(57)【要約】  【課題】  電気的特性および電気的耐久性が優れた電極を低コストで形成することができ、高性能で長寿命の発光ダイオードを低コストで得ることができる発光ダイオードの製造方法を提供する。  【解決手段】  ＧａＮ系発光ダイオードにおいて、ｐ型ＧａＮ層１５上に所定形状のＡｇ膜１７を形成した後、無電解めっき法により、このＡｇ膜１７の上面および側面にのみＮｉ膜１８を形成する。Ａｇ膜１７およびＮｉ膜１８によりｐ側電極１９が形成される。Ｎｉ膜１８を形成する前に、Ａｇ膜１７上にこれと同一形状にＮｉ膜を形成したり、Ａｇ膜１７の表面にＰｄ触媒層を形成したりしてもよい。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状の第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆う第２の金属膜とを少なくとも含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する発光ダイオードの製造方法において、
上記第２の金属膜を無電解めっき法により形成するようにした
ことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
上記第２の金属膜を無電解めっき法により形成する前に、上記第２の電極を形成する部分以外の部分の上記第２の半導体層の表面を無電解めっき析出防止膜により覆っておくことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
上記第２の金属膜を無電解めっき法により形成する前に、上記第１の金属膜上に、上記第１の金属膜よりもめっき析出活性が高い第３の金属膜を上記第１の金属膜と同一形状に形成しておくことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
上記第２の金属膜を無電解めっき法により形成する前に、上記第１の金属膜の表面の触媒活性化を行っておくことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
上記第１の金属膜の反射率は上記第２の金属膜の反射率よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
上記第２の金属膜のイオンマイグレーション耐性は上記第１の金属膜のイオンマイグレーション耐性よりも優れていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
上記第１の半導体層、上記活性層および上記第２の半導体層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
上記第１の金属膜は少なくともＡｇを主成分とし、上記第２の金属膜は少なくともＮｉを主成分とすることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
上記第１の半導体層はｎ型半導体層であり、上記第２の半導体層はｐ型半導体層であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
上記活性層上のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続されたｎ側電極と、
上記ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の、Ａｇ膜とこのＡｇ膜を覆うＮｉ膜とを少なくとも含み、上記ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続されたｐ側電極とを有する発光ダイオードの製造方法において、
上記Ｎｉ膜を無電解めっき法により形成するようにした
ことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状の金属膜を少なくとも含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する発光ダイオードの製造方法において、
上記金属膜を無電解めっき法により選択的に形成するようにした
ことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項１２】
上記金属膜を無電解めっき法により形成する前に、上記第２の電極を形成する部分以外の部分の上記第２の半導体層の表面を無電解めっき析出防止膜により覆っておくことを特徴とする請求項１１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１３】
上記金属膜を無電解めっき法により形成する前に、上記第２の電極を形成する部分の上記第２の半導体層の表面の触媒活性化を行っておくことを特徴とする請求項１１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１４】
上記金属膜と上記第２の半導体層とがオーム接触となる仕事関数を有し、しかも触媒となる金属を上記第２の電極を形成する部分の上記第２の半導体層の表面に吸着させることにより上記触媒活性化を行っておくことを特徴とする請求項１３記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１５】
上記第２の電極を形成する部分の上記第２の半導体層の表面に吸着させる上記金属を還元化処理することを特徴とする請求項１４記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１６】
ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
上記活性層上のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続されたｎ側電極と、
上記ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の、所定形状のＮｉ膜を少なくとも含み、上記ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続されたｐ側電極とを有する発光ダイオードの製造方法において、
上記Ｎｉ膜を無電解めっき法により選択的に形成するようにした
ことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオードの製造方法に関し、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードの製造に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系半導体は、可視領域での発光が可能である半導体材料である。最近、このＧａＮ系半導体を用いた高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発が盛んに行われている。
このＧａＮ系ＬＥＤにおいては、ｐ型半導体層にオーム接触させるｐ側電極の材料として従来よりＮｉが多く用いられてきたが、最近は、ＬＥＤの光取り出し効率の向上を図るために、Ｎｉよりも反射率の高いＡｇが用いられることが多くなっている。ところが、Ａｇはイオンマイグレーションを起こしやすいため、ｐ側電極の電気的耐久性に問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、ｐ型半導体層上にＡｇ電極を形成し、このＡｇ電極の周縁を取り囲み、あるいはこのＡｇ電極の表面を覆うように、マイグレーション障壁となるＮｉなどの金属からなる保護リングまたは保護シートを形成することで、ｐ側電極のマイグレーション耐性を向上させる方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このＡｇ電極を形成する方法としては、一般に、ｐ型半導体層の全面に真空蒸着法によりＡｇ膜を形成し、このＡｇ膜上にリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとしてＡｇ膜をエッチングする方法や、ｐ型半導体層上にリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、全面にＡｇ膜を形成した後、レジストパターンをその上のＡｇ膜とともに除去する方法（リフトオフ法）が用いられる。保護リングまたは保護シートも同様な方法により形成される。
【特許文献１】特開２００３−２４３７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に提案された方法では、ｐ側電極の形成のために２度のリソグラフィー工程を含む電極形成プロセスが必要であるため、ＬＥＤの製造コストの増大要因となる。また、ＬＥＤのサイズが小さくなり、それに伴い電極サイズが小さくなると、保護リングまたは保護シートを形成するためのリソグラフィー工程における露光時のＡｇ電極に対するアライメント精度も、より高い精度が必要となり、これに伴い生産性が低下することから、これもＬＥＤの製造コストの増大要因となる。
【０００５】
一方、成膜法としては真空蒸着法以外にスパッタリング法があるが、ｐ型半導体層はプラズマ照射などに対する物理的耐久性が低いため、上述のＡｇ電極や保護リングまたは保護シートをスパッタリング法により形成すると、ｐ型半導体層にプラズマ照射による損傷が生じたり、スパッタリング原子の衝突エネルギーが大きいためこのスパッタリング原子の衝突による損傷が生じたりするため、Ａｇ電極や保護リングまたは保護シートのオーム接触特性が劣化したりするなどの問題があった。
【０００６】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、電気的特性および電気的耐久性が優れた電極を低コストで形成することができ、高性能で長寿命の発光ダイオードを低コストで得ることができる発光ダイオードの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状の第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆う第２の金属膜とを少なくとも有し、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する発光ダイオードの製造方法において、
上記第２の金属膜を無電解めっき法により形成するようにした
ことを特徴とするものである。
【０００８】
無電解めっき法としては、置換めっき法、還元剤を用いるめっき法、接触めっき法のいずれを用いてもよいが、これらの中でも還元剤を用いるめっき法が特に好ましい。
