(57)【要約】【課題】  ｎ型ＧａＮ系半導体層とのオーミック性を損なうことなく、接触抵抗を低下させるための熱処理時の表面荒れが抑制されたｎ側電極、その製造方法およびそれを有する発光素子を提供すること。【解決手段】  ｎ型ＧａＮ系半導体層１の表面に形成されたオーミック接触用の電極であって、当該電極のうちの、少なくともｎ型ＧａＮ系半導体層１に接する領域は、実質的にアルミニウムとネオジムの２元素からなるＡｌ−Ｎｄ合金で形成される、ｎ型窒化物半導体層用の電極Ｐ１。上記電極Ｐ１の好ましい製造方法は、ｎ型ＧａＮ系半導体層１の表面に、実質的にアルミニウムとネオジムの２元素からなり、アルミニウムにネオジムが固溶されたアルミニウム合金からなる薄膜を形成する工程と、上記薄膜を熱処理して析出強化させる工程とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層の表面に形成されたオーミック接触用の電極であって、当該電極のうちの、少なくともｎ型窒化物半導体層に接する領域は、実質的にアルミニウムとネオジムの２元素からなるＡｌ−Ｎｄ合金で形成される、ｎ型窒化物半導体層用の電極。
【請求項２】
上記Ａｌ−Ｎｄ合金中のネオジムの含有量が、０．７原子％〜１０原子％である請求項１記載の電極。
【請求項３】
上記Ａｌ−Ｎｄ合金が、アルミニウムとネオジムとからなる金属間化合物を含む、請求項２記載の電極。
【請求項４】
上記Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域の上に形成されたボンディング用金属層をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極。
【請求項５】
上記Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域と上記ボンディング用金属層との間に形成されたバリア層をさらに有する、請求項４記載の電極。
【請求項６】
上記Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域の上に形成された、金からなる層と白金からなる層とがそれぞれ２層以上交互に積層された交互積層体を、さらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極。
【請求項７】
ｎ型窒化物半導体層の表面に、実質的にアルミニウムとネオジムの２元素からなり、アルミニウムにネオジムが固溶されたアルミニウム合金からなる薄膜を形成する工程と、上記薄膜を熱処理して析出強化させる工程とを有するｎ型窒化物半導体層用の電極の製造方法。
【請求項８】
上記アルミニウム合金中のネオジムの含有量が、０．７原子％〜１０原子％である、請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
上記アルミニウム合金からなる薄膜がスパッタリングにより形成される請求項７または８記載の製造方法。
【請求項１０】
上記熱処理の温度が１５０℃〜６００℃である請求項７〜９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１１】
上記熱処理の温度が３５０℃〜６００℃である、請求項１０記載の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電極を有する、窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、受光素子、電子デバイス等といった窒化物半導体素子が有するｎ型窒化物半導体層上にオーミック接触が得られるように形成される、ｎ型窒化物半導体層用の電極、その製造方法およびそれを有する、窒化物半導体からなる発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体とは、式ＡｌαＩｎβＧａγＮ（０≦α≦１、０≦β≦１、０≦γ≦１、０≦α＋β＋γ≦１）で決定される３族窒化物からなる化合物半導体であって、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）や、これらの混晶組成物であるＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど、任意の組成のものが例示される。近年、ｎ型ＧａＮ系半導体層、発光層およびｐ型ＧａＮ系半導体層がこの順に積層された構造の窒化物半導体発光素子が実用化されており、発光層に用いられる窒化物半導体の材料組成を選択することによって、青色〜紫外に至る短波長光を発生させることが可能となっている。
