JPH10341039A

JPH10341039A - 半導体発光素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10341039A
Application number: JP9868798A
Authority: JP
Inventors: Hirochika Ishikawa; 博規石川; Hideto Sugawara; 秀人菅原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体発光素子の高抵抗のＰ型単結晶表面に設
けられ、電気抵抗が低く、かつ、発光素子から発光した
光の透過率の良い、Ｐ型電極、およびその製造方法を得
ること。【解決手段】電極材料として電気抵抗が低く、光透過率
の良いマグネシウムないしその酸化物を使用する。更
に、マグネシウム膜、酸素を含むマグネシウム膜とチタ
ン等の膜を積層して形成することにより、マグネシウム
等の膜形成を安定して行い、経時変化の少ない電極膜を
得る。一方、ワイヤボンディング等の為に最小限面積の
金を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子およ
びその製造方法に係るものであり、特に、Ｐ型の窒化ガ
リウムアルミニウムインジウム（Ｇａ_xＡｌ_yＩｎ_1-x-y
Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１））等
の、Ｐ型半導体の比抵抗が高く、低抵抗のオーミック接
触を得にくい、窒化物系の半導体を用いた半導体発光素
子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】４００ｎｍないし５００ｎｍ程度の発光
波長を有する発光素子として、窒化ガリウム系の半導体
発光素子が注目されている。以下に、従来の窒化ガリウ
ム系半導体発光素子およびその製造方法を図７を参照し
て説明する。

【０００３】図９は、従来の窒化ガリウム系半導体発光
素子の断面図である。結晶成長の基板となるサファイア
基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、窒化ガリウム（以下
ＧａＮと記す）バッファ層２、Ｎ型窒化ガリウムアルミ
ニウム（以下Ｇａ_xＡｌ_yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，
ｘ＋ｙ＝１）と記す）クラッド層３、Ｎ型窒化インジウ
ムガリウム（以下Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）と記
す）発光層４、Ｐ型Ｇａ_xＡｌ_yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１，ｘ＋ｙ＝１）クラッド層５、Ｐ型ＧａＮコンタク
ト層６がこの順に積層形成されている。

【０００４】そして、この積層の一部が、表面からＮ型
Ｇａ_xＡｌ_yＮクラッド層３に至るまで除去されており、
そこに露出したＮ型Ｇａ_xＡｌ_yＮクラッド層３表面にＮ
型電極９が形成されている。

【０００５】また、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６表面には
ニッケル、金、ニッケル、金の順に積層形成され、か
つ、ワイヤボンディングに必要な部分のみを残して不要
な部分を除去し形成されてなる、Ｐ型電極を兼ねたボン
ディングパッド８が設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の半導体発光素子
では、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６、およびＰ型Ｇａ_xＡ
ｌ_yＮクラッド層５の比抵抗が高いため、Ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層６、Ｐ型Ｇａ_xＡｌ_yＮクラッド層５内での、
ボンディングパッド８より注入された電流の横方向への
広がりが少ない。このため、発光領域であるＮ型Ｇａ_x
Ｉｎ_1-xＮ発光層４内での電流分布が均一にならず、局
部的になってしまう。一般に半導体発光素子の発光領域
での発光量はほぼ注入電流に比例するが、注入電流が過
大になると、次第に発光量は飽和してくる。このため、
上記のように、Ｎ型Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ発光層４内で電流分
布が不均一の時は、発光量もＧａ_xＩｎ_1-xＮ発光層４内
で不均一となり、全体の発光量も低下してしまうという
問題がある。

【０００７】ところで、上記の問題を解決するために、
Ｐ型電極を兼ねたボンディングパッド８を、Ｐ型ＧａＮ
コンタクト層６表面全面に形成し、Ｎ型Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ
発光層４内で電流を素子全体に流れるようにして、電流
分布を均一にさせることが考えられる。しかしながら、
Ｐ型電極はニッケル、金、ニッケル、金で構成される積
層金属膜であり、このうち特にニッケルは、図６に示す
ように波長０．４ないし０．９ミクロン程度の可視光領
域で光の透過率が悪く、電極膜として必要とされる１０
ｎｍ程度の厚さに形成した場合には、例えば波長０．５
ミクロンの光に対しては光透過率は７％程度に低下して
しまう。更に、前記積層金属膜最上部の金は、ボンディ
ングパッドとして１ミクロン程度に厚く形成する必要が
あるため、ニッケルを透過した光もほとんど全て金に吸
収されてしまい、Ｐ型電極を透過しての発光は期待でき
ない。