好適には、第２の金属膜を無電解めっき法により形成する前に、第２の電極を形成する部分以外の部分の第２の半導体層の表面を無電解めっき析出防止膜により覆っておく。この無電解めっき析出防止膜としては、樹脂層やＳｉＯ2 膜などのめっき析出性の低いものを用いる。あるいは、第２の金属膜を無電解めっき法により形成する前に、第１の金属膜上に、この第１の金属膜よりもめっき析出活性が高い第３の金属膜を、この第１の金属膜と同一形状に形成しておく。この第３の金属膜は、例えば、第２の金属膜と少なくとも主成分が同一、好適には同一の金属からなるものである。あるいは、第２の金属膜を無電解めっき法により形成する前に、第１の金属膜の表面の触媒活性化を行っておき、めっき析出活性を高めておく。以上のようにすることで、第２の金属膜を第１の金属膜の上面および側面（端面）にのみ選択的に形成することができる。上記の触媒活性化は、具体的には、例えば、第１の金属膜の表面に触媒となる金属を吸着させることにより行う。吸着させる金属としては、例えば、Ｐｄを挙げることができる。
【０００９】
第２の金属膜は、無電解めっき法により形成することが可能である限り、基本的にはどのような金属元素からなるものであってもよく、要求される特性に応じて適宜選択されるが、具体的には、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕなどのいずれか一種類の金属元素単体からなるものや、これらのうちの二種類以上の金属元素の合金からなるものを用いることができる。第２の金属膜は、高いイオンマイグレーション耐性を得る観点からは、好適には、少なくともＮｉを主成分とするもの、中でもＮｉ単体からなるものが用いられる。第１の金属膜は各種の成膜法により形成することができ、真空蒸着法のほか、例えば無電解めっき法を用いてもよい。また、この第１の金属膜は、第２の半導体層と電気的に接続、好適にはオーム接触するものである限り、基本的にはどのような金属元素からなるものであってもよく、要求される特性に応じて適宜選択されるが、具体的には、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｎｄ、Ｃｕなどのいずれか一種類の金属元素単体からなるものや、これらのうちの二種類以上の金属元素の合金からなるものを用いることができる。第１の金属膜としては、高い反射率を得る観点からは、好適には、少なくともＡｇを主成分とするものが用いられ、具体的にはＡｇ単体のほか、Ａｇを主成分とする合金、例えばＡｇＮｄ、ＡｇＡｕ、ＡｇＡｕＣｕ、ＡｇＣｕなど（例えば、Ａｇを９０重量％程度含有するもの）が用いられる。
典型的な一つの例では、第１の金属膜の反射率は第２の金属膜の反射率よりも大きく選ばれるが、これに限定されるものではない。また、典型的な一つの例では、第２の金属膜のイオンマイグレーション耐性は第１の金属膜のイオンマイグレーション耐性よりも優れているが、これに限定されるものではない。
必要に応じて、第２の金属膜上に他の金属膜を一層または二層以上形成してもよい。
【００１０】
第１の半導体層、活性層および第２の半導体層を構成する半導体としては、基本的にはどのようなものを用いてもよいが、典型的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、最も一般的にはＡｌx Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ａｓu Ｎ1-u-v Ｐv （ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｕ＜１、０≦ｖ＜１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０≦ｕ＋ｖ＜１）からなり、より具体的にはＡｌx Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１）からなり、典型的にはＡｌx Ｇａ1-x-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｘ＋ｚ＜１）からなる。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例をいくつか挙げると、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。第１の導電型はｎ型であってもｐ型であってもよく、それに応じて第２の導電型はｐ型またはｎ型であるが、第１の半導体層、活性層および第２の半導体層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる場合には、典型的には第１の導電型はｎ型、第２の導電型はｐ型である。
【００１１】
第１の半導体層、活性層および第２の半導体層を成長させる基板としては種々のものを用いることができ、必要に応じて適宜選択される。これらの第１の半導体層、活性層および第２の半導体層を構成する半導体として窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いる場合、基板としては、例えば、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面を含む）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＮなど）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 などからなる基板を用いることができる。
【００１２】
第１の半導体層、活性層および第２の半導体層の成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いることができる。
【００１３】
第２の発明は、
ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
