JPH10135518A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Abstract
電極表面に析出するためにワイヤボンディングの信頼性
が低下した。 【解決手段】 化合物半導体基板の上にAuから成る第
1の層12と、NリッチのTiNから成る第2の層13
と、TiリッチのTiNから成る第3の層14と、Au
から成る第4の層の電極を設ける。第4の層の上にワイ
ヤをボンディングする。
Description
面へのAlGaAs元素等の半導体の析出を防止し、ワ
イヤボンディング性を向上させた半導体発光素子に関す
る。
電極として下側にAuGeNi層、上側にAu層を形成
して成る電極は公知である。ここで、下側のAuGeN
i層はAlGaAs半導体領域と接してこれとオーミッ
クコンタクトをとるためのオーミックコンタクト用金属
層であり、上側のAu層は金から成るリード細線をワイ
ヤボンディングするためのワイヤボンディング用金属層
である。ところで、この種の電極では電極形成後の熱処
理時にAlGaAs半導体領域中のAl等が電極表面
(Au層表面)まで拡散して析出することがある。電極
表面へのこのような金属の析出はAl以外でも問題であ
るが、特にAlの電極表面への析出は、電極表面にAl
酸化膜の形成を引き起こし、ワイヤボンディングの信頼
性即ちワイヤボンダビリティーの低下を招き問題とな
る。
めに、例えば特開平4−109674号公報には、Au
GeNi層とAu層との間にTiN(窒化チタン)層と
Ti(チタン)層を介在させた電極構造が開示されてい
る。このような電極構造によれば、TiN層がAl等の
電極表面への析出を防止すると共に、Ti層がTiN層
とAu層の付着性を向上させるためにワイヤボンダビリ
ティーの向上及び電極剥離の防止の両方が達成された信
頼性の高い電極が得られると考えられた。しかしなが
ら、実際にはワイヤボンダビリティー向上、電極剥離防
止の両方を十分に満足できるレベルにまで達成すること
はできず、実用性の点で問題が残っていた。
半導体の析出を防止してワイヤボンディング性を向上さ
せることができる半導体発光素子を提供することを目的
とする。
目的を達成するための本発明は、半導体領域上に、Au
を含有する第1の層とTiNから成る第2及び第3の層
と、Auから成る第4の層が順次積層されて成る電極が
形成されており、第2の層のN(窒素)の含有率は第3
の層のNの含有率よりも大きいことを特徴とする半導体
発光素子に係わるものである。なお、請求項2に示すよ
うにNの含有率を第2の層において50〜70atm %、
第3の層において10〜30atm %とすることが望まし
い。また、請求項3に示すように第2の層の厚さを0.
3〜0.5μm(3000〜5000オングストロー
ム)、第3の層の厚さを0.01〜0.03μm(10
0〜300オングストローム)とすることが望ましい。
含有率の異なるTiNから成る第2及び第3の層を設け
たので、Au(金)から成る第4の層への半導体の析出
を良好に防止してワイヤボンディングの信頼性を向上さ
せることができるのみでなく、各層の相互の接着性を向
上させることができる。これにより、信頼性の高い半導
体発光素子が得られる。
素子(発光ダイオード)について図1〜図2を参照して
説明する。本実施例の半導体発光素子は、図1に示すよ
うに、p形GaAs基板層1、p形GaAsバッファ層
2、p形AlGaInPクラッド層3、AlGaInP
活性層4、n形AlGaInPクラッド層5、p形Al
GaInP電流ブロック層6、n形AlGaAsコンタ
クト層7が積層されて成る化合物半導体基板8と、この
基板8の一方の主面のコンタクト層7に接するように形
成されたカソ−ド電極9と、基板8の他方の主面の基板
層1に接するように形成されたアノード電極10とを有
する。ここで、カソ−ド電極9の上面にはAu(金)か
ら成るリード細線11がワイヤボンディングされる。
電極9の構造が従来と異なっており、半導体基板8およ
びアノード電極10は従来例と同様である。このため、
半導体基板8等は他の構造となっていてもよく、例えば
電流ブロック層6を省略した構造にしてもよい。カソー
ド電極9は図2に示すように、化合物半導体領域である
AlGaAsコンタクト層7の上にオーミック接触用の
第1の層としてのAuGeNi層12と、主として拡散
障壁層として機能する第2の層としてのTiN層13
と、主として付着性を向上させるために機能する第3の
層としてのTiN層14と、ワイヤボンディング用の第
4の層としてのAu層15を順次積層したものである。
ここで、TiN層13とTiN層14は同じ金属層では
なく、TiとNの組成比が異なっている。即ち、主とし
て拡散障壁層として機能するTiN層13は、層中のN
の含有率がTiの含有率よりも大きいNリッチの層とな
っている。一方、主としてTiN層13とAu層15の
付着性を向上させるために機能するTiN層14は、層
中のTiの含有率がNの含有率よりも大きいTiリッチ
の層となっている。
の一例を示すと以下の通りである。 TiN層13:50〜70 atm % TiN層14:10〜30 atm %
方法を説明する。まず、コンタクト層7の上面にAuG
eNiを抵抗加熱蒸着によって0.4〜0.6μm(4
000〜6000オングストローム)の厚さに形成す
る。次にこのAuGeNi層12の上にTiN層13を
形成するが、これはN2 雰囲気中でTiを蒸着する方法
即ち反応性蒸着法で行われる。蒸着時の真空度と蒸着速
度を例示すると、それぞれ10-5torrオーダ、3〜5オ
ングストローム/sec である。TiN層13は0.3〜
0.5μmの厚さに形成する。なお、TiN層13は比
較的Nリッチな雰囲気でTi蒸着を行うためNがリッチ