【０００８】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
であり、発光領域であるＮ型ＧａｘＩｎ１−ｘＮ発光層
４内での電流分布が均一になり、かつ、Ｐ型電極膜を通
して充分に光が透過する電極膜を有する半導体発光素子
およびその製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明に係る半導体発光素子では、Ｎ型半導体層
と、前記Ｎ型半導体層上に直接または間接に接合形成さ
れたＰ型半導体層と、最外層の前記Ｎ型半導体層の表面
の一部に形成された下部電極と最外層の前記Ｐ型半導体
層の表面ほぼ全面に形成された光透過率が高く且つ低抵
抗を有する第一の薄膜と、前記第一の薄膜上の一部に形
成された上部電極とを有することを特徴とする。また、
前記第一の薄膜が酸素を含む金属膜であることを特徴と
する。

【００１０】また、前記第一の薄膜がマグネシウム膜、
酸素を含むマグネシウム膜、ないしはそれらを含む積層
膜であることを特徴とする。また、前記上部電極が金か
らなり、且つ前記上部電極と前記第一の薄膜との間に第
二の薄膜が設けられていることを特徴とする。

【００１１】また、前記第二の薄膜が、チタン、窒化チ
タン、ニッケル、白金、パラジウム、スカンジウム、ハ
フニウム、ジルコニウムの何れか一つよりなる膜、ない
しはそれらの積層膜からなることを特徴とする。

【００１２】また、少なくとも前記上部電極が形成され
ていない第一の薄膜の表面が酸化珪素膜または窒化珪素
膜ないしその積層膜よりなる電極保護膜で覆われている
ことを特徴とする。

【００１３】また、前記Ｐ型および前記Ｎ型半導体層が
窒化ガリウム系半導体（Ｇａ_xＡｌ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）であることを特
徴とする。

【００１４】また、本発明に係る半導体発光素子では、
サファイア基板と、前記サファイア基板上に積層形成さ
れたＧａＮバッファ層と、前記ＧａＮバッファ層上の一
部に積層形成されたＮ型Ｇａ_xＡｌ_yＮクラッド（０≦ｘ
≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ＝１）層と、前記Ｎ型Ｇａ_x
Ａｌ_yＮクラッド層上に積層形成されたＧａ_xＡｌ_yＩｎ
_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）
発光層と、前記Ｇａ_xＡｌ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）発光層上に積層形成され
たＰ型Ｇａ_xＡｌ_yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ
＝１）クラッド層と、前記Ｐ型Ｇａ_xＡｌ_yＮクラッド層
上に積層形成されたＰ型ＧａＮコンタクト層と、前記Ｎ
型Ｇａ_xＡｌ_yＮクラッド層上の露出面に形成された下部
電極と、前記Ｐ型ＧａＮコンタクト層上の全面に形成さ
れた第一の薄膜と、前記第一の薄膜上の一部に形成され
た上部電極と、前記第一の薄膜の露出部を少なくとも覆
う酸化珪素膜または窒化珪素膜保護膜とを具備し、前記
第一の薄膜がマグネシウム膜、酸素を含むマグネシウム
膜、ないしそれらの積層膜よりなることを特徴とする。

【００１５】また、前記第一の薄膜と前記上部電極との
間に、チタン、窒化チタン、ニッケル、白金、パラジウ
ム、スカンジウム、ハフニウム、ジルコニウムの何れか
一つを含む第二の薄膜が設けられていることを特徴とす
る。

【００１６】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
では、Ｎ型半導体層上に直接または間接に接合形成され
たＰ型半導体層を形成する工程と、前記Ｐ型半導体層の
表面全面にマグネシウム膜、酸素を含むマグネシウム
膜、ないしそれらの積層膜よりなる第一の薄膜を形成す
る工程、前記第一の薄膜の表面全面に保護膜を形成する
工程、前記保護膜上の上部電極形成予定領域以外の部分
にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜をマスク
に保護膜をエッチング除去する工程、前記エッチングに
より露出したマグネシウム薄膜部分上に上部電極を形成
する工程、前記レジスト膜を除去する工程、をこの順に
含むことを特徴とする。

【００１７】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
では、Ｎ型半導体層上に直接または間接に接合形成され
たＰ型半導体層を形成する工程と、前記Ｐ型半導体層の
表面全面にマグネシウム膜、酸素を含むマグネシウム
膜、ないしそれらの積層膜よりなる第一の薄膜を形成す
る工程、前記第一の薄膜上の上部電極形成予定領域以外
の部分にレジスト膜を形成する工程、前記第一の薄膜部
分、レジスト膜部分上に、チタン、窒化チタン、ニッケ
ル、白金、パラジウム、スカンジウム、ハフニウム、ジ
ルコニウムの何れか一つを含む第二の薄膜を形成する工
程、上部電極を形成する工程、前記レジスト膜を除去す
る工程、露出した第一の薄膜全面に保護膜を形成する工
程、をこの順に含むことを特徴とする。

