(57)【要約】【課題】  ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と良好なオーミック接触を得ることができ、且つ、加熱による特性劣化に耐性を有する負極を備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供すること。【解決手段】  基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で含み、負極および正極がそれぞれｎ型半導体層およびｐ型半導体層に設けられている発光素子において、該負極が少なくともｎ型半導体層と接するコンタクトメタル層およびボンディングパッド層を含み、該コンタクトメタル層がスパッタリング法により形成されたＣｒまたはＣｒ合金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。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で含み、負極および正極がそれぞれｎ型半導体層およびｐ型半導体層に設けられている発光素子において、該負極が少なくともｎ型半導体層と接するコンタクトメタル層およびボンディングパッド層を含み、該コンタクトメタル層がスパッタリング法により形成されたＣｒまたはＣｒ合金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。
【請求項２】
Ｃｒ合金がＣｒと仕事関数が４．５ｅＶ以下の金属元素との合金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。
【請求項３】
仕事関数が４．５ｅＶ以下の金属元素がＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＶからなる群から選ばれた一種または複数の金属元素であることを特徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
仕事関数が４．５ｅＶ以下の金属元素がＡｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎからなる群から選ばれた一種または複数の金属元素であ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。
【請求項５】
Ｃｒ合金中のＣｒの比率が１質量％以上１００質量％未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項６】
Ｃｒ合金中のＣｒの比率が１０質量％以上であ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。
【請求項７】
コンタクトメタル層の厚さが１〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項８】
コンタクトメタル層の厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項９】
ボンディングパッド層がＡｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれた金属または該金属を含んだ合金であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１０】
ボンディングパッド層の厚さが１００〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１１】
ボンディングパッド層の厚さが２００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１０に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１２】
ボンディングパッド層上にＡｕ−Ｓｎ合金からなる層が設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１３】
Ａｕ−Ｓｎ合金層の厚さが２００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１４】
ボンディングパッド層上に鉛フリーはんだ層が設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１５】
鉛フリーはんだ層の厚さが２００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１４に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１６】
コンタクトメタル層とボンディングパッド層の間にＴｉからなる接着層が設けられていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１７】
接着層の厚さが１〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１８】
接着層の厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１７に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１９】
コンタクトメタル層とボンディングパッド層の間にバリア層が設けられていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２０】
ボンディングパッド層とＡｕ−Ｓｎ合金層もしくは鉛フリーはんだ層の間にバリア層が設けられていることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２１】
バリア層がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、ＲｈおよびＰｄからなる群から選ばれた金属または該金属を含んだ合金であることを特徴とする請求項１９または２０に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２２】
