(57)【要約】  本開示は、３族窒化物半導体発光素子に関し、より詳細には、第１の導電性を有する第１の３族窒化物半導体層、第１の導電性とは異なる第２の導電性を有する第２の３族窒化物半導体層、及び第１の３族窒化物半導体層と第２の３族窒化物半導体層との間に位置し、電子と正孔の再結合により光を生成する活性層を備える複数の３族窒化物半導体層と、複数の３族窒化物半導体層と電気的に接続されるボンディングパッドと、ボンディングパッド上に位置する保護膜と、ボンディングパッドと保護膜との間に位置し、ボンディングパッドが露出するように形成されるバッファパッドとを含むことを特徴とする３族窒化物半導体発光素子に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電性を有する第１の３族窒化物半導体層、前記第１の導電性とは異なる第２の導電性を有する第２の３族窒化物半導体層、及び前記第１の３族窒化物半導体層と前記第２の３族窒化物半導体層との間に位置し、電子と正孔の再結合により光を生成する活性層を備える複数の３族窒化物半導体層と、
前記複数の３族窒化物半導体層と電気的に接続されるボンディングパッドと、
前記ボンディングパッド上に位置する保護膜と、
前記ボンディングパッドと前記保護膜との間に位置し、前記ボンディングパッドが露出するように形成されるバッファパッドと
を含むことを特徴とする３族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記保護膜は酸化膜からなり、
前記バッファパッドは酸化可能な金属であることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記保護膜はＳｉＯ２からなり、
前記ボンディングパッドは上面がＡｕからなり、
前記バッファパッドはＮｉ又はＣｒからなることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記バッファパッドは環状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記複数の３族窒化物半導体層は、前記第１の３族窒化物半導体層が露出するように、少なくとも前記第２の３族窒化物半導体層及び前記活性層がエッチングされ、
前記ボンディングパッドは、前記第１の３族窒化物半導体層と電気的に接続される第１のボンディングパッドと、前記第２の３族窒化物半導体層と電気的に接続される第２のボンディングパッドとを備え、
前記バッファパッドは、前記保護膜及び前記ボンディングパッドと接着され、前記第１のボンディングパッドが露出するように前記第１のボンディングパッド上に環状に形成される第１のバッファパッドと、前記第２のボンディングパッドが露出するように前記第２のボンディングパッド上に環状に形成される第２のバッファパッドとを備え、
前記保護膜は、前記発光素子の上部を覆うように形成されるが、前記第１のバッファパッドにより露出した前記第１のボンディングパッドと前記第２のバッファパッドにより露出した前記第２のボンディングパッドとの上側が開放されるように、前記第１のバッファパッド及び前記第２のバッファパッド上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記保護膜はＳｉＯ２からなり、
前記ボンディングパッドは上面がＡｕからなり、
前記バッファパッドはＮｉ又はＣｒからなることを特徴とする請求項５に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体として３族窒化物半導体発光素子に関し、特に、ボンディングパッド側保護膜の損失を改善することのできる３族窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
ここで、３族窒化物半導体発光素子とは、Ａｌ（ｘ）Ｇａ（ｙ）Ｉｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる化合物半導体層を含む発光ダイオードなどの発光素子を意味し、さらにＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＣＮなどの他の族の元素からなる物質やこれらの物質からなる半導体層を含むことを排除するものではない。
【背景技術】
【０００３】
ここでは、本開示に関する背景技術が提供され、これらが必ずしも公知技術を意味するものではない（This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art）。
【０００４】
