JP3239350B2 - ｎ型窒化物半導体層の電極 - Google Patents
ｎ型窒化物半導体層の電極Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＬＥＤ、ＬＤ等の発光デ
バイス、フォトダイオード、太陽電池等の受光デバイス
等に使用される窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）に係り、特にそれ
らのデバイスに必要なｎ型窒化物半導体層に形成される
電極に関する。
バイス、フォトダイオード、太陽電池等の受光デバイス
等に使用される窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）に係り、特にそれ
らのデバイスに必要なｎ型窒化物半導体層に形成される
電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体はそのバンドギャップが
１．９ｅＶ〜６．０ｅＶまであるため紫外〜赤色領域の
発光デバイス、受光デバイスの材料として使用できるこ
とが知られており、つい最近この材料を用いた高輝度青
色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤが実用化されて、既にＬＥＤフ
ルカラーディスプレイ、信号灯等の実用に供されてい
る。
１．９ｅＶ〜６．０ｅＶまであるため紫外〜赤色領域の
発光デバイス、受光デバイスの材料として使用できるこ
とが知られており、つい最近この材料を用いた高輝度青
色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤが実用化されて、既にＬＥＤフ
ルカラーディスプレイ、信号灯等の実用に供されてい
る。
【０００３】図２に従来のＬＥＤ素子の構造を示す。基
本的にはサファイア基板５１の上にｎ型ＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層５２と、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＮよりなる
ｎ型クラッド層５３と、ＩｎYＧａ1-YＮよりなる活性層
５４と、ｐ型ＡｌXＧａ1-XＮよりなるｐ型クラッド層５
５と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層５６とが積
層された構造を有しており、ｐ型コンタクト層５６のほ
ぼ全面にはＮｉとＡｕを含む正電極５７が形成されてお
り、エッチングにより露出されたｎ型コンタクト層５２
にはＴｉとＡｌを含む負電極５８が形成されている。こ
のＬＥＤ素子の正電極５７と負電極５８はワイヤーボン
ディングにより外部リードと接続されている。
本的にはサファイア基板５１の上にｎ型ＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層５２と、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＮよりなる
ｎ型クラッド層５３と、ＩｎYＧａ1-YＮよりなる活性層
５４と、ｐ型ＡｌXＧａ1-XＮよりなるｐ型クラッド層５
５と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層５６とが積
層された構造を有しており、ｐ型コンタクト層５６のほ
ぼ全面にはＮｉとＡｕを含む正電極５７が形成されてお
り、エッチングにより露出されたｎ型コンタクト層５２
にはＴｉとＡｌを含む負電極５８が形成されている。こ
のＬＥＤ素子の正電極５７と負電極５８はワイヤーボン
ディングにより外部リードと接続されている。
【０００４】一般にＬＥＤ素子は、順方向電圧を下げる
ため、化合物半導体層と電極との間に好ましいオーミッ
ク接触を得る必要がある。前記構造のＬＥＤ素子におい
てもｐ型コンタクト層５６とはＡｕとＮｉを含む正電極
５７でオーミック接触が得られており、またｎ型コンタ
クト層５２とはＴｉとＡｌを含む負電極５８でオーミッ
ク接触が得られている。
ため、化合物半導体層と電極との間に好ましいオーミッ
ク接触を得る必要がある。前記構造のＬＥＤ素子におい
てもｐ型コンタクト層５６とはＡｕとＮｉを含む正電極
５７でオーミック接触が得られており、またｎ型コンタ
クト層５２とはＴｉとＡｌを含む負電極５８でオーミッ
ク接触が得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＴｉとＡｌとを含む負
電極はオーミック性では優れた性質を有しているが、ボ
ールとの接着性に関してはやや不安定な要素を含んでお
り、未だ十分満足できるものではなかった。特に屋外Ｌ
ＥＤ、レーザダイオードのように温度差が激しく、過酷
な条件での使用を考慮すると、電極にＡｌを含んでいる
ので、Ａｌの変質によりボールが電極から剥がれて、Ｌ
ＥＤが不点灯となる可能性がある。また、窒化物半導体
は通常は絶縁性基板の上に成長され、その素子は窒化物
半導体層の同一面側から２種類の電極が取り出されるフ
リップチップ形式となる。このためワイヤーボンディン
