(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上において積層された少なくとも第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層および第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む窒化物系半導体発光素子であって、
前記第２導電型半導体層の上面の一部分においてパターニングされたパラジウム（Ｐｄ）を含むＰｄ含有電極が形成されており、
このＰｄ含有電極の上面と側面、および前記第２導電型半導体層表面の一部分であって前記Ｐｄ含有電極の側面に接する部分が導電性の遮蔽膜によって覆われていて大気またはモールド樹脂から遮蔽されていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記Ｐｄ含有電極は透光性であり、前記導電性遮蔽膜は透明導電体膜からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記Ｐｄ含有電極の上面における一部の領域にパッド電極が形成されており、前記遮蔽膜は前記パッド電極の側面と上面の周辺部をも覆っていることを特徴とする請求項２に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記Ｐｄ含有電極はオーミック性であり、前記導電性遮蔽膜はパッド電極を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
前記Ｐｄ含有電極は単層または複層の金属薄膜を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項６】
前記導電性遮蔽膜を構成する前記透明導電体膜の厚さは０．１μｍ以上で３０μｍ以下の範囲内にあり、前記Ｐｄ含有電極の側面から５μｍ以上の幅の領域内において前記第２導電型半導体層の上面を覆うことを特徴とする請求項２または３のいずれかの項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記導電性遮蔽膜を兼ねる前記パッド電極は少なくとも金（Ａｕ）を含み、その厚さは０．３μｍ以上で１．５μｍ以下の範囲内にあり、前記Ｐｄ含有電極の側面から５μｍ以上の幅の領域内において前記第２導電型半導体層の上面を覆うことを特徴とする請求項４に記載の窒化物系半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色領域から紫外光領域において発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関し、特にその電極構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５の模式的な断面図において、従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一例における積層構造が示されている（特開平９−１２９９１９参照）。この発光素子では、絶縁性のサファイア基板１００上において、ｎ型コンタクト層２００、発光層３００、ｐ型クラッド層４００、およびｐ型コンタクト層４１０が順に積層されている。ｐ型コンタクト層４１０の上面の主用部領域には、金属からなる第１のｐ型電極層５００が形成されている。この第１のｐ型電極層５００の上面の第１領域には酸化物を含む透明導電膜からなる第２のｐ型電極層６００が形成され、残りの第２領域にはパッド電極７００が形成されている。さらに、異方性エッチングによってｎ型コンタクト層２００の一部が露出され、この露出領域上にｎ型電極８００が形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示されているような発光素子の電極構造においては、第１のｐ型電極５００の上面は第２のｐ型電極層６００またはパッド電極７００のいずれかによって覆われている。しかし、第１ｐ型電極５００の側面は大気に露出されている。また、ｐ型コンタクト層４１０の上面は、第１ｐ型電極層５００によって覆われていない残りの領域が露出されている。
【０００４】
このような電極構造を有する発光素子について本発明者たちが大気中およびモールド樹脂で形成されたランプ状態で通電試験を行なったところ、第１ｐ型電極層５００がパラジウム（Ｐｄ）を含む場合に、その第１ｐ型電極層の側面とその側面近傍におけるｐ型コンタクト層４１０の上面において局所的な隆起部分が発生し、それらの隆起部分は発光領域の暗部となる特有の現象が見出された。すなわち、このような隆起部分は発光領域における発光パターンの不均一性の原因となり、発光素子の信頼性を悪化させる原因となる。また、このような隆起は、ｐ型とｎ型のパッド電極が互いに発光素子の対角方向に配置されている場合には、それらのパッド電極間の最短距離に沿った電流密度が高い領域に近いほど第１ｐ型電極層の側面とその側面に近いｐ型コンタクト層４１０の上面領域において顕著に生じることが見出された。
【０００５】