図１は、従来の３族窒化物半導体発光素子の一例を示す図であり、３族窒化物半導体発光素子は、基板１００と、基板１００上に成長するバッファ層２００と、バッファ層２００上に成長するｎ型３族窒化物半導体層３００と、ｎ型３族窒化物半導体層３００上に成長する活性層４００と、活性層４００上に成長するｐ型３族窒化物半導体層５００と、ｐ型３族窒化物半導体層５００上に形成されるｐ側電極６００と、ｐ側電極６００上に形成されるｐ側ボンディングパッド７００と、ｐ型３族窒化物半導体層５００及び活性層４００がメサエッチングされて露出したｎ型３族窒化物半導体層３００上に形成されるｎ側電極８００と、保護膜９００とを含む。
【０００５】
基板１００は、同種基板としてＧａＮ系基板が用いられ、異種基板としてサファイア基板、ＳｉＣ基板又はＳｉ基板などが用いられるが、３族窒化物半導体層が成長できる基板であればいずれのタイプでもよい。ＳｉＣ基板が用いられた場合、ｎ側電極８００はＳｉＣ基板側に形成されてもよい。
【０００６】
基板１００上に成長する３族窒化物半導体層は、主にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）により成長する。
【０００７】
バッファ層２００は、異種基板１００と３族窒化物半導体間の格子定数及び熱膨張係数の差を克服するためのものであり、特許文献１には、サファイア基板上に３８０℃〜８００℃の温度で１００Å〜５００Åの厚さを有するＡｌＮバッファ層を成長させる技術が記載されている。特許文献２には、サファイア基板上に２００℃〜９００℃の温度で１０Å〜５０００Åの厚さを有するＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ｎ（０≦ｘ＜１）バッファ層を成長させる技術が記載されている。特許文献３には、６００℃〜９９０℃の温度でＳｉＣバッファ層（シード層）を成長させ、その上にＩｎ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ≦１）層を成長させる技術が記載されている。ｎ型３族窒化物半導体層３００が成長する前に、ドーピングされないＧａＮ層が成長することが好ましく、これは、バッファ層２００の一部とみなしてもよく、ｎ型３族窒化物半導体層３００の一部とみなしてもよい。
【０００８】
ｎ型３族窒化物半導体層３００は、少なくともｎ側電極８００が形成された領域（ｎ型コンタクト層）に不純物がドーピングされ、ｎ型コンタクト層は、ＧａＮからなり、Ｓｉでドーピングされることが好ましい。特許文献４には、Ｓｉと他のソース物質の混合比を調節することにより所望のドーピング濃度でｎ型コンタクト層をドーピングする技術が記載されている。
【０００９】
活性層４００は、電子と正孔の再結合により光子（光）を生成する層であって、主にＩｎ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ≦１）からなり、単一量子井戸（single quantum well）又は多重量子井戸（multi quantum wells）で構成される。
【００１０】
ｐ型３族窒化物半導体層５００は、Ｍｇなどの適切な不純物でドーピングされ、活性化（activation）工程を経てｐ型導電性を有する。特許文献５には、電子ビームの照射によりｐ型３族窒化物半導体層を活性化する技術が記載されている。特許文献６には、４００℃以上の温度で熱処理（アニール）を行うことによりｐ型３族窒化物半導体層を活性化する技術が記載されている。特許文献７には、ｐ型３族窒化物半導体層成長の窒素前駆体としてアンモニアとヒドラジン系ソース物質を共に使用することにより、活性化工程を行うことなく、ｐ型３族窒化物半導体層にｐ型導電性を付与する技術が記載されている。
【００１１】
ｐ側電極６００は、ｐ型３族窒化物半導体層５００全体に電流を容易に供給するために備えられるものであり、特許文献８には、ｐ型３族窒化物半導体層のほぼ全面にわたって形成され、ｐ型３族窒化物半導体層５００とオーミック接触し、ＮｉとＡｕとからなる透光性電極（light-transmitting electrode）に関する技術が記載され、特許文献９には、ｐ型３族窒化物半導体層上にｎ型超格子層を形成し、その上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透光性電極を形成する技術が記載されている。
【００１２】
一方、ｐ側電極６００は、光を透過させないように、すなわち光を基板側に反射するように、厚さを厚く形成することもできるが、このような技術をフリップチップ技術という。特許文献１０には、２０ｎｍ以上の厚さを有するＡｇ層と、Ａｇ層を覆う拡散防止層と、拡散防止層を覆うＡｕとＡｌとからなるボンディング層とを含む電極構造に関する技術が記載されている。
