JPH11220168A - 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法Info
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- JPH11220168A JPH11220168A JP3661898A JP3661898A JPH11220168A JP H11220168 A JPH11220168 A JP H11220168A JP 3661898 A JP3661898 A JP 3661898A JP 3661898 A JP3661898 A JP 3661898A JP H11220168 A JPH11220168 A JP H11220168A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】フリップチップ型の半導体発光素子のｐ型半導
体側のコンタクト層上に直接厚膜の正電極を形成した場
合、コンタクト層との接触面における接触抵抗の値は全
体的には大きくなり、接触抵抗の値の分布はこの接触面
全体に渡り斑になる。このため、この接触面を通る電流
の面密度にムラが生じ、電流は接触抵抗の小さな箇所に
集中するため活性層の発光光度にも空間的なムラが発生
する。 【解決手段】コンタクト層に接続する光を反射する厚膜
正電極を形成する前に、コンタクト層の上に発光ムラの
発生を抑止するための薄膜金属層を形成し、この薄膜金
属層を熱処理した後に厚膜正電極を形成した。これによ
り、コンタクト層と薄膜金属層との間の接触抵抗が接触
面全体に渡って低く、一様で、且つ、オーミック性の良
いものとなり、発光光度にムラがなく、高光度、低駆動
電圧の発光素子を得ることができた。
体側のコンタクト層上に直接厚膜の正電極を形成した場
合、コンタクト層との接触面における接触抵抗の値は全
体的には大きくなり、接触抵抗の値の分布はこの接触面
全体に渡り斑になる。このため、この接触面を通る電流
の面密度にムラが生じ、電流は接触抵抗の小さな箇所に
集中するため活性層の発光光度にも空間的なムラが発生
する。 【解決手段】コンタクト層に接続する光を反射する厚膜
正電極を形成する前に、コンタクト層の上に発光ムラの
発生を抑止するための薄膜金属層を形成し、この薄膜金
属層を熱処理した後に厚膜正電極を形成した。これによ
り、コンタクト層と薄膜金属層との間の接触抵抗が接触
面全体に渡って低く、一様で、且つ、オーミック性の良
いものとなり、発光光度にムラがなく、高光度、低駆動
電圧の発光素子を得ることができた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に窒化ガリ
ウム系化合物半導体から成る層が積層されたフリップチ
ップ型の発光素子に関し、特に発光ムラがなく、高光度
で、駆動電圧の低いフリップチップ型の発光素子に関す
る。
ウム系化合物半導体から成る層が積層されたフリップチ
ップ型の発光素子に関し、特に発光ムラがなく、高光度
で、駆動電圧の低いフリップチップ型の発光素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図４に、従来技術によるフリップチップ
型の発光素子４００の断面図を示す。１０１は、サファ
イヤ基板、１０２は、ＡｌＮバッファ層、１０３は、ｎ
型のＧａＮ層、１０４は、ｎ型のＧａＮクラッド層、１
０５は、活性層、１０６は、ｐ型のＡｌＧａＮクラッド
層、１０７は、ｐ型のＧａＮコンタクト層、４２０は、
正電極、１３０は、保護膜、１４０は、多層構造の負電
極である。また、コンタクト層１０７に接続されている
正電極４２０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）より成る膜
厚３０００Åの金属層により形成されている。
型の発光素子４００の断面図を示す。１０１は、サファ
イヤ基板、１０２は、ＡｌＮバッファ層、１０３は、ｎ
型のＧａＮ層、１０４は、ｎ型のＧａＮクラッド層、１
０５は、活性層、１０６は、ｐ型のＡｌＧａＮクラッド
層、１０７は、ｐ型のＧａＮコンタクト層、４２０は、
正電極、１３０は、保護膜、１４０は、多層構造の負電
極である。また、コンタクト層１０７に接続されている
正電極４２０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）より成る膜
厚３０００Åの金属層により形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】サファイヤ基板１０１
の側に光を十分に反射させるために、通常フリップチッ
プ型の正電極４２０には、厚膜のメタル電極を用いる。
しかし、コンタクト層１０７上に直接厚膜の正電極４２
０を形成した場合、コンタクト層１０７との接触面にお
ける接触抵抗は、不均一となり、点状に接触抵抗の低い
所が多数発生する。このため、この接触面を通る電流の
面密度にムラが生じ、電流は、接触抵抗の小さな箇所に
集中するようになる。したがって、活性層の光度にも空
間的なムラが発生する。また、コンタクト層１０７上に
直接厚膜の正電極４２０を形成した場合、接触面全体と
しての接触抵抗の値が大きくなるため、発光素子４００
の駆動電圧は高くなる。
の側に光を十分に反射させるために、通常フリップチッ
プ型の正電極４２０には、厚膜のメタル電極を用いる。
しかし、コンタクト層１０７上に直接厚膜の正電極４２
０を形成した場合、コンタクト層１０７との接触面にお
ける接触抵抗は、不均一となり、点状に接触抵抗の低い
所が多数発生する。このため、この接触面を通る電流の
面密度にムラが生じ、電流は、接触抵抗の小さな箇所に
集中するようになる。したがって、活性層の光度にも空
間的なムラが発生する。また、コンタクト層１０７上に
直接厚膜の正電極４２０を形成した場合、接触面全体と
