(57)【要約】【課題】  金属ワイヤとの密着性が高く、かつ透明導電膜との界面における接触抵抗を低減させた、導電接続部としての金属複合膜を有する電極膜およびその製造方法、ならびに、この半導体素子用電極膜を具える発光素子を提供する。【解決手段】  被成膜体上にチタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜を形成する工程と、該透明導電膜上に、外部との導電接続部としてＮｉ含有膜およびＡｕ含有膜を有する金属複合膜を形成する工程とを具えることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜体上にチタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜を形成する工程と、
該透明導電膜上に、外部との導電接続部としてＮｉ含有膜およびＡｕ含有膜を有する金属複合膜を形成する工程と
を具えることを特徴とする導電接続部付き半導体素子用電極膜の製造方法。
【請求項２】
前記金属複合膜は、電子ビーム蒸着法により形成される請求項１に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜の製造方法。
【請求項３】
チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜と、
外部との導電接続部として前記透明導電膜上に形成されたＮｉ含有膜および該Ｎｉ含有膜上に形成されたＡｕ含有膜を有する金属複合膜と
を具えることを特徴とする導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【請求項４】
前記透明導電膜と前記Ｎｉ含有膜との間の接触抵抗が、２×１０−４Ω／ｃｍ２以下である請求項３に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【請求項５】
前記Ｎｉ含有膜の厚さは、１０〜１００ｎｍである請求項３または４に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【請求項６】
前記Ｎｉ含有膜中のＮｉ含有量は、１０質量％以上である請求項３、４または５に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【請求項７】
前記Ａｕ含有膜の厚さは、１００ｎｍ〜５μｍである請求項３〜６のいずれか一項に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【請求項８】
前記Ａｕ含有膜中のＡｕ含有量は、９９質量％以上である請求項３〜７のいずれか一項に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれか一項に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜を具える発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発光素子等に用いられる導電接続部付き半導体素子用電極膜およびその製造方法、ならびに、この半導体素子用電極膜を具える発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード等の発光素子の電極には、可視光を透過し、かつ導電性の高い透明導電膜を用いるのが一般的である。この透明導電膜としては、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などが広く知られ、例えば、特許文献１には、半導体積層体上にＩＴＯからなる透明導電膜を形成した例が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２２５１７８号公報
【０００４】
このように、透明導電膜としてＩＴＯやＺｎＯを用いた場合、可視領域（380nm〜780nm）の光は80％以上透過させることができるが、赤外領域（800〜900nm）の光透過率は75%程度と低く、例えば赤外通信の用途に使用する場合、赤外光の十分な強度を実現することができないという問題があった。
【０００５】
この問題を解決すべく、特許文献２には、透明導電膜として、可視領域だけではなく赤外領域においても光透過性に優れ、かつ低抵抗値を有するチタンドープ酸化インジウムを用いる技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献２】特開２００４−２０７２２１号公報
【０００７】
ところで、上述したような透明導電膜を発光素子等に用いる場合、透明導電膜と所定の回路とをＡｕやＡｌ等の金属ワイヤで導電接続する必要がある。ここで重要となるのが金属ワイヤと透明導電膜との密着性、および、金属ワイヤと透明導電膜との界面における接触抵抗である。金属ワイヤと透明導電膜との密着性が悪ければ、ワイヤボンディング時の歩留まりが低下し、信頼性が低下することとなる。また、金属ワイヤと透明導電膜との界面における接触抵抗が大きいと、発光素子等における消費電力の増加、発熱による発光効率の低下、および出力経時変化の特性に悪影響を与えることとなる。
