(57)【要約】【課題】蒸着の回数などの工程数増加によるコストも抑えることができ、また電極のめくれ、ハガレの不良の発生を防ぐことを考慮しつつ、ＬＥＤランプ組立工程でのワイヤーボンド部のワイヤーと電極と間の圧着部分の密着強度の強い電極の形成方法を提供する。【解決手段】少なくとも、ｎ型半導体結晶と発光層とｐ型半導体結晶とがこの順で形成された半導体結晶にオーミック電極を形成する方法であって、半導体結晶のｐ型半導体結晶の表面上に、少なくとも、第一金属層としてＡｕを蒸着させ、第一金属層上に第二金属層としてＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させてＡｕＢｅ合金を形成し、第二金属層上に第三金属層としてＡｕを蒸着させ、その後熱処理を行ってオーミック電極を形成することを特徴とする電極の形成方法。【選択図】図１
2010239042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｎ型半導体結晶と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される発光層と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表されるキャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｐ型半導体結晶とがこの順で形成された半導体結晶にオーミック電極を形成する方法であって、
前記半導体結晶のｐ型半導体結晶の表面上に、少なくとも、第一金属層としてＡｕを蒸着させ、該第一金属層上に第二金属層としてＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させてＡｕＢｅ合金を形成し、該第二金属層上に第三金属層としてＡｕを蒸着させ、その後熱処理を行うことによってオーミック電極を形成することを特徴とする電極の形成方法。
【請求項２】
前記ＡｕＢｅ合金材料として、Ｂｅ濃度が１〜２ｗｔ％のものを用いることを特徴とする請求項１に記載の電極の形成方法。
【請求項３】
前記熱処理後の前記第一金属層、前記第二金属層、前記第三金属層の合計のＢｅ濃度が０．１〜０．５ｗｔ％となるように前記ＡｕＢｅ合金材料の量を調節することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極の形成方法。
【請求項４】
前記第一金属層の厚さを５〜１００ｎｍ、前記第二金属層の厚さを１０〜２００ｎｍ、前記第三金属層の厚さを５〜１００ｎｍとし、かつ厚さの合計を３００ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電極の形成方法。
【請求項５】
前記第一金属層、前記第二金属層、前記第三金属層を形成する際に、更に、前記第三金属層の直上にＴｉからなる第四金属層、該第四金属層の直上にＡｕからなる第五金属層を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電極の形成方法。
【請求項６】
前記第四金属層の厚さを、５０〜１５０ｎｍとすることを特徴とする請求項５に記載の電極の形成方法。
【請求項７】
前記第五金属層の厚さを、１．５〜２μｍとすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電極の形成方法。
【請求項８】
前記電極のパターンを、リフトオフ法、エッチング法のいずれかの方法により形成することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電極の形成方法。
【請求項９】
前記熱処理の熱処理条件を、不活性ガス雰囲気中で、４００℃〜５００℃、１０〜１００分とすることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電極の形成方法。
【請求項１０】
少なくとも、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｎ型半導体結晶と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される発光層と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表されるキャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｐ型半導体結晶とをこの順で形成して半導体結晶を作製する工程と、
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の電極の形成方法を用いて前記ｐ型半導体結晶の表面に電極を形成する工程と、
前記電極を形成した前記半導体結晶をダイシングする工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記電極の表面積を、前記ダイシング後の前記ｐ型半導体結晶の表面積の５０％以下とすることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
少なくとも、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｎ型半導体結晶と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される発光層と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表されるキャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｐ型半導体結晶とがこの順で形成された半導体結晶にオーミック電極が形成された半導体素子であって、
前記電極は、少なくとも、前記ｐ型半導体結晶に近い側から順に第一金属層、第二金属層、第三金属層とからなり、
前記第一金属層はＡｕ蒸着層、前記第二金属層はＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させたＡｕＢｅ合金層、前記第三金属層はＡｕ蒸着層からなるものに熱処理を加えたものであることを特徴とする半導体素子。
【請求項１３】
前記ＡｕＢｅ合金材料として、Ｂｅ濃度が１〜２ｗｔ％のものが用いられたものであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子。
【請求項１４】
前記熱処理後の前記第一金属層、前記第二金属層、前記第三金属層の合計のＢｅ濃度が０．１〜０．５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記第一金属層の厚さが５〜１００ｎｍ、前記第二金属層の厚さが１０〜２００ｎｍ、前記第三金属層の厚さが５〜１００ｎｍであり、かつ厚さの合計が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記電極は、更に、前記第三金属層の直上にＴｉからなる第四金属層と、該第四金属層の直上にＡｕからなる第五金属層とを有するものに熱処理を加えたものであることを特徴とする請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項１７】
前記第四金属層は、厚さが５０〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子。
【請求項１８】
前記第五金属層は、厚さが１．５〜２μｍであることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の半導体素子。
【請求項１９】