このような本発明者たちが見出した従来の発光素子における課題に鑑み、本発明は、信頼性が高くて低い順方向電圧のもとで発光領域全体で均一に発光し得る窒化物系半導体発光素子を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、窒化物系半導体発光素子は、基板上で積層された少なくとも第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層および第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を含み、その第２導電型半導体層の上面の一部分においてパターニングされたパラジウム（Ｐｄ）を含むＰｄ含有電極が形成されており、このＰｄ含有電極の上面と側面、および第２導電型半導体層表面の一部分であってＰｄ含有電極の側面に接する部分が導電性の遮蔽膜によって覆われていて大気またはモールド樹脂から遮蔽されていることを特徴としている。
【０００７】
Ｐｄ含有電極は透光性電極として形成することができ、導電性遮蔽膜は透明導電体膜で形成することができる。
【０００８】
Ｐｄ含有電極の上面における一部の領域にパッド電極が形成されてもよく、その場合には、導電性遮蔽膜はそのパッド電極の側面と上面の周辺部をも覆って形成されることが好ましい。
【０００９】
Ｐｄ含有電極はオーミック性電極として形成することができ、導電性遮蔽膜はパッド電極を兼ねるものとして形成することができる。
【００１０】
Ｐｄ含有電極は単層または複層の金属薄膜として形成され得る。
導電性遮蔽膜が透明導電体膜で形成される場合には、その厚さは０．１μｍ以上で３０μｍ以下であることが好ましく、Ｐｄ含有電極の側面から５μｍ以上の幅の領域内において第２導電型半導体層の上面を覆うことことが好ましい。
【００１１】
導電性遮蔽膜がパッド電極を兼ねるように形成される場合には、その厚さは０．３μｍ以上で１．５μｍ以下の範囲内にあり、Ｐｄ含有電極の側面から５μｍ以上の幅の領域内において第２導電型半導体層の上面を覆うことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
前述の図５に示された従来の発光素子の電極構造における問題点を本発明者たちが詳細に検討したところ、Ｐｄを含む第１のｐ型電極層５００の側面とその側面近傍におけるｐ型コンタクト層４１０の表面に隆起部分が生じるのは、水素と反応性が高いＰｄが大気中およびモールド樹脂からの水素、酸素、および湿気を吸収することに起因していると考えられた。本発明者たちが見出した先行技術による発光素子の電極構造における問題点に関するこのような知見に基づいて、本発明の実施の形態による具体例として、いくつかの実施例が以下において説明される。なお、本発明による発光素子において利用される窒化ガリウム系半導体としては、たとえばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ，０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦１）を利用することができる。また、半導体発光素子としては、発光ダイオードや半導体レーザが含まれる。
【００１３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１による窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を模式的な断面図で示している。この発光素子は、サファイア基板１、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体発光層３、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４、透光性電極５、透明導電体膜６、パッド電極７、Ａｕボンディングワイヤ８、およびｎ型電極９を含んでいる。
【００１４】
図１に示されているような発光素子の製造においては、まずサファイア基板１上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体発光層３およびｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４が公知の方法によって順に堆積される。ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４上には、厚さ約２ｎｍの透光性Ｐｄ電極層５が、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法などによって形成される。この透光性Ｐｄ電極層５は、フォトレジストを用いる通常のフォトエッチングによって透光性電極５にパターニングされる。
【００１５】
透光性電極５の一部領域上には、たとえばメタルマスクを利用して、厚さ約５００ｎｍのＡｕ層からなるパッド電極７が形成される。
【００１６】
その後、ｐ型半導体層４、透光性電極５、およびパッド電極７のすべての露出表面を覆うように、ＳｎがドープされたＩｎ2Ｏ3からなる厚さ約０．５μｍの透明導電体膜６が形成される。そして、この透明導電体膜６は、たとえば塩化鉄系のエッチング溶液を用いてパターニングされる。こうしてパターニングされた透明導電体膜６は、透光性電極５の上面のみならず側面をも覆い、さらにその側面から約５μｍ以上の幅の領域内においてｐ型化合物半導体層４の上面を覆うとともに、パッド電極７の側面と上面の周縁部の幅約５μｍ以上の領域を覆っている。
