(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体上に設けられた電極と、該電極上の一部にワイヤボンディング用のパッド電極（１０１）と、を有する光半導体素子（１００）であって、
前記電極は、半導体に並行して、透光性の金属酸化物を含む第１の部位（１１２）と、実質的に酸素元素を含まず前記第１の部位を構成する金属元素を少なくとも含む第２の部位（１２２）と、を有し、
前記ワイヤボンディング用のパッド電極（１０１）は、前記電極の第２の部位（１２２）上に設けられている、
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
半導体上に設けられた電極と、該電極上の一部にワイヤボンディング用のパッド電極（１０１）と、を有する光半導体素子（１００）であって、
前記電極は、半導体に並行して、金属酸化物を含む第１の部位（１１２）と、該第１の部位よりも酸素元素含有量が少なく第１の部位を構成する金属元素を少なくとも含有する第２の部位（１２２）と、からなると共に、
前記ワイヤボンディング用のパッド電極（１０１）は、前記電極の第２の部位（１２２）上に設けられており、
前記パッド電極（１０１）の表面にマスクが形成された後に酸素を含む雰囲気中で加熱処理又はプラズマ処理され、あるいは、前記第２の部位（１２２）の表面に前記パッド電極（１０１）とほぼ同等の大きさであるマスクが形成された後にイオンインプランテーションにより酸素イオンが打ち込まれ、該熱処理後、プラズマ処理後、又は打込後に該マスクが除去されて、前記電極が、前記第１の部位（１１２）での透光性と前記第２の部位（１２２）での密着性とに機能分離されている、
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項３】
前記半導体が窒化物半導体である請求項１又は請求項２記載の光半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は透光性の電極とワイヤボンディング用のパッド電極とを有する発光素子や受光素子である光半導体素子に関し、特に光利用効率に優れ外力や熱衝撃などに強く信頼性の高い半導体と接する電極及びワイヤボンディング用のパッド電極を有する光半導体素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
今日、シリコン半導体や窒化物半導体（ＩｎXＧａYＡｌ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）などを利用した光半導体素子が種々開発されてきている。特に、窒化物半導体はワイドバンドギャップエネルギーを持った光半導体素子とすることができるため紫外線から赤色光が発光可能な発光素子としてＬＥＤ、ＬＤ(laser diode)等や受光素子として高起電力の太陽電池や耐熱性の優れた光センサーなど種々の光半導体素子を形成させることができる。
【０００３】
このような光半導体素子として窒化物半導体を用いたＬＥＤ例を図２に示す。図２のＬＥＤ２００は、サファイア基板２０８上に低温で形成させたバッファ層２０７、ｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層２０６、量子効果を有する薄膜とさせたＩｎＧａＮからなる発光層２０５、ｐ型ＧａＡｌＮからなるクラッド層２０４、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２０３及び透明電極２０２がｐ型コンタクト層のほぼ全面に設けられている。サファイア基板２０８は絶縁性であり半導体層側にｐ型及びｎ型の電極を形成するためｎ型コンタクト層２０６の一部にまで部分的に表面側をエッチング除去してある。ｐ型電極となる透明電極２０２上は透光性を有するため薄膜であり、透明電極２０２上にワイヤー２１０をワイヤボンディングさせるボンディング用のｐ型パッド電極２０１が形成されている。他方、ｎ型電極２０９は厚膜としてｎ型のパッド電極として機能してある。
【０００４】