しての接触抵抗の値が大きくなるため、発光素子４００
の駆動電圧は高くなる。
【０００４】本発明は、上記の問題を解決するために成
されたものであり、その目的は、発光光度にムラがな
く、高光度、低駆動電圧の発光素子を提供することであ
る。
されたものであり、その目的は、発光光度にムラがな
く、高光度、低駆動電圧の発光素子を提供することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの第１の手段は、基板上に窒化ガリウム系化合物半導
体から成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子
において、ｐ型半導体側のコンタクト層と前記コンタク
ト層に接続する光を反射する厚膜正電極との間に発光ム
ラの発生を抑止するための薄膜金属層を設けることであ
る。また、第２の手段は、上記の薄膜金属層の膜厚を５
０Å〜５００Åとすることである。また、第３の手段
は、上記の薄膜金属層を複数の種類の金属より形成され
た多層構造とすることである。また、第４の手段は、上
記の厚膜正電極を複数の種類の金属より形成された多層
構造とすることである。また、第５の手段は、上記の薄
膜金属層をプラチナ（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、金
（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、マ
グネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス
（Ｂｉ）またはレニウム（Ｒｅ）の内の少なくとも１種
類の金属により形成することである。更に、第６の手段
は、上記の厚膜正電極をプラチナ（Ｐｔ）、コバルト
（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル
（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミ
ニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、スズ
（Ｓｎ）またはロジウム（Ｒｈ）の内の少なくとも１種
類の金属により形成することである。
めの第１の手段は、基板上に窒化ガリウム系化合物半導
体から成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子
において、ｐ型半導体側のコンタクト層と前記コンタク
ト層に接続する光を反射する厚膜正電極との間に発光ム
ラの発生を抑止するための薄膜金属層を設けることであ
る。また、第２の手段は、上記の薄膜金属層の膜厚を５
０Å〜５００Åとすることである。また、第３の手段
は、上記の薄膜金属層を複数の種類の金属より形成され
た多層構造とすることである。また、第４の手段は、上
記の厚膜正電極を複数の種類の金属より形成された多層
構造とすることである。また、第５の手段は、上記の薄
膜金属層をプラチナ（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、金
（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、マ
グネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス
（Ｂｉ）またはレニウム（Ｒｅ）の内の少なくとも１種
類の金属により形成することである。更に、第６の手段
は、上記の厚膜正電極をプラチナ（Ｐｔ）、コバルト
（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル
（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミ
ニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、スズ
（Ｓｎ）またはロジウム（Ｒｈ）の内の少なくとも１種
類の金属により形成することである。
【０００６】また、上記の半導体発光素子を製造する方
法には、以下の手段がある。即ち、第７の手段は、ｐ型
半導体側のコンタクト層に接続する光を反射する厚膜正
電極を形成する前に、前記コンタクト層の上に発光ムラ
の発生を抑止するための薄膜金属層を形成し、この薄膜
金属層を熱処理した後に前記厚膜正電極を形成すること
である。また、第８の手段は、上記の熱処理を酸素(O2)
雰囲気中で行うことである。
法には、以下の手段がある。即ち、第７の手段は、ｐ型
半導体側のコンタクト層に接続する光を反射する厚膜正
電極を形成する前に、前記コンタクト層の上に発光ムラ
の発生を抑止するための薄膜金属層を形成し、この薄膜
金属層を熱処理した後に前記厚膜正電極を形成すること
である。また、第８の手段は、上記の熱処理を酸素(O2)
雰囲気中で行うことである。
【０００７】
【作用及び発明の効果】ｐ型半導体側のコンタクト層と
このコンタクト層に接続する光を反射する厚膜正電極と
の間に発光ムラの発生を抑止するための薄膜金属層を設
けたことにより、発光光度にムラがなく、高光度、低駆
動電圧の発光素子を得ることができた。これは、この薄
膜金属層の介在の結果、図１に示すコンタクト層１０７
と薄膜金属層１１０との間の接触抵抗が接触面全体に渡
って低く、一様で、且つ、オーミック性の良いものとな
ったためだと考えられる。また、上記薄膜金属層の材料
として、前記の金属の内の少なくとも１種類の金属を用
いれば、上記の接触抵抗をより小さくできるため、光
度、駆動電圧の点でより優れた発光素子が得られる。ま
た、上記厚膜正電極の材料として、前記の金属の内の少
なくとも１種類の金属を用いれば、これらの金属は仕事
関数が大きいため、より酸化されにくい電極が得られ
