JPH1187772A - 半導体発光素子用の電極 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好な発光効率を示し簡便に作製可能な半導
体発光素子用の電極を提供する。 【解決方法】 半導体上に形成した透光性の第1の電極
とワイヤボンディング用の第2の電極よりなる半導体発
光素子用の電極において、第2の電極において半導体に
接触する金属材料は、第1の電極において半導体に接触
する金属材料よりも、半導体に対する単位面積当たりの
接触抵抗が高いものとする。
体発光素子用の電極を提供する。 【解決方法】 半導体上に形成した透光性の第1の電極
とワイヤボンディング用の第2の電極よりなる半導体発
光素子用の電極において、第2の電極において半導体に
接触する金属材料は、第1の電極において半導体に接触
する金属材料よりも、半導体に対する単位面積当たりの
接触抵抗が高いものとする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
用いられる電極に係わり、特に透光性の薄膜電極とワイ
ヤボンディング用のパッド電極からなる半導体発光素子
用の電極に関する。
用いられる電極に係わり、特に透光性の薄膜電極とワイ
ヤボンディング用のパッド電極からなる半導体発光素子
用の電極に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、短波長光発光素子用の半導体材料
としてGaN系化合物半導体材料が注目を集めている。
GaN系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとし
て、種々の酸化物基板や III−V族化合物を基板とし
て、その上に有機金属気相化学反応法(MOCVD法)
や分子線エピタキシー法(MBE法)等によって形成さ
れる。
としてGaN系化合物半導体材料が注目を集めている。
GaN系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとし
て、種々の酸化物基板や III−V族化合物を基板とし
て、その上に有機金属気相化学反応法(MOCVD法)
や分子線エピタキシー法(MBE法)等によって形成さ
れる。
【0003】サファイア基板等の電気的に絶縁体である
基板を用いた素子では、GaAs、GaP等の半導体基
板を使用した III−V族化合物半導体材料とは異なり、
基板裏面に電極を設けることができない。よって、正、
負一対の電極を発光素子の同じ面に形成する必要があ
る。また、GaN系化合物半導体材料の特性として、横
方向への電流拡散が小さいことがある。原因はエピタキ
シャル結晶中に多く存在する基板から表面へ貫通する転
位の存在であることが考えられるが、詳しいことは判っ
ていない。これらの特性のため電極を形成して通電発光
させた場合でも、発光領域は電極直下に限定され電極の
周囲には広がりにくく、透光性の電極を用いて発光を電
極を通して上方に取り出す技術が開示されている(特開
平6−314822)。
基板を用いた素子では、GaAs、GaP等の半導体基
板を使用した III−V族化合物半導体材料とは異なり、
基板裏面に電極を設けることができない。よって、正、
負一対の電極を発光素子の同じ面に形成する必要があ
る。また、GaN系化合物半導体材料の特性として、横
方向への電流拡散が小さいことがある。原因はエピタキ
シャル結晶中に多く存在する基板から表面へ貫通する転
位の存在であることが考えられるが、詳しいことは判っ
ていない。これらの特性のため電極を形成して通電発光
させた場合でも、発光領域は電極直下に限定され電極の
周囲には広がりにくく、透光性の電極を用いて発光を電
極を通して上方に取り出す技術が開示されている(特開
平6−314822)。
【0004】上記の様な電極は、一般に透光性の薄膜電
極とこれに導通しワイヤを結線することが可能なパッド
電極とから構成される。すなわち、透光性の薄膜電極
は、電極直下で発生した発光を電極を通して外部に取り
出すことを目的として、薄く形成された金属の単層薄膜
や、その上に保護層として形成された透光性の金属酸化
物などを含む多層膜として作製される。しかし、透光性
を発現する程度の膜厚とした金属薄膜はワイヤボンディ
ングの際の衝撃に耐えられないし、金属酸化物は一般に
金線との密着性が悪く、第1の電極を直接超音波式のワ
イヤボンダーで結線することは不可能である。
極とこれに導通しワイヤを結線することが可能なパッド
電極とから構成される。すなわち、透光性の薄膜電極
は、電極直下で発生した発光を電極を通して外部に取り
出すことを目的として、薄く形成された金属の単層薄膜
や、その上に保護層として形成された透光性の金属酸化
物などを含む多層膜として作製される。しかし、透光性
を発現する程度の膜厚とした金属薄膜はワイヤボンディ
ングの際の衝撃に耐えられないし、金属酸化物は一般に
金線との密着性が悪く、第1の電極を直接超音波式のワ
イヤボンダーで結線することは不可能である。
【0005】そのため、ワイヤボンディングができる様
な厚い金属からなるワイヤボンディング用のパッド電極
を形成してここに金線を結線し、このパッド電極と透光
性の薄膜電極を導通させて、透光性の薄膜電極に電流を
導入する構造が一般的である。
な厚い金属からなるワイヤボンディング用のパッド電極
を形成してここに金線を結線し、このパッド電極と透光
性の薄膜電極を導通させて、透光性の薄膜電極に電流を
導入する構造が一般的である。
【0006】しかし、上記のパッド電極は通常ボンディ
ング時の衝撃を緩和するために1μm程度の厚い膜厚で
形成されるため透光性を持たず、パッド電極の直下で発
生した発光はパッド電極に遮られて外部に取り出すこと
ができない。従って、パッド電極の直下の部分の半導体
には電流を注入せず、その分の電流を透光性の電極に流
すような構造とすることが半導体発光素子の発光輝度の
向上につながる。
ング時の衝撃を緩和するために1μm程度の厚い膜厚で
形成されるため透光性を持たず、パッド電極の直下で発
生した発光はパッド電極に遮られて外部に取り出すこと
ができない。従って、パッド電極の直下の部分の半導体
には電流を注入せず、その分の電流を透光性の電極に流
すような構造とすることが半導体発光素子の発光輝度の
向上につながる。
【0007】これまでに、上記のように流れる電流を効
率良く利用する目的で、パッド電極直下に電流を流さな
いようにする技術として、パッドの下に酸化シリコン層
を用いたり、p型化処理を行わない領域を残したり、ア
ニールを行ったり、イオン注入などの手法によって、高
抵抗化領域を設けるとする技術が公開されている(特開
平8−250768)。また同様に、耐久性の低下や電
極付近の劣化を防ぎ、流れる電流を効率良く利用するた
めに、パッド電極の下に酸化シリコンや窒化シリコンな
どからなる高抵抗層を設けるとした技術が公開されてい
る(特開平8−250769)。
率良く利用する目的で、パッド電極直下に電流を流さな
いようにする技術として、パッドの下に酸化シリコン層
を用いたり、p型化処理を行わない領域を残したり、ア
ニールを行ったり、イオン注入などの手法によって、高
抵抗化領域を設けるとする技術が公開されている(特開
平8−250768)。また同様に、耐久性の低下や電
極付近の劣化を防ぎ、流れる電流を効率良く利用するた
めに、パッド電極の下に酸化シリコンや窒化シリコンな
どからなる高抵抗層を設けるとした技術が公開されてい
る(特開平8−250769)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、透光性
の薄膜電極とワイヤボンディング用のパッド電極からな
る透光性電極においては、パッド電極直下の半導体には
電流を注入せず、その分の電流を透光性の薄膜電極に流
通させることで、半導体発光素子に導入した電流を効率
よく光信号に変換して取り出すことができる。
の薄膜電極とワイヤボンディング用のパッド電極からな
る透光性電極においては、パッド電極直下の半導体には
電流を注入せず、その分の電流を透光性の薄膜電極に流
通させることで、半導体発光素子に導入した電流を効率
よく光信号に変換して取り出すことができる。
【0009】しかしながら、パッドの直下に酸化シリコ
ンや窒化シリコンの高抵抗膜を形成するためには、一般
のフォトリソグラフィーによるパターニングや、高抵抗
膜を形成するプラズマCVD処理等の手順を踏まなくて
はならず、プロセスが複雑であり長時間を要していた。
同様に、パッド直下に高抵抗化領域を設ける技術におい
ても、一般のフォトリソグラフィーによるパターニング
や、イオン注入やアニールの作業を行うことが必要であ
る。また、パッド下にp型化処理を施さない領域を残す
ためにも、フォトリソグラフィーによるパターニングを
行う必要があり、プロセスは複雑かつ長時間となってい
た。
ンや窒化シリコンの高抵抗膜を形成するためには、一般
のフォトリソグラフィーによるパターニングや、高抵抗
膜を形成するプラズマCVD処理等の手順を踏まなくて
はならず、プロセスが複雑であり長時間を要していた。
同様に、パッド直下に高抵抗化領域を設ける技術におい
ても、一般のフォトリソグラフィーによるパターニング
や、イオン注入やアニールの作業を行うことが必要であ
る。また、パッド下にp型化処理を施さない領域を残す
ためにも、フォトリソグラフィーによるパターニングを
行う必要があり、プロセスは複雑かつ長時間となってい