以下、「窒化物半導体」を「ＧａＮ系半導体」とも呼び、例えば「窒化物半導体発光素子」であれば「ＧａＮ系半導体発光素子」などとも呼んで、従来技術および本発明を説明する。
【０００３】
図２は、ＧａＮ系半導体素子の１つであるＧａＮ系ＬＥＤの一般的な素子構造の一例を示した図であって、サファイア基板などの結晶基板Ｂ１上に、ＧａＮ系低温成長バッファ層Ｂ２を介して、ＧａＮ系半導体層からなる積層体が形成されている。該積層体は、ｎ型ＧａＮ系半導体層とｐ型ＧａＮ系半導体層からなるｐｎ接合構造を構成しており、接合部分に発光層が形成されている。具体的には、下側（結晶基板側）から順に、ｎ型クラッド層１（この例ではｎ型コンタクト層を兼用している）、発光層（多重量子井戸などの積層構造であってもよい）２、ｐ型クラッド層（この例ではｐ型コンタクト層を兼用している）３が気相成長によって積層されている。Ｐ１、Ｐ２は、それぞれ、ｎ側電極、ｐ側電極である。
【０００４】
ｎ型窒化物半導体とは、上述の窒化物半導体のうちで、電荷を運ぶキャリアが主として電子である窒化物半導体であり、一般的には窒化物半導体にＳｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｃ（炭素）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）などといったｎ型ドーパントをドープすることによって得られる。以下、ｎ型窒化物半導体を「ｎ型ＧａＮ系半導体」とも呼ぶ。
【０００５】
ＧａＮ系半導体素子においては、ＧａＮ系半導体層にオーミック接触する電極が必要となる。ｎ型ＧａＮ系半導体層とオーミック接触する電極（「ｎ側電極」ともいう）としてＡｌ（アルミニウム）単体からなる電極が知られている（特許文献１）。
しかし、Ａｌ単体からなるＡｌ電極は、電極材料と半導体との密着性を高め、接触抵抗を低下させるために通常行われる３５０℃〜６００℃での熱処理の際に、表面荒れ（具体的には、ヒロックとも呼ばれる突起や、ボイドまたはピットとも呼ばれる孔の生成）を起こし易かった。電極が表面荒れを起すと、電極に通電用のＡｕ（金）ワイヤをボンディングする際の接合性が低下するという問題がある。同様に、素子をフリップチップボンディングする場合には、リード電極との接合に用いるろう材（半田等）や導電性接着剤との接合性が低下するという問題がある。
また、Ａｌは表面に酸化膜が形成され易く、そのために化学的に安定となる反面、溶融した金属による濡れ性が低下するため、上記Ａｕワイヤやろう材との接合性の点では余り良いとはいえない。
【０００６】
Ａｌ電極の上記問題を解決するために、ｎ型窒化物半導体層に接する領域をＡｌ層とし、表面側は酸化し難いＡｕ層としたり、更に、その中間にＡｌ層とＡｕ層の反応を防止する中間層を設けたりした、多層構造のｎ側電極が提案されている（特許文献２）。また、ＡｌにＴｉ（チタン）を添加してＡｌ−Ｔｉ合金とすることによって、Ａｌ単体膜の持つ上記問題点が改善されることが知られている（特許文献３）。
【０００７】
しかしながら、窒化物半導体上に形成されたＡｌ電極において上記熱処理時に著しい表面荒れが生じる主原因は、Ａｌの熱膨張係数（約２３×１０−６Ｋ−１）とＧａＮ系半導体の熱膨張係数（約６×１０−６Ｋ−１）との差が大きく、熱処理時の温度変化により強い応力が発生してＡｌ層が降伏変形するためであることから、特許文献２に開示された電極の多層構造化のみによって、この問題を解決することは難しい。すなわち、特許文献２の方法は、表面荒れの原因をＡｌの融点が低いことにあると捉え、Ａｌ層が受ける熱的影響を軽減するために、Ａｌ層の上に設ける保護層の構成を工夫するものであるが、Ａｌ層自体の特性を変えるものではない。そのために、Ａｌ層で発生した変形の影響が上部の中間層やＡｕ層に及んで、表面荒れに至ることになる。ひどい場合には中間層に貫通孔が形成されて、Ａｌ層とＡｕ層の反応を抑制する効果も得られなくなる。
一方、Ａｌの合金化は、Ａｌ自体の特性を改善する優れた方法であるが、ｎ型ＧａＮ系半導体とのオーミック性を極端に悪化させることなく、熱処理時のＡｌの耐変形性を向上させ得る添加元素としては、Ｔｉの他に適当なものが見出されていないのが実情である。
【特許文献１】特開昭５５−９４４２号公報
【特許文献２】特開平１０−２４７７４６号公報