る。また、ｐ型半導体側のコンタクト層に接続する光を
反射する厚膜正電極を形成する前に、コンタクト層の上
に発光ムラの発生を抑止するための薄膜金属層を形成
し、この薄膜金属層を熱処理した後に厚膜正電極を形成
することにより、更により発光光度にムラがなく、高光
度、低駆動電圧の発光素子を得ることができた。これ
は、上記の熱処理の結果、図１に示すコンタクト層１０
７と薄膜金属層１１０との間の接触抵抗が接触面全体に
渡って更により低く、一様で、且つ、オーミック性の良
いものとなったためだと考えられる。更に詳細な作用機
構については、現段階では不明であるが、今のところそ
の可能性としては、以下の（１）〜（３）内の少なくと
も１つではないかと考えられる。 （１）薄膜金属層１１０は、非常に薄い（７５Å）の
で、粒界がないか、或いは、粒界が非常に密でムラがな
いため。 （２）薄膜金属層１１０は、非常に薄い（７５Å）の
で、薄膜金属層１１０の内部の歪み（応力）が小さいた
め。 （３）コンタクト層１０７との接触面において、コンタ
クト抵抗を低くするためには、酸素（Ｏ2 ）もしくは何
らかの気相との接触が必要となるため。 重要なことは、上記の薄膜金属層１１０の介在の結果、
或いは更には、上記の熱処理により、発光光度にムラが
なく、高光度、低駆動電圧の発光素子が間違いなく得ら
れるということである。
このコンタクト層に接続する光を反射する厚膜正電極と
の間に発光ムラの発生を抑止するための薄膜金属層を設
けたことにより、発光光度にムラがなく、高光度、低駆
動電圧の発光素子を得ることができた。これは、この薄
膜金属層の介在の結果、図１に示すコンタクト層１０７
と薄膜金属層１１０との間の接触抵抗が接触面全体に渡
って低く、一様で、且つ、オーミック性の良いものとな
ったためだと考えられる。また、上記薄膜金属層の材料
として、前記の金属の内の少なくとも１種類の金属を用
いれば、上記の接触抵抗をより小さくできるため、光
度、駆動電圧の点でより優れた発光素子が得られる。ま
た、上記厚膜正電極の材料として、前記の金属の内の少
なくとも１種類の金属を用いれば、これらの金属は仕事
関数が大きいため、より酸化されにくい電極が得られ
る。また、ｐ型半導体側のコンタクト層に接続する光を
反射する厚膜正電極を形成する前に、コンタクト層の上
に発光ムラの発生を抑止するための薄膜金属層を形成
し、この薄膜金属層を熱処理した後に厚膜正電極を形成
することにより、更により発光光度にムラがなく、高光
度、低駆動電圧の発光素子を得ることができた。これ
は、上記の熱処理の結果、図１に示すコンタクト層１０
７と薄膜金属層１１０との間の接触抵抗が接触面全体に
渡って更により低く、一様で、且つ、オーミック性の良
いものとなったためだと考えられる。更に詳細な作用機
構については、現段階では不明であるが、今のところそ
の可能性としては、以下の（１）〜（３）内の少なくと
も１つではないかと考えられる。 （１）薄膜金属層１１０は、非常に薄い（７５Å）の
で、粒界がないか、或いは、粒界が非常に密でムラがな
いため。 （２）薄膜金属層１１０は、非常に薄い（７５Å）の
で、薄膜金属層１１０の内部の歪み（応力）が小さいた
め。 （３）コンタクト層１０７との接触面において、コンタ
クト抵抗を低くするためには、酸素（Ｏ2 ）もしくは何
らかの気相との接触が必要となるため。 重要なことは、上記の薄膜金属層１１０の介在の結果、
或いは更には、上記の熱処理により、発光光度にムラが
なく、高光度、低駆動電圧の発光素子が間違いなく得ら
れるということである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限
定されるものではない。図１に、本発明によるフリップ
チップ型の半導体発光素子１００の断面図を示す。サフ
ァイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム(AlN) から
成る膜厚約２００Åのバッファ層１０２が設けられ、そ
の上にシリコン(Si)ドープのGaN から成る膜厚約4.0 μ
ｍの高キャリア濃度ｎ+ 層１０３が形成されている。こ
の高キャリア濃度ｎ+ 層１０３の上にSiドープのｎ型Ga
N から成る膜厚約0.5 μｍのクラッド層１０４が形成さ
れている。そして、クラッド層１０４の上に単一量子井
戸構造（ＳＱＷ）の中心となる膜厚約５００Åの活性層
１０５が形成されている。活性層１０５の上にはｐ型Al
0.15Ga0.85N から成る膜厚約６００Åのクラッド層１０
６が形成されている。さらに、クラッド層１０６の上に
はｐ型GaN から成る膜厚約１５００Åのコンタクト層１
０７が形成されている。
基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限
定されるものではない。図１に、本発明によるフリップ
チップ型の半導体発光素子１００の断面図を示す。サフ
ァイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム(AlN) から
成る膜厚約２００Åのバッファ層１０２が設けられ、そ
の上にシリコン(Si)ドープのGaN から成る膜厚約4.0 μ
ｍの高キャリア濃度ｎ+ 層１０３が形成されている。こ
の高キャリア濃度ｎ+ 層１０３の上にSiドープのｎ型Ga
N から成る膜厚約0.5 μｍのクラッド層１０４が形成さ
れている。そして、クラッド層１０４の上に単一量子井
戸構造（ＳＱＷ）の中心となる膜厚約５００Åの活性層
１０５が形成されている。活性層１０５の上にはｐ型Al
0.15Ga0.85N から成る膜厚約６００Åのクラッド層１０
６が形成されている。さらに、クラッド層１０６の上に
はｐ型GaN から成る膜厚約１５００Åのコンタクト層１
０７が形成されている。
【０００９】又、コンタクト層１０７の上には金属蒸着