た。
【0010】従って本発明の目的は、発光の取り出し用
の透光性電極とワイヤボンディング用のパッド電極とを
有する電極において、発光の効率的な取り出しを目的と
したパッド電極直下の半導体に電流を注入しないような
電極構造であって、高抵抗膜を形成するプラズマCVD
処理やイオン注入あるいはアニールの作業を必要とせ
ず、より簡単で短時間のプロセスで作製することができ
る電極構造を開発することにある。
の透光性電極とワイヤボンディング用のパッド電極とを
有する電極において、発光の効率的な取り出しを目的と
したパッド電極直下の半導体に電流を注入しないような
電極構造であって、高抵抗膜を形成するプラズマCVD
処理やイオン注入あるいはアニールの作業を必要とせ
ず、より簡単で短時間のプロセスで作製することができ
る電極構造を開発することにある。
【0011】
(1)本発明は、半導体上に形成した透光性の第1の電
極とワイヤボンディング用の第2の電極よりなる半導体
発光素子用の電極において、第2の電極において半導体
に接触する金属材料は、第1の電極において半導体に接
触する金属材料よりも、半導体に対する単位面積当たり
の接触抵抗が高いことを特徴とする半導体発光素子用の
電極である。
極とワイヤボンディング用の第2の電極よりなる半導体
発光素子用の電極において、第2の電極において半導体
に接触する金属材料は、第1の電極において半導体に接
触する金属材料よりも、半導体に対する単位面積当たり
の接触抵抗が高いことを特徴とする半導体発光素子用の
電極である。
【0012】(2)特に本発明は、上記(1)の半導体
発光素子用の電極において、前記半導体がp型半導体で
あり、前記第2の電極において該p型半導体と接触する
金属が、Tl、In、Mn、Ti、Al、Ag、Sn、
AuBe、AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、
TiBeから選ばれた少なくとも1種類の金属或いは合
金であることを特徴とする。 (3)また特に本発明は、上記(2)の半導体発光素子
用の電極において、前記半導体がp型半導体であり、前
記第2の電極において該p型半導体と接触する金属が、
Ti、Al、AuBeから選ばれた少なくとも1種類の
金属或いは合金であることを特徴とする。 (4)また本発明は、上記(1)〜(3)の半導体発光
素子用の電極において、前記半導体がp型半導体であ
り、前記第1の電極において該p型半導体と接触する金
属が、Au、Pd、Pt、Ni、Cr、Wから選ばれた
少なくとも1種類の金属であることを特徴とする。
発光素子用の電極において、前記半導体がp型半導体で
あり、前記第2の電極において該p型半導体と接触する
金属が、Tl、In、Mn、Ti、Al、Ag、Sn、
AuBe、AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、
TiBeから選ばれた少なくとも1種類の金属或いは合
金であることを特徴とする。 (3)また特に本発明は、上記(2)の半導体発光素子
用の電極において、前記半導体がp型半導体であり、前
記第2の電極において該p型半導体と接触する金属が、
Ti、Al、AuBeから選ばれた少なくとも1種類の
金属或いは合金であることを特徴とする。 (4)また本発明は、上記(1)〜(3)の半導体発光
素子用の電極において、前記半導体がp型半導体であ
り、前記第1の電極において該p型半導体と接触する金
属が、Au、Pd、Pt、Ni、Cr、Wから選ばれた
少なくとも1種類の金属であることを特徴とする。
【0013】(5)また本発明は、前記(1)の半導体
発光素子用の電極において、前記半導体がn型半導体で
あり、前記第2の電極において該n型半導体と接触する
金属が、Au、Pd、Pt、Ni、Cr、W、AuB
e、AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、TiB
eから選ばれた少なくとも1種類の金属或いは合金であ
ることを特徴とする。 (6)また特に本発明は、上記(5)の半導体発光素子
用の電極において、前記半導体がn型半導体であり、前
記第2の電極において該n型半導体と接触する金属が、
Ni、Cr、Wから選ばれた少なくとも1種類の金属で
あることを特徴とする。 (7)また本発明は、上記(1)(5)(6)の半導体
発光素子用の電極において、前記半導体がn型半導体で
あり、前記第1の電極において該n型半導体と接触する
金属が、Tl、In、Mn、Ti、Al、Ag、Snか
ら選ばれた少なくとも1種類の金属或いは合金であるこ
とを特徴とする。
発光素子用の電極において、前記半導体がn型半導体で
あり、前記第2の電極において該n型半導体と接触する
金属が、Au、Pd、Pt、Ni、Cr、W、AuB
e、AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、TiB
eから選ばれた少なくとも1種類の金属或いは合金であ
ることを特徴とする。 (6)また特に本発明は、上記(5)の半導体発光素子
用の電極において、前記半導体がn型半導体であり、前
記第2の電極において該n型半導体と接触する金属が、
Ni、Cr、Wから選ばれた少なくとも1種類の金属で
あることを特徴とする。 (7)また本発明は、上記(1)(5)(6)の半導体
発光素子用の電極において、前記半導体がn型半導体で
あり、前記第1の電極において該n型半導体と接触する
金属が、Tl、In、Mn、Ti、Al、Ag、Snか
ら選ばれた少なくとも1種類の金属或いは合金であるこ
とを特徴とする。
【0014】(8)また本発明は、上記(1)〜(7)
の半導体発光素子用の電極において、前記第2の電極
を、異なる金属または合金の少なくとも2層以上からな
る多層構造として形成することを特徴とする。 (9)特に本発明は、上記(8)の半導体発光素子用の
電極において、前記第2の電極の最表層として、Au或
いはAlからなる層を積層することを特徴とする。
の半導体発光素子用の電極において、前記第2の電極
を、異なる金属または合金の少なくとも2層以上からな
る多層構造として形成することを特徴とする。 (9)特に本発明は、上記(8)の半導体発光素子用の
電極において、前記第2の電極の最表層として、Au或
いはAlからなる層を積層することを特徴とする。
【0015】(10)また本発明は、上記(1)〜
(9)の半導体発光素子用の電極において、前記第1の
電極において、半導体と接触する金属の上に透光性の金
属酸化膜層を形成することを特徴とする。 (11)特に本発明は、上記(10)の半導体発光素子
用の電極において、前記透光性の金属酸化膜層が、Ni
O、TiO2 、SnO、Cr2 O3 、CoO、ZnO、
Cu2 O、MgO、In2 O3 から選ばれた少なくとも
1種類の金属酸化物からなることを特徴とする。
(9)の半導体発光素子用の電極において、前記第1の
電極において、半導体と接触する金属の上に透光性の金
属酸化膜層を形成することを特徴とする。 (11)特に本発明は、上記(10)の半導体発光素子
用の電極において、前記透光性の金属酸化膜層が、Ni
O、TiO2 、SnO、Cr2 O3 、CoO、ZnO、
Cu2 O、MgO、In2 O3 から選ばれた少なくとも
1種類の金属酸化物からなることを特徴とする。
【0016】(12)また本発明は、上記(11)の半
導体発光素子用の電極において、前記半導体がp型半導
体であり、前記第1の電極としてp型半導体側から順に
Auからなる層およびNiOからなる層を形成した2層
構造からなる電極を用い、かつ前記第2の電極として半
導体側から順にAuBeからなる層およびAuからなる
層を形成した2層構造からなる電極を用いることを特徴
とする。
導体発光素子用の電極において、前記半導体がp型半導
体であり、前記第1の電極としてp型半導体側から順に
Auからなる層およびNiOからなる層を形成した2層
構造からなる電極を用い、かつ前記第2の電極として半
導体側から順にAuBeからなる層およびAuからなる
層を形成した2層構造からなる電極を用いることを特徴
とする。
【0017】(13)また特に本発明は、上記(1)〜
(12)の半導体発光素子用の電極において、半導体が
GaN系化合物半導体であることを特徴とする。
(12)の半導体発光素子用の電極において、半導体が
GaN系化合物半導体であることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明に係わる半導体発光素子用
の電極は、半導体表面に接して形成された、発光を電極
面を通して外部に取り出すことが可能な透光性である第
1の電極とワイヤボンディングされて第1の電極に電流
を導通する第2の電極とより構成される半導体発光素子
用の電極において、第2の電極において半導体に接触す
る金属材料として、第1の電極において半導体に接触す
る金属材料よりも単位面積当たりの接触抵抗値の大きな
金属材料を選択して使うことを特徴とする。
の電極は、半導体表面に接して形成された、発光を電極
面を通して外部に取り出すことが可能な透光性である第
1の電極とワイヤボンディングされて第1の電極に電流
を導通する第2の電極とより構成される半導体発光素子
用の電極において、第2の電極において半導体に接触す
る金属材料として、第1の電極において半導体に接触す
る金属材料よりも単位面積当たりの接触抵抗値の大きな
金属材料を選択して使うことを特徴とする。
