(57)【要約】【課題】  ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との接触抵抗が小さく、且つ、生産性に優れた正極を有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。【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、該正極がＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、ＲｅおよびＯｓの群から選ばれる少なくとも一種の金属またはこれらの少なくとも一種を含む合金からなるコンタクトメタル層を有し、該ｐ型半導体層の正極側表面にコンタクトメタル層形成金属を含む正極金属混在層が存在す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】      なし【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型半導体層に接して設けられている発光素子において、該正極が少なくともｐ型半導体層と接するコンタクトメタル層を含み、該コンタクトメタル層がＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、ＲｅおよびＯｓの群から選ばれる少なくとも一種の金属またはこれらの少なくとも一種を含む合金からなり、該ｐ型半導体層の正極側表面にＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、ＲｅおよびＯｓの群から選ばれる少なくとも一種の金属を含む正極金属混在層が存在す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】
正極金属混在層の厚さが０．１〜１０ｎｍ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】
正極金属混在層におけるＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、ＲｅおよびＯｓの群から選ばれる少なくとも一種の金属の濃度が当該正極金属混在層中の全金属に対して０．０１〜３０原子％であることを特徴とする請求項１または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】
正極がコンタクトメタル層上にＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、ＯｓおよびＡｇの群から選ばれる一種の金属またはこれらの少なくとも一種を含む合金からなる反射層を有することを特徴とする請求項１〜３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５】
反射層が柱状結晶構造であることを特徴とする請求項４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】
コンタクトメタル層の厚さが１〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項４または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】
反射層の厚さが３０〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項４〜６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ｐ型半導体層側表面にＩＩＩ族金属を含む半導体金属混在層が存在することを特徴とする請求項１〜７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９】
半導体金属混在層がさらに窒素を含むことを特徴とする請求項８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】
半導体金属混在層の厚さが０．１〜３ｎｍであることを特徴とする請求項８または９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】
半導体金属混在層におけるＩＩＩ族金属の濃度が当該半導体金属混在層中の全金属に対して０．１〜５０原子％であることを特徴とする請求項８〜１０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１２】
コンタクトメタル層がＰｔからな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】
Ｐｔ（２２２）の面間隔が１．１３０Å以下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】
コンタクトメタル層をＲＦ放電スパッタリング法で形成することを特徴とする請求項１〜１３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】
コンタクトメタル層をＲＦ放電スパッタリング法で形成し、反射層をＤＣ放電スパッタリング法で形成することを特徴とする請求項４〜１３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１６】
コンタクトメタル層の形成工程以後、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の温度を３５０℃以下に保持す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の製造方法。
