JPH10303460A

JPH10303460A - 半導体素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10303460A
Application number: JP4211798A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nitta; 田康一新; Haruhiko Okazaki; 崎治彦岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ｐ型化合物半導体に対して、十分な付着強度
を有し、かつ接触抵抗が低く、さらに、半導体層と合金
化が生じにくい電極構造を有する半導体発光素子を提供
することを目的とするものである。【解決手段】ｐ型半導体に対して付着強度の高い第１
の金属層と、ｐ型半導体に対するドーパントであるＩＩ
族元素を含んだ第２の金属層とを積層し、熱処理するこ
とによって、第２の金属層のＩＩ族元素をｐ型半導体層
に拡散させて接触抵抗を低下させる。第１の金属層にＩ
Ｉ族元素を予め含有させても良い。このようにすれば、
電極の付着強度を維持しつつ、接触抵抗を低下すること
ができる。しかも、素子の劣化の原因となるＡｕなどの
金属が拡散侵入しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子および
その製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、密着
性が良好でかつ接触抵抗の低いｐ側電極を有する化合物
からなる半導体素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体を材料とした光デバイスや
電子デバイスなどの半導体素子は、種々の応用分野にお
いて広く利用されている。これらのうちで光デバイスと
しては、例えば発光ダイオードや半導体レーザ、フォト
ダイオードなどを挙げることができる。また、電子デバ
イスとしては、例えば電界効果型トランジスタやバイポ
ーラトランジスタ、ダイオードなどを挙げることができ
る。以下の説明では、発光素子を例に挙げて説明する。

【０００３】赤〜緑色の波長帯において発光する半導体
発光素子は、各種表示装置や光ディスクの読みとり装置
などの広範な分野において利用されている。また、青色
の発光素子は、各種光ディスクの記録容量を倍増させ、
表示装置のフルカラー化を可能にすることができるため
に、急速に開発が進められている。

【０００４】これらのＬＥＤや半導体レーザ等の半導体
発光素子では、外部から駆動電流を供給するための電極
部が素子の諸特性に対して非常に重要な役割を有する。
特に、ｐ型の半導体層に対しては、一般的に良好なオー
ミック接触が得られにくい等の事情があるために、その
電極の構造や材料の選定は特に重要である。

【０００５】例えば、近年、高輝度の青色発光素子とし
て注目されている窒化物系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
素子の場合には、そのｐ側の半導体層としてＩｎ_x Ｇａ
_y Ａｌ_1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）が一般
的に用いられ、この半導体層に対する電極材料として
は、Ａｕが多用されている。また、Ａｕ以外の電極材料
としては、Ｎｉ、ＰｔあるいはＡｇが用いられている。

【０００６】一方、赤色〜緑色の波長帯域で発光するリ
ン系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子の場合には、ｐ型
半導体層としてＩｎ_x'Ｇａ_y'Ａｌ_1-x'-y' Ｐ（０≦
ｘ’，ｙ’≦１，ｘ’＋ｙ’≦１）が一般的に用いられ
ている。そして、この半導体層に対する電極材料として
は、従来種々の金属が検討され、ＡｕＺｎが最も一般的
に用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ｐ型Ｉｎ_x Ｇ
ａ_y Ａｌ_1-x-yＮについて電極材料としてＡｕを使用し
た場合には、接触抵抗が高く、しかも、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａ
ｌ_1-x-y Ｎ層との付着強度が十分でないために、素子抵
抗の増加や電極の剥離などが生じやすいという問題があ
った。従って、素子の初期特性のみならず、信頼性も低
下するという問題が生じやすかった。さらに、電極の付
着強度が十分でないと、いわゆるフリップ・チップ実装
を実施することが困難となる。従って、フリップ・チッ
プ実装により得られる、電気的、光学的な諸特性の向上
や実装寸法の縮小などを実現することができないという
問題があった。

【０００８】一方、ｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_1-x-y Ｎにつ
いて電極材料としてＮｉを使用した場合には、Ａｕを使
用した場合と比較すると付着強度が改善される。しか
し、Ｎｉ電極は接触抵抗が高いという問題を有する。す
なわち、Ｎｉ電極を用いてＬＥＤを作製し、電流−電圧
特性を評価すると、２０ｍＡにおける微分抵抗が数１０
０Ωと高い。半導体レーザの場合は、ＬＥＤよりも電流
密度が高いため、電極の接触抵抗をさらに小さくする必
要がある。従って、半導体レーザの場合は、電流−電圧
特性における微分抵抗がさらに大きくなる。その結果と
して、レーザの動作電圧が上昇し、発熱により発振しき
い値が上昇したり、光出力が飽和するという問題があっ
た。すなわち、半導体レーザの温度特性が低下し、高温
における動作が困難となるという問題があった。

【０００９】上述したような問題は、Ｎｉの場合だけで
なく、ＰｔやＡｇを電極材料として用いる場合にも同様
に生じていた。

【００１０】一方、Ｉｎ_x'Ｇａ_y'Ａｌ_1-x'-y' Ｐ系の半
導体の場合には、電極金属であるＡｕＺｎを堆積した後
に、約４００℃で１０分程度の熱処理を施すことによ
り、オーミック接触を形成して接触抵抗を低下させる方
法が用いられている。しかし、このようにして作製され
た発光素子を長時間に渡って動作させると、電極金属中
のＡｕがコンタクト層であるＩｎ_x'Ｇａ_y'Ａｌ_1-x'-y'
Ｐ層の内部に徐々に拡散侵入して結晶欠陥を形成する。
そして、このような結晶欠陥は、通電発光動作を継続す
るに従って成長し、発光層にまで達していわゆるＤＬＤ
（ｄａｒｋｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔ）などを形成する
ことにより素子の発光特性を劣化させるという問題があ
った。

【００１１】以上説明したような従来技術の問題点は、
すべて、発光素子の電極が、付着強度と、接触抵抗、お
よび半導体コンタクト層との合金化の抑制という要求を
両立し得ないことに起因する。また、電界効果型トラン
ジスタやバイポーラトランジスタなどの電子デバイスに
おいても、ｐ型コンタクトの部分において付着強度と接
触抵抗とを両立することが同様に困難であった。その結
果として、高周波特性などの種々の初期特性と、機械的
衝撃や熱に対する耐久性などの素子の信頼性とを併せて
改善することが困難であった。

【００１２】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
である。すなわち、本発明は、ｐ型化合物半導体に対し
て、十分な付着強度を有し、かつ接触抵抗が低く、さら
に、半導体層と合金化が生じにくい電極構造を有する半
導体素子およびその製造方法を提供することを目的とす
るものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
半導体素子は、複数の化合物半導体層を積層した積層構
造体の表面のｐ型コンタクト領域の上に実質的にＩＩ族
元素を含まない第１の金属層を堆積し、前記第１の金属
層の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含
む第２の金属層を堆積した後に、熱処理された半導体発
光素子であって、前記第２の金属層に含まれている前記
ＩＩ族元素以外の前記金属元素は、前記第１の金属層を
介して前記ｐ型コンタクト領域まで実質的に拡散してお
らず、前記第２の金属層に含まれていた前記ＩＩ族元素
の一部は前記第１の金属層を介して前記ｐ型コンタクト
領域に拡散侵入して、前記ｐ型コンタクト領域の表面キ
ャリア濃度を上昇させることにより、前記ｐ型コンタク
ト領域と前記第１の金属層との接触抵抗が低減するもの
として構成される。

【００１４】または、本発明の半導体素子は、複数の化
合物半導体層を積層した積層構造体の表面のｐ型コンタ
クト領域の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素
とを含む第１の金属層を堆積し、前記第１の金属層の上
にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含む第２
の金属層を堆積した後に、熱処理された半導体素子であ
って、前記第２の金属層に含まれている前記ＩＩ族元素
以外の前記金属元素は、前記第１の金属層を介して前記
ｐ型コンタクト領域まで実質的に拡散しておらず、前記
第１の金属層に含まれていた前記ＩＩ族元素の一部は前
記ｐ型コンタクト領域に拡散侵入して、前記ｐ型コンタ
クト領域の表面キャリア濃度を上昇させることにより、
前記ｐ型コンタクト領域と前記第１の金属層との接触抵
抗が低減するものとして構成される。