【0019】第2の電極において半導体に接触する金属
材料として、第1の電極において半導体に接触する金属
材料よりも接触抵抗の高い金属材料を選んで使用する
と、半導体発光素子に導入された電流を、接触抵抗の高
い第2の電極の直下からよりも接触抵抗の低い第1の電
極の直下から、より多く半導体に注入することができ
る。第1の電極および第2の電極において半導体に接触
する金属材料と半導体との単位接触面積当たりの接触抵
抗値は、第2の電極において接触する金属材料の方が大
きければ大きい方が有利であるが、特に第2の電極の単
位面積当たりの接触抵抗値が、第1の電極のそれより5
倍以上大きいことが望ましい。我々の検討によれば、接
触抵抗に5倍以上の違いがあった場合、第2の電極の直
下の半導体には発光がほとんど見られず、第2の電極か
ら半導体に電流がほとんど注入されないことが確かめら
れた。
材料として、第1の電極において半導体に接触する金属
材料よりも接触抵抗の高い金属材料を選んで使用する
と、半導体発光素子に導入された電流を、接触抵抗の高
い第2の電極の直下からよりも接触抵抗の低い第1の電
極の直下から、より多く半導体に注入することができ
る。第1の電極および第2の電極において半導体に接触
する金属材料と半導体との単位接触面積当たりの接触抵
抗値は、第2の電極において接触する金属材料の方が大
きければ大きい方が有利であるが、特に第2の電極の単
位面積当たりの接触抵抗値が、第1の電極のそれより5
倍以上大きいことが望ましい。我々の検討によれば、接
触抵抗に5倍以上の違いがあった場合、第2の電極の直
下の半導体には発光がほとんど見られず、第2の電極か
ら半導体に電流がほとんど注入されないことが確かめら
れた。
【0020】電極を形成しようとする半導体がp型の伝
導性を示す場合、第2の電極において半導体と接触する
金属材料は、金属としてはTl、In、Mn、Ti、A
l、Ag、Sn、合金としてはAuBe、AuZn、A
uMg、AlSi、TiSi、TiBeから選ばれた少
なくとも1種類の金属或いは合金を用いることが好適で
ある。また、これらの金属や合金のうち少なくとも2種
類以上の金属を組み合わせた合金を用いても良い。一般
に、イオン化ポテンシャルの小さな金属である、Tl、
In、Ti、Al、Ag、Snはp型半導体に対して高
い接触抵抗を示す。また、我々の検討によれば、金属中
にSi、Be、Mg、Znを含む合金は、特にp型のG
aN系化合物半導体に対して高い接触抵抗を示すことが
判った。
導性を示す場合、第2の電極において半導体と接触する
金属材料は、金属としてはTl、In、Mn、Ti、A
l、Ag、Sn、合金としてはAuBe、AuZn、A
uMg、AlSi、TiSi、TiBeから選ばれた少
なくとも1種類の金属或いは合金を用いることが好適で
ある。また、これらの金属や合金のうち少なくとも2種
類以上の金属を組み合わせた合金を用いても良い。一般
に、イオン化ポテンシャルの小さな金属である、Tl、
In、Ti、Al、Ag、Snはp型半導体に対して高
い接触抵抗を示す。また、我々の検討によれば、金属中
にSi、Be、Mg、Znを含む合金は、特にp型のG
aN系化合物半導体に対して高い接触抵抗を示すことが
判った。
【0021】また、p型半導体に電極を形成する場合、
第1の電極において半導体と接触する金属としては、p
型半導体と良好な接触電気特性を実現するAu、Pd、
Pt、Ni、Crから選ぶことが好ましい。これらの金
属は膜厚を1nmから1000nmの範囲とする薄膜と
して形成することによって透光性を持たせることが出来
る。
第1の電極において半導体と接触する金属としては、p
型半導体と良好な接触電気特性を実現するAu、Pd、
Pt、Ni、Crから選ぶことが好ましい。これらの金
属は膜厚を1nmから1000nmの範囲とする薄膜と
して形成することによって透光性を持たせることが出来
る。
【0022】図1に、p型GaNに対して良好な接触特
性を持つNiおよびAuと、p型GaNに対して高い接
触抵抗を示す金属材料の一つであるAuBeを、面積を
同じくしてp型GaNに接触させたときの電圧−電流特
性を示す。図1で、1はNiとp型GaNの接触の電圧
−電流特性、2はAuとp型GaNの接触の電圧−電流
特性、3はAuBeとp型GaNの接触の電圧−電流特
性をそれぞれ示している。図1より、NiおよびAuよ
りなる電極では半導体に対する接触抵抗が低く、一方A
uBeよりなる電極では半導体に対する接触抵抗が高い
ことが読み取れる。なお、図示しなかったが、本発明者
らの実験によれば、Pd、Pt、Cr、Wよりなる電極
は、NiおよびAuよりなる電極と同様の電圧−電流特
性を示し、Tl、In、Mn、Ti、Al、Ag、S
n、AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、TiB
eよりなる電極では、AuBeよりなる電極と同様の電
圧−電流特性を示した。
性を持つNiおよびAuと、p型GaNに対して高い接
触抵抗を示す金属材料の一つであるAuBeを、面積を
同じくしてp型GaNに接触させたときの電圧−電流特
性を示す。図1で、1はNiとp型GaNの接触の電圧
−電流特性、2はAuとp型GaNの接触の電圧−電流
特性、3はAuBeとp型GaNの接触の電圧−電流特
性をそれぞれ示している。図1より、NiおよびAuよ
りなる電極では半導体に対する接触抵抗が低く、一方A
uBeよりなる電極では半導体に対する接触抵抗が高い
ことが読み取れる。なお、図示しなかったが、本発明者
らの実験によれば、Pd、Pt、Cr、Wよりなる電極
は、NiおよびAuよりなる電極と同様の電圧−電流特
性を示し、Tl、In、Mn、Ti、Al、Ag、S
n、AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、TiB
eよりなる電極では、AuBeよりなる電極と同様の電
圧−電流特性を示した。
【0023】一方、電極を形成しようとする半導体がn
型伝導性を示す場合、第2の電極において半導体と接触
する金属材料は、金属としてはAu、Pd、Pt、N
i、Cr、W、合金としてはAuBe、AuZn、Au
Mg、AlSi、TiSi、TiBeを用いることが好
適である。また、これらの金属や合金のうち少なくとも
2種類以上の金属を組み合わせた合金を用いても構わな
い。一般に、イオン化ポテンシャルの大きな金属であ
る、Au、Pd、Pt、Ni、Cr、Wはn型半導体に
対して高い接触抵抗を示す。また、我々の検討によれ
ば、金属中にSi、Be、Mg、Znを含む合金は、特
にn型のGaN系化合物半導体に対して高い接触抵抗を
示すことが判った。
型伝導性を示す場合、第2の電極において半導体と接触
する金属材料は、金属としてはAu、Pd、Pt、N
i、Cr、W、合金としてはAuBe、AuZn、Au
Mg、AlSi、TiSi、TiBeを用いることが好
適である。また、これらの金属や合金のうち少なくとも
2種類以上の金属を組み合わせた合金を用いても構わな
い。一般に、イオン化ポテンシャルの大きな金属であ
る、Au、Pd、Pt、Ni、Cr、Wはn型半導体に
対して高い接触抵抗を示す。また、我々の検討によれ
ば、金属中にSi、Be、Mg、Znを含む合金は、特
にn型のGaN系化合物半導体に対して高い接触抵抗を
示すことが判った。
【0024】また、n型半導体に電極を形成する場合、
第1の電極において半導体と接触する金属としては、n
型半導体と良好な接触電気特性を実現するTl、In、
Mn、Ti、Al、Ag、Snから選ぶことが好まし
い。これらの金属は膜厚を1nmから1000nmの範
囲とする薄膜として形成することによって透光性を持た
せることが出来る。
第1の電極において半導体と接触する金属としては、n
型半導体と良好な接触電気特性を実現するTl、In、
Mn、Ti、Al、Ag、Snから選ぶことが好まし
い。これらの金属は膜厚を1nmから1000nmの範
囲とする薄膜として形成することによって透光性を持た
せることが出来る。
【0025】図2に、n型GaNに対して良好な接触特
性を持つAlおよびTiと、n型GaNに対して高い接
触抵抗を示す金属材料の一つであるNiを、面積を同じ
くしてn型GaNに接触させたときの電圧−電流特性を
示す。図2で、1’はTiとn型GaNの接触の電圧−
電流特性、2’はAlとn型GaNの接触の電圧−電流
特性、3’はNiとn型GaNの接触の電圧−電流特性
をそれぞれ示している。図2より、AlおよびTiより
なる電極では半導体に対する接触抵抗が低く、一方Ni
よりなる電極では半導体に対する接触抵抗が高いことが
読み取れる。なお、図示しなかったが、本発明者らの実
験によれば、Tl、In、Mn、Ag、Snよりなる電
極は、AlおよびTiよりなる電極と同様の電圧−電流
特性を示し、Pd、Au、Pt、Cr、W、AuBe、
AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、TiBeよ
りなる電極では、Niよりなる電極と同様の電圧−電流
特性を示した。
性を持つAlおよびTiと、n型GaNに対して高い接
触抵抗を示す金属材料の一つであるNiを、面積を同じ
くしてn型GaNに接触させたときの電圧−電流特性を
示す。図2で、1’はTiとn型GaNの接触の電圧−
電流特性、2’はAlとn型GaNの接触の電圧−電流
特性、3’はNiとn型GaNの接触の電圧−電流特性