このようなＬＥＤチップ２００を樹脂封止（不示図）しワイヤー２１０を介して電流を注入することにより種々の発光が得られる発光ダイオードなどとすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光半導体素子の普及に伴い車載用など温度サイクルや熱衝撃など厳しい環境下においてもより高い信頼性が求められている。また、光利用効率のより高い光半導体素子が求められている。しかしながら、使用環境の厳しい種々の分野に利用されている現在においては、光利用効率と信頼性とがより高次元の光半導体素子が求められており上記構成の光半導体素子では十分ではない。したがって、本発明は、より安定して優れた光半導体特性を示す光半導体素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は種々の実験の結果、光半導体素子の信頼性がパッド電極とその基体となる透明電極との密着性が大きく影響することを見出し本発明を成すに至った。
【０００７】
本発明は光半導体素子として使用する為に用いられるコンタクト層上の電極を透光性に優れた電極と、ワイヤボンディング用のパッド電極との密着性に優れた電極とに機能分離させたものである。
【０００８】
即ち、本発明による信頼性向上の理由は定かではないが、光半導体素子として機能させるために用いられる透光性に優れた電極とさせるには金属酸化物を用いることができる。
【０００９】
しかしながら、金属酸化物は酸素元素の含有に伴って変質しその界面も何らかの影響を受ける。そのため、透明電極上に配置された金属や合金などからなるパッド電極との密着性が低下するためと考えられる。特に、パッド電極はワイヤボンディング時に超音波による振動と熱とが同時に集中してかかるためパッド電極と、その下の電極との界面状態に影響を受けやすい。ワイヤーボンディング時などにパッド電極とその下の電極となる部位との密着性が低下し、外力により剥離などで駆動電圧が上昇する、或いはノイズが増えるなど光半導体特性が低下する。ひどい場合には光半導体素子として機能しなくなる。
【００１０】
本発明によれば、上記課題は、次の手段により、解決される。請求項１に係る発明は、半導体上に設けられた電極と、該電極上の一部にワイヤボンディング用のパッド電極（１０１）と、を有する光半導体素子（１００）であって、前記電極は、半導体に並行して、透光性の金属酸化物を含む第１の部位（１１２）と、実質的に酸素元素を含まず前記第１の部位を構成する金属元素を少なくとも含む第２の部位（１２２）と、を有し、前記ワイヤボンディング用のパッド電極（１０１）は、前記電極の第２の部位（１２２）上に設けられている、ことを特徴とする光半導体素子である。
【００１１】
これにより、光半導体素子の電極機能のうち、透光性と密着性とを機能分離させ比較的簡単に透光性及びワイヤボンディング時においても密着性の高い電極を有する光半導体素子を形成することができる。なお、透光性とは光半導体素子が所望の機能を得ることができる程度に透明であればよいが、具体的には透過率が３０％以上のものが好ましい。
【００１２】
請求項２に係る発明は、半導体上に設けられた電極と、該電極上の一部にワイヤボンディング用のパッド電極（１０１）と、を有する光半導体素子（１００）であって、前記電極は、半導体に並行して、金属酸化物を含む第１の部位（１１２）と、該第１の部位よりも酸素元素含有量が少なく第１の部位を構成する金属元素を少なくとも含有する第２の部位（１２２）と、からなると共に、前記ワイヤボンディング用のパッド電極（１０１）は、前記電極の第２の部位（１２２）上に設けられており、前記パッド電極（１０１）の表面にマスクが形成された後に酸素を含む雰囲気中で加熱処理又はプラズマ処理され、あるいは、前記第２の部位（１２２）の表面に前記パッド電極（１０１）とほぼ同等の大きさであるマスクが形成された後にイオンインプランテーションにより酸素イオンが打ち込まれ、該熱処理後、プラズマ処理後、又は打込後に該マスクが除去されて、前記電極が、前記第１の部位（１１２）での透光性と前記第２の部位（１２２）での密着性とに機能分離されている、ことを特徴とする光半導体素子である。これにより、光半導体素子の電極機能のうち、透光性と密着性とを機能分離させ電極の所望の透光性と密着性を有する光半導体素子を形成することができる。