による薄膜金属層１１０が、ｎ+ 層１０３上には負電極
１４０が形成されている。薄膜金属層１１０は、コンタ
クト層１０７に接合する膜厚約15Åのコバルト(Co)より
成る薄膜金属層第１層１１１と、Coに接合する膜厚約60
Åの金(Au)より成る薄膜金属層第２層１１２とで構成さ
れている。厚膜正電極１２０は、膜厚約５００Åのニッ
ケル(Ni)より成る厚膜正電極第１層１２１と、膜厚約５
００Åのチタン(Ti)より成る厚膜正電極第２層１２２
と、膜厚約５０００Åのニッケル(Ni)より成る厚膜正電
極第３層１２３とを薄膜金属層１１０の上から順次積層
させることにより構成されている。多層構造の負電極１
４０は、膜厚約１７５Åのバナジウム(V) 層１４１と、
膜厚約１０００Åのアルミニウム(Al)層１４２と、膜厚
約５００Åのバナジウム(V) 層１４３と、膜厚約５００
０Åのニッケル(Ni)層１４４とを高キャリア濃度ｎ+ 層
１０３の一部露出された部分の上から順次積層させるこ
とにより構成されている。また最上部には、ＳｉＯ2 膜
より成る保護膜１３０が形成されている。
による薄膜金属層１１０が、ｎ+ 層１０３上には負電極
１４０が形成されている。薄膜金属層１１０は、コンタ
クト層１０７に接合する膜厚約15Åのコバルト(Co)より
成る薄膜金属層第１層１１１と、Coに接合する膜厚約60
Åの金(Au)より成る薄膜金属層第２層１１２とで構成さ
れている。厚膜正電極１２０は、膜厚約５００Åのニッ
ケル(Ni)より成る厚膜正電極第１層１２１と、膜厚約５
００Åのチタン(Ti)より成る厚膜正電極第２層１２２
と、膜厚約５０００Åのニッケル(Ni)より成る厚膜正電
極第３層１２３とを薄膜金属層１１０の上から順次積層
させることにより構成されている。多層構造の負電極１
４０は、膜厚約１７５Åのバナジウム(V) 層１４１と、
膜厚約１０００Åのアルミニウム(Al)層１４２と、膜厚
約５００Åのバナジウム(V) 層１４３と、膜厚約５００
０Åのニッケル(Ni)層１４４とを高キャリア濃度ｎ+ 層
１０３の一部露出された部分の上から順次積層させるこ
とにより構成されている。また最上部には、ＳｉＯ2 膜
より成る保護膜１３０が形成されている。
【００１０】次に、この発光素子１００の製造方法につ
いて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相成
長法（ＭＯＶＰＥ法）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TM
G 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以
下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg 」と
記す）である。まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄し
たａ面を主面とした単結晶の基板１０１をMOVPE 装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧で
H2を反応室に流しながら温度１１５０℃で基板１０１を
ベーキングした。次に、基板１０１の温度を４００℃ま
で低下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッ
ファ層１０２を約２００Åの膜厚に形成した。
いて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相成
長法（ＭＯＶＰＥ法）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TM
G 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以
下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg 」と
記す）である。まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄し
たａ面を主面とした単結晶の基板１０１をMOVPE 装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧で
H2を反応室に流しながら温度１１５０℃で基板１０１を
ベーキングした。次に、基板１０１の温度を４００℃ま
で低下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッ
ファ層１０２を約２００Åの膜厚に形成した。
【００１１】次に、基板１０１の温度を１１５０℃にま
で上げ、H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.
0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドー
プのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層１０３を形成し
た。次に、基板１０１の温度を１１００℃に保持し、N2
又はH2、NH3 、TMG 及びシランを供給して、膜厚約０．
５μｍ、電子濃度１×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドー
プのＧａＮから成るクラッド層１０４を形成した。上記
のクラッド層１０４を形成した後、結晶温度を８５０℃
に降温し、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給して、
膜厚約５００ÅのGa0.8In0.2N から成る活性層１０５を
形成した。
で上げ、H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.