上記活性層上のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続されたｎ側電極と、
上記ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の、Ａｇ膜とこのＡｇ膜を覆うＮｉ膜とを少なくとも含み、上記ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続されたｐ側電極とを有する発光ダイオードの製造方法において、
上記Ｎｉ膜を無電解めっき法により形成するようにした
ことを特徴とするものである。
第２の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが同様に成立する。
【００１４】
第３の発明は、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状の金属膜を少なくとも含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する発光ダイオードの製造方法において、
上記金属膜を無電解めっき法により選択的に形成するようにした
ことを特徴とするものである。
【００１５】
好適には、金属膜を無電解めっき法により形成する前に、第２の電極を形成する部分以外の部分の第２の半導体層の表面を無電解めっき析出防止膜により覆っておく。あるいは、金属膜を無電解めっき法により形成する前に、第２の電極を形成する部分の第２の半導体層の表面の触媒活性化を行っておく。以上のようにすることで、第２の電極を形成する部分の第２の半導体層の表面だけめっき析出活性を持たせることができ、この部分にのみ第２の電極を選択的に形成しやすくなる。上記の触媒活性化は、具体的には、例えば、第２の電極を形成する部分の第２の半導体層の表面に触媒となる金属を吸着させることにより行う。吸着させる金属としては、好適には、この金属と第２の半導体層とがオーム接触となるような仕事関数を有するものを用いる。このような金属としては、例えばＰｄを挙げることができる。吸着させる金属としてＰｄを用いることにより、触媒活性を得つつ、オーム接触特性を得ることが可能である。ここで、吸着させたＰｄはイオン性であることがあるので、この場合には、触媒を還元化処理することにより、オーム接触特性を向上させることも可能である。この還元処理は、例えば、ジメチルアミンボラン、次亜リン酸などの還元剤を含んだ水溶液中に浸漬することにより行うことができる。
【００１６】
第２の電極を構成する金属膜は、無電解めっき法により形成することが可能である限り、基本的にはどのような金属元素からなるものであってもよく、要求される特性に応じて適宜選択されるが、具体的には、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕなどのいずれか一種類の金属元素単体からなるものや、これらのうちの二種類以上の金属元素の合金からなるものを用いることができる。この金属膜は、良好なオーム接触特性および高いイオンマイグレーション耐性を得る観点からは、好適には、少なくともＮｉを主成分とするもの、中でもＮｉ単体からなるものが用いられる。
必要に応じて、上記の金属膜上に他の金属膜を一層または二層以上形成してもよい。
第３の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが同様に成立する。
【００１７】
第４の発明は、
ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
上記活性層上のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続されたｎ側電極と、
上記ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の、所定形状のＮｉ膜を少なくとも含み、上記ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続されたｐ側電極とを有する発光ダイオードの製造方法において、
上記Ｎｉ膜を無電解めっき法により選択的に形成するようにした
ことを特徴とするものである。
第４の発明においては、その性質に反しない限り、第１および第３の発明に関連して説明したことが同様に成立する。
【００１８】
上述のように構成された第１および第２の発明においては、第２の金属膜あるいはＮｉ膜を無電解めっき法により形成するため、この第２の金属膜あるいはＮｉ膜を第１の金属膜あるいはＡｇ膜の上面および側面にのみ形成することができ、第１の金属膜あるいはＡｇ膜の外側の部分の第２の半導体層あるいはｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上には形成されない。このため、真空蒸着法により形成する場合と異なり、第２の金属膜あるいはＮｉ膜を第１の金属膜の部分にのみ形成するためのリソグラフィー工程が不要である。また、第２の金属膜を形成する際に第１の金属膜に対するアライメントが不要であるため、電極サイズが小さくなっても、生産性が低下することがない。さらに、第２の金属膜を形成する際には、この第２の金属膜をスパッタリング法により形成する場合と異なり、第２の半導体層あるいはｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面にプラズマ照射やスパッタリング原子の衝突による損傷が生じることがない。