【００１５】あるいは、本発明による半導体発光素子
は、複数の化合物半導体層を積層した積層構造体と、こ
の積層構造体におけるｐ型コンタクト領域上に堆積され
た第１の金属層と、前記第１の金属層の上に堆積された
ＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含む第２の
金属層と、を有し、前記第１の金属層と前記第２の金属
層とを堆積した後の熱処理により、前記ｐ型コンタクト
領域は、第２の金属層に含まれていた前記ＩＩ族元素の
一部が前記第１の金属層を介してこのｐ型コンタクト領
域に拡散侵入して、このｐ型コンタクト領域の表面キャ
リア濃度を上昇させて、このｐ型コンタクト領域と前記
第１の金属層との接触抵抗が低減させられ、前記第２の
金属層に含まれている前記ＩＩ族元素以外の前記金属元
素は、前記第１の金属層のバリア機能によって、このｐ
型コンタクト領域への拡散が阻止されているものとして
構成され。

【００１６】または、本発明の半導体素子は、複数の化
合物半導体層を積層した積層構造体と、この積層構造体
におけるｐ型コンタクト領域上に堆積されたＩＩ族元素
とＩＩ族元素以外の金属元素とを含む第１の金属層と、
前記第１の金属層の上に堆積されたＩＩ族元素とＩＩ族
元素以外の金属元素とを含む第２の金属層と、を備え、
前記第１の金属層と前記第２の金属層とを堆積した後の
熱処理により、前記ｐ型コンタクト領域は、第１の金属
層に含まれていた前記ＩＩ族元素の一部が前記ｐ型コン
タクト領域に拡散侵入して、このｐ型コンタクト領域の
表面キャリア濃度を上昇させて、このｐ型コンタクト領
域と前記第１の金属層との接触抵抗が低減させられ、前
記第２の金属層に含まれている前記ＩＩ族元素以外の前
記金属元素は、前記第１の金属層のバリア機能によっ
て、このｐ型コンタクト領域への拡散が阻止されている
ものとして構成される。

【００１７】ここで、本発明の望ましい実施の形態とし
ては、前述の第１または第２の半導体発光素子におい
て、前記ｐ型コンタクト領域は、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ
_1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）からなること
を特徴とする。

【００１８】または、本発明の望ましい実施の系他いと
しては、前述の第１または第２の素子において、前記ｐ
型コンタクト領域は、Ｉｎ_x'Ｇａ_y'Ａｌ_1-x'-y' Ｐ（０
≦ｘ’，ｙ’≦１，ｘ’＋ｙ’≦１）からなることを特
徴とする。

【００１９】さらに、本発明の望ましい実施の形態とし
ては、前述の素子において、前記第１の金属層は、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、
窒化チタン、窒化タングステン或いは珪化チタンのうち
の少なくともいずれかよりなることを特徴とする。

【００２０】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の素子において、前記第２の金属層は、ＩＩ族
元素と、前記ＩＩ族元素よりも平衡蒸気圧が低い金属と
の合金からなることを特徴とする。

【００２１】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の素子において、前記ＩＩ族元素は、Ｚｎまた
はＭｇのいずれかであることを特徴とする。

【００２２】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の素子において、前記第１の金属層の膜厚は１
ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする。

【００２３】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の素子において、前記第２の金属層の膜厚は２
ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする。

【００２４】一方、本発明による半導体素子の製造方法
は、表面の少なくとも一部分にｐ型コンタクト領域を有
する半導体ウェーハの前記ｐ型コンタクト領域の上に実
質的にＩＩ族元素を含まない第１の金属層を堆積する工
程と、前記第１の金属層の上にＩＩ族元素を含む第２の
金属層を堆積する工程と、前記半導体ウェーハを熱処理
することにより、前記第２の金属層に含まれている前記
ＩＩ族元素を前記第１の金属層を介して前記ｐ型コンタ
クト領域に拡散させて前記ｐ型コンタクト領域の表面キ
ャリア濃度を上昇させる工程と、を備えたことを特徴と
する。

【００２５】または、本発明による半導体素子の製造方
法は、表面の少なくとも一部分にｐ型コンタクト領域を
有する半導体ウェーハの前記ｐ型コンタクト領域の上に
ＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含む第１の
金属層を堆積する工程と、前記第１の金属層の上にＩＩ
族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含む第２の金属
層を堆積する工程と、前記半導体ウェーハを熱処理する
ことにより、前記第１の金属層に含まれている前記ＩＩ
族元素を前記ｐ型コンタクト領域に拡散させて前記ｐ型
コンタクト領域の表面キャリア濃度を上昇させる工程
と、を備えたことを特徴とする。

【００２６】あるいは、本発明による方法は、表面の少
なくとも一部分にｐ型コンタクト領域を有する半導体ウ
ェーハの前記ｐ型コンタクト領域に実質的にＩＩ族元素
を含まない第１の金属層を堆積する工程と、前記第１の
金属層の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素と
を含む第２の金属層を堆積する工程と、前記半導体ウェ
ーハを熱処理することにより、前記第２の金属層に含ま
れている前記ＩＩ族元素以外の前記金属元素は前記第１
の金属層を介して前記ｐ型コンタクト領域まで実質的に
拡散させず、前記第２の金属層に含まれている前記ＩＩ
族元素は前記第１の金属層を介して前記ｐ型コンタクト
領域に拡散させて、前記ｐ型コンタクト領域のキャリア
濃度を上昇させることにより、前記ｐ型コンタクト領域
と前記第１の金属層との接触抵抗を低減する工程と、を
備えたことを特徴とする。

【００２７】または、本発明による本発明は、表面の少
なくとも一部分にｐ型コンタクト領域を有する半導体ウ
ェーハの前記ｐ型コンタクト領域にＩＩ族元素とＩＩ族
元素以外の金属元素とを含む第１の金属層を堆積する工
程と、前記第１の金属層の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素
以外の金属元素とを含む第２の金属層を堆積する工程
と、前記半導体ウェーハを熱処理することにより、前記
第２の金属層に含まれている前記ＩＩ族元素以外の前記
金属元素は前記第１の金属層を介して前記ｐ型コンタク
ト領域まで実質的に拡散させず、前記第１の金属層に含
まれている前記ＩＩ族元素は前記ｐ型コンタクト領域に
拡散させて、前記ｐ型コンタクト領域のキャリア濃度を
上昇させることにより、前記ｐ型コンタクト領域と前記
第１の金属層との接触抵抗を低減する工程と、を備えた
ことを特徴とする。

【００２８】ここで、本発明の望ましい実施の形態とし
ては、前述の方法において、前記半導体ウェーハは、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする。

【００２９】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の方法において、前記ｐ型コンタクト領域は、
Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_1-x-yＮ（０≦ｘ，ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦
１）からなることを特徴とする。

【００３０】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の方法において、前記ｐ型コンタクト領域は、
Ｉｎ_x'Ｇａ_y'Ａｌ_1-x'-y' Ｐ（０≦ｘ’，ｙ’≦１，
ｘ’＋ｙ’≦１）からなることを特徴とする。

【００３１】また、本発明の望ましい実施の形態とてし
ては、前述の方法において、前記第１の金属層は、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、
窒化チタン、窒化タングステン或いは珪化チタンのうち
の少なくともいずれかよりなることを特徴とする。

【００３２】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の方法において、前記第２の金属層は、ＩＩ族
元素と、前記ＩＩ族元素よりも平衡蒸気圧が低い金属と
の合金からなることを特徴とする。

【００３３】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の方法において、前記ＩＩ族元素は、Ｚｎまた
はＭｇのいずれかであることを特徴とする。

【００３４】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の方法において、前記第１の金属層の膜厚は１
ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする。

【００３５】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の方法において、前記第２の金属層の膜厚は２
ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする。

【００３６】また、本発明の望ましい実施の形態として
は、前述の方法において、前記熱処理は、４００℃〜６
００℃の温度で１０秒間〜１０分間の間施すことを特徴
とする。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明は、ｐ型半導体に対して付
着強度の高い第１の金属層と、ｐ型半導体に対するドー
パントであるＩＩ族元素を含んだ第２の金属層とを積層
し、熱処理することによって、第２の金属層のＩＩ族元
素をｐ型半導体層に拡散させて接触抵抗を低下すること
をひとつの特徴としている。このようにすれば、電極の
付着強度を維持しつつ、接触抵抗を低下することができ
る。ここで、半導体に対して付着強度の高い第１の金属
層は、ＩＩ族元素を含まない状態で積層させた後に第２
の金属層からＩＩ族元素を拡散させても良く、または、
予めＩＩ族元素を含んだ状態で積層させ、その含有する
ＩＩ族元素を半導体のコンタクト層に拡散させても良
い。