【００１３】
本発明の請求項３の光半導体素子は、半導体材料として窒化物半導体を使用したものである。これにより、紫外線からの赤色光が発光可能な発光素子としてＬＥＤ、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）等や受光素子として高起電力の太陽電池や耐熱性の優れた光センサーなど種々の光半導体素子を形成することができる。  
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様例１を図を用いて説明する。実施態様例１として図１は本発明を発光素子であるＬＥＤとして利用した場合における模式的断面図である。
【００１５】
サファイア基板１０８上に低温で形成させたバッファ層１０７、ｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１０６、量子効果を有する薄膜とさせたＩｎＧａＮからなる発光層１０５、ｐ型ＧａＡｌＮからなるクラッド層１０４、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０３が設けられている。サファイア基板１０８は絶縁性であり半導体層側にｐ型及びｎ型の電極を形成するため、ｎ型コンタクト層１０６の一部にまで部分的に表面側を除去してある。こうして形成されたｐｎ接合を有する窒化物半導体ウエハーに真空蒸着法、スパッタリング法や各種ＣＶＤ法を用いて電極を形成させる。
【００１６】
本発明の電極を以下の方法で形成させた。ｐ型コンタクト層１０３であるＧａＮ上に後にｐ型電極１１２、１２２として働く金属材料としてニッケル３０Å、金５０Åをそれぞれｐ型コンタクト層１０３のほぼ全面に真空蒸着法を用いて積層させる。次にワイヤボンディング用のｐ型パッド電極１０１を形成させるためｐ型電極となる金属の一部に金１μｍを形成する。なお、電極材料としてニッケルと金を用いたが形成された電極が半導体とオーミック接触できるものであれば種々の材料を利用することができる。
【００１７】
ｐ型パッド電極１０１上には後にする熱処理によりパッド電極１０１の表面が酸化されないようにＳｉＯ2をマスクとして成膜させる。ＳｉＯ2の成膜後、半導体ウエハーをｐ型コンタクト層１０３上に設けられた金属が酸化物されるまで酸素を含む雰囲気中で加熱処理する。熱処理後、マスクを除去し、形成されたｐ型電極１１２、１２２を調べた結果、パッド電極１０１下は実質的に酸素を含んでいないのに対し（第２の部位１２２）、パッド電極１０１下以外の露出部（第１の部位１１２）は酸化され透光性を有していた。このような熱処理は酸素を含む雰囲気中で加熱することの他、酸素を含む雰囲気中でプラズマ処理することによっても行うことができる。
【００１８】
こうして窒化物半導体の同一面側に半導体に沿って透光性電極として機能する金属酸化膜を含む第１の部位１１２及びパッド電極との密着性を保持し効率よく第１の部位１１２に電流を導入させる第２の部位１２２が形成される。このように形成したｐ型電極の第２の部位１２２は自己整合で形成されるため同一面側に連続して透光性に優れた部位とパッド電極との密着性に優れた部位とを比較的簡単に形成させることができる。第１の部位と第２の部位の界面も連続的に変化して形成することができるため電気特性も良好に維持することができる。
【００１９】
続いてｎ型コンタクト１０６上にｎ型電極１０９としてタングステンとアルミニウムを真空蒸着させることによりｎ型パッド電極として働くｎ型電極１０９を形成させる。ｎ型電極形成後にオーミックをとるため不活性雰囲気中でアニールさせる。こうして形成された半導体ウエハーを所望に分割することによって複数のＬＥＤチップを光半導体素子１００として得ることができる。こうして形成されたＬＥＤチップを外部電極を有する高反射率の支持体上にマウントし、ワイヤボンディング用のパッド電極及び外部電極に金線をワイヤボンディングさせる。これを樹脂モールドさせることで発光ダイオードを形成させることができる。
【００２０】
（比較態様例）
