JP2010267694A - 半導体発光素子およびその製造方法ならびに半導体素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命が長く、信頼性が高く、低コストで特性も良好な発光ダイオードなどの半導体発光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】発光ダイオード構造を形成する半導体層１１に接して、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のＮｉ超薄膜１２を真空蒸着法などにより形成し、その上にＡｇ電極１３を形成する。半導体層１１はｎ型半導体層、その上の活性層およびその上のｐ型半導体層を含み、このｐ型半導体層に接してＮｉ超薄膜１２を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体発光素子およびその製造方法ならびに半導体素子およびその製造方法に関し、特に、銀（Ａｇ）電極を用いる半導体発光素子、例えば発光ダイオードに適用して好適なものである。

ＧａＮ系半導体などを用いた発光ダイオードにおいては、半導体層に形成する電極としてＡｇ電極が用いられることが多い。ところが、Ａｇ電極には以下の問題がある。
１．純Ａｇはもともと酸化や硫化に対して耐性が低く（反応しやすく）、暴露環境からの酸素や硫黄の取り込みに対して容易に影響を受け、反射率の劣化を生じる。特に、電極形成に一般的に用いられる真空蒸着法で形成したＡｇ膜は、膜中に形成される粒界構造などの不完全性があるために、一層劣化が顕著になる。
２．Ａｇ膜は耐熱性が低く、３００〜４００℃程度の温度の加熱でも、光学特性や電気特性に変動が生じやすい。
３．Ａｇはイオン化しにくい貴金属であるが、後述のように、水分が存在する場合はイオン化し、マイグレーションによりデバイスに不良が生じる。
４．ＧａＮ系発光ダイオードは、一般に樹脂封止されるが、樹脂中に含まれている微量な水分や硫黄分が劣化に寄与するケースがしばしば観測されている。

従来のＧａＮ系発光ダイオードの構造の一例を図１１に示す。図１１に示すように、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を含む半導体層１０１のｐ型半導体層に接してＡｇ電極１０２が形成され、このＡｇ電極１０２上に接続用金属膜１０３が形成されている。半導体層１０１のｎ型半導体層に下配線１０４が形成されている。
このようなＧａＮ系発光ダイオードにおいては、次のようにしてＡｇ電極１０２からのＡｇのマイグレーションが起こる。図１２に示すように、Ａｇ電極１０２と下配線１０４との間の電位差と周囲の雰囲気中から表面に吸着された水の存在とにより次式のように電離が起こる。

Ａｇ→Ａｇ⁺
Ｈ₂ Ｏ→Ｈ⁺ ＋ＯＨ^-
こうして生成されるＡｇ⁺ およびＯＨ^- はＡｇ電極１０２においてＡｇＯＨを生成して析出する。こうして析出したＡｇＯＨは次式のように分解し、Ａｇ電極１０２でＡｇ₂ Ｏとなり、コロイド状に分散する。
２ＡｇＯＨ＝Ａｇ₂ Ｏ＋Ｈ₂ Ｏ
この後に水和反応により
Ａｇ₂ Ｏ＋Ｈ₂ Ｏ＝２ＡｇＯＨ
２ＡｇＯＨ＝２Ａｇ⁺ ＋ＯＨ^-
となる。
この反応が進むと、Ａｇ⁺ が下配線１０４に移動し、Ａｇのデンドライト状の析出が進む。そして、遂には、Ａｇ電極１０２と下配線１０４とが短絡してしまい、ＧａＮ系発光ダイオードの不良が生じる。

上述のＡｇのマイグレーションを防止するために、電極材料にＡｇと他の金属との合金を用いたり、電極を樹脂により封止したりする方法が用いられている。しかしながら、電極材料としてＡｇと他の金属との合金を用いた場合には、Ａｇを用いる場合に比べて材料コストがかかってしまうことが多いだけでなく、マイグレーション抑制効果が低いという欠点がある。また、電極を樹脂により封止する方法としては、水分を抑制することによりマイグレーションを制御するものなどがあるが、この方法では、用途に応じ、吸湿制御、透明性の低下の防止、塩害の防止、パターン精度の悪化防止などを図る必要がある。これらの課題を解決するために様々な方法が用いられている。その一つの方法として、電極をＡｇのマイグレーションを抑制する金属（バリアメタル）からなる保護膜により封止する方法がある（例えば、特許文献１、２参照。）。その一例を図１３に、他の例を図１４に示す。