バリア層がＴｉ、Ｔａ、ＷおよびＰｔからなる群から選ばれた金属または該金属を含んだ合金であることを特徴とする請求項２１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２３】
バリア層の厚さが１０〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２４】
バリア層の厚さが５０〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項２３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２５】
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子がフリップチップ型であることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２６】
窒化ガリウム系化合物半導体素子用の負極であって、少なくともｎ型半導体層と接するコンタクトメタル層およびボンディングパッド層を含み、該コンタクトメタル層がスパッタリング法により形成されたＣｒまたはＣｒ合金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用の負極。
【請求項２７】
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子がフリップチップ型であることを特徴とする請求項２６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用の負極。
【請求項２８】
基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で含み、正極が該ｐ型半導体層に設けられ、ボンディングパッド層およびＣｒもしくはＣｒ合金からなるコンタクトメタル層を少なくとも有する負極が該ｎ型半導体層に設けられている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、該コンタクトメタル層を該ｎ型半導体層上にスパッタリング法により形成してアニーリングなしにオーミックコンタクトさせ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製造方法。
【請求項２９】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の発光素子を用いてなるランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関し、特に優れた特性および生産性を有する負極を具備したフリップチップ型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体が紫外光領域から青色あるいは緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）の材料として注目されている。このような材料の化合物半導体を使うことによって、これまで困難であった発光強度の高い紫外光、青色、緑色等の発光が可能となった。このような窒化ガリウム系化合物半導体は、一般に絶縁性基板であるサファイア基板上に成長させるため、ＧａＡｓ系の発光素子のように基板の裏面に電極を設けることができない。このため結晶成長した半導体層側に負極と正極の両方を形成することが必要である。
【０００３】
特に、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体素子の場合は、サファイア基板が発光波長に対して透光性を有するため、電極面を下側にしてマウントし、サファイア基板側から光を取り出す構造のフリップチップ型が注目されている。
【０００４】
図１はこのような型の発光素子の一般的なの構造例を示す概略図である。すなわち、発光素子は、基板１にバッファ層２、ｎ型半導体層３、発光層４およびｐ型半導体層５が結晶成長されて、発光層４およびｐ型半導体層５の一部がエッチング除去されてｎ型半導体層３が露出されており、ｐ型半導体層５上に正極１０、ｎ型半導体層３上に負極２０が形成されている。このような発光素子は、例えばリードフレームに電極形成面を向けて装着され、次いでボンディングされる。
【０００５】
従って、フリップチップ型発光素子の場合、装着時に負極に数百℃の加熱がかかる。このため、フリップチップ型発光素子の負極は加熱による特性の劣化を抑制できることが要求される。
【０００６】
窒化ガリウム系化合物半導体と良好なオーミック接触を得る負極として、Ａｌ、ＣｒおよびＴｉをｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層に蒸着した負極が知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、この負極は加熱によって特性劣化を来たす。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上に、Ｖ、Ｎｂ、ＺｒおよびＣｒよりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属またはこの金属を含む合金からなる下地層と該下地層上の他の金属からなる主電極層を蒸着により形成し、熱処理した負極が知られている（例えば特許文献２参照）。しかし、この方法では、電極形成後に熱処理工程を含むので生産性に劣る。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２９１６２１号公報
【特許文献２】特開平１０−１１２５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と良好なオーミック接触を得ることができ、且つ、加熱による特性劣化に耐性を有する負極を提供することである。また、このような負極を具備する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は下記の発明を提供する。