窒化物半導体のｐ型コンタクト２０３上に形成させたニッケル３０Å、金５０Åを酸素雰囲気中で熱処理を行い均一に透光性電極となるｐ型電極２０２を形成した後に、実施態様例１と同様に金を用いてｐ型パッド電極２０１を形成させた以外は実施態様例１と同様にして発光ダイオードを形成させた。実施態様例１の発光ダイオード及び比較態様例１の発光ダイオードの樹脂モールド形成前のものをそれぞれ１００個ずつ用いて密着性を調べた。なお、試験前の光度はほぼ同様のものを用いてある。
【００２１】
これら光半導体素子のｐ型パッド電極上に形成された金線をワイヤーにより引っ張り上げた。何れのものも同様にして徐々に引上げの力を増加していったところ比較態様例の約半数がｐ型電極とｐ型パッド電極との界面で剥離した。残りの半数について、各ＬＥＤチップに電流を流したところ比較態様例のものは実施態様例１と比較して駆動電圧が高くなっていた。駆動電圧を実施態様例１と比較態様例１とを同じくさせると明らかに比較態様例の方が暗かった。
【００２２】
したがって、本発明の実施態様例１と比較態様例の光半導体素子は共に、ほぼ同等の発光光度を得ることができたものの実施態様例の方が明らかに信頼性が高かった。
【００２３】
（実施態様例２）
実施態様例２は、ｐ型コンタクト層であるＧａＮに形成させた金、ニッケルに透光性を有する金属酸化物を含む第１の部位及び、第１の部位よりも酸素元素含有量が少なく第１の部位を構成する金属元素を少なくとも含有する第２の部位を選択して形成させたものである。第１の部位を選択的に形成させるためにｐ型パッド電極とほぼ同等の大きさのＳｉＯ2をマスク材として形成させる。形成されたマスク材上からイオンインプランテーションにより酸素イオンを打ち込む。マスク材を除去した後、不活性雰囲気中でアニール処理する。こうして形成されたｐ型電極の表面を観測するとマスク材が設けられていた第２の部位は、ほとんど酸化されておらず、マスク材が設けられていなかった第１の部位は透光性を持った金属酸化膜を形成させることができる。
【００２４】
酸化濃度や分布は、打ち込みエネルギー等を調整させることにより種々調節させることができる。また、マスク材の種類や厚みを調節させることによって種々調整させることもできる。さらに、マスク材を利用せずｐ型パッド電極を除いて選択的に酸素を打ち込むこともできる。これにより窒化物半導体の同一面側に半導体に沿って形成されたｐ型電極として透光性を有する金属酸化物である第１の部位及び第１の部位よりも酸素元素の含有量が少なく第１の部位を構成する金属元素を少なくとも有する第２の部位とを形成させることができる。
【００２５】
実施態様例２も実施態様例１と同様の発光光度を維持したまま信頼性を高めることができる。なお、本発明の実施態様例２により所望の酸素元素の分布をもち、所望の電気伝導性と密着性を有するｐ型電極を精度良く形成することができる。
【００２６】
【発明の効果】
上述のとおり本発明はワイヤボンディングを利用する光半導体素子に設けられた電極の機能を透光性と密着性とに機能分離させることにより光特性を維持させながら信頼性を大幅に向上させ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体素子の一例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明と比較のために示す光半導体素子の模式的断面図である。
【符号の説明】
１００・・・光半導体素子
１０１・・・ｐ型パッド電極
１０３・・・ｐ型コンタクト層
１０４・・・ｐ型クラッド層
１０５・・・発光層
１０６・・・ｎ型コンタクト層
１０７・・・バッファ層
１０８・・・半導体積層基板
１０９・・・ｎ型パッド電極として働くｎ型電極
１１０・・・ボンディングワイヤー
１１２・・・ｐ型電極の第１の部位
１２２・・・ｐ型電極の第２の部位
２００・・・光半導体素子
２０１・・・ｐ型パッド電極
２０２・・・透明電極
２０３・・・ｐ型コンタクト層
２０４・・・ｐ型クラッド層
２０５・・・発光層
２０６・・・ｎ型コンタクト層
２０７・・・バッファ層
２０８・・・半導体積層基板
２０９・・・ｎ型パッド電極として働くｎ型電極
２１０・・・ボンディングワイヤー
【図１】
0004004620.tif 000002
【図２】
0004004620.tif 000003