【００１８】また、本発明に係る半導体発光素子では、
Ｎ型半導体層と、前記Ｎ型半導体層上に直接または間接
に接合形成されたＰ型半導体層と、最外層の前記Ｎ型半
導体層の表面の一部に形成された下部電極と最外層の前
記Ｐ型半導体層の表面ほぼ全面に形成されたマグネシウ
ム膜、酸素を含むマグネシウム膜、ないしはそれらの積
層膜からなる第一の薄膜と、前記第一の薄膜上に形成さ
れた金薄膜と、前記第一の薄膜上ないし前記金薄膜上の
一部に形成された上部電極とを有することを特徴とす
る。

【００１９】また、前記第一の薄膜が１００ｎｍ以下で
あり、前記金薄膜が５０ｎｍ以下であることを特徴とす
る。また、前記第一の薄膜が酸素の原子組成比０．１％
ないし３０％の酸素を含むマグネシウム膜であることを
特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】

（第一の実施の形態）以下に、本発明の第一の実施の形
態に係る半導体発光素子につき、図１を用いて詳細に説
明する。

【００２１】図１は半導体発光素子の断面構造を示した
ものである。サファイア基板１上にＧａＮバッファ層
２、Ｎ型Ｇａ_xＡｌ_yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋
ｙ＝１）クラッド層３（最外層のＮ型半導体層）、Ｇａ
_xＩｎ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）発光層４、Ｐ型Ｇａ_xＡｌ_yＮ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ＝１）クラッド層
５、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６（最外層のＰ型半導体
層）がこの順に積層形成されている。

【００２２】半導体発光素子の一部は、表面からＮ型Ｇ
ａ_xＡｌ_yＮクラッド層３に至るまで除去されており、そ
こに露出したＮ型Ｇａ_xＡｌ_yＮクラッド層３表面にＮ型
電極９（下部電極）が形成されている。

【００２３】また、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６表面には
全面にマグネシウムよりなる厚さ５ｎｍの膜がＰ型電極
７（第一の薄膜）として形成されており、ボンディング
パッド部分を除くＰ型電極７上には、Ｐ型電極７に積層
して窒化珪素ないし酸化珪素よりなる保護膜１０が形成
されている。一方、ボンディングパッド部分には、Ｐ型
電極７に積層して金よりなるボンディングパッド８（上
部電極）が形成されている。

【００２４】上記の半導体発光素子では、Ｐ型電極７と
して、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６との間で容易に低抵抗
のオーミック接触を得ることが出来るマグネシウム膜を
用いている。しかもそれが、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６
領域表面全面に形成されている。このため、Ｐ型ＧａＮ
コンタクト層６表面全面より電流が注入されることによ
り、発光素子内部での電流密度のばらつきが少なく均一
な電流注入が実現でき、均一な発光が可能となってい
る。

【００２５】しかも、厚さ７．５ｎｍの各種の金属薄膜
の４００ｎｍから９００ｎｍの光の透過率を示した図６
から明らかなように、従来Ｐ型電極として用いられてき
たチタン、白金、ニッケルの透過率は窒化ガリウム系半
導体発光素子の発光波長である４００ｎｍないし５００
ｎｍの波長領域で何れも３０％ないし４０％程度と考え
られるのに対して、マグネシウムは、５００ｎｍ程度の
短波長の可視光領域で５０％程度の透過率を有してい
る。この為、発光素子内部で発光した光を効率よく外部
に取り出すことができる。

【００２６】また、メタルズレファレンスブック第５版
（１９７６年、Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈｓ）によれば、
２０℃での電気抵抗率は、金が２．２×１０^-6（Ω・ｃ
ｍ）、マグネシウムが４．２×１０^-6（Ω・ｃｍ）、ニ
ッケルが６．９×１０^-6（Ω・ｃｍ）、白金が１０．５
８×１０^-6（Ω・ｃｍ）であり、マグネシウムの電気抵
抗は金に次いで、ニッケル、白金よりも低い。このた
め、マグネシウム膜を用いれば、Ｐ型電極７の膜厚を更
に薄くでき、外部への光の取り出し効率を向上させるこ
とができる。

【００２７】上記の半導体発光素子では、更に、マグネ
シウム膜であるＰ型電極７上に酸化珪素膜、窒化珪素膜
ないしはその積層膜よりなる電極保護膜１０が形成され
ている。この電極保護膜によってマグネシウムの過度な
酸化及び汚染が防止され、Ｐ型電極７の特性を長期間安
定したものとすることができる。