請求項１２ないし請求項１８のいずれか１項に記載の半導体素子からダイシングされたものであることを特徴とする発光素子。
【請求項２０】
前記電極の面積が、前記ダイシング後の前記ｐ型半導体結晶の表面積の５０％以下であることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の形成方法や発光素子の製造方法、半導体素子及び発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも発光層が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）（以下ＡｌＧａＩｎＰとも表記）にて表される半導体結晶を用いた発光素子等では、ｐ型半導体結晶の表面上に設けるオーミック電極として、以前からＡｕＢｅ合金が用いられてきた。
【０００３】
そのＡｕＢｅ合金層を含む電極を成膜する方法として、量産工程の場合には、密着性ではスパッタよりは劣るが、生産性で優位性のある大型の蒸着機を用いることが多い。
また蒸着装置内で金属を加熱し蒸発させる手段としては、タングステンなどの高融点金属のボートを用いての抵抗加熱による方法と、電子ビームを金属ターゲットの表面に当てて加熱するＥＢガン方式が一般的に用いられている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、半導体発光素子として用いる場合に、結晶の成長の順番や光の取り出しの都合でｐ型半導体結晶側が発光素子の上面になることが多い。その為、図６に示すように、半導体結晶３の表面上に、オーミック性の接触のオーミック層７を形成するのみでなく、その上にボンディングパッド９として、比較的厚めの金の層を形成してオーミック電極５とする必要がある。このボンディングパッドは、半導体素子とした後にＬＥＤランプの組み立て工程時に、２５μｍφ程度の金線をワイヤーボンディングするための、金の比較的厚い１〜２μｍ程度のいわゆるボンディングパッドである。図６は、発光素子等に形成される電極の概略の一例を示した図である。
【０００５】
また、電極パターン形成方法としては、蒸着前にレジストパターンを形成し、蒸着後の不要部分の材料を剥離するリフトオフ法、または、蒸着後に金属膜表面にレジストパターンを形成し、蒸着後に薬品でエッチングし、電極形状を形成するフォトリソ工程を用いた方法がある。
そして、その後、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）や巻き線ヒーター加熱炉等で熱処理され、オーミック性の接触を得る。
【０００６】
そのボンディングパッドを持つアノード電極の形成方法の基本的手法として従来から用いられているＡｕＢｅ合金材料を蒸着し、その上にＡｕをボンディングパッドとして成膜した構造の電極は、ワイヤーボンディングが困難なことが多い。
これは、半導体結晶からのＧａ，Ａｌ，Ｉｎ、電極中のＢｅの拡散により、電極表面のボンディングパッド部分の金が変質するためと考えられる。
【０００７】
この対策として、電極を２回に分けて形成する方法があり実際に用いられている（特許文献１参照）。
この方法では、まずオーミック層を一度形成し、その上に再度Ａｕを蒸着し、ボンディングパッドを形成する。具体的には、オーミック層としてのＡｕＢｅを成膜し、フォトリソ、パターンエッチング、レジスト剥離、熱処理を行って所定の形状、寸法のオーミック電極を形成した後に、更に、ボンディングパッド層としＡｕ層を成膜し、フォトリソ、マスクアライメント、パターンエッチング、レジスト剥離、熱処理の順に工程処理するものである。
【０００８】
また、一度の蒸着で金属層の形成を行い、かつワイヤーボンダビリティも確保する方式もある。この方法では、ＡｕＢｅ合金層とＡｕパッド層の間にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属やそれに近い金属が成膜される（例えば特許文献３−５参照）。
この手法の目的は、熱処理時の相互拡散によるＡｕ層の合金化を防ぐことにある。この製法の場合、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎ層などのオーミックを取るためのドーパント層の上に、Ｔｉ等の高融点金属、Ａｕという順に一蒸着内で連続して成膜する。その後に、フォトリソ、パターンエッチング、レジスト剥離、熱処理と一度の工程で完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０６−９３４４３号公報
【特許文献２】特開平０９−２３２２５５号公報
【特許文献３】特開２０００−２００９２６号公報
【特許文献４】特開２００６−４０９９７号公報
【特許文献５】特開２００７−３１７９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の特許文献１に記載のような２回に分けて電極を形成する方法では、上部の金は下部のオーミック層形成の際の５００℃前後の３０〜６０分程度の熱処理の影響は受けずに、せいぜい３５０℃程度の２回目の熱処理で、下のオーミック電極に合金化される。従って、上部の金は、Ｇａ，Ｉｎ，Ｂｅなどの拡散がほとんど無く、良好な金の状態を保っているので、ワイヤーボンダビリティは良好で、シアテストで８０ｇ程度の値が得られる。
しかし、欠点としては、それぞれの工程を２回繰り返すこととなり、コスト面で非常に不利なところにある。またＡｕＢｅ合金層と上部のＡｕ層がその間の微量な汚れなどでうまく合金化せず剥離する危険性もある。更に、突発的な部分的なハガレが２回の蒸着の界面で発生し、信頼性のおける品質とならないことも多い。
【００１１】
そして、上述の特許文献３−５の製造方法で得られるオーミック電極は、Ｔｉ等のバリアー層としての金属層を含み、熱処理でのＧａなどの金属の金中への拡散はある程度防ぐことができる。従って、ワイヤーボンディングが良好な状態も得られるが、十分とはいえない。また、ＡｕＢｅ（Ｂｅ１ｗｔ％）／Ｔｉ／Ａｕの構造で、ＬＥＤチップを製造した場合、ワイヤーボンディング工程だけでなく、素子工程中のシートの張替えなどにおいて粘着シートで電極を密着し別のシートに転写する際に結晶との密着不足で剥がれやめくれが発生することもあり、工程歩留りの低下だけではなく、不適合品の処理、再検査など余分に工数が発生し、製造コストが増加する。そして品質面においては信頼性の低下、工程管理面においては、再投入、納期の遅れが発生する。
更に、近年、ボンディングが高速化したため、更にボンディングが着きやすい電極構造が望まれている。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、蒸着の回数などの工程数増加によるコストも抑えることができ、また電極のめくれやハガレ等の不良の発生を防ぐことを考慮しつつ、ＬＥＤランプ組立工程でのワイヤーボンド部のワイヤーと電極と間の圧着部分の密着強度が従来に比べて強い電極の形成方法や発光素子の製造方法並びに半導体素子及び発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｎ型半導体結晶と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される発光層と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表されるキャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｐ型半導体結晶とがこの順で形成された半導体結晶にオーミック電極を形成する方法であって、前記半導体結晶のｐ型半導体結晶の表面上に、少なくとも、第一金属層としてＡｕを蒸着させ、該第一金属層上に第二金属層としてＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させてＡｕＢｅ合金を形成し、該第二金属層上に第三金属層としてＡｕを蒸着させ、その後熱処理を行うことによってオーミック電極を形成することを特徴とする電極の形成方法を提供する。