図１３に示す発光ダイオードにおいては、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を含む半導体層２０１のｐ型半導体層に接してＡｇ電極２０２が形成され、このＡｇ電極２０２の上面および側面の全体を覆うようにバリアメタルからなる保護膜２０３が形成されている。半導体層２０１のｎ型半導体層に下配線２０４が形成されている。
また、図１４に示す発光ダイオードにおいては、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を含む半導体層３０１のｐ型半導体層に接してＡｇ電極３０２が形成され、このＡｇ電極３０２上に接続用金属膜３０３が形成されている。これらのＡｇ電極３０２および接続用金属膜３０３の上面および側面の全体を覆うようにバリアメタルからなる保護膜３０４が形成されている。この保護膜３０４上に接続用金属膜３０５が形成されている。半導体層３０１のｎ型半導体層に下配線３０６が形成されている。

特開２００７−８０８９９号公報 特開２００７−１８４４１１号公報

図１３および図１４に示す発光ダイオードにおいては、保護膜２０３、３０４により水分を抑制し、かつ等電位面を形成することで、Ａｇ電極２０２、３０２に印加される電界の強度を低減し、あるいはゼロにしてＡｇのマイグレーションを抑制する。この方法は、Ａｇのマイグレーション抑制効果が非常に大きいという利点がある。しかしながら、Ａｇ電極２０２、３０２を覆うための保護膜２０３、３０４などのサイズは、アライメント精度の要求からＡｇ電極２０２、３０２のそれよりも数μｍ大きくする必要がある。

ところが、発光ダイオードのサイズが微細な場合（例えば、５０μｍ以下）、Ａｇ電極２０２、３０２のサイズに対し、このＡｇ電極２０２、３０２を覆う保護膜２０３、３０４のサイズは無視できない。言い換えれば、発光ダイオードのサイズが決まっている場合には、保護膜２０３、３０４を形成すると、その分だけＡｇ電極２０２、３０２のサイズを小さくせざるを得ない。ＧａＮ系発光ダイオードなどにおいては、光取り出し効率の向上を図るためにＡｇ電極２０２、３０２を反射ミラーとして用いることが多いため、Ａｇ電極２０２、３０２のサイズが小さくなると、これらのＡｇ電極２０２、３０２による反射光量が減少する。また、保護膜２０３、３０４が半導体層２０１、３０１と接触している部分で光の吸収が起こってしまう。これらにより、発光ダイオードからの光の取り出し効率の低下が生じ、ひいては発光効率の低下が生じていた。

また、保護膜２０３、３０４を形成する場合、発光ダイオードの製造工程においては、Ａｇ電極２０２、３０２を形成するためのリソグラフィー工程に加えて、保護膜２０３、３０４を形成するためのリソグラフィー工程も必要であるため、製造に時間がかかり、製造コストが高くなるという問題がある。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、寿命が長く、信頼性が高く、低コストで特性も良好な発光ダイオードなどの半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする課題は、より一般的には、寿命が長く、信頼性が高く、低コストで特性も良好な半導体素子およびその製造方法を提供することである。

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、半導体層上に銀電極を形成する際には、銀電極を半導体層に直接接して形成するのではなく、まず、半導体層に接して極薄い、具体的には厚さ１０ｎｍ以下のニッケル膜を形成し、その上に銀電極を形成することが極めて有効であることを見出した。この方法によれば、上記の課題を一挙に解決することができる。

すなわち、上記課題を解決するために、この発明は、
発光素子構造を形成する半導体層に接して、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のニッケル薄膜を形成する工程と、
上記ニッケル薄膜上に銀電極を形成する工程と
を有する半導体発光素子の製造方法である。

また、この発明は、
発光素子構造を形成する半導体層と、
上記半導体層に接した、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のニッケル薄膜と、
上記ニッケル薄膜上の銀電極と
を有する半導体発光素子である。

