JPH10247747A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
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- JPH10247747A JPH10247747A JP5011197A JP5011197A JPH10247747A JP H10247747 A JPH10247747 A JP H10247747A JP 5011197 A JP5011197 A JP 5011197A JP 5011197 A JP5011197 A JP 5011197A JP H10247747 A JPH10247747 A JP H10247747A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Inx Aly Ga1-x-y N層に対して、その
結晶性を維持しつつ、接触抵抗が低く、かつ、十分な付
着強度を有する電極構造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ものである。 【解決手段】 本発明の第1の実施の形態においては、
n型Inx Aly Ga1- x-y N層上にIV族元素または
VI族元素を含む金属からなる電極を堆積する。また、
本発明の第2の実施の形態においては、n型Inx Al
y Ga1-x-y N層またはp型Inx Aly Ga1-x-y N
層に対して、炭素、ゲルマニウム、セレン、ロジウム、
テルル、イリジウム、ジルコニウム、ハフニウム、銅、
窒化チタン、窒化タングステン、モリブデン或いは珪化
チタンなどの電極材料を堆積した後にこれらの半導体層
のキャリア濃度を上げるような不純物をイオン注入し、
アニールする。
結晶性を維持しつつ、接触抵抗が低く、かつ、十分な付
着強度を有する電極構造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ものである。 【解決手段】 本発明の第1の実施の形態においては、
n型Inx Aly Ga1- x-y N層上にIV族元素または
VI族元素を含む金属からなる電極を堆積する。また、
本発明の第2の実施の形態においては、n型Inx Al
y Ga1-x-y N層またはp型Inx Aly Ga1-x-y N
層に対して、炭素、ゲルマニウム、セレン、ロジウム、
テルル、イリジウム、ジルコニウム、ハフニウム、銅、
窒化チタン、窒化タングステン、モリブデン或いは珪化
チタンなどの電極材料を堆積した後にこれらの半導体層
のキャリア濃度を上げるような不純物をイオン注入し、
アニールする。
Description
【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電極を有する化合物
半導体発光素子およびその製造方法に関する。
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電極を有する化合物
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】窒化物系のIII−V族化合物半導体で
あるInx Aly Ga1-x-y N(0≦x,y≦1,x+
y≦1)系半導体は、直接遷移型の半導体であり、組成
x及びyを制御することによってバンドギャップが1.
89〜6.2eVまで変化するために、LEDや半導体
レーザの材料として有望視されている。特に、青色の波
長領域で高輝度に発光させることができれば、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。そこで、Inx Gay Al
1-x-y N系半導体を用いた青色発光素子は、特性の安定
化と信頼性の向上に向けて急速に開発が進められてい
る。なお、以後、本明細書において「InxAly Ga
1-x-y N」という時は、組成比x及びyを零から1の範
囲で変化させたすべての組成を含みうるものとする。例
えば、GaN(x=0、y=0)も「Inx Gay Al
1-x-y N」に含まれるものとする。
あるInx Aly Ga1-x-y N(0≦x,y≦1,x+
y≦1)系半導体は、直接遷移型の半導体であり、組成
x及びyを制御することによってバンドギャップが1.
89〜6.2eVまで変化するために、LEDや半導体
レーザの材料として有望視されている。特に、青色の波
長領域で高輝度に発光させることができれば、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。そこで、Inx Gay Al
1-x-y N系半導体を用いた青色発光素子は、特性の安定
化と信頼性の向上に向けて急速に開発が進められてい
る。なお、以後、本明細書において「InxAly Ga
1-x-y N」という時は、組成比x及びyを零から1の範
囲で変化させたすべての組成を含みうるものとする。例
えば、GaN(x=0、y=0)も「Inx Gay Al
1-x-y N」に含まれるものとする。
【0003】このような窒化物系半導体を用いた従来の
青色発光素子の構造を開示した参考文献としては、Jp
n.J.Appl.Phys.,28(1989)p.
L2112、Jpn.J.Appl.Phys.,32
(1993)p.L8或いは特開平5−291621号
公報を挙げることができる。
青色発光素子の構造を開示した参考文献としては、Jp
n.J.Appl.Phys.,28(1989)p.
L2112、Jpn.J.Appl.Phys.,32
(1993)p.L8或いは特開平5−291621号
公報を挙げることができる。
【0004】ところで、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発光素子の諸特性に対して
非常に重要な役割を有する。窒化物系の化合物半導体層
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、電極の構造や材料の選定は
特に重要である。
流を供給するための電極部が発光素子の諸特性に対して
非常に重要な役割を有する。窒化物系の化合物半導体層
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、電極の構造や材料の選定は
特に重要である。
【0005】例えば、前述したJpn.J.Appl.
Phys.,28(1989)p.L2112において
は、n型Inx Aly Ga1-x-y N層に対する電極材料
としてアルミニウムを用いている。また、Jpn.J.
Appl.Phys.,32(1993)p.L8で
は、電極材料として金を用いている。さらに、特開平5
−291621号公報においては、電極材料としてクロ
ム、チタン及びインジウムのいずれかを用いることが記
載されている。
Phys.,28(1989)p.L2112において
は、n型Inx Aly Ga1-x-y N層に対する電極材料
としてアルミニウムを用いている。また、Jpn.J.
Appl.Phys.,32(1993)p.L8で
は、電極材料として金を用いている。さらに、特開平5
−291621号公報においては、電極材料としてクロ
ム、チタン及びインジウムのいずれかを用いることが記
載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、n型Inx A
ly Ga1-x-y N層について電極材料として前述したよ
うなアルミニウム、クロム、チタン或いはインジウムな
どを用いると、いずれの場合にも接触抵抗が比較的高い
という問題があった。すなわち、アルミニウムを電極に
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100Ωと高い。半導体
レーザの場合は、LEDよりも電流密度を高くする必要
があるために、電極の接触面積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。上述したような問題は、アルミニウムの場合だけで
なく、クロム、チタン或いはインジウムなどを電極材料
として用いる場合にも同様に生じていた。
ly Ga1-x-y N層について電極材料として前述したよ
うなアルミニウム、クロム、チタン或いはインジウムな
どを用いると、いずれの場合にも接触抵抗が比較的高い
という問題があった。すなわち、アルミニウムを電極に
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100Ωと高い。半導体
レーザの場合は、LEDよりも電流密度を高くする必要
があるために、電極の接触面積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。上述したような問題は、アルミニウムの場合だけで
なく、クロム、チタン或いはインジウムなどを電極材料
として用いる場合にも同様に生じていた。
【0007】また、接触抵抗を下げるために半導体層の
キャリア濃度を高くすると、結晶性が劣化するという問
題があった。すなわち、n型Inx Aly Ga1-x-y N
層のキャリア濃度を高くするために、不純物を1×10
19cm-3以上の高濃度にドープすると結晶性が劣化し
て、その表面モフォロジーも劣化する。一般に、窒化物
系の青色半導体素子は、n型半導体層を下層にして、順
にp型半導体層をエピタキシャル成長させる。従って、
下層のn型半導体層の結晶性が劣化すると、その表面モ
フォロジーも劣化し、その上に成長する発光層などの半
導体層の結晶性も劣化して、良好な発光特性を得ること
ができないという致命的な問題を生ずることとなる。
キャリア濃度を高くすると、結晶性が劣化するという問
題があった。すなわち、n型Inx Aly Ga1-x-y N
層のキャリア濃度を高くするために、不純物を1×10
19cm-3以上の高濃度にドープすると結晶性が劣化し
て、その表面モフォロジーも劣化する。一般に、窒化物
系の青色半導体素子は、n型半導体層を下層にして、順
にp型半導体層をエピタキシャル成長させる。従って、
下層のn型半導体層の結晶性が劣化すると、その表面モ
フォロジーも劣化し、その上に成長する発光層などの半
導体層の結晶性も劣化して、良好な発光特性を得ること
ができないという致命的な問題を生ずることとなる。
【0008】一方、前述したような従来の電極構造で
は、接触抵抗が比較的高いという問題があった。特に、
p型Inx Aly Ga1-x-y N層に対しては、一般的に
良好なオーミック接触を確保することが容易でない。従
って、n側だけでなく、p側においても接触抵抗が高い
ために生ずる上述の問題が同様に発生していた。
は、接触抵抗が比較的高いという問題があった。特に、
p型Inx Aly Ga1-x-y N層に対しては、一般的に
良好なオーミック接触を確保することが容易でない。従
って、n側だけでなく、p側においても接触抵抗が高い
ために生ずる上述の問題が同様に発生していた。
【0009】さらに、従来の電極はInx Aly Ga
1-x-y N層に対する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。
1-x-y N層に対する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。
【0010】以上説明したような従来技術の問題点は、
すべて、従来の窒化物系発光素子の電極が、半導体層の
結晶性を維持しつつ付着強度の向上と接触抵抗の低減と