【００２８】尚、上記第一の実施の形態では、Ｐ型電極
７として、マグネシウム膜を用いたが、これに替えて酸
素を含むマグネシウム膜、ないしは、それらの積層膜を
用いてもよい。

【００２９】図７は、厚さ７．５ｎｍの酸素を含むマグ
ネシウム膜における波長５００ｎｍの光の透過率の酸素
含有量依存性を示した図である。ここに示したように、
酸素を含むマグネシウム膜は、マグネシウム膜と比較し
て光透過率に優れており、たとえば、波長５００ｎｍの
光の透過率で比較した場合、７．５ｎｍの膜厚のマグネ
シウム膜では前述のように光の透過率は約５０％であっ
たのに対し、同様の膜厚のとき、原子組成比で約３０％
の酸素を含むマグネシウム膜では約７０％の光の透過率
が得られた。

【００３０】一方、図８は酸素を含むマグネシウム膜の
抵抗率の酸素含有量依存性を示した図である。ここに示
したように、上述の酸素の原子組成比が約３０％の酸素
を含むマグネシウム膜の抵抗率はほぼ３×１０^-6（Ω・
ｃｍ）程度であり、マグネシウム膜の抵抗率とほぼ同様
の値であった。このため、マグネシウム膜に替えて酸素
を含むマグネシウム膜ないし、それらの積層膜を用いた
場合でも、積層膜の合計膜厚を上述の本発明の第一の実
施の形態におけるマグネシウム膜の厚さと同等に保つこ
とにより、電気伝導性に支障を来たすことなく、Ｐ型電
極７の光透過率を更に向上させることができる。また、
この場合、酸素を含むマグネシウム膜、ないし、マグネ
シウム膜と酸素を含むマグネシウム膜との積層膜中での
酸素原子比の膜内でのばらつきは特に特性に支障を及ぼ
さなかった。

【００３１】上記の半導体発光素子でも、酸素を含むマ
グネシウム膜ないし、マグネシウム膜と酸素を含むマグ
ネシウム膜の積層膜であるＰ型電極上に更に酸化珪素な
いし窒化珪素よりなる電極保護膜１０が形成されてい
る。この電極保護膜によって、酸素を含むマグネシウム
膜ないし、マグネシウム膜と酸素を含むマグネシウム膜
の積層膜の汚染および過度の酸化が防止され、Ｐ型電極
７の特性を長期間安定したものとすることができる。

【００３２】次に本発明の第一の実施の形態に係る半導
体発光素子の製造方法に付き図２を用いて詳細に説明す
る。図２は、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６上へのＰ型電極
の形成部分のみを示したものである。

【００３３】まず、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６上に、マ
グネシウム膜（Ｐ型電極７）、二酸化珪素保護膜１０を
電子ビーム蒸着法により連続して形成する。ここで、Ｐ
型電極７は５ｎｍ程度、二酸化珪素保護膜は１００ｎｍ
程度に形成すれば良い（図２（Ａ））。

【００３４】引き続き、ボンディングパッドを形成すべ
き部分を除いて全面にレジスト膜２１を形成する（図２
（Ｂ））。次にレジスト膜２１をマスクとして、露出し
た保護膜１０を除去し（図２（Ｃ））、全面に真空蒸着
法により金よりなるボンディングパッド８、８1 を形成
する。この際、Ｐ型電極７上のボンディングパッド８
と、レジスト膜２１上のボンディングパッド８１とが分
離されるように形成する（図２（Ｄ））。

【００３５】次に、レジスト膜２１を除去することによ
りレジスト膜２１上のボンディングパッド８１も除去さ
れ、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６上に、マグネシウムによ
るＰ型電極膜７を全面に有し、必要な部分のみに厚い金
よりなるボンディングパッド８が形成され、残りの部分
に保護膜１０の形成された電極構造を得ることができる
（図２（Ｅ））。

【００３６】上記の方法によれば、一回のＰ型電極７、
保護膜１０の連続したスパッタ法による形成により、Ｐ
型ＧａＮコンタクト層６（Ｐ型半導体結晶）表面全面に
電極膜を形成できる。また、必要な部分のみにボンディ
ングパッド８を持つ半導体発光素子を得ることができ
る。