0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドー
プのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層１０３を形成し
た。次に、基板１０１の温度を１１００℃に保持し、N2
又はH2、NH3 、TMG 及びシランを供給して、膜厚約０．
５μｍ、電子濃度１×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドー
プのＧａＮから成るクラッド層１０４を形成した。上記
のクラッド層１０４を形成した後、結晶温度を８５０℃
に降温し、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給して、
膜厚約５００ÅのGa0.8In0.2N から成る活性層１０５を
形成した。
【００１２】次に、基板１０１の温度を１０００℃に昇
温し、N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA及びCP2Mg を供給し
て、膜厚約50nm、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al
0.15Ga0.85N から成るクラッド層１０６を形成した。次
に、基板１０１の温度を１０００℃に保持し、N2又は
H2、NH3 、TMG 及びCP2Mg を供給して、膜厚約100nm 、
Mgをドープしたｐ型GaN から成るコンタクト層１０７を
形成した。次に、コンタクト層１０７の上にエッチング
マスクを形成し、所定領域のマスクを除去して、マスク
で覆われていない部分のコンタクト層１０７、クラッド
層１０６、活性層１０５、クラッド層１０４、ｎ+ 層１
０３の一部を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチ
ングによりエッチングして、ｎ+ 層１０３の表面を露出
させた。次に、以下の手順で、ｎ+ 層１０３に接合する
負電極１４０と、コンタクト層１０７に接合する薄膜金
属層１１０とを形成した。
温し、N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA及びCP2Mg を供給し
て、膜厚約50nm、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al
0.15Ga0.85N から成るクラッド層１０６を形成した。次
に、基板１０１の温度を１０００℃に保持し、N2又は
H2、NH3 、TMG 及びCP2Mg を供給して、膜厚約100nm 、
Mgをドープしたｐ型GaN から成るコンタクト層１０７を
形成した。次に、コンタクト層１０７の上にエッチング
マスクを形成し、所定領域のマスクを除去して、マスク
で覆われていない部分のコンタクト層１０７、クラッド
層１０６、活性層１０５、クラッド層１０４、ｎ+ 層１
０３の一部を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチ
ングによりエッチングして、ｎ+ 層１０３の表面を露出
させた。次に、以下の手順で、ｎ+ 層１０３に接合する
負電極１４０と、コンタクト層１０７に接合する薄膜金
属層１１０とを形成した。
【００１３】(1) フォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィによりｎ+ 層１０３の露出面上の所定領域に窓
を形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した
後、膜厚約１７５Åのバナジウム(V) 層１４１と、膜厚
約１０００Åのアルミニウム(Al)層１４２と、膜厚約５
００Åのバナジウム(V) 層１４３と、膜厚約５０００Å
のニッケル(Ni)層１４４とを順次蒸着した。次に、フォ
トレジストを除去する。これによりｎ+ 層１０３の露出
面上に負電極１４０が形成される。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、コンタクト層１０７の上の
薄膜金属層１１０形成部分のフォトレジストを除去し
て、窓部を形成する。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたコン
タクト層１０７上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排
気した後、膜厚約15ÅのCoを成膜し、このCoより形成さ
れた薄膜金属層第１層１１１の上に膜厚約60ÅのAuより
成る薄膜金属層第２層１１２を成膜する。 (4) 次に、試料を蒸着装置から取り出し、リフトオフ法
によりフォトレジスト上に堆積したCo、Auを除去し、コ
ンタクト層１０７上に薄膜金属層１１０を形成する。 (5) その後、発光ムラの発生を抑止するための薄膜金属
層１１０の熱処理を行った。即ち、試料雰囲気を真空ポ
ンプで排気し、O2ガスを供給して圧力１０Ｐａとし、そ
の状態で雰囲気温度を約 570℃にして、約4 分程度加熱
した。
グラフィによりｎ+ 層１０３の露出面上の所定領域に窓
を形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した
後、膜厚約１７５Åのバナジウム(V) 層１４１と、膜厚
約１０００Åのアルミニウム(Al)層１４２と、膜厚約５
００Åのバナジウム(V) 層１４３と、膜厚約５０００Å
のニッケル(Ni)層１４４とを順次蒸着した。次に、フォ
トレジストを除去する。これによりｎ+ 層１０３の露出
面上に負電極１４０が形成される。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、コンタクト層１０７の上の
薄膜金属層１１０形成部分のフォトレジストを除去し
て、窓部を形成する。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたコン
タクト層１０７上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排
