JPS6244836B2 - - Google Patents

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JPS6244836B2
JPS6244836B2 JP449481A JP449481A JPS6244836B2 JP S6244836 B2 JPS6244836 B2 JP S6244836B2 JP 449481 A JP449481 A JP 449481A JP 449481 A JP449481 A JP 449481A JP S6244836 B2 JPS6244836 B2 JP S6244836B2
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gap
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は−族化合物半導体装置、特に
GaP、GaAs、GaAs1-xPx等のGa化合物半導体の
単結晶を用いた発光ダイオード(以下、LEDと
略記)における電極の構造に関するものである。
従来、LEDは可視光を発光するものとして
は、GaP結晶や、GaAs1-xPx、Ga1-xAlxAsなど
の三元結晶を用いたものが実用化され、現在では
工業的規模での生産により種々のパイロツトラン
プや数字表示素子として大量に使用される様にな
り、またGaAs結晶を用いたLEDは赤外発光素子
として、フオトダイオードとの組合わせにより、
リモートコントロールやソリツドステートリレー
等に広く使用されている。この中でGaPLEDは赤
色から緑色まで種々の発光色を得る事が可能であ
り、LEDの中で大きなウエイトを占めている。
このGaPLEDの製造方法を第1図を用いて説明す
る。
次に製造工程順に説明する。
LEC法により得られたn型GaPウエハー1上
に液相エピタキシヤル法により、n型GaP層2
及びp型GaP層3を結晶成長させる。……第1
図a。
次に上記結晶成長面(p型層面)及びn型ウ
エハー面(裏面)を機械的に研磨し、ウエハー
を所定の厚みにする。
そしてp型成長層側の電極4としてAuとBe
の合金(以下Au−Beと略記)、或いはAuとZn
の合金(以下Au−Znと略記)を、またn型基
板側の電極5としてAuとSiの合金(以下Au−
Siと略記)、或いはAuとGeの合金(以下Au−
Geと略記)を真空蒸着する……第1図b。
その後、フオト、エツチング法により、各々
所定の電極形状になすべく加工を行ない、更に
500℃〜600℃の熱処理を施して電極のオーム性
接触を形成する……第1図c。
そして次にダイシング法、或いはスクライビ
ング法により、ウエハーを所定の大きさのチツ
プに加工する……第1図d。
そしてこの様に得られたLEDのチツプを第
1図eの様に、Auペースト、或いはAgペース
ト6により、ステム7上に固定した後、p側電
極4とステムのポスト8とを、金細線9で熱圧
着法により結合する。そしてこのステムの上部
をエポキシ樹脂で被う事によりLEDのランプ
は完成する。
ところで、この様な金細線9によるワイヤー、
ボンドが、良好に行なえるか否かはp側電極4の
表面状態に大きく左右され、従来のAu系合金電
極を用いた場合では、良好なオーム性接触は得ら
れるものの、Zn、Be等のAuに添加されている金
属による影響、及び熱処理工程を経る際に起ると
考えられる半導体基板中のGaの電極層内への拡
散による影響などにより、金細線がうまく電極表
面へ熱圧着出来ず、良好なワイヤーボンデイング
性を得るのが困難であつた。そのため、従来
LEDの生産におけるワイヤーボンド工程の歩留
りは、満足するものが得られなかつた。
一方Si基板を用いた半導体素子の配線材料とし
て使用されているAlは、周知の通り、良好なワ
イヤーボンデイング性を有しているが、−族
化合物半導体、特に液相エピタキシヤル法により
成長させたGaPやGaAsの結晶の様な、不純物濃
度の低い半導体結晶に対しては、上記Au系合金
とは逆にオーム性接触を得るのが困難であり、こ
の様な半導体結晶にAlをオーム性電極として用
いる事は、不可能であつた。
これに対し、同出願人は特願昭53−149263号
(特開昭55−75276号公報)において、Agを主成
分とした合金層を第1層、Ti、Mo、W、または
Ti、Mo、Wと他の合金からなる高融点金属(バ
リア層として働く)を第2層、Al層を第3層と
する電極構造を提案した。上記電極構造により、
一応、Alによる良好なワイヤー・ボンデイング
性が得られた。
しかし、第1層にAgを主成分とした合金を用
いた場合は、抵触抵抗が高くそしてその順方向電
圧がいく分高い側で広範囲にバラツク欠点があつ
た。
本発明は以上の従来欠点に鑑みなされたもので
あり、−族化合物半導体のp側電極として、
Au系合金を含む多層構造を持つ電極を形成する