【００３７】（第二の実施の形態）次に、本発明の第二
の実施の形態に係る半導体発光素子に付き、図３を用い
て詳細に説明する。

【００３８】尚、図３で、図１と同一の部分には同一の
記号を付し説明を省略する。図３に示した本発明の第二
の実施の形態では、ボンディングパッド８は、厚さ３ｎ
ｍ程度のチタン膜（ボンディングパッドの第１層８Ａ
（第二の薄膜））と、厚さ１ミクロン程度の金膜（ボン
ディングパッドの第２層８Ｂ（上部電極））の２層に形
成されている。また、電極保護膜１０は、Ｐ型電極７
（マグネシウム膜）の露出部全体を覆った上、ボンディ
ングパッド８の側面を覆って、一部がボンディングパッ
ドの第２層８Ｂ上面に達している。この構造の半導体発
光素子では、本発明の第一の実施の形態で述べた利点に
加え、Ｐ型電極７上の金膜（ボンディングパッドの第
２層８Ｂ）の下部にチタン膜（ボンディングパッドの第
１層８Ａ）が形成されている。このチタン膜により、マ
グネシウムと金との相互拡散が防止でき、ボンディング
パッドにボンディングする際のボンディング強度の低下
の防止をはかることができる。

【００３９】ここで、チタンの代わりに、窒化チタン、
ニッケル、白金、パラジウム、スカンジウム、ハフニウ
ム、ジルコニウムを用いてボンディングパッドの第１層
８Ａを形成してもよい。

【００４０】これらの金属ないし金属化合物は何れも１
４００度以上の高い融点を持ち、融点１０００度ないし
それ以下の金とマグネシウムの相互拡散を効果的に防止
することが出来、ボンディングパッド８Ｂにワイヤボン
ディングを行う際に、ボンディングパッド８Ｂ表面に拡
散したマグネシウムの酸化物によりボンディング強度が
低下することを防止することが出来る。尚、上記の本発
明の第二の実施の形態に係る半導体発光素子でボンディ
ングパッドの第１層８Ａをボンディングパッドの第２層
８Ｂの下部だけでなく、Ｐ型電極７の上面全面に形成し
てもよい。

【００４１】このことにより、Ｐ型電極７の保護効果を
更に高めることが出来る。また、上記のボンディングパ
ッドの第１層に用いた金属薄膜の、厚さ７５オングスト
ロームのときの波長４５０ｎｍの光の透過率は、実験に
よれば、例えば窒化チタンで７２％、白金で３０％、金
で５０％であった。これらの値は、図６に示した光透過
率データと、金では良い一致を示している。また、白金
では、図６に波長４５０ｎｍのデータは無いものの、長
波長側から外挿すればほぼ一致していると考えられる。
これらのデータから、上記の実験データにおける窒化チ
タンの透過率（７２％）と、図６に示したチタンの透過
率（約３５％）は同一基準で比較可能と考えられ、この
ことから、窒化チタンをボンディングパッドの第一層８
Ａとして用いた場合、チタン単体を用いた場合と比較し
て大幅な光透過率の改善を期待できる。このことから、
ボンディングパッドの第１層８Ａとして窒化チタンを用
い、Ｐ型電極７の上面全面に形成した場合、Ｐ型電極７
を透過する光量をあまり減少させずにＰ型電極の保護効
果を得ることが出来る。

【００４２】上記の本発明の第二の実施の形態に係る半
導体発光素子においても、第一の実施の形態に係る半導
体発光素子における場合と同様に、Ｐ型電極７として、
マグネシウム膜に代えて酸素を含むマグネシウム膜ない
し、それらの積層膜を用いてもよい。これにより、電気
伝導性に支障を来たすことなく、Ｐ型電極７の光透過率
を更に向上させることができる。

【００４３】次に本発明の第二の実施の形態に係る半導
体発光素子の製造方法に付き図４を用いて詳細に説明す
る。図４は、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６上へのＰ型電極
の形成部分のみを示したものである。

【００４４】まず、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６上表面
に、電子ビーム蒸着法によりマグネシウム膜（Ｐ型電極
７）を５ｎｍ程度形成する（図４（Ａ））。引き続き、
ボンディングパッドを形成すべき部分を除いて全面にレ
ジスト膜２１を形成する（図４（Ｂ））。

【００４５】次にレジスト膜２１をマスクとして、全面
に、電子ビーム蒸着法により、チタンよりなるボンディ
ングパッドの第１層８Ａ，８Ａ１、金よりなるボンディ
ングパッドの第２層８Ｂ、８Ｂ1 を積層形成する。この
際、Ｐ型電極７上のボンディングパッド８Ａ、８Ｂと、
レジスト膜２１上のボンディングパッド８Ａ１、８Ｂ１
とが分離されるように形成する（図４（Ｃ））。