また、第３および第４の発明においては、電極を形成する金属膜あるいはＮｉ膜を無電解めっき法により選択的に形成するため、この金属膜あるいはＮｉ膜をスパッタリング法により形成する場合と異なり、第２の半導体層あるいはｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面にプラズマ照射やスパッタリング原子の衝突による損傷が生じることがない。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、例えば、第１の金属膜として反射率が高いＡｇ膜を用い、第２の金属膜として、オーム接触し、しかもイオンマイグレーション耐性が高いＮｉ膜を用いることにより、反射率が高く、したがってこの第２の電極による反射により光の取り出し効率が高く、オーム接触特性に優れ、しかもイオンマイグレーション耐性が高く、電気的耐久性が高い第２の電極を得ることができる。また、この第２の電極の形成に必要プロセスは簡単であり、生産性が高いので、この第２の電極を低コストで形成することができる。また、この第２の電極を形成する際には下地の半導体層に損傷を与えないので、良好なオーム接触を得ることができる。このように、電気的特性および電気的耐久性が優れた第２の電極を低コストで形成することができるので、高性能で長寿命の発光ダイオードを低コストで得ることができる。
【００２０】
第２の発明によれば、反射率が高いＡｇ膜を覆うようにイオンマイグレーション耐性が高いＮｉ膜を形成することにより、反射率が高く、したがってこのＡｇ膜による反射により光の取り出し効率が高く、しかもイオンマイグレーション耐性が高く、電気的耐久性が高いｐ側電極を得ることができる。また、このｐ側電極の形成に必要プロセスは簡単であり、生産性が高いので、このｐ側電極を低コストで形成することができる。また、このｐ側電極を形成する際には下地のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に損傷を与えないので、良好なオーム接触を得ることができる。このように、電気的特性および電気的耐久性が優れたｐ側電極を低コストで形成することができるので、高性能で長寿命の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを低コストで得ることができる。
【００２１】
第３の発明によれば、第２の電極を構成する金属膜として、オーム接触し、しかもイオンマイグレーション耐性が高いものを用いることにより、オーム接触特性に優れ、しかも電気的耐久性が高い第２の電極を得ることができる。また、この第２の電極の形成に必要プロセスは簡単であり、生産性が高いので、この第２の電極を低コストで形成することができる。また、この第２の電極を形成する際には下地の半導体層に損傷を与えないので、良好なオーム接触を得ることができる。このように、電気的特性および電気的耐久性が優れた第２の電極を低コストで形成することができるので、高性能で長寿命の発光ダイオードを低コストで得ることができる。
【００２２】
第４の発明によれば、オーム接触し、しかもイオンマイグレーション耐性が高いＮｉ膜を用いていることにより、オーム接触特性が優れ、反射率が高く、したがってこのＡｇ膜による反射により光の取り出し効率が高く、しかもイオンマイグレーション耐性が高く、電気的耐久性が高いｐ側電極を得ることができる。また、このｐ側電極の形成に必要プロセスは簡単であり、生産性が高いので、このｐ側電極を低コストで形成することができる。また、このｐ側電極を形成する際には下地のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に損傷を与えないので、良好なオーム接触を得ることができる。このように、電気的特性および電気的耐久性が優れたｐ側電極を低コストで形成することができるので、高性能で長寿命の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを低コストで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１および図２はこの発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を工程順に示す。
【００２４】
この第１の実施形態においては、図１Ａに示すように、まず、例えば主面がｃ面のサファイア基板１１を用意し、例えば水素ガス雰囲気中において１２００〜１２３０℃程度の温度でサーマルクリーニングを行うことによりこのサファイア基板１１の表面を清浄化した後、このサファイア基板１１上に従来公知の方法により例えば５１０〜５５０℃程度の成長温度で例えば厚さが５０ｎｍ程度のＧａＮバッファ層（図示せず）を成長させる。続いて、このサファイア基板１１上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮ層１２、例えばＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層とからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１３、ｐ型ＡｌＧａＮ層１４およびｐ型ＧａＮ層１５を順次エピタキシャル成長させる。活性層１３のＩｎ組成は、発光ダイオードの発光波長に応じて選ばれ、例えば、発光波長４０５ｎｍでは１１％、４５０ｎｍでは１８％、５２０ｎｍでは２４％である。活性層１３の成長は、例えば窒素ガス雰囲気中において７５０〜７９０℃程度の温度で行う。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層１４の成長は、例えば水素ガス雰囲気中において８００〜８５０℃程度の温度で行う。また、ｐ型ＧａＮ層１７の成長は、例えば水素ガス雰囲気中において８５０〜８９０℃程度の温度で行う。ｐ型ＡｌＧａＮ層１４の厚さは例えば１０〜２０ｎｍ程度、ｐ型ＧａＮ層１５の厚さは例えば１１０〜１５０ｎｍ程度である。