【００３８】以下に図面を参照しながら本発明の実施の
形態を説明する。図１は、本発明による第１の半導体素
子の構成を表す概略断面図である。すなわち、同図に示
した発光素子１０は、青色の波長帯において発光する窒
化ガリウム系発光素子である。発光素子１０は、サファ
イア基板１２上に積層された多層構造を有する。サファ
イア基板１２上には、まずバッファ層１４が堆積されて
いる。このバッファ層１４の材料は、例えばＩｎ_x Ｇａ
_y Ａｌ_1-x-y Ｎとすることができる。

【００３９】このバッファ層１４の上には、ｎ型コンタ
クト層１６、ｎ型クラッド層１８、活性層２０、ｐ型ク
ラッド層２２およびｐ型コンタクト層２４がこの順序で
形成されている。ｎ型コンタクト層１６は、ｎ側電極３
４とのオーミック接触を確保するように高いキャリア濃
度を有するｎ型の半導体層であり、その材料は、例え
ば、Ｉｎ_xＧａ_y Ａｌ_1-x-yＮとすることができる。ｎ
型クラッド層１８およびｐ型クラッド層２２は、それぞ
れ活性層２０に光と注入キャリアを閉じこめる役割を有
し、活性層よりも低い屈折率でバンドギャップが大きい
性質を有することが必要とされる。その材料は、例え
ば、活性層２０よりもバッドギャップの大きいＩｎ_x Ｇ
ａ_y Ａｌ_1-x-y Ｎとすることができる。

【００４０】活性層２０は、発光素子に電流として注入
された電荷が再結合することにより発光を生ずる半導体
層である。その材料としては、例えば、アンドープのＩ
ｎ_xＧａ_y Ａｌ_1-x-yＮを用いることができる。

【００４１】ｐ型コンタクト層２４は、ｐ側電極とのオ
ーミック接触を確保するように高いキャリア濃度を有す
るｐ型の半導体層であり、その材料は、例えば、Ｉｎ_x
Ｇａ_y Ａｌ_1-x-yＮとすることができる。

【００４２】ｐ型コンタクト層２４の上には、第１の金
属層２６と、第２の金属層２８とがこの順序で積層され
ている。第１の金属層２６は、ｐ型コンタクト層２４と
の付着強度の高い材料からなることが望ましい。第１の
金属層のためには、例えば、Ｎｉを１〜５０ｎｍの厚さ
で堆積することができる。また、第２の金属層２８のた
めには、例えば、ＩＩ族元素を含むＡｕを２〜５０ｎｍ
の厚さで堆積することができる。但し、これらの金属を
堆積した後に熱処理が施されているので、第１の金属層
の中にも、ＩＩ族元素やＡｕなどの成分がある程度は含
まれている。また、第１の金属層２６と第２の金属層２
８は、その界面が合金化している場合もある。そして、
ＩＩ族元素は、第１の金属層２６を介してｐ型コンタク
ト層２４の中に拡散侵入し、その表面キャリア濃度を上
昇させている。

【００４３】また、ｐ型コンタクト層２４の上の一部分
には、電流阻止層３０が形成されている。電流阻止層３
０の上にはＴｉ／Ａｕ等のＡｕ系電極やＣｒ／Ａｕ３２
が堆積され、その一部分は第２の電極２８と接触してい
る。Ｔｉ／ＡｕやＣｒ／Ａｕ等のＡｕ系電極３２は、ボ
ンディング・パッドとしての役割を有し、駆動電流を素
子に供給するためのワイアがボンディングされる。

【００４４】電流阻止層３０は、Ｔｉ／ＡｕやＣｒ／Ａ
ｕ等のＡｕ系電極３２の下部で発光が生ずるのを抑制す
る役割を有する。

【００４５】すなわち、図１に示した発光素子では、活
性層で生じた発光を金属層２６および２８を透過して上
方に取り出すようにされている。しかし、ボンディング
・パッド部３２では電極の厚さが厚いために光を透過さ
せることができない。従って、電極３２の下で生ずる発
光は、外部に取り出すことができず無駄となる。そこ
で、電流阻止層３０を設けることにより、電極３２の下
に駆動電流が注入されないようにして、光の取り出し効
率を向上させるようにしている。

【００４６】また、ｎ型コンタクト層１６の上には、ｎ
側電極３４およびボンディング・パッド３２が積層され
ている。ｎ側電極３４としては、例えば、Ｔｉ／Ａｕ，
Ｔｉ／Ａｌを用いることができる。ボンディング・パッ
ド３２はＡｕを堆積することにより形成することができ
る。さらに、ボンディング・パッド３２以外の表面部分
は、酸化シリコン層４５により覆われている。

【００４７】次に、図１に示した発光素子１０の製造工
程について概略的に説明する。図２〜図４は、本発明に
よる発光素子１０の製造工程を表す概略工程断面図であ
る。

【００４８】発光素子１０の製造に際しては、まず、図
２（ａ）に示したように、サファイア基板１２上に各半
導体層１４〜２４を順次エピタキシャル成長する。この
成長方法としては、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ法）や分子線エピタキシー（ＭＢＥ法）を用いる
ことができる。

【００４９】次に、図２（ｂ）に示したように、その最
上層２４の表面にドライ・エッチング用マスクの酸化シ
リコン膜４０を堆積する。

【００５０】次に、図２（ｃ）に示したように、レジス
ト４１を用いて酸化シリコン膜４０をパターニングす
る。

【００５１】続いて、図２（ｄ）に示したように、酸化
シリコン膜４０及びレジスト４１をマスクにして、半導
体層の一部分をｎ側コンタクト層１６の層中までドライ
・エッチングする。

【００５２】次に、図３（ａ）に示したように、酸化シ
リコン膜４０及びレジスト４１を剥離する。

【００５３】続いて、図３（ｂ）に示したように、酸化
シリコン膜３０を堆積し、レジスト４３によってパター
ニングして、ｎ側電極パターニング用のマスクを形成す
る。次に、図３（ｃ）に示したように、ｎ側電極３４と
して、例えばＴｉとＡｕをこの順序で蒸着し、レジスト
４３を用いてリフト・オフすることにより、パターニン
グする。さらに、熱処理することにより、ｎ側電極３４
のオーミック接触を形成する。

【００５４】次に、図３（ｄ）に示したように、再びレ
ジスト４４を堆積し、パターニングして、ｐ側電極をパ
ターニングするためのマスクを形成する。

【００５５】そして、図４（ａ）に示したように、ｐ側
電極として、第１の金属層２６’及び第２の金属層２
８’を堆積し、レジスト４４を用いてリフト・オフする
ことにより、パターニングする。これらの金属層２６’
および２８’は、その後に熱処理が施されて、それぞ
れ、第１の金属層２６および第２の金属層２８となる。

【００５６】第１の金属層２６’は、Ｎｉなどの金属を
電子ビーム蒸着法やスパッタ法などの方法により堆積し
て形成することができる。一方、第２の金属層２８’
は、ＩＩ族元素を含んだＡｕＺｎなどの合金を原料とし
て抵抗加熱蒸着法などの方法によるか、または、ＩＩ族
元素とそれ以外の金属とをそれぞれ蒸発源とした多元蒸
着法によっても形成することができる。

【００５７】ここで、第２の金属層２８’の材料として
例えばＡｕＺｎを選択した場合は、Ａｕに比べてＺｎの
平衡蒸気圧が高い。従って、ＡｕＺｎ合金を原料として
抵抗加熱法によって蒸着すると、ＡｕよりもＺｎのほう
が優先的に蒸発して、第１の金属層２６’との界面付近
にＺｎの組成の高い領域を形成する傾向がある。このよ
うにＺｎの組成が第１の金属層に近い位置に偏っている
と、前述したようなコンタクト層２４への拡散侵入がよ
り優先的かつ容易に生じ易いという利点がある。

【００５８】また、ＡｕとＺｎとを別々の蒸発源から蒸
発させる多元蒸着法によって第２の金属層２８’を形成
する場合も、Ａｕの蒸発速度とＺｎの蒸発速度とをそれ
ぞれ制御することにより、前述のようなＺｎの組成分布
を設けることが可能である。なお、前述のようなＺｎの
組成分布を設けなくても本発明の効果が得られることは
いうまでもない。