【００４６】次に、レジスト膜２１を除去することによ
りレジスト膜２１上のボンディングパッド８Ａ１、８Ｂ
１も共に除去され、Ｐ型ＧａＮコンタクト層６上に、マ
グネシウムによるＰ型電極膜７を全面に有し、必要な部
分のみに、チタンよりなるボンディングパッドの第１層
８Ａ、厚い金よりなるボンディングパッドの第２層８Ｂ
の形成された電極構造を得ることができる（図４
（Ｄ））。

【００４７】更にボンディングパッドの第２層８Ｂ表面
のボンディングに用いる部分を除いて、全面に保護膜１
０を形成する（図４（Ｅ））。上記の方法によれば、マ
グネシウム膜（Ｐ型電極７）、金よりなるボンディング
パッドの第２層８Ｂ、チタンよりなるボンディングパッ
ドの第１層８Ａをそれぞれおのおの１回の成膜で簡便に
形成できる。

【００４８】ここで、チタンに替えて、窒化チタン、ニ
ッケル、白金、パラジウム、スカンジウム、ハフニウ
ム、ジルコニウムの何れかを用いてボンディングパッド
の第１層８Ａを形成してもよい。

【００４９】尚、上記第一の実施の形態、または第二の
実施の形態に係る発光素子の製造方法で、最初に、ボン
ディングパッドを形成する領域のみに、Ｐ型電極７、ボ
ンディングパッド８、またはボンディングパッドの第１
層８Ａ、ボンディングパッドの第２層８Ｂを連続して形
成し、次に、基板上全面に、再度Ｐ型電極７、保護膜１
０を形成し、その後にボンディングパッド上面のみに開
口を形成しても良い。

【００５０】このようにすることにより、マグネシウム
膜（Ｐ型電極７）の表面を一度も空気中に暴露すること
なく発光素子を製造することができ、雰囲気からのマグ
ネシウム膜（Ｐ型電極７）の汚染を抑えることができ
る。

【００５１】更に、Ｐ電極７として、マグネシウム膜に
替えて、酸素を含むマグネシウム膜、ないしは、マグネ
シウム膜と酸素を含むマグネシウム膜の積層膜を用いて
もよい。

【００５２】マグネシウム膜に替えて、酸素を含むマグ
ネシウム膜を形成する場合には、マグネシウムと酸化マ
グネシウムの混合体をターゲットとしてスパッタ法によ
って形成すればよい。

【００５３】また、電子ビーム蒸着法によりマグネシウ
ム膜を形成した後に酸素を１ｐｐｍないし１０００ｐｐ
ｍ含む窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気
で、６００°Ｃ程度で熱処理を行うことによって酸素を
含むマグネシウム膜を形成してもよい。このような処理
を行うことにより、保護膜１０を透過してマグネシウム
膜７に酸素が到達し、酸化の度合いに応じて酸素を含む
マグネシウム膜ないしは酸素を含むマグネシウム膜とマ
グネシウム膜の積層膜を形成することが出来る。

【００５４】（第三の実施の形態）次に本発明の第三の
実施の形態に係る半導体発光素子につき図５を用いて詳
細に説明する。

【００５５】図５で、図１と同一の部分については同一
の記号を付し説明を省略する。図５に示した本発明の第
三の実施の形態に係る半導体発光素子では、Ｐ型電極７
は、マグネシウム膜、酸素を含むマグネシウム膜、ない
しは、それらの積層膜のみではなく、それらの膜（Ｐ型
電極の第１層７Ａ）と、金薄膜（Ｐ型電極の第２層７
Ｂ）の積層膜として形成されている。

【００５６】このような構造を用いることにより、マグ
ネシウム等の膜（Ｐ型電極の第１層７Ａ）は、電極保護
膜１０に加えて更に金薄膜（Ｐ型電極の第２層７Ｂ）で
保護され、過度な酸化、汚染等が無い、安定したものと
なる。

【００５７】また、上記の本発明の第三の実施の形態で
は、Ｐ型電極７の膜厚を、マグネシウム等の膜（Ｐ型電
極の第１層７Ａ）と金薄膜（Ｐ型電極の第２層７Ｂ）あ
わせて５ｎｍ以下にすることにより、上記の本発明の第
一の実施の形態と比較して更に光の透過率を向上させる
ことができ、かつ、良好な電気伝導性を持つＰ型電極７
を得ることができる。

【００５８】また、上記の本発明の第三の実施の形態
で、電極保護膜１０をボンディングパッド８の側面を覆
ってボンディングパッド８の上面に達するまで形成する
ことにより、Ｐ型電極７の側面からの劣化を防止するこ
とができ、長期間特性の安定したＰ型電極を得ることが
できる。