事により結晶基板とは接触抵抗が低く、良好なオ
ーム性接触を持ち、かつ良好なワイヤー、ボンデ
イング性をも持つ電極を備えた半導体装置を提供
することを目的とするものである。
即ち結晶基板とオーム性接触を形成するための
電極としてAu−Be、或いはAu−Znの層を設ける
とともに良好なワイヤー、ボンデイング性を得る
ための電極の表面層としてAl層を設け、更に前
記二層間の相互拡散を防ぐためのバリア層とし
て、両者の中間に窒化チタニウム(TiN)でチタ
ニウム(Ti)をサンドイツチ構造にした層、即
ちTiN−Ti−TiNの三層を設ける事により上記目
的を実現したものである。
以下、本発明に係わる一実施例について説明す
る。
実施例 GaPLEDに本発明を適用した実施例について、
第2図によつて説明を行なう。
LEC法により得られたn型GaP基板10に、液
相エピタキシヤル法によりn型GaP11及びp型
GaP12を成長し、p−n接合13を形成する。
次にこのGaPウエハーの両面をラツピング、及び
ポリツシングして所定の厚みに加工した後、n側
電極として裏面にAu−Si19を真空蒸着法によ
り形成する。そしてフオトエツチング法により、
このn側電極を所定の形状にエツチングした後、
窒素雰囲気中で500〜600℃の熱処理を施こす事に
より、オーム性接触を形成する。次にこのGaPウ
エハーのP層表面にスパツタリング法により重量
パーセントで0.2〜1%のBeを含むAu−Be膜14
を500〜5000Åの膜厚に堆積する。さらに続けて
TiN膜15、Ti膜16、TiN膜17、Al膜18を
順次堆積させる。膜厚はTiN膜が二層共150〜
1000Å、Ti膜が1000〜5000Å、Al膜0.8〜2.0μm
である。ここでTiN膜15,17はTiのターゲツ
トを窒素ガス雰囲気中でリアクテイブスパツタリ
ングをする事により得られる。よつて例えば、こ
の多層膜を全てスパツタリング法によつて形成す
る場合には、Au−Be、Ti、Alの3種のターゲツ
トを備えた装置を用いて連続的に堆積する事が可
能である。
次にこの様にして積層した5層膜をフオト、エ
ツチング法により所定の形状に加工するが、この
際Al膜のエツチングは80〜90℃に加熱したリン
酸(H3PO4)で、TiN膜及びTi膜はアンモニア水
(NH4OH)と過酸化水素水(H2O2)の混合液で、
そしてAu−Be膜はヨウ素(I2)とヨウ化アンモニ
ウム(NH4I)の混合液で容易にエツチング出来
る。
次にこのGaPウエハーを窒素雰囲気中で420℃
〜500℃の熱処理を施こす事によりオーム性接触
を形成する。
この様にして得られたGaPウエハーは、第1図
に示した従来のGaPウエハーと同様にダイシング
或いはスクライブにより、所定の大きさに加工さ
れ、ステムにマウントされて、LEDランプとな
る。
以上のGaPLEDの製造過程におけるワイヤーボ
ンデイング工程において従来のAu−Beを用いた
電極に比べて、飛躍的な向上が見られ、ワイヤ
ー、ボンデイング工程の歩留りが大巾に向上し
た。またGaP基板との接触抵抗は従来のAu−Be
を用いた電極と何ら変わりなく良好であり、長時
間の使用に対しても安定であつた。
そしてこの様に上記実施例の電極が、すぐれた
特性を示すのは、中間層として設けているTiN−
Ti−TiN層が、オーム性接触を得るための熱処理
の際に生じるAu、BeやGaP基板中のGaの電極表
面への拡散を阻止するバリアとして働き、表面の
Al膜への不純物の混入が生じないと共に、良好
なオーム性接触を得るに必要なGaPとAu−Beと
の合金化が安定して行なわれるためである。な
お、バリア層としてTiN、或いはTiを単独で用い
た場合には、そのバリアとしての働きは不充分で
ありオーム性接触を得るための熱処理後、Au−
BeとAlとの反応が見られた。
すなわち、Au系合金を用いた場合、良好なオ
ーム性接着を得るには、少なくとも420℃以上の
熱処理を施こすことが必要である。しかし、Ti
等の単一の高融点金属はAu系合金に対しては反
応が生じ易く、例えばTiはAu系合金に対しては
370〜380℃以上の温度で反応を起し、そのバリア
性を破壊してAu系合金とAlを反応させてしま
う。つまり、Au系合金で良好なオーム性接触が
得られる温度では、Au系合金中へAlが拡散し、
結果として良好なオーム性接触が得られない。
同出願人が先に提案した特願昭53−149263号
は、Ag系合金と高融点金属との特殊性に着目し
たもので、Ag系合金では、Ag系合金で良好なオ
ーム性接触を得る温度でも、Ti等の単一の高融
点金属との反応がなく、単一層でもバリア層とし
て有効に働く。しかしながら前述したとおり、こ
の電極構造では、順方向電圧が高くバラツキも大
きい。
一方、TiNは導電性を有し化学的に非常に安定
した化合物である。このTiNは、Au系合金で良