（１）基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で含み、負極および正極がそれぞれｎ型半導体層およびｐ型半導体層に設けられている発光素子において、該負極が少なくともｎ型半導体層と接するコンタクトメタル層およびボンディングパッド層を含み、該コンタクトメタル層がスパッタリング法により形成されたＣｒまたはＣｒ合金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。
【００１０】
（２）Ｃｒ合金がＣｒと仕事関数が４．５ｅＶ以下の金属元素との合金であることを特徴とする上記（１）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１１】
（３）仕事関数が４．５ｅＶ以下の金属元素がＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＶからなる群から選ばれた一種または複数の金属元素であることを特徴とする上記（２）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１２】
（４）仕事関数が４．５ｅＶ以下の金属元素がＡｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎからなる群から選ばれた一種または複数の金属元素であることを特徴とする上記（３）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１３】
（５）Ｃｒ合金中のＣｒの比率が１質量％以上１００質量％未満であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１４】
（６）Ｃｒ合金中のＣｒの比率が１０質量％以上であることを特徴とする上記（５）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１５】
（７）コンタクトメタル層の厚さが１〜５００ｎｍであることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１６】
（８）コンタクトメタル層の厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする上記（７）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１７】
（９）ボンディングパッド層がＡｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれた金属または該金属を含んだ合金であることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１８】
（１０）ボンディングパッド層の厚さが１００〜１０００ｎｍであることを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１９】
（１１）ボンディングパッド層の厚さが２００〜５００ｎｍであることを特徴とする上記（１０）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２０】
（１２）ボンディングパッド層上にＡｕ−Ｓｎ合金からなる層が設けられていることを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２１】
（１３）Ａｕ−Ｓｎ合金層の厚さが２００ｎｍ以上であることを特徴とする上記（１２）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２２】
（１４）ボンディングパッド層上に鉛フリーはんだ層が設けられていることを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２３】
（１５）鉛フリーはんだ層の厚さが２００ｎｍ以上であることを特徴とする上記（１４）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２４】
（１６）コンタクトメタル層とボンディングパッド層の間にＴｉからなる接着層が設けられていることを特徴とする上記（１）〜（１５）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２５】
（１７）接着層の厚さが１〜１００ｎｍであることを特徴とする上記（１６）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２６】
（１８）接着層の厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする上記（１７）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２７】
（１９）コンタクトメタル層とボンディングパッド層の間にバリア層が設けられていることを特徴とする上記（１）〜（１５）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２８】
（２０）ボンディングパッド層とＡｕ−Ｓｎ合金層もしくは鉛フリーはんだ層の間にバリア層が設けられていることを特徴とする上記（１２）〜（１８）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２９】
（２１）バリア層がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、ＲｈおよびＰｄからなる群から選ばれた金属または該金属を含んだ合金であることを特徴とする上記（１９）または（２０）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００３０】
（２２）バリア層がＴｉ、Ｔａ、ＷおよびＰｔからなる群から選ばれた金属または該金属を含んだ合金であることを特徴とする上記（２１）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００３１】
（２３）バリア層の厚さが１０〜５００ｎｍであることを特徴とする上記（１９）〜（２２）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００３２】