いう要求を両立し得ないことに起因している。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、Inx Aly Ga1-x-y N層に対して、その
結晶性を維持しつつ、接触抵抗が低く、かつ、十分な付
着強度を有する電極構造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ものである。
すべて、従来の窒化物系発光素子の電極が、半導体層の
結晶性を維持しつつ付着強度の向上と接触抵抗の低減と
いう要求を両立し得ないことに起因している。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、Inx Aly Ga1-x-y N層に対して、その
結晶性を維持しつつ、接触抵抗が低く、かつ、十分な付
着強度を有する電極構造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ものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
第1の半導体発光素子は、複数の化合物半導体層を積層
した積層構造体のn型Inx Aly Ga1-x-y N層のコ
ンタクト領域上に、IV族元素及びVI族元素のうちの
少なくともいずれかの元素成分を含む第1の金属層を堆
積し、その金属層に含まれていた前記IV族元素及びV
I族元素のうちの少なくともいずれかの前記元素成分が
拡散侵入されることにより、そのコンタクト領域のキャ
リア濃度が上昇して、前記第1の金属層との接触抵抗が
低下したものとして構成される。
第1の半導体発光素子は、複数の化合物半導体層を積層
した積層構造体のn型Inx Aly Ga1-x-y N層のコ
ンタクト領域上に、IV族元素及びVI族元素のうちの
少なくともいずれかの元素成分を含む第1の金属層を堆
積し、その金属層に含まれていた前記IV族元素及びV
I族元素のうちの少なくともいずれかの前記元素成分が
拡散侵入されることにより、そのコンタクト領域のキャ
リア濃度が上昇して、前記第1の金属層との接触抵抗が
低下したものとして構成される。
【0012】また、この第1の金属層としては、金、ニ
ッケル、銀、チタン及びアルミニウムからなるグループ
のうちの少なくとも1つの金属元素を主要成分として有
することが望ましい。
ッケル、銀、チタン及びアルミニウムからなるグループ
のうちの少なくとも1つの金属元素を主要成分として有
することが望ましい。
【0013】さらに、この元素成分は、炭素、シリコ
ン、酸素、イオウ及びセレンからなるグループのうちの
少なくとも1つの元素成分であることが望ましい。
ン、酸素、イオウ及びセレンからなるグループのうちの
少なくとも1つの元素成分であることが望ましい。
【0014】本発明による第2の半導体発光素子は、複
数の化合物半導体層を積層した積層構造体のInx Al
y Ga1-x-y Nコンタクト領域上に、炭素、ゲルマニウ
ム、セレン、ロジウム、テルル、イリジウム、ジルコニ
ウム、ハフニウム、銅、窒化チタン、窒化タングステ
ン、モリブデン及び珪化チタンからなるグループのうち
の少なくとも1つにより構成されている第1の金属層が
堆積されていることを特徴とするものとして構成され
る。
数の化合物半導体層を積層した積層構造体のInx Al
y Ga1-x-y Nコンタクト領域上に、炭素、ゲルマニウ
ム、セレン、ロジウム、テルル、イリジウム、ジルコニ
ウム、ハフニウム、銅、窒化チタン、窒化タングステ
ン、モリブデン及び珪化チタンからなるグループのうち
の少なくとも1つにより構成されている第1の金属層が
堆積されていることを特徴とするものとして構成され
る。
【0015】また、そのコンタクト領域は、前記第1の
金属層を介しての不純物のイオン注入により、そのキャ
リア濃度が上昇して、前記第1の金属層との接触抵抗が
低下したものとして構成されていることが望ましい。
金属層を介しての不純物のイオン注入により、そのキャ
リア濃度が上昇して、前記第1の金属層との接触抵抗が
低下したものとして構成されていることが望ましい。
【0016】さらに、そのコンタクト領域の導電型はp
型であり、前記不純物は、II族元素であることが望ま
しい。
型であり、前記不純物は、II族元素であることが望ま
しい。
【0017】また、前記II族元素は、ZnまたはMg
のいずれかであることが望ましい。
のいずれかであることが望ましい。
【0018】さらに、前記コンタクト領域の導電型はn
型であり、前記不純物は、IV族元素及びVI族元素の
うちのいずれかであることが望ましい。
型であり、前記不純物は、IV族元素及びVI族元素の
うちのいずれかであることが望ましい。
【0019】また、前記不純物は、炭素、シリコン、酸
素、イオウ及びセレンからなるグループののうちの少な
くとも1つであることが望ましい。
素、イオウ及びセレンからなるグループののうちの少な
くとも1つであることが望ましい。
【0020】本発明による第1の半導体発光素子の製造
方法は、少なくとも一部分にn型Inx Aly Ga
1-x-y N(0≦x,y≦1,x+y≦1)コンタクト領
域を有する半導体ウェーハにおいて、前記n型コンタク
ト領域の上にIV族元素及びVI族元素のうちの少なく
ともいずれかの元素成分を含む第1の金属層を堆積する
工程と、前記半導体ウェーハの熱処理により、前記第1
の金属層に含まれている前記元素成分を前記n型Inx
Aly Ga1-x-y Nコンタクト領域に拡散させて、前記
コンタクト領域の表面キャリア濃度の上昇を図り、前記
第1の金属層との接触抵抗を低下させる工程と、を備え
たことを特徴とするものとして構成される。
方法は、少なくとも一部分にn型Inx Aly Ga
1-x-y N(0≦x,y≦1,x+y≦1)コンタクト領
域を有する半導体ウェーハにおいて、前記n型コンタク
ト領域の上にIV族元素及びVI族元素のうちの少なく
ともいずれかの元素成分を含む第1の金属層を堆積する
工程と、前記半導体ウェーハの熱処理により、前記第1
の金属層に含まれている前記元素成分を前記n型Inx
Aly Ga1-x-y Nコンタクト領域に拡散させて、前記
コンタクト領域の表面キャリア濃度の上昇を図り、前記
第1の金属層との接触抵抗を低下させる工程と、を備え
たことを特徴とするものとして構成される。
【0021】また、前記第1の金属層は、金、ニッケ
ル、銀、チタン及びアルミニウムからなるグループのう
ちの少なくとも1つの金属元素を主要成分として有する
ことが望ましい。
ル、銀、チタン及びアルミニウムからなるグループのう
ちの少なくとも1つの金属元素を主要成分として有する
ことが望ましい。
【0022】また、前記元素成分は、炭素、シリコン、
酸素、イオウ及びセレンからなるグループのうちの少な
くとも1つの元素成分であることが望ましい。
酸素、イオウ及びセレンからなるグループのうちの少な
くとも1つの元素成分であることが望ましい。
【0023】また、前記第1の金属層は、スパッタリン
グ法により堆積することが望ましい。
グ法により堆積することが望ましい。
【0024】本発明による第2の半導体発光装置の製造
方法は、少なくとも一部分にInxAly Ga1-x-y N
(0≦x,y≦1,x+y≦1)コンタクト領域を有す
る半導体ウェーハにおいて、前記コンタクト領域の上に
第1の金属層を堆積する堆積工程と、前記第1の金属層
を介して前記コンタクト領域に不純物を注入するイオン
注入工程と、前記半導体ウェーハの熱処理により、前記
コンタクト領域に注入された前記不純物を活性化させ
て、前記コンタクト領域のキャリア濃度の上昇を図り前
記第1の電極層との接触抵抗を低下させる熱処理工程
と、を備えたことを特徴とするものとして構成される。
方法は、少なくとも一部分にInxAly Ga1-x-y N
(0≦x,y≦1,x+y≦1)コンタクト領域を有す
る半導体ウェーハにおいて、前記コンタクト領域の上に
第1の金属層を堆積する堆積工程と、前記第1の金属層
を介して前記コンタクト領域に不純物を注入するイオン
注入工程と、前記半導体ウェーハの熱処理により、前記
コンタクト領域に注入された前記不純物を活性化させ
て、前記コンタクト領域のキャリア濃度の上昇を図り前
記第1の電極層との接触抵抗を低下させる熱処理工程
と、を備えたことを特徴とするものとして構成される。
【0025】また、前記第1の金属層は、炭素、ゲルマ
ニウム、セレン、ロジウム、テルル、イリジウム、ジル
コニウム、ハフニウム、銅、窒化チタン、窒化タングス
テン、モリブデン及び珪化チタンからなるグループのう
ちの少なくとも1つにより構成されていることが望まし
い。
ニウム、セレン、ロジウム、テルル、イリジウム、ジル
コニウム、ハフニウム、銅、窒化チタン、窒化タングス
テン、モリブデン及び珪化チタンからなるグループのう
ちの少なくとも1つにより構成されていることが望まし
い。
【0026】また、前記堆積工程における前記コンタク
ト領域の導電型はp型であり、前記イオン注入工程にお
ける前記不純物はII族元素であることが望ましい。
ト領域の導電型はp型であり、前記イオン注入工程にお
ける前記不純物はII族元素であることが望ましい。
【0027】また、前記II族元素は、ZnまたはMg
のいずれかであることが望ましい。
のいずれかであることが望ましい。
【0028】さらに、前記堆積工程における前記コンタ
クト領域の導電型はn型であり、前記イオン注入工程に
おける前記不純物は、IV族元素及びVI族元素のうち
のいずれかであることが望ましい。
クト領域の導電型はn型であり、前記イオン注入工程に
おける前記不純物は、IV族元素及びVI族元素のうち
のいずれかであることが望ましい。
【0029】また、前記不純物は、炭素、シリコン、酸
素、イオウ及びセレンからなるグループののうちの少な
くとも1つであることが望ましい。
素、イオウ及びセレンからなるグループののうちの少な
くとも1つであることが望ましい。
【0030】また、前記堆積工程における前記第1金属
層の層厚は1nm以上500nm以下であり、前記イオ
ン注入工程における加速電圧は10keV以上1000
keV以下であり、ドーズ量は1×1013イオン/cm
2 以上1×1017イオン/cm2 以下であり、前記熱処
理工程における熱処理温度は、400℃以上1200℃
以下であることが望ましい。
層の層厚は1nm以上500nm以下であり、前記イオ
ン注入工程における加速電圧は10keV以上1000
keV以下であり、ドーズ量は1×1013イオン/cm
2 以上1×1017イオン/cm2 以下であり、前記熱処
理工程における熱処理温度は、400℃以上1200℃
以下であることが望ましい。
【0031】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態におい
ては、n型Inx Aly Ga1-x-y N層上にIV族元素
またはVI族元素を含む金属からなる電極を堆積するこ
とにより、半導体層の結晶性を維持しつつ、接触抵抗を
低減し、電極の付着強度を向上させることをひとつの特
徴としている。
ては、n型Inx Aly Ga1-x-y N層上にIV族元素
またはVI族元素を含む金属からなる電極を堆積するこ
とにより、半導体層の結晶性を維持しつつ、接触抵抗を
低減し、電極の付着強度を向上させることをひとつの特
徴としている。
【0032】また、本発明の第2の実施の形態において
は、n型Inx Aly Ga1-x-y N層またはp型Inx
Aly Ga1-x-y N層に対して、炭素、ゲルマニウム、
セレン、ロジウム、テルル、イリジウム、ジルコニウ