【００１３】
ｐ側ボンディングパッド７００及びｎ側電極８００は、電流の供給と外部へのワイヤボンディングのためのものであり、特許文献８には、ｎ側電極をＴｉとＡｌとから構成する技術が記載されている。
【００１４】
保護膜９００は、二酸化ケイ素などの物質で形成される。特許文献８には、光透過性及び絶縁性を有する保護膜を、ｐ側ボンディングパッドとｎ側電極との間に形成するか、又はｐ側ボンディングパッド及びｎ側電極のワイヤボンディング部を除いた発光素子の上面に形成する技術が記載されている。
【００１５】
一方、ｎ型３族窒化物半導体層３００やｐ型３族窒化物半導体層５００は、単一層又は複数層で構成され、近年、レーザ又はウェットエッチングにより基板１００を３族窒化物半導体層から分離して垂直型発光素子を製造する技術が導入されている。
【００１６】
図２は、従来の３族窒化物半導体発光素子のボンディングパッド側保護膜の一例を示す写真であり、ｐ側ボンディングパッド７００と保護膜９００との接着がよくないため、保護膜９００が簡単に破壊されたり剥離したこと（Ａ）が分かる。これは、パッケージを作成するためにボンディングパッド７００にワイヤボンディングを行う際に、ボンディングパッド７００とワイヤとの接続不良を発生させることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第５，１２２，８４５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２９０，３９３号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／１５４４５４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７３３，７９６号明細書
【特許文献５】米国特許第５，２４７，５３３号明細書
【特許文献６】米国特許第５，３０６，６６２号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／１５７７１４号明細書
【特許文献８】米国特許第５，５６３，４２２号明細書
【特許文献９】米国特許第６，５１５，３０６号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，１９４，７４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
これについては、「発明を実施するための形態」の末尾に記述する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
ここでは、本開示の全体的な要約（要旨）が提供され、これが本開示の範囲を制限するものと理解されてはならない（This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features）。
【００２０】
本開示の一態様によれば（According to one aspect of the present disclosure）、第１の導電性を有する第１の３族窒化物半導体層、前記第１の導電性とは異なる第２の導電性を有する第２の３族窒化物半導体層、及び前記第１の３族窒化物半導体層と前記第２の３族窒化物半導体層との間に位置し、電子と正孔の再結合により光を生成する活性層を備える複数の３族窒化物半導体層と、前記複数の３族窒化物半導体層と電気的に接続されるボンディングパッドと、前記ボンディングパッド上に位置する保護膜と、前記ボンディングパッドと前記保護膜との間に位置し、前記ボンディングパッドが露出するように形成されるバッファパッドとを含むことを特徴とする３族窒化物半導体発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本開示の１つの３族窒化物半導体発光素子によれば、ボンディングパッドと保護膜との接着性を向上させることができる。
【００２２】
本開示の他の３族窒化物半導体発光素子によれば、ボンディングパッドにワイヤボンディングを行うと共に、ボンディングパッドと保護膜との接着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の３族窒化物半導体発光素子の一例を示す図である。
【図２】従来の３族窒化物半導体発光素子のボンディングパッド側保護膜の一例を示す写真である。
【図３】本開示による３族窒化物半導体発光素子の一例を示す図である。
