(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系化合物半導体発光層の上に、Ｎｉからなる薄膜とＣｕ、Ｐｄ、Ｒｈの群から１つ以上選択された金属よりなる薄膜とが交互に１組み以上積層されてなる透光性電極を有し、
前記透光性電極上にボンディング用電極を有し、
前記透光性電極は、窒化ガリウム系化合物半導体側にＮｉからなる薄膜が位置し、表面側に前記選択された金属からなる薄膜が位置する構造である
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造。
【請求項２】
前記透光性電極は、Ｎｉからなる薄膜とＣｕ、Ｐｄ、Ｒｈの群から１つ以上選択された金属よりなる薄膜とが交互に２組み以上積層されてなるものである
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発光素子の電極構造。
【請求項３】
窒化ガリウム系化合物半導体発光層の上に、ボンディング用電極を有し、
前記ボンディング用電極の上に、当該ボンディング用電極の上面を全面的に覆う、Ｎｉからなる薄膜と熱的に安定な金属からなる薄膜とが交互に１組み以上積層されてなる透光性電極を有し、
前記透光性電極は、窒化ガリウム系化合物半導体側にＮｉからなる薄膜が位置し、表面側に前記選択された金属からなる薄膜が位置する構造である
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造。
【請求項４】
前記熱的に安定な金属が、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｒｈの群から１つ以上選択された金属よりなる
ことを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造。
【請求項５】
窒化ガリウム系化合物半導体発光層の上に、第１の透光性電極を有し、前記第１の透光性電極上にボンディング用電極を有し、
前記ボンディング用電極の上に、当該ボンディング用電極を覆うように、Ｎｉからなる薄膜と熱的に安定な金属からなる薄膜とが交互に１組み以上積層されてなる第２の透光性電極を有し、
前記第２の透光性電極は、第１の透光性電極側にＮｉからなる薄膜が位置し、表面側に熱的に安定な金属からなる薄膜が位置する構造である
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造。
【請求項６】
前記熱的に安定な金属が、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈの少なくとも１種類からなる
ことを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造。
【請求項７】
前記ボンディング用電極は、Ｎｉからなるボンディング用電極と、その上にＡｕからなるボンディング用電極が積層された構造である
ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色から紫外光領域で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造に関し、特に、窒化ガリウム系化合物半導体層上に透光性電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造として、特開平７−１０６６３号公報に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を図７に示す。
【０００３】
まず、絶縁性のサファイア基板１の上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３が形成され、更にその表面上にＮｉ及びＡｕを積層した合金からなる透光性電極４と、Ａｕ単体、またはＡｕに加えて、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｐｔから少なくとも１種類を含む合金からなるボンディング用電極５が形成されている。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２上にｎ型電極６を形成した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、透光性電極４は、発光波長領域にて透光性を保つため非常に薄い膜で形成されている。そのため、透光性電極４とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３とのオーミック特性を得るために、熱処理中（アニール中）に露出した表面から透光性電極のＮｉが変質し、そのためオーミック特性が悪化し、発光効率の低下を招くことになる。このようなＮｉの変質が生じるのは、窒化ガリウム系材料はオーミック接触を十分に行うことが困難であるため、高い温度で熱処理を行う必要があるからである。
【０００５】
さらに、透光性電極４は、非常に薄い膜であるので、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３及びボンディング用電極５との密着性が悪く、ワイヤーボンディング時に剥がれ易くなる問題が生じた。
【０００６】
従って、ワイヤーボンディング時に透光性電極４及びボンディング用電極５の剥れをなくすことでワイヤーボンディグ時の歩留りが向上し、且つ、発光効率の低下を押さえることのできる信頼性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、窒化ガリウム系化合物半導体発光層の上にＮｉからなる薄膜とＡｕからなる薄膜が少なくとも１組以上交互に積層された透光性電極を有し、前記透光性電極上にボンディング用電極を有し、前記透光性電極は、Ｎｉからなる薄膜とＡｕからなる薄膜が少なくとも１組以上交互に積層され、窒化ガリウム系化合物半導体側がＮｉからなり、表面側がＡｕからなることを特徴とする。このような構造を形成することにより、透光性電極のＮｉの変質を防ぐことができ、窒化ガリウム系化合物半導体層と透光性電極とのオーミック特性を維持し、それに伴う発光効率の低下を生じさせないことが可能となる。
【０００８】
また、窒化ガリウム系化合物半導体発光層の上にボンディング用電極を有し、前記ボンディング用電極を覆うようにＮｉからなる薄膜とＡｕからなる薄膜が少なくとも１組以上交互に積層された透光性電極を有し、前記透光性電極は、窒化ガリウム系化合物半導体側がＮｉからなり、表面側がＡｕからなることを特徴とする。
【０００９】
また、ボンディング用電極を覆うようにＮｉとＡｕからなる多層構造の透光性電極を形成することにより、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とボンディング用電極の付着力を一層強めることができる。さらに多層構造の透光性電極の最表面をＡｕにすることでＡｕワイヤーと付着力を強めることができる。そのため、ワイヤーボンディング時にボンディング用電極の剥がれを少なくすることが可能となる。
【００１０】