【０００８】
これら問題を解決するため、特許文献３には、ＩＴＯ透明導電膜上にＮｉ／Ａｕ金属複合膜を形成し、この金属膜に金属ワイヤを導電接続する技術が開示されている。また、この他にも、ＩＴＯ透明導電膜上にＴｉ／Ａｕ金属複合膜、そしてチタンドープ酸化インジウム透明導電膜上にＴｉ／Ａｕ金属複合膜を形成する技術も知られているが、これら技術では、金属ワイヤと金属複合膜との密着性は高いものの、金属複合膜と透明導電膜との間の界面における接触抵抗が大きく、優れた発光素子特性を実現することができなかった。
【０００９】
【特許文献３】特開２００１−３４２１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、透明導電膜として、赤外領域の光透過率が高いチタンドープ酸化インジウムを使用した場合について、金属ワイヤとの密着性が高く、かつ透明導電膜との界面における接触抵抗を低減させた導電接続部付き半導体素子用電極膜およびその製造方法、ならびに、この半導体素子用電極膜を具える発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）被成膜体上にチタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜を形成する工程と、該透明導電膜上に、外部との導電接続部としてＮｉ含有膜およびＡｕ含有膜を有する金属複合膜を形成する工程とを具えることを特徴とする導電接続部付き半導体素子用電極膜の製造方法。
【００１２】
（２）前記金属複合膜は、電子ビーム蒸着法により形成される上記（１）に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜の製造方法。
【００１３】
（３）チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜と、外部との導電接続部として前記透明導電膜上に形成されたＮｉ含有膜および該Ｎｉ含有膜上に形成されたＡｕ含有膜を有する金属複合膜とを具えることを特徴とする導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【００１４】
（４）前記透明導電膜と前記Ｎｉ含有膜との間の接触抵抗が、２×１０−４Ω／ｃｍ２以下である上記（３）に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【００１５】
（５）前記Ｎｉ含有膜の厚さは、１０〜１００ｎｍである上記（３）または（４）に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【００１６】
（６）前記Ｎｉ含有膜中のＮｉ含有量は、１０質量％以上である上記（３）、（４）または（５）に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【００１７】
（７）前記Ａｕ含有膜の厚さは、１００ｎｍ〜５μｍである上記（３）〜（６）のいずれか一に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【００１８】
（８）前記Ａｕ含有膜中のＡｕ含有量は、９９質量％以上である上記（３）〜（７）のいずれか一に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜。
【００１９】
（９）上記（３）〜（８）のいずれか一に記載の導電接続部付き半導体素子用電極膜を具える発光素子。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜上に、外部との導電接続部として所定の金属複合膜を形成することにより、金属ワイヤと電極膜との密着性を向上させ、かつ透明導電膜と金属複合膜との界面における接触抵抗を低減させた導電接続部付き半導体素子用電極膜およびその製造方法、ならびに、この半導体素子用電極膜を具える発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の導電接続部付き半導体素子用電極膜の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら以下で説明する。なお、図中のハッチングは便宜上施したものである。