【００５９】第２の金属層２８’を堆積した後に、熱処
理することにより、第２の金属層２８’に含まれている
ＺｎなどのＩＩ族元素が第１の金属層２６’内に拡散
し、さらにｐ型コンタクト層２４の表面層に拡散侵入す
る。すなわち、熱処理後には、第２の金属層２８’に含
まれていたＩＩ族元素は、第１の金属層２６’とｐ型コ
ンタクト層２４の表面層部分に拡散して分布する。この
ようにして、ｐ型コンタクト層２４の表面層にｐ型の高
濃度領域が形成され、第１の金属層２６との接触抵抗を
低減することができる。

【００６０】一方、第２の金属層２８’に含まれていた
ＩＩ族元素以外のＡｕなどの金属成分は、熱処理によっ
てある程度は第１の金属層２６’の中に拡散して分布
し、または、第１の金属層２６’を構成している金属元
素と合金化する場合もある。しかし、各層厚や熱処理条
件を最適化することによって、第２の金属層２８’に含
まれているＡｕなどの金属成分は、第１の金属層２６’
にブロックされ、ｐ型コンタクト層２４の表面までは実
質的に拡散しない。すなわち、ｐ型コンタクト層２４と
の付着強度を維持しつつ、ｐ側電極の接触抵抗を低減す
ることができる。このようにして第１の金属層２６およ
び第２の金属層２８からなるｐ側電極を形成することが
できる。

【００６１】次に、図４（ｂ）に示したように、酸化シ
リコン４５を堆積し、レジスト４６によってパターニン
グしてボンディング金属用のマスクを形成する。

【００６２】そして、図４（ｃ）に示したように、Ａｕ
を蒸着し、レジスト４６を用いてリフト・オフすること
により、パターニングする。このパターニングによっ
て、ｐ側電極およびｎ側電極の上にボンディング金属と
してＡｕが形成される。

【００６３】以上に説明した工程によりサファイア基板
１２上に形成された発光素子は、その後に劈開により分
離され、ステム、チップキャリア或いは実装基板上に所
定の方法でマウントされる。さらに、ｐ側電極及びｎ側
電極にワイアがボンディングされて発光装置が完成す
る。

【００６４】このようにして得られる電極の接触抵抗や
付着強度は、第１の金属層２６’の層厚と、第２の金属
層２８’の組成および層厚と、熱処理条件とに強く依存
する。すなわち、第１の金属層２６’の層厚が厚すぎる
と、ＩＩ族元素が半導体層に拡散しにくくなり、接触抵
抗を低減することができない。一方、第１の金属層２
６’の層厚が薄すぎると、Ａｕが容易に半導体層表面に
拡散して、付着強度が低下しやすくなる。

【００６５】本発明者の実験によれば、例えば、第１の
金属層２６’の原料としてＮｉを用い、第２の金属層２
８’の原料としてＡｕ−Ｍｇを用いた場合には、Ｎｉの
層厚を１〜５０ｎｍとし、ＡｕＭｇのＭｇ含有量を０．
２〜１０重量％として層厚を２〜５０ｎｍとした時に、
接触抵抗の低減効果が特に顕著であった。また、この層
厚および組成の範囲では、熱処理温度として、２５０〜
１０００℃の温度範囲が望ましく、さらに望ましくは４
００〜６００℃で１０秒間〜１０分間程度の熱処理が有
効であった。熱処理が十分でない場合には、接触抵抗が
十分に低下しない。一方、過度の熱処理を施すと、第２
の金属層２８’に含まれるＡｕが第１の金属層２６’を
拡散通過して、ｐ型コンタクト層２４の表面に達し、電
極の付着強度を低下させる傾向がみられた。

【００６６】本発明者は、図１に示した構造のＧａＮ系
の青色発光素子を試作して、従来の発光素子と特性を比
較した。図５は、本発明による半導体発光素子の諸特性
を従来の発光素子と比較して表した特性図である。すな
わち、図５（ａ）は電流・電圧特性図、同図（ｂ）は電
流・光出力特性図、同図（ｃ）は信頼性特性図である。
本発明による発光素子は、第１の金属層として厚さ１０
ｎｍのＮｉを堆積し、第２の金属層として厚さ１０ｎｍ
のＡｕ−２％Ｍｇを堆積し、４００℃で１０秒間の熱処
理を施してｐ側電極を形成した。一方、比較のために作
成した従来の発光素子においては、ｐ側電極としてＡｕ
を採用し、それ以外の素子構造および作成プロセスは、
本発明による素子と同一とした。

【００６７】図５（ａ）に示したように、本発明による
素子は、従来のものより、動作電圧も微分抵抗も低い。
例えば、電流値が２０ｍＡの時の動作電圧を比較する
と、従来は５Ｖであったのに対して、本発明による素子
は３Ｖと低い。また、立ち上がり後の傾斜も本発明によ
る素子の方が従来よりも大きく、微分抵抗が低いことを
示している。

【００６８】本発明によれば、このように動作電圧が低
いために、発光特性も大幅に改善される。すなわち、図
５（ｂ）に示したように、従来の素子では動作電流３０
ｍＡ程度で光出力が飽和して３ｍＷ以上の出力を得るこ
とができなかった。しかし、本発明によれば、動作電流
１００ｍＡまで光出力は飽和せず、１０ｍＷ以上の出力
を得ることができる。本発明における光出力の向上は、
動作電圧が低いことに起因している。すなわち、本発明
によれば、動作電圧が従来よりも低いために、電流供給
に伴う発熱が少なく、発熱に伴う発光特性の低下が生じ
にくい。

【００６９】また、本発明によれば、発光素子の寿命も
大幅に改善することができる。すなわち、図５（ｃ）に
示したように、従来の素子では、発光動作の開始と同時
に連続的に光出力が劣化し続ける。この初期の劣化は、
非発光センタにより生ずる。すなわち、従来の素子で
は、ｐ側電極の材料としてＡｕ、Ａｇ或いはＣｕなどの
Ｉ族元素が採用されている。これらのＩ族元素は、時間
の経過とともに半導体層中に拡散侵入して、深い準位を
形成する。そして、この深い準位は、非発光性の再結合
センタを形成し、発光効率を低下させる。このようにし
て、初期の劣化が生ずる。

【００７０】さらに、従来の素子においては、連続動作
時間が約１０００時間を経過すると、光出力は急速に劣
化する。これは、前述した非発光センタで生ずる再結合
エネルギにより、徐々に結晶欠陥が形成され、成長し
て、発光素子の活性層に達することにより生ずる。

【００７１】一方、本発明による発光素子は、１０００
０時間以上の動作時間に対して、光出力は極めて安定し
ている。すなわち、１００００時間経過時においても、
初期値の約９８％の光出力を維持している。このように
優れた信頼性を示すのは、非発光センタとなるＡｕなど
のＩ族元素が、第１の金属層２６によりブロックされて
半導体結晶中に拡散侵入しにくいからである。

【００７２】また、本発明によれば、ｐ側電極の密着性
も顕著に改善される。すなわち、Ａｕ電極を採用した従
来の素子では、ワイア・ボンディング工程において電極
の剥離が８０％前後も発生する場合があった。しかし、
本発明による発光素子では、ワイア・ボンディング工程
における電極剥離の割合は１％以下であり、組立歩留ま
りが顕著に改善された。

【００７３】さらに、本発明によれば、サージ耐圧も改
善される。すなわち、従来の素子では、前述したｐ側電
極の剥離やＩ族元素の拡散侵入によって、サージ耐圧が
低下し、ＥＩＡＪ規格による測定値は、約５０Ｖに過ぎ
なかった。しかし、本発明による素子では、電極の付着
強度が改善され、また、Ｉ族元素の拡散侵入も抑制され
るために、ＥＩＡＪ規格による測定値は３００Ｖ以上と
大きく改善された。

【００７４】本発明によれば、ｐ側電極の接触抵抗が低
いために、素子の動作電圧を低下することができる。ｐ
側の接触抵抗を低下させるためには、ｐ側の半導体層の
表面のキャリア濃度を高くすることが必要とされる。し
かし、ｐ側の半導体層にドーパントを高濃度にドーピン
グすると、その表面モフォロジが劣化して平坦な層を形
成することが困難である。しかし、本発明によれば、第
１の金属層２６’を介してＩＩ族元素を拡散させるの
で、半導体層の表面モフォロジを劣化することなく、接
触抵抗を低下することができるという効果も得ることが
できる。

