、φ３０μｍのＡｕワイヤをパッド電極にボンディングし、その際にｐ側パッド電極が下地（ＩＴＯ膜）から剥がれたサンプル、及び下地から剥れなくてもｐ側パッド電極を構成する各層間で剥離が発生したサンプルの個数を測定した。また、ワイヤボンディング装置においては、加速的な剥がれ試験を行なうために、ボンディング時の荷重を通常よりも高い値の４０ｇｆに設定し、さらに、ボンディングする位置についても通常よりずらした位置に設定して試験を行った。

具体的な条件としては、実施例１では、透光性電極であるＩＴＯ層上に電極構造体として、第一金属層７１ａとしてＴｉ層７０およびＲｈ層、第二金属層７１ｂとしてＨｆ層、ボンディング層７３としてＡｕ層を積層した。ここで各層の膜厚は、１．５ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、５５０ｎｍとしている。また実施例２として、Ｈｆ層とＡｕ層の間に拡散防止層７２として膜厚７５ｎｍのＲｕ層を追加した。さらに実施例３として、拡散防止層７２としてＲｕ層に代えて、膜厚７５ｎｍのＲｈ層を用いた他、実施例２と同じ条件で電極構造体を作成した。一方比較例１として、第二金属層７１ｂ及び拡散防止層７２を省いてＲｈ層の第一金属層７１ａ上に直接Ａｕ層のボンディング層７３を形成した。またこれらの例において、いずれも窒素雰囲気中で４００℃にてアニーリング処理を行った。この結果を図６に示す。この図に示す通り、比較例１では剥離率が７４．７％に達したのに対し、実施例１では０．３％、実施例２では０．４％、実施例３では０．４％に抑制することができ、いずれも高い密着力を得ており、本発明の有用性が確認された。
（拡散防止効果確認試験）

次に、拡散防止層７２を追加することによるアニーリング処理時の拡散防止効果を確認した。ここでは、上記実施例１、２、３に対して熱履歴によるグロー放電発光分光分析装置（ＧＤＳ）で評価を行い、その結果を図７と表１の星取り表に示す。表１において、○は拡散無し、△は若干の拡散、×は拡散有り、をそれぞれ示している。これらの図表に示すように、熱が加えられる程Ａｕ層にＨｆが拡散する量が増大しているが、拡散防止層７２を用いることで実使用温度ではＨｆ層がＡｕ層に拡散する現象を抑えることができ、パッド電極の密着力を維持できることが確認された。特にＲｕ層を用いた実施例３は、さらに高温域でも拡散を抑制でき、高いバリア性を発揮できることを確認した。

以上のようにして、電極構造体からＷを除くことで優れた信頼性が得られる。特に第二金属層７１ｂとしてＨｆ層を用いることで、Ｗ層と同等以上のパッド電極の強度を得ることができた。また、パッド電極の密着力を向上させるためにアニーリング処理を行った際、Ｈｆがボンディング層７３に拡散されるのを、拡散防止層７２によって軽減でき、ボンディング層７３に接続されるワイヤとの密着力が低下してしまう事態を抑制できる。

本発明の窒化物系半導体発光素子は、照明用光源、発光素子、発光素子を光源としてドットマトリックス状に配置したＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、イメージスキャナ等の各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。

１００…発光素子
１…基板
２…ｎ型半導体層
３…活性領域
４…ｐ型半導体層
６ａ…透光性電極
６ｂ…ｐ側パッド電極
７…パッド電極；７ｎ…ｎ側電極；７ｐ…ｐ側電極
９…保護膜
１０…半導体構造
７０…Ｔｉ層
７１…オーミック接触層；７１ａ…第一金属層；７１ｂ…第二金属層７１ｂ
７２…拡散防止層
７３…ボンディング層
８１…バリア層
８２…密着層

Claims

窒化物系の半導体層と、
前記半導体層上に設けられた、複数の金属層を積層して構成される電極構造と、
を備える窒化物系半導体発光素子であって、
前記電極構造は、
前記半導体層側に配置される第一金属層と、
前記第一金属層上に配置される第二金属層と、
前記第二金属層上に配置されるボンディング層と、
を含み、
前記第一金属層は、前記半導体層側から順に配置されたＴｉ層とＲｈ層との２層からなり、前記Ｒｈ層は前記Ｔｉ層から部分的に露出しており、
前記第二金属層は、Ｈｆを含み、
前記ボンディング層は、Ａｕを含み、
前記電極構造はさらに、前記第二金属層とボンディング層との間に、Ｒｕを含む拡散防止層を有することを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子であって、
前記拡散防止層の膜厚が、５０ｎｍ以上であることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。