この発明において、ニッケル薄膜の厚さは好適には２ｎｍ以下であり、典型的には１ｎｍ以下である。ニッケル薄膜と銀電極とは直接接してもよいし、間に一層または二層以上の他の金属膜を形成してもよい。好適には、半導体層と銀電極とが直接接するのを防止するために、銀電極はニッケル薄膜の外側にはみ出ないように形成する。発光素子構造を形成する半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などの種々の半導体からなるものであってよいが、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層である。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、一般的には、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる群より選ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族元素と、少なくともＮを含み、場合によってさらにＡｓまたはＰを含むＶ族元素とからなる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。発光素子構造を形成する半導体層は、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を含む。このｐ型半導体層に接してニッケル薄膜を形成し、その上にＡｇ電極を形成する。半導体発光素子は、典型的には発光ダイオードであるが、半導体レーザであってもよい。

また、この発明は、
素子構造を形成する半導体層に接して、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のニッケル薄膜を形成する工程と、
上記ニッケル薄膜上に銀電極を形成する工程と
を有する半導体素子の製造方法である。

また、この発明は、
素子構造を形成する半導体層と、
上記半導体層に接した、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のニッケル薄膜と、
上記ニッケル薄膜上の銀電極と
を有する半導体素子である。

半導体素子には、発光ダイオードなどの半導体発光素子のほか、ＦＥＴなどの電子走行素子なども含まれる。
これらの半導体素子およびその製造方法の発明においては、上記の半導体発光素子およびその製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。

上述のように構成されたこの発明においては、半導体層と銀電極との間の、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のニッケル薄膜により、銀電極からの銀のマイグレーションを効果的に抑制することができる。この場合、従来のようにバリアメタルからなる保護膜を形成する必要がないため、半導体発光素子あるいは半導体素子の製造工程を簡略化することができる。また、保護膜を形成する必要がないため、銀電極のサイズ、したがって面積を十分に大きくすることができ、銀電極による反射光量を十分に多くすることができる。さらに、発光ダイオードなどの半導体発光素子においてはこの保護膜と半導体層との接触部における光の吸収もない。

この発明によれば、寿命が長く、信頼性が高く、低コストで特性も良好な半導体発光素子あるいは半導体素子を得ることができる。

この発明の第１の実施の形態による発光ダイオードを示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態による発光ダイオードの要部を拡大して示す断面図である。 この発明の実施例によるＧａＮ系発光ダイオードの構造およびサイズを示す断面図である。 この発明の実施例によるＧａＮ系発光ダイオードのエージングの結果を示す略線図である。 この発明の実施例によるＧａＮ系発光ダイオードの電流−電圧特性の測定結果を示す略線図である。 この発明の実施例によるＧａＮ系発光ダイオードの電流−光出力特性の測定結果を示す略線図である。 比較例によるＧａＮ系発光ダイオードの構造およびサイズを示す断面図である。 比較例によるＧａＮ系発光ダイオードのエージングの結果を示す略線図である。 比較例によるＧａＮ系発光ダイオードの電流−電圧特性の測定結果を示す略線図である。 比較例によるＧａＮ系発光ダイオードの電流−光出力特性の測定結果を示す略線図である。 Ａｇ電極を用いる従来の発光ダイオードの第１の例を示す断面図である。 Ａｇ電極を用いる従来の発光ダイオードにおけるＡｇ電極からのＡｇのマイグレーションにより発生する短絡の問題を説明するための断面図である。 Ａｇ電極を用いる従来の発光ダイオードの第２の例を示す断面図である。 Ａｇ電極を用いる従来の発光ダイオードの第３の例を示す断面図である。

以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（発光ダイオードおよびその製造方法）
２．第２の実施の形態（発光ダイオードおよびその製造方法）