【００７５】ここで、本発明における第１の金属層２
６’の材料は、半導体層との付着強度を確保するととも
に、第２の電極材料に含まれていて電極の付着強度を低
下させるＡｕなどの元素の拡散を抑制するバリアの役割
を果たすことが必要とされる。そのような材料として
は、Ｎｉの他に、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ或いはＷなどの金属が挙げられる。また、窒化
チタン、窒化タングステン或いは珪化チタンなどの化合
物を用いることもできる。

【００７６】これらのうちで、Ｎｉ、Ｐｄ或いはＰｔを
用いた場合は、下地の半導体に対する密着性が特に優れ
るという効果が得られる。また、Ｔｉ、Ｚｒ或いはＨｆ
を用いた場合は、半導体中で非発光センタを形成するＩ
族元素の侵入を特に抑制できるという効果が得られる。
また、Ｃｒ、Ｍｏ或いはＷを用いた場合には、密着性が
優れ高温の熱処理に耐えしかも下地の半導体からの窒素
の乖離蒸発を特に抑制することができるという効果が得
られる。一方、窒化チタン或いは窒化タングステンを用
いた場合には、熱処理による下地の半導体からの窒素の
乖離蒸発を抑制するために高温での熱処理が可能とな
り、コンタクト層のキャリア濃度をさらに上昇させて接
触抵抗を低減することができるという効果が得られる。
また、珪化チタンを用いた場合には、第２の金属層２８
のＩＩ族元素以外のＡｕなどの金属元素の半導体層への
拡散侵入を特に抑制することができ、素子のサージ耐圧
が特に改善されるという効果が得られる。

【００７７】第２の電極材料に含まれるＩＩ族元素とし
ては、ＺｎやＭｇが望ましい。これは、これらの元素が
ＩＩＩ−Ｖ族半導体中でアクセプタを形成しやすく、ま
た、毒性が少なく、取り扱いが容易だからである。しか
し、これらの元素の他に、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｈ
ｇなども採用することができる。また、これらのＩＩ族
元素とともに第２の金属層を構成する金属は、前述した
Ａｕに限定されず、第１の電極材料２６中での拡散速度
がＩＩ族元素よりも小さい金属であれば良い。また、均
一な組成の原料を安定して得るためには、ＩＩ族元素と
所定の組成範囲において固溶体を形成する金属であるこ
とが望ましい。さらに、前述したように、ＩＩ族元素よ
りも平衡蒸気圧が低い元素であることが望ましい。な
お、接触抵抗を低減するためには、第１の電極材料にＩ
Ｉ族元素を予め含有させることも考えられる。この構成
については、後に説明する第３実施例〜第６実施例にお
いて詳述する。本発明によれば、従来から用いられてい
るＮｉやＡｕＺｎなどの材料を利用して、電極の付着強
度を確保しつつ、容易に接触抵抗を低減することができ
る。

【００７８】また、図１においては、ｐ側電極として、
第１の金属層２６と第２の金属層２８からなる積層構造
を図示したが、本発明は、これに限定されるものではな
い。この他の例として、例えば、第１の金属層２６を積
層構造とすることもできる。すなわち、ｐ型半導体層の
上にまず、密着性の優れたＮｉなどの金属層を堆積し、
その上にＡｕの拡散に対するバリアとなるＴｉなどの金
属層を堆積し、さらにその上にＡｕＺｎなどの金属層を
堆積して、熱処理を施すこととしても良い。また、第２
の金属層を多層構造とすることもできる。すなわち、ｐ
型半導体層の上にまず、密着性の優れたＮｉなどの金属
層を堆積し、その上にＡｕＭｇを堆積し、さらにその上
にＡｕＺｎなどの金属層を堆積して、熱処理を施すこと
としても良い。さらに、これらの金属層の上に、さら
に、第３の金属層を堆積しても良い。またボンディング
・パッド用電極は、Ａｕを含むＡｕ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｎ
ｉ、Ａｕ／ＴｉさらにＡｌでも良い。

【００７９】次に、本発明による第２の半導体素子につ
いて説明する。図６は、本発明による第２の半導体発光
素子の断面を表す概略構成図である。すなわち、同図に
示した発光素子５０は、赤色〜緑色に発光するリン系化
合物半導体発光素子である。発光素子５０は、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板５２上に積層された多層構造を有する。ＧａＡ
ｓ基板５２の上には、まずバッファ層５４が堆積され
る。このバッファ層５４の材料は、例えばｎ型のＧａＡ
ｓとすることができる。

【００８０】このバッファ層５４の上には、ｎ型クラッ
ド層５６、活性層５８、ｐ型クラッド層６０がこの順序
で形成されている。ｎ型クラッド層５６およびｐ型クラ
ッド層６０は、それぞれ活性層５８に光と注入キャリア
を閉じこめる役割を有し、活性層よりも低い屈折率を有
することが必要とされる。その材料は、例えば、活性層
５８よりもバッドギャップの大きいＩｎＧａＡｌＰとす
ることができる。活性層５８は、発光素子に電流として
注入された電荷が再結合することにより発光を生ずる半
導体層である。その材料としては、例えば、アンドープ
のＩｎＧａＡｌＰを用いることができる。

【００８１】ｐ型クラッド層６０の上には、ボンディン
グ・パッド下での発光を抑制するための電流阻止層６２
が形成されている。電流阻止層は、外部から供給される
駆動電流がボンディング・パッドの下に流れることを阻
止するための層であり、例えば、ｎ型のＩｎＧａＡｌＰ
とすることができる。

【００８２】ｐ型クラッド層６０の上には、第１の電極
金属６４と、第２の電極金属６６とがこの順序で積層さ
れている。第１の電極金属６４のためには、ｐ型クラッ
ド層６０との付着強度の高い材料を選択することが望ま
しい。その材料としては、例えば、厚さ１〜５０ｎｍの
Ｎｉを用いることができる。また、第２の電極金属６６
のためには、例えば、ＩＩ族元素を含むＡｕを２〜５０
ｎｍの厚さで形成することができる。ただし、これらの
金属層を堆積した後に、熱処理が施されているために、
第１の金属層６４にもＩＩ族元素やＡｕがある程度は含
まれている。また、第１の金属層６４と第２の金属層６
６の界面は合金化している場合もある。電流阻止層６２
の上にはＡｕ電極３２が堆積され、第２の金属層６６と
接触している。Ａｕ電極６８は、ボンディング・パッド
としての役割を有し、外部から駆動電流を供給するため
の図示しないワイアがボンディングされる。

【００８３】ｎ型基板５２の裏面には、ｎ側電極７０が
積層されている。ｎ側電極７０は、例えば、ＴｉとＡｕ
をこの順序で積層した多層構造の電極とすることができ
る。図６に示した発光素子５０の製造に際しては、各半
導体層５４〜６２は、例えば、有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶＤ法）によりＧａＡｓ基板５２上にエピタキシャ
ル成長することができる。

【００８４】半導体発光素子５０の製造工程について
は、図２〜図４に関連して前述した各工程と概略同様で
あるために詳しい説明は省略する。

【００８５】本発明者は、第１の金属層６４’として厚
さ１０ｎｍのＮｉを堆積し、第２の金属層６６’として
Ａｕ−２％Ｚｎを１０ｎｍの厚さに堆積し、さらに４０
０℃で約１０秒間の熱処理を施した。このようにして作
成した発光素子について、オージェ分光分析を行ったと
ころ、Ａｕの半導体層への拡散が十分に抑制されている
ことが確認された。

【００８６】また、図１に示した発光素子１０に関して
前述したような種々の効果も得られることが確認され
た。すなわち、図６に示した発光素子５０においても、
従来の素子と比較して、駆動電圧が低下し、光出力が上
昇し、信頼性が向上するとともに、電極の剥離が抑制さ
れ、サージ耐圧も改善された。

【００８７】図６においては、ｐ側電極として、第１の
金属層６４と第２の金属層６６との積層構造を図示した
が、本発明は、これに限定されるものではない。この他
の例として、例えば、前述したように、各金属層が積層
構造を有していてもよい。また、これらの金属層の上
に、さらに、図示しない第３の金属層を堆積しても良
い。

【００８８】また、図６に示した発光素子５０は、リン
系化合物半導体の発光素子としての一例を挙げたものに
過ぎない。その他にも例えば、ｐ型クラッド層６０の上
に、図示しないｐ型コンタクト層を形成することもでき
る。さらに、同図に例示した各半導体層の導電型を反転
させた構造の素子も本発明の範囲に包含される。その場
合には、本発明によるｐ側の電極構造は、ｐ型基板の裏
面に形成されることとなる。さらに、本発明は、その他
にも、ｐ型半導体層において電極を形成する必要のある
すべての発光素子に対して適用することができる。