【００５９】また、上記の本発明の第三の実施の形態
で、Ｐ型電極の第１層７ＡとＰ型電極の第２層７Ｂの間
に、チタン、窒化チタン、ニッケル、白金、パラジウ
ム、スカンジウム、ハフニウム、ジルコニウムの何れか
からなる薄膜を形成しても良い。これによりマグネシウ
ム等の膜（Ｐ型電極の第１層７Ａ）と金薄膜（Ｐ型電極
の第２層７Ｂ）間の相互拡散を防止し、Ｐ型電極の変質
を更に防止することが出来、また、ボンディングパッド
８のボンディング不良も防止することが出来る。次に本
発明の第三の実施の形態の変形例につき詳細に説明す
る。

【００６０】本変形例では、図５のＰ型電極の第２層７
Ｂとして、第三の実施の形態の金薄膜に替えてＩＴＯ
（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜を用いてい
る。ＩＴＯ膜は、１０ｎｍ程度の膜厚であれば光透過率
は殆ど１００％であり、更に効果的に光透過率を向上さ
せることが出来る。また、上記の理由から光透過率を落
とすことなくＩＴＯ膜厚を厚くすることが可能であり、
図５の保護膜１０を省略しても過度な汚染等はなく安定
したＰ型電極を得ることが出来る。

【００６１】上記の各実施の形態にかかる半導体発光素
子ではＰ型電極７の膜厚５ｎｍの場合についてのべた
が、本発明の実施はこれに限ることはなく、Ｐ型電極の
膜厚１００ｎｍ程度まで本発明の効果を享受することが
出来る。

【００６２】また、上記の各実施の形態にかかる半導体
発光素子では、低抵抗のＰ型結晶の得にくい窒化ガリウ
ム系の半導体発光素子を例にとって説明したが、本発明
の適用はこれに限るものではなく、ヒ化ガリウム、燐化
ガリウムなどの、マグネシウム、酸素を含むマグネシウ
ムがＰ型の不純物として作用する各種の半導体発光素子
に適用することが可能である。

【００６３】さらに、上記の各実施の形態では、薄膜と
してマグネシウム膜、酸素を含むマグネシウム膜を例に
とって説明したが、本発明の適用はこれに限るものでは
なく、マグネシウムに替えて半導体中でＰ型不純物とな
る亜鉛、カドミウム等を用いても本発明の効果を享受す
ることが可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明を用いること
により、電流広がりが大きく、また光取り出し量の大き
い半導体発光素子およびその電極形成方法を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態に係る半導体発光素
子の断面構造を示した図である。