【特許文献３】特開平７−４５８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、ｎ型ＧａＮ系半導体層とのオーミック性を損なうことなく、接触抵抗を低下させるための熱処理時の表面荒れが抑制されたｎ側電極、その製造方法およびそれを有する発光素子を提供することであり、そのことにより、ワイヤボンディングやフリップチップボンディングを行う際の、Ａｕワイヤやろう材とｎ側電極との接合性を向上させ、ＧａＮ系半導体素子の製造効率および信頼性を高めようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下の特徴を有する。
（１）ｎ型窒化物半導体層の表面に形成されたオーミック接触用の電極であって、当該電極のうちの、少なくともｎ型窒化物半導体層に接する領域は、実質的にアルミニウムとネオジムの２元素からなるＡｌ−Ｎｄ合金で形成される、ｎ型窒化物半導体層用の電極。
（２）上記Ａｌ−Ｎｄ合金中のネオジムの含有量が、０．７原子％〜１０原子％である上記（１）記載の電極。
（３）上記Ａｌ−Ｎｄ合金が、アルミニウムとネオジムとからなる金属間化合物を含む、上記（２）記載の電極。
（４）上記Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域の上に形成されたボンディング用金属層をさらに有する、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電極。
（５）上記Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域と上記ボンディング用金属層との間に形成されたバリア層をさらに有する、上記（４）記載の電極。
（６）上記Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域の上に形成された、金からなる層と白金からなる層とがそれぞれ２層以上交互に積層された交互積層体を、さらに有する、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電極。
（７）ｎ型窒化物半導体層の表面に、実質的にアルミニウムとネオジムの２元素からなり、アルミニウムにネオジムが固溶されたアルミニウム合金からなる薄膜を形成する工程と、上記薄膜を熱処理して析出強化させる工程とを有するｎ型窒化物半導体層用の電極の製造方法。
（８）上記アルミニウム合金中のネオジムの含有量が、０．７原子％〜１０原子％である、上記（７）記載の製造方法。
（９）上記アルミニウム合金からなる薄膜がスパッタリングにより形成される上記（７）（８）記載の製造方法。
（１０）上記熱処理の温度が１５０℃〜６００℃である上記（７）〜（９）のいずれかに記載の製造方法。
（１１）上記熱処理の温度が３５０℃〜６００℃である、上記（１０）記載の製造方法。
（１２）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の電極を有する、窒化物半導体発光素子。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極は、次の効果を奏する。
（１）ｎ型ＧａＮ系半導体層との間で良好なオーミック接触が得られる。
（２）接触抵抗を低下させるための熱処理を行ったときの表面荒れが大幅に抑制され、その結果、Ａｕワイヤ、ろう材、導電性接着剤との接合性が良好である。
上記（１）、（２）の効果が同時に得られることは、本発明者らの実験・研究により初めて確認されたものであり、従来技術からは全く予期されない結果である。このような効果が得られる詳しい理由は明らかではないが、（２）については、Ｎｄの添加によるＡｌの固溶強化ならびに、過剰に添加されたＮｄが金属間化合物等として析出することによる析出強化が起こることにより、Ａｌ単体を用いた場合に比べて耐変形性が向上したことが考えられる。一方、（１）については、上記析出強化の過程で、Ｎｄの固溶濃度が低い領域が生成し、Ａｌ−Ｎｄ合金層全体としての電気的性質が、かかる領域の性質を強く反映して、Ａｌ単体に近づくためではないかと、本発明者等は推定している。
なお、本発明のｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極は、光学的にも、Ａｌ単体に似て、ＧａＮ系半導体発光素子が発生する青色〜紫外に至る短波長光に対する高い反射性を有していることから、ＧａＮ系半導体発光素子用の電極として、特に好適に用い得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、ＧａＮ系半導体素子であるＧａＮ系ＬＥＤを例として用い、本発明を説明する。