グで外部のリード電極と接続するには、電極の酸化等に
よる変質を防ぎ、電極とボールとの接着力を強くして発
光素子の信頼性をさらに高める必要がある。
電極はオーミック性では優れた性質を有しているが、ボ
ールとの接着性に関してはやや不安定な要素を含んでお
り、未だ十分満足できるものではなかった。特に屋外Ｌ
ＥＤ、レーザダイオードのように温度差が激しく、過酷
な条件での使用を考慮すると、電極にＡｌを含んでいる
ので、Ａｌの変質によりボールが電極から剥がれて、Ｌ
ＥＤが不点灯となる可能性がある。また、窒化物半導体
は通常は絶縁性基板の上に成長され、その素子は窒化物
半導体層の同一面側から２種類の電極が取り出されるフ
リップチップ形式となる。このためワイヤーボンディン
グで外部のリード電極と接続するには、電極の酸化等に
よる変質を防ぎ、電極とボールとの接着力を強くして発
光素子の信頼性をさらに高める必要がある。
【０００６】本発明はこのような事情を鑑み成されたも
のであって、ｎ型窒化物半導体層と好ましいオーミック
接触が得られ、さらにワイヤーとも強固に接着できる安
定な変質しにくい電極を提供することにある。
のであって、ｎ型窒化物半導体層と好ましいオーミック
接触が得られ、さらにワイヤーとも強固に接着できる安
定な変質しにくい電極を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】我々は先に特開平５−２
９１６２１号公報において、ｎ型窒化物半導体に形成す
る好ましいオーミック電極としてＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉ
ｎの内の少なくとも一種の金属を示し、特にＣｒをベー
ス、つまりｎ型層と接する側とすると好ましいオーミッ
ク接触が得られることをその明細書の中で開示した。我
々は次に電極とボールとの接着性について詳しい実験を
重ねた結果、本発明を成すに至った。即ち、本発明のｎ
型窒化物半導体の電極は、ｎ型窒化物半導体層の表面に
形成されるオーミック電極であって、前記電極はｎ型窒
化物半導体層と接する側にチタンよりなる層が形成さ
れ、最上層に金よりなる層が形成され、チタンの他の金
属がｎ型層中に拡散しないように前記チタンよりなる層
と前記金よりなる層の間に少なくともニオブを含む層が
形成される少なくとも３層構造を有し、４００℃以上で
アニーリングされることを特徴とする。なお２層構造と
はＴｉとＮｂが直接積層されていることは言うまでもな
く、Ｔｉの上に他の金属を介してＮｂが積層されていて
も良い。
９１６２１号公報において、ｎ型窒化物半導体に形成す
る好ましいオーミック電極としてＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉ
ｎの内の少なくとも一種の金属を示し、特にＣｒをベー
ス、つまりｎ型層と接する側とすると好ましいオーミッ
ク接触が得られることをその明細書の中で開示した。我
々は次に電極とボールとの接着性について詳しい実験を
重ねた結果、本発明を成すに至った。即ち、本発明のｎ
型窒化物半導体の電極は、ｎ型窒化物半導体層の表面に
形成されるオーミック電極であって、前記電極はｎ型窒
化物半導体層と接する側にチタンよりなる層が形成さ
れ、最上層に金よりなる層が形成され、チタンの他の金
属がｎ型層中に拡散しないように前記チタンよりなる層
と前記金よりなる層の間に少なくともニオブを含む層が
形成される少なくとも３層構造を有し、４００℃以上で
アニーリングされることを特徴とする。なお２層構造と
はＴｉとＮｂが直接積層されていることは言うまでもな
く、Ｔｉの上に他の金属を介してＮｂが積層されていて
も良い。
【０００８】本発明の電極においてｎ型層と接する側に
形成するＴｉの薄膜は薄いほどｎ型層とオーミックが得
られやすく、好ましくは１０オングストローム〜３００
オングストローム、さらに好ましくは１０オングストロ
ーム〜１００オングストロームの膜厚に調整する。次に
Ｔｉの上に形成するＣｒ、Ｎｂ等の膜厚は特に限定する
ものではないが、先に形成したＴｉよりも厚く形成し、
例えば２０オングストローム〜１μｍ前後の膜厚で形成
するとｎ型層と好ましいオーミックが得られると共に、
熱に対しても安定な電極が得られる。特に本発明の電極
はＴｉ、Ｃｒ、Ｎｂ等の薄膜を積層後、４００℃以上で
アニーリングを行うことにより、好ましいオーミックを
得ることができる。その理由は次の通りである。
形成するＴｉの薄膜は薄いほどｎ型層とオーミックが得
られやすく、好ましくは１０オングストローム〜３００
オングストローム、さらに好ましくは１０オングストロ
ーム〜１００オングストロームの膜厚に調整する。次に
Ｔｉの上に形成するＣｒ、Ｎｂ等の膜厚は特に限定する
ものではないが、先に形成したＴｉよりも厚く形成し、
例えば２０オングストローム〜１μｍ前後の膜厚で形成
するとｎ型層と好ましいオーミックが得られると共に、
熱に対しても安定な電極が得られる。特に本発明の電極
はＴｉ、Ｃｒ、Ｎｂ等の薄膜を積層後、４００℃以上で
アニーリングを行うことにより、好ましいオーミックを
得ることができる。その理由は次の通りである。