次に、ｐ型ＡｌＧａＮ層１４およびｐ型ＧａＮ層１５のｐ型不純物を活性化するため、例えば、６００〜７００℃の温度で熱処理を行う。
【００２５】
上記のＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはアンモニア（ＮＨ3 ）を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス（メチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００２６】
次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたサファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、ｐ型ＧａＮ層１５上に一方向に延在する所定幅のレジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により少なくともｎ型ＧａＮ層１２に達する深さまでエッチングすることにより、図１Ｂに示すように、一方向に延在する電極溝１６を形成する。
【００２７】
次に、図１Ｃに示すように、ｐ型ＧａＮ層１５上にまず、所定形状のＡｇ膜１７を形成する。このＡｇ膜１７は、全面にＡｇ膜を形成し、このＡｇ膜上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとしてＡｇ膜をＲＩＥ法などによりエッチングすることにより形成してもよいし、リソグラフィーにより所定形状のレジストパターンを形成し、全面にＡｇ膜を形成した後、レジストパターンをその上のＡｇ膜とともに除去することにより形成してもよい。このＡｇ膜１７は、例えば真空蒸着法により形成する。このＡｇ膜１７の厚さは例えば５０ｎｍ以上であり、この場合十分に大きい反射率を得ることができ、ＧａＮ系発光ダイオードの発光効率の増大に十分に寄与する。
【００２８】
次に、図２Ａに示すように、無電解めっき法により、Ａｇ膜１７を覆うように、具体的にはＡｇ膜１７の上面および側面にのみＮｉ膜１８を形成する。このとき、Ｎｉ膜１８はｐ型ＧａＮ層１５とオーム接触する。この無電解めっきの条件の一例を挙げると次のとおりである（例えば、「実用めっき１」、日本プレーティング協会編、昭和５３年発行を参照）。
【００２９】
めっき浴の組成
硫酸ニッケル  ２０ｇ／Ｌ
次亜リン酸ナトリウム（ホスフィン酸ナトリウム）  ２５ｇ／Ｌ
プロピオン酸  ３ｇ／Ｌ
乳酸  ２５ｇ／Ｌ
安定剤  少量
めっき浴のｐＨ  ４．０〜５．０
めっき浴の温度  ９０℃
このＮｉ膜１８のサイズはＡｇ膜１７のサイズより一回り大きくなる。このＮｉ膜１８の厚さは例えば０．２〜１μｍ程度である。これらのＡｇ膜１７およびＮｉ膜１８によりｐ側電極１９が形成される。このｐ側電極１９は例えば１０μｍ程度の径である。
【００３０】
次に、図２Ｂに示すように、電極溝１６の底部のｎ型ＧａＮ層１２上に例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｎ側電極２０を形成する。
必要に応じて、上述のようにして発光ダイオード構造が形成されたサファイア基板１１をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、このサファイア基板１１のスクライビングを行い、バーを形成し、さらにこのバーのスクライビングを行うことでチップ化する。得られたチップ状のＧａＮ系発光ダイオードを図２Ｃに示す。
【００３１】
こうして得られたＧａＮ系発光ダイオードにおいては、ｐ側電極１９とｎ側電極２０との間に順方向電圧を印加して電流を流すことにより発光を行わせ、サファイア基板１１を通して外部に光を取り出す。活性層１３のＩｎ組成の選定により、青色発光または緑色発光を得ることができる。この場合、活性層１３から発生した光のうち、サファイア基板１１に向かう光は、このサファイア基板１１を通って外部に出て行き、活性層１５から発生した光のうち、ｐ側電極１９に向かう光は、このｐ側電極１９で反射されてサファイア基板１１に向かい、このサファイア基板１１を通って外部に出て行く。
【００３２】
この第１の実施形態によれば、次のような種々の利点を得ることができる。
すなわち、Ａｇ膜１７を覆うＮｉ膜１８を無電解めっき法により形成するため、このＮｉ膜１８をＡｇ膜１７の上面および側面にのみ選択的に形成することができ、Ａｇ膜１７の外側の部分のｐ型ＧａＮ層１５上には形成されないようにすることができる。このため、真空蒸着法により形成する場合と異なり、Ｎｉ膜１８をＡｇ膜１７の部分にのみ形成するためのリソグラフィー工程が不要である。また、Ｎｉ膜１８を形成する際にＡｇ膜１７に対するアライメントが不要であるため、電極サイズが小さくなっても、生産性が低下することがない。このため、ｐ側電極１９を低コストで形成することができる。
【００３３】