【図４】本開示による３族窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を示す図である。
【図５】本開示による３族窒化物半導体発光素子のボンディングパッド側保護膜の一例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本開示を詳細に説明する（The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawings）。
【００２５】
図３は、本開示による３族窒化物半導体発光素子の一例を示す図であり、３族窒化物半導体発光素子は、基板１０と、基板１０上に成長するバッファ層２０と、バッファ層２０上に成長するｎ型３族窒化物半導体層３０と、ｎ型３族窒化物半導体層３０上に成長し、電子と正孔の再結合により光を生成する活性層４０と、活性層４０上に成長するｐ型３族窒化物半導体層５０と、ｐ型３族窒化物半導体層５０上に形成されるｐ側電極６０と、ｐ側電極６０上に形成されるｐ側ボンディングパッド７０と、少なくともｐ型３族窒化物半導体層５０及び活性層４０がエッチングされて露出したｎ型３族窒化物半導体層３０上に形成されるｎ側電極８０と、ｐ側ボンディングパッド７０及びｎ側電極８０上に形成されるバッファパッド７８、８８と、発光素子の上部に形成される保護膜９０とを含む。ここで、ｎ側電極８０は、ｎ型３族窒化物半導体層３０に電気を供給するだけでなく、ワイヤボンディングのためのボンディングパッドの役目も果たす。
【００２６】
保護膜９０は、酸化膜からなるようにしてもよい。保護膜９０は、酸化膜、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなるようにしてもよい。
【００２７】
ｐ側ボンディングパッド７０は、ｐ側電極６０との接続及びワイヤボンディングのためのものであり、例えば、ｐ側電極６０上にＣｒ層７２、Ｎｉ層７４、Ａｕ層７６を順次積層して形成してもよい。
【００２８】
バッファパッド７８は、ｐ側ボンディングパッド７０上に形成され、ｐ側ボンディングパッド７０と保護膜９０との低い接着性を克服するためのものであり、ｐ側ボンディングパッド７０及び保護膜９０と接着又は結合可能な材質からなる。これは、ｐ側ボンディングパッド７０が金属からなり、保護膜９０が酸化膜からなる場合、バッファパッド７８が酸化可能な金属からなることがあることを意味する。例えば、ｐ側ボンディングパッド７０の上面がＡｕ層７６からなり、保護膜９０がＳｉＯ２からなる場合、バッファパッド７８は、ＡｕだけでなくＳｉＯ２とも良好に接着することのできる酸化可能な金属、例えばＮｉ又はＣｒからなるようにしてもよい。
【００２９】
一方、バッファパッド７８は、ｐ側ボンディングパッド７０とワイヤとのボンディングのために、ｐ側ボンディングパッド７０の中央部７０ｃが露出するように環状に形成される。バッファパッド７８は、ｐ側ボンディングパッド７０とワイヤとのボンディングのための面積を最大限確保できるように、ｐ側ボンディングパッド７０の上面縁部に形成されることが好ましい。
【００３０】
ｎ側電極８０は、ｎ型３族窒化物半導体層３０との接続及びワイヤボンディングのためのものであり、例えば、ｎ型３族窒化物半導体層３０上にＣｒ層８２、Ｎｉ層８４、Ａｕ層８６を順次積層して形成してもよい。ここで、ｎ側電極８０上に形成されるバッファパッド８８は、ｐ側ボンディングパッド７０上に形成されるバッファパッド７８と同様に構成することができ、その説明は省略する。
【００３１】
保護膜９０は、バッファパッド７８、８８上に形成されるが、ｐ側ボンディングパッド７０にワイヤボンディングを行うためにバッファパッド７８により露出したｐ側ボンディングパッド７０と、ｎ側電極８０にワイヤボンディングを行うためにバッファパッド８８により露出したｎ側電極８０とを除いた、発光素子の上部に形成される。
【００３２】
以下、本開示による３族窒化物半導体発光素子の製造方法を詳細に説明する。
図４は、本開示による３族窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を示す図である。
【００３３】
まず、基板１０上に複数の３族窒化物半導体層（２０、３０、４０、５０）を成長させる（図４の（ａ）参照）。
【００３４】
次に、ｎ型３族窒化物半導体層３０が露出するように、ｐ型３族窒化物半導体層５０及び活性層４０をエッチングする（図４の（ｂ）参照）。
【００３５】
次に、ｐ側電極６０を形成する（図４の（ｂ）参照）。ｐ側電極６０は、ｐ型３族窒化物半導体層５０の上面全体にわたって形成してもよく、一部に形成してもよい。ｐ側電極６０は、ｐ型３族窒化物半導体層５０及び活性層４０をエッチングする前に形成してもよい。