図１は、本発明に従う導電接続部付き半導体素子用電極膜を示し、図１（ａ）は導電接続部付き半導体素子用電極膜の模式的な断面図であり、図１（ｂ）は導電接続部付き半導体素子用電極膜の模式的な正面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、本発明に従う導電接続部付き半導体素子用電極膜１の製造方法は、被成膜体２上にチタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜３を形成する工程と、この透明導電膜３上に、外部との導電接続部としてＮｉ含有膜４およびＡｕ含有膜５を有する金属複合膜６を形成する工程とを具え、かかる構成を有することにより、金属ワイヤと電極膜１との密着性を向上させ、かつ透明導電膜３とＮｉ含有膜４との界面における接触抵抗を低減させた導電接続部付き半導体素子用電極膜を製造することができるものである。
【００２３】
前記被成膜体２は、その上に電極膜１を形成することにより、例えば発光素子、太陽電池、または光検出素子等を構成するような任意の積層体とすることができる。
【００２４】
前記チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜３は、スパッタリング法により形成するのが好ましい。この場合、ターゲットとしてはチタン含有割合が０．０１〜１０質量％のチタンドープ酸化インジウムを用い、スパッタリング電力は１〜１００Ｗとする。また、成膜雰囲気は、例えば、成膜前の圧力を１×１０−４〜１×１０−７Ｐａまで減圧後、酸素含有割合が０．００１〜１０％になるようにＡｒガスとＯ２ガスを混合した雰囲気を形成し、成膜圧力を１×１０−２〜１×１０１Ｐａに調整する。また、成膜前の被成膜体２の温度は室温（１５〜４０℃）とする。
【００２５】
本発明の導電接続部付き半導体素子用電極膜の製造方法は、透明導電膜３上に、外部との導電接続部としてＮｉ含有膜４およびＡｕ含有膜５を有する金属複合膜６を形成する工程を具える。これらＮｉ含有膜４およびＡｕ含有膜５は、前記チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜３上に、リソグラフィ法により所定のリフトオフパターンを形成した後に設けられ、その後、前記リフトオフパターンを除去することにより透明導電膜３の一部を発光面として露出させるのが好ましい。図１に一例が示されているが、透明導電膜３上に残るＮｉ含有膜４およびＡｕ含有膜５の形状及びサイズは、製造する発光素子の内容に合わせたものとすることができる。なお、このリフトオフパターンは、例えば、１５〜５０℃のリムーバ中に０．１〜５分間含浸後、超音波処理または遥動を施すことにより除去することができる。
【００２６】
前記Ｎｉ含有膜４および前記Ａｕ含有膜５は、例えば、抵抗加熱型蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法等により形成することができ、特に、電子ビーム蒸着法により形成するのが好ましい。この電子ビーム蒸着法は、所定の電子ビーム蒸着装置を用いて行われ、抵抗加熱型蒸着法と比較すると、蒸着原料の温度制御性がよく、膜の結晶性が良いという利点を有する。また、スパッタ法と比較しても、高真空で成膜できるため膜質（純度）が良く、プラズマが不要であり表面平滑性が高くなるという利点を有する。さらに、イオンプレーティング法は、原料と蒸着先（基板）の間に電圧を印加するが、電子ビーム蒸着法は、その必要がない分、コストを安くすることができる。
【００２７】
この場合、Ｎｉ含有膜４の成膜温度は室温（１５〜４０℃）とし、成膜雰囲気は、例えば、成膜前の圧力を５×１０−５Ｐａ未満まで減圧後、高純度のＮｉを蒸発させ、圧力を１×１０−4Ｐａ未満に調整することにより形成する。
【００２８】
また、Ａｕ含有膜５は、前記Ｎｉ含有膜４形成後連続して形成し、成膜雰囲気は、例えば、高純度のＡｕを蒸発させ、圧力を１×１０−4Ｐａ未満に調整する。
このようにして、図１に示されるような電極膜１を製造することができる。
【００２９】
次に、本発明の導電接続部付き半導体素子用電極膜の実施形態について、図面を参照しながら以下で説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、本発明の導電接続部付き半導体素子用電極膜１は、チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜３と、外部との導電接続部としてこの透明導電膜３上に形成されたＮｉ含有膜４およびこのＮｉ含有膜４上に形成されたＡｕ含有膜５を有する金属複合膜６と具え、かかる構成を有することにより、金属ワイヤと電極膜１との密着性を向上させ、かつ透明導電膜３とＮｉ含有膜４との界面における接触抵抗を低減させた導電接続部付き半導体素子用電極膜１を提供することができるものである。
【００３０】
前記透明導電膜３と前記Ｎｉ含有膜４との間の接触抵抗は、２×１０−４Ω／ｃｍ２以下であるのが好ましい。接触抵抗が２×１０−４Ω／ｃｍ２を超えると、消費電力の増加や発熱によりこの電極膜を用いるデバイスに悪影響を与えるおそれがあるためである。
【００３１】