ム、ハフニウム、銅、窒化チタン、窒化タングステン、
モリブデン或いは珪化チタンなどの電極材料を堆積した
後にこれらの半導体層のキャリア濃度を上げるような不
純物をイオン注入し、アニールすることをひとつの特徴
としている。このようにすれば、半導体層の結晶性を維
持しつつ、接触抵抗を低減し、電極の付着強度を向上さ
せることができる。
は、n型Inx Aly Ga1-x-y N層またはp型Inx
Aly Ga1-x-y N層に対して、炭素、ゲルマニウム、
セレン、ロジウム、テルル、イリジウム、ジルコニウ
ム、ハフニウム、銅、窒化チタン、窒化タングステン、
モリブデン或いは珪化チタンなどの電極材料を堆積した
後にこれらの半導体層のキャリア濃度を上げるような不
純物をイオン注入し、アニールすることをひとつの特徴
としている。このようにすれば、半導体層の結晶性を維
持しつつ、接触抵抗を低減し、電極の付着強度を向上さ
せることができる。
【0033】以下、図面を参照しながら本発明の実施の
形態について説明する。図1は、本発明による半導体発
光素子の構成を表す概略構成図である。すなわち、同図
(a)は、その概略平面図であり、同図(b)は、その
A−A’線概略断面図である。同図に例示した発光素子
10は、紫外から緑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。
形態について説明する。図1は、本発明による半導体発
光素子の構成を表す概略構成図である。すなわち、同図
(a)は、その概略平面図であり、同図(b)は、その
A−A’線概略断面図である。同図に例示した発光素子
10は、紫外から緑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。
【0034】まず、その概略構成について以下に説明す
る。
る。
【0035】発光素子10は、サファイア基板12上に
積層された半導体の多層構造を有する。サファイア基板
12上には、バッファ層14、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。
積層された半導体の多層構造を有する。サファイア基板
12上には、バッファ層14、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。
【0036】バッファ層14の材料は、例えばn型又は
アンドープのInx Aly Ga1-x- y Nとすることがで
きる。n型コンタクト層16は、n側電極34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、Inx A
ly Ga1-x-y N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20よりもバッドギャップの大きいInx Aly G
a1-x-y Nとすることができる。活性層20は、発光素
子に電流として注入されたキャリア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Inx Aly Ga1-x-y Nを用い
ることができる。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、I
nx Aly Ga1-x-y Nとすることができる。
アンドープのInx Aly Ga1-x- y Nとすることがで
きる。n型コンタクト層16は、n側電極34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、Inx A
ly Ga1-x-y N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20よりもバッドギャップの大きいInx Aly G
a1-x-y Nとすることができる。活性層20は、発光素
子に電流として注入されたキャリア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Inx Aly Ga1-x-y Nを用い
ることができる。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、I
nx Aly Ga1-x-y Nとすることができる。
【0037】p型コンタクト層24の上には、p側電極
層26が堆積されている。また、n型コンタクト層16
の上には、n側電極層34が堆積されている。
層26が堆積されている。また、n型コンタクト層16
の上には、n側電極層34が堆積されている。
【0038】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30の上
にはAu電極32が堆積され、その一部分は第2の電極
26と接触している。Au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。
電流阻止層30が形成されている。電流阻止層30の上
にはAu電極32が堆積され、その一部分は第2の電極
26と接触している。Au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。
【0039】電流阻止層30は、Au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。
発光が生ずるのを抑制する役割を有する。
【0040】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電極層26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。
性層で生じた発光を電極層26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。
【0041】また、n側電極層34の上にもボンディン
グ・パッド32が積層されている。ボンディング・パッ
ド32は、Auを厚く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。
グ・パッド32が積層されている。ボンディング・パッ
ド32は、Auを厚く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。
【0042】発光素子10の概略構成は、以上に説明し
た通りである。ここで、本発明の特徴点は、その電極部
にある。すなわち、本発明の第1の実施の形態において
は、n型電極層34として、IV族元素またはVI族元
素の少なくともいずれかを含んだ金属を堆積する。IV
族元素やVI族元素は、n型コンタクト層24に対し
て、そのキャリア濃度を上昇させるドーパントの役割を
有する。しかし、本発明の実験によれば、これらのIV
族元素やVI族元素を直接、n型コンタクト層24上に
堆積すると、極めて剥離が生じ易いことが分かった。そ
こで、種々の試作を行った結果、金などの金属と、これ
らのIV族またはVI族元素とを合金化させて堆積する
と、極めて良好な結果が得られることを知得した。すな
わち、n型コンタクト層24に対して十分な付着強度を
維持しつつ、電極の接触抵抗を十分に低下することがで
きた。ここで、電極の付着強度が維持されるのは、ホス
ト金属である金などの金属の作用であると推測される。
また、接触抵抗が低下するのは、IV族またはVI族元
素がn型コンタクト層24の表面層中に侵入拡散して、
そのキャリア濃度を上昇させるからであると推測され
る。
た通りである。ここで、本発明の特徴点は、その電極部
にある。すなわち、本発明の第1の実施の形態において
は、n型電極層34として、IV族元素またはVI族元
素の少なくともいずれかを含んだ金属を堆積する。IV
族元素やVI族元素は、n型コンタクト層24に対し
て、そのキャリア濃度を上昇させるドーパントの役割を
有する。しかし、本発明の実験によれば、これらのIV
族元素やVI族元素を直接、n型コンタクト層24上に
堆積すると、極めて剥離が生じ易いことが分かった。そ
こで、種々の試作を行った結果、金などの金属と、これ
らのIV族またはVI族元素とを合金化させて堆積する
と、極めて良好な結果が得られることを知得した。すな
わち、n型コンタクト層24に対して十分な付着強度を
維持しつつ、電極の接触抵抗を十分に低下することがで
きた。ここで、電極の付着強度が維持されるのは、ホス
ト金属である金などの金属の作用であると推測される。
また、接触抵抗が低下するのは、IV族またはVI族元
素がn型コンタクト層24の表面層中に侵入拡散して、
そのキャリア濃度を上昇させるからであると推測され
る。
【0043】本発明において採用できるIV族またはV
I族元素としては、ホスト金属と合金化が容易であり、
n型コンタクト層24に拡散してドナーを形成しやすい
元素であることが望ましい。
I族元素としては、ホスト金属と合金化が容易であり、
n型コンタクト層24に拡散してドナーを形成しやすい
元素であることが望ましい。
【0044】本発明者の実験によれば、IV族元素とし
ては、炭素、シリコン、ゲルマニウム、錫及び鉛を用い
ると良好な結果が得られることが分かった。これらのう
ちで、接触抵抗の低減効果が特に顕著であったのは、炭
素及びシリコンであった。
ては、炭素、シリコン、ゲルマニウム、錫及び鉛を用い
ると良好な結果が得られることが分かった。これらのう
ちで、接触抵抗の低減効果が特に顕著であったのは、炭
素及びシリコンであった。
【0045】一方、VI族元素としては、酸素、イオ
ウ、セレン、テルル及びポロニウムを用いると良好な結
果が得られることが分かった。これらのうちで接触抵抗
の低減が特に顕著であったのは、酸素、イオウ及びセレ
ンであった。
ウ、セレン、テルル及びポロニウムを用いると良好な結
果が得られることが分かった。これらのうちで接触抵抗
の低減が特に顕著であったのは、酸素、イオウ及びセレ
ンであった。
【0046】また、これらの添加元素と合金化させるホ
スト金属は、これらの元素と合金化しやすく、且つn型
コンタクト層24に対する付着強度が優れる金属が望ま
しい。均一な合金を得るという点では、添加元素と固溶
体を形成する金属であることが特に望ましい。
スト金属は、これらの元素と合金化しやすく、且つn型
コンタクト層24に対する付着強度が優れる金属が望ま
しい。均一な合金を得るという点では、添加元素と固溶
体を形成する金属であることが特に望ましい。
【0047】本発明者の実験によれば、ホスト金属とし
ては、金の他に、ニッケル、銀、チタン、アルミニウム
あるいはプラチナを用いると良好な結果が得られること
が分かった。次に、本発明の第1の実施の形態による発
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。
ては、金の他に、ニッケル、銀、チタン、アルミニウム
あるいはプラチナを用いると良好な結果が得られること
が分かった。次に、本発明の第1の実施の形態による発
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、分子線エピタキシャル成長
法(MBE法)や有機金属気相成長法(MOCVD法)
を用いることができる。
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、分子線エピタキシャル成長
法(MBE法)や有機金属気相成長法(MOCVD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。