〈１．第１の実施の形態〉
［発光ダイオードおよびその製造方法］
図１は第１の実施の形態による発光ダイオードを示す。

図１に示すように、この発光ダイオードにおいては、発光ダイオード構造を形成する半導体層１１に接してＮｉ超薄膜１２が設けられ、その上にＡｇ電極１３および接続用金属膜１４が順次設けられている。Ａｇ電極１３がｐ側電極（アノード電極）を形成する。Ｎｉ超薄膜１２は厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上であり、好適には厚さが２ｎｍ以下、典型的には厚さが１ｎｍ以下である。この厚さが１０ｎｍ以下のＮｉ超薄膜１２は可視光などの光に対してほとんど透明であり、Ａｇ電極１３の光反射性能を損なうことはない。半導体層１１は、ｎ型半導体層、その上の活性層およびその上のｐ型半導体層を含み、Ｎｉ超薄膜１２はこのｐ型半導体層に接している。半導体層１１のｎ型半導体層に接して下配線１５が形成されている。下配線１５はｎ側電極（カソード電極）を兼用する。なお、図１においては、一例として半導体層１１の表面にこの半導体層１１中の貫通転位を起点として発生するピット１１ａが形成されている場合が示されているが、これに限定されるものではなく、ピット１１ａの形成の有無は発明の本質とは無関係である。

半導体層１１は、例えば窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、典型的にはＧａＮ系半導体層である。このＧａＮ系半導体層は、具体的には、例えば、ｎ型ＧａＮクラッド層、その上の活性層およびその上のｐ型ＧａＮクラッド層を含む。この活性層は、例えば、Ｇａ_1-x Ｉｎ_x Ｎ層を障壁層、Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ層（ｙ＞ｘ、ｘ≦０＜１）を井戸層とするＧａ_1-x Ｉｎ_x Ｎ／Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ多重量子井戸構造（ＭＱＷ）構造を有する。Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ層のＩｎ組成ｙはこの発光ダイオードの発光波長に応じて選ばれ、例えば発光波長４０５ｎｍでは約１１％、発光波長４５０ｎｍでは約１８％、発光波長５２０ｎｍでは約２４％である。

接続用金属膜１４は従来公知の金属膜を用いることができ、必要に応じて選ばれるが、例えば、ニッケル（Ｎｉ）膜、白金（Ｐｔ）膜および金（Ａｕ）膜を順次積層したＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の金属多層膜などが用いられる。下配線１５は従来公知の金属膜を用いることができ、必要に応じて選ばれるが、例えば、チタン（Ｎｉ）膜、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）膜を順次積層したＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の金属積層膜などが用いられる。

この発光ダイオードの駆動時には、ｐ側電極であるＡｇ電極１３と下配線１５との間に順方向電圧が印加され、活性層から発光が生じる。活性層からの光は半導体層１１の内部において反射を繰り返しながら循環する。このとき、Ａｇ電極１３に向かう光はＮｉ超薄膜１２により吸収されることなくこのＡｇ電極１３に到達するため、このＡｇ電極１３によりほぼ１００％反射され、半導体層１１の下面に向かう。この結果、半導体層１１の内部の循環光は、半導体層１１の下面から外部に効率的に取り出される。

この発光ダイオードの駆動時には、次のようにして、 Ａｇ電極１３からのＡｇのマイグレーションに起因するＡｇ電極１３と下配線１５との短絡を防止することができる。図２Ａに示すように、半導体層１１とＡｇ電極１３との間に形成されたＮｉ超薄膜１２からＮｉ原子がマイグレーション（エレクトロマイグレーションおよびイオンマイグレーション）により半導体層１１側に移動する。このとき、Ａｇ電極１３からのＡｇ原子のマイグレーションはＮｉ超薄膜１２により阻まれる。このようにＡｇ電極１３からのＡｇ原子のマイグレーションが起きず、Ｎｉ超薄膜１２からのＮｉ原子のマイグレーションが起きるのは、Ｎｉの標準電極電位は−０．２５Ｖであるのに対し、Ａｇの標準電極電位は０．７９８Ｖであり、はるかに高いためであると考えられる。Ｎｉ超薄膜１２から半導体層１１に移動したＮｉ原子は、半導体層１１中での移動速度が極めて遅いため、実質的に下配線１５に到達しない。図２Ｂに示すように、Ｎｉ超薄膜１２からは半導体層１１の表面にもＮｉ原子が移動するが、このＮｉ原子が下配線１５に到達することもない。