【００１４】
このように、ｐ型半導体結晶の表面に、Ａｕ，ＡｕＢｅ合金，Ａｕを順に蒸着させ、その後熱処理を行う。これによって、第一金属層がＡｕＢｅではなくＡｕとなり、蒸着時の密着強度が向上し、また熱処理後にＢｅを拡散させてオーミック接触を得るとともに、電極中のＢｅ濃度を低くすることができる。またＡｕＢｅ合金層上にもＡｕを設けることによって、更にＢｅ濃度を低くすることができる。従ってＡｕに比べて硬く脆いＡｕＢｅ合金からなる第二金属層の強度を従来に比べて強いものとすることができる。
また、第二金属層としてＡｕＢｅ合金材料をそのまま蒸着させるのではなく、ＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させることによって、電極中のＢｅ濃度を従来に比べ更に低減させることができると共に、電極中にＢｅを安定して添加することができる。
そしてこれらの効果によって、オーミック性の接触を得ることができる程度にＢｅ濃度を保つことができると共に、ワイヤーやｐ型半導体結晶と電極間との密着強度、電極自体の強度を従来に比べて強いものとすることができる。従って、良好なワイヤーボンダビリティ及び電極の不良の発生を低減させたオーミック電極を製造することができる。
【００１５】
ここで、前記ＡｕＢｅ合金材料として、Ｂｅ濃度が１〜２ｗｔ％のものを用いることが好ましい。
詳しくは後述するが、ＡｕＢｅ合金はＢｅ１．１ｗｔ％辺りに共晶点を有しているため、ＡｕＢｅ合金材料中のＢｅ濃度を低減させたものを用いる場合、Ｂｅが均一に分布しておらず、Ｂｅ濃度が過不足する恐れがあり、バッチによってはＢｅが過多となり、また別のバッチではＢｅが不足する事態が発生する恐れがある。このため、合金材料としてＢｅ濃度が安定しているＢｅ濃度１〜２ｗｔ％のＡｕＢｅ合金材料を用いることによって、オーミック電極中のＢｅ濃度を、バッチ間であっても安定させることができる。
【００１６】
また、前記熱処理後の前記第一金属層、前記第二金属層、前記第三金属層の合計のＢｅ濃度が０．１〜０．５ｗｔ％となるように前記ＡｕＢｅ合金材料の量を調節することができる。
このように、熱処理後の第一金属層、第二金属層、第三金属層の合計のＢｅ濃度が０．１〜０．５ｗｔ％となるようにＡｕＢｅ合金材料の量を調節することによって、形成されたオーミック電極中のＢｅ濃度をオーミック性を取ることができる範囲内に容易に制御することができ、またボンディングの際にワイヤーと電極の密着性に不良が発生する危険性を極力低下させることができる濃度範囲にＢｅ濃度を抑制することができる。
【００１７】
そして、前記第一金属層の厚さを５〜１００ｎｍ、前記第二金属層の厚さを１０〜２００ｎｍ、前記第三金属層の厚さを５〜１００ｎｍとし、かつ厚さの合計を３００ｎｍ以下とすることが好ましい。
上述の範囲の厚さとなるように各々の金属層を形成することによって、生産性を十分に高いものとすることができるとともに、各々の層が担っている役割の効果を十分に発揮させることができる。
【００１８】
更に、前記第一金属層、前記第二金属層、前記第三金属層を形成する際に、更に、前記第三金属層の直上にＴｉからなる第四金属層、該第四金属層の直上にＡｕからなる第五金属層を形成することが好ましい。
このように、第三金属層上にＴｉからなる第四金属層を形成することによって、ｐ型半導体結晶からのＧａ等の構成元素やＡｕＢｅ層からのＢｅが、上部に形成するＡｕからなる第五金属層まで拡散することを強く抑制することができ、最表面層の第五金属層中の不純物濃度が高くなることを防止することができる。
また第四金属層上にＡｕからなる第五金属層を形成することによって、更に良好なワイヤーボンダビリティ特性を得ることができる。
【００１９】
また、前記第四金属層の厚さを、５０〜１５０ｎｍとすることができる。
このように、第四金属層の厚さを上述のような範囲とすることによって、生産性を損なうことなく、ＧａやＢｅ等の不純物が上部の第五金属層へ拡散することをより強く抑制することができる厚さ範囲とすることができる。
【００２０】
そして、前記第五金属層の厚さを、１．５〜２μｍとすることができる。
このように、第五金属層の厚さを上述の範囲内とすることによって、ワイヤーをボンディングする際に、更に高い密着強度を持たせることができる厚さとすることができる。
【００２１】
更に、前記電極のパターンを、リフトオフ法、エッチング法のいずれかの方法により形成することができる。
リフトオフ法であれば、電極パターンの精度を十分に高いものとすることができる。またエッチング工程が不要であるため、環境負荷の大きな酸やアルカリ性の薬液を用いることを避けることができる。
またエッチング法であれば、短時間で、かつ高い精度で電極パターンを形成することができる。
【００２２】
また、前記熱処理の熱処理条件を、不活性ガス雰囲気中で、４００℃〜５００℃、１０〜１００分とすることが好ましい。
このような熱処理条件で形成した金属層を合金化させることによって、確実に第一金属層にＢｅをオーミック抵抗がとれる程度に拡散させることができるとともに、各々の金属層が熱処理雰囲気と反応して劣化することを確実に避けることができる。
【００２３】
また、本発明では、少なくとも、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｎ型半導体結晶と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される発光層と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表されるキャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｐ型半導体結晶とをこの順で形成して半導体結晶を作製する工程と、本発明に記載の電極の形成方法を用いて前記ｐ型半導体結晶の表面に電極を形成する工程と、前記電極を形成した前記半導体結晶をダイシングする工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。
【００２４】
上述のように、本発明の電極の形成方法によって形成されたオーミック電極は、ワイヤーとオーミック電極間やオーミック電極とｐ型半導体結晶間との密着強度が従来に比べて強いものとなっている。このため、このような電極の形成方法を用いてオーミック電極が形成された発光素子は、表面に形成されたオーミック電極がワイヤーやｐ型半導体結晶と強く密着しているため、剥がれ等の電極起因の不良が従来に比べて少ないものとすることができる。すなわち、高品質な発光素子を高歩留りで製造することができる。
【００２５】
ここで、前記電極の表面積を、前記ダイシング後の前記ｐ型半導体結晶の表面積の５０％以下とすることができる。
このような面積の電極であれば、発光層からの光の取り出し量を十分に確保することができ、従って発光輝度の強い発光素子を製造することができる。
【００２６】