また、Ｎｉ膜１８を形成する際には、このＮｉ膜１８をスパッタリング法により形成する場合と異なり、ｐ型ＧａＮ層１５の表面にプラズマ照射やスパッタリング原子の衝突による損傷が生じることがなく、オーム接触特性の劣化が生じない。しかも、Ｎｉ膜１８はｐ型ＧａＮ層１５に良好にオーム接触する。このため、ｐ側電極１９のｐ型ＧａＮ層１５に対するオーム接触特性は良好である。
【００３４】
また、Ａｇ膜１７の反射率が高いだけでなく、このＡｇ膜１７の側面を被覆するＮｉ膜１８の厚さはめっき時間などのめっきパラメータを変更するだけで容易に制御することができるため、Ａｇ膜１７の面積を広げ、かつＮｉ膜１８の面積を最小とすることが低コストで可能となることから、与えられた電極サイズに対して光の取り出し効率の最大化を図ることができ、それによって発光ダイオードの発光効率の大幅な向上を図ることができる。
さらに、Ｎｉ膜１８はイオンマイグレーション耐性が高いため、電気的耐久性が高いｐ側電極１９を得ることができる。実際、得られたＧａＮ系発光ダイオードのエージング特性の測定を行ったところ、明らかな改善が見られた。
以上のように、電気的特性および電気的耐久性が優れたｐ側電極１９を低コストで形成することができるので、高性能で長寿命のＧａＮ系発光ダイオードを低コストで得ることができる。
【００３５】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態においては、図３Ａに示すように、Ａｇ膜１７上に、これと同一形状にＮｉ膜２１を形成する。このＮｉ膜２１の厚さは例えば１００ｎｍ程度である。この二層構造を形成するためには、例えば、全面にＡｇ膜およびＮｉ膜を順次形成し、これらのＡｇ膜およびＮｉ膜上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとしてＡｇ膜およびＮｉ膜をＲＩＥ法などによりエッチングしたり、リソグラフィーにより所定形状のレジストパターンを形成し、全面にＡｇ膜およびＮｉ膜を順次形成した後、レジストパターンをその上のＡｇ膜およびＮｉ膜とともに除去したりすればよい。
【００３６】
次に、図３Ｂに示すように、この第１の実施形態と同様にして無電解めっき法により、これらのＡｇ膜１７およびＮｉ膜２１を覆うようにＮｉ膜１８を形成する。この無電解めっきの際には、Ａｇ膜１７上にあらかじめＮｉ膜２１が形成されているため、Ｎｉのめっき析出活性を高めることができ、これらのＡｇ膜１７およびＮｉ膜１７の上面および側面に高い選択性でＮｉ膜１８を形成することができる。これらのＡｇ膜１７、Ｎｉ膜２１およびＮｉ膜１８によりｐ側電極１９が形成される。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて発光ダイオードを製造する。
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００３７】
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態においては、第１の実施形態と同様に工程を進めて、Ａｇ膜１７まで形成する。
次に、こうしてＡｇ膜１７まで形成されたサファイア基板１１を塩化パラジウム水溶液などに浸漬することにより、図４Ａに示すように、Ａｇ膜１７の表面にＰｄまたはＰｄイオンを吸着させてＰｄ触媒層２２を形成し、触媒活性化を行い、それによってＮｉめっき析出活性を高める。Ｐｄ触媒層２２は、典型的にはＰｄ微粒子からなる。この触媒活性化の条件の一例を挙げると次のとおりである（例えば、「現代電子材料」、馬場宣良他、１９８６年発行を参照）。
【００３８】
アクチベータ（イオン性パラジウム吸着）
ＰｄＣｌ2 ・２Ｈ2 Ｏ  ０．１〜１ｇ／Ｌ
濃塩酸（conc. ＨＣｌ）  ０．１〜１ｍｌ／Ｌ
ｐＨ  ３〜４
温度  室温〜５０℃
時間  ２〜５ｍｉｎ
【００３９】
アクセレーター（還元によるパラジウム金属化）
ＮａＨ2 ＰＯ2 ・Ｈ2 Ｏ  ５０〜１００ｇ／Ｌ
ｐＨ  ６〜７
温度  ４０〜６０℃
時間  ３〜５ｍｉｎ
【００４０】
次に、図４Ｂに示すように、第１の実施形態と同様にして無電解めっき法により、Ａｇ膜１７を覆うようにＮｉ膜１８を形成する。この無電解メッキの際には、Ａｇ膜１７の表面にあらかじめＰｄ触媒層２２を形成し、触媒活性化を行うことでＮｉめっき析出活性を十分に高めているので、このＡｇ膜１７の上面および側面に極めて高い選択性でＮｉ膜１８を形成することができる。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて発光ダイオードを製造する。
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４１】
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態においては、図５Ａに示すように、第１の実施形態と同様に工程を進めて、電極溝１６まで形成した後、全面に無電解めっき析出防止膜としてＳｉＯ2 膜２３を形成する。次に、このＳｉＯ2 膜２３上に電極形成領域に対応する部分が開口したレジストパターン２４をリソグラフィーにより形成する。
次に、図５Ｂに示すように、このレジストパターン２４をマスクとしてＳｉＯ2 膜２３をエッチングする。こうして、ｐ型ＧａＮ層１５上の電極形成領域以外の部分がＳｉＯ2 膜２３で被覆された状態となる。
次に、図５Ｃに示すように、真空蒸着法などにより全面にＡｇ膜１７を形成する。
次に、図６Ａに示すように、レジストパターン２４をその上のＡｇ膜１７とともに除去する。こうして、ｐ型ＧａＮ層１５上の電極形成領域にのみＡｇ膜１７が形成される。
【００４２】