【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正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、ＡｌxＩｎyＧａ1-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れるため、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。そして、発光層４で発生した光は基板１側から取り出される。この型の発光素子においては、光を効率よく取り出すために、正極１０には反射性の金属を用いてｐ型半導体層５の大部分を覆うように設け、発光層から正極側に向かった光も正極１０で反射させて基板１側から取り出している。
【０００５】
従って、正極材料には低接触抵抗、かつ高反射率であることが求められる。低接触抵抗を得るためには、ｐ型半導体層と接するコンタクトメタル層にＡｕ／Ｎｉ等の材料を用いてアロイングする（同時に透明化される）手法が広く知られ、低接触抵抗を得るのに優れるが、コンタクトメタル層の光透過率が低いために電極としての反射率は低い。
【０００６】
一方、Ｐｔ等の仕事関数の高い金属を用いると低接触抵抗と高反射率が両立できるとされ、特開平２０００−３６６１９号公報および特開平２０００−１８３４００号公報等では、Ｐｔ等の金属をコンタクトメタル層として直接ｐ型半導体層上に蒸着により形成している。しかし、この場合の接触抵抗はＡｕ／Ｎｉのアロイングに比べて劣っている。
【０００７】
また、特許第３３６５６０７号公報では、ｐ型半導体層と接するコンタクトメタル層をＰｔ族金属とＧａとを含有する層とすることによって接触抵抗の低下を目指している。具体的には、ｐ型半導体層上にＰｔとＧａを同時蒸着（厚さ２０ｎｍ）した後にＰｔを蒸着（厚さ１００ｎｍ）したり、ｐ型半導体層上に厚さ１００ｎｍのＰｔを直接蒸着した後にアニーリング（６００〜９００℃）したりしている。Ｇａの同時蒸着やアンーリングを必要とするので、生産性が劣るという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平２０００−３６６１９号公報
【特許文献２】特開平２０００−１８３４００号公報
【特許文献３】特許第３３６５６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との接触抵抗が小さく、且つ、生産性に優れた正極を有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である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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型半導体層に接して設けられている発光素子において、該正極が少なくともｐ型半導体層と接するコンタクトメタル層を含み、該コンタクトメタル層がＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、ＲｅおよびＯｓの群から選ばれる少なくとも一種の金属またはこれらの少なくとも一種を含む合金からなり、該ｐ型半導体層の正極側表面にＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、ＲｅおよびＯｓの群から選ばれる少なくとも一種の金属を含む正極金属混在層が存在す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。
【００１１】
（２）正極金属混在層の厚さが０．１〜１０ｎｍ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。
【００１２】
（３）正極金属混在層におけるＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、ＲｅおよびＯｓの群から選ばれる少なくとも一種の金属の濃度が当該正極金属混在層中の全金属に対して０．０１〜３０原子％であることを特徴とする上記１または２項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１３】
（４）正極がコンタクトメタル層上にＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、ＯｓおよびＡｇの群から選ばれる一種の金属またはこれらの少なくとも一種を含む合金からなる反射層を有することを特徴とする上記１〜３項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】
（５）反射層が柱状結晶構造であることを特徴とする上記４項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１５】
（６）コンタクトメタル層の厚さが１〜３０ｎｍであることを特徴とする上記４または５項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１６】
（７）反射層の厚さが３０〜５００ｎｍであることを特徴とする上記４〜６項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。
【００１７】
（８）コンタクトメタル層のｐ型半導体層側表面にＩＩＩ族金属を含む半導体金属混在層が存在することを特徴とする上記１〜７項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】