そして、本発明では、少なくとも、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｎ型半導体結晶と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される発光層と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表されるキャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｐ型半導体結晶とがこの順で形成された半導体結晶にオーミック電極が形成された半導体素子であって、前記電極は、少なくとも、前記ｐ型半導体結晶に近い側から順に第一金属層、第二金属層、第三金属層とからなり、前記第一金属層はＡｕ蒸着層、前記第二金属層はＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させたＡｕＢｅ合金層、前記第三金属層はＡｕ蒸着層からなるものに熱処理を加えたものであることを特徴とする半導体素子を提供する。
【００２７】
このように、ｐ型半導体結晶の表面に形成されたオーミック電極を、少なくとも、ｐ型半導体結晶に近い側から順に第一金属層、第二金属層、第三金属層とし、第一金属層をＡｕ蒸着層、第二金属層をＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させたＡｕＢｅ合金層、第三金属層をＡｕ蒸着層からなるものとし、そしてこれらの層に熱処理を加えたものとする。
このように、ｐ型半導体結晶にＡｕＢｅ合金層を直接接触させるのではなくＡｕ蒸着層を設けたものとすることによって、ｐ型半導体結晶との密着性に難のあるＡｕＢｅ合金層が直接半導体結晶に接触することを避けることができるため、ｐ型半導体結晶と電極間の密着強度を従来に比べて十分に強いものとすることができる。
【００２８】
また、熱処理が加えられたものであるため、熱処理の際にＢｅが第一金属層側に拡散するため、ｐ型半導体結晶と電極間の抵抗を十分に小さなものとしてオーミックコンタクトをとることができる。
そして、ＡｕＢｅ合金層上にもＡｕ蒸着層（第三金属層）が設けられているため、熱処理の際にＢｅがこの第三金属層にも拡散するため、オーミック電極中のトータルのＢｅ濃度を従来より更に低くすることができ、Ａｕに比べて硬く脆いＡｕＢｅ合金層の強度を従来に比べて強いものとすることができる。
これらの結果によって、電極中のＢｅ濃度を、オーミック性の接触が得られる水準に保つことができるとともに、ワイヤーとのボンダビリティや電極強度が従来に比べて良好なものとなっており、不良が従来に比べて大幅に少ない半導体素子となっている。
【００２９】
また、前記ＡｕＢｅ合金材料として、Ｂｅ濃度が１〜２ｗｔ％のものが用いられたものとすることが好ましい。
このように、Ｂｅ濃度が安定しているＢｅ濃度１〜２ｗｔ％のＡｕＢｅ合金をＡｕＢｅ合金材料として用いたものであれば、電極中のＢｅ濃度が安定した半導体素子とすることができる。
【００３０】
そして、前記熱処理後の前記第一金属層、前記第二金属層、前記第三金属層の合計のＢｅ濃度が０．１〜０．５ｗｔ％とすることが好ましい。
このように、熱処理後の第一金属層、第二金属層、第三金属層の合計のＢｅ濃度を０．１〜０．５ｗｔ％とすることによって、形成された電極とｐ型半導体結晶との間の抵抗を小さなものとすることができるとともに、ボンディングの際にワイヤーと電極の密着性に不良が発生する危険性を極力低下させることができる範囲のＢｅ濃度とすることができる。
【００３１】
更に、前記第一金属層の厚さが５〜１００ｎｍ、前記第二金属層の厚さが１０〜２００ｎｍ、前記第三金属層の厚さが５〜１００ｎｍであり、かつ厚さの合計が３００ｎｍ以下とすることが好ましい。
このように、各々の金属層の厚さや合計の厚さを上述の範囲とすることによって、蒸着にかかる時間が長時間ではなく、またその役割が確実に発揮される厚さとすることができ、製造コストの低減と品質向上の両立を図ることができる。
【００３２】
また、前記電極は、更に、前記第三金属層の直上にＴｉからなる第四金属層と、該第四金属層の直上にＡｕからなる第五金属層とを有するものに熱処理を加えたものとすることが好ましい。
このように、第三金属層上にＴｉからなる第四金属層が形成されたものとすることによって、ＡｕＢｅ層からのＢｅやｐ型半導体結晶からのＧａ等の不純物が第五金属層まで拡散することを強く抑制することができ、また第四金属層によってＧａやＢｅの拡散が抑制されているため、第四金属層上にＡｕからなる第五金属層によって、更に良好なワイヤーボンダビリティ特性のオーミック電極を得ることができる。
【００３３】
そして、前記第四金属層は、厚さが５０〜１５０ｎｍとすることが好ましい。
このように、第四金属層の厚さを５０〜１５０ｎｍとすることによって、生産性を損なうことなく、ＧａやＢｅ等の不純物が上部の第五金属層へ拡散することを確実に抑制することができる厚さとすることができる。
【００３４】
更に、前記第五金属層は、厚さが１．５〜２μｍとすることが好ましい。
第五金属層が上述のような厚さであれば、ワイヤーをボンディングする際に、密着強度を十分に確保することができる。
【００３５】
更に、本発明では、本発明に記載の半導体素子からダイシングされたものであることを特徴とする発光素子を提供する。
上述のように、本発明の半導体素子は、オーミック電極が、ワイヤーやｐ型半導体結晶と強く密着しているものであるため、このようなオーミック電極を備えた半導体素子からダイシングされた発光素子は、表面に形成された電極がワイヤーやｐ型半導体結晶と強く密着したものであるため、電極周りの不良が従来に比べて格段に少ないものとなっている。
【００３６】
ここで、前記電極の面積が、前記ダイシング後の前記ｐ型半導体結晶の表面積の５０％以下とすることが好ましい。
このように、電極の面積がダイシング後のｐ型半導体結晶の表面積の５０％以下であれば、発光層からの光の取り出し量を十分に高いものとすることができる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、蒸着の回数などの工程数増加によるコストも抑えることができ、また電極のめくれやハガレ等の不良の発生を防ぐことができるとともに、ＬＥＤランプ組立工程でのワイヤーボンド部のワイヤーと電極と間の圧着部分の密着強度が従来に比べて強い電極の形成方法や発光素子の製造方法並びに半導体素子及び発光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の半導体素子（ａ）と、その表面に形成されたオーミック電極（ｂ）の概略の一例を示した図である。
【図２】本発明の電極の形成方法の一例を示した工程フローである。
【図３】ＡｕＢｅ合金の状態図である。
【図４】実施例１及び比較例１の発光素子のオーミック電極の概略を示した図である。
【図５】実施例１及び比較例１の発光素子のオーミック電極の様子を観察した画像である。
【図６】発光素子等に形成される電極の概略の一例を示した図である。
【図７】一般的な発光素子の製造工程の流れの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
まず、一般的な化合物半導体素子を用いた発光素子の製造方法の一例を、図を参照して説明する。図７は、一般的な発光素子の製造工程の流れの一例を示した図である。
【００４０】
まず、図７（ａ）に示すように、ｎ型のＧａＰ基板（ｎ−ＧａＰ層）２１の上に、ＡｌＧａＩｎＰかならる発光層２２、ｐ型ＧａＰエピタキシャル層（ｐ−ＧａＰ層）２３を気相成長によって形成する。
【００４１】
その後、図７（ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＰ基板２１の裏面側にＡｕＳｉＮｉ合金層２４を蒸着装置で成膜する。その後蒸着装置から取り出して、フォトリソ工程とエッチング工程で電極形状を形成した後、熱処理してオーミック電極とし、ｎ側電極２４を形成する。
【００４２】
次に、図７（ｃ）に示すように、ｐ型ＧａＰエピタキシャル層２３の上面にＡｕＢｅ層を３００ｎｍ、その上に、Ｔｉ層を８０ｎｍ、その上にＡｕ層を１．５μｍを蒸着装置で成膜する。