上述したように、ＧａＮ系ＬＥＤの素子構造は、図２に一例を示すように、結晶基板Ｂ１、バッファ層Ｂ２上に、ＧａＮ系半導体層を順次成長させて積層体とした素子構造を有する。該積層体には、下層側から順にｎ型ＧａＮ系半導体層１、発光層２、ｐ型ＧａＮ系半導体層３が含まれている。ｎ型ＧａＮ系半導体層１には、ｎ型コンタクト層と、ｎ型クラッド層とが独立して含まれる場合があるが、同図の例では１層だけで両層を兼用している。発光層３は、キャリアの再結合による発光を生ぜしめるための層であって、単一層の態様だけではなく、積層構造であってもよい。
【００１２】
図１は、本発明のｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極を拡大した図である。図１には３層構造を有する電極が記載されているが、本発明の電極は３層構造のものに限定されない。本発明のｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極Ｐ１の特徴は、当該電極のうちの、少なくともｎ型ＧａＮ系半導体層１に接する領域Ｐ１１が、実質的にＡｌとＮｄの２元素からなるＡｌ−Ｎｄ合金で形成される点である。ここで、「実質的」とは、製造工程等に由来する不可避不純物を除いては、ＡｌおよびＮｄの２元素のみ含有する合金であることを意味している。
【００１３】
ｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極Ｐ１における、ｎ型ＧａＮ系半導体層に接する領域Ｐ１１は、ｎ型ＧａＮ系半導体層１との接面を含む領域である。
本発明のｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極Ｐ１において、Ａｌ−Ｎｄ合金から形成される領域Ｐ１１の厚さは、１ｎｍ〜２０００ｎｍとすることができる。厚さが１０ｎｍ未満であると、Ａｌ−Ｎｄ合金がｎ型ＧａＮ系半導体層の表面に島状に付着した薄膜となるので、熱処理時にＡｌ−Ｎｄ合金とＧａＮ系半導体との熱膨張係数差により発生する応力が緩和され、ヒロックが形成され難くなる点で好ましいが、厚さが１ｎｍよりも小さくなると、Ａｌ−Ｎｄ合金とＧａＮ系半導体表面との接触面積が小さくなるために、オーミック性が低下したり、接触抵抗が増加する傾向がある。
【００１４】
ｎ側電極Ｐ１を、図１に例示するような多層構造とする場合には、Ａｌ−Ｎｄ合金からなる領域Ｐ１１の厚さは、ｎ型ＧａＮ系半導体層とのオーミック性が達成される厚さであればよく、好ましくは、１ｎｍ〜５００ｎｍである。ただし、上層を構成する金属の種類によっては、熱処理の過程でＡｌ−Ｎｄ合金層とｎ型ＧａＮ系半導体層との界面近傍にまで拡散して、Ａｌ−Ｎｄ合金とｎ型ＧａＮ系半導体層とのオーミック性に悪影響を与える場合があることから、領域Ｐ１１の厚さは、より好ましくは１０ｎｍ以上、更に好ましくは、３０ｎｍ以上である。
【００１５】
本発明のｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極Ｐ１は、Ａｌ−Ｎｄ合金の単層であってもよいが、その場合、電極Ｐ１の厚さは、ワイヤボンディングやろう材を用いたリード電極との接合の工程で受ける衝撃に耐え得るように、好ましくは５０ｎｍ以上であり、より好ましくは１００ｎｍ以上であり、更に好ましくは、２００ｎｍ以上である。Ａｌ−Ｎｄ合金の単層からなるｎ側電極Ｐ１の厚さに、特に上限はないが、１０００ｎｍより厚くしても効果は変わらないため、材料消費を少なくするという観点から、１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１６】
本発明のｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極における、Ａｌ−Ｎｄ合金からなる領域Ｐ１１は、平衡状態での固溶限を超える量のＮｄがＡｌに固溶したＡｌ合金からなる薄膜を製膜後、熱処理して得られるものである。この熱処理の過程で、一部のＮｄがＡｌ４Ｎｄ金属間化合物等として析出することにより、合金中のＮｄの存在態様や濃度が微視的に不均一となり得るが、巨視的にみたＮｄの含有量は、製膜時の含有量と同じである。