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。
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。
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。
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。
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。
【0054】次に、図3(c)に示したように、n側電
極34を、例えばAu−2%Siを堆積する。この堆積
方法としては、例えばスパッタリング法を用いることが
できる。堆積した電極膜は、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。本発明者の実験によれば、金などのホスト
金属とIV族またはVI族元素との合金を原料として用
いる場合に、抵抗加熱法を用いると、電極の剥離が生ず
る場合があった。これは、これらの金属元素の蒸気圧の
相違によるものと推測される。すなわち、本発明におい
て用いる金などのホスト金属の平衡蒸気圧は、添加元素
であるIV族またはVI族元素の平衡蒸気圧よりもはる
かに低い場合がある。例えば、1000℃における平衡
蒸気圧は、金では5×10-10 Torr程度であるのに
対して、セレンでは103 Torr以上で、両者は10
13倍以上も異なる。このような場合に、両者の合金を原
料にして抵抗加熱法により蒸着を試みると、蒸気圧が高
いセレンの方が優先的に蒸発して、n型コンタクト層2
4の表面に堆積する。その結果として、電極の剥離が生
じ易くなるものと推測される。
極34を、例えばAu−2%Siを堆積する。この堆積
方法としては、例えばスパッタリング法を用いることが
できる。堆積した電極膜は、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。本発明者の実験によれば、金などのホスト
金属とIV族またはVI族元素との合金を原料として用
いる場合に、抵抗加熱法を用いると、電極の剥離が生ず
る場合があった。これは、これらの金属元素の蒸気圧の
相違によるものと推測される。すなわち、本発明におい
て用いる金などのホスト金属の平衡蒸気圧は、添加元素
であるIV族またはVI族元素の平衡蒸気圧よりもはる
かに低い場合がある。例えば、1000℃における平衡
蒸気圧は、金では5×10-10 Torr程度であるのに
対して、セレンでは103 Torr以上で、両者は10
13倍以上も異なる。このような場合に、両者の合金を原
料にして抵抗加熱法により蒸着を試みると、蒸気圧が高
いセレンの方が優先的に蒸発して、n型コンタクト層2
4の表面に堆積する。その結果として、電極の剥離が生
じ易くなるものと推測される。
【0055】従って、合金を原料として用いる場合のn
側電極34の堆積法としては、一般的には、スパッタリ
ング法が望ましい。すなわち、スパッタリング法によれ
ば、合金の各元素の平衡蒸気圧が顕著に異なるような場
合でも、均一な組成分布の電極を堆積できるという効果
が得られる。
側電極34の堆積法としては、一般的には、スパッタリ
ング法が望ましい。すなわち、スパッタリング法によれ
ば、合金の各元素の平衡蒸気圧が顕著に異なるような場
合でも、均一な組成分布の電極を堆積できるという効果
が得られる。
【0056】しかし、合金の各元素の平衡蒸気圧がそれ
ほど相違しない場合には、抵抗加熱法によって堆積して
も良い。例えば、ホスト金属して金を選択し、IV族元
素としてシリコンを選択した場合には、両者の平衡蒸気
圧はおおむね近い値を有する。従って、金とシリコンの
合金を抵抗加熱法により堆積しても、前述したような極
端な偏析に起因する電極の剥離は生じない。抵抗加熱法
によれば、スパッタリング法のような高価なターゲット
を用意せずに堆積が可能であるという効果が得られる。
ほど相違しない場合には、抵抗加熱法によって堆積して
も良い。例えば、ホスト金属して金を選択し、IV族元
素としてシリコンを選択した場合には、両者の平衡蒸気
圧はおおむね近い値を有する。従って、金とシリコンの
合金を抵抗加熱法により堆積しても、前述したような極
端な偏析に起因する電極の剥離は生じない。抵抗加熱法
によれば、スパッタリング法のような高価なターゲット
を用意せずに堆積が可能であるという効果が得られる。
【0057】さらに、n側電極34をいわゆる多元蒸着
法により堆積しても良い。すなわち、金などのホスト金
属と、VI族元素またはVI族元素とを、それぞれ別の
蒸発源から蒸発させて、合金膜を堆積しても良い。この
方法によれば、ホスト金属と、添加元素との堆積速度を
独立して制御できるので、前述した偏析による剥離を防
止して所定の組成の合金電極膜を堆積することができる
という効果が得られる。さらに、予め原料としての合金
を用意する必要がなくなり、製造が容易になるという効
果も得られる。
法により堆積しても良い。すなわち、金などのホスト金
属と、VI族元素またはVI族元素とを、それぞれ別の
蒸発源から蒸発させて、合金膜を堆積しても良い。この
方法によれば、ホスト金属と、添加元素との堆積速度を
独立して制御できるので、前述した偏析による剥離を防
止して所定の組成の合金電極膜を堆積することができる
という効果が得られる。さらに、予め原料としての合金
を用意する必要がなくなり、製造が容易になるという効
果も得られる。
【0058】このようにして、所定の合金膜を堆積した
後に、パターニングして、さらに熱処理を施す。この熱
処理によって、n側電極34に含まれているIV族また
はVI族元素がn型コンタクト層24の表面層中に拡散
侵入して、キャリア濃度を上昇させる。そして、電極3
4の接触抵抗を低下させることができる。さらに、電極
34を構成しているホスト金属とn型コンタクト層24
との合金化も生じ、電極の付着強度が向上する。この熱
処理の条件は、n型電極34のホスト金属及び添加元素
の種類、組成或いは膜厚などに応じて適宜設定すること
ができる。熱処理が不十分であると、接触抵抗が十分に
低下せず、電極の付着強度も向上しない。また、過度の
熱処理を施すと、ホスト金属と半導体層との合金化が過
度に生じて表面が凹凸状となり、良好な特性が得られな
くなる傾向が認められた。例えば、Au−2%Siを採
用した場合の熱処理条件としては、800〜900℃で
40秒間程度のフラッシュアニールとすることが望まし
い。
後に、パターニングして、さらに熱処理を施す。この熱
処理によって、n側電極34に含まれているIV族また
はVI族元素がn型コンタクト層24の表面層中に拡散
侵入して、キャリア濃度を上昇させる。そして、電極3
4の接触抵抗を低下させることができる。さらに、電極
34を構成しているホスト金属とn型コンタクト層24
との合金化も生じ、電極の付着強度が向上する。この熱
処理の条件は、n型電極34のホスト金属及び添加元素
の種類、組成或いは膜厚などに応じて適宜設定すること
ができる。熱処理が不十分であると、接触抵抗が十分に
低下せず、電極の付着強度も向上しない。また、過度の
熱処理を施すと、ホスト金属と半導体層との合金化が過
度に生じて表面が凹凸状となり、良好な特性が得られな
くなる傾向が認められた。例えば、Au−2%Siを採
用した場合の熱処理条件としては、800〜900℃で
40秒間程度のフラッシュアニールとすることが望まし
い。
【0059】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。
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。
【0060】そして、図4(a)に示したように、p側
電極26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。
電極26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。
【0061】次に、図4(a)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。
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(b)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。
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、その後に劈開あるいは
スクライブにより分離され、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。
12上に形成された発光素子は、その後に劈開あるいは
スクライブにより分離され、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た青色発光素子は、
従来の素子と比べて、動作電圧も微分抵抗値も低いこと
が分かった。これは、n側電極の接触抵抗が顕著に低下
したためである。すなわち、結晶成長時には、n型コン
タクト層18の表面モフォロジーが劣化しないように、
そのキャリア濃度を1×1017〜1×1019cm-3程度
に設定して、成長後にその表面キャリア濃度を上昇させ
ることができた。
従来の素子と比べて、動作電圧も微分抵抗値も低いこと
が分かった。これは、n側電極の接触抵抗が顕著に低下
したためである。すなわち、結晶成長時には、n型コン
タクト層18の表面モフォロジーが劣化しないように、
そのキャリア濃度を1×1017〜1×1019cm-3程度
に設定して、成長後にその表面キャリア濃度を上昇させ
ることができた。
【0065】さらに、本発明による青色発光素子は、従
来の素子と比べて、光出力の飽和レベルが高く、温度特
性が良好で従来よりもより高温で動作させることができ
るようになった。また、本発明による発光素子は、従来
の素子よりも寿命が長いことが分かった。これは、動作
電圧が低いために、従来よりも発熱量が少なく、発熱に
伴う光出力の低下や素子寿命の劣化が生じにくいためで
あると推測される。
来の素子と比べて、光出力の飽和レベルが高く、温度特
性が良好で従来よりもより高温で動作させることができ
るようになった。また、本発明による発光素子は、従来
の素子よりも寿命が長いことが分かった。これは、動作
電圧が低いために、従来よりも発熱量が少なく、発熱に
伴う光出力の低下や素子寿命の劣化が生じにくいためで
あると推測される。
【0066】さらに、本発明による青色発光素子は、電
極の剥離も生ずることがなく、ワイアボンディング工程
の歩留まりも従来と変わることがなかった。
極の剥離も生ずることがなく、ワイアボンディング工程
の歩留まりも従来と変わることがなかった。
【0067】つまり、本発明によれば、電極の剥離を抑
制しつつ、接触抵抗を低下させて、素子の発光特性や寿
命を改善することが可能となる。
制しつつ、接触抵抗を低下させて、素子の発光特性や寿
命を改善することが可能となる。
【0068】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。本実施形態による発光素子の概略構成は、図
1と近似するので、以降の説明では、便宜的に図1を流
用して説明する。
説明する。本実施形態による発光素子の概略構成は、図
1と近似するので、以降の説明では、便宜的に図1を流
用して説明する。
【0069】本実施形態による発光素子10’は、p側