そして、フォトリソ、Ａｕ層のエッチング、Ｔｉ層のエッチング、ＡｕＢｅ合金層のエッチングと続けて電極形状のエッチング処理を行い、レジスト剥離、４００〜５００℃の温度での熱処理工程を経て、オーミック接触のｐ側電極２５を形成して、半導体素子２６を作製する。
このｐ側電極２５は、例えば、ｐ−ＧａＰ層の半導体結晶と接触する下層がＡｕＢｅ層（３００ｎｍ）、上層がＡｕ層から構成される。ここで、ｐ側電極２５の厚みは通常、１〜２μｍ程度である。
【００４３】
そして図７（ｄ）に示すように、半導体素子２６を素子毎にダイシングまたはブレーキングなどの方法で、切断、素子分離させ、発光素子２７を得る。
尚、上記例示ではｎ型のＧａＰ基板を用いる場合について説明したが、ｎ型ＧａＰ基板のみならずｎ型ＧａＡｓ基板を用いることができる。
【００４４】
ここで、ｐ型のオーミック電極にＡｕＢｅ合金を用いる場合、蒸着後の層構造状態からオーミック接触を得るために熱処理を行うことが必須であり、これにより、オーミック電極内部、または下部のｐ型半導体結晶との間で相互拡散が起き、結晶中のＧａ、Ａｌ、ＩｎなどとＢｅは電極表面まで到達する。
この拡散は、オーミック電極中にＴｉ層を設けない場合は、その傾向は著しい。
【００４５】
その結果、最表面のＡｕ層を１〜２μｍと厚くしても、結果としてはオーミック電極のワイヤーボンダビリティが損なわれることとなる。
またヒビ割れなどが発生する場合もある。これは、電極表面のざらつき、白曇りなどの状態になり、ランプ組立工程でのチップのピックアップのための画像認識性を低下させることともなる。
【００４６】
また、ＡｕＢｅ合金層は、熱処理によりｐ型半導体結晶との間で合金層を作る。
しかし、この合金層部分からのランプ組み立て時のワイヤーボンディングで、剥離が発生することがある。見た目には電極ごと電極下部の結晶がえぐれた状態のクラックが入る。つまり電極のハガレではなく、電極下部の合金層に沿って結晶が電極形に割れてしまう現象が起きて、ＬＥＤランプとしては致命的な故障となる。さらに、ランプになった後にＡｕＢｅ合金層とＴｉ層の間での剥離も発生することもある。またＴｉ層そのものもエッチング液でサイドエッチされ、めくれ、剥離の原因となる。
【００４７】
すなわち、ＢｅがＡｕＢｅ合金層からｐ型半導体結晶側にはオーミック接触を得るためのドーパントとして拡散し、また、逆の方向、つまり電極表層のワイヤーボンディング用のＡｕ層側にもＢｅが拡散する。
たとえＴｉ層をバリアー層に入れた構造のオーミック電極であっても、ＳＩＭＳの分析からその拡散は完全には防げないことが判った。
ここで、Ａｕ中にＧａやＢｅなどの不純物が混入すると、Ａｕ層は硬化してしまい、ワイヤーボンディングの超音波熱圧着で付きにくくなる。このことから、オーミック電極中のＢｅ濃度を下げることが望ましいことが判った。
【００４８】
また、発光素子、特に発光ダイオードの量産に当たり、一枚の半導体素子ウェーハからチップのサイズにより１万個から４万個程度の素子が得られる。実際の量産では、月に千万個単位〜数億個単位の発光ダイオードが量産されることとなる。産業用、民生用に用いられランプとして、信号、屋外の大型表示機等に用いられる場合には、使用個数も一台当たり数百から万の単位の個数が用いられる。
従って、故障やオーミック接触の抵抗が高いための順方向電圧ＶＦが高い場合には、表示機内の光量のばらつきなどの不具合につながりかねない。また、故障率は使用する数に比例し、大きく上昇し、その手直しのコストも大きい。
従って、オーミック電極部の接触抵抗は低く、かつ安定していることが望まれる。また、良好な接触抵抗であっても剥離しては致命的な故障となるため、密着強度はできるだけ強いことが求められる。
【００４９】
実際に、量産工程での品質安定のために、蒸着工程においては、均一な膜厚を確保するために、いろいろな手段で蒸着装置、成膜工程を管理してきた。
例えば大型蒸着機では、数百枚のウェーハが貼り付けられた基板ホルダーを自転、公転させ、蒸着装置内の物理的位置、蒸着材の蒸発する蒸気の入射角度などが均一になるようにその条件を最適化しての操業を行って均一化と安定化の努力が行われてきた。しかしこれには限界があるため、その他の改善手法が当然求められてきている。
【００５０】
そこで、オーミック電極中のＢｅ濃度を従来に比べて低くすること、特にワイヤーボンダビリティの向上を図るべく、本発明者らは鋭意検討を重ねた。
その結果、ＡｕＢｅ合金層を形成する際に、蒸着源にＡｕＢｅ合金材料をそのまま用いるのではなく、ＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を用いることを知見した。
【００５１】
更に、ＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させる前後にＡｕを連続して蒸着させ、熱処理の際にＢｅをこの上下のＡｕ層に拡散させることで、オーミック接触を得るとともに、全体として電極中のＢｅ濃度を低減させることができることを知見した。
この上記知見を基に、本発明者らは本発明を完成させた。
【００５２】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は、本発明の半導体素子と、その表面に形成されたオーミック電極の概略の一例を示した図である。
【００５３】
本発明の半導体素子１０は、図１（ａ）に示すように、例えば、少なくとも、各々が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｎ型半導体結晶１１と、発光層１２と、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｐ型半導体結晶１３とがこの順で形成された半導体結晶と、ｐ型半導体結晶１３の表面に形成されたｐ型のオーミック電極１５と、ｎ型半導体結晶１１の表面に形成されたｎ型のオーミック電極１４とからなるものである。
ここで、上記例示ではｎ型半導体結晶としてＡｌＧａＩｎＰにて表される半導体結晶の例を示したが、本発明はこれに限定されず、ｎ型半導体結晶としてはＧａＡｓを用いることができる。
【００５４】
そしてｐ型のオーミック電極１５は、図１（ｂ）に示すように、少なくとも、ｐ型半導体結晶１３に近い側から順に第一金属層１６、第二金属層１７、第三金属層１８とからなり、第一金属層１６はＡｕ蒸着層、第二金属層１７はＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させたＡｕＢｅ合金層、第三金属層１８はＡｕ蒸着層からなるものに、熱処理を加えたものである。
【００５５】
このように、ｐ型半導体結晶にＡｕＢｅ合金材料を直接蒸着させたものとするのではなく、まずＡｕ蒸着層を設けたものとすることによって、ｐ型半導体結晶との密着がＡｕに比べて弱いＡｕＢｅとｐ型半導体結晶が直接接触することを避けることができる。これによって、ｐ型半導体結晶と電極間の密着強度を従来に比べて強いものとすることができる。
また、熱処理が加えられているため、この熱処理の際にＢｅが第二金属層から第一金属層側に拡散し、ｐ型半導体結晶と電極の接触をオーミック性の接触とすることができ、抵抗を小さなものとすることができる。
【００５６】
さらに、ＡｕＢｅ合金層上にもＢｅの拡散先としてのＡｕ蒸着層（第三金属層）が設けられたものであるため、全体としてオーミック電極中のＢｅ濃度が従来に比べてより低いものとなっている。
これら以上の結果によって、ｐ型半導体結晶とオーミック接触しており、またワイヤーとのボンダビリティや電極強度が従来に比べて良好なオーミック電極が形成された半導体素子とすることができる。
【００５７】
また、第二金属層１７の蒸着源として用いる混合物中のＡｕＢｅ合金材料として、Ｂｅ濃度が１〜２ｗｔ％のものが用いられたものとすることができる。