【０００９】一般に窒化物半導体はノンドープの状態で
結晶中に窒素空孔ができるためｎ型になる性質がある。
さらに成長中にＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物を添加すると
より好ましいｎ型となることが知られている。さらに、
窒化ガリウム系化合物半導体は有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ）、ハイドライド気相成長法（Ｈ
ＤＣＶＤ）等の気相成長法を用いて成長される。気相成
長法では、原料ガスに、例えばガリウム源としてトリメ
チルガリウム、窒素源としてアンモニア、ヒドラジン等
の水素原子を含む化合物、あるいはキャリアガスとして
Ｈ2等のガスが使用される。水素原子を含むこれらのガ
スは、窒化ガリウム系化合物半導体成長中に熱分解され
て結晶中に取り込まれ、窒素空孔あるいはｎ型ドーパン
トであるＳｉ、Ｇｅ等と結合してドナーとしての作用を
阻害している。従って４００℃以上でアニーリングする
ことにより、結晶中に入り込んだ水素原子を追い出すこ
とができるので、ｎ型ドーパントが活性化して電子キャ
リア濃度が増加して、電極とオーミック接触が取りやす
くなると考えられる。アニーリングによる水素の作用
は、我々が先に出願した特開平５−１８３１８９号公報
に述べたのと同様であり、この公報はｐ型ドーパントを
ドープした窒化ガリウム系化合物半導体が４００℃以上
のアニーリングから徐々に抵抗率が下がり始めほぼ７０
０℃以上で一定の抵抗率となることを示している。これ
を本願のｎ型層に適用すると、４００℃以上で水素が抜
け始め抵抗率が下がる。しかしｎ型層はｐ型層と異な
り、急激な抵抗率の低下は見られず、６００℃以上でお
よそ１／２の抵抗率となり、それ以上のアニール温度で
は、ほぼ一定の抵抗率となる。アニーリング温度の上限
は特に限定しないが、窒化物半導体が分解する温度、１
２００℃以下で行うことが好ましい。なおアニーリング
により２層構造、３層構造の電極が合金化して渾然一体
化した状態となるが、本願の請求項では合金化して一体
となったものも含むものと定義する。
結晶中に窒素空孔ができるためｎ型になる性質がある。
さらに成長中にＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物を添加すると
より好ましいｎ型となることが知られている。さらに、
窒化ガリウム系化合物半導体は有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ）、ハイドライド気相成長法（Ｈ
ＤＣＶＤ）等の気相成長法を用いて成長される。気相成
長法では、原料ガスに、例えばガリウム源としてトリメ
チルガリウム、窒素源としてアンモニア、ヒドラジン等
の水素原子を含む化合物、あるいはキャリアガスとして
Ｈ2等のガスが使用される。水素原子を含むこれらのガ
スは、窒化ガリウム系化合物半導体成長中に熱分解され
て結晶中に取り込まれ、窒素空孔あるいはｎ型ドーパン
トであるＳｉ、Ｇｅ等と結合してドナーとしての作用を
阻害している。従って４００℃以上でアニーリングする
ことにより、結晶中に入り込んだ水素原子を追い出すこ
とができるので、ｎ型ドーパントが活性化して電子キャ
リア濃度が増加して、電極とオーミック接触が取りやす
くなると考えられる。アニーリングによる水素の作用
は、我々が先に出願した特開平５−１８３１８９号公報
に述べたのと同様であり、この公報はｐ型ドーパントを
ドープした窒化ガリウム系化合物半導体が４００℃以上
のアニーリングから徐々に抵抗率が下がり始めほぼ７０
０℃以上で一定の抵抗率となることを示している。これ
を本願のｎ型層に適用すると、４００℃以上で水素が抜
け始め抵抗率が下がる。しかしｎ型層はｐ型層と異な
り、急激な抵抗率の低下は見られず、６００℃以上でお
よそ１／２の抵抗率となり、それ以上のアニール温度で
は、ほぼ一定の抵抗率となる。アニーリング温度の上限
は特に限定しないが、窒化物半導体が分解する温度、１
２００℃以下で行うことが好ましい。なおアニーリング
により２層構造、３層構造の電極が合金化して渾然一体
化した状態となるが、本願の請求項では合金化して一体
となったものも含むものと定義する。
【００１０】次に本発明の電極は最上層がＡｕよりなる
ことを特徴とする。具体的な組み合わせとしてはｎ型層
から接する側から順にＴｉ−Ｃｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｎｂ−
Ａｕ、Ｔｉ−Ｃｒ−Ｎｂ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｎｂ−Ｃｒ−Ａ
ｕ等で積層することにより、ｎ型層と好ましいオーミッ
クを得ると共に、ワイヤーに対しても接着力の強い電極
を得ることができる。Ａｕの膜厚も特に限定するもので
はないがＮｂ、Ｃｒと同様にＴｉよりも厚い膜厚で形成
することが望ましく、例えば２０オングストローム〜１
０μｍ前後の膜厚で形成する事が望ましい。これら金属
の薄膜を積層して電極を形成するには蒸着、スパッタ等
の気相製膜装置を用いることにより可能である。