をそれぞれ示している。図2より、AlおよびTiより
なる電極では半導体に対する接触抵抗が低く、一方Ni
よりなる電極では半導体に対する接触抵抗が高いことが
読み取れる。なお、図示しなかったが、本発明者らの実
験によれば、Tl、In、Mn、Ag、Snよりなる電
極は、AlおよびTiよりなる電極と同様の電圧−電流
特性を示し、Pd、Au、Pt、Cr、W、AuBe、
AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、TiBeよ
りなる電極では、Niよりなる電極と同様の電圧−電流
特性を示した。
【0026】ここで、半導体と第2の電極の密着性が良
くない場合、ワイヤボンディングの際の衝撃で第2の電
極が半導体から剥離してしまうことがある。そのため、
第2の電極において半導体と接触する金属材料として
は、特に半導体との密着性に優れる金属材料を選ぶこと
が好適である。第2の電極として好適に用いられる、半
導体との密着性に優れかつ半導体に対して高い接触抵抗
を示す金属材料としては、p型半導体についてはTi、
Al、AuBeがあり、n型半導体についてはNi、C
r、Wがある。また、上記の金属材料からなる第2の電
極は、半導体表面に形成した後密着性を向上させるため
に熱処理を施すことが好ましい。
くない場合、ワイヤボンディングの際の衝撃で第2の電
極が半導体から剥離してしまうことがある。そのため、
第2の電極において半導体と接触する金属材料として
は、特に半導体との密着性に優れる金属材料を選ぶこと
が好適である。第2の電極として好適に用いられる、半
導体との密着性に優れかつ半導体に対して高い接触抵抗
を示す金属材料としては、p型半導体についてはTi、
Al、AuBeがあり、n型半導体についてはNi、C
r、Wがある。また、上記の金属材料からなる第2の電
極は、半導体表面に形成した後密着性を向上させるため
に熱処理を施すことが好ましい。
【0027】また、ワイヤボンディングは金線によって
結線するのが一般的である。金線と半導体発光素子の電
極との接続は、ボンディングボールと呼ばれる金線の先
端の微小なAuの塊を、超音波によって加熱し電極表面
の金属と融合させて行う。ボンディングボールと融合す
る電極板材料は限られており、AuやAlやNiなどの
他いくつかの金属が知られている。前記の第2の電極に
おいて、半導体と接触するに適する金属がボンディング
ボールとの融合性に優れる金属ではない場合、該金属に
直接Auからなるボンディングボールを結線することは
できない。そこでこのような場合、第2の電極において
半導体と接触する金属の上にボンディングしやすい金属
を形成して、第2の電極を2層以上の構造とし結線を可
能とすることが好ましい。すなわち本発明においては、
第2の電極を異なる金属または合金の少なくとも2層以
上からなる多層構造し、第2の電極の表面をボンディン
グボールと融合する金属とすることによって、ワイヤボ
ンディングによる結線を容易にすることが好ましい。特
に第2の電極の最表層としては、ワイヤーボンディング
による金線との結線が特に容易である事が知られている
Au、Alを用いることが有効である。
結線するのが一般的である。金線と半導体発光素子の電
極との接続は、ボンディングボールと呼ばれる金線の先
端の微小なAuの塊を、超音波によって加熱し電極表面
の金属と融合させて行う。ボンディングボールと融合す
る電極板材料は限られており、AuやAlやNiなどの
他いくつかの金属が知られている。前記の第2の電極に
おいて、半導体と接触するに適する金属がボンディング
ボールとの融合性に優れる金属ではない場合、該金属に
直接Auからなるボンディングボールを結線することは
できない。そこでこのような場合、第2の電極において
半導体と接触する金属の上にボンディングしやすい金属
を形成して、第2の電極を2層以上の構造とし結線を可
能とすることが好ましい。すなわち本発明においては、
第2の電極を異なる金属または合金の少なくとも2層以
上からなる多層構造し、第2の電極の表面をボンディン
グボールと融合する金属とすることによって、ワイヤボ
ンディングによる結線を容易にすることが好ましい。特
に第2の電極の最表層としては、ワイヤーボンディング
による金線との結線が特に容易である事が知られている
Au、Alを用いることが有効である。
【0028】なお、本明細書で言う多層構造とは、界面
において連続的な成分勾配や濃度勾配を持つ、界面が明
確でない層構造をも含んでいる。例えば上記の第2の電
極において、AuBeを半導体と接触する金属として用
い、AuBeの上にAuを積層して熱処理しワイヤボン
ディングを容易にした場合、熱処理によってAuBe合
金中のBeの一部が最表層のAu層に拡散し、AuBe
層とAu層の界面ははっきりとした界面ではなく、Be
の連続的な濃度傾斜を持つぼやけたものとなることがあ
る。また、第2の電極の表面層として用いる金属と半導
体と接触する層として用いる金属との密着性が悪い場合
などは、これらの金属の間に中間の層を入れて3層構造
やそれ以上の層の数を持つ構造とすることも可能であ
る。
において連続的な成分勾配や濃度勾配を持つ、界面が明
確でない層構造をも含んでいる。例えば上記の第2の電
極において、AuBeを半導体と接触する金属として用
い、AuBeの上にAuを積層して熱処理しワイヤボン
ディングを容易にした場合、熱処理によってAuBe合
金中のBeの一部が最表層のAu層に拡散し、AuBe
層とAu層の界面ははっきりとした界面ではなく、Be
の連続的な濃度傾斜を持つぼやけたものとなることがあ
る。また、第2の電極の表面層として用いる金属と半導
体と接触する層として用いる金属との密着性が悪い場合
などは、これらの金属の間に中間の層を入れて3層構造
やそれ以上の層の数を持つ構造とすることも可能であ
る。
【0029】また本発明においては透光性の第1の電極
は、半導体に接触する金属材料として半導体に対する単
位面積当たりの接触抵抗がワイヤボンディング用の第2
の電極のそれより低いものを用い、かつ該金属材料の膜
厚を1nmから1000nmの範囲として形成すること
によって透光性を持たせる。さらに本発明においては、
透光性の第1の薄膜電極の上に透光性の金属酸化物の薄
膜を形成し、該金属酸化物の薄膜を保護膜として使用す
る事が好ましい。保護膜としては、透光性であるNi
O、TiO2 、SnO、Cr2 O3 、CoO、ZnO、
Cu2 O、MgO、In2 O3 などを用いることができ
る。これらの透光性の金属酸化物からなる保護膜を形成
することにより、透光性の第1の電極の熱処理時のボー
ルアップを有効に抑制し、かつ透光性の第1の電極表面
に取り扱い時に形成される傷を防止することが出来る。
は、半導体に接触する金属材料として半導体に対する単
位面積当たりの接触抵抗がワイヤボンディング用の第2
の電極のそれより低いものを用い、かつ該金属材料の膜
厚を1nmから1000nmの範囲として形成すること
によって透光性を持たせる。さらに本発明においては、
透光性の第1の薄膜電極の上に透光性の金属酸化物の薄
膜を形成し、該金属酸化物の薄膜を保護膜として使用す
る事が好ましい。保護膜としては、透光性であるNi
O、TiO2 、SnO、Cr2 O3 、CoO、ZnO、
Cu2 O、MgO、In2 O3 などを用いることができ
る。これらの透光性の金属酸化物からなる保護膜を形成
することにより、透光性の第1の電極の熱処理時のボー
ルアップを有効に抑制し、かつ透光性の第1の電極表面
に取り扱い時に形成される傷を防止することが出来る。
【0030】特に本発明の半導体発光素子用の電極は、
半導体がp型半導体の場合、第1の電極としてp型半導
体側から順にAuからなる層およびNiOからなる層を
形成した2層構造からなる電極を用い、かつ第2の電極
として半導体側から順にAuBeからなる層およびAu
からなる層を形成した2層構造からなる電極を用いるこ
とが好ましい。Auは一般に薄膜とした場合に透光性を
示し、p型半導体と良好なオーミック性の接触を実現す
る。一方、NiOは簡便に形成できる透光性の金属酸化
物である。また、AuBeはp型GaN系化合物半導体
との高い接触抵抗を示すことが我々の検討により見い出
されており、Auはボンディングボールとの密着性に優
れているため、AuBe層およびAu層からなる2層構
造は第2の電極として優れている。従って、半導体がp
型半導体であり、第1の電極としてp型半導体側から順
にAuからなる層およびNiOからなる層を形成した2
層構造からなる電極を用い、かつ第2の電極として半導
体側から順にAuBeからなる層およびAuからなる層
を形成した2層構造からなる電極を用いる組み合わせ
は、半導体発光素子の電極として最適である。
半導体がp型半導体の場合、第1の電極としてp型半導
体側から順にAuからなる層およびNiOからなる層を
形成した2層構造からなる電極を用い、かつ第2の電極
として半導体側から順にAuBeからなる層およびAu
からなる層を形成した2層構造からなる電極を用いるこ
とが好ましい。Auは一般に薄膜とした場合に透光性を
示し、p型半導体と良好なオーミック性の接触を実現す
る。一方、NiOは簡便に形成できる透光性の金属酸化
物である。また、AuBeはp型GaN系化合物半導体
との高い接触抵抗を示すことが我々の検討により見い出
されており、Auはボンディングボールとの密着性に優
れているため、AuBe層およびAu層からなる2層構