（９）半導体金属混在層がさらに窒素を含むことを特徴とする上記８項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１９】
（１０）半導体金属混在層の厚さが０．１〜３ｎｍであることを特徴とする上記８または９項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００２０】
（１１）半導体金属混在層におけるＩＩＩ族金属の濃度が当該半導体金属混在層中の全金属に対して０．１〜５０原子％であることを特徴とする上記８〜１０項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】
（１２）コンタクトメタル層がＰｔからなることを特徴とする上記１〜１１項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。
【００２２】
（１３）Ｐｔ（２２２）の面間隔が１．１３０Å以下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。
【００２３】
（１４）コンタクトメタル層をＲＦ放電スパッタリング法で形成することを特徴とする上記１〜１３項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。
【００２４】
（１５）コンタクトメタル層をＲＦ放電スパッタリング法で形成し、反射層をＤＣ放電スパッタリング法で形成することを特徴とする上記４〜１３項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】
（１６）コンタクトメタル層の形成工程以後、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の温度を３５０℃以下に保持することを特徴とする上記１〜１５項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の製造方法。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、ｐ型半導体層の正極側表面にコンタクトメタル層を構成する金属を含有する正極金属混在層を有することにより、正極とｐ型半導体層との接触抵抗が小さい。
【００２７】
さらに、正極コンタクトメタル層の半導体側表面に半導体を構成するＩＩＩ族金属を含有する半導体金属混在層を有することにより、接触抵抗は一層低下する。
【００２８】
また、正極のコンタクトメタル層をＲＦ放電によるスパッタリングで形成することにより、アニーリング処理なしに正極金属混在層および半導体金属混在層を形成することができ、生産性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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る。窒化ガリウム系化合物半導体として一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ＜１）で表わされる半導体が多数知られており、本発明においても一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-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何ら制限なく用いられる。
【００３０】
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。
【００３１】
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上に例えばＴｉ／Ａｕからなる従来公知の負極２０を設け、コンタクト層５ａ上に正極１０を設ける。
【００３２】
本発明において、正極１０は少なくともｐ型半導体層と接するコンタクトメタル層を有する。コンタクトメタル層上には反射層を設ける。コンタクトメタル層の反射性が十分な場合には、コンタクトメタル層と反射層は兼ねてもよい。しかし、低接触抵抗を目的とするコンタクトメタル層と高反射性を目的とする反射層を別個に設けることが好ましい。反射層を別個に設ける場合、コンタクトメタル層は低接触抵抗と共に高光透過率も要求される。また、通常、回路基板またはリードフレーム等との電気接続のためにボンディングパッド層が最上層に設けられる。
【００３３】
コンタクトメタル層の材料には低接触抵抗を達成するために、仕事関数の高い金属、具体的にはＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、ＲｅおよびＯｓの群から選ばれる少なくとも一種の金属またはこれらの少なくとも一種を含む合金を用いることが好ましい。さらに好ましくはＰｔ、Ｉｒ、ＲｈおよびＲｕである。Ｐｔが特に好ましい。
【００３４】
コンタクトメタル層の厚さは、低接触抵抗を安定して得るためには１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは２ｎｍ以上であり、３ｎｍ以上が特に好ましい。また、光透過率を十分に得るために、３０ｎｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは２０ｎｍ以下であり、１０ｎｍ以下が特に好ましい。
【００３５】
ｐ型半導体層の正極側表面に上記コンタクトメタル層を形成する金属を含む正極金属混在層を存在させる。このような構成にすることによって、正極とｐ型半導体層との接触抵抗が低下する。
【００３６】
要するに、本発明において、「正極金属混在層」とはｐ型半導体層中のコンタクトメタル層形成金属含有層と定義される。
【００３７】