ことを特徴とする。具体的な組み合わせとしてはｎ型層
から接する側から順にＴｉ−Ｃｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｎｂ−
Ａｕ、Ｔｉ−Ｃｒ−Ｎｂ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｎｂ−Ｃｒ−Ａ
ｕ等で積層することにより、ｎ型層と好ましいオーミッ
クを得ると共に、ワイヤーに対しても接着力の強い電極
を得ることができる。Ａｕの膜厚も特に限定するもので
はないがＮｂ、Ｃｒと同様にＴｉよりも厚い膜厚で形成
することが望ましく、例えば２０オングストローム〜１
０μｍ前後の膜厚で形成する事が望ましい。これら金属
の薄膜を積層して電極を形成するには蒸着、スパッタ等
の気相製膜装置を用いることにより可能である。
【００１１】次に本発明の電極はｎ型窒化物半導体層の
表面はエッチングされていることを特徴とする。先にも
述べたように窒化物半導体は絶縁性基板の上に成長され
ることが多いので、ｎ型層は最表面に出現することは少
ない。従って、図３に示すようにｎ型層はエッチングさ
れてその表面が露出されている。このようにｎ型層の表
面は成長直後のｎ型層の表面に比べて、エッチングに使
用するガス、液体等により、窒化物半導体表面が侵され
てエッチングダメージが発生しているため好ましいオー
ミックを得ることが難しい。しかしながら本発明の電極
はエッチングによりダメージを受けたｎ型層に対しても
好ましいオーミック接触を得ることができる。
表面はエッチングされていることを特徴とする。先にも
述べたように窒化物半導体は絶縁性基板の上に成長され
ることが多いので、ｎ型層は最表面に出現することは少
ない。従って、図３に示すようにｎ型層はエッチングさ
れてその表面が露出されている。このようにｎ型層の表
面は成長直後のｎ型層の表面に比べて、エッチングに使
用するガス、液体等により、窒化物半導体表面が侵され
てエッチングダメージが発生しているため好ましいオー
ミックを得ることが難しい。しかしながら本発明の電極
はエッチングによりダメージを受けたｎ型層に対しても
好ましいオーミック接触を得ることができる。
【００１２】具体的なエッチング手段としては、ウェッ
トエッチング、ドライエッチング等が用いられ、例えば
ウェットエッチではリン酸と硫酸との混酸、ドライエッ
チングでは反応性イオンエッチング、イオンミリング等
の手段を用いることができ、反応性イオンエッチングで
はＣＦ4、ＳＦ6、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4等のガスを用い、
またイオンミリングではＡｒ、Ｎ2等の不活性ガスを用
いることができる。
トエッチング、ドライエッチング等が用いられ、例えば
ウェットエッチではリン酸と硫酸との混酸、ドライエッ
チングでは反応性イオンエッチング、イオンミリング等
の手段を用いることができ、反応性イオンエッチングで
はＣＦ4、ＳＦ6、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4等のガスを用い、
またイオンミリングではＡｒ、Ｎ2等の不活性ガスを用
いることができる。
【００１３】また上記した電極と好ましいオーミックが
得られるｎ型層としてはＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X≦１）
が好ましく、特にＳｉ、Ｇｅ等のドナー不純物をドープ
したＩｎXＧａ1-XＮが好ましいオーミック性を示す。
得られるｎ型層としてはＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X≦１）
が好ましく、特にＳｉ、Ｇｅ等のドナー不純物をドープ
したＩｎXＧａ1-XＮが好ましいオーミック性を示す。
【００１４】
【作用】図１は本発明の電極のオーミック性を示す電流
電圧直線である。（ａ）はＴｉ−Ｎｂ、（ｂ）はＴｉ−
Ｃｒ、（ｃ）はＴｉ−Ｃｒ−Ｎｂ、（ｄ）は従来例とし
てＴｉ−Ａｌを積層した四種類の電極（各電極は左から
順に積層順を示す。）を示している。なお電極のオーミ
ック性は、サファイア基板の表面にＳｉドープｎ型Ｇａ
Ｎを５μｍ成長した後、エッチングにより４μｍの厚さ
にして表面にダメージを与え、そのｎ型層に対してそれ
ぞれの金属を順に５０オングストロームと０．５μｍの
膜厚で蒸着して、５００℃でアニールを行い、同一種類
の電極同士の電流電圧特性を測定した。但し（ｃ）はＣ
ｒが０．２５μｍ、Ｎｂが０．２５μｍとした。
電圧直線である。（ａ）はＴｉ−Ｎｂ、（ｂ）はＴｉ−
Ｃｒ、（ｃ）はＴｉ−Ｃｒ−Ｎｂ、（ｄ）は従来例とし
てＴｉ−Ａｌを積層した四種類の電極（各電極は左から
順に積層順を示す。）を示している。なお電極のオーミ
ック性は、サファイア基板の表面にＳｉドープｎ型Ｇａ
Ｎを５μｍ成長した後、エッチングにより４μｍの厚さ
にして表面にダメージを与え、そのｎ型層に対してそれ
ぞれの金属を順に５０オングストロームと０．５μｍの
膜厚で蒸着して、５００℃でアニールを行い、同一種類
の電極同士の電流電圧特性を測定した。但し（ｃ）はＣ