造は第2の電極として優れている。従って、半導体がp
型半導体であり、第1の電極としてp型半導体側から順
にAuからなる層およびNiOからなる層を形成した2
層構造からなる電極を用い、かつ第2の電極として半導
体側から順にAuBeからなる層およびAuからなる層
を形成した2層構造からなる電極を用いる組み合わせ
は、半導体発光素子の電極として最適である。
【0031】なお本発明に係わる半導体発光素子用電極
は、横方向の電流の広がりが小さく透光性の電極を必要
とするGaN系化合物半導体を用いた半導体発光素子に
対して特に有効に作用する。
は、横方向の電流の広がりが小さく透光性の電極を必要
とするGaN系化合物半導体を用いた半導体発光素子に
対して特に有効に作用する。
【0032】本発明に係わる電極の作製方法としては、
第1の電極と第2の電極のいずれを先に形成しても構わ
ないが、第2の電極を先に作製しておいて、後から第1
の電極を形成した方がより好ましい。なぜなら、第2の
電極を後から形成した場合、第1の電極の一部を第2の
電極の下に重ねて積層しなければならない。このとき、
第2の電極の下において第1の電極から半導体に電流が
注入される領域が存在することになり、電流を注入され
ているにも拘わらず発光を外部に取り出せない領域が存
在することになり、不利である。
第1の電極と第2の電極のいずれを先に形成しても構わ
ないが、第2の電極を先に作製しておいて、後から第1
の電極を形成した方がより好ましい。なぜなら、第2の
電極を後から形成した場合、第1の電極の一部を第2の
電極の下に重ねて積層しなければならない。このとき、
第2の電極の下において第1の電極から半導体に電流が
注入される領域が存在することになり、電流を注入され
ているにも拘わらず発光を外部に取り出せない領域が存
在することになり、不利である。
【0033】また、本発明に係わる基板側から金属とそ
の上に金属酸化物という層構造からなる第1の電極の形
成方法は、金属層と金属酸化膜層を異なる工程で形成し
ても構わないし、同じ装置内で形成した数種類の金属薄
膜を酸化処理して作製しても良い。
の上に金属酸化物という層構造からなる第1の電極の形
成方法は、金属層と金属酸化膜層を異なる工程で形成し
ても構わないし、同じ装置内で形成した数種類の金属薄
膜を酸化処理して作製しても良い。
【0034】特に、2種類の金属層を層構造にして形成
した後、酸素を含む雰囲気中で熱処理する事によって一
方の金属を酸化させて、基板側から金属、その上に金属
酸化膜層構造とする方法は、電気特性が良く透光性に優
れる電極薄膜を簡便に安定して作製することができる。
また、第1の電極の一部を酸化させるための熱処理は、
第2の電極の密着度を上げるための熱処理と兼ねること
ができる。
した後、酸素を含む雰囲気中で熱処理する事によって一
方の金属を酸化させて、基板側から金属、その上に金属
酸化膜層構造とする方法は、電気特性が良く透光性に優
れる電極薄膜を簡便に安定して作製することができる。
また、第1の電極の一部を酸化させるための熱処理は、
第2の電極の密着度を上げるための熱処理と兼ねること
ができる。
【0035】2種類の金属層を層構造として形成し、熱
処理によって金属酸化膜層を形成する場合、酸化される
層は金属として残る層よりも表面側に形成されていても
構わないし、半導体側に形成されていても構わない。ま
た、第1の電極を酸化されるべき金属と金属層として残
るべき金属との合金として形成し、酸素を含む雰囲気で
熱処理により一方の金属を酸化させて分離して2層構造
としても構わない。
処理によって金属酸化膜層を形成する場合、酸化される
層は金属として残る層よりも表面側に形成されていても
構わないし、半導体側に形成されていても構わない。ま
た、第1の電極を酸化されるべき金属と金属層として残
るべき金属との合金として形成し、酸素を含む雰囲気で
熱処理により一方の金属を酸化させて分離して2層構造
としても構わない。
【0036】また、第2の電極を多層構造とする場合
は、同一装置内で異なる金属膜を連続して形成しても良
いし、異なる装置で順に金属膜を形成しても構わない。
しかし、工程の簡略化の点から、同一装置内で連続して
形成する方がより好ましいことは言うまでもない。
は、同一装置内で異なる金属膜を連続して形成しても良
いし、異なる装置で順に金属膜を形成しても構わない。
しかし、工程の簡略化の点から、同一装置内で連続して
形成する方がより好ましいことは言うまでもない。
【0037】
【作用】本発明の提供する半導体発光素子用の電極は、
透光性の第1の電極と第1の電極に電気的に導通したボ
ンディング用の第2の電極よりなる半導体発光素子用の
電極であって、高い効率で発光を外部に取り出すことが
できる電極を簡便に短時間で作製することを目的とし
て、第2の電極において半導体に接触する金属材料が、
第1の電極において半導体に接触する金属材料よりも、
半導体に対する単位面積当たりの接触抵抗値が高い事を
特徴とする。第2の電極の単位面積当たりの接触抵抗値
が第1の電極よりも大きいので、素子に導入された電流
は主に第1の電極の直下から選択的に半導体に注入さ
れ、より効率良く光を外部に取り出すことができる。ま
た、本発明の提供する電極構造は、それぞれの電極の材
料を適正に選ぶことによって作製することができるの
で、従来のような高抵抗膜を形成するプラズマCVD処
理やイオン注入あるいはアニールの作業を必要とせず、
簡便で短時間の作製が可能である。
透光性の第1の電極と第1の電極に電気的に導通したボ
ンディング用の第2の電極よりなる半導体発光素子用の
電極であって、高い効率で発光を外部に取り出すことが
できる電極を簡便に短時間で作製することを目的とし
て、第2の電極において半導体に接触する金属材料が、
第1の電極において半導体に接触する金属材料よりも、
半導体に対する単位面積当たりの接触抵抗値が高い事を
特徴とする。第2の電極の単位面積当たりの接触抵抗値
が第1の電極よりも大きいので、素子に導入された電流
は主に第1の電極の直下から選択的に半導体に注入さ
れ、より効率良く光を外部に取り出すことができる。ま
た、本発明の提供する電極構造は、それぞれの電極の材
料を適正に選ぶことによって作製することができるの
で、従来のような高抵抗膜を形成するプラズマCVD処
理やイオン注入あるいはアニールの作業を必要とせず、
簡便で短時間の作製が可能である。
【0038】
(実施例1)本発明に係わる半導体発光素子用電極の一
例は、図3の断面図で示すように、サファイア基板上に
AlNをバッファ層としてn型GaN層、InGaN
層、p型AlGaN層、p型GaN層を順に積層した半
導体基板7のp型GaN層上に、Au層9およびNiO
層8の2層構造からなる第1の電極4、AuBe層11
およびAu層10の2層構造からなる第2の電極5が形
成された電極である。なお図3で6はn側電極である。
また図4は、図3で示した半導体発光素子用電極の平面
図であり、4、5で示した部分が本発明に係わる製造方
法で作製された第1および第2の電極である。
例は、図3の断面図で示すように、サファイア基板上に
AlNをバッファ層としてn型GaN層、InGaN
層、p型AlGaN層、p型GaN層を順に積層した半
導体基板7のp型GaN層上に、Au層9およびNiO
層8の2層構造からなる第1の電極4、AuBe層11
およびAu層10の2層構造からなる第2の電極5が形
成された電極である。なお図3で6はn側電極である。
また図4は、図3で示した半導体発光素子用電極の平面
図であり、4、5で示した部分が本発明に係わる製造方
法で作製された第1および第2の電極である。
【0039】図3、図4に示した半導体発光素子用電極
は、次の手順で作製した。2つの抵抗加熱用のボートを
取り付けることができる真空蒸着装置を使用し、一方の
ボートにはBeを重量比にして1%含むAuBe合金、
もう一方のボートにはAuの蒸着源の金属片をのせて、
前処理を行った半導体基板を基板取付治具に設置した。
蒸着装置内を3×10-6Torrまで真空引きし、初め
にAuBe合金の載ったボートに通電し、ボートの加熱
を開始した。ボート上の金属が融解したことを確認した
後、ボートと基板取付具の間を遮っておいたシャッタを
開放し、AuBeの蒸着を開始した。水晶振動板式の膜
厚計で蒸着膜の膜厚をモニターしながら蒸着を行い、膜
厚が300nmになったところでシャッタを閉じてボー
トの通電を停止し、AuBe層の蒸着を終了した。
は、次の手順で作製した。2つの抵抗加熱用のボートを
取り付けることができる真空蒸着装置を使用し、一方の
ボートにはBeを重量比にして1%含むAuBe合金、
もう一方のボートにはAuの蒸着源の金属片をのせて、
前処理を行った半導体基板を基板取付治具に設置した。
蒸着装置内を3×10-6Torrまで真空引きし、初め
にAuBe合金の載ったボートに通電し、ボートの加熱
を開始した。ボート上の金属が融解したことを確認した
後、ボートと基板取付具の間を遮っておいたシャッタを
開放し、AuBeの蒸着を開始した。水晶振動板式の膜
厚計で蒸着膜の膜厚をモニターしながら蒸着を行い、膜
厚が300nmになったところでシャッタを閉じてボー
トの通電を停止し、AuBe層の蒸着を終了した。
【0040】続いて、Auがのったボートに通電し、同
様の手順に従って、同じ真空チャンバ内で連続して前記
AuBe膜上に膜厚700nmのAu膜を成膜した。真
空蒸着機から取り出した基板に、一般にフォトリソグラ