次に、この発光ダイオードの製造方法について説明する。
まず、図示省略した所定の基板上に半導体層１１をエピタキシャル成長させる。この半導体層１１は、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法などの従来公知の各種の方法によりエピタキシャル成長させることができる。

次に、この半導体層１１をドライエッチングなどにより所定の平面形状にパターニングする。
次に、この所定の平面形状を有する半導体層１１が形成された基板表面にリソグラフィーにより所定の平面形状を有するレジストパターン（図示せず）を形成する。次に、基板全面に例えば真空蒸着法やスパッタリング法などによりＮｉ超薄膜１２、Ａｇ電極１３および接続用金属膜１４を順次形成する。次に、このレジストパターンを、その上に形成されたＮｉ超薄膜１２、Ａｇ電極１３および接続用金属膜１４とともに除去する（リフトオフ）。

次に、図示省略した支持基板に接続用金属膜１４側の表面を貼り合わせ、半導体層１１を基板から剥離する。
次に、半導体層１１のｎ型半導体層に下配線１５を形成する。
以上により、目的とする発光ダイオードが製造される。こうして製造されたＧａＮ系発光ダイオードは、用途に応じて、単体素子として用いてもよいし、他の基板と貼り合わせたり、転写したり、配線接続を行ったりすることができる。

〈実施例〉
ＧａＮ系発光ダイオードを以下のようにして製造した。
まず、例えば主面がＣ＋面で厚さが４３０μｍのサファイア基板を用意し、サーマルクリーニングを行うことなどによりその表面を清浄化する。
次に、このサファイア基板上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、まず例えば５００℃程度の低温で例えば厚さが１μｍのＧａＮバッファ層（図示せず）を成長させ、その後１０００℃程度まで昇温して結晶化する。

引き続いて、このＧａＮバッファ層上に、ｎ型ＧａＮクラッド層、Ｇａ_1-x Ｉｎ_x Ｎ／Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ ＭＱＷ構造を有する活性層およびｐ型ＧａＮクラッド層を順次成長させる。ｎ型ＧａＮクラッド層には、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）をドープする。ｐ型ＧａＮクラッド層には、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）をドープする。ここで、ｎ型ＧａＮクラッド層は例えば１０００℃程度の温度で成長させ、活性層は例えば７５０℃程度の温度で成長させ、ｐ型ＧａＮクラッド層は例えば９００℃程度の温度で成長させる。また、ｎ型ＧａＮクラッド層は例えば水素ガス雰囲気中で成長させ、活性層は例えば窒素ガス雰囲気中で成長させ、ｐ型ＧａＮクラッド層は例えば水素ガス雰囲気中で成長させる。

上記のＧａＮ系半導体層の成長原料は下記のとおりである。Ｇａの原料としては、例えば、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ、ＴＭＧ）を用いる。Ａｌの原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ａｌ、ＴＭＡ）を用いる。Ｉｎの原料としては、例えば、トリメチルインジウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｉｎ、ＴＭＩ）を用いる。Ｎの原料としては、例えば、アンモニア（ＮＨ₃ ）を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ₄ ）を用いる。ｐ型ドーパントとしては、例えば、ビス（メチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（（ＣＨ₃ Ｃ₅ Ｈ₄ ）₂ Ｍｇ）あるいはビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｍｇ）を用いる。

次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、レジストパターン（図示せず）をマスクとして、例えばＣｌ₂ 系のガスをエッチングガスに用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、半導体層１１をエッチングした後、レジストパターンを除去する。

次に、基板表面にリソグラフィーにより所定の平面形状を有するレジストパターン（図示せず）を形成する。次に、基板全面に真空蒸着法により厚さ１ｎｍのＮｉ超薄膜１２および厚さ１００ｎｍのＡｇ電極１３を順次形成し、その上に真空蒸着法によりＮｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成してＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の多層金属膜からなる接続用金属膜１４を形成する。ここで、Ｎｉ膜の厚さは２００ｎｍ、Ｐｔ膜の厚さは５０ｎｍ、Ａｕ膜の厚さは２００ｎｍとする。Ｎｉ超薄膜１２の成膜時間は１０秒である。この後、このレジストパターンをその上に形成された金属膜とともに除去する（リフトオフ）。