【００３６】
次に、ｐ側ボンディングパッド７０及びｎ側電極８０を形成する（図４の（ｃ）参照）。ここで、ｐ側ボンディングパッド７０とｎ側電極８０とは、別途の工程でそれぞれ形成してもよい。ｐ側電極６０は、別途の工程で、ｐ型３族窒化物半導体層５０及び活性層４０をエッチングする前に形成してもよい。ｐ側ボンディングパッド７０は、例えば、電子ビーム蒸着法によりｐ側電極６０上にＣｒ、Ｎｉ、Ａｕ層を順次積層して、１μｍ〜２μｍの厚さに形成してもよい。ｎ側電極８０も同様に形成することができる。
【００３７】
次に、ｐ側ボンディングパッド７０上にバッファパッド７８を形成する（図４の（ｄ）参照）。例えば、バッファパッド７８は、電子ビーム蒸着法により、ｐ側ボンディングパッド７０上に厚さ１０Å〜２００ÅのＮｉ層で形成してもよい。バッファパッド８８も同様に形成することができる。
【００３８】
次に、保護膜９０を形成する。例えば、保護膜９０は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなるようにしてもよい（図４の（ｄ）参照）。
【００３９】
次に、バッファパッド７８、８８の上面に位置する保護膜９０の一部を除去する（図４の（ｅ）参照）。保護膜９０の除去は、ドライエッチング又はウェットエッチングにより行ってもよい。例えば、保護膜９０がＳｉＯ２からなる場合、保護膜９０の除去は、ＣＦ４を含むガスを用いて約２５０秒間ドライエッチングして行ってもよく、ＨＦを含む溶液を用いて１〜２分間ウェットエッチングして行ってもよい。
【００４０】
次に、保護膜９０が除去されて露出したバッファパッド７８、８８を除去する（図４の（ｆ）参照）。露出したバッファパッド７８、８８の除去は、ウェットエッチングにより行ってもよい。例えば、バッファパッド７８、８８がＮｉ層からなる場合、露出したバッファパッド７８、８８の除去は、ＨＣｌを含む溶液を用いて数十秒間ウェットエッチングして行ってもよい。
【００４１】
次に、アニールを行う。例えば、アニールは、４２５℃で約１分間行ってもよい。
【００４２】
図５は、本開示による３族窒化物半導体発光素子のボンディングパッド側保護膜の一例を示す写真であり、バッファパッド７８により中央部が露出したｐ側ボンディングパッド７０を示し、バッファパッド７８上に形成された保護膜９０の剥離が改善されたことが分かる。
【００４３】
以下、本開示の様々な実施形態について説明する。
（１）保護膜とボンディングパッドとの間にバッファパッドを備える３族窒化物半導体発光素子。これにより、ボンディングパッドと保護膜との接着不良を改善することができる。
【００４４】
（２）ボンディングパッド上に環状のパッドを備える３族窒化物半導体発光素子。これにより、ボンディングパッドにワイヤボンディングを行うことができる。
【００４５】
（３）ボンディングパッドと保護膜との間に酸化可能な金属層を備える３族窒化物半導体発光素子。これにより、金属層からなるボンディングパッドと酸化膜からなる保護膜との接着を改善することができる。
【００４６】
（４）ボンディングパッドと保護膜との間にＮｉ層を備える３族窒化物半導体発光素子。これにより、金属層からなるボンディングパッドと二酸化ケイ素からなる保護膜との接着を改善することができる。
【００４７】
（５）ボンディングパッドと保護膜との間にＣｒ層を備える３族窒化物半導体発光素子。これにより、金属層からなるボンディングパッドと二酸化ケイ素からなる保護膜との接着を改善することができる。
【図１】
2012510724.tif 000003
【図２】
2012510724.tif 000004
【図３】
2012510724.tif 000005
【図４（ａ）】
2012510724.tif 000006
【図４（ｂ）】
2012510724.tif 000007
【図４（ｃ）】
2012510724.tif 000008
【図４（ｄ）】
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【図４（ｅ）】
2012510724.tif 000010
【図４（ｆ）】
2012510724.tif 000011
【図５】
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【国際調査報告】
2012510724.tif 000013
2012510724.tif 000014
2012510724.tif 000015
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