気した後、膜厚約15ÅのCoを成膜し、このCoより形成さ
れた薄膜金属層第１層１１１の上に膜厚約60ÅのAuより
成る薄膜金属層第２層１１２を成膜する。 (4) 次に、試料を蒸着装置から取り出し、リフトオフ法
によりフォトレジスト上に堆積したCo、Auを除去し、コ
ンタクト層１０７上に薄膜金属層１１０を形成する。 (5) その後、発光ムラの発生を抑止するための薄膜金属
層１１０の熱処理を行った。即ち、試料雰囲気を真空ポ
ンプで排気し、O2ガスを供給して圧力１０Ｐａとし、そ
の状態で雰囲気温度を約 570℃にして、約4 分程度加熱
した。
【００１４】上記の工程により形成された薄膜金属層１
１０上に、更に、厚膜正電極１２０を形成するために、
フォトレジストを一様に塗布して、厚膜正電極１２０の
形成部分のフォトレジストに窓を開ける。その後、膜厚
約５００Åのニッケル(Ni)層１２１と、膜厚約５００Å
のチタン(Ti)層１２２と、膜厚約５０００Åのニッケル
(Ni)層１２３とを薄膜金属層１１０の上に順次蒸着によ
り成膜させ、(4) の工程と同様にリフトオフ法により厚
膜正電極１２０を形成する。最後に、エレクトロンビー
ム蒸着により、最上層に一様にＳｉＯ2 より成る保護膜
１３０を形成し、フォトレジストの塗布、フォトリソグ
ラフィー工程を経て、厚膜正電極１２０および負電極１
４０に外部露出部分ができるようにほぼ同面積の窓をそ
れぞれ一つづつウエットエッチングにより形成する。こ
のようにして、発光素子１００を形成した。
１０上に、更に、厚膜正電極１２０を形成するために、
フォトレジストを一様に塗布して、厚膜正電極１２０の
形成部分のフォトレジストに窓を開ける。その後、膜厚
約５００Åのニッケル(Ni)層１２１と、膜厚約５００Å
のチタン(Ti)層１２２と、膜厚約５０００Åのニッケル
(Ni)層１２３とを薄膜金属層１１０の上に順次蒸着によ
り成膜させ、(4) の工程と同様にリフトオフ法により厚
膜正電極１２０を形成する。最後に、エレクトロンビー
ム蒸着により、最上層に一様にＳｉＯ2 より成る保護膜
１３０を形成し、フォトレジストの塗布、フォトリソグ
ラフィー工程を経て、厚膜正電極１２０および負電極１
４０に外部露出部分ができるようにほぼ同面積の窓をそ
れぞれ一つづつウエットエッチングにより形成する。こ
のようにして、発光素子１００を形成した。
【００１５】図２に、性能比較を行うために試作された
半導体発光素子３００（図３）と本発明による上記の半
導体発光素子１００との性能比較表を示す。半導体発光
素子３００（図３）は、半導体発光素子１００と同様の
厚膜正電極１２０を半導体発光素子１００作成時と同様
の方法で直接コンタクト層１０７に形成したものであ
る。この表より、薄膜金属層１１０を有する本発明の半
導体発光素子１００の方が、光度、駆動電圧の両面にお
いて薄膜金属層１１０を有しない上記試作の半導体発光
素子３００よりも優れていることが分かる。
半導体発光素子３００（図３）と本発明による上記の半
導体発光素子１００との性能比較表を示す。半導体発光
素子３００（図３）は、半導体発光素子１００と同様の
厚膜正電極１２０を半導体発光素子１００作成時と同様
の方法で直接コンタクト層１０７に形成したものであ
る。この表より、薄膜金属層１１０を有する本発明の半
導体発光素子１００の方が、光度、駆動電圧の両面にお
いて薄膜金属層１１０を有しない上記試作の半導体発光
素子３００よりも優れていることが分かる。
【００１６】また、発光素子３００におけるニッケル
（Ｎｉ）より形成された膜厚５００Åの厚膜正電極第１
層１２１に対して、薄膜金属層１１０の形成時と同様の
熱処理を行った結果、半導体発光素子３００の光度は変
わらず、駆動電圧は逆に上昇した。このことから、薄膜
金属層１１０の厚さは、その金属の種類にも多少依存す
るものの、５００Å以下でなければならないことが判っ
た。また、５０Åよりも薄い場合には、膜厚を一様にす
ることが難しく、また膜厚が薄過ぎて薄膜金属層１１０
の効果が出にくくなる。
（Ｎｉ）より形成された膜厚５００Åの厚膜正電極第１
層１２１に対して、薄膜金属層１１０の形成時と同様の
熱処理を行った結果、半導体発光素子３００の光度は変
わらず、駆動電圧は逆に上昇した。このことから、薄膜
金属層１１０の厚さは、その金属の種類にも多少依存す
るものの、５００Å以下でなければならないことが判っ
た。また、５０Åよりも薄い場合には、膜厚を一様にす
ることが難しく、また膜厚が薄過ぎて薄膜金属層１１０
の効果が出にくくなる。
【００１７】また、薄膜金属層１１０を積層した後の上
記(5) の熱処理は、酸素(O2)雰囲気中にて行ったが、酸
素は、極微量の酸素分子、酸素原子を含むガスまたはプ
ラズマであってもよい。従って、上記の熱処理の酸素雰
囲気としては、例えば、O2、O3、CO、CO2 、NO、N2O 、
NO2 または、H2O の少なくとも１種又はこれらの混合ガ
ス、或いは、O2、O3、CO、CO2 、NO、N2O 、NO2 また
は、H2O の少なくとも１種と、N2またはHe、Ne、Ar、Kr
などの不活性ガスとの混合ガス、或いは、O2、O3、CO、
CO2 、NO、N2O 、NO2 または、H2O の混合ガスと、N2ま
たはHe、Ne、Ar、Krなどの不活性ガスとの混合ガス等を
用いることもできる。これらのガスを使用した場合に
も、接触抵抗の低抵抗化の実現による本発明の効果を得
ることができる。
記(5) の熱処理は、酸素(O2)雰囲気中にて行ったが、酸
素は、極微量の酸素分子、酸素原子を含むガスまたはプ
ラズマであってもよい。従って、上記の熱処理の酸素雰
囲気としては、例えば、O2、O3、CO、CO2 、NO、N2O 、
NO2 または、H2O の少なくとも１種又はこれらの混合ガ
ス、或いは、O2、O3、CO、CO2 、NO、N2O 、NO2 また
は、H2O の少なくとも１種と、N2またはHe、Ne、Ar、Kr
などの不活性ガスとの混合ガス、或いは、O2、O3、CO、
CO2 、NO、N2O 、NO2 または、H2O の混合ガスと、N2ま
たはHe、Ne、Ar、Krなどの不活性ガスとの混合ガス等を
用いることもできる。これらのガスを使用した場合に
も、接触抵抗の低抵抗化の実現による本発明の効果を得