このように、Ｂｅ濃度が安定している１〜２ｗｔ％のＡｕＢｅ合金をＡｕＢｅ合金材料として用いたものであれば、更にオーミック電極中のＢｅ濃度が低く、且つ安定した半導体素子とすることができる。
【００５８】
そして、熱処理後の第一金属層１６、第二金属層１７、第三金属層１８の合計のＢｅ濃度を、０．１〜０．５ｗｔ％とすることができる。
このように、熱処理後の第一金属層、第二金属層、第三金属層の合計のＢｅ濃度が０．１〜０．５ｗｔ％のオーミック電極が形成された半導体素子は、オーミック電極とｐ型半導体結晶との間の抵抗が小さなものであり、また、ワイヤーボンディングの際に、ワイヤーと電極の密着性に不良が発生する危険性が極力低いものとなっている。
【００５９】
更に、第一金属層１６の厚さが５〜１００ｎｍ、第二金属層１７の厚さが１０〜２００ｎｍ、第三金属層１８の厚さが５〜１００ｎｍであり、かつこれら三層の厚さの合計が３００ｎｍ以下とすることができる。
このように、各々の金属層の厚さや金属層の厚さの合計が上述の範囲内であれば、蒸着が長時間でないため生産性が良好であり、また、上述のような役割が十分に発揮される厚さとすることができる。
【００６０】
また、ｐ型のオーミック電極は、図４（ａ）の１５’に示すように、更に、第三金属層１８の直上にＴｉからなる第四金属層１９と、第四金属層１９の直上にＡｕからなる第五金属層２０とを有するものとすることができる。
このように、第三金属層上にＴｉからなる第四金属層が形成されたオーミック電極は、ｐ型半導体結晶から拡散してくるＧａ，Ａｌ等の元素や、ＡｕＢｅ層から拡散してくるＢｅが、その上部に形成された第五金属層に到達することをより強く抑制されたものとなっている。
またＴｉからなる第四金属層によってＧａやＢｅ等の不純物の拡散が抑制されているため、その上に形成されたＡｕからなる第五金属層の純度を高くできることによって、更に良好なワイヤーボンダビリティ特性のオーミック電極となっている。
【００６１】
そして、第四金属層１９は、厚さが５０〜１５０ｎｍとすることができる。
このように、第四金属層の厚さが５０〜１５０ｎｍであれば、生産性が十分に高く、ＧａやＢｅ等の不純物が上部の第五金属層へ拡散することを確実に抑制することができる厚さとすることができる。
【００６２】
更に、第五金属層２０は、厚さが１．５〜２μｍとすることができる。
第五金属層の厚さが１．５〜２μｍであれば、ワイヤーをボンディングする際に、密着強度が十分に高いものとすることができる。
【００６３】
そして、上述ような半導体素子１０からダイシングすることによって発光素子を得ることができる。ダイシングは従来と同様に図７（ｄ）に示したようなものとできる。
このような発光素子のｐ型のオーミック電極は、ワイヤーやｐ型半導体結晶と強く密着しているものである。このため、電極周りの不良が従来に比べて格段に少ない発光素子となっている。
【００６４】
ここで、発光素子中のｐ型のオーミック電極の面積が、ダイシング後のｐ型半導体結晶の表面積の５０％以下とすることができる。
このように、ｐ型のオーミック電極の面積が、ダイシング後のｐ型半導体結晶の表面積の５０％以下であれば、発光層からの光が電極で遮蔽される量を小さなものとすることができ、光の取り出し量を十分に高いものとすることができる。ここでいう表面積とは、電極が形成される表面の側の面積のことである。
【００６５】
上記のような、半導体素子や発光素子上のオーミック電極は、以下に示すような本発明の電極の形成方法によって形成することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下、本発明の電極の形成方法について図を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２は本発明の電極の形成方法の一例を示した工程フローである。
【００６６】
まず、各々が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｎ型半導体結晶と、発光層と、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のｐ型半導体結晶とを、気相成長等の方法によって作製する。
このｎ型半導体結晶と発光層とｐ型半導体結晶の作製は一般的な方法で行えばよく、例えばｎ型半導体結晶にＭＯＶＰＥ法によって発光層を気相成長させた後に、ｐ型半導体結晶をＨＶＰＥ法によって形成することができる。
【００６７】
その後、ｎ型半導体結晶の表面上に、ｎ型のオーミック電極を形成する。
この形成方法や電極の組成は、作製する半導体素子に合わせて適宜選択すればよい。
その後、ｎ側電極の電極パターンを形成する。
電極パターンの形成方法も一般的な方法を用いることができる。
【００６８】
その後、熱処理を行って、オーミック接触させる。
この熱処理も一般的な条件の熱処理とすることができる。
【００６９】
そして、ｐ型半導体結晶の表面上に、まず、第一金属層としてＡｕを蒸着させ、Ａｕ蒸着層を形成する。
【００７０】
その後、第一金属層上に第二金属層としてＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させてＡｕＢｅ合金層を形成する。
これは例えば、ＡｕＢｅ合金材料とＡｕを同じ抵抗加熱ボート、たとえばタングステンボートにいれて蒸着させればよい。
【００７１】
ここで、ＡｕＢｅ合金材料として、Ｂｅ濃度が１〜２ｗｔ％のものを用いることができる。これは以下に説明する理由による。
【００７２】
オーミック電極中のＢｅ濃度を減少させるためには、単純には蒸着時に用いるＡｕＢｅ合金材料のＢｅの濃度を落とせばよいように思われる。しかしながら、ＡｕＢｅ合金を材料使用するにあたり、いくつかの問題が存在する。
従来から用いているＡｕＢｅ合金材料としては、Ｂｅ濃度が約１ｗｔ％と約２ｗｔ％のものが用いられてきた。これは、合金材料としての安定性に由来する濃度である。
【００７３】
図３にＡｕＢｅ合金の状態図の概略を示す。横軸は、右側がＢｅ、左側がＡｕの割合が多いことを表す。今回、Ｂｅ濃度が１〜２ｗｔ％付近の場合について説明する。
原子数の割合で、Ｂｅ２０ａｔ％当たりに共晶点が存在する。重量％で言うと１．１ｗｔ％付近に共晶点がある。それ以下の場合には共晶点はなく、金の融点１０６０℃あたりから、右下がりの液相線がある、いわゆる共晶型Ｉの状態図であることがわかる。
同図から、Ｂｅが２０ａｔ％にある共晶点付近、つまりＢｅ濃度１．１ｗｔ％当たりは、Ｂｅの濃度が安定したまま合金が固化させられることがわかる。これ以下では、ＡｕとＡｕＢｅ１．１ｗｔ％が共晶状態で混ざって存在することとなる。共晶点に近いＡｕＢｅ１ｗｔ％は共晶の少ない、比較的Ｂｅ濃度が安定した合金を得ることができることとなる。
【００７４】
また、本発明で目的としているＢｅの低い側としては、例えばＢｅ濃度０．５ｗｔ％のＡｕＢｅ合金材料で考えてみると、１０００℃程度から０．５ｗｔ％の熔けたＡｕＢｅを冷却し固化させる場合、９４０℃付近から初晶としてＡｕが固体として析出し始めるが、かたやそこから５８０℃付近までは液相側からＡｕ１００％の固体が析出しながら液相中のＢｅ濃度は上昇する。そしてＢｅ濃度２０ａｔ％のＡｕＢｅが５８０℃で共晶することとなる。
つまり、ＡｕとＡｕＢｅ２０ａｔ％の共晶状態となる。全体としては０．５ｗｔ％であるが、部分的にはＢｅが０ｗｔ％と２ｗｔ％が混在することとなる。実際の合金は、１ｍｍφ程度のもので、０．５ｗｔ％の場合の共晶が均一に混在し固化しているとはいえず、Ｂｅが均一に分布していないものとなっている。従って、Ｂｅ濃度０．５ｗｔ％のＡｕＢｅ合金材料を用いると、蒸着させたＡｕＢｅ合金層中のＢｅ濃度が安定しない可能性がある。
【００７５】