【００１７】
次に、レジストをマスクとして用いながらドライエッチングすることにより、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２の一部が露出させられる。このｎ型化合物半導体層２の露出表面上に、ｎ型電極９が形成される。このｎ型電極９としては、たとえば厚さ約１５０ｎｍのＡｌ層と厚さ約２０ｎｍのＴｉ層の積層が形成され得る。
【００１８】
最後に、発光素子と外部との電気的接続を形成するために、パッド電極７の上表面において透明導電体膜６が除去された中央領域にＡｕボンディングワイヤ８が接続される。同様に、ｎ型電極９上にも、Ａｕボンディングワイヤ８が接続される。
【００１９】
こうして形成される図１の発光素子においては、Ｐｄ電極５はｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４に対して良好なオーミック特性を有するとともに、そのきわめて薄い厚さのために透光性であり得る。そして、この透光性Ｐｄ電極の上表面と側面のうちでパッド電極７によって覆われていないすべての領域が透光性導電体膜６によって覆われて大気またはモールド樹脂から遮蔽されている。
【００２０】
このような図１の発光素子において、大気中およびモールド樹脂で形成されたランプ状態で通電試験を行なったところ、従来の発光素子におけるようにＰｄ電極の側面近傍における隆起部分の発生がなくなり、発光領域の発光パターンが均一になるとともに発光素子の信頼性が高められた。
【００２１】
すなわち、図１に示された発光素子においては、透明導電体膜６が透光性Ｐｄ電極５の表面を大気またはモールド樹脂から遮蔽して保護するように遮蔽膜として働くことにより、透光性電極５に含まれるＰｄと大気中およびモールド樹脂からの水素、酸素、および湿気との反応が阻止されることによって、その発光素子の特性の劣化が防止されたものと考えられる。
【００２２】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２による窒化ガリウム系化合物半導体素子を模式的な断面図で示している。この発光素子は、ｎ型ＧａＮ基板６０、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体発光層３、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４、透光性電極５、透明導電体膜６、パッド電極７、Ａｕボンディングワイヤ８、およびｎ型電極９を含んでいる。
【００２３】
図２の発光素子の製造においては、まず、ｎ型ＧａＮ基板６０上において、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体発光層３、およびｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４が公知の方法によって順次積層される。ｐ型化合物半導体層４上には、厚さ約４ｎｍの透光性Ｐｄ電極層５が堆積される。この透光性電極層５は、実施例１の場合と同様にパターニングされる。
【００２４】
パターニングされた透光性電極５上には、パッド電極７がメタルマスクを用いて形成される。このパッド電極７は、厚さ約５０ｎｍのＰｄ層と厚さ約４５０ｎｍのＡｕ層の積層として形成される。なお、このパッド電極７は、リフトオフ法を利用して形成されてもよい。
【００２５】
次に、ｐ型化合物半導体層４の上面、透光性Ｐｄ電極５の露出表面、およびパッド電極７の露出表面を覆うように、ＳｎがドープされたＩｎ2Ｏ3からなる厚さ約６００ｎｍの透明導電体膜６が堆積される。この透明導電体膜６は、実施例１の場合と同様のエッチングによってパターニングされる。そのパターニングされた透明導電体膜６は、透光性Ｐｄ電極５の上表面と側面を覆うのみならず、その側面から幅約５μｍ以上の範囲内におけるｐ型化合物半導体層４の上面を覆うとともに、パッド電極７の側面とその上面の周縁から幅約５μｍ以上の範囲を覆っている。
【００２６】
最後に、発光素子と外部との電気的接続を形成するために、パッド電極７の上面において透明導電体膜６によって覆われていない中央領域においてＡｕボンディングワイヤ８が接続される。他方、導電性のｎ型ＧａＮ基板６０の裏面には、ｎ型電極９が形成される。
【００２７】
このようにして形成され得る図２の発光素子においても、良好なオーミック特性を有する透光性Ｐｄ電極が透明導電体膜６によって大気またはモールド樹脂から完全に遮蔽されて保護されているので、発光領域の発光パターンが均一で、大気中およびモールド樹脂からの水素、酸素、および湿気との反応による素子の発光特性の劣化を生じることがない。
【００２８】
（実施例３）
図３は、実施例３による窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を模式的な断面図で示している。この発光素子は、ｎ型ＧａＮ基板６０、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体発光層３、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４、ｐ型オーミック電極５、パッド電極７、Ａｕボンディングワイヤ８、およびｎ型電極９を含んでいる。