ｒが０．２５μｍ、Ｎｂが０．２５μｍとした。
【００１５】図１に示すように（ａ）〜（ｃ）いずれに
おいてもｎ型層と好ましいオーミック特性を得ており、
従来Ｔｉ−Ａｌよりなる電極（ｄ）とほぼ同等のオーミ
ック性を示している。また従来の電極の中では、窒化物
半導体成長後のような鏡面均一な面に対してオーミック
が得られ、逆に窒化物半導体のエッチング面に対しては
オーミックが得られないようなものがあるが、本発明の
電極では特にＴｉをエッチング面に接する側としている
ので、エッチング面に対しても、非常に好ましいオーミ
ック接触が得られる。なおこのグラフはＳｉドープｎ型
ＧａＮについて示すものであるが、ＳｉドープＩｎXＧ
ａ1-XＮ（X≠０）についても同様の傾向が得られること
が確認された。
おいてもｎ型層と好ましいオーミック特性を得ており、
従来Ｔｉ−Ａｌよりなる電極（ｄ）とほぼ同等のオーミ
ック性を示している。また従来の電極の中では、窒化物
半導体成長後のような鏡面均一な面に対してオーミック
が得られ、逆に窒化物半導体のエッチング面に対しては
オーミックが得られないようなものがあるが、本発明の
電極では特にＴｉをエッチング面に接する側としている
ので、エッチング面に対しても、非常に好ましいオーミ
ック接触が得られる。なおこのグラフはＳｉドープｎ型
ＧａＮについて示すものであるが、ＳｉドープＩｎXＧ
ａ1-XＮ（X≠０）についても同様の傾向が得られること
が確認された。
【００１６】次に、本発明のｎ型層の電極とボールとの
接着強度を調べるため、従来の電極と比較して以下のよ
うな試験を行った。図２はその試験方法を示す電極の断
面図であり、試験方法は以下の通りである。
接着強度を調べるため、従来の電極と比較して以下のよ
うな試験を行った。図２はその試験方法を示す電極の断
面図であり、試験方法は以下の通りである。
【００１７】まず、エッチングされたｎ型層２１の上に
Ｔｉ−Ａｌ、Ｔｉ−ＮｂーＡｕ、Ｔｉ−Ｃｒ−Ａｕ、Ｔ
ｉ−Ｎｂ−Ｃｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｃｒ−Ｎｂ−Ａｕよりな
る５種類の電極をそれぞれ１２０μｍφの大きさで１０
０個ずつ形成し、５００℃でアニーリングを行いｎ電極
２２を形成した。ｎ電極２２形成後、強制酸化試験とし
て６０℃、８０％ＲＨの高温高湿槽で一日放置して電極
表面を酸化させ、その後、それぞれのｎ電極１１の上に
金線２４をワイヤーボンディングして１００μｍφのボ
ール２３を形成することにより金線２４を接続した。そ
の後、図４に示すように、ボール２３の真横から刃物２
５でもって、ボール２３を水平に引っ掻き、ボールがｎ
電極２２から剥がれるか、または剥がれずにボールがつ
ぶれるまで、刃物２５に荷重をかけることにより評価し
た。但し、各電極は左から順に積層順を示し、各金属の
膜厚は順に５０オングストローム−０．５μｍ、または
５０オングストローム−０．２５μｍ−０．２５μｍと
した。その結果を表１に示す。表１において、各荷重に
おける数値は、１００個の内の電極からボールが剥がれ
た個数を示しており、ボールが剥がれずに、つぶれてし
まったものは「つぶれ」と記載している。
Ｔｉ−Ａｌ、Ｔｉ−ＮｂーＡｕ、Ｔｉ−Ｃｒ−Ａｕ、Ｔ
ｉ−Ｎｂ−Ｃｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｃｒ−Ｎｂ−Ａｕよりな
る５種類の電極をそれぞれ１２０μｍφの大きさで１０
０個ずつ形成し、５００℃でアニーリングを行いｎ電極
２２を形成した。ｎ電極２２形成後、強制酸化試験とし
て６０℃、８０％ＲＨの高温高湿槽で一日放置して電極
表面を酸化させ、その後、それぞれのｎ電極１１の上に
金線２４をワイヤーボンディングして１００μｍφのボ
ール２３を形成することにより金線２４を接続した。そ
の後、図４に示すように、ボール２３の真横から刃物２
５でもって、ボール２３を水平に引っ掻き、ボールがｎ
電極２２から剥がれるか、または剥がれずにボールがつ
ぶれるまで、刃物２５に荷重をかけることにより評価し
た。但し、各電極は左から順に積層順を示し、各金属の
膜厚は順に５０オングストローム−０．５μｍ、または
５０オングストローム−０．２５μｍ−０．２５μｍと
した。その結果を表１に示す。表１において、各荷重に
おける数値は、１００個の内の電極からボールが剥がれ
た個数を示しており、ボールが剥がれずに、つぶれてし
まったものは「つぶれ」と記載している。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１に示すようにＴｉ−Ａｌのみの電極
は、Ａｌ表面が酸化されることにより、３０ｇまでの荷
重で全てのボールが剥離してしまったのに対し、本発明
の電極は、３０ｇ以上の荷重にも十分耐え、ボールが剥
離することなく非常に強い接着強度を示している。
は、Ａｌ表面が酸化されることにより、３０ｇまでの荷
重で全てのボールが剥離してしまったのに対し、本発明
の電極は、３０ｇ以上の荷重にも十分耐え、ボールが剥
離することなく非常に強い接着強度を示している。
【００２０】このように本発明のｎ電極はＴｉ−Ｎｂ、