従って、安定性が求められるオーミック電極の成膜にこのような状態の合金材料を用いるのは、あまり望ましくない。
また、一回の蒸着に用いられるオーミック電極の合金の絶対量は数ｇ以下であり、比重が大きいＡｕは、その原子数は更に少なくなって比重が更に減少してしまうため、更に望ましくない。
【００７６】
またＢｅ２ｗｔ％の場合、逆の傾きの液相線を持っており、また共晶点が無い領域で、やはり作製しにくいことがわかる。したがって、Ｂｅ濃度２ｗｔ％といっても、材料として保証はされないことがわかる。
ちなみに、その次の共晶点は、原子数割合で４０ａｔ％、重量割合で３ｗｔ％の辺りにある。いずれの共晶点は５８０〜６００℃近辺にある。
【００７７】
このようにＡｕＢｅ合金はＢｅ１．１ｗｔ％辺りに共晶点を有しているため、ＡｕＢｅ合金材料中のＢｅ濃度を低減（例えば０．５ｗｔ％）させたものを用いるとＢｅ濃度が過不足する恐れがある。
このように、合金材料として安定なＢｅ濃度が１〜２ｗｔ％のＡｕＢｅ合金材料を用いることによって、オーミック電極中のＢｅ濃度をより確実に低濃度で安定させることができる。
【００７８】
また、熱処理後に第一金属層、第二金属層、第三金属層の合計のＢｅ濃度が０．１〜０．５ｗｔ％となるように、ＡｕＢｅ合金材料とこれに混合するＡｕの量を調節することができる。
このように、熱処理後に第一金属層、第二金属層、第三金属層の合計のＢｅ濃度が０．１〜０．５ｗｔ％となるように、第二金属層を蒸着させる際にＡｕＢｅ合金材料とこれに混合するＡｕの量を調節することによって、オーミック電極中のＢｅ濃度を、オーミック性を取ることができる範囲内であって、且つ従来に比べてＢｅ濃度の低いオーミック電極を更に容易に形成することができる。
従って、ワイヤーボンディング特性及び半導体結晶との密着性が更に良好で、且つ半導体結晶と電極間の抵抗が十分に小さなオーミック電極を更に容易に形成することができる。
【００７９】
更に、第二金属層上に第三金属層としてＡｕを蒸着させる。
【００８０】
そして、第一金属層の厚さを５〜１００ｎｍ、第二金属層の厚さを１０〜２００ｎｍ、第三金属層の厚さを５〜１００ｎｍとし、かつ厚さの合計を３００ｎｍ以下とすることができる。
各々の金属層の厚さを上述の範囲となるように形成することによって、蒸着の時間を長時間にせずに済み、生産性を向上させることができる。また、各々の層が発揮することが求められる効果を十分に発揮させることができる。
【００８１】
また、第一金属層、第二金属層、第三金属層を形成する際に、更に、第三金属層の直上にＴｉからなる第四金属層、第四金属層の直上にＡｕからなる第五金属層を形成することができる。
このように、Ｔｉからなる第四金属層を第三金属層上に形成することによって、ｐ型半導体結晶からのＧａやＡｌ，Ｉｎ、ＡｕＢｅ層からのＢｅが上部に形成する第五金属層まで拡散することを強く抑制するバリアー層を設けることができ、最表面層である第五金属層中のＧａやＢｅ等の不純物濃度をより低減させることができる。
また、Ａｕからなる第五金属層を第四金属層上に形成することによって、更に良好なワイヤーボンダビリティ特性を得ることができる。
【００８２】
また、第四金属層の厚さを、５０〜１５０ｎｍとすることができる。
第四金属層の厚さを５０〜１５０ｎｍとすることによって、第五金属層へのＧａやＢｅ等の不純物の拡散を更に強く抑制することができる厚さとすることができ、また長時間蒸着させる必要がなく、製造時間の短縮を図ることができる。
【００８３】
そして、第五金属層の厚さを、１．５〜２μｍとすることができる。
このように、第五金属層の厚さを１．５〜２μｍとすることによって、より良好なワイヤーボンディング特性を得ることができる。
【００８４】
その後、電極パターンを形成する。
電極パターンの形成方法は一般的な方法を用いることができるが、特に、リフトオフ法、エッチング法のいずれかとすることが好ましい。
【００８５】
電極パターンの形成にエッチング法を用いることによって、短時間で、高い精度で電極パターンを形成することができる。
また、リフトオフ法であれば、高い精度で電極パターンを形成することができるとともに、環境負荷の大きな酸やアルカリ性薬液を用いるエッチング工程を行わずに済む。
【００８６】
その後、熱処理を行うことによって、金属層と半導体結晶とをオーミック接触させてオーミック電極を形成して半導体素子を製造することができる。
尚、本例示ではｎ型半導体結晶としてＡｌＧａＩｎＰにて表される半導体結晶を用いる場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ｎ型半導体結晶としてはＡｌＧａＩｎＰの他にＧａＡｓを用いることができる。
【００８７】
ここで、この熱処理の熱処理条件を、不活性ガス雰囲気中で、４００℃〜５００℃、１０〜１００分とすることができる。
このような熱処理条件であれば、第一金属層とｐ型半導体結晶をオーミック接触させることができる程度にＢｅを拡散させることができるとともに、各々の金属層が熱処理雰囲気と反応したり、熱によって劣化することを確実に防止することができる。
【００８８】
以上説明したように、まず、ＡｕＢｅ合金材料を単独で蒸着させるのではなく、ＡｕＢｅ合金材料とＡｕを同じボートに載せ、ＡｕＢｅ合金層中のＢｅ濃度を従来に比べて低くすることとした。また、Ｂｅが拡散する先として、ＡｕＢｅ合金層の両側にＡｕを蒸着させた。
【００８９】
これにより、第一層がＡｕＢｅ合金層ではなくＡｕ層となるため、蒸着時の密着度が向上し、また熱処理後にＢｅ濃度を従来より低くすることができる。
また、上下にＡｕ層を設けることで、熱処理中に、Ｂｅが下のＡｕ層（第一金属層）側に拡散し、それを通してｐ型半導体結晶に到達することとなる。つまり、Ｂｅ濃度を下げることができるとともに、オーミック抵抗の上昇の発生を防止することができる。
【００９０】
そして、ＡｕＢｅ合金自体は、Ａｕより硬く、脆い。つまり、蒸着後の成膜したＡｕＢｅ合金層の内部に残留する膜の応力は純Ａｕ層内部より強いと考えられる。実際、ＡｕＢｅ合金材料を直接蒸着させた場合に、剥離が発生することがあるが、Ａｕを蒸着させ、その後ＡｕＢｅ合金材料とＡｕの混合物を蒸着させると剥離は激減した。
これらの効果によって、良好なワイヤーボンダビリティが得られ、また熱処理後の密着も良く、ハガレにくく、また再現性の良いオーミック電極を形成することができる。
【００９１】
また、その後、電極を形成した半導体結晶（半導体素子）をダイシングする工程を行うことができる。
その後、ダイシングによるダメージを除去するためのエッチングや高輝度化のための粗面化処理等を任意で行うことによって発光素子を製造することができる。
【００９２】
本発明の電極の形成方法によって形成されたオーミック電極は、ワイヤーボンダビリティ特性が良好で、且つ密着性が高いため剥がれが発生しにくく、更に構造が安定しているものとなっている。このため、このような電極の形成方法を用いてオーミック電極が形成された発光素子は、電極周りの不良が従来に比べて格段に少ない。従って、歩留りよく高品質な発光素子を従来より安価に製造することができる。
【００９３】
ここで、電極の表面積を、ダイシング後のｐ型半導体結晶の表面積の５０％以下とすることができる。
電極の表面積を、ダイシング後のｐ型半導体結晶の表面積の５０％以下とすることによって、光の取り出しの障害となる電極面積を十分に小さくすることができるため、発光層からの光の取り出し量を十分に確保することができる。よって、発光輝度の強い発光素子を製造することができる。
【実施例】
【００９４】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
まず、ｎ型ＧａＰ層と、ＡｌＧａＩｎＰ発光層と、ｐ型ＧａＰ層からなる半導体結晶を作製した。