フィーと呼ばれる手法により、フォトレジストによる第
2の電極のパターンを形成し、Auエッチャント液に含
浸して、フォトレジストに覆われた部分を残して、露出
した部分のAuBe層およびAu層を除去し、フォトレ
ジストを除去した。この様にして、AuBe層11およ
びAu層10の2層構造からなる第2の電極5を形成し
た。
様の手順に従って、同じ真空チャンバ内で連続して前記
AuBe膜上に膜厚700nmのAu膜を成膜した。真
空蒸着機から取り出した基板に、一般にフォトリソグラ
フィーと呼ばれる手法により、フォトレジストによる第
2の電極のパターンを形成し、Auエッチャント液に含
浸して、フォトレジストに覆われた部分を残して、露出
した部分のAuBe層およびAu層を除去し、フォトレ
ジストを除去した。この様にして、AuBe層11およ
びAu層10の2層構造からなる第2の電極5を形成し
た。
【0041】続いて、この試料にフォトリソグラフィー
の手法によりフォトレジストによる第1の電極のパター
ンを形成した。この試料を、真空蒸着装置内に載置し、
真空度3×10-6Torrで前述の手順と同様にして、
基板側から順に25nmのAuおよび10nmのNiか
らなる金属薄膜を連続して形成した。基板を真空装置か
ら取り出した後、一般にリフトオフと呼ばれる手順に従
って、上記Au層およびNi層の2層構造からなる第1
の電極4を形成させた。図3に見られるように、第1の
電極4は第2の電極5の上に重ねて形成し、第1の電極
4と第2の電極5の導通が成される様に設計した。ま
た、ボンディング性の向上の目的で、第2の電極5の上
には、第1の電極4の形成されない領域を残し、第2の
電極5の最表層のAu層10が露出するようにした。更
に、この試料をアニール炉に載置し、酸素を20%含む
アルゴン雰囲気中で550℃にて10分間熱処理し、N
iを酸化することにより透光性のNiO層8を形成し
た。
の手法によりフォトレジストによる第1の電極のパター
ンを形成した。この試料を、真空蒸着装置内に載置し、
真空度3×10-6Torrで前述の手順と同様にして、
基板側から順に25nmのAuおよび10nmのNiか
らなる金属薄膜を連続して形成した。基板を真空装置か
ら取り出した後、一般にリフトオフと呼ばれる手順に従
って、上記Au層およびNi層の2層構造からなる第1
の電極4を形成させた。図3に見られるように、第1の
電極4は第2の電極5の上に重ねて形成し、第1の電極
4と第2の電極5の導通が成される様に設計した。ま
た、ボンディング性の向上の目的で、第2の電極5の上
には、第1の電極4の形成されない領域を残し、第2の
電極5の最表層のAu層10が露出するようにした。更
に、この試料をアニール炉に載置し、酸素を20%含む
アルゴン雰囲気中で550℃にて10分間熱処理し、N
iを酸化することにより透光性のNiO層8を形成し
た。
【0042】続いて、ドライエッチングによってn電極
を形成する部分のn層を露出させ、露出した部分にAl
よりなるn側電極6を形成し、n側電極のオーミック接
触を形成するための熱処理を行った。このようにして電
極を形成したウエハを400μm角のチップに切断して
発光ダイオード素子を作製し、リードフレーム上に載置
し、各電極を超音波加熱式のワイヤボンダを用いて金線
でフレームに結線した。ワイヤボンディングに際し、p
側の電極のはがれは殆ど見られなかった。上記の発光ダ
イオード素子に通電して発光する様子を、サファイア基
板の裏面から観察したところ、第1の電極が形成された
部分には均一に青色の発光が見られ、第2の電極の直下
にあたる部分には発光が見られなかった。このことよ
り、第2の電極の直下の半導体には電流がほとんど注入
されていないことが判った。これを樹脂でモールドした
ところ、電流20mAにおける発光出力が平均80μ
W、順方向電圧は2.9Vを示した。また、2インチφ
の基板から16000個のチップが得られ、発光強度が
78μWに満たないチップを取り除いたところ、収率は
98%であった。
を形成する部分のn層を露出させ、露出した部分にAl
よりなるn側電極6を形成し、n側電極のオーミック接
触を形成するための熱処理を行った。このようにして電
極を形成したウエハを400μm角のチップに切断して
発光ダイオード素子を作製し、リードフレーム上に載置
し、各電極を超音波加熱式のワイヤボンダを用いて金線
でフレームに結線した。ワイヤボンディングに際し、p
側の電極のはがれは殆ど見られなかった。上記の発光ダ
イオード素子に通電して発光する様子を、サファイア基
板の裏面から観察したところ、第1の電極が形成された
部分には均一に青色の発光が見られ、第2の電極の直下
にあたる部分には発光が見られなかった。このことよ
り、第2の電極の直下の半導体には電流がほとんど注入
されていないことが判った。これを樹脂でモールドした
ところ、電流20mAにおける発光出力が平均80μ
W、順方向電圧は2.9Vを示した。また、2インチφ
の基板から16000個のチップが得られ、発光強度が
78μWに満たないチップを取り除いたところ、収率は
98%であった。
【0043】(実施例2)本発明に係わる半導体発光素
子用電極の別の一例は、図5の断面図で示すように、サ
ファイア基板上にAl0.8 Ga0.2 Nをバッファ層とし
て、p型GaN層、InGaN層、n型AlGaN層、
n型GaN層を順に積層した半導体基板7のn型GaN
層上に、Ag層13およびTiO2 層12の2層構造か
らなる第1の電極4とNi層15およびAu層14の2
層構造からなる第2の電極5を形成した半導体発光素子
用電極である。なお図5で6’はp側電極である。また
図6は図5で示した半導体発光素子用電極の平面図であ
り、4、5で示した部分が本発明に係わる製造方法で作
製された第1および第2の電極である。
子用電極の別の一例は、図5の断面図で示すように、サ
ファイア基板上にAl0.8 Ga0.2 Nをバッファ層とし
て、p型GaN層、InGaN層、n型AlGaN層、
n型GaN層を順に積層した半導体基板7のn型GaN
層上に、Ag層13およびTiO2 層12の2層構造か
らなる第1の電極4とNi層15およびAu層14の2
層構造からなる第2の電極5を形成した半導体発光素子
用電極である。なお図5で6’はp側電極である。また
図6は図5で示した半導体発光素子用電極の平面図であ
り、4、5で示した部分が本発明に係わる製造方法で作
製された第1および第2の電極である。
【0044】図5、図6に示した半導体発光素子用電極
は、次の手順で作製した。まず、前処理を行った半導体
基板を真空蒸着装置内に設置し、蒸着装置内を3×10
-6Torrまで真空引きした。真空蒸着装置の電子線照
射加熱方式のハースにはNiの蒸着源金属片を、抵抗加
熱方式のボートにはAuの蒸着源金属片をのせた。真空
度を確認後、Niの載ったハースに電子線照射し、金属
の加熱を開始した。ハース上の金属が融解したことを確
認した後、ハースと基板取付具の間を遮っておいたシャ
ッタを開放し、Niの蒸着を開始した。水晶振動板式の
膜厚計で蒸着膜の膜厚をモニターしながら蒸着を行い、
膜厚が700nmになったところでシャッタを閉じて蒸
着を終了し、電子線の発生を停止した。続いて、抵抗加
熱方式のボートに通電し、実施例1と同様の抵抗加熱方
式により、Niの上にAuを300nm蒸着した。真空
蒸着機から取り出した基板に、一般にフォトリソグラフ
ィーと呼ばれる手法でフォトレジストによる第2の電極
のパターンを形成し、これをAuエッチング液、Niエ
ッチング液の順に含浸して、フォトレジストに覆われた
部分を残して、露出した部分を除去し、Ni層15およ
びAu層14の2層構造からなる第2の電極5を形成し
た後、フォトレジストを除去した。
は、次の手順で作製した。まず、前処理を行った半導体
基板を真空蒸着装置内に設置し、蒸着装置内を3×10
-6Torrまで真空引きした。真空蒸着装置の電子線照
射加熱方式のハースにはNiの蒸着源金属片を、抵抗加
熱方式のボートにはAuの蒸着源金属片をのせた。真空
度を確認後、Niの載ったハースに電子線照射し、金属
の加熱を開始した。ハース上の金属が融解したことを確
認した後、ハースと基板取付具の間を遮っておいたシャ
ッタを開放し、Niの蒸着を開始した。水晶振動板式の
膜厚計で蒸着膜の膜厚をモニターしながら蒸着を行い、
膜厚が700nmになったところでシャッタを閉じて蒸
着を終了し、電子線の発生を停止した。続いて、抵抗加
熱方式のボートに通電し、実施例1と同様の抵抗加熱方
式により、Niの上にAuを300nm蒸着した。真空
蒸着機から取り出した基板に、一般にフォトリソグラフ
ィーと呼ばれる手法でフォトレジストによる第2の電極
のパターンを形成し、これをAuエッチング液、Niエ
ッチング液の順に含浸して、フォトレジストに覆われた
部分を残して、露出した部分を除去し、Ni層15およ
びAu層14の2層構造からなる第2の電極5を形成し
た後、フォトレジストを除去した。
【0045】続いて、この試料にフォトリソグラフィー
の手法によりフォトレジストによる第1の電極のパター
ンを形成した。この試料を、真空蒸着装置内に載置し、
真空度3×10-6Torrで前述の手順と同様にして、
AgとTiのAg:Ti=2:1の比率の合金からなる
金属薄膜を、膜厚30nmで形成した。基板を真空装置
から取り出した後、一般にリフトオフと呼ばれる手順に
従って、上記AgとTiの合金からなる第1の電極のパ