好なオーム性接触が得られる温度に耐え、バリア
層として働かせることが可能である。ところが、
TiN膜を単一層でバリア層として有効に働かせる
には、膜厚を4000〜5000Å以上と非常に厚くする
必要がある。しかし実験によれば、膜厚を厚くす
ることによつて、Au系合金とTiN膜間の機械的
接着強度が低下し、ワイヤー・ボンデイングの際
に電極が剥離する現象が生じ、バリア層として使
用できなかつた。またTiN膜をリアクテイブスパ
ツタ法により形成する場合は生成速度が遅く、
TiN層単独で充分なバリア性を有するだけの膜厚
を得るのが非常に困難であつた。
本発明において、中間層としてTiN−Ti−TiN
と順次積層形成したのは上記諸点によるもので、
第1層としてAu系合金を用いた場合にあつて、
バリア性として最も安定した層が得られる。ま
た、このようにTi膜をはさんでその両側にTiN膜
を形成することにより、TiN−Ti層のみの場合よ
りさらに安定したバリア性が期待できるととも
に、両Ti膜は実施例の如く、150〜1000Åと比較
的薄く形成しても安定したバリア性が得られ、生
成速度が遅いリアクテイブスパツタ法においても
容易にその膜を形成できる利点がある。
なお、第2層にTi膜、第3層にTiN膜、第4層
にTi膜を形成すると、Ti膜とAu系合金との間で
第2層が却り、またその上のTiN膜の膜厚が薄い
ので、結局Au系合金中へAlが拡散し良好なオー
ム性接触は得られない。
第3図に本発明による電極構造と特願昭53−
149263号による電極構造の特性比較を示してお
く。横軸は順方向電圧、縦軸は個数である。本発
明においては、その接触抵抗が小さくかつバラツ
キも少なく、従つて、順方向電圧の低いものがバ
ラツキなく安定して得られること明らかである。
以上のような本実施例では、Au−Be等をスパ
ツタリングにより形成したが、これを真空蒸着法
により形成しても良い。
なお、上記実施例の電極構造は、GaP結晶ばか
りではなく、GaAs、GaAs1-xPx、Ga1-xAlxAs等
の他の−族化合物半導体の電極構造としても
適用出来る。
以上説明した如く本発明の半導体装置によれ
ば、その電極は良好なワイヤーボンデイング性を
有するとともに基板に対しオーム性接触を有るこ
とのできるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のGaPLEDの製造工程を示す説明
図、第2図は本発明に係わるGaPLEDの側面断面
図である。また、第3図は特性比較図である。 図中、1……n型GaP基板、2……n型GaP
層、3……p型GaP層、4……Au−Be、或いは
Au−Zn層、5……Au−Si、或いはAu−Ge膜、
6……Auペースト或いはAgペースト、7……ス
テム、8……ステムのポスト、9……金細線、1
0……n型GaP基板、11……n型GaP層、12
……p型GaP層、13……p−n接合、14……
Au−Be層、15……TiN層、16……Ti層、1
7……TiN層、18……Al層、19……Au−Si
層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 p型化合物半導体とオーム性接触を成す金を
    主成分とした合金層を第1層、窒化チタニウム層
    を第2層、チタニウム層を第3層、窒化チタニウ
    ム層を第4層、アルミニウム層を第5層として順
    次積層して電極とした事を特徴とする−族化
    合物半導体装置。
JP449481A 1981-01-13 1981-01-13 3-5 group compound semiconductor device Granted JPS57117283A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP449481A JPS57117283A (en) 1981-01-13 1981-01-13 3-5 group compound semiconductor device
NLAANVRAGE8200038,A NL186354C (nl) 1981-01-13 1982-01-07 Halfgeleiderinrichting die uit iii-v verbindingen bestaat, met een samengestelde elektrode.
DE19823200788 DE3200788A1 (de) 1981-01-13 1982-01-13 Elektrode fuer halbleiterbauteile
US06/681,710 US4553154A (en) 1981-01-13 1984-12-13 Light emitting diode electrode

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