（２４）バリア層の厚さが５０〜３００ｎｍであることを特徴とする上記（２３）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００３３】
（２５）窒化ガリウム系化合物半導体発光素子がフリップチップ型であることを特徴とする上記（１）〜（２４）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００３４】
（２６）窒化ガリウム系化合物半導体素子用の負極であって、少なくともｎ型半導体層と接するコンタクトメタル層およびボンディングパッド層を含み、該コンタクトメタル層がスパッタリング法により形成されたＣｒまたはＣｒ合金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用の負極。
【００３５】
（２７）窒化ガリウム系化合物半導体発光素子がフリップチップ型であることを特徴とする上記（２６）項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用の負極。
【００３６】
（２８）基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で含み、正極が該ｐ型半導体層に設けられ、ボンディングパッド層およびＣｒもしくはＣｒ合金からなるコンタクトメタル層を少なくとも有する負極が該ｎ型半導体層に設けられている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、該コンタクトメタル層を該ｎ型半導体層上にスパッタリング法により形成してアニーリングなしにオーミックコンタクトさせ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製造方法。
（２９）上記（１）〜（２５）のいずれか一項に記載の発光素子を用いてなるランプ。
【発明の効果】
【００３７】
スパッタリング法により形成されたＣｒまたはＣｒ合金をコンタクトメタル層とする本発明の負極は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と良好なオーミック接触を得ることができ、且つ、加熱により特性劣化を引き起こすことがない。また、本発明の負極とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層との良好なオーミック接触はアニーリング処理なしに達成されるので、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は生産性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明における基板上に積層される窒化ガリウム系化合物半導体としては、図１に示したような、基板１にバッファ層２、ｎ型半導体層３、発光層４およびｐ型半導体層５が結晶成長されている従来公知のものが何ら制限無く用いることができる。基板にはサファイアおよびＳｉＣ等従来公知のものが何ら制限なく用いられ、窒化ガリウム系化合物半導体には一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来公知の窒化ガリウム系化合物半導体が何ら制限なく用いられる。
【００３９】
その一例を説明すると、図２に示したような、サファイア基板１上にＡｌＮ層からなるバッファ層２を積層し、その上にｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層３ａ、ｎ型ＧａＮ層からなる下部クラッド層３ｂ、ＩｎＧａＮ層からなる発光層４、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなる上部クラッド層５ｂ、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５ａを順次積層したものを用いることができる。コンタクト層５ａ上に設ける正極１０は、例えばＡｌのような従来公知の組成および構造の正極を何ら制限なく用いることができる。
【００４０】
このような窒化ガリウム系化合物半導体のコンタクト層５ａ、上部クラッド層５ｂ、発光層４、および下部クラッド層３ｂの一部をエッチングにより除去してコンタクト層３ａ上に負極２０を設ける。負極２０は、コンタクトメタル層２１、接着層２２およびボンディングパッド層２３から構成されている。
【００４１】
本発明において、負極は少なくともｎ型半導体層とオーミック接触を形成するコンタクトメタル層および回路基板またはリードフレーム等と電気接続するためのボンディングパッド層の２つの層を含み、コンタクトメタル層がスパッタリング法で形成されたＣｒまたはＣｒ合金からなることを特徴とする。スパッタリング法を用いてコンタクトメタル層を形成することにより、ｎ型ＧａＮとコンタクトメタル層との合金化が進むため、アニーリングしなくてもコンタクトメタル層形成後に低接触抵抗を得ることができる。
【００４２】
コンタクトメタル層の厚さは１ｎｍ以上が好ましい。とくに５ｎｍ以上とすると低抵抗が得られるため望ましい。さらに１０ｎｍ以上とすると安定した低抵抗が得られるため、より望ましい。厚すぎても生産性が悪化するので、５００ｎｍ以下が好ましい。さらに好ましくは２００ｎｍ以下である。
【００４３】
Ｃｒ合金としては、仕事関数が４．５ｅＶ以下の金属元素との合金が、接触比抵抗が低いので好ましい。仕事関数が４．５ｅＶ以下の金属元素としては、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＶ等が挙げられる。これらの中でも、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎが特に好ましい。
【００４４】
Ｃｒ合金のＣｒ含有率は１質量％以上１００質量％未満が好ましい。特に発光素子の加熱による特性劣化を抑制するためにはＣｒの含有率を１０質量％以上とすることが望ましい。さらに安定的に特性劣化を抑制するためには２０質量％以上とするのが望ましい。また、Ｃｒは３００℃の熱印加により反射率が向上するため、Ｃｒの含有率は高い方が望ましい。
【００４５】