Ｔｉ−Ｃｒによりｎ型層と好ましいオーミック接触を
得、さらにこの電極にＡｕを含ませることによりｎ電極
とボールとの接着強度を高めることができる。これはＴ
ｉ−Ｎｂ、Ｔｉ−Ｃｒ等の電極表面が変質しにくいこと
による。またアニーリング時に電極が合金化した際に、
Ｔｉの他の金属がｎ型層中に拡散すると、オーミック接
触を悪くする恐れがあるが、Ｃｒ、Ｎｂは高融点金属で
あり、バリア効果を示すため、本発明の電極においては
オーミック性が損なわれることがない。
Ｔｉ−Ｃｒによりｎ型層と好ましいオーミック接触を
得、さらにこの電極にＡｕを含ませることによりｎ電極
とボールとの接着強度を高めることができる。これはＴ
ｉ−Ｎｂ、Ｔｉ−Ｃｒ等の電極表面が変質しにくいこと
による。またアニーリング時に電極が合金化した際に、
Ｔｉの他の金属がｎ型層中に拡散すると、オーミック接
触を悪くする恐れがあるが、Ｃｒ、Ｎｂは高融点金属で
あり、バリア効果を示すため、本発明の電極においては
オーミック性が損なわれることがない。
【００２１】
【実施例】［実施例１］ ２インチφのサファイア基板の上に、ＧａＮバッファ
層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、Ｓｉドープｎ
型ＧａＡｌＮクラッド層、ＺｎドープＩｎＧａＮ活性
層、Ｍｇドープｐ型ＧａＡｌＮクラッド層、Ｍｇドープ
ｐ型ＧａＮコンタクト層とが順に積層されたダブルへテ
ロ構造のウェーハを用意する。
層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、Ｓｉドープｎ
型ＧａＡｌＮクラッド層、ＺｎドープＩｎＧａＮ活性
層、Ｍｇドープｐ型ＧａＡｌＮクラッド層、Ｍｇドープ
ｐ型ＧａＮコンタクト層とが順に積層されたダブルへテ
ロ構造のウェーハを用意する。
【００２２】次に、１チップが図１に示すような断面構
造となるように、ウェーハのｐ型ＧａＮコンタクト層よ
り深さ方向に一部エッチングして、ｎ型ＧａＮ層を表面
に露出させる。ｎ型ＧａＮ層の上に所定の形状のマスク
をかけた後、Ｔｉを１００オングストロームと、Ｎｂを
０．２５μｍと、Ａｕを０．５μｍの膜厚で順に蒸着し
てｎ電極を形成する。
造となるように、ウェーハのｐ型ＧａＮコンタクト層よ
り深さ方向に一部エッチングして、ｎ型ＧａＮ層を表面
に露出させる。ｎ型ＧａＮ層の上に所定の形状のマスク
をかけた後、Ｔｉを１００オングストロームと、Ｎｂを
０．２５μｍと、Ａｕを０．５μｍの膜厚で順に蒸着し
てｎ電極を形成する。
【００２３】ｎ電極形成後、マスクを除去して、再び窒
化物半導体の表面にマスクを形成した後、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層の表面にｐ電極としてＮｉを０．１μｍと、
Ａｕを０．５μｍの膜厚で蒸着形成する。
化物半導体の表面にマスクを形成した後、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層の表面にｐ電極としてＮｉを０．１μｍと、
Ａｕを０．５μｍの膜厚で蒸着形成する。
【００２４】ｐ電極形成後後、マスクを除去し、ウェー
ハをアニーリング装置に入れ、不活性ガス雰囲気中６０
０℃で５分間アニーリングする。アニール後、ウェーハ
プローバにてｎ電極間の電流電圧特性を測定した結果、
図１のＡに示すような、オーミック特性が得られてい
た。
ハをアニーリング装置に入れ、不活性ガス雰囲気中６０
０℃で５分間アニーリングする。アニール後、ウェーハ
プローバにてｎ電極間の電流電圧特性を測定した結果、
図１のＡに示すような、オーミック特性が得られてい
た。
【００２５】次に、常法に従いウェーハをチップ状に切
断し、２インチφのウェーハから１万５千個のチップを
得た。このようにして得られた窒化物半導体よりなる発
光チップをダイボンドしてリードフレーム上に載置した
後、ワイヤーボンダーで各電極に金ワイヤーを接続した
後、エポキシ樹脂で全体をモールドしてＬＥＤ素子とし
た。
断し、２インチφのウェーハから１万５千個のチップを
得た。このようにして得られた窒化物半導体よりなる発
光チップをダイボンドしてリードフレーム上に載置した
後、ワイヤーボンダーで各電極に金ワイヤーを接続した
後、エポキシ樹脂で全体をモールドしてＬＥＤ素子とし
た。
【００２６】このＬＥＤ素子は順方向電流Ｉｆ２０ｍＡ
において、順方向電圧３．５Ｖであり、さらにこのＬＥ
Ｄ素子より１００個を無作為に抽出し、常温１２時間点
灯と、６０℃、８０％ＲＨの高温高湿槽１２時間点灯と
の連続繰り返し試験を５０回行ったところ、ｎ電極のボ
ール剥がれによりＬＥＤが不点灯となったものは無かっ
た。
において、順方向電圧３．５Ｖであり、さらにこのＬＥ
Ｄ素子より１００個を無作為に抽出し、常温１２時間点
灯と、６０℃、８０％ＲＨの高温高湿槽１２時間点灯と
の連続繰り返し試験を５０回行ったところ、ｎ電極のボ
ール剥がれによりＬＥＤが不点灯となったものは無かっ
た。
【００２７】［実施例２］ 実施例１において、ｎ型ＧａＮコンタクト層の表面に形
成する電極を、Ｔｉ０．１μｍと、Ｃｒ０．５μｍの膜