電極26’またはn側電極34’に関して特徴を有す
る。すなわち、本実施形態においては、p型コンタクト
層24または、n型コンタクト層18の上に導電性の電
極層26’または34’を堆積した後に、イオン注入法
により所定の不純物を各コンタクト層24、18に打ち
込み、さらに、熱処理を施す。
電極26’またはn側電極34’に関して特徴を有す
る。すなわち、本実施形態においては、p型コンタクト
層24または、n型コンタクト層18の上に導電性の電
極層26’または34’を堆積した後に、イオン注入法
により所定の不純物を各コンタクト層24、18に打ち
込み、さらに、熱処理を施す。
【0070】本実施形態によれば、このように、電極層
の上からドーパントをイオン注入するので、イオン注入
に伴う半導体層の結晶の損傷を抑制できる。また、電極
層の存在によって、注入ドーパントの侵入深さが浅くな
り、各コンタクト層24、18の表面層付近にキャリア
濃度の高い領域を形成して、接触抵抗を効果的に低下す
ることができる。さらに、電極層26、34の上からイ
オン注入するので、電極層26’、34’と各コンタク
ト層24、18とのミキシングが生じて、電極の付着強
度が向上する。
の上からドーパントをイオン注入するので、イオン注入
に伴う半導体層の結晶の損傷を抑制できる。また、電極
層の存在によって、注入ドーパントの侵入深さが浅くな
り、各コンタクト層24、18の表面層付近にキャリア
濃度の高い領域を形成して、接触抵抗を効果的に低下す
ることができる。さらに、電極層26、34の上からイ
オン注入するので、電極層26’、34’と各コンタク
ト層24、18とのミキシングが生じて、電極の付着強
度が向上する。
【0071】ここで電極層26’、34’の材料として
は、それぞれ、コンタクト層24、18に対して付着強
度の高いものが望ましい。このような材料としては、例
えば、炭素、ゲルマニウム、セレン、ロジウム、テル
ル、イリジウム、ジルコニウム、ハフニウム、銅、窒化
チタン、窒化タングステン、モリブデン或いは珪化チタ
ンを挙げることができる。
は、それぞれ、コンタクト層24、18に対して付着強
度の高いものが望ましい。このような材料としては、例
えば、炭素、ゲルマニウム、セレン、ロジウム、テル
ル、イリジウム、ジルコニウム、ハフニウム、銅、窒化
チタン、窒化タングステン、モリブデン或いは珪化チタ
ンを挙げることができる。
【0072】これらのうちで、ロジウム、イリジウム
は、半導体層と強固に密着し、電極ハガレが抑制でき
る。
は、半導体層と強固に密着し、電極ハガレが抑制でき
る。
【0073】また、C,Ge,Se,Teは、半導体層
のドーパント材料であるため、半導体層となじみがよ
く、電極界面等に出来る酸化膜が、非常に少なくオーミ
ック性がよい。
のドーパント材料であるため、半導体層となじみがよ
く、電極界面等に出来る酸化膜が、非常に少なくオーミ
ック性がよい。
【0074】また、Cuは、窒化物半導体層に侵入する
ことなく形成でき、発熱効果に優れ温度特性がさらに向
上する。ジルコニウム或いはハフニウムを用いた場合
は、半導体中で非発光センターを形成する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、モリ
ブデンを用いた場合には、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、ボンディング・パッドの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。
ことなく形成でき、発熱効果に優れ温度特性がさらに向
上する。ジルコニウム或いはハフニウムを用いた場合
は、半導体中で非発光センターを形成する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、モリ
ブデンを用いた場合には、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、ボンディング・パッドの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。
【0075】また、イオン注入する不純物としては、各
コンタクト層24、18において、キャリア濃度を上昇
させるドーパントとなるものが望ましい。このような不
純物としては、例えば、p型コンタクト層24に対して
は、II族元素が挙げられる。本発明者の実験によれ
ば、ベリリウム、マグネシウム及び亜鉛を用いた場合に
特に良好な結果が得られた。これは、これらの元素がI
II−V族半導体中でアクセプタを形成しやすく、ま
た、コンタクト層の結晶性の損傷も少ないからである。
しかし、これらの元素の他に、カルシウム、ストロンチ
ウム、カドミウム或いは水銀なども採用することができ
る。
コンタクト層24、18において、キャリア濃度を上昇
させるドーパントとなるものが望ましい。このような不
純物としては、例えば、p型コンタクト層24に対して
は、II族元素が挙げられる。本発明者の実験によれ
ば、ベリリウム、マグネシウム及び亜鉛を用いた場合に
特に良好な結果が得られた。これは、これらの元素がI
II−V族半導体中でアクセプタを形成しやすく、ま
た、コンタクト層の結晶性の損傷も少ないからである。
しかし、これらの元素の他に、カルシウム、ストロンチ
ウム、カドミウム或いは水銀なども採用することができ
る。
【0076】一方、n型コンタクト層18に対する不純
物としては、IV族元素またはVI族元素が挙げられ
る。本発明者の実験によれば、炭素、シリコン、錫、イ
オウ、セレン及びテルルを用いた場合に特に良好な結果
が得られた。
物としては、IV族元素またはVI族元素が挙げられ
る。本発明者の実験によれば、炭素、シリコン、錫、イ
オウ、セレン及びテルルを用いた場合に特に良好な結果
が得られた。
【0077】次に、本実施形態による発光素子10’の
製造工程について概略的に説明する。図5〜図7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。
製造工程について概略的に説明する。図5〜図7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。
【0078】発光素子10’の製造に際しては、まず、
図5(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(M
OCVD法)を用いることができる。
図5(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(M
OCVD法)を用いることができる。
【0079】さらに、その後の図5(b)〜図6(b)
に示した一連の工程は、図2(b)〜図3(b)に示し
た各工程と実質的に同一である。従って、同一の部分に
同一の符号を付して、説明を省略する。
に示した一連の工程は、図2(b)〜図3(b)に示し
た各工程と実質的に同一である。従って、同一の部分に
同一の符号を付して、説明を省略する。
【0080】本実施形態のひとつの特徴は、まず、図6
(c)に示したp側電極の形成工程にある。すなわち、
図6(c)に示したように、n側電極34’を堆積す
る。この堆積方法としては、例えば電子ビーム蒸着法、
抵抗加熱法或いはスパッタリング法などを用いることが
できる。堆積した電極膜は、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、
イオン注入法により、不純物として、例えばマグネシウ
ムを打ち込む。この時に、打ち込まれた不純物は、電極
34’を通り抜けて、p型コンタクト層24の表面層の
中まで侵入する。しかし、それ以外の部分では、酸化シ
リコン層30がマスクとなるために、打ち込まれた不純
物は、半導体層18まで侵入することは無い。
(c)に示したp側電極の形成工程にある。すなわち、
図6(c)に示したように、n側電極34’を堆積す
る。この堆積方法としては、例えば電子ビーム蒸着法、
抵抗加熱法或いはスパッタリング法などを用いることが
できる。堆積した電極膜は、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、
イオン注入法により、不純物として、例えばマグネシウ
ムを打ち込む。この時に、打ち込まれた不純物は、電極
34’を通り抜けて、p型コンタクト層24の表面層の
中まで侵入する。しかし、それ以外の部分では、酸化シ
リコン層30がマスクとなるために、打ち込まれた不純
物は、半導体層18まで侵入することは無い。
【0081】次に、図6(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側電極をリ
フト・オフするためのマスクを形成する。
ジスト44を堆積し、パターニングして、p側電極をリ
フト・オフするためのマスクを形成する。
【0082】そして、図6(e)に示したように、p側
電極26’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。p側電極26’
の堆積方法としては、例えば電子ビーム蒸着法、抵抗加
熱法或いはスパッタリング法などを用いることができ
る。
電極26’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。p側電極26’
の堆積方法としては、例えば電子ビーム蒸着法、抵抗加
熱法或いはスパッタリング法などを用いることができ
る。
【0083】次に、図7(a)に示したように、酸化シ
リコン48を堆積し、パターニングしてイオン注入用の
マスクを形成する。そして、イオン注入法により、不純
物として、例えばシリコンを打ち込む。この時に、打ち
込まれた不純物は、電極26’を通り抜けて、n型コン
タクト層18の表面層の中まで侵入する。しかし、それ
以外の部分では、酸化シリコン層48がマスクとなるた
めに、打ち込まれた不純物は、p型電極26’や半導体
層24まで侵入することは無い。
リコン48を堆積し、パターニングしてイオン注入用の
マスクを形成する。そして、イオン注入法により、不純
物として、例えばシリコンを打ち込む。この時に、打ち
込まれた不純物は、電極26’を通り抜けて、n型コン
タクト層18の表面層の中まで侵入する。しかし、それ
以外の部分では、酸化シリコン層48がマスクとなるた
めに、打ち込まれた不純物は、p型電極26’や半導体
層24まで侵入することは無い。
【0084】さらに、熱処理を施して、不純物が打ち込
まれた半導体層18の結晶性を回復するとともに、打ち
込まれた不純部を活性化させる。また、この熱処理によ
って、電極34’中に含まれていた注入不純物が、コン
タクト層24に拡散侵入して、そのキャリア濃度を上昇
させるという効果も得られる。熱処理の条件は、不純物
の種類やイオン注入の条件によって最適値を適宜決定す
る必要がある。本発明者の実験によれば、400〜12
00℃で5秒(フラッシュアニールを含む)〜60分間
の熱処理を施すことにより、p型コンタクト層24の結
晶性が回復し、打ち込まれた不純物も十分に活性化する
ことが分かった。
まれた半導体層18の結晶性を回復するとともに、打ち
込まれた不純部を活性化させる。また、この熱処理によ
って、電極34’中に含まれていた注入不純物が、コン
タクト層24に拡散侵入して、そのキャリア濃度を上昇
させるという効果も得られる。熱処理の条件は、不純物
の種類やイオン注入の条件によって最適値を適宜決定す
る必要がある。本発明者の実験によれば、400〜12
00℃で5秒(フラッシュアニールを含む)〜60分間