次に、上述の発光ダイオード構造の接続用金属膜１４側を支持基板に接着剤を用いて貼り合わせる。支持基板としては各種のものを用いることができるが、例えばサファイア基板やシリコン基板などである。
次に、サファイア基板の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射してサファイア基板とｎ型ＧａＮ層との界面のアブレーションを行うことによりサファイア基板を剥離する。

次に、ｎ型半導体層の表面にリソグラフィーにより所定の平面形状を有するレジストパターン（図示せず）を形成し、さらに全面に例えばスパッタリング法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、ｎ型ＧａＮクラッド層上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の所定の平面形状を有する下配線１５を形成する。
この後、支持基板および接着剤を除去する。
以上により、目的とするＧａＮ系発光ダイオードが完成する。

図３に、以上のようにして製造されたＧａＮ系発光ダイオードの構造およびサイズを示す。半導体層１１は、ｎ型ＧａＮクラッド層、Ｇａ_1-x Ｉｎ_x Ｎ／Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ ＭＱＷ構造を有する活性層（ｘ＝０．１８）およびｐ型ＧａＮクラッド層からなる厚さ約０．８μｍで幅および奥行きの長さがそれぞれ１４μｍである。これらのＮｉ超薄膜、Ａｇ電極、Ｎｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の幅および奥行きの長さはそれぞれ１０μｍである。

こうして製造した青色発光のＧａＮ系発光ダイオードのエージング（８０℃定格駆動での通電試験）を行った結果を図４に示す。図５はこのＧａＮ系発光ダイオードのエージング前後の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）、図６はこのＧａＮ系発光ダイオードのエージング前後の電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）の測定結果を示す。
図４〜図６から分かるように、１０時間を超えるエージングを行ってもＧａＮ系発光ダイオードの特性はほとんど変化していない。これは、半導体層１１とＡｇ電極１３との間に形成したＮｉ超薄膜１２によりＡｇ電極１３からのＡｇのマイグレーションが抑制されていることによるものである。

〈比較例〉
比較例として図７に示すような構造およびサイズを有するＧａＮ系発光ダイオードを製造した。図７に示すように、半導体層は、ｎ型ＧａＮクラッド層、Ｇａ_1-x Ｉｎ_x Ｎ／Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ ＭＱＷ構造を有する活性層（ｘ＝０．１８）およびｐ型ＧａＮクラッド層からなる厚さ約０．８μｍで幅および奥行きの長さがそれぞれ１４μｍである。この半導体層上に厚さ１００ｎｍのＡｇ電極および厚さ５０ｎｍのＰｔ膜を順次形成した。これらのＡｇ電極およびＰｔ膜の幅および奥行きの長さはそれぞれ１０μｍである。

こうして製造した青色発光のＧａＮ系発光ダイオードのエージング（８０℃定格駆動での通電試験）を行った結果を図８に示す。図９はこのＧａＮ系発光ダイオードのエージング前の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）、図１０はこのＧａＮ系発光ダイオードのエージング前の電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）の測定結果を示す。
図８から分かるように、エージング開始後短時間で発光ダイオードは特性不良となっている。これは、半導体層とＡｇ電極とが直接接触していることにより、Ａｇ電極からのＡｇ原子のマイグレーションが起こり、半導体層を突き抜けたり、半導体層の表面を移動したりすることによるものと考えられる。

以上のように、この第１の実施の形態によれば、発光ダイオード構造を形成する半導体層１１のｐ型半導体層に接して、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以下のＮｉ超薄膜１２を形成し、このＮｉ超薄膜１２上にＡｇ電極１３を形成している。このため、Ｎｉ超薄膜１２により、Ａｇ電極１３からのＡｇ原子のマイグレーションを効果的に抑制することができ、Ａｇ電極１３と下配線１５との短絡を有効に防止することができる。これに加えて、半導体層１１上にＮｉ超薄膜１２を介してＡｇ電極１３を形成しているため、Ａｇ電極１３の半導体層１１に対する密着性の大幅な向上を図ることができるとともに、Ａｇ電極１３の耐熱性の大幅な向上を図ることができる。さらに、Ａｇ電極１３をその反射性能を損なうことなく用いることができるため、光取り出し効率の向上を図ることができ、ひいては発光ダイオードの発光効率の向上を図ることができる。