ターンを完成させた。この時、実施例1と同様に、第2
の電極5の上には、第1の電極4が形成されない領域を
残し、第2の電極の表面のAu層14が露出するように
した。更に、この試料をアニール炉に載置し、酸素を1
0%含む窒素雰囲気中で650℃にて30分間熱処理
し、酸素との反応により合金薄膜層からTi膜を酸化さ
せて分離し、基板側からAg層13およびTiO2 層1
2の2層構造からなる透光性の第1の電極4を形成し
た。
の手法によりフォトレジストによる第1の電極のパター
ンを形成した。この試料を、真空蒸着装置内に載置し、
真空度3×10-6Torrで前述の手順と同様にして、
AgとTiのAg:Ti=2:1の比率の合金からなる
金属薄膜を、膜厚30nmで形成した。基板を真空装置
から取り出した後、一般にリフトオフと呼ばれる手順に
従って、上記AgとTiの合金からなる第1の電極のパ
ターンを完成させた。この時、実施例1と同様に、第2
の電極5の上には、第1の電極4が形成されない領域を
残し、第2の電極の表面のAu層14が露出するように
した。更に、この試料をアニール炉に載置し、酸素を1
0%含む窒素雰囲気中で650℃にて30分間熱処理
し、酸素との反応により合金薄膜層からTi膜を酸化さ
せて分離し、基板側からAg層13およびTiO2 層1
2の2層構造からなる透光性の第1の電極4を形成し
た。
【0046】続いて、ドライエッチングによってp電極
を形成する部分のp層を露出させ、露出した部分にNi
およびAuの2層構造よりなるp側電極6’を形成し、
p側電極のオーミック接触を形成するための熱処理を行
った。このようにして電極を形成したウエハを400μ
m角のチップに切断して発光ダイオード素子を作製し、
リードフレーム上に載置し、各電極を超音波式のワイヤ
ボンダを用いて金線でフレームに結線した。ワイヤボン
ディングに際し、n側の電極のはがれは殆ど見られなか
った。上記の発光ダイオード素子に通電して発光する様
子をサファイア基板の裏面から観察したところ、第1の
電極が形成された部分には均一に青色の発光が見られ、
第2の電極の直下にあたる部分には発光が見られなかっ
た。このことより、第2の電極の直下の半導体には電流
がほとんど注入されていないことが判った。これを樹脂
でモールドしたところ、電流20mAにおける発光出力
が平均80μW、順方向電圧は2.9Vを示した。ま
た、2インチφの基板から16000個のチップが得ら
れ、発光強度が78μWに満たないチップを取り除いた
ところ、収率は98%であった。
を形成する部分のp層を露出させ、露出した部分にNi
およびAuの2層構造よりなるp側電極6’を形成し、
p側電極のオーミック接触を形成するための熱処理を行
った。このようにして電極を形成したウエハを400μ
m角のチップに切断して発光ダイオード素子を作製し、
リードフレーム上に載置し、各電極を超音波式のワイヤ
ボンダを用いて金線でフレームに結線した。ワイヤボン
ディングに際し、n側の電極のはがれは殆ど見られなか
った。上記の発光ダイオード素子に通電して発光する様
子をサファイア基板の裏面から観察したところ、第1の
電極が形成された部分には均一に青色の発光が見られ、
第2の電極の直下にあたる部分には発光が見られなかっ
た。このことより、第2の電極の直下の半導体には電流
がほとんど注入されていないことが判った。これを樹脂
でモールドしたところ、電流20mAにおける発光出力
が平均80μW、順方向電圧は2.9Vを示した。ま
た、2インチφの基板から16000個のチップが得ら
れ、発光強度が78μWに満たないチップを取り除いた
ところ、収率は98%であった。
【0047】上記の2つの実施例でも判るとおり、本発
明に係わる電極構造は、第2の電極の直下に電流を注入
しない電極構造を、電極の材料を適正に選択する事のみ
により作製することができる。この電極構造の作製は、
通常の工程と変わりない最低限の工程で可能であり、前
述の先行技術にあるように、アニールやイオン注入やプ
ラズマCVD処理、そして更にそれに伴うパターニング
などの、特別に新たな工程を付け加える必要がない。
明に係わる電極構造は、第2の電極の直下に電流を注入
しない電極構造を、電極の材料を適正に選択する事のみ
により作製することができる。この電極構造の作製は、
通常の工程と変わりない最低限の工程で可能であり、前
述の先行技術にあるように、アニールやイオン注入やプ
ラズマCVD処理、そして更にそれに伴うパターニング
などの、特別に新たな工程を付け加える必要がない。
【0048】(比較例1)比較例として、実施例1で作
製した半導体発光素子用電極において第2の電極のp型
GaN層に接触する金属をAuBeからAuに変更した
電極を作製した。作製の手順は、第2の電極のp型Ga
N層に接触する金属をAuBeからAuに変更した以外
は実施例1と同様とした。さらに上記の半導体発光素子
用電極を有する発光ダイオード素子を、実施例1と同様
にして作製した。ワイヤボンディングに際して、第2の
電極のはがれは殆ど生じなかった。通電して発光してい
る上記の素子をサファイア基板側から観察すると、第1
の電極の部分だけではなく、第2の電極の直下の部分に
も発光が発生していた。これを樹脂でモールドしたとこ
ろ、作製された発光ダイオード素子の20mAにおける
順方向電圧は平均で3.0Vと実施例1と同等であった
が、20mAにおける発光強度は50μWと実施例1よ
りも小さかった。
製した半導体発光素子用電極において第2の電極のp型
GaN層に接触する金属をAuBeからAuに変更した
電極を作製した。作製の手順は、第2の電極のp型Ga
N層に接触する金属をAuBeからAuに変更した以外
は実施例1と同様とした。さらに上記の半導体発光素子
用電極を有する発光ダイオード素子を、実施例1と同様
にして作製した。ワイヤボンディングに際して、第2の
電極のはがれは殆ど生じなかった。通電して発光してい
る上記の素子をサファイア基板側から観察すると、第1
の電極の部分だけではなく、第2の電極の直下の部分に
も発光が発生していた。これを樹脂でモールドしたとこ
ろ、作製された発光ダイオード素子の20mAにおける
順方向電圧は平均で3.0Vと実施例1と同等であった
が、20mAにおける発光強度は50μWと実施例1よ
りも小さかった。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、導入した電流を効率よ
く半導体発光素子の外部に取り出すことができ、かつ簡
便で短時間に作製することが可能である電極を提供する
ことができる。
く半導体発光素子の外部に取り出すことができ、かつ簡
便で短時間に作製することが可能である電極を提供する
ことができる。
【0050】なお、本発明における実施例は前記の2例
に限られるものではなく、例えば、半導体基板がp型で
ある場合、第1の電極としてはPd、Pt、Ni、C
r、Wなどやこれらの金属とTiO2 、SnO、Cr2
O3 、CoO、ZnO、Cu2O、MgO、In2 O3
などの金属酸化物との層構造としたものを用いることも
できる。また、第2の電極としては、Tl、In、M
n、Ti、Al、Ag、Snなどから選択して使用でき
る他、AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、Ti
Beなどの合金を用いても良い。また、半導体基板がn
型である場合、第1の電極としてはTl、In、Mn、
Ti、Al、Snなどやこれらの金属とNiO、Sn
O、Cr2 O3 、CoO、ZnO、Cu2 O、MgO、
In2 O3 などの金属酸化物との層構造としたものを用
いることもできる。また、第2の電極としては、Au、
Pd、Pt、Cr、Wなどから選択して使用できるほ
か、AuBe、AuZn、AuMg、AlSi、TiS
i、TiBeなどの合金を用いても良い。また、発光素
子となる半導体材料としても本実施例に記述したGaN
の他にGaAs、GaP、InGaAs、AlInGa
Pなどを用いることもできる。
に限られるものではなく、例えば、半導体基板がp型で
ある場合、第1の電極としてはPd、Pt、Ni、C
r、Wなどやこれらの金属とTiO2 、SnO、Cr2
O3 、CoO、ZnO、Cu2O、MgO、In2 O3
などの金属酸化物との層構造としたものを用いることも
できる。また、第2の電極としては、Tl、In、M
n、Ti、Al、Ag、Snなどから選択して使用でき
る他、AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、Ti
Beなどの合金を用いても良い。また、半導体基板がn
型である場合、第1の電極としてはTl、In、Mn、
Ti、Al、Snなどやこれらの金属とNiO、Sn
O、Cr2 O3 、CoO、ZnO、Cu2 O、MgO、
In2 O3 などの金属酸化物との層構造としたものを用
いることもできる。また、第2の電極としては、Au、
Pd、Pt、Cr、Wなどから選択して使用できるほ
か、AuBe、AuZn、AuMg、AlSi、TiS
i、TiBeなどの合金を用いても良い。また、発光素
子となる半導体材料としても本実施例に記述したGaN
の他にGaAs、GaP、InGaAs、AlInGa
Pなどを用いることもできる。
【図1】p型GaN上に形成した各金属材料の電極間の
電圧−電流特性
電圧−電流特性
【図2】n型GaN上に形成した各金属材料の電極間の
電圧−電流特性
電圧−電流特性
【図3】実施例1に係わる電極の積層構造の断面図