厚で順に蒸着する他は同様にしてＬＥＤ素子を得た。こ
れらＬＥＤ素子はウェーハプローバでの測定の段階で
は、すべて図１のＢに示すようなオーミック接触が得ら
れておりＩｆ２０ｍＡで、Ｖｆ３．５Ｖの性能を示し、
またＬＥＤの連続繰り返し試験においても、ｎ電極のボ
ール剥がれにより不点灯となったものは無かった。
成する電極を、Ｔｉ０．１μｍと、Ｃｒ０．５μｍの膜
厚で順に蒸着する他は同様にしてＬＥＤ素子を得た。こ
れらＬＥＤ素子はウェーハプローバでの測定の段階で
は、すべて図１のＢに示すようなオーミック接触が得ら
れておりＩｆ２０ｍＡで、Ｖｆ３．５Ｖの性能を示し、
またＬＥＤの連続繰り返し試験においても、ｎ電極のボ
ール剥がれにより不点灯となったものは無かった。
【００２８】［実施例３］ 実施例１において用いるウェーハを、ｎ型ＡｌＧａＮ層
クラッド層を削除して、ｎ型ＧａＮコンタクト層をＳｉ
ドープｎ型ＩｎＧａＮコンタクト層としたものを用意す
る他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。なお当然ｎ型
電極は、このｎ型ＩｎＧａＮコンタクト層のエッチング
面に形成し、コンタクト層のバンドギャップが活性層よ
りも大きいことは言うまでもない。その結果、これらＬ
ＥＤ素子は、ウェーハプローバでの測定の段階では、実
施例１と同様にすべて図１のＡに示すようなオーミック
接触が得られており、Ｉｆ２０ｍＡで、Ｖｆ３．５Ｖの
性能を示し、またＬＥＤの連続繰り返し試験において
も、ｎ電極のボール剥がれにより不点灯となったものは
無かった。
クラッド層を削除して、ｎ型ＧａＮコンタクト層をＳｉ
ドープｎ型ＩｎＧａＮコンタクト層としたものを用意す
る他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。なお当然ｎ型
電極は、このｎ型ＩｎＧａＮコンタクト層のエッチング
面に形成し、コンタクト層のバンドギャップが活性層よ
りも大きいことは言うまでもない。その結果、これらＬ
ＥＤ素子は、ウェーハプローバでの測定の段階では、実
施例１と同様にすべて図１のＡに示すようなオーミック
接触が得られており、Ｉｆ２０ｍＡで、Ｖｆ３．５Ｖの
性能を示し、またＬＥＤの連続繰り返し試験において
も、ｎ電極のボール剥がれにより不点灯となったものは
無かった。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のｎ電極は
ｎ型窒化物半導体層と非常に好ましいオーミック特性が
得られるので、順方向電圧の低いＬＥＤ素子、ＬＤ素子
等の発光素子を得ることができる。さらに、過酷な条件
で発光素子が使用された際でも、電極が変質しにくいの
で、剥がれに強く信頼性に優れた素子を提供することが
できる。さらにまた発光素子だけではなく受光素子、Ｆ
ＥＴ、トランジスタ等、ｎ型窒化物半導体を有するあら
ゆる電子デバイスにも適用可能である。
ｎ型窒化物半導体層と非常に好ましいオーミック特性が
得られるので、順方向電圧の低いＬＥＤ素子、ＬＤ素子
等の発光素子を得ることができる。さらに、過酷な条件
で発光素子が使用された際でも、電極が変質しにくいの
で、剥がれに強く信頼性に優れた素子を提供することが
できる。さらにまた発光素子だけではなく受光素子、Ｆ
ＥＴ、トランジスタ等、ｎ型窒化物半導体を有するあら
ゆる電子デバイスにも適用可能である。
【００３０】また本明細書ではｎ電極のオーミック性お
よび、ワイヤーボンディング時の接着性について述べた
が、本発明のｎ電極はワイヤーボンディングで外部リー
ド電極と接続した発光素子だけではなく、例えばリード
フレームとｎ電極とを銀ペーストのような導電性材料を
介して直接接続したデバイスについても適用可能であ
る。
よび、ワイヤーボンディング時の接着性について述べた
が、本発明のｎ電極はワイヤーボンディングで外部リー
ド電極と接続した発光素子だけではなく、例えばリード
フレームとｎ電極とを銀ペーストのような導電性材料を
介して直接接続したデバイスについても適用可能であ
る。
【図１】 本発明の一実施例に係るｎ電極と、従来のｎ
電極との電流電圧特性を比較して示すグラフ図。
電極との電流電圧特性を比較して示すグラフ図。
【図２】 本発明の一実施例に係る電極の試験方法を示
す電極の模式断面図。
す電極の模式断面図。
【図３】 窒化物半導体発光素子の構造を示す模式断面
図。
図。
２１・・・・ｎ型層 ２２・・・・ｎ電極 ２３・・・・ボール ２４・・・・金線 ２５・・・・刃物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 29/445 H01L 29/40 - 29/64 H01L 31/04 H01L 33/00
Claims (2)
- 【請求項１】 ｎ型窒化物半導体層の表面に形成される
オーミック電極であって、前記電極はｎ型窒化物半導体
層と接する側にチタンよりなる層が形成され、最上層に
金よりなる層が形成され、チタンの他の金属がｎ型層中
に拡散しないように前記チタンよりなる層と前記金より
なる層の間に少なくともニオブを含む層が形成される少
なくとも３層構造を有し、４００℃以上でアニーリング