スパッタリングは、従来公知のスパッタリング装置を用いて従来公知の条件を適宜選択して実施することができる。窒化ガリウム系化合物半導体層を積層し、ｎ型半導体層の一部をエッチングにより露出させた基板をチャンバ内に収容し、基板温度を室温から５００℃の範囲に設定する。好ましくは室温付近とする。チャンバ内は真空度が１０-4〜１０-7Ｐａとなるまで排気する。スパッタリング用ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等が使用できる。入手の容易さからＡｒとするのが望ましい。これらの内の一つのガスをチャンバ内に導入し、０．１〜１０Ｐａにしたのち放電を行う。好ましくは０．２〜５Ｐａの範囲に設定する。供給する電力は０．２〜２．０ｋＷの範囲が好ましい。この際、放電時間と供給電力を調節することによって、形成する層の厚さを調節することができる。スパッタリングに使用する所要ターゲットの酸素含有量は１００００ｐｐｍ以下とすることが、形成された層中の酸素含有量が少なくなるので好ましい。６０００ｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい。合金層を形成する場合、あらかじめ目的組成の合金を作製しておき、その合金をターゲットとして、同じ組成の合金層をスパッタリングすることが好ましい。
【００４６】
コンタクトメタル層とｎ型ＧａＮ半導体層との接触抵抗が良好であるためにはｎ型ＧａＮ半導体層表面の自然酸化膜の除去状況が大きく影響する。ＧａＮ半導体層の表面は大気中で酸化され自然酸化膜が形成される。一旦エッチング等により酸化膜を除去したとしても電極形成までの間に大気に暴露されれば再び表面が酸化される。ＧａＮが酸化された膜は絶縁体であるので、ＧａＮ表面全体が酸化膜で覆われていれば電極／ＧａＮ界面の接触抵抗が高くなる。従って、スパッタリング前にｎ型半導体層表面の酸化膜を除去しておくことは重要である。
【００４７】
ボンディングパッド層はＡｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれた金属または該金属を含んだ合金で形成することが、バンプとの密着性が良いので好ましい。ボンディングパッドの厚さは１００〜１０００ｎｍが生産性に優れるので好ましい。さらに好ましくは２００〜８００ｎｍである。特に好ましくは２００〜５００ｎｍである。
【００４８】
コンタクトメタル層とボンディングパッド層との間に両層の接着性を改良するために、Ｔｉからなる接着層を介在させることが好ましい。接着層を設ける場合、厚さは１〜１００ｎｍが好ましい。１ｎｍ未満では十分な接着効果が得られない。１００ｎｍを超えると発光素子を加熱した場合にＴｉ膜が酸化され、電気特性が悪化する恐れがある。５ｎｍ以上とすると安定した接着効果が得られるので、さらに好ましい。特に好ましくは１０ｎｍ以上である。
【００４９】
ボンディングパッド層上にＡｕ−Ｓｎ合金層または鉛フリーはんだ層を設けることができる。Ａｕ−Ｓｎ合金層または鉛フリーはんだ層は、発光素子をサブマウントに装着する際の接着層としての役割を果たすために、２００ｎｍ以上の厚さであることが望ましい。また、生産性の観点から５μｍ以下の厚さであることが好ましい。
【００５０】
Ａｕ−Ｓｎ合金層または鉛フリーはんだ層を設けた場合でも、発光素子の実装時に３００〜４００℃の熱が数分以上かかる。このときの熱によってコンタクトメタル層中のＣｒがボンディングパッド層、Ａｕ−Ｓｎ合金層または鉛フリーはんだ層に拡散する恐れがある。よって、Ｃｒの拡散を防止するためにバリア層をコンタクトメタル層およびボンディングパッド層間またはボンディングパッド層およびＡｕ−Ｓｎ合金層（または鉛フリーはんだ層）間に設けることが好ましい。
【００５１】
バリア層はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、ＲｈおよびＰｄからなる群から選ばれた金属または該金属を含んだ合金であることが望ましい。とくに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔが望ましい。バリア層の厚さは薄すぎると均一な単膜にならないので１０ｎｍ以上が望ましく、生産性の観点からは５００ｎｍ以下が望ましい。さらに好ましくは５０〜３００ｎｍである。
上述のＴｉからなる接着層を設けた場合には、この接着層がバリア層を兼ねる。
【００５２】
ボンディングパッド層、接着層およびバリア層の形成方法はスパッタリング法および蒸着法等、従来公知の方法を何ら制限なく用いることができる。しかし、コンタクトメタル層の形成をスパッタリング法で行なうので、コンタクトメタル層の形成に引き続いてスパッタリング法で行なうことが、工程が簡略され好ましい。また、Ａｕ−Ｓｎ合金層または鉛フリーはんだ層の形成方法も、蒸着法、メッキ法およびペーストを用いた塗布法等従来公知の方法を何ら制限なく用いることができる。
【００５３】
また、本発明の発光素子に必要に応じて蛍光剤を有するカバーを設けて、ランプにすることができる。
【実施例】
【００５４】
以下に、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明する。表１に本実施例および比較例で用いた負極材料と形成法および成膜直後と加熱テスト後の評価結果を示したが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００５５】
図２は本実施例で製造した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の概略図である。
用いた窒化ガリウム系化合物半導体は、サファイア基板１上にＡｌＮ層からなるバッファ層２を積層し、その上にｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層３ａ、ｎ型ＧａＮ層からなる下部クラッド層３ｂ、ＩｎＧａＮ層からなる発光層４、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなる上部クラッド層５ｂ、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５ａを順次積層したものである。コンタクト層３ａはＳｉを７×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ型ＧａＮ層であり、下部クラッド層３ｂはＳｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ型ＧａＮ層であり、発光層４の構造は単一量子井戸構造で、ＩｎＧａＮの組成はＩｎ0.95Ｇａ0.05Ｎである。上部クラッド層５ｂはＭｇを１×１０18／ｃｍ3ドープしたｐ型のＡｌＧａＮでその組成はＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎである。コンタクト層５ａはＭｇを５×１０19／ｃｍ3ドープしたｐ型のＧａＮ層である。これらの層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