【図4】実施例1に係わる電極の形状の平面図
【図5】実施例2に係わる電極の積層構造の断面図
【図6】実施例2に係わる電極の形状の平面図
1 Niとp型GaNの接触の電圧−電流特性 2 Auとp型GaNの接触の電圧−電流特性 3 AuBeとp型GaNの接触の電圧−電流特性 1’ Tiとn型GaNの接触の電圧−電流特性 2’ Alとn型GaNの接触の電圧−電流特性 3’ Niとn型GaNの接触の電圧−電流特性 4 第1の電極 5 第2の電極 6 n側電極 6’ p側電極 7 半導体基板 8 NiO層 9 Au層 10 Au層 11 AuBe層 12 TiO2 層 13 Ag層 14 Au層 15 Ni層
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体上に形成した透光性の第1の電極
とワイヤボンディング用の第2の電極よりなる半導体発
光素子用の電極において、第2の電極において半導体に
接触する金属材料は、第1の電極において半導体に接触
する金属材料よりも、半導体に対する単位面積当たりの
接触抵抗が高いことを特徴とする半導体発光素子用の電
極。 - 【請求項2】 前記半導体がp型半導体であり、前記第
2の電極において該p型半導体と接触する金属が、T
l、In、Mn、Ti、Al、Ag、Sn、AuBe、
AuZn、AuMg、AlSi、TiSi、TiBeか
ら選ばれた少なくとも1種類の金属或いは合金であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子用の電
極。 - 【請求項3】 前記半導体がp型半導体であり、前記第
2の電極において該p型半導体と接触する金属が、T
i、Al、AuBeから選ばれた少なくとも1種類の金
属或いは合金であることを特徴とする請求項2に記載の
半導体発光素子用の電極。 - 【請求項4】 前記半導体がp型半導体であり、前記第
1の電極において該p型半導体と接触する金属が、A
u、Pd、Pt、Ni、Cr、Wから選ばれた少なくと
も1種類の金属であることを特徴とする請求項1乃至3
に記載の半導体発光素子用の電極。 - 【請求項5】 前記半導体がn型半導体であり、前記第
2の電極において該n型半導体と接触する金属が、A
u、Pd、Pt、Ni、Cr、W、AuBe、AuZ
n、AuMg、AlSi、TiSi、TiBeから選ば
れた少なくとも1種類の金属或いは合金であることを特
徴とする請求項1に記載の半導体発光素子用の電極。 - 【請求項6】 前記半導体がn型半導体であり、前記第
2の電極において該n型半導体と接触する金属が、N
i、Cr、Wから選ばれた少なくとも1種類の金属であ
ることを特徴とする請求項5に記載の半導体発光素子用
の電極。 - 【請求項7】 前記半導体がn型半導体であり、前記第
1の電極において該n型半導体と接触する金属が、T
l、In、Mn、Ti、Al、Ag、Snから選ばれた
少なくとも1種類の金属であることを特徴とする請求項
1、5または6に記載の半導体発光素子用の電極。 - 【請求項8】 前記第2の電極を、異なる金属または合
金の少なくとも2層以上からなる多層構造として形成す
ることを特徴とする請求項1乃至7に記載の半導体発光
素子用の電極。 - 【請求項9】 前記第2の電極の最表層として、Au或
いはAlからなる層を積層することを特徴とする請求項
8に記載の半導体発光素子用の電極。 - 【請求項10】 前記第1の電極において、半導体と接
触する金属の上に透光性の金属酸化膜層を形成すること
を特徴とする請求項1乃至9に記載の半導体発光素子用
の電極。 - 【請求項11】 前記透光性の金属酸化膜層が、Ni
O、TiO2 、SnO、Cr2 O3 、CoO、ZnO、
Cu2 O、MgO、In2 O3 から選ばれた少なくとも
1種類の金属酸化物からなることを特徴とする請求項1
0に記載の半導体発光素子用の電極。 - 【請求項12】 前記半導体がp型半導体であり、前記
第1の電極としてp型半導体側から順にAuからなる層
およびNiOからなる層を形成した2層構造からなる電
極を用い、かつ前記第2の電極として半導体側から順に
AuBeからなる層およびAuからなる層を形成した2
層構造からなる電極を用いることを特徴とする請求項1
1に記載の半導体発光素子用の電極。 - 【請求項13】 半導体がGaN系化合物半導体である
ことを特徴とする請求項1乃至12記載の半導体発光素
子用の電極。
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23611797A JPH1187772A (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 半導体発光素子用の電極 |
US09/073,765 US6268618B1 (en) | 1997-05-08 | 1998-05-07 | Electrode for light-emitting semiconductor devices and method of producing the electrode |
DE19820777A DE19820777C2 (de) | 1997-05-08 | 1998-05-08 | Elektrode für lichtemittierende Halbleitervorrichtungen |
DE19861228A DE19861228B4 (de) | 1997-05-08 | 1998-05-08 | Verfahren zum Herstellen einer transparenten Elektrode |
DE19861007A DE19861007B4 (de) | 1997-05-08 | 1998-05-08 | Elektrode für lichtemittiernde Halbleitervorrichtungen und Verfahren zur Herstellung der Elektrode |
US09/694,325 US6403987B1 (en) | 1997-05-08 | 2000-10-24 | Electrode for light-emitting semiconductor devices |
US09/694,319 US6326223B1 (en) | 1997-05-08 | 2000-10-24 | Electrode for light-emitting semiconductor devices and method of producing the electrode |
US10/136,377 US6800501B2 (en) | 1997-05-08 | 2002-05-02 | Electrode for light-emitting semiconductor devices and method of producing the electrode |
US10/800,773 US7057210B2 (en) | 1997-05-08 | 2004-03-16 | Electrode for light-emitting semiconductor devices and method of producing the electrode |
US10/871,578 US20040232429A1 (en) | 1997-05-08 | 2004-06-21 | Electrode for light-emitting semiconductor devices and method of producing the electrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23611797A JPH1187772A (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 半導体発光素子用の電極 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1187772A true JPH1187772A (ja) | 1999-03-30 |
Family
ID=16996002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23611797A Pending JPH1187772A (ja) | 1997-05-08 | 1997-09-01 | 半導体発光素子用の電極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1187772A (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2019075547A (ja) * | 2017-10-18 | 2019-05-16 | ローム株式会社 | 半導体発光装置 |
KR20200090919A (ko) * | 2017-12-14 | 2020-07-29 | 루미레즈 엘엘씨 | Led 다이의 오염을 방지하는 방법 |
-
1997
- 1997-09-01 JP JP23611797A patent/JPH1187772A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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