【００８９】次に、本発明の第３の半導体素子について
説明する。図７は、本発明による第３の半導体発光素子
の断面を表す概略構成図である。すなわち、同図に示し
た発光素子は、ＧａＮ系の発光素子であり、サファイア
基板１００の上に、ＩｎＧａＡｌＮからなるバッファ層
１０１、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮからなるコンタクト層１０
２、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮからなるクラッド層１０３、ｎ
型ＩｎＧａＡｌＮからなる活性層１０４、ｐ型ＩｎＧａ
ＡｌＮからなるクラッド層１０５、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ
からなるコンタクト層１０６が形成されている。

【００９０】ｐ型コンタクト層１０６の上には、３層構
造のｐ側電極１１０が設けられている。すなわち、ｐ側
電極１１０は、マグネシウムを含有したニッケル（Ｎｉ
−Ｍｇ）からなる第１の金属層１０７と、マグネシウム
を含有した金（Ａｕ−Ｍｇ）からなる第２の金属層１０
８と、Ａｕからなる第３の金属層１０９がこの順序に積
層されてなる。ここで、第１の金属層１０７は、コンタ
クト層１０６に対して密着し、同時に接触抵抗を低減さ
せる役割を有する。第２の金属層１０８は、第１の金属
層１０７を介してコンタクト層１０６のコンタクト領域
にドーパントを供給するとともに、第１の金属層１０７
と第３の金属層１０９との密着性を確保する役割を有す
る。第３の金属層１０９は、ボンディング・パッドとし
ての役割を有する。

【００９１】一方、ｎ型コンタクト層１０２の上には、
ＴｉとＡｕとを積層してなる金属層１１１と、同じくＴ
ｉとＡｕとを積層してなる金属層１１２とからなるｎ側
電極１１３が設けられている。

【００９２】本実施例においては、ｐ側電極１１０の第
１の金属層１０７として、予めＩＩ族元素のマグネシウ
ムを添加して積層させている。このように、第１の金属
層に予めＩＩ族元素を添加して積層させることによっ
て、ｐ型コンタクト層１０６との密着性を高め、さらに
効果的にオーミック性を改善することができる。すなわ
ち、第１の金属層１０７に含有されるＩＩ族元素は、熱
処理により容易にｐ型コンタクト層１０６のコンタクト
部分に拡散させることができる。その結果として、コン
タクト部の接触抵抗を容易に低減することができる。ま
た、第１の金属層１０７の上にＡｕ−Ｍｇからなる第２
の金属層１０８を形成することにより、第１の金属層１
０７と第３の金属層１０９との密着性が改善され、Ａｕ
ワイヤボンディング時の電極剥がれが解消された。

【００９３】ここで、本発明者の検討の結果、第１の金
属層を堆積する際のマグネシウムの含有量は、０．１〜
１２重量％以下とすることが望ましいことが分かった。
マグネシウムの含有量がこれよりも多いと、電極の付着
強度が低下する傾向が認められたからである。また、第
１の金属層の層厚は、１〜５０ｎｍの範囲にあることが
望ましい。また、第２の金属層の層厚は、前述した各実
施例と同様に、２〜５０ｎｍの厚さで形成することが望
ましい。

【００９４】本実施例においても、各金属層を堆積した
後に、熱処理を施すことが望ましい。このような熱処理
により、第１の金属層１０７に含まれていたＩＩ族元素
の一部をコンタクト層１０６に容易に拡散させることが
できるからである。また、この熱処理により、第２の金
属層１０８に含まれていたＩＩ族元素の一部も第１の金
属層１０７を介してコンタクト層１０６に拡散させ、接
触抵抗をさらに低減することもできる。熱処理の条件
は、２５０℃〜１０００℃の温度範囲内であることが望
ましく、さらに望ましくは、４００℃〜６００℃の範囲
内で、１０秒間〜１０分間程度の熱処理とすることが有
効であった。熱処理が十分でない場合には、接触抵抗が
十分に低下しない傾向がみられた。また、過度の熱処理
を施すと、第２の金属層１０８に含まれる金が第１の金
属層１０７を拡散通過して、コンタクト層１０６の表面
に達し電極の付着強度を低下させる傾向が認められた。

【００９５】本実施例における第１の金属層１０７を構
成する主成分としては、半導体層との付着強度を確保す
るとともに、第２の電極材料に含まれていて電極の付着
強度を低下させるＡｕなどの元素の拡散を抑制するバリ
アの役割を果たす材料であることが必要とされる。その
ような材料としては、Ｎｉの他に、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ或いはＷなどの金属が挙げられ
る。また、窒化チタン、窒化タングステン或いは珪化チ
タンなどの化合物を用いることもできる。

【００９６】また、第２の金属層１０８を構成する主成
分は、前述したＡｕに限定されず、第１の電極材料１０
７中での拡散速度がＩＩ族元素よりも小さい金属であれ
ば良い。また、均一な組成の原料を安定して得るために
は、ＩＩ族元素と所定の組成範囲において固溶体を形成
する金属であることが望ましい。さらに、前述したよう
に、ＩＩ族元素よりも平衡蒸気圧が低い元素であること
が望ましい。一方、第１の金属層１０７と第２の金属層
にそれぞれ添加するＩＩ族元素としては、ＺｎやＭｇが
望ましい。これは、これらの元素がＩＩＩ−Ｖ族半導体
中でアクセプタを形成しやすく、また、毒性が少なく、
取り扱いが容易だからである。しかし、これらの元素の
他に、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｈｇなども採用するこ
とができる。さらに、第１の金属層１０７に添加するＩ
Ｉ族元素と第２の金属層１０８に添加するＩＩ族元素と
は、必ずしも同一の元素である必要はない。すなわち、
第１の金属層１０７を構成する主要元素と第２の金属層
１０８を構成する主要元素のそれぞれの物性に応じて、
添加するＩＩ族元素を適宜選択することができる。

【００９７】次に、本発明の第４の半導体発光素子につ
いて説明する。図８は、本発明による第４の半導体発光
素子の断面を表す概略構成図である。すなわち、同図に
示した発光素子は、ＧａＮ系の発光素子であり、ＳｉＣ
基板２００の上に、ｌｎＧａＡｌＮからなるバッファ層
２０１、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮからなるコンタクト層２０
２、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮからなるクラッド層２０３、ｎ
型ＩｎＧａＡｌＮからなる活性層２０４、Ｐ型ＩｎＧａ
ＡｌＮからなるクラッド層２０５、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ
からなるコンタクト層２０６が形成されている。本実施
例においても、ｐ型コンタクト層２０６の上には３層構
造のｐ側電極２１０が設けられている。すなわち、ｐ側
電極２１０は、マグネシウムを含有したニッケル（Ｎｉ
−Ｍｇ）からなる第１の金属層２０７と、マグネシウム
を含有した金（Ａｕ−Ｍｇ）からなる第２の金属層２０
８と、Ａｕからなる第３の金属層２０９がこの順序に積
層されてなる。ここで、第１の金属層２０７は、コンタ
クト層２０６に対して密着し、同時に接触抵抗を低減さ
せる役割を有する。第２の金属層２０８は、第１の金属
層２０７を介してコンタクト層２０６のコンタクト領域
にドーパントを供給するとともに、第１の金属層２０７
と第３の金属層２０９との密着性を確保する役割を有す
る。第３の金属層２０９は、ボンディング・パッドとし
ての役割を有する。

【００９８】一方、ｎ型コンタクト層２０２の上には、
ＴｉとＡｕとを積層してなる金属層２１１と、同じくＴ
ｉとＡｕとを積層してなる金属層２１２とからなるｎ側
電極２１３が設けられている。ここで、本実施例におい
ては、金属層２１２がコンタクト層２０２とバッファ層
２０１の側面から基板２００の裏面に延在して形成され
ているものであり、ＮｉとＡｕとの積層構造、またはＣ
ｒとＡｕとの積層構造であっても良い。このように、ｎ
側電極を基板２００の裏面まで延在させることにより、
発光素子を図示しない所定の部材に実装すると同時にｎ
側電極の接続を確保することができる。