ることができる。
【００１８】また、上記実施例では、上記(5) の熱処理
において、１０ＰａのＯ2 ガス雰囲気を用いたが、Ｏ2
ガスの圧力は、これ以上であっても十分な効果を発揮す
る。例えば、Ｎ2 ガスに対して１％のＯ2 ガスを含ま
せ、そのＯ2 ガスの分圧を１００Ｐａとした雰囲気中で
の熱処理を行ったが、同様の効果が得られた。即ち、圧
力或いは酸素ガスの分圧は、上述した圧力の範囲で全て
適用可能である。
において、１０ＰａのＯ2 ガス雰囲気を用いたが、Ｏ2
ガスの圧力は、これ以上であっても十分な効果を発揮す
る。例えば、Ｎ2 ガスに対して１％のＯ2 ガスを含ま
せ、そのＯ2 ガスの分圧を１００Ｐａとした雰囲気中で
の熱処理を行ったが、同様の効果が得られた。即ち、圧
力或いは酸素ガスの分圧は、上述した圧力の範囲で全て
適用可能である。
【００１９】また、上記実施例では、上記(5) の熱処理
において、加熱温度を５７０℃としたが、加熱温度は、
４００〜７００℃の範囲で適用可能であり、望ましく
は、４５０〜６５０℃の範囲が良い。４００℃未満で熱
処理されると、薄膜金属層１１０はオーミック特性を示
さず、７００℃よりも高い温度で熱処理されると、素子
の形に変形が発生しやすくなり、発光や反射光の方向性
に問題が生じる。このため、熱処理温度は、４００〜７
００℃の範囲が良い。
において、加熱温度を５７０℃としたが、加熱温度は、
４００〜７００℃の範囲で適用可能であり、望ましく
は、４５０〜６５０℃の範囲が良い。４００℃未満で熱
処理されると、薄膜金属層１１０はオーミック特性を示
さず、７００℃よりも高い温度で熱処理されると、素子
の形に変形が発生しやすくなり、発光や反射光の方向性
に問題が生じる。このため、熱処理温度は、４００〜７
００℃の範囲が良い。
【００２０】また、上記実施例では、薄膜金属層１１０
は、膜厚約15Åのコバルト(Co)より成る薄膜金属層第１
層１１１と、Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)より成る
薄膜金属層第２層１１２とで構成されているが、薄膜金
属層は、プラチナ（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａ
ｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネ
シウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、
バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂ
ｉ）またはレニウム（Ｒｅ）の内の少なくとも１種類の
金属を含んでいる単層構造の金属層であっても、また、
これらの金属を２種類以上含んだ多層構造の金属層であ
っても本実施例と同様の効果が得られる。
は、膜厚約15Åのコバルト(Co)より成る薄膜金属層第１
層１１１と、Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)より成る
薄膜金属層第２層１１２とで構成されているが、薄膜金
属層は、プラチナ（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａ
ｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネ
シウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、
バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂ
ｉ）またはレニウム（Ｒｅ）の内の少なくとも１種類の
金属を含んでいる単層構造の金属層であっても、また、
これらの金属を２種類以上含んだ多層構造の金属層であ
っても本実施例と同様の効果が得られる。
【００２１】また、上記実施例では、厚膜正電極１２０
は、膜厚約５００Åのニッケル(Ni)より成る厚膜正電極
第１層１２１と、膜厚約５００Åのチタン(Ti)より成る
厚膜正電極第２層１２２と、膜厚約５０００Åのニッケ
ル(Ni)より成る厚膜正電極第３層１２３とを薄膜金属層
１１０の上から順次積層させることにより構成されてい
るが、厚膜正電極は、プラチナ（Ｐｔ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓ
ｎ）またはロジウム（Ｒｈ）の内の少なくとも１種類の
金属を含んでいる単層構造の電極であっても、また、こ
れらの金属を２種類以上含んだ多層構造の電極であって
も本実施例と同様の効果が得られる。
は、膜厚約５００Åのニッケル(Ni)より成る厚膜正電極
第１層１２１と、膜厚約５００Åのチタン(Ti)より成る
厚膜正電極第２層１２２と、膜厚約５０００Åのニッケ
ル(Ni)より成る厚膜正電極第３層１２３とを薄膜金属層
１１０の上から順次積層させることにより構成されてい
るが、厚膜正電極は、プラチナ（Ｐｔ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓ
ｎ）またはロジウム（Ｒｈ）の内の少なくとも１種類の
金属を含んでいる単層構造の電極であっても、また、こ
れらの金属を２種類以上含んだ多層構造の電極であって
も本実施例と同様の効果が得られる。
【００２２】なお、上記の実施例では、発光素子１００
の活性層１０５はＳＱＷ構造としたが、活性層の構造
は、ＭＱＷ構造でもよい。また、活性層、クラッド層、
コンタクト層、その他の層は、任意の混晶比の４元、３
元、２元系のAlx Gay In1-x-yN （０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１）としても良い。又、ｐ型不純物としてMgを用いた
がベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族元素を用いること
ができる。
の活性層１０５はＳＱＷ構造としたが、活性層の構造
は、ＭＱＷ構造でもよい。また、活性層、クラッド層、
コンタクト層、その他の層は、任意の混晶比の４元、３