前記Ｎｉ含有膜４の厚さは、１０〜１００ｎｍであるのが好ましい。厚さが１０ｎｍ未満だと、Ｎｉが膜構造を形成せずに抵抗が大きくなるおそれがあり、また、１００ｎｍを超えても、単に工程時間を増大させるだけで何ら意味がないためである。
【００３２】
前記Ｎｉ含有膜４のＮｉ含有量は、１０質量％以上であるのが好ましい。含有量が１０質量％未満だと、密着性不良となるおそれがあるためである。残部は、Ｇａ、ＡｓまたはＡｌとすることができる。
【００３３】
前記Ａｕ含有膜５の厚さは、１００ｎｍ〜５μｍであるのが好ましい。厚さが１００ｎｍ未満だと、金属ワイヤ接続の際、接触不良等の不具合が生じるおそれがあり、また、５μｍを超えた場合、コストの増加を招くおそれがあるためである。
【００３４】
前記Ａｕ含有膜５のＡｕ含有量は、９９質量％以上であるのが好ましい。含有量が９９質量％未満だと、金属ワイヤ接続の際、接触不良等の不具合が生じるおそれがあるためである。
【００３５】
また、本発明に従う導電接続部付き半導体素子用電極膜１は、上述した本発明に従う導電接続部付き半導体素子用電極膜の製造方法を用いて製造するのが好ましい。
【００３６】
次に、本発明の発光素子の実施形態について、図面を参照しながら以下で説明する。
図２は、本発明に従う発光素子を示し、図２（ａ）は発光素子の模式的な断面図であり、図２（ｂ）は発光素子の模式的な正面図である。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、本発明に従う発光素子１００は、上述した本発明に従う導電接続部付き半導体素子用電極膜１と、例えば、裏側電極１０１、基板１０２、下側クラッド層１０３、発光層１０４、上側クラッド層１０５とを具え、かかる構成を有することにより、金属ワイヤと電極膜１との密着性を向上させ、かつ透明導電膜３とＮｉ含有膜４との界面における接触抵抗を低減することにより、発光素子における消費電力の増加、発熱による発光効率の低下、および出力経時変化の特性を向上させることができるものである。
【００３８】
上述したところは、本発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
石英基板上に、スパッタリング法を用いてチタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜（膜厚：５５０ｎｍ）を形成した。ターゲットとしてチタン含有割合が１質量％のチタンドープ酸化インジウムを用い、スパッタリング電力は２０Ｗとした。また、成膜雰囲気は、成膜前の圧力を８×１０−５Ｐａまで減圧後、酸素含有割合が０．０３％となるようにＡｒガスとＯ２ガスを混合した雰囲気を形成し、雰囲気を導入して成膜圧力を１Ｐａに調整した。なお、成膜前の石英基板の温度は室温（２３℃）とした。
【００４０】
次に、リソグラフィ法を用いて、チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜上に、同心円状のリフトオフパターンを形成した。このリフトオフパターンは、図３に一例として示されたように、その後形成されるＮｉ含有膜およびＡｕ含有膜が同心円状の隙間ｄを有するよう形成した。
【００４１】
その後、電子ビーム蒸着法を用いて、チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜上にＮｉ含有膜（膜厚：１０ｎｍ）を形成した。Ｎｉ含有膜の成膜温度は室温（２３℃）とし、成膜雰囲気は、成膜前の圧力を５×１０−５Ｐａ未満まで減圧後、Ｎｉ（９９．９５％）を蒸発させ、圧力を１×１０−４Ｐａ未満に調整した。
【００４２】
次に、電子ビーム蒸着法を用いて、Ｎｉ含有膜上にＡｕ含有膜（膜厚：３５０ｎｍ）を形成した。Ａｕ含有膜は、前記Ｎｉ含有膜と同じ電子ビーム蒸着装置内で連続して形成し、成膜雰囲気は、高純度のＡｕ（９９．９９％）を蒸発させ、圧力を１×１０−４Ｐａ未満に調整した。なお、上記Ｎｉ含有膜およびＡｕ含有膜の膜厚は水晶振動子型膜厚計により測定したものである。
【００４３】
最後に、前記リフトオフパターンを３０℃のリムーバ中に５分間含浸後、超音波処理を施すことにより除去し、本発明に従う電極膜を製造した。
【００４４】
（実施例２）
前記Ｎｉ含有層の膜厚を３０ｎｍに形成したこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従う電極膜を製造した。
【００４５】
（実施例３）
前記Ｎｉ含有層の膜厚を５０ｎｍに形成したこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従う電極膜を製造した。
【００４６】
（実施例４）
前記Ｎｉ含有層の膜厚を７０ｎｍに形成したこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従う電極膜を製造した。
【００４７】
（実施例５）