次に、図６Ｂに示すように、第１の実施形態と同様にして無電解めっき法により、Ａｇ膜１７を覆うようにＮｉ膜１８を形成する。この無電解めっきの際には、Ａｇ膜１７以外の部分のｐ型ＧａＮ層１５の表面にあらかじめ無電解めっき析出防止膜としてＳｉＯ2 膜２３を形成しているので、このＡｇ膜１７の上面および側面に極めて高い選択性でＮｉ膜１８を形成することができる。
次に、図６Ｃに示すように、ＳｉＯ2 膜２３をエッチング除去する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて発光ダイオードを製造する。
この第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。しかも、Ａｇ膜１７を形成するためのリフトオフに用いるレジストパターン２４を無電解めっき析出防止膜としてのＳｉＯ2 膜２３の形成にも用いているため、このＳｉＯ2 膜２３を形成するためのリソグラフィー工程の追加は不要であり、生産性の低下や製造コストの増加を殆ど招かない。
【００４３】
次に、この発明の第５の実施形態について説明する。
この第５の実施形態においては、図７Ａに示すように、第１の実施形態と同様に工程を進めて、電極溝１６まで形成した後、ｐ型ＧａＮ層１５上の電極形成領域以外の部分を被覆するように、無電解めっき析出防止膜としてＳｉＯ2 膜２３を形成する。
【００４４】
次に、図７Ｂに示すように、こうしてＳｉＯ2 膜２３が形成されたｐ型ＧａＮ層１５上に、第１の実施形態と同様にして無電解めっき法によりＮｉ膜１８を形成する。この無電解めっきの際には、ＳｉＯ2 膜２３上にはＮｉはほとんど析出せず、このＳｉＯ2 膜２３により覆われていないｐ型ＧａＮ層１５上にのみ選択的にＮｉ膜１８が形成される。この場合、このＮｉ膜１８がｐ側電極１９を形成する。
次に、図７Ｃに示すように、ＳｉＯ2 膜２３をエッチング除去する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて発光ダイオードを製造する。
この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４５】
次に、この発明の第６の実施形態について説明する。
この第６の実施形態においては、図８Ａに示すように、第１の実施形態と同様に工程を進めて、電極溝１６まで形成した後、ｐ型ＧａＮ層１５上の電極形成領域以外の部分を被覆するように、無電解めっき析出防止膜としてＳｉＯ2 膜２３を形成する。
次に、ＳｉＯ2 膜２３により覆われていない部分のｐ型ＧａＮ層１５上に第３の実施形態と同様にしてＰｄ触媒層２２を形成し、触媒活性化を行う。
【００４６】
次に、図８Ｂに示すように、第１の実施形態と同様にして無電解めっき法により、Ｎｉ膜１８を形成する。この無電解めっきの際には、ＳｉＯ2 膜２３上にはＮｉはほとんど析出せず、しかもこのＳｉＯ2 膜２３により覆われていない部分のｐ型ＧａＮ層１５上にあらかじめＰｄ触媒層２２を形成し、触媒活性化を行うことでＮｉめっき析出活性を十分に高めているので、このＳｉＯ2 膜２３により覆われていないｐ型ＧａＮ層１５上にのみ選択的にＮｉ膜１８が形成される。この場合、このＮｉ膜１８がｐ側電極１９を形成する。
次に、図８Ｃに示すように、ＳｉＯ2 膜２３をエッチング除去する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて発光ダイオードを製造する。
この第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４７】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の第１〜第６の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００４８】
具体的には、例えば、上述の第１〜第６の実施形態においては、サファイア基板を用いているが、必要に応じて、すでに述べたＳｉＣ基板、Ｓｉ基板などの他の基板を用いてもよい。また、必要に応じて、光の取り出し効率の向上を図る目的などで、基板の表面に凹凸加工、例えばストライプ状の凹凸加工を施してもよい。
また、必要に応じて、第１〜第６の実施形態におけるＮｉ膜１８上に他の金属膜を一層または二層以上形成してもよい。具体的には、Ｎｉ膜１８上に例えばＰｔ膜を形成し、その上にＡｕ膜を形成してもよい。さらに、電極溝１６とｐ側電極１９との形成順序を逆にしてもよい。
また、第４〜第６の実施形態において無電解めっき析出防止膜として形成したＳｉＯ2 膜２３は無電解めっき終了後に必ずしもエッチング除去する必要はなく、最終的にそのまま残すようにしてもよい。この場合、このＳｉＯ2 膜２３のうちの電極溝１６の底部のｎ側電極形成領域の部分をエッチング除去し、この部分にｎ側電極２０を形成する。
さらに、必要に応じて、上述の第１〜第６の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１…サファイア基板、１２…ｎ型ＧａＮ層、１３…活性層、１４…ｐ型ＡｌＧａＮ層、１５…ｐ型ＧａＮ層、１６…電極溝、１７…Ａｇ膜、１８、２１…Ｎｉ膜、１９…ｐ側電極、２０…ｎ側電極、２２…Ｐｄ触媒層、２３…ＳｉＯ2 膜、２４…レジストパターン
【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】
2006332504.tif 000009
【図８】
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