該Ａｌ−Ｎｄ合金の好ましいＮｄ含有量は、０．０５原子％より高いことが必要であり、好ましくは０．７原子％〜１０原子％、特に好ましくは約２原子％（１．８〜２．２原子％）である。Ｎｄの含有量が０．０５原子％以下では、熱処理による析出強化が十分に生じない。Ｎｄの含有量が１０原子％を超えると、ｎ型ＧａＮ系半導体とのオーミック性が低下する傾向がある。
【００１７】
上記Ａｌ−Ｎｄ合金の熱処理の温度は、１５０℃よりも高温とすれば、Ａｌ４Ｎｄ金属間化合物の析出が生じて、析出強化が生じるが、析出強化を十分にするには３００℃以上とすることが好ましく、より好ましくは４００℃以上である。また、熱処理温度はＡｌの融点を超えない温度とする必要があり、６００℃以下とすることが好ましい。
好ましい熱処理時間は、熱処理温度にもよるが、例えば、３００℃以上に１分以上保持すればよく、その間の温度の変動は問わない。
熱処理法自体は公知の方法を用いてよく、例えば、抵抗加熱型の熱処理炉やランプ加熱炉（ラピッドサーマルアニール装置：ＲＴＡ装置とも呼ばれる）を用いればよい。
なお、該熱処理の工程は、Ａｌ−Ｎｄ合金の析出強化のための熱処理として専用に行ってもよいが、加熱を伴う他のプロセス（例えばｎ側電極とｎ型窒化物半導体との接触抵抗を低下させるための熱処理工程や、絶縁保護膜の形成工程）での加熱を利用してもよい。
熱処理時の雰囲気は、特に、ｎ側電極をＡｌ−Ｎｄ合金からなる単層とする場合には、表面の酸化を抑制するために、窒素、希ガス等の不活性ガス雰囲気を用いることが好ましい。後述するボンディング金属層を表面に形成する場合には、表面が酸化を受け難いために、雰囲気は特に限定されない。
【００１８】
平衡状態での固溶限を超える量のＮｄがＡｌに固溶したＡｌ合金からなる薄膜をｎ型ＧａＮ系半導体層１の表面に形成させる方法は、非平衡組成の薄膜を形成し得る方法であれば特に制限はないが、好ましくは、スパッタリングが挙げられ、ターゲットとして、溶解鋳造法、スプレーフォーミング法、粉末焼結法等の方法により作製される、あらかじめＡｌ中にＮｄが固溶または金属間化合物の形で分散された合金スパッタリングターゲットを用いる方法や、あるいは、ＡｌのチップとＮｄのチップとを組み合わせた分割型スパッタリングターゲットを用いる方法が例示される。
【００１９】
本発明のｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極Ｐ１は、図１に例示するように、上記Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域Ｐ１１の上に順次形成されたバリア層Ｐ１２とボンディング用金属層Ｐ１３とをさらに有する多層構造としてもよい。
バリア層Ｐ１２は、ｎ側電極とｎ型ＧａＮ系半導体との接触抵抗を低下させるための熱処理時に、Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域Ｐ１１とボンディング用金属層Ｐ１３との合金化反応を防止するための層であり、ボンディング用金属層Ｐ１３は、ワイヤボンディング時やフリップチップボンディング時に、溶融したＡｕやＡｕ−Ｓｎ合金系ハンダなどのろう材と、ｎ側電極表面との濡れ性を良くするための層である。
【００２０】
バリア層Ｐ１２の材料は、その目的から、Ａｌ−Ｎｄ合金およびボンディング用金属層Ｐ１３を構成する材料よりも融点の高い金属材料とする。例えば、ボンディング用金属層Ｐ１３にＡｕまたはＡｕ合金を用いる場合であれば、それより融点の高い金属材料として、Ｃｏ（コバルト）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、これらの合金等が例示される。
バリア層Ｐ１２の厚さは、好ましくは１０ｎｍ以上であり、より好ましくは３０ｎｍ以上である。バリア層Ｐ１２の厚さの上限は特に定められるものではないが、１００ｎｍより厚くしても効果は変わらないことから、一般的には１００ｎｍが挙げられる。
【００２１】
ボンディング用金属層Ｐ１３の材料は、その目的から、少なくとも、その下に設けられているＡｌ−Ｎｄ合金層およびバリア層を構成する材料よりも酸化し難い材料とする。最も好ましいのは、Ａｕ（Ａｕを主成分とする合金を含む）である。
ボンディング用金属層Ｐ１３の厚さは、５０ｎｍ〜２０００ｎｍとすることが好ましい。
【００２２】
ｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極Ｐ１を多層構造とする態様においては、Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域Ｐ１１、バリア層Ｐ１２、ボンディング用金属層Ｐ１３の間に、更に、種々の機能層を設けてもよいし、バリア層Ｐ１２やボンディング用金属層Ｐ１３それぞれの内部に、組成の変化した層を含ませ、各層を多層構造や組成傾斜した層としてもよい。