【００９９】本実施例においても、第１の金属層２０７
にマグネシウムなどのＩＩ族元素を予め添加して積層
し、その後に、適宜熱処理を施すことにより、前述した
第３実施例と同様の種々の効果を同様に得ることができ
る。

【０１００】また、第１の金属層２０７や第２の金属層
２０８の材料についても第３実施例に関して前述した種
々の元素を同様に用いることができる。

【０１０１】次に、本発明の第５の半導体発光素子につ
いて説明する。図９は、本発明による第５の半導体発光
素子の断面を表す概略構成図である。すなわち、同図に
示した発光素子は、ＧａＮ系の発光素子であり、サファ
イア基板３００の上に、ｌｎＧａＡｌＮからなるバッフ
ァ層３０１、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮからなるコンタクト層
３０２、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮからなるクラッド層３０
３、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮからなる活性層３０４、Ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｌＮからなるクラッド層３０５、ｐ型ＩｎＧａ
ＡｌＮからなるコンタクト層３０６が形成されている。

【０１０２】本実施例においては、ｐ型コンタクト層３
０６の上には、まず透光性の電極３０７が形成され、そ
の上に、３層構造の金属層３０８〜３１０が設けられて
いる。透光性の電極３０７の材料としては、例えば、イ
ンジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用いることができる。第
１の金属層３０８としては、例えば、Ｎｉ−Ｍｇ合金を
用いることができる。第２の金属層３０９としては、例
えば、Ａｕ−Ｍｇ合金を用いることができる。第３の金
属層３１０としては、Ａｕを用いることができる。各金
属層３０８〜３１０の役割は、第３実施例に関して前述
したものと同様である。すなわち、第１の金属層３０８
は、透光性の電極３０７に対して密着し、同時に接触抵
抗を低減させる役割を有する。第２の金属層３０９は、
透光性電極３０７と第１の金属層３０８とを介してコン
タクト層３０６のコンタクト領域にドーパントを供給す
るとともに、第１の金属層３０８と第３の金属層３１０
との密着性を確保する役割を有する。第３の金属層３１
０は、ボンディング・パッドとしての役割を有する。

【０１０３】本実施例においては、透光性の電極３０７
を設けたことによって、活性層３０４からの発光を外部
に高い効率で取り出すことができる。

【０１０４】また、本実施例においても、第１の金属層
３０８にマグネシウムなどのＩＩ族元素を予め添加して
積層し、その後に、適宜熱処理を施すことにより、透光
性の電極３０７を介してコンタクト層３０６にＩＩ族元
素を供給することができ、前述した第３実施例と同様の
種々の効果を同様に得ることができる。

【０１０５】また、第１の金属層３０８や第２の金属層
３０９の材料についても第３実施例に関して前述した種
々の元素を同様に用いることができる。

【０１０６】次に、本発明の第６の半導体発光素子につ
いて説明する。図１０は、本発明による第６の半導体素
子の断面を表す概略構成図である。すなわち、同図に示
した半導体素子は、電界効果型トランジスタであり、サ
ファイア基板４００の上に、ｌｎＧａＡｌＮからなるバ
ッファ層４０１、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮからなるチャネル
層４０２、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮからなるゲート領域４０
３が形成されている。ｐ型ゲート領域４０３の上には、
Ｎｉ−Ｍｇ合金からなる第１の金属層４０４、Ａｕ−Ｍ
ｇ合金からなる第２の金属層４０５、Ａｕからなる第３
の金属層４０６が順次積層されてなるｐ側電極４０７が
形成されている。また、ｎ型チャネル層４０２の上に
は、ＴｉとＡｕとを積層してなる金属層４０８と、同じ
くＴｉとＡｕとを積層してなる金属層４０９とからなる
ｎ側電極４１０が設けられている。

【０１０７】本実施例においても、第１の金属層４０４
にマグネシウムなどのＩＩ族元素を予め添加して積層
し、その後に、適宜熱処理を施すことにより、ゲート領
域４０３のコンタクト領域にＩＩ族元素を供給すること
ができ、前述した第３実施例と同様の種々の効果を同様
に得ることができる。また、第１の金属層４０４や第２
の金属層４０５の材料についても第３実施例に関して前
述した種々の元素を同様に用いることができる。電界効
果型トランジスタにおいては、その周波数特性などを向
上するために、ゲート領域４０３をできるだけ狭く形成
する必要がある。本発明によれば、このように極めて狭
いゲート領域に対してｐ側電極を形成しても、十分な密
着性とオーミック性を確保することができる。すなわ
ち、本発明によれば、コンタクト面積が極めて限られて
いるような場合においても、ｐ側電極の付着強度を十分
に確保することができ、同時に接触抵抗も十分に小さく
することができる。

【０１０８】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。

【０１０９】例えば、前述した各実施例においては、ｐ
側電極として、ＩＩ族元素を含みあるいは含まない第１
の金属層と、ＩＩ族元素を含んだ第２の金属層とを積層
させて適宜熱処理を施す構造を図示した。しかし、本発
明は、これに限定されるものではない。この他の例とし
て、例えば、各金属層が積層構造を有していてもよい。

【０１１０】また、前述した各具体例は、それぞれ半導
体素子としての一例を挙げたものに過ぎない。これらの
他にも、例えば、各半導体層の導電型を反転させた構造
の素子も本発明の範囲に包含される。その場合には、本
発明によるｐ側の電極構造は、ｐ型半導体層のコンタク
ト面またはｐ型基板の裏面に形成されることとなる。さ
らに、本発明は、その他にも、ｐ型半導体層において電
極を形成する必要のあるすべての半導体素子に対して同
様に適用することができる。

【０１１１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に説明する効果を奏する。

【０１１２】まず、本発明によれば、半導体発光素子の
ｐ側電極の接触抵抗が低減される。従って、動作電圧を
低下することができ、発熱に起因する光出力の低下や発
振しきい値の上昇を抑制することにより、発光特性を向
上することができる。

【０１１３】また、本発明によれば、半導体発光素子の
ｐ側電極の付着強度を改善することができる。従って、
電極の剥離による素子抵抗の増大や接触不良などの信頼
性の劣化を抑制することができる。また、振動などに対
する物理的な耐久性が向上することによって、半導体発
光素子を搭載したディスプレー装置、ＤＶＤシステムや
光ディスク再生装置、光通信システムなどの信頼性を顕
著に向上させ、扱い易くすることができる。同時に、電
極の付着強度が改善された結果として、いわゆるフリッ
プ・チップ実装が容易となる。したがって、実装工程が
簡素化され、半導体発光素子の実装状態での電気的、光
学的性能が向上し、また、外形寸法も縮小することがで
きる。

【０１１４】さらに、本発明によれば、半導体発光素子
の半導体層に結晶欠陥を発生させるＡｕなどのＩ族元素
の拡散侵入を抑制することができる。従って、これらの
結晶欠陥に起因するＤＬＤなどによる発光特性の劣化を
防ぐことができ、半導体発光素子の発光特性の寿命を延
ばして信頼性を改善することができる。

【０１１５】また、本発明によれば、サージ耐圧が改善
される。従って、発光素子の信頼性が向上し、サージに
対して従来必要とされていた保護手段や保護回路も不要
となる。

【０１１６】また、本発明によれば、従来の製造装置を
そのまま用い、特別な原料も用意することなく上述した
ような様々の顕著な効果を得ることができる。

【０１１７】以上詳述したように、本発明によれば、高
性能で高信頼性を有する半導体発光素子を簡単なプロセ
スにより高歩留まりで生産できるようになり、産業上の
メリットは多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の半導体発光素子の構成を表
す概略断面図である。

【図２】本発明による半導体発光素子の製造工程を表す
概略工程断面図である。

【図３】本発明による半導体発光素子の製造工程を表す
概略工程断面図である。

【図４】本発明による半導体発光素子の製造工程を表す
概略工程断面図である。

【図５】本発明による半導体発光素子の特性を表す特性
図である。すなわち、同図（ａ）は電流・電圧特性図、
同図（ｂ）は電流・光出力特性図、同図（ｃ）は信頼性
特性図である。