【００５６】
この窒化ガリウム系化合物半導体に以下の手順で正極１０および負極２０を設けてフリップチップ型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
【００５７】
まず、コンタクト層５ａ表面の酸化膜を除去する目的で沸騰した濃ＨＣｌ中でこの窒化ガリウム系化合物半導体素子を１０分間処理した。
【００５８】
次いで、正極１０としてＡｌをコンタクト層５ａ上に形成した。形成手順は以下の通りである。レジストを全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術により正極形成領域のレジストを除去した。バッファードフッ酸（ＢＨＦ）に室温で１分間浸漬した後、真空スパッタリング装置で正極を成膜した。スパッタリング法により形成する際の操作条件は、次の通りである。
【００５９】
チャンバ内は真空度が１０-6Ｐａとなるまで排気した。基板をチャンバ内に収容し、スパッタリング用ガスとしてＡｒガスをチャンバ内に導入し、０．５Ｐａとしたのち放電を行なった。供給する電力は０．２５ｋＷとした。この際、放電時間と供給電力を調節することによって、形成する層の厚さを１００ｎｍに調節した。スパッタリング装置内より取り出した後、リフトオフ技術を用いて正極領域以外の金属膜をレジストと共に除去した。
【００６０】
次に、負極２０をコンタクト層３ａ上に形成した。形成手順は以下のとおりである。
まず、エッチングマスクを正極１０上に形成した。形成手順は以下の通りである。レジストを全面に一様に塗布した後、公知リソグラフィー技術を用いて、正極領域より一回り大きい領域からレジストを除去した。真空蒸着装置内にセットして、圧力４×１０-4Ｐａ以下でＮｉおよびＴｉをエレクトロンビーム法により膜厚がそれぞれ約５０ｎｍおよび３００ｎｍとなるように積層した。その後リフトオフ技術により、正極領域以外の金属膜をレジストとともに除去した。このエッチングマスクは、正極を反応性イオンドライエッチングのプラズマダメージから保護するための層である。
【００６１】
次いで、コンタクト層３ａを露出させ、その上に負極２０を形成した。形成手順は以下の通りである。反応性イオンドライエッチングにて、コンタクト層３ａが露出するまでエッチングを施した後、ドライエッチング装置より取り出し、上記エッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去した。
【００６２】
次に、レジストを全面に一様に塗布した後、公知リソグラフィー技術を用いて、露出されたコンタクト層３ａ領域からレジストを除去した後、上述したスパッタリング法によりＣｒからなるコンタクトメタル層２１、Ｔｉからなる接着層２２およびＡｕからなるボンディングパッド層２３をそれぞれ１００ｎｍ、２０ｎｍおよび３００ｎｍの厚さで形成した。その後、負極部以外の金属膜をレジストと共に除去して、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
【００６３】
さらに、表１に示した材料のコンタクトメタル層、接着層およびボンディングパッド層を用いて上記と同様に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。得られた発光素子の接触比抵抗を円形ＴＬＭ法により測定し、その結果を表１に併せて示した。
【００６４】
【表１】
2005197670.tif 000003
【００６５】
なお、表１の形成法における「蒸着」は、比較のために蒸着法によって負極を形成したものである。基板を炉内に入れ、１０-4Ｐａ以下の真空中で蒸着法により負極を形成した。また、「ＳＰＴ」はスパッタリング法を意味する。加熱テストはＲＴＡ炉により、大気中で３００℃、１分間加熱した。
【００６６】
コンタクトメタル層を蒸着法により形成すると、成膜後はオーミック特性であるが、加熱テスト後には接触特性がショットキーとなり、抵抗値の著しい悪化が見られる。一方、スパッタリング法により形成した本発明では、成膜後も加熱テスト後もオーミック特性であり、また、低抵抗を維持する。スパッタリング法によりコンタクトメタル層を形成した場合、Ｃｒ−Ａｌ合金を用いると、Ｃｒの比率が２０％となってもこの特性が維持される。Ｃｒ−Ｍｏ合金を用いると、さらに低抵抗になり、加熱テスト後もその低抵抗が維持される。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によって提供されるフリップチップ型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、発光ダイオードおよびランプ等の材料として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来のフリップチップ型化合物半導体発光素子の一般的な構造を示す概略図である。
【図２】本発明のフリップチップ型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    基板
２    バッファ層
３    ｎ型半導体層
４    発光層
５    ｐ型半導体層
１０    正極
２０    負極
２１    コンタクトメタル層
２２    接着層
２３    ボンディングパッド層
【図１】
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【図２】
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