また、多層構造の透光性電極とＡｕからなるボンディング用電極Ａｕの間に密着性を向上させるＮｉからなるボンディング用電極を形成することにより、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とボンディング用電極Ａｕの付着力が強くなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明によって作製された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の摸式図を図１に示す。
【００１３】
絶縁性のサファイア基板１の上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３が形成され、更にその表面上にＮｉ、Ａｕの順に交互に積層された透光性電極７と、Ｎｉ単体からなるボンディング用電極８とＡｕ単体からなるボンディング用電極９が形成されている。透光性電極７は、最もｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３側はＮｉからなり、最も表面側はＡｕからなる。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２上にｎ型電極６を形成した。
【００１４】
上記のような本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程について図４に示す。
【００１５】
まず、ＭＯＣＶＤ法で、絶縁性のサファイア基板１上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２を積層する。次に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３を積層し、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面の所望の領域に電子ビーム蒸着法でＮｉとＡｕとを交互に２．５ｎｍずつ積層した透光性電極７を形成する。
透光性電極７の膜厚は、発光波長において十分透過する厚さに設定する。
【００１６】
ｐ型窒化ガリウム系化合物層３と透光性電極７のＮｉとのオーミック特性を得るため、５００℃のアニールを３分間行う。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２上にｎ型電極６を形成した。この時の製造工程断面図を図４（ａ）に示す。
【００１７】
次に、透光性電極７上に電子ビーム蒸着法でＮｉからなるボンディング用電極８を形成し、更に、Ａｕからなるボンディング用電極９を形成する。この時の製造工程断面図を図４（ｂ）に示す。
【００１８】
本実施の形態では、透光性電極７はＮｉとＡｕとを交互に積層した多層構造からなるが、アニール温度に対して熱的に安定な金属からなる薄膜とＮｉとからなる多層構造でもよい。熱的に安定な金属としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の少なくとも１種からなる金属が好ましい。透光性電極７の形成方法は、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法を用いてもよい。Ａｕからなるボンディング用電極９は、Ａｕワイヤーとの密着性向上させるためにＡｕを用いた。
【００１９】
（実施の形態２）
本発明によって作製された別の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の摸式図を図２に示す。
【００２０】
絶縁性のサファイア基板１の上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３が形成され、更にその表面上に、Ｎｉからなるボンディング用電極８が形成されている。更に、その上に、Ａｕからなるボンディング用電極９が形成されており、Ａｕからなるボンディング用電極９を覆うようにＮｉとＡｕとを交互に積層した透光性電極１０が形成されている。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２上にｎ型電極６を形成した。透光性電極１０は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層側はＮｉからなり、表面側はＡｕからなっている。
【００２１】
上記のような本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程について図５に示す。
【００２２】
まず、実施の形態１と同様に形成されたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面に、電子ビーム蒸着法で形成されたＮｉからなるボンディング用電極８を形成し、その上に電子ビーム蒸着法で形成されたＡｕからなるボンディング用電極９を形成した。次に、Ｎｉからなるボンディング用電極８と、Ａｕからなるボンディング用電極９のアニールを５００℃、３分間行う。この時の製造工程断面図を図５（ａ）に示す。
【００２３】
Ａｕからなるボンディング用電極９を覆うように、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面の所望の領域にＮｉとＡｕの順に交互に積層した透光性電極１０を電子ビーム蒸着法で１５ｎｍの厚さで形成する。次に、透光性電極１０のアニールを４００℃、３分で行う。この時の製造工程断面図を図５（ｂ）に示す。
【００２４】
透光性電極１０は、２層構造でなくとも多層構造としても、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層側をＮｉとし、表面側をＡｕの順に構成にしておればよい。多層膜構造とした時の製造工程断面図を図５（ｃ）に示す。
【００２５】
次に、ワイヤーボンディングを行うと、透光性電極１０が薄膜であるため、透光性電極１０を突き破ってボンディング用電極９と接続される。
【００２６】
ここで、ボンディング用電極８、９のアニールは透光性電極１０のアニールの前に行われている上に、透光性電極１０のアニール温度はボンディング用電極８、９のアニールの温度より低いため、透光性電極１０の変質が発生することはない。さらに、Ａｕからなるボンディング用電極９の表面上にＮｉとＡｕとを積層させる構造の透光性電極１０を形成することにより、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３とＮｉからなるボンディング用電極８の付着力を強めることができる。
【００２７】
透光性電極１０は熱的に安定な金属であるＡｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の少なくとも１種とＮｉからなる多層構造でも構わない。Ａｕからなるボンディング用電極９はＡｕワイヤーとの接着性向上のためＡｕを用いた。
【００２８】
透光性電極の形成方法として、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法等を用いることができる。
【００２９】
（実施の形態３）
本発明のまた別の実施の形態によって作製された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の摸式図を図３に示す。
【００３０】