前記Ｎｉ含有層の膜厚を１００ｎｍに形成したこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従う電極膜を製造した。
【００４８】
（比較例１）
前記Ｎｉ含有層の代わりに、電子ビーム蒸着法を用いて、Ｔｉ（９９％以上）を蒸発させてＴｉ含有膜（膜厚：５０ｎｍ）を形成したこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従う電極膜を製造した。
【００４９】
（比較例２）
前記チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜の代わりに、スパッタリング法を用いて、スズドープ酸化インジウムからなる透明導電膜（膜厚：５５０ｎｍ、ターゲット：スズ含有割合が１０質量％のスズドープ酸化インジウム）を形成したこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従う電極膜を製造した。
【００５０】
（評価１）
上記実施例１〜５および比較例１〜２について、ＣＴＬＭ(Circuit Transmission Line Model)法を用いて、透明導電膜とその直上の下側金属膜との間の接触抵抗を測定した。この測定は、各実施例につき、図３の間隔ｄを５，１０，１５，２０，２５，３０，４５，６０，７５μｍとなるように形成して同心円の内側部分と外側部分との間の電気抵抗を測定し、間隔ｄを横軸、測定した電気抵抗を縦軸としたときの電気抵抗値の近似的な一次直線の、縦軸との切片を２Ｒｃ、横軸との切片をＬｔ、電極幅Ｗ（Ｗ＝2μｍ）として、下記計算式を用いて接触抵抗ρｃの値を計算したものである。
記
ρｃ＝Ｒｃ×Ｌｔ×Ｗ
【００５１】
また、上記実施例１〜５および比較例１〜２について、赤外光（850nm）の透過率を測定した。この測定は、UV-3100PC（島津製作所製）により測定したものである。
【００５２】
表１に、実施例１〜５および比較例１〜２の接触抵抗の値および赤外光透過率を示し、図４に、横軸を下側金属膜の膜厚、縦軸を接触抵抗としたときの各接触抵抗の値をプロットしたグラフを示す。
【００５３】
【表１】
2010073820.tif 000003
【００５４】
図４から明らかなように、本発明に従う実施例１〜５における透明導電膜とＮｉ含有膜との間の接触抵抗は、比較例１〜２における透明導電膜とその直上の下側金属膜との間の接触抵抗よりも大幅に低減できていることが分かる。
【００５５】
（評価２）
上記実施例１〜５および比較例１〜２で作成した金属膜について、EIAJ ED-4703 K-113に規定された方法でボールシェア強度（ワイヤボンディング強度）を測定し、金属膜の密着性を評価した。測定装置は、2400PC（DAGE社製）を使用した。評価方法は以下の通りである。
○  ボールシェア強度が70gf以上
×  ボールシェア強度が70gf未満
一般に、ボールシェア強度が70gf以上あれば、実用的に十分な密着強度があり、70gf未満の場合には、密着強度不足である。
【００５６】
表１に、ボールシェア強度の測定結果を示す。
【００５７】
表１から明らかなように、本発明に従う実施例１〜５における金属ワイヤと電極膜との間の密着性は良好であることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜上に、導電接続部として所定の金属複合膜を形成することにより、金属ワイヤと電極膜との密着性を向上させ、かつ透明導電膜と金属複合膜との界面における接触抵抗を低減させた導電接続部付き半導体素子用電極膜およびその製造方法、ならびに、この半導体素子用電極膜を具える発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１（ａ）は半導体素子用電極膜の模式的な断面図であり、図１（ｂ）は半導体素子用電極膜の模式的な正面図である。
【図２】図２（ａ）は発光素子の模式的な断面図であり、図２（ｂ）は発光素子の模式的な正面図である。
【図３】図３（ａ）は、接触抵抗を測定するための本発明に従う導電接続部付き電極膜の断面図であり、図３（ｂ）は、接触抵抗を測定するための本発明に従う導電接続部付き電極膜の正面図である。
【図４】図４は下側金属膜の膜厚と接触抵抗値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１  導電接続部付き半導体素子用電極膜
２  被成膜体
３  チタンドープ酸化インジウムからなる透明導電膜
４  Ｎｉ含有膜
５  Ａｕ含有膜
６  金属複合膜
ｄ  隙間
１００  発光素子
１０１  裏側電極
１０２  基板
１０３  下側クラッド
１０４  発光層
１０５  上側クラッド
【図１】
2010073820.tif 000004
【図２】
2010073820.tif 000005
【図３】
2010073820.tif 000006
【図４】
2010073820.tif 000007