元、２元系のAlx Gay In1-x-yN （０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１）としても良い。又、ｐ型不純物としてMgを用いた
がベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族元素を用いること
ができる。
【図１】本発明によるフリップチップ型の半導体発光素
子１００の断面図。
子１００の断面図。
【図２】半導体発光素子１００と半導体発光素子３００
の性能比較表。
の性能比較表。
【図３】性能比較を行うために試作された半導体発光素
子３００の断面図。
子３００の断面図。
【図４】従来技術によるフリップチップ型の半導体発光
素子４００の断面図。
素子４００の断面図。
１０１…サファイヤ基板 １０２…ＡｌＮバッファ層 １０３…ｎ型のＧａＮ層 １０４…ｎ型のＧａＮクラッド層 １０５…活性層 １０６…ｐ型のＡｌＧａＮクラッド層 １０７…ｐ型のＧａＮコンタクト層 １１０…薄膜金属層 １１１…薄膜金属層第１層 １１２…薄膜金属層第２層 １２０、４２０…厚膜正電極 １２１…厚膜正電極第１層 １２２…厚膜正電極第２層 １２３…厚膜正電極第３層 １３０…保護膜 １４０…多層構造の負電極
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に窒化ガリウム系化合物半導体か
ら成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子にお
いて、 ｐ型半導体側のコンタクト層と前記コンタクト層に接続
する光を反射する厚膜正電極との間に発光ムラの発生を
抑止するための薄膜金属層を設けたことを特徴とする窒
化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項２】 前記薄膜金属層の膜厚は、５０Å〜５０
０Åであることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリ
ウム系化合物半導体素子。 - 【請求項３】 前記薄膜金属層は、複数の種類の金属よ
り形成された多層構造をしていることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半導
体素子。 - 【請求項４】 前記厚膜正電極は、複数の種類の金属よ
り形成された多層構造をしていることを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム
系化合物半導体素子。 - 【請求項５】 前記薄膜金属層は、プラチナ（Ｐｔ）、
コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、
ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａ
ｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、マン
ガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）またはレニウム（Ｒ
ｅ）の内の少なくとも１種類の金属を含んでいることを
特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項６】 前記厚膜正電極は、プラチナ（Ｐｔ）、
コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、
ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａ
ｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、銅
（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）またはロジウム（Ｒｈ）の内の
少なくとも１種類の金属を含んでいることを特徴とする
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の窒化ガリ
ウム系化合物半導体素子。 - 【請求項７】 基板上に窒化ガリウム系化合物半導体か
ら成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子の製
造方法であって、 ｐ型半導体側のコンタクト層に接続する光を反射する厚
膜正電極を形成する前に、前記コンタクト層の上に発光
ムラの発生を抑止するための薄膜金属層を形成し、この
薄膜金属層を熱処理した後に前記厚膜正電極を形成する
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子の製
造方法。 - 【請求項８】 前記熱処理は、酸素（Ｏ2 ）雰囲気中で
行われることを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウ
ム系化合物半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3661898A JPH11220168A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3661898A JPH11220168A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220168A true JPH11220168A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12474800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3661898A Pending JPH11220168A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11220168A (ja) |
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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