の熱処理を施すことにより、p型コンタクト層24の結
晶性が回復し、打ち込まれた不純物も十分に活性化する
ことが分かった。
【0085】次に、図7(b)に示したように、酸化シ
リコン48を除去する。
リコン48を除去する。
【0086】次に、図7(c)に示したように、新たに
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。
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。
【0087】そして、図7(d)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26’およびn側電極34’の上にボンデ
ィング金属としてAuが形成される。
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26’およびn側電極34’の上にボンデ
ィング金属としてAuが形成される。
【0088】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、その後に劈開又はスク
ライブにより分離され、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側電極の上にそれぞれ堆積されたボンディ
ング金属上にワイアがボンディングされて発光装置1
0’が完成する。
12上に形成された発光素子は、その後に劈開又はスク
ライブにより分離され、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側電極の上にそれぞれ堆積されたボンディ
ング金属上にワイアがボンディングされて発光装置1
0’が完成する。
【0089】本発明者は、本実施形態におけるp側電極
26’及びn側電極34’の形成に際して、電極の膜厚
と、イオン注入の条件とを様々に変化させる実験を行っ
た。
26’及びn側電極34’の形成に際して、電極の膜厚
と、イオン注入の条件とを様々に変化させる実験を行っ
た。
【0090】図8は、この実験の結果をまとめたグラフ
図である。すなわち、同図の横軸はイオン注入時の加速
電圧を表し、縦軸は、電極の膜厚を表す。同図中に斜線
で記した領域は、電極の接触抵抗と付着強度とがいずれ
も良好であった条件を表す。図8の斜線領域よりも左側
では、打ち込まれた不純物がコンタクト層まで到達せ
ず、接触抵抗の低下が不十分であった。また、斜線領域
の右側では、加速電圧が高すぎるために、コンタクト層
の結晶性が過度の損傷を受け、熱処理を施しても接触抵
抗が十分に低下しなかった。すなわち、本実施形態にお
いて良好な結果が得られるのは、加速電圧で10〜10
00KeV、電極膜厚が1〜500nmの範囲であり、
両者は依存していることが分かった。
図である。すなわち、同図の横軸はイオン注入時の加速
電圧を表し、縦軸は、電極の膜厚を表す。同図中に斜線
で記した領域は、電極の接触抵抗と付着強度とがいずれ
も良好であった条件を表す。図8の斜線領域よりも左側
では、打ち込まれた不純物がコンタクト層まで到達せ
ず、接触抵抗の低下が不十分であった。また、斜線領域
の右側では、加速電圧が高すぎるために、コンタクト層
の結晶性が過度の損傷を受け、熱処理を施しても接触抵
抗が十分に低下しなかった。すなわち、本実施形態にお
いて良好な結果が得られるのは、加速電圧で10〜10
00KeV、電極膜厚が1〜500nmの範囲であり、
両者は依存していることが分かった。
【0091】また、イオン注入時のドーズ量の最適値も
電極の膜厚と加速電圧とに依存する。本発明者の実験に
よれば、上述の電極膜厚及び加速電圧の範囲に対応し
て、ドーズ量として1×1013〜1×1017イオン/c
m2 の範囲で良好な結果が得られた。
電極の膜厚と加速電圧とに依存する。本発明者の実験に
よれば、上述の電極膜厚及び加速電圧の範囲に対応し
て、ドーズ量として1×1013〜1×1017イオン/c
m2 の範囲で良好な結果が得られた。
【0092】本発明者は、本実施形態により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9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9(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。
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9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9(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。
【0093】試作した発光素子は、本発明の第2の実施
形態によるものである。素子の積層構造は、図1に示し
たものを用いた。また、p側電極としてはモリブデンを
10nm堆積し、イオン注入法によりマグネシウムを注
入した。イオン注入の加速電圧は200KeV、ドーズ
量は1×1016イオン/cm2 とした。また、イオン注
入後に800℃で5分間の熱処理を施した。
形態によるものである。素子の積層構造は、図1に示し
たものを用いた。また、p側電極としてはモリブデンを
10nm堆積し、イオン注入法によりマグネシウムを注
入した。イオン注入の加速電圧は200KeV、ドーズ
量は1×1016イオン/cm2 とした。また、イオン注
入後に800℃で5分間の熱処理を施した。
【0094】また、n側電極としては珪化チタンを10
nm堆積し、イオン注入法によりシリコンを注入した。
イオン注入の加速電圧は200KeV、ドーズ量は1×
1016イオン/cm2 とした。また、イオン注入後に1
100℃で30秒の熱処理を施した。
nm堆積し、イオン注入法によりシリコンを注入した。
イオン注入の加速電圧は200KeV、ドーズ量は1×
1016イオン/cm2 とした。また、イオン注入後に1
100℃で30秒の熱処理を施した。
【0095】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。
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。
【0096】図9(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3.3V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。
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3.3V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。
【0097】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
9(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2mW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、8mW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。
いために、発光特性も大幅に改善される。すなわち、図
9(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2mW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、8mW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。
【0098】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9(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、
非発光センターにより生ずる。すなわち、従来の素子で
は、電極の接触抵抗が高いために、発熱量が大きく、電
極の材料などの不純物元素が、時間の経過とともに半導
体層中に拡散侵入する。このような、不純物元素の拡散
侵入は、発光素子の発熱量が多いと、熱的に活性化され
て促進される。そして、半導体層中に拡散侵入した不純
物元素は、深い準位として、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。
大幅に改善することができる。すなわち、図9(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、
非発光センターにより生ずる。すなわち、従来の素子で
は、電極の接触抵抗が高いために、発熱量が大きく、電
極の材料などの不純物元素が、時間の経過とともに半導
体層中に拡散侵入する。このような、不純物元素の拡散
侵入は、発光素子の発熱量が多いと、熱的に活性化され
て促進される。そして、半導体層中に拡散侵入した不純
物元素は、深い準位として、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。
【0099】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ーで生ずる再結
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。この
ような、結晶欠陥の成長も、発光素子の発熱量が多い
と、促進される。
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ーで生ずる再結
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。この
ような、結晶欠陥の成長も、発光素子の発熱量が多い
と、促進される。
【0100】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95%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、電極の接触抵抗が低いためで
ある。すなわち、発光素子の発熱量が極めて少なく、前
述したような非発光センタとなる不純物元素の拡散侵入
や結晶欠陥の成長が生じにくいからである。
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95%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、電極の接触抵抗が低いためで
ある。すなわち、発光素子の発熱量が極めて少なく、前
述したような非発光センタとなる不純物元素の拡散侵入
や結晶欠陥の成長が生じにくいからである。
【0101】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。
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。
【0102】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、電極の接触抵抗
が高く、電極の付着強度も十分でなかったために、サー
ジ耐圧が低下し、EIAJ規格による測定値は、約50
Vに過ぎなかった。しかし、本発明による素子では、電
極の接触抵抗も付着強度も改善されたために、EIAJ