その後ｎ型ＧａＰ層の表面を硫酸過水で洗浄した後に純水で洗浄した。
そして１×１０６Ｔｏｒｒ程度の真空度でＡｕＳｉ／Ｎｉ電極の真空蒸着を行った。
その後、フォトリソ、パターンエッチング、レジスト剥離、熱処理の順で、ｎ側電極を形成した。
【００９５】
次に、ｐ型ＧａＰ層の表面を硫酸過水３：１：１で洗浄した後に純水で洗浄した。
その後、１×１０６Ｔｏｒｒ程度の真空度で、第一金属層としてＡｕを２０ｎｍ真空蒸着させた。
次に、第二金属層として、Ｂｅ濃度１ｗｔ％のＡｕＢｅ合金材料とＡｕを２：１の比率、つまりＢｅが０．６〜０．７ｗｔ％程度に薄まるよう混合した混合物をタングステンボートにセットし、加熱溶融させ、蒸気圧が低い状態で溶かして蒸発させ、ＡｕＢｅ合金層を厚さ６０ｎｍとなるように蒸着させた。
そして、第三金属層としてＡｕを２０ｎｍ真空蒸着させた。この三層の合計のＢｅ濃度は０．４ｗｔ％程度であった。
【００９６】
その第三金属層であるＡｕ層上に、第四金属層として、ＥＢガン蒸着によってＴｉを７０ｎｍ真空蒸着させた。このＴｉ層形成の際は、シャッターを閉めた状態で、蒸発しない程度の電流でＴｉインゴットを１０分程度電子ビームで加熱して、成膜内の水分、酸素、窒素などＴｉに吸着されているであろう成分を放出させる脱ガスを行った後にＴｉを蒸発させた。
そしてＴｉ層上に、第五金属層としてＡｕを１．５μｍ真空蒸着させた。
【００９７】
次に、フォトリソ法で１２０μｍ四角の電極を形成した。
その後、熱処理を行ってオーミック接触を得た。作製されたオーミック電極とｐＧａＰ層との抵抗を評価したところ、隣接する電極間で５Ω程度であった。また作製したオーミック電極の概略は、図４（ａ）の１５’に示すようなものであった。
【００９８】
その後、２８０μｍピッチで半導体素子をダイシングし、一辺が約２５０μｍの四角形の発光素子チップを切り出した。
その後、ダイシングの歪除去として、液温４０℃の硫酸過水で４分のエッチングを行って発光素子を作製した。
その後、素子表面に対して粗面化のエッチングを行い、光取り出し効率の向上を図った。
【００９９】
作製した発光素子に対し、以下に示すような評価実験を行った。
まず、作製したオーミック電極とｐ型ＧａＰ層の密着力を評価するために、シア強度を評価した。
また、工程途中や、最終段階での外観検査によって、電極に剥がれやめくれが発生しているか否かを評価した。
そして、２０ｍＡ通電した際の電極間の抵抗をカーブトレーサーを用いて評価した。これらの結果を表１に示す。
更に、電極の外観を評価するために、作製した電極の画像を撮影した。その結果を図５（ａ）に示す。
【０１００】
（比較例１）
図４（ｂ）に示すような構造の電極を作製した以外は実施例１と同様の方法で発光素子を製造した。
電極の形成は、第一層に、Ｂｅ濃度１ｗｔ％のＡｕＢｅ合金材料を真空蒸着させて厚さ２００ｎｍのＡｕＢｅ層３７を形成し、その後実施例１の第四金属層と同様の方法でＴｉを厚さ８０ｎｍ蒸着させてＴｉ層３９を形成し、更にその表面に厚さ１．５μｍのＡｕを蒸着させてＡｕ層４０を形成し、ｐ側電極３５を形成した。
【０１０１】
そして作製した発光素子に対して、実施例１と同様の評価を行った。
シア強度、外観検査、電極間抵抗の結果は表１に、電極画像は図５（ｂ）に示す。
【０１０２】
【表１】
2010239042.tif 000003
【０１０３】
ワイヤーボンディングのボールボンド部の剥離シア強度は、比較例１の電極では４０ｇであったのに対し、実施例１の電極は６０ｇと十分に強く、従来の構造に比べて２０ｇ程度向上していることが判った。
また、実施例１の電極は、剥がれやめくれもなく、良好な状態であった。これは、ＡｕＢｅ合金層の下地に当たるＡｕ層の効果と考えられる。またＡｕ中のＢｅ濃度が低くなったため、金の硬化が少なく純金に近づいたためと考えられる。
更に、実施例１の電極は比較例１の電極に比べて表面の視認性も良好で、装置でのカメラによる認識も良好であった。
【０１０４】
図５（ａ）に、実施例１のオーミック電極の外観を観察した様子を示す。
この図からもわかるとおり、実施例１の発光素子のｐ側オーミック電極は、２回の強酸、混酸によるエッチングの後にもかかわらず、下地からのハガレ、ＡｕＢｅ合金層とＴｉ層と間での剥離、またはＴｉ層そのもののサイドエッチングによる、電極外周のめくれ等の不良も発生していない。
これに対して、図５（ｂ）に示すように、比較例１のオーミック電極には、めくれが発生しているものがあった。また、表面も実施例１の電極に比べて荒れていることがわかった。
【０１０５】
（実施例２−４、比較例２−４）
実施例１において、電極の形状やサイズを変えた（電極幅を１００μｍとした（実施例２）、電極を直径８０μｍの円形とした（実施例３）、電極を直径６０μｍの円形とした（実施例４））以外は実施例１と同様の方法で発光素子を製造した。
また、比較例１において、電極の形状やサイズを変えた（電極幅を１００μｍとした（比較例２）、電極を直径８０μｍの円形とした（比較例３）、電極を直径６０μｍの円形とした（比較例４））以外は比較例１と同様の方法で発光素子を製造した。
そして作製したオーミック電極のｐ型ＧａＰ層との密着性を評価するために、実施例１〜４，比較例１〜４の半導体素子や発光素子に対して以下のような評価実験を行った。
【０１０６】
まず、熱処理前に、粘着シート（ＳＰＶ−２２４テープ（日東電工製））によるピールオフ試験や、粘着シート（ＴＲ−２０テープ（ツカサ商会製））によるピールオフ試験を行った。また、熱処理後にスクラッチテストを行った。その結果を表２にまとめて示す。
表２中において、ピールオフ試験の結果の欄の◎、○、△、×は、◎；剥がれ無し、○；エッジ部にめくれ無し、△；エッジ部にめくれ有り、×；剥がれるもの有り、を示すものである。またスクラッチテストの欄の◎、○、△、×は、◎；容易に剥がれず、○；一部削れる、△；電極エッジのめくれ有り、×；簡単に剥がれるものあり、を示すものである。
【０１０７】
【表２】
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【０１０８】
表２に示すように、実施例１〜４の発光素子のオーミック電極は、熱処理前の２種類のピールオフ試験や熱処理後のスクラッチテスト全てで良好な結果であり、ｐ型ＧａＰ層との密着性が非常によいことが判った。また、電極サイズが小さくなっていっても、密着力の低下が見受けられなかった。
これに対し、比較例１〜４の発光素子の電極は、電極面積が小さくなるほどｐ型ＧａＰ層との密着力が弱くなっていることが判った。
これらの結果から、本発明の電極の形成方法は、電極のサイズが小型になればなるほどその効果が大きいことが判った。
【０１０９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１０】
３…半導体結晶、  ５…オーミック電極、  ７…オーミック層、  ９…ボンディングパッド層、
１０…半導体素子、
１１…ｎ型半導体結晶、  １２…発光層、  １３…ｐ型半導体結晶、
１４…（ｎ型）オーミック電極、  １５，１５’…（ｐ型）オーミック電極、
１６…第一金属層、  １７…第二金属層、  １８…第三金属層、  １９…第四金属層、  ２０…第五金属層、
２１…ｎ−ＧａＰ層（ｎ型半導体結晶）、  ２２…発光層、  ２３…ｐ−ＧａＰ層（ｐ型半導体結晶）、
２４…ｎ側電極、  ２５…ｐ側電極、
２６…半導体素子、  ２７…発光素子、
３５…オーミック電極（ｐ側電極）、  ３７…ＡｕＢｅ層、  ３９…Ｔｉ層、  ４０…Ａｕ層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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