また、Ａｇ原子のマイグレーションを抑制するために従来のようにバリアメタルからなる保護膜を形成する必要がないため、保護膜を形成するためのリソグラフィー工程が不要となるだけでなく、保護膜の形成の工程も不要となる。このため、その分だけ発光ダイオードの製造工程を簡略化することができ、製造コストの低減を図ることができる。また、保護膜を形成する必要がないため、Ａｇ電極１３のサイズ、したがって面積を十分に大きくすることができ、Ａｇ電極１３による反射光量を十分に多くすることができる。また、この保護膜と半導体層１１との接触部における光の吸収もないため、この光の吸収による光の損失を防止することができる。これらによっても、発光ダイオードの発光効率の向上を図ることができる。

以上により、寿命が長く、信頼性も高く、低コストで特性が良好な発光ダイオードを得ることができる。
この発光ダイオードは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置などの各種の電子機器に用いて好適なものである。

〈２．第２の実施の形態〉
［発光ダイオードおよびその製造方法］
第２の実施の形態による発光ダイオードにおいては、発光ダイオード構造を形成する半導体層１１に接してＮｉ超薄膜１２が設けられ、その上に中間金属層を介してＡｇ電極１３および接続用金属膜１４が順次設けられている。この中間金属層は、 例えば、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などの金属から選ばれた一種または二種以上の金属からなり、単層膜であっても多層膜であってもよい。この中間金属層の厚さは特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、使用する金属との兼ね合いで、Ａｇ電極１３の反射性能を損なわないように十分に薄くするのが好ましく、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下に選ばれる。

この発光ダイオードの上記以外のことは第１の実施の形態による発光ダイオードと同様である。また、この発光ダイオードの製造方法も、中間金属層を形成することを除いて、第１の実施の形態による発光ダイオードの製造方法と同様である。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。

以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。
また、必要に応じて、上述の実施の形態による発光ダイオードにおいて、従来公知の金属からなる保護膜（カバーメタル）を併用してもよい。こうすることで、発光ダイオードの信頼性のより一層の向上を図ることができる。

１１…半導体層、１２…Ｎｉ超薄膜、１３…Ａｇ電極、１４…接続用金属膜、１５…下配線

Claims (14)

1. 発光素子構造を形成する半導体層に接して、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のニッケル薄膜を形成する工程と、
   上記ニッケル薄膜上に銀電極を形成する工程と
   を有する半導体発光素子の製造方法。
2. 上記ニッケル薄膜の厚さが２ｎｍ以下である請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
3. 上記ニッケル薄膜の厚さが１ｎｍ以下である請求項２記載の半導体発光素子の製造方法。
4. 上記半導体層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層である請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
5. 上記半導体層はｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を含み、上記ｐ型半導体層に接して上記ニッケル薄膜を形成する請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
6. 上記半導体発光素子は発光ダイオードである請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
7. 発光素子構造を形成する半導体層と、
   上記半導体層に接した、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のニッケル薄膜と、
   上記ニッケル薄膜上の銀電極と
   を有する半導体発光素子。
8. 上記ニッケル薄膜の厚さが２ｎｍ以下である請求項７記載の半導体発光素子。
9. 上記ニッケル薄膜の厚さが１ｎｍ以下である請求項８記載の半導体発光素子。
10. 上記半導体層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層である請求項７記載の半導体発光素子。
11. 上記半導体層はｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を含み、上記ｐ型半導体層に接して上記ニッケル薄膜が形成されている請求項７記載の半導体発光素子。
12. 上記半導体発光素子は発光ダイオードである請求項７記載の半導体発光素子。
13. 素子構造を形成する半導体層に接して、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のニッケル薄膜を形成する工程と、
    上記ニッケル薄膜上に銀電極を形成する工程と
    を有する半導体素子の製造方法。
14. 素子構造を形成する半導体層と、
    上記半導体層に接した、厚さが１０ｎｍ以下で１原子層以上のニッケル薄膜と、
    上記ニッケル薄膜上の銀電極と
    を有する半導体素子。

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