規格による測定値は300V以上と大きく向上した。
善される。すなわち、従来の素子では、電極の接触抵抗
が高く、電極の付着強度も十分でなかったために、サー
ジ耐圧が低下し、EIAJ規格による測定値は、約50
Vに過ぎなかった。しかし、本発明による素子では、電
極の接触抵抗も付着強度も改善されたために、EIAJ
規格による測定値は300V以上と大きく向上した。
【0103】また、本発明によれば、半導体層の結晶性
や表面モフォロジー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。す
なわち、従来の構造では、電極の接触抵抗を下げるため
には、コンタクト層にドーパントを高濃度にドープし
て、キャリア濃度を上げる必要があった。しかし、その
ように高濃度にドーピングすると、コンタクト層の結晶
性が低下し、表面モフォロジーが劣化するという問題が
生じていた。本発明によれば、このような問題を生じる
ことなく、コンタクト層のキャリア濃度を上げて、電極
の接触抵抗を低下させることができる。
や表面モフォロジー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。す
なわち、従来の構造では、電極の接触抵抗を下げるため
には、コンタクト層にドーパントを高濃度にドープし
て、キャリア濃度を上げる必要があった。しかし、その
ように高濃度にドーピングすると、コンタクト層の結晶
性が低下し、表面モフォロジーが劣化するという問題が
生じていた。本発明によれば、このような問題を生じる
ことなく、コンタクト層のキャリア濃度を上げて、電極
の接触抵抗を低下させることができる。
【0104】また、図1においては、p側電極26とn
側電極34とは、それぞれ単層の場合を例示したが、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、p側電極26またはn側電極34の少なく
ともいずれかを積層構造としても良い。すなわち、コン
タクト層の上にまず、密着性の優れたモリブデンなどの
薄い層を堆積し、その上にボンディング・パッドの金の
拡散に対するバリアとなるチタンなどの金属層を堆積す
るようにしても良い。
側電極34とは、それぞれ単層の場合を例示したが、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、p側電極26またはn側電極34の少なく
ともいずれかを積層構造としても良い。すなわち、コン
タクト層の上にまず、密着性の優れたモリブデンなどの
薄い層を堆積し、その上にボンディング・パッドの金の
拡散に対するバリアとなるチタンなどの金属層を堆積す
るようにしても良い。
【0105】さらに、本発明においては、前述した第1
の実施の形態と第2の実施の形態とを組み合わせても良
い。すなわち、n側電極34として、例えばIV族元素
を含んだ珪化チタンを堆積し、その上からイオン注入法
により、さらにIV族元素として例えばシリコンを打ち
込んで、しかる後に熱処理を施しても良い。このように
すると、n側電極34の接触抵抗も付着強度もさらに改
善することができる。
の実施の形態と第2の実施の形態とを組み合わせても良
い。すなわち、n側電極34として、例えばIV族元素
を含んだ珪化チタンを堆積し、その上からイオン注入法
により、さらにIV族元素として例えばシリコンを打ち
込んで、しかる後に熱処理を施しても良い。このように
すると、n側電極34の接触抵抗も付着強度もさらに改
善することができる。
【0106】次に、本発明による第3の発光素子につい
て説明する。図10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、多重量子井戸型の青色発光半導
体レーザである。発光素子50は、サファイア基板52
を有し、その上にGaNからなるパッファ層54が堆積
され、さらに、GaNからなるアンドープ層56、Ga
Nからなるn型コンタクト層58、In0.1 Ga0.9 N
からなるクラック防止層60、Ga0.85Al0.15Nから
なるn型クラッド層62、GaNからなるn型光ガイド
層64、Inx Ga1-x N(x=0.2/0.05)か
らなるMQW活性層66、Ga0.88Al0.12Nからなる
p型蒸発防止層68、GaNからなるp型光ガイド層7
0、Ga0.85Al0.15Nからなるp型クラッド層72、
GaNからなるp型コンタクト層74が、この順序で堆
積されている。
て説明する。図10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、多重量子井戸型の青色発光半導
体レーザである。発光素子50は、サファイア基板52
を有し、その上にGaNからなるパッファ層54が堆積
され、さらに、GaNからなるアンドープ層56、Ga
Nからなるn型コンタクト層58、In0.1 Ga0.9 N
からなるクラック防止層60、Ga0.85Al0.15Nから
なるn型クラッド層62、GaNからなるn型光ガイド
層64、Inx Ga1-x N(x=0.2/0.05)か
らなるMQW活性層66、Ga0.88Al0.12Nからなる
p型蒸発防止層68、GaNからなるp型光ガイド層7
0、Ga0.85Al0.15Nからなるp型クラッド層72、
GaNからなるp型コンタクト層74が、この順序で堆
積されている。
【0107】ここで、MQW層66は、Inx Ga1-x
Nのインジウム組成比x=0.2の結晶層とx=0.0
5の結晶層とを、それぞれの層厚を4nm、8nmとし
て、周期積層した多重量子井戸構造を有する。
Nのインジウム組成比x=0.2の結晶層とx=0.0
5の結晶層とを、それぞれの層厚を4nm、8nmとし
て、周期積層した多重量子井戸構造を有する。
【0108】p型コンタクト層74の上には、絶縁膜7
6を介してp側電極78が形成されている。また、n型
コンタクト層58の上には、n側電極80が形成されて
いる。
6を介してp側電極78が形成されている。また、n型
コンタクト層58の上には、n側電極80が形成されて
いる。
【0109】それぞれの電極の上には、金を堆積するこ
とによって図示しないボンディング・パッドが形成され
る。これらのボンディング・パッドには、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。
とによって図示しないボンディング・パッドが形成され
る。これらのボンディング・パッドには、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。
【0110】図10に示した発光素子50の製造に際し
ては、各半導体層54〜74は、例えば、有機金属気相
成長法(MOCVD法)や分子線エピタキシャル成長法
(MBE法)によりサファイア基板52上にエピタキシ
ャル成長することができる。
ては、各半導体層54〜74は、例えば、有機金属気相
成長法(MOCVD法)や分子線エピタキシャル成長法
(MBE法)によりサファイア基板52上にエピタキシ
ャル成長することができる。
【0111】半導体発光素子50の製造工程について
は、図2〜図4或いは図5〜図7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。
は、図2〜図4或いは図5〜図7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。
【0112】本発明者は、発光素子50のp側電極78
及びn側電極80を、それぞれ本発明の実施形態により
形成した。すなわち、p側電極78は、窒化チタンを1
0nm堆積することにより形成し、さらに、その上から
イオン注入法により、亜鉛を加速電圧100keV、ド
ーズ量1×1016イオン/cm2 の条件で打ち込んだ。
さらに、750℃で30分間のアニールを施すことによ
り、良好な接触抵抗と付着強度とを有するp側電極を形
成することができた。
及びn側電極80を、それぞれ本発明の実施形態により
形成した。すなわち、p側電極78は、窒化チタンを1
0nm堆積することにより形成し、さらに、その上から
イオン注入法により、亜鉛を加速電圧100keV、ド
ーズ量1×1016イオン/cm2 の条件で打ち込んだ。
さらに、750℃で30分間のアニールを施すことによ
り、良好な接触抵抗と付着強度とを有するp側電極を形
成することができた。
【0113】さらに、n側電極80としては、2種類の
ものを作成した。まず、本発明の第1の実施形態に従っ
たのとして、珪化チタンを100nm堆積して、850
℃で40秒の熱処理を施した。また、本発明の第2の実
施形態に従ったものとして、モリブデンを100nm堆
積し、その上からイオン注入法により、イオウを加速電
圧150keV、ドーズ量1×1016イオン/cm2 の
条件で打ち込み、しかる後に1100℃で20秒のフラ
ッシュ・アニールを施した。
ものを作成した。まず、本発明の第1の実施形態に従っ
たのとして、珪化チタンを100nm堆積して、850
℃で40秒の熱処理を施した。また、本発明の第2の実
施形態に従ったものとして、モリブデンを100nm堆
積し、その上からイオン注入法により、イオウを加速電
圧150keV、ドーズ量1×1016イオン/cm2 の
条件で打ち込み、しかる後に1100℃で20秒のフラ
ッシュ・アニールを施した。
【0114】このようにして作成した素子においては、
第1の実施形態によるn側電極も、第2の実施形態によ
るn側電極も、極めて低い接触抵抗と良好な付着強度と
を示した。また、発光素子50の諸特性を評価した結
果、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、
発光素子50は、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。
第1の実施形態によるn側電極も、第2の実施形態によ
るn側電極も、極めて低い接触抵抗と良好な付着強度と
を示した。また、発光素子50の諸特性を評価した結
果、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、
発光素子50は、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。
【0115】さらに、レーザ素子として極めて重要な特
性である、温度特性が顕著に改善された結果、室温にお
いて連続発振動作が得られた。
性である、温度特性が顕著に改善された結果、室温にお
いて連続発振動作が得られた。
【0116】図10においては、p側電極78及びn側
電極80として、それぞれ単層の電極構造を図示した。
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、前述したように、各電極層が
積層構造を有していてもよい。また、これらの電極層の
上に、さらに、図示しない第3の電極層を堆積しても良
い。
電極80として、それぞれ単層の電極構造を図示した。
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、前述したように、各電極層が
積層構造を有していてもよい。また、これらの電極層の
上に、さらに、図示しない第3の電極層を堆積しても良
い。
【0117】また、図10に示した発光素子50は、I
nx Gay Al1-x-y N系半導体(0≦x,y≦1,x
+y≦1)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、n型クラッド層62及びp型ク