好ましい態様として、例えば、Ａｌ−Ｎｄ合金で形成される領域の上に、Ｐｔ層とＡｕ層を各２層以上、最下層がＰｔ層、最上層がＡｕ層となるように交互に積層した交互積層体を形成することが挙げられる。ここで、Ｐｔ層は白金（白金を主成分とする合金でもよい）からなる層であり、Ａｕ層は金（金を主成分とする合金でもよい）からなる層である。また、この交互積層体の最下層をＰｔ層に代えて、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉから選ばれるいずれか一種以上の金属からなる層としてもよい。
【００２３】
ｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極Ｐ１を多層構造とする態様においては、また、Ａｌ−Ｎｄ合金からなる領域Ｐ１１のみを形成したところで、電極とｎ型ＧａＮ系半導体との接触抵抗を低下させるための熱処理を行ってもよい。この場合、その後に電極層が高温に曝される工程がなければ、バリア層Ｐ１２を省略して、領域Ｐ１１の上に直接、ボンディング用金属層Ｐ１３を設けることもできる。
【００２４】
本発明による窒化物半導体発光素子は、以上説明した本発明による電極をｎ型層に具備する素子である。素子の積層構造自体については従来技術を参照してもよい。
【実施例】
【００２５】
実施例１〜３
直径２インチのサファイア基板を３枚用意し、有機金属化合物気相成長法を用いて、それぞれの表面上に、４００℃で成長したＧａＮからなる低温バッファ層を介して、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮ系半導体層を、成長温度１０００℃で３μｍの厚さに成長させた。
そのｎ型ＧａＮ系半導体層の表面に、所定の電極パターン（後述）を開口部として有するフォトレジスト膜を、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて形成した後、スパッタリングにより、厚さ４００ｎｍのＡｌ−Ｎｄ合金薄膜を形成した。スパッタリングに用いた装置は、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置で、ターゲットとしては、純Ａｌターゲット（純度９９．９９％以上）の上に、５ｍｍ角のＮｄ（いずれも純度９９．９９％）のチップを所定量設置した複合ターゲットを用い、Ｎｄチップの設置量を変えることにより、各試料のＡｌ−Ｎｄ合金薄膜のＮｄ含有量がそれぞれ１原子％（実施例１）、２原子％（実施例２）、４原子％（実施例３）となるようにした。このＮｄ含有量は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型発光分光分析により確認した。
Ａｌ−Ｎｄ合金薄膜の形成後、フォトレジスト膜をリフトオフすることにより、ウエハ面を見たときの個々の電極形状が直径１００μｍの円形で、該円形の電極が中心間ピッチ３５０μｍで５０×５０の正方行列状に配列された、電極パターンを得た。
その後、試料をラピッド・サーマル・アニール装置（ＲＴＡ装置）内に配置し、窒素雰囲気中にて、４００℃で３分間の熱処理（アニーリング）を行った。
次に、上記パターンに配列された電極の、全ての隣接する対の間でＩ−Ｖ（電流−電圧）特性を測定した。測定時の電流値の範囲は０〜２０ｍＡとした。その結果、Ａｌ−Ｎｄ合金からなる電極のＮｄ含有量を１原子％（実施例１）、２原子％（実施例２）、４原子％（実施例３）とした試料のいずれにおいても、各電極間のＩ−Ｖ特性が直線的となったことから、電極はオーミック性となっていることが判った。
また、実施例１ないし実施例３のいずれの試料においても、熱処理後の電極表面は金属光沢を有しており、微分干渉顕微鏡で観察したところ、ヒロックやボイドは全く観察されず、平滑であった。
【００２６】
実施例４〜６
直径２インチのサファイア基板を３枚用意し、有機金属化合物気相成長法を用いて、それぞれの表面上に、４００℃で成長したＧａＮからなる低温バッファ層を介して、Ｓｉをドープしたｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層を、成長温度１１００℃で３μｍの厚さに成長させた。
そのｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層の表面に、実施例１と同様の方法で、実施例１と同様のパターンに、厚さ３００ｎｍのＡｌ−Ｎｄ合金からなる電極を形成した。各試料のＡｌ−Ｎｄ合金電極のＮｄ含有量は、それぞれ１原子％（実施例４）、２原子％（実施例５）、４原子％（実施例６）とした。
実施例１の場合と同様に、熱処理を行った後、Ｉ−Ｖ特性を測定したところ、実施例４、実施例５、実施例６の試料のいずれにおいても、各電極間のＩ−Ｖ特性は直線的となり、電極はオーミック性となっていることが判った。
また、実施例４ないし実施例６のいずれの試料においても、熱処理後の電極表面は金属光沢を有しており、微分干渉顕微鏡で観察したところ、ヒロックやボイドは全く観察されず、平滑であった。
【００２７】
実施例７
実施例１において、電極をＡｌ−Ｎｄ合金薄膜とする代わりに、厚さ１００ｎｍのＡｌ−Ｎｄ合金（Ｎｄ含有量：２原子％）薄膜、厚さ５０ｎｍのＰｄ薄膜、厚さ４００ｎｍのＡｕ薄膜をこの順に積層してなる多層膜で構成した試料を作成した。Ａｌ−Ｎｄ合金薄膜は、実施例２と同様にスパッタリングにより形成し、その上に積層するＰｄ薄膜およびＡｕ薄膜は、電子ビーム加熱式の真空蒸着装置を用いて形成した。最上層のＡｕ薄膜を形成した後は、実施例１と同様に、フォトレジスト膜をリフトオフしてパターニングされた電極を得た後、４５０℃で１分間の熱処理を行った。
得られた試料について、実施例１の場合と同様にＩ−Ｖ特性を測定したところ、各電極間のＩ−Ｖ特性は直線的となり、電極はオーミック性となっていた。
また、熱処理後の電極表面は金属光沢を有しており、微分干渉顕微鏡で観察したところ、ヒロックやボイドは全く観察されず、平滑であった。
【００２８】
比較例１
実施例１において、Ａｌ−Ｎｄ合金のＮｄ含有量を０．０５％とする以外は、実施例１と同様の方法で電極を作製したところ、熱処理後の電極表面は金属光沢が失われており、微分干渉顕微鏡で観察すると、多数のヒロックやボイドが観察された。
【００２９】
比較例２
実施例７において、Ａｌ−Ｎｄ合金薄膜のＮｄ含有量を０．０５％とする以外は、実施例１と同様の方法で電極を作製したところ、熱処理後の電極表面は金属光沢が失われており、微分干渉顕微鏡で観察すると、多数のヒロックやボイドが観察された。
【００３０】
実施例８
直径２インチのサファイア基板上に、有機金属化合物気相成長法を用いて、ＧａＮ低温成長バッファ層、ｎ型ＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ発光層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順に成長し、発光波長４００ｎｍのＬＥＤウェハを作製した。その後、電極形成、素子分離を行い、図２に示す断面構造（ただし、ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層は異なる層からなる）を有し、上面形状が略正方形状で、サイズが３００μｍ×３００μｍのＬＥＤ素子を得た。ｎ側電極については、ドライエッチング法によってＬＥＤウェハのＧａＮ系半導体層積層側からＩｎＧａＮ発光層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部を除去し、露出されたｎ型ＧａＮクラッド層の表面上に実施例７と同様の手順にて形成した。すなわち、厚さ１００ｎｍのＡｌ−Ｎｄ合金（Ｎｄ含有量：２原子％）薄膜、厚さ５０ｎｍのＰｄ薄膜、厚さ４００ｎｍのＡｕ薄膜をこの順に積層してなる多層膜を所定の電極形状に形成後、４５０℃で１分間熱処理することにより、形成した。ｐ側電極としては、ＮｉとＡｕを積層してなる通常の透明オーミック電極の上に、Ａｕからなるパッド電極を形成した。得られたＬＥＤ素子のワイヤボンディング性は良好であり、通電電流２０ｍＡにおけるベアチップ状態での出力は５ｍＷであった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のｎ型ＧａＮ系半導体層用の電極を拡大した図である。
【図２】ＧａＮ系ＬＥＤの一般的な素子構造の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
Ｐ１  ｎ側電極
Ｐ２  ｐ側電極
１  ｎ型ＧａＮ系半導体層
２  発光層
３  ｐ型ＧａＮ系半導体層
【図１】
2006032863.tif 000003
【図２】
2006032863.tif 000004