絶縁性のサファイア基板１の上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３が形成され、その上にＮｉからなる第１の透光性電極１１が形成され、その上にＮｉからなるボンディング用電極８が形成されている。更に、その上に、Ａｕからなるボンディング用電極９が形成されており、Ａｕからなるボンディング用電極９を覆うように電子ビーム蒸着法で２．５ｎｍずつの膜厚でＮｉとＡｕとを交互に積層した第２の透光性電極１２が形成されいる。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２上にｎ型電極６を形成した。第２の透光性電極１２は、第１の透光性電極側がＮｉであり、表面側がＡｕである。
【００３１】
上記のような本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程について図６に示す。
【００３２】
まず、実施の形態１と同様に形成されたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体３の表面に、電子ビーム蒸着法で２．５ｎｍの膜厚のＮｉからなる第１の透光性電極１１を形成する。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２上にｎ型電極６を形成した。この時の製造工程断面図を図６（ａ）に示す。
【００３３】
この上に、電子ビーム蒸着法で形成されたＮｉからなるボンディング用電極８を形成する。この時の製造工程断面図を図６（ｂ）に示す。
【００３４】
その上に電子ビーム蒸着法で形成されたＡｕからなるボンディング用電極９を形成した。ｐ型ボンディング用電極９を覆うように、ＮｉとＡｕとを順に交互に積層した第２の透光性電極１２を電子ビーム蒸着法で２．５ｎｍずつの膜厚で形成する。この時の製造工程断面図を図６（ｃ）に示す。
【００３５】
第１の透光性電極１１とＡｕからなるボンディング用電極９の密着力を向上させるために、第１の透光性電極１１とＡｕからなるボンディング用電極９の間にＮｉからなるボンディング用電極８を形成している。このためワイヤーボンディング時にボンディング用電極８、９の剥がれがなくなる。
【００３６】
本実施の形態では、第１の透光性電極１１としてＮｉ単体を使用したが、ＮｉとＡｕとの積層構造や交互に積層することで二層膜、多層膜としてもよい。この時の断面図を図６（ｄ）、図６（ｅ）に示す。また、第２の透光性電極１２も、ＮｉとＡｕとの積層構造や複数層交互に積層した多層膜としても、第２の透光性電極１２の表面をＡｕとすれば構わない。
【００３７】
第１、第２の透光性電極形成方法は、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法等を用いる。
【００３８】
実施の形態３において作製された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３上の第１の透光性電極１１のＮｉからなる膜の膜厚を厚くできる自由度があるため、オーミック特性及び密着性がより向上できる。
【００３９】
また、本実施の形態では、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を積層させた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いたが、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を積層させた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いても構わない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、電極を発光透光面とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、透光性電極がＮｉと熱的に安定な金属とを交互に積層した多層構造であることによって、ボンディング時にかかる力によっても窒化ガリウム系化合物半導体層とボンディング用電極との剥がれが生じないように密着性を向上できる。また、透光性電極の窒化ガリウム系化合物半導体側にＮｉ、表面側に熱的に安定な金属を配置するように多層構造を形成することにより、アニール中に生じるＮｉの変質を防ぐことができ、窒化ガリウム半導体層と透光性電極のオーミック特性を維持することができる。
【００４１】
また、ボンディング用電極を覆うようにＮｉ及びＡｕからなる多層構造の透光性電極を形成することにより、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とボンディング用電極の付着力を一層強めることができる。また、ボンディング用電極のアニール温度が透光性電極のアニール温度より高く、かつ、ボンディング用電極のアニールを透光性電極のアニールの前に行うことにより、透光性電極の変質が発生することなく、透光性電極とボンディング用電極の密着力を強くできる。
【００４２】
そのために、オーミック特性とボンディング時の電極剥がれの問題が解決でき、発光効率及び信頼性の良好な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造が実現できる。
【００４３】
さらに、ボンディング電極をＮｉで形成することで、透光性電極とボンディング用電極との密着力を向上させるために透光性電極とボンディング用電極の間に密着力が向上する。
【００４４】
また、熱的に安定な金属として、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の摸式図である。
【図２】実施の形態２に記載の本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の摸式図である。
【図３】実施の形態３に記載の本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の模式図である。
【図４】実施の形態１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の作製工程を示す図である。
【図５】実施の形態２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の作製工程を示す図である。
【図６】実施の形態３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の作製工程を示す図である。
【図７】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極構造の摸式図である。
【符号の説明】
１  絶縁性のサファイア基板
２  ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
３  ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
４  透光性電極
５  ボンディング用電極
６  ｎ型電極
７  透光性電極
８  Ｎｉからなるボンディング用電極
９  Ａｕからなるボンディング用電極
１０  透光性電極
１１  第１の透光性電極
１２  第２の透光性電極
【図１】
0003710573.tif 000002
【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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