ラッド層68を屈折率が徐々に変化するグレーデッド層
としても良い。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。さらに、本発明は、その他にも、Inx Aly Ga
1-x-y N系半導体(0≦x,y≦1,x+y≦1)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。
nx Gay Al1-x-y N系半導体(0≦x,y≦1,x
+y≦1)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、n型クラッド層62及びp型ク
ラッド層68を屈折率が徐々に変化するグレーデッド層
としても良い。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。さらに、本発明は、その他にも、Inx Aly Ga
1-x-y N系半導体(0≦x,y≦1,x+y≦1)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。
【0118】
【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。
施され、以下に説明する効果を奏する。
【0119】まず、本発明によれば、半導体発光素子の
電極の接触抵抗が低減される。従って、発光素子の動作
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。
電極の接触抵抗が低減される。従って、発光素子の動作
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。
【0120】また、本発明によれば、半導体発光素子の
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DVDや光ディスク再生装置、光通信シス
テム、ディプレイ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。
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DVDや光ディスク再生装置、光通信シス
テム、ディプレイ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。
【0121】さらに、本発明によれば、素子の発熱量が
少なくなるので、半導体発光素子の半導体層に結晶欠陥
を発生させる電極材料などの不純物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。
少なくなるので、半導体発光素子の半導体層に結晶欠陥
を発生させる電極材料などの不純物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。
【0122】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。
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。
【0123】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。
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。
【0124】このように、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。
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1】本発明による半導体発光素子の概略構成を表す
概略平面図及び断面図である。
概略平面図及び断面図である。
【図2】本発明による半導体発光素子の製造工程の一部
を表す概略工程断面図である。
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の一部
を表す概略工程断面図である。
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の一部
を表す概略工程断面図である。
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製造工程の一部
を表す概略工程断面図である。
を表す概略工程断面図である。
【図6】本発明による半導体発光素子の製造工程の一部
を表す概略工程断面図である。
を表す概略工程断面図である。
【図7】本発明による半導体発光素子の製造工程の一部
を表す概略工程断面図である。
を表す概略工程断面図である。
【図8】本発明において、電極の膜厚とイオン注入の条
件とを変化させた結果を表わすグラフ図である。
件とを変化させた結果を表わすグラフ図である。
【図9】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。
図である。
【図10】本発明による別の半導体発光素子の構成を表
す概略平面図及び断面図である。
す概略平面図及び断面図である。
10、50 半導体発光素子 12、52 サファイア基板 14、54 バッファ層 16、58 nコンタクト層 18、62 n型クラッド層 20、66 活性層 22、72 p型クラッド層 24、74 p型コンタクト層 26、26’、78 p側電極層 30 電流阻止層 32 ボンディング・パッド 34、34’、70 n側電極 40、45、48 酸化シリコン 41、43、44、46 レジスト 56 アンドープ層 60 クラック防止層 64 n型光ガイド層 70 p型光ガイド層
Claims (7)
- 【請求項1】少なくともn型Inx Aly Ga1-x-y N
(0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1)層を含む複数
の化合物半導体層を積層した積層構造体と、この積層構
造体における前記n型Inx Aly Ga1-x-y N層のコ
ンタクト領域上に堆積された第1の金属層と、を有し、 前記第1の金属層は、IV族元素及びVI族元素のうち
の少なくともいずれかの元素成分を含み、 前記n型Inx Aly Ga1-x-y N層のコンタクト領域
は、前記第1の金属層に含まれていた前記IV族元素及
びVI族元素のうちの少なくともいずれかの前記元素成
分が拡散侵入されることにより、そのコンタクト領域の
キャリア濃度が上昇して、前記第1の金属層との接触抵
抗が低下したものとして構成されていることを特徴とす
る半導体発光素子。 - 【請求項2】少なくともInx Aly Ga1-x-y N(0
≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1)層を含む複数の化
合物半導体層を積層した積層構造体と、この積層構造体
のコンタクト領域上に堆積された第1の金属層とを有
し、 前記第1の金属層は、炭素、ゲルマニウム、セレン、ロ
ジウム、テルル、イリジウム、ジルコニウム、ハフニウ
ム、銅、窒化チタン、窒化タングステン、モリブデン及
び珪化チタンからなるグループのうちの少なくとも1つ
により構成されていることを特徴とする半導体発光素
子。 - 【請求項3】前記コンタクト領域は、前記第1の金属層
を介しての不純物のイオン注入により、そのキャリア濃
度が上昇して、前記第1の金属層との接触抵抗が低下し
たものとして構成されていることを特徴とする請求項2
記載の素子。 - 【請求項4】少なくとも一部分にn型Inx Aly Ga
1-x-y N(0≦x,y≦1,x+y≦1)コンタクト領
域を有する半導体ウェーハに基づく半導体発光装置の製
造方法において、 前記n型コンタクト領域の上にIV族元素及びVI族元
素のうちの少なくともいずれかの元素成分を含む第1の
金属層を堆積する工程と、 前記半導体ウェーハの熱処理により、前記第1の金属層
に含まれている前記元素成分を前記n型Inx Aly G
a1-x-y Nコンタクト領域に拡散させて、前記コンタク
ト領域の表面キャリア濃度の上昇を図り、前記第1の金
属層との接触抵抗を低下させる工程と、を備えたことを
特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項5】少なくとも一部分にInx Aly Ga
1-x-y N(0≦x,y≦1,x+y≦1)コンタクト領
域を有する半導体ウェーハに基づく半導体発光素子の製
造方法において、 前記コンタクト領域の上に第1の金属層を堆積する堆積
工程と、 前記第1の金属層を介して前記コンタクト領域に不純物
を注入するイオン注入工程と、 前記半導体ウェーハの熱処理により、前記コンタクト領
域に注入された前記不純物を活性化させて、前記コンタ
クト領域のキャリア濃度の上昇を図り前記第1の電極層
との接触抵抗を低下させる熱処理工程と、 を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項6】前記堆積工程における前記第1の金属層
は、炭素、ゲルマニウム、セレン、ロジウム、テルル、
イリジウム、ジルコニウム、ハフニウム、銅、窒化チタ
ン、窒化タングステン、モリブデン及び珪化チタンから
なるグループのうちの少なくとも1つにより構成されて
いることを特徴とする請求項5記載の方法。 - 【請求項7】前記堆積工程における前記第1金属層の層
厚は1nm以上500nm以下であり、 前記イオン注入工程における加速電圧は10keV以上
1000keV以下であり、ドーズ量は1×1013イオ
ン/cm2 以上1×1017イオン/cm2 以下であり、 前記熱処理工程における熱処理温度は、400℃以上1
200℃以下であることを特徴とする請求項5〜6のい
ずれか1つに記載の方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5011197A JPH10247747A (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
US09/034,258 US6281526B1 (en) | 1997-03-05 | 1998-03-04 | Nitride compound light emitting device and method for fabricating same |
US09/895,172 US6417020B2 (en) | 1997-03-05 | 2001-07-02 | Nitride compound light emitting device and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5011197A JPH10247747A (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10247747A true JPH10247747A (ja) | 1998-09-14 |
Family
ID=12849993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5011197A Pending JPH10247747A (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6281526B1 (ja) |
JP (1) | JPH10247747A (ja) |
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