されることを特徴とするｎ型窒化物半導体層の電極。 - 【請求項２】 前記ｎ型窒化物半導体層の表面はエッチ
ングされていることを特徴とする請求項１に記載のｎ型
窒化物半導体層の電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15286695A JP3239350B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | ｎ型窒化物半導体層の電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15286695A JP3239350B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | ｎ型窒化物半導体層の電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098407A JPH098407A (ja) | 1997-01-10 |
| JP3239350B2 true JP3239350B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=15549840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15286695A Expired - Lifetime JP3239350B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | ｎ型窒化物半導体層の電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3239350B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007007634A1 (ja) * | 2005-07-08 | 2007-01-18 | Nec Corporation | 電極構造、半導体素子、およびそれらの製造方法 |
| US8169078B2 (en) | 2006-12-28 | 2012-05-01 | Renesas Electronics Corporation | Electrode structure, semiconductor element, and methods of manufacturing the same |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5401758B2 (ja) | 2006-12-12 | 2014-01-29 | サンケン電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2009164526A (ja) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP4772135B2 (ja) | 2008-06-09 | 2011-09-14 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体素子、および、その製造方法 |
| JP2010212406A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2011238866A (ja) * | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-06-20 JP JP15286695A patent/JP3239350B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007007634A1 (ja) * | 2005-07-08 | 2007-01-18 | Nec Corporation | 電極構造、半導体素子、およびそれらの製造方法 |
| JP5067158B2 (ja) * | 2005-07-08 | 2012-11-07 | 日本電気株式会社 | 電極構造、半導体素子、およびそれらの製造方法 |
| US8169078B2 (en) | 2006-12-28 | 2012-05-01 | Renesas Electronics Corporation | Electrode structure, semiconductor element, and methods of manufacturing the same |
| US8304335B2 (en) | 2006-12-28 | 2012-11-06 | Renesas Electronics Corporation | Electrode structure, semiconductor element, and methods of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH098407A (ja) | 1997-01-10 |
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