【００２９】
図３の発光素子の製造においては、まず、ｎ型ＧａＮ基板６０上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体発光層３、およびｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４が公知の方法によって順次に積層される。ｐ型化合物半導体層４上には、Ｐｄからなる厚さ約１４ｎｍのオーミック性電極層５が堆積される。このオーミック性電極層５は、直径約８０μｍの円形電極にパターニングされる。
【００３０】
次に、ｐ型半導体層４の上面とオーミック性電極５の露出表面とを覆うように、Ａｕからなる厚さ約５００ｎｍのパッド電極層７が堆積される。このパッド電極層７は、直径約１２０μｍの円形パッド電極にパターニングされる。すなわち、このパッド電極７は、オーミック電極５の上面と側面のみならず、その側面から約２０μｍの幅内の領域においてｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４の上面をも覆っている。
【００３１】
この発光素子と外部との電気的接続を形成するために、パッド電極７上にＡｕボンディングワイヤ８が接続される。また、ｎ型ＧａＮ基板６０の裏面には、ｎ型電極９が形成される。
【００３２】
このように形成される図３の発光素子においては、Ａｕからなるパッド電極７がＰｄを含むオーミック電極５を大気またはモールド樹脂から遮蔽して保護するように作用する。したがって、図３の発光素子においてもオーミック電極５に含まれる大気中およびモールド樹脂からの水素、酸素、および湿気との反応による発光特性の劣化を生じることがない。
【００３３】
また、この実施例による発光素子においては、１つのウエハから多数の発光素子のチップを取出せるようにするために、チップの平面形状が２００μｍ角程度に小さくされ得る。このために、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４上にはオーミックＰｄ電極５とそれを大気またはモールド樹脂から完全に遮蔽するパッド電極７のみが形成される。すなわち、この実施例ではＰｄ電極５を大気またはモールド樹脂から遮蔽するために透明導電体膜を用いる必要がなく、素子の製造方法がより簡略化され得るという利点をも有している。
【００３４】
（実施例４）
図４は、実施例４による窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を模式的な断面図で示している。この発光素子は、ｎ型ＧａＮ基板６０、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体発光層３、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４、透光性電極５、透明導電体膜６、パッド電極７、Ａｕボンディングワイヤ８、ｎ型電極９を含んでいる。
【００３５】
図４の発光素子の製造工程においては、まず、ｎ型ＧａＮ基板６０上において、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、窒化ガリウム系化合物半導体発光層３、およびｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層４が公知の方法によって順次堆積される。ｐ型化合物半導体層４上には、Ｐｄからなる厚さ約５ｎｍの透光性電極層５が堆積される。この透光性電極層５は、フォトエッチングによってパターニングされる。
【００３６】
その後、ｐ型化合物半導体層４の上面と透光性電極５の露出表面を覆うように、ＳｎでドープされたＩｎ2Ｏ3からなる厚さ約６００ｎｍの透明導電体膜６が堆積される。この透明導電体膜６は、実施例１の場合と同様のエッチングによってパターニングされる。パターン化された透明導電体膜６は、透光性電極５の上面と側面を覆うのみならず、その側面から幅約１５μｍの範囲内においてｐ型化合物半導体層４の上面をも覆っている。
【００３７】
次に、透光性電極５の上方に対応する位置において透明導電体膜６上にパッド電極７が形成される。このパッド電極７はＡｕを用いて約３００ｎｍの厚さに形成することができ、フォトリソグラフィを利用してパターニングされる。
【００３８】
最後に、発光素子と外部との電気的接続を得るために、パッド電極７上にはＡｕボンディングワイヤ８が接続される。また、ｎ型ＧａＮ基板６０の裏面には、ｎ型電極９が形成される。
【００３９】
このように形成される図４の発光素子においても、Ｐｄを含む透光性電極５が透明導電体層６によって完全に大気またはモールド樹脂から遮蔽されているので、Ｐｄと大気中およびモールド樹脂からの水素、酸素、および湿気との反応に起因する発光特性の劣化を生じることがない。
【００４０】
また、この実施例ではＡｕパッド電極７の下方に透明導電体膜６と透光性電極５とが形成されているので、パッド電極７の直下で発生した光もパッド電極７によって直接的に遮られることがなく、透光性電極５と透明導電体膜６が介在する空間を通して上方に光が放射され得る。これによって、外部発光効率の優れた発光素子が得られる。