なTi膜となる。雰囲気をNリッチとするかNプアーと
するかは、TiN層形成時の蒸着装置内の真空度をコン
トロールすることによって可能である。即ち、真空度を
低くすればNリッチ、真空度を高くすればNプアーとな
る。従って、次にTiN層13の上面にTiN層14を
形成するときには、TiN層13の形成時よりも蒸着装
置内の真空度を高めて(10-6torrオーダ)、EB(エ
レクトロンビーム)蒸着することによって行う。TiN
層14は0.01〜0.03μmの厚さに形成する。最
後にTiN層14の上面にAuを1.5〜1.7μmの
厚さにEB蒸着して電極9を完成させる。このAuGe
Ni層12からAu層15までの形成は連続した一連の
蒸着工程で行う。なお、TiN層13およびTiN層1
4のTi、Nの含有率コントロールは上記のように、蒸
着時の真空度を制御することによって行えるが、蒸着装
置(蒸着槽)内へのN2 の流量を制御することによって
も行える。
用)は以下の通りである。AuGeNi層12は、従来
例と同様にコンタクト層7とのオーミックコンタクトを
得るためのオーミックコンタクト層である。AlGaA
sから成るコンタクト層7の表面には自然酸化膜が形成
されるため、これを破壊するためにNiが添加されてい
る。また、Niは5族元素と熱的に安定な合金を形成す
るためのもの即ちAuGeとAlGaAsとの反応を促
進させるものであり、これにより、信頼性の高いオーミ
ックコンタクトが実現されている。
理によって分解したAlGaAs元素が電極表面に析出
することを防止する拡散障壁層として機能するものであ
る。層中にNがTiよりもリッチに含まれているため
に、NがTiよりプアーなTiNに比べて層が緻密な膜
となっており、熱分解した元素の電極表面への拡散を有
効に防止する。このTiN層13のNの含有率は50〜
70atm %であることが望ましい。Nの含有率が50at
m %未満では拡散障壁層としての効果が低下する。Nの
含有率が70atm %を越えると層間接着が不十分になり
且つ電気的接続を阻害する。なお、NはTi−Nの形の
みでなく、格子間不純物としても存在する。TiN層1
3の厚さは0.3〜0.5μmにすることが望ましい。
0.3μm未満では層強度が低下するため拡散障壁層と
しての効果が低下する。また、TiN層13の厚さが
0.5μmを越えるとクラック等が発生し、電気的又は
熱的トラブルを引き起こす可能性がある。
N層13とAu層15の付着性(接着性)を向上するた
めの層である。ここで、層中にNがTiよりもプアーに
含まれているため、Tiのみから成る従来例の電極構造
に比べて付着性向上のための層として良好な特性を示
す。即ち、Tiのみから成る層は、TiがAuと強く反
応するため、厚く形成するとTiがAu表面に析出し、
ワイヤボンダビリディーが損なわれる。一方、Ti層を
あまり薄く形成すると付着性の向上が十分に図れず、又
Ti層によるAlGaAs元素の拡散障壁効果も損なわ
れる。本実施例では層中にNが含まれているためAu層
とのTiの反応が抑制され、0.01〜0.03μmの
厚さで形成してもAu層15の上面にTiが析出するこ
とがない。このため付着向上効果が高水準に得られると
共に、TiN層13と相まってAlGaAs元素の拡散
防止効果も得られる。このTiN層14におけるNの含
有率は10〜30atm %であることが望ましい。TiN
層14のNの含有率が10atm %未満では上層のAuと
強く反応し過ぎる。又、TiN層14のNが30atm%
を越えると上層のAuとの反応が低下するために層間剥
離が起こりやすくなる。又、TiN層14の厚さは0.
01〜0.03μmであることが望ましい。TiN層1
4の厚さが0.01μm未満では膜厚制御が困難になる
と共に上層のAuとの接着性が低下する。TiN層14
の厚さが0.03μmを越えると、Tiリッチ層である
ために熱処理による上層のAuとの反応が増大し、電極
(Au)表面状態が悪くなり、ワイヤボンディング性
(W/B性)に影響を及ぼす。
u細線をワイヤボンディングするためのワイヤボンディ
ング用金属層である。本実施例では主としてTiN層1
3、またTiN層14によってもAlGaAs元素の電
極表面への拡散及び析出が防止されているため、ワイヤ
ボンダビリティーが高水準に達成される。
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 半導体基板8における化合物半導体を実施例以
外の種々の半導体とすることができる。また、半導体基
板8内の層を増減することができる。 (2) 電極9、10の形状等を変えることができる。 (3) 半導体基板8の各層の導電型を逆にして9をア
ノ−ド、10をカソ−ドとすることができる。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体領域上に、Auを含有する第1の
層とTiNから成る第2及び第3の層と、Auから成る
第4の層が順次積層されて成る電極が形成されており、
第2の層のNの含有率は第3の層のNの含有率よりも大
きいことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項2】 前記第2の層のNの含有率は50〜70
atm %であり、第3の層のNの含有率は10〜30atm
%である請求項1記載の半導体発光素子。 - 【請求項3】 前記第2の層の厚さは0.3〜0.5μ
mであり、第3の層の厚さは0.01〜0.03μmで
ある請求項1又は2記載の半導体発光素子。
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-
1996
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