【図２】本発明の第一の実施の形態に係る半導体発光素
子の電極形成工程の工程断面図である。

【図３】本発明の第二の実施の形態に係る半導体発光素
子の断面構造を示した図である。

【図４】本発明の第二の実施の形態に係る半導体発光素
子の電極形成工程の工程断面図である。

【図５】本発明の第三の実施の形態に係る半導体発光素
子の断面構造を示した図である。

【図６】厚さ７．５ｎｍの各種の金属薄膜の４００ｎｍ
から９００ｎｍの光の透過率を示した図である。

【図７】厚さ７．５ｎｍの酸素を含むマグネシウム膜に
おける波長５００ｎｍの光の透過率の酸素含有量依存性
を示した図である。

【図８】酸素を含むマグネシウム膜の抵抗率の酸素含有
量依存性を示した図である。

【図９】従来の窒化ガリウム系半導体発光素子の断面構
造を示したものである。

【符号の説明】

１・・・サファイア基板２・・・ＧａＮバッファ層（アモルファス層）３・・・Ｎ型Ｇａ_xＡｌ_yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，
ｘ＋ｙ＝１）クラッド層４・・・Ｎ型Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ発光層５・・・Ｐ型Ｇａ_xＡｌ_yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，
ｘ＋ｙ＝１）クラッド層６・・・Ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｐ型半導体層）７・・・Ｐ型電極７Ａ・・・Ｐ型電極の第１層７Ｂ・・・Ｐ型電極の第２層８、８１・・・ボンディングパッド８Ａ、８Ａ１・・・ボンディングパッドの第１層８Ｂ、８Ｂ１・・・ボンディングパッドの第２層９・・・Ｎ型電極１０・・・保護膜２１・・・レジスト膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎ型半導体層と、前記Ｎ型半導体層上に直
接または間接に接合形成されたＰ型半導体層と、最外層
の前記Ｎ型半導体層の表面の一部に形成された下部電極
と最外層の前記Ｐ型半導体層の表面ほぼ全面に形成され
た第一の薄膜と、前記第一の薄膜上の一部に形成された
上部電極とを有し、前記第一の薄膜が酸素を含む金属膜
であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】Ｎ型半導体層と、前記Ｎ型半導体層上に直
接または間接に接合形成されたＰ型半導体層と、最外層
の前記Ｎ型半導体層の表面の一部に形成された下部電極
と最外層の前記Ｐ型半導体層の表面ほぼ全面に形成され
た第一の薄膜と、前記第一の薄膜上の一部に形成された
上部電極とを有し、前記第一の薄膜がマグネシウム膜、
酸素を含むマグネシウム膜、ないしはそれらを含む積層
膜であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】前記上部電極が金からなり、且つ前記上部
電極と前記第一の薄膜との間にチタン、窒化チタン、ニ
ッケル、白金、パラジウム、スカンジウム、ハフニウ
ム、ジルコニウムの何れか一つないしはそれらの積層膜
からなる第二の薄膜が設けられていることを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】前記Ｐ型および前記Ｎ型半導体層が窒化ガ
リウム系半導体（Ｇａ_xＡｌ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦
１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）であることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】サファイア基板と、前記サファイア基板上
に積層形成されたＧａＮバッファ層と、前記ＧａＮバッ
ファ層上の一部に積層形成されたＮ型Ｇａ_xＡｌ_yＮクラ
ッド（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ＝１）層と、前
記Ｎ型Ｇａ_xＡｌ_yＮクラッド層上に積層形成されたＧａ
_xＡｌ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ
＋ｙ≦１）発光層と、前記Ｇａ_xＡｌ_yＩｎ_1-x-yＮ（０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）発光層上に積
層形成されたＰ型Ｇａ_xＡｌ_yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１，ｘ＋ｙ＝１）クラッド層と、前記Ｐ型Ｇａ_xＡｌ_yＮ
クラッド層上に積層形成されたＰ型ＧａＮコンタクト層
と、前記Ｎ型Ｇａ_xＡｌ_yＮクラッド層上の露出面に形成
された下部電極と、前記Ｐ型ＧａＮコンタクト層上の全
面に形成された第一の薄膜と、前記第一の薄膜上の一部
に形成された上部電極と、前記第一の薄膜の露出部を少
なくとも覆う酸化珪素膜または窒化珪素膜保護膜とを具
備し、前記第一の薄膜がマグネシウム膜、酸素を含むマ
グネシウム膜、ないしそれらの積層膜よりなることを特
徴とする半導体発光素子。
【請求項６】Ｎ型半導体層上に直接または間接に接合形
成されたＰ型半導体層を形成する工程と、前記Ｐ型半導
体層の表面全面にマグネシウム膜、酸素を含むマグネシ
ウム膜、ないしそれらの積層膜よりなる第一の薄膜を形
成する工程、前記第一の薄膜の表面全面に保護膜を形成
する工程、前記保護膜上の上部電極形成予定領域以外の
部分にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜をマ
スクに保護膜をエッチング除去する工程、前記エッチン
グにより露出したマグネシウム薄膜部分上に上部電極を
形成する工程、前記レジスト膜を除去する工程、をこの
順に含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】Ｎ型半導体層上に直接または間接に接合形
成されたＰ型半導体層を形成する工程と、前記Ｐ型半導
体層の表面全面にマグネシウム膜、酸素を含むマグネシ
ウム膜、ないしそれらの積層膜よりなる第一の薄膜を形
成する工程、前記第一の薄膜上の上部電極形成予定領域
以外の部分にレジスト膜を形成する工程、前記第一の薄
膜部分、レジスト膜部分上に、チタン、窒化チタン、ニ
ッケル、白金、パラジウム、スカンジウム、ハフニウ
ム、ジルコニウムの何れか一つを含む第二の薄膜を形成
する工程、上部電極を形成する工程、前記レジスト膜を
除去する工程、露出した第一の薄膜全面に保護膜を形成
する工程、をこの順に含むことを特徴とする半導体発光
素子の製造方法。
【請求項８】Ｎ型半導体層と、前記Ｎ型半導体層上に直接または間接に接合形成された
Ｐ型半導体層と、最外層の前記Ｎ型半導体層の表面の一
部に形成された下部電極と最外層の前記Ｐ型半導体層の
表面ほぼ全面に形成されたマグネシウム膜、酸素を含む
マグネシウム膜、ないしはそれらの積層膜からなる第一
の薄膜と、前記第一の薄膜上に形成された金薄膜と、前
記第一の薄膜上ないし前記金薄膜上の一部に形成された
上部電極とを有することを特徴とする半導体発光素子。