【００４１】
なお、上述の種々の実施例において窒化ガリウム系化合物半導体発光素子構造としてホモ構造の発光素子について説明されたが、ダブルヘテロ構造やシングルへテロ構造のような他の種々の構造の発光素子にも適用し得ることは言うまでもない。
【００４２】
また、ｐ型オーミック電極５としてＰｄからなるものが説明されたが、これはＰｄを含む合金、ＮｉやＰｔなどとの積層体として形成されてもよいことは言うまでもない。
【００４３】
さらに、透明導電体層６の材料として、ＳｎがドープされたＩｎ2Ｏ3が説明されたが、ＳｎＯ2，ＺｎＯ，Ｃｄ2ＳｎＯ4，ＣｄＳｎＯ3などを用いることもできる。また、Ｉｎ2Ｏ3のドーパントとしては、Ｓｎの他にＷ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｓｂ，Ｆなどを用いることができる。さらに、ＳｎＯ2のドーパントとしては、Ｓｂ，Ｐ，Ｔｅ，Ｗ，Ｃｌ，Ｆなどを用いることができる。さらに、Ｃｄ2ＳｎＯ4のドーパントとしてはＴａを用いることができ、ＺｎＯのドーパントとしてはＡｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｆなどを用いることができる。
【００４４】
さらに、透明導電体膜６の形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などを用いることができる。
【００４５】
さらに、透明導電体膜６の厚さはＰｄ含有電極５の側面を十分に保護するためには０．１μｍ以上であることが好ましく、他方、光の透過率を低下させないためには３０μｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
さらに、Ｐｄ含有電極５の側面が露出されている場合にｐ型化合物半導体層４の上面においてその電極５の側面から幅約５μｍの範囲内で大気中およびモールド樹脂からの水素、酸素、および湿気との結合による隆起部分が発生するので、ｐ型化合物半導体層４の上面は電極５の側面から少なくとも幅Ｗが５μｍ以上の範囲内が遮蔽膜によって覆われていることが好ましい。
【００４７】
実施例４におけるＡｕパッド電極７の厚さは０．３μｍにされたが、これはＡｕ層の厚さが０．３μｍ以上であればワイヤボンディングのためのパッドとして十分だからである。他方、下層の半導体層にストレスを与えないためには、Ａｕパッド電極７の厚さは１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
なお、Ｐｄ含有電極５を大気またはモールド樹脂から遮蔽するために透光性の誘電体絶縁膜を用いることも考えられるが、一般に誘電体絶縁膜の膜質は透明導電体膜６に比較してピンホール密度が約１０００倍程大きいので、保護膜として十分ではない。また、透明導電体膜６は、極めて薄いＰｄ含有電極の導電性を補助するためにも好ましい。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、Ｐｄを含むｐ型オーミック電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、大気中およびモールド樹脂からの水素、酸素、および湿気との反応による発光特性の劣化を防止することができ、良好なオーミック特性と均一な発光パターンを有する信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１による窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造を示す模式的な断面図である。
【図２】  本発明の実施例２による窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造を示す模式的な断面図である。
【図３】  本発明の実施例３による窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造を示す模式的な断面図である。
【図４】  本発明の実施例４による窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造を示す模式的な断面図である。
【図５】  従来の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１，１００  サファイア基板、６０  ｎ型ＧａＮ基板、２，２００  ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、３，３００  窒化ガリウム系化合物半導体発光層、４，４００  ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層、５，５００  Ｐｄ含有電極、６，６００  透明導電体膜、７，７００  パッド電極、８  Ａｕボンディングワイヤ、９  ｎ型電極。
【図１】
0004493153.tif 000002
【図２】
0004493153.tif 000003
【図３】
0004493153.tif 000004
【図４】
0004493153.tif 000005
【図５】
0004493153.tif 000006