正極金属混在層の厚さは０．１〜１０ｎｍが好ましい。０．１ｎｍ未満および１０ｎｍを超えると低接触抵抗が得られ難い。より良い接触抵抗を得るためには１〜８ｎｍとすることがさらに好ましい。正極金属混在層の厚さと電流２０ｍＡにおける順方向電圧との関係を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2005277403.tif 000002
【００３９】
また、該層中に含まれるコンタクトメタル層形成金属の比率は、全金属に対して０．０１〜３０原子％が好ましい。その比率には分布があり、コンタクトメタル層との界面に近い方がコンタクトメタル層形成金属の比率が高くなる。０．０１原子％未満では低接触抵抗が得られ難く、３０原子％を超えると半導体の結晶性を悪化させる懸念がある。好ましくは１〜２０原子％である。なお、該層は反射層形成金属を含んでもよい。その場合、上記比率はコンタクトメタル層形成金属と反射層形成金属を合算した値として評価する。
【００４０】
正極金属混在層の厚さおよび含有する正極形成金属の比率は、当業者には周知の断面ＴＥＭのＥＤＳ分析によって測定できる。即ち、ｐ型半導体層の上面（正極側面）から厚み方向に数点、例えば５点断面ＴＥＭのＥＤＳ分析を行ない、各点でのチャートから含まれる金属とその量を求められる。厚さを決定するのに測定した５点では不十分な場合は、追加してさらに数点測定すればよい。
【００４１】
さらに、正極コンタクトメタル層の半導体側表面に半導体を構成する金属を含有する半導体金属混在層を存在させると、接触抵抗が一層低下するので好ましい。即ち、本発明において、「半導体金属混在層」とはコンタクトメタル層中の半導体構成金属含有層として定義される。
【００４２】
半導体金属混在層の厚さは０．１〜３ｎｍが好ましい。０．１ｎｍ未満では接触抵抗低下の効果が顕著ではない。３ｎｍを超えると光透過率が減少するので好ましくない。さらに好ましくは１〜３ｎｍである。半導体金属混在層の厚さと電流２０ｍＡにおける順方向電圧との関係を表２に示す。
【００４３】
【表２】
2005277403.tif 000003
【００４４】
また、該層中に含まれる半導体構成金属の比率は全金属量に対して０．１〜５０原子％が好ましい。０．１％未満では接触抵抗低下の効果が顕著ではない。５０原子％を超えると光透過率を減少させる懸念がある。さらに好ましくは１〜２０原子％である。
【００４５】
半導体金属混在層の厚さおよび半導体構成金属含有量の測定は、正極金属混在層と同様、断面ＴＥＭのＥＤＳ分析によって行なうことができる。
【００４６】
反射層は反射率が高い金属、具体的にはＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｇの群から選ばれる少なくとも一種の金属またはこれらの少なくとも一種を含む合金を用いて形成できる。厚さは３０ｎｍ以上が好ましい。３０ｎｍ未満万では高反射率を電極の全面でムラなく得ることが困難である。５０ｎｍ以上がさらに好ましい。また、生産コストの面から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４７】
ボンディングパッド層は、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等の材料を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料および構造のものを何ら制限無く用いることができる。また、厚さは１００〜１０００ｎｍが好ましい。ボンディングパッドの特性上厚いほうがボンダビリティーが高くなるため、３００ｎｍ以上が好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下が好ましい。
【００４８】
次に、コンタクトメタル層、正極金属混在層および半導体金属混在層の形成方法について述べる。
【００４９】
コンタクトメタル層をｐ型半導体層上に形成するにあたり、ＲＦ放電によるスパッタリング成膜法で形成することが好ましい。ＲＦ放電によるスパッタリング成膜法を用いることで、蒸着法やＤＣ放電のスパッタリング成膜法を用いるより接触抵抗の低い電極を形成できることが見出された。
【００５０】
ＲＦ放電によるスパッタリング成膜では、イオンアシスト効果により、ｐ型半導体層に付着したスパッタ原子にエネルギを与え、ｐ型半導体、例えばＭｇドープのｐ−ＧａＮとの間で表面拡散を促す作用があると考えられる。さらに、上記成膜においては、ｐ型半導体層の最表面原子にもエネルギーを与え、半導体材料、例えばＧａがコンタクトメタル層に拡散することを促す作用もあると考えられる。断面ＴＥＭのＥＤＳ分析において、ｐ−ＧａＮ上のＲＦスパッタリング成膜部であるコンタクトメタル層に半導体由来のＧａとコンタクトメタル層材料であるＰｔの両方が検出される領域、即ち、半導体金属混在層が確認された（本発明の実施例１におけるコンタクトメタル層の分析結果の一例である図３参照）。
【００５１】
一方、半導体側では断面ＴＥＭのＥＤＳ分析でＧａ、Ｎ、Ｐｔがすべて検出される領域、即ち、正極金属混在層が確認された（本発明の実施例１におけるｐ型半導体層の分析結果の一例である図４参照）。
【００５２】
なお、断面ＴＥＭのＥＤＳ分析においては、半導体金属混在層にＮが存在することを確認することはできなかった。しかし、ＳＩＭＳ分析では、半導体金属混在層にＮが存在することを確認することができた。図５は、実施例５で得られた発光素子を正極側からＳＩＭＳ分析を行なった結果の一例である。Ｒｈと結合したＮを確認することができた。また、図６は、実施例５におけるコンタクトメタル層の断面ＴＥＭのＥＤＳ分析結果であるが、この分析ではＮは検出限界以下となり、Ｎの存在を確認できない。
【００５３】