【図６】本発明による第２の半導体発光素子の構成を表
す概略断面図である。

【図７】本発明による第３の半導体発光素子の断面を表
す概略構成図である。

【図８】本発明による第４の半導体発光素子の断面を表
す概略構成図である。

【図９】本発明による第５の半導体発光素子の断面を表
す概略構成図である。

【図１０】本発明による第６の半導体素子の断面を表す
概略構成図である。

【符号の説明】

１０、５０半導体素子１２サファイア基板１４、５４バッファ層１６ｎコンタクト層１８、５６ｎ型クラッド層２０、５８活性層２２、６０ｐ型クラッド層２４ｐ型コンタクト層２６、６４第１の金属層２６’ 第１の金属層２８、６６第２の金属層２８’ 第２の金属層３０、６２電流阻止層３２、６８ボンディング・パッド３４、７０ｎ側電極４０、４５酸化シリコン４１、４３、４４、４６レジスト５２基板１００、２００、３００、４００基板１０１、２０１、３０１、４０１バッファ層１０２、２０２、３０２、４０２ｎ型コンタクト層１０３、２０３、３０３ｎ型クラッド層１０４、２０４、３０４活性層１０５、２０５、３０５ｐ型クラッド層１０６、２０６、３０６ｐ型コンタクト層１０７，２０７、３０８、４０４第１の金属層１０８、２０８、３０９、４０５第２の金属層１０９、２０９、３１０、４０６金層１１０、２１０、３１１、４０７ｐ側電極１１１、１１２、２１１、３１２、３１３、４０８、４
０９Ｔｉ／Ａｕ層１１３、２１３、３１４、４１０ｎ側電極４０２チャネル層４０３ゲート領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の化合物半導体層を積層した積層構造
体の表面のｐ型コンタクト領域の上に実質的にＩＩ族元
素を含まない第１の金属層を堆積し、前記第１の金属層
の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含む
第２の金属層を堆積した後に、熱処理された半導体素子
であって、前記第２の金属層に含まれている前記ＩＩ族
元素以外の前記金属元素は、前記第１の金属層を介して
前記ｐ型コンタクト領域まで実質的に拡散しておらず、
前記第２の金属層に含まれていた前記ＩＩ族元素の一部
は前記第１の金属層を介して前記ｐ型コンタクト領域に
拡散侵入して、前記ｐ型コンタクト領域の表面キャリア
濃度を上昇させることにより、前記ｐ型コンタクト領域
と前記第１の金属層との接触抵抗が低減するものとして
構成されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】複数の化合物半導体層を積層した積層構造
体の表面のｐ型コンタクト領域の上にＩＩ族元素とＩＩ
族元素以外の金属元素とを含む第１の金属層を堆積し、
前記第１の金属層の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の
金属元素とを含む第２の金属層を堆積した後に、熱処理
された半導体素子であって、前記第２の金属層に含まれ
ている前記ＩＩ族元素以外の前記金属元素は、前記第１
の金属層を介して前記ｐ型コンタクト領域まで実質的に
拡散しておらず、前記第１の金属層に含まれていた前記
ＩＩ族元素の一部は前記ｐ型コンタクト領域に拡散侵入
して、前記ｐ型コンタクト領域の表面キャリア濃度を上
昇させることにより、前記ｐ型コンタクト領域と前記第
１の金属層との接触抵抗が低減するものとして構成され
ていることを特徴とする半導体素子。
【請求項３】複数の化合物半導体層を積層した積層構造
体と、この積層構造体におけるｐ型コンタクト領域上に
堆積された第１の金属層と、前記第１の金属層の上に堆
積されたＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含
む第２の金属層と、を備え、前記第１の金属層と前記第２の金属層とを堆積した後の
熱処理により、前記ｐ型コンタクト領域は、第２の金属
層に含まれていた前記ＩＩ族元素の一部が前記第１の金
属層を介してこのｐ型コンタクト領域に拡散侵入して、
このｐ型コンタクト領域の表面キャリア濃度を上昇させ
て、このｐ型コンタクト領域と前記第１の金属層との接
触抵抗が低減させられ、前記第２の金属層に含まれてい
る前記ＩＩ族元素以外の前記金属元素は、前記第１の金
属層のバリア機能によって、このｐ型コンタクト領域へ
の拡散が阻止されているものとして構成されていること
を特徴とする半導体素子。
【請求項４】複数の化合物半導体層を積層した積層構造
体と、この積層構造体におけるｐ型コンタクト領域上に
堆積されたＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを
含む第１の金属層と、前記第１の金属層の上に堆積され
たＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含む第２
の金属層と、を備え、前記第１の金属層と前記第２の金属層とを堆積した後の
熱処理により、前記ｐ型コンタクト領域は、第１の金属
層に含まれていた前記ＩＩ族元素の一部が前記ｐ型コン
タクト領域に拡散侵入して、このｐ型コンタクト領域の
表面キャリア濃度を上昇させて、このｐ型コンタクト領
域と前記第１の金属層との接触抵抗が低減させられ、前
記第２の金属層に含まれている前記ＩＩ族元素以外の前
記金属元素は、前記第１の金属層のバリア機能によっ
て、このｐ型コンタクト領域への拡散が阻止されている
ものとして構成されていることを特徴とする半導体素
子。
【請求項５】前記第１の金属層の膜厚は１ｎｍ以上５０
ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１つに記載の半導体素子。
【請求項６】前記第２の金属層の膜厚は２ｎｍ以上５０
ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
か１つに記載の半導体素子。
【請求項７】表面の少なくとも一部分にｐ型コンタクト
領域を有する半導体ウェーハの前記ｐ型コンタクト領域
の上に実質的にＩＩ族元素を含まない第１の金属層を堆
積する工程と、前記第１の金属層の上にＩＩ族元素を含む第２の金属層
を堆積する工程と、前記半導体ウェーハを熱処理することにより、前記第２
の金属層に含まれている前記ＩＩ族元素を前記第１の金
属層を介して前記ｐ型コンタクト領域に拡散させて前記
ｐ型コンタクト領域の表面キャリア濃度を上昇させる工
程と、を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方
法。
【請求項８】表面の少なくとも一部分にｐ型コンタクト
領域を有する半導体ウェーハの前記ｐ型コンタクト領域
の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含む
第１の金属層を堆積する工程と、前記第１の金属層の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の
金属元素とを含む第２の金属層を堆積する工程と、前記半導体ウェーハを熱処理することにより、前記第１
の金属層に含まれている前記ＩＩ族元素を前記ｐ型コン
タクト領域に拡散させて前記ｐ型コンタクト領域の表面
キャリア濃度を上昇させる工程と、を備えたことを特徴
とする半導体素子の製造方法。
【請求項９】表面の少なくとも一部分にｐ型コンタクト
領域を有する半導体ウェーハの前記ｐ型コンタクト領域
に実質的にＩＩ族元素を含まない第１の金属層を堆積す
る工程と、前記第１の金属層の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の
金属元素とを含む第２の金属層を堆積する工程と、前記半導体ウェーハを熱処理することにより、前記第２
の金属層に含まれている前記ＩＩ族元素以外の前記金属
元素は前記第１の金属層を介して前記ｐ型コンタクト領
域まで実質的に拡散させず、前記第２の金属層に含まれ
ている前記ＩＩ族元素は前記第１の金属層を介して前記
ｐ型コンタクト領域に拡散させて、前記ｐ型コンタクト
領域のキャリア濃度を上昇させることにより、前記ｐ型
コンタクト領域と前記第１の金属層との接触抵抗を低減
する工程と、を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１０】表面の少なくとも一部分にｐ型コンタク
ト領域を有する半導体ウェーハの前記ｐ型コンタクト領
域にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の金属元素とを含む第
１の金属層を堆積する工程と、前記第１の金属層の上にＩＩ族元素とＩＩ族元素以外の
金属元素とを含む第２の金属層を堆積する工程と、前記半導体ウェーハを熱処理することにより、前記第２
の金属層に含まれている前記ＩＩ族元素以外の前記金属
元素は前記第１の金属層を介して前記ｐ型コンタクト領
域まで実質的に拡散させず、前記第１の金属層に含まれ
ている前記ＩＩ族元素は前記ｐ型コンタクト領域に拡散
させて、前記ｐ型コンタクト領域のキャリア濃度を上昇
させることにより、前記ｐ型コンタクト領域と前記第１
の金属層との接触抵抗を低減する工程と、を備えたこと
を特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１１】前記第１の金属層の膜厚は１ｎｍ以上５
０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７〜１０のい
ずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】前記第２の金属層の膜厚は２ｎｍ以上５
０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７〜１１のい
ずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】前記熱処理は、４００℃〜６００℃の温
度で１０秒間〜１０分間の間施すことを特徴とする請求
項７〜１２のいずれか１つに記載の方法。