さらに、ＲＦ放電スパッタリングによる膜とＤＣ放電スパッタリングによる膜の違いとしては、結晶性が異なることが挙げられる。断面ＴＥＭ写真から、ＤＣ膜は柱状構造が見られ、緻密な膜であることが分かる。一方、ＲＦ膜は柱状構造が見られない。図７は、実施例５で得られた発光素子の断面ＴＥＭ写真（倍率：２０万倍）である。ＤＣ放電スパッタリングによるＲｈ反射層が柱状結晶であることが分かる。なお、この倍率ではＰｔコンタクトメタル層は判別できない。
【００５４】
また、Ｘ線分析から、Ｐｔの（２２２）面の格子間隔を求めると、表３に示すように、ＤＣ膜がより小さくなることが確かめられた。
【００５５】
【表３】
2005277403.tif 000004
【００５６】
ＲＦ放電による成膜では、初期において、接触抵抗を下げる効果を持つが、膜厚を大きくすると、その膜が疎であるために反射率の点ではＤＣ放電による成膜に比べて劣る。そこで、接触抵抗を低く保った範囲で薄膜化して光透過率を上げたコンタクトメタル層をＲＦ放電により形成し、その上に反射層をＤＣ放電により形成することが好ましい。
【００５７】
表４は、ＲＦ放電により形成したコンタクトメタル層の厚さと光透過率との関係を、従来技術のＡｕ／Ｎｉのアロイング後の薄膜と比較して示した表である。薄膜化により高い透過率を得ることができる。
【００５８】
【表４】
2005277403.tif 000005
【００５９】
上記の如く、コンタクトメタル層をＲＦスパッタリング法により形成することによって、本発明における半導体金属混在層および正極金属混在層を形成することができる。この場合、コンタクトメタル層形成後のアニールを必要としない。むしろ、例えば３５０℃以上にアニールすることにより、Ｐｔ、Ｇａそれぞれの拡散を促進し、半導体の結晶性を下げてしまうため、電気特性を悪化させてしまうことがある。
【００６０】
半導体金属混在層および正極金属混在層中での正極材料由来の金属と半導体材料由来のＧａ等の金属およびＮは、化合物もしくは合金として存在しているとも考えられるし、また、単純に混在しているとも考えられる。いずれにしても、コンタクトメタル層とｐ型半導体層との界面をなくすことで、低抵抗を得ることができる。
【００６１】
上記方法を用いることによって、半導体のｐ型コンタクト層中の水素濃度がある程度高くてもオーミックコンタクトを得られる。一般にｐ型コンタクト層中に存在する水素はｐ型ドーパントであるＭｇと結びついてＭｇをドーパントとして働かないようにしてしまうと考えられている。よって、ｐ型コンタクト層中の水素濃度は低い方がオーミックコンタクトとなり易い。本発明による電極では水素濃度が１０19個/ｃｍ3であってもオーミックコンタクトがとれる。
【００６２】
ＲＦ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。基板加熱は特に必要としないが、コンタクトメタル層形成金属および半導体形成金属の拡散を促進するために適度に加熱しても良い。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。
【実施例】
【００６３】
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。
【００６４】
表５に本実施例および比較例で用いた正極材料、コンタクトメタル層の成膜条件および得られた素子特性を示した。なお、接触比抵抗はＴＬＭ法で測定した値であり、順方向電圧および出力は電流２０ｍＡで測定した値である。
【００６５】
（実施例１）
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。
【００６６】
この窒化ガリウム系化合物半導体に以下の手順で正極および負極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。
【００６７】
（１）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。
【００６８】
次いで、以下の手順によりコンタクト層５ａ上に正極を形成した。
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、下記のようにして真空スパッタ装置で正極を形成した。
【００６９】
チャンバ内の真空度が１０-4Ｐａ以下となるまで排気し、上記窒化ガリウム系化合物半導体をチャンバ内に収容し、スパッタ用ガスとしてＡｒガスをチャンバ内に導入し、３ＰａとしたのちＲＦ放電によるスパッタリングを行なった。供給する電力は０．５ｋＷとし、コンタクトメタル層として、Ｐｔを４．０ｎｍの膜厚で成膜した。次に、上記の圧力、供給電力で、ＤＣ放電によるスパッタリングでＰｔ反射層を２００ｎｍの膜厚で成膜した。さらに、上記の圧力、供給電力で、ＤＣ放電によるスパッタリングでＡｕパッド層を３００ｎｍの膜厚で成膜した。スパッタ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ともに除去した。
【００７０】
（２）エッチングマスクを正極上に形成した。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窓を開ける。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をおよそ５０ｎｍ、３００ｎｍとなるよう積層した。その後リフトオフ技術により、エッチングマスク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、負極を形成する際の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正極を保護するための層である。
【００７１】
（３）コンタクト層３ａを露出させた。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（２）で形成したエッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去した。このドライエッチングは後段作成するｎ電極を形成するための処理である。
【００７２】
（４）負極をコンタクト層３ａ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、コンタクト層３ａまで露出した領域上に公知リソグラフィー技術を用いて負極領域の窓を開け、上述した蒸着法によりＴｉ、Ａｕをそれぞれ１００ｎｍ、３００ｎｍの厚さで形成した。負極部以外の金属膜をレジストとともに除去した。
【００７３】
（５）保護膜を形成した。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、正極と負極の間の一部に公知リソグラフィー技術を用いて窓を開け、上述したスパッタ法によりＳｉＯ2を２００ｎｍの厚さで形成した。保護膜部以外のＳｉＯ2膜をレジストとともに除去した。
【００７４】
（６）ウェーハを分割し、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子とした。
なお、正極および負極の形成工程は窒化ガリウム系化合物半導体の温度が３５０℃よりも高くならないような条件で行なった。
【００７５】
得られた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子をＴＯ‐１８にマウントし、素子特性を測定した。その結果を表３に示した。
【００７６】
なお、断面ＴＥＭのＥＤＳ分析の結果、半導体金属混在層の厚さは２．５ｎｍであり、Ｇａの比率は全金属（Ｐｔ+Ｇａ）に対して該層中で１〜２０原子％と見積もられた。また、正極金属混在層の厚さは６．０ｎｍであり、存在する正極材料はコンタクトメタル層を構成するＰｔで、その比率は全金属（Ｐｔ＋Ｇａ）に対して該層中で１〜１０原子％と見積もられた。なお、図３はコンタクトメタル層の断面ＴＥＭのＥＤＳ分析チャートの一例であり、図４はコンタクト層５ａの断面ＴＥＭのＥＤＳ分析チャートの一例である。
【００７７】
（実施例２〜１４）
正極の材料および成膜条件を各種変えて、実施例１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、その素子特性を評価した。その結果を表５に併せて示した。なお、これらの発光素子の正極金属混在層は厚さが１〜８ｎｍ、正極金属の比率が０．５〜１８％の範囲に入っていた。また、半導体金属混在層は厚さが０．５〜３ｎｍ、Ｇａの比率が１〜２０％の範囲に入っていた。なお、実施例３の素子を４００℃、１０分間のアニールを大気中でＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）を使用して行ったところ、順方向電圧が３．８Ｖに悪化した。
【００７８】
（比較例）
コンタクトメタル層の成膜をＤＣ放電スパッタリング法で行なった以外は、実施例２と同じ条件で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。正極金属混在層および半導体金属混在層はなかった。また、その素子特性を表５に併せて示した。
【００７９】
【表５】
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【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によって提供される窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、優れた特性と生産性を有し、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】
【００８１】
【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。
【図３】本発明における実施例１の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子のコンタクトメタル層の断面ＴＥＭのＥＤＳ分析チャートの一例である。
【図４】本発明における実施例１の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子のｐ型半導体層の断面ＴＥＭのＥＤＳ分析チャートの一例である。
【図５】本発明における実施例５の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の正極-ｐ型コンタクト層のＳＩＭＳ分析チャートの一例である。
【図６】本発明における実施例５の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子のコンタクトメタル層の断面ＴＥＭのＥＤＳ分析チャートの一例である。
【図７】本発明における実施例５の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の正極-ｐ型コンタクト層の断面ＴＥＭ写真の一例である。
【符号の説明】
【００８２】
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
【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】
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