JPH10308534A

JPH10308534A - 発光半導体素子用透光性電極およびその作製方法

Info

Publication number: JPH10308534A
Application number: JP11831597A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Miki; 久幸三木; Takashi Udagawa; 隆宇田川; Mineo Okuyama; 峰夫奥山
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 1998-11-17
Anticipated expiration: 2017-05-08
Also published as: JP3807020B2

Abstract

(57)【要約】【課題】透光性でかつボールアップを有効に防止し得
る構造の発光半導体素子用の透光性電極とその透光性電
極の作製方法を提供する。【解決手段】本発明に係わる発光半導体素子用透光性
電極は、半導体表面に接して形成され、透光性でかつオ
ーミック接触が得られる、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａ
ｌ、Ｔｉからなる群より選ばれた、少なくとも１種類の
金属あるいは２種類以上の金属の合金よりなる第１の層
と、該第１の層上に形成された、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉｎよりなる群より選ば
れた少なくとも１種類の金属の酸化物を含む、透光性の
金属酸化物よりなる第２の層とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光半導体素子に
用いられる電極に係わり、特に発光半導体素子用の透光
性の電極とその透光性電極の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、短波長光発光素子用の半導体材料
としてＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。
ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとし
て、種々の酸化物基板や III−Ｖ族化合物を基板とし
て、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）
や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成さ
れる。サファイア基板等の電気的に絶縁体である基板を
用いた素子では、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の半導体基板を使
用した III−Ｖ族化合物半導体材料とは異なり、基板裏
面に電極を設けることができない。よって、正、負一対
の電極を発光素子の同じ面に形成する必要がある。

【０００３】また、ＧａＮ系化合物半導体材料の特性と
して、横方向への電流拡散が小さいことがある。原因
は、エピタキシャル結晶中に多く存在する基板から表面
へ貫通する転位の存在であることが考えられるが、詳し
いことは判っていない。この特性のため、電極を形成し
て通電発光させた場合でも、発光領域は電極直下に限定
され電極の周囲には広がりにくい。したがって、発光領
域は電極直下に限られ、従来の不透明な電極では発光は
電極そのものに遮られて上方には取り出されず、発光強
度が思うように向上しなかった。

【０００４】以上のような問題点を解決するために、ｐ
型電極を素子の表面のほぼ全面に形成された非常に薄い
金属よりなる透光性の電極とし、電極を通して上面から
発光を取り出すという素子構造に関する技術が開示され
ている（特開平６−３１４８２２）。この特許公開公報
には、電極材料として、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉ
ｎ、Ｃｒ、Ｔｉ等を使用し、蒸着した金属膜を５００℃
以上の温度で熱処理することにより、金属の昇華を引き
起こし、膜厚を０．００１μｍ〜１μｍと薄くすること
により透光性を持たせることができることが記載されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】金属を用いた透光性の
薄膜では、金属膜を非常に薄く形成する必要がある。例
えば、透光性の電極としてＡｕを用いた場合、光の透過
率を３０％としたければ膜厚は約２５ｎｍに制御する必
要があり、９０％の透過率を実現しようとすれば、膜厚
は約２ｎｍにする必要がある。Ｎｉを用いた場合には、
透過率３０％としたければ膜厚は約１３ｎｍ、９０％と
したければ、約１．５ｎｍとする必要がある。なお、本
明細書において「透光性の電極」とは、電極の下で発生
した発光を電極を通して観察可能である電極を指して用
いることとする。

【０００６】また、多くの発光半導体素子の作製におい
ては、金属の電極を形成した後オーミック接触を実現す
る目的で熱処理を行うことが必要である。しかし、上記
のような非常に薄い金属薄膜を用いた電極の場合、オー
ミック接触を目的とした熱処理の際に、下地との密着性
よりも金属の表面張力がまさるために金が球状に凝集し
てしまう「ボールアップ」と呼ばれる現象を生じる。ボ
ールアップが発生すると、金の薄膜は随所に隙間や亀裂
を生じ、電気的な連続性を失い、透光性の電極として機
能しなくなる。

【０００７】ボールアップを防ぐための手段としては、
先ず第一に金属よりなる電極の膜厚を増やすことが挙げ
られる。しかしながら、膜厚を増加させることは光の透
過率の減少を引き起こす結果となり、電極は透光性を失
ってしまう。本発明は、透光性でかつボールアップを有
効に防止し得る構造の発光半導体素子用の透光性電極と
その透光性電極の作製方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本出願に係わる発明は、
半導体表面に接して形成され、透光性でかつオーミック
接触が得られる、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ
からなる群より選ばれた、少なくとも１種類の金属ある
いは２種類以上の金属の合金よりなる第１の層と、該第
１の層上に形成された、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃ
ｏ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉｎよりなる群より選ばれた少
なくとも１種類の金属の酸化物を含む、透光性の金属酸
化物よりなる第２の層とを有する発光半導体素子用透光
性電極である。また本出願に係わる発明は、上記発光半
導体素子用透光性電極において、特に、Ａｕよりなる第
１の層と、Ｎｉの酸化物よりなる第２の層とを有するこ
とを特徴とする。

【０００９】また本出願に係わる発明は、上記発光半導
体素子用透光性電極において、特に、前記第２の層と第
１の層との界面近傍の領域において、酸素の組成が第２
の層から第１の層に向かって徐々に減少することを特徴
とする。また本出願に係わる発明は、上記発光半導体素
子用透光性電極において、特に、前記第２の層に含まれ
る金属酸化物の主成分である金属元素が第１の層中に含
まれていることを特徴とする。

【００１０】また本出願に係わる発明は、上記発光半導
体素子用透光性電極において、特に、前記第１の層の膜
厚が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とす
る。また本出願に係わる発明は、上記発光半導体素子用
透光性電極において、特に、前記第２の層の膜厚が１ｎ
ｍ以上１０００ｎｍ以下であることを特徴とする。また
本出願に係わる発明は、上記発光半導体素子用透光性電
極において、特に、半導体がＧａＮ系化合物半導体であ
ることを特徴とする。

【００１１】また本出願に係わる発光半導体素子用透光
性電極の作製方法は、半導体表面に接して透光性でオー
ミック接触が得られる金属薄膜からなる第１の層を形成
する第１の工程と、第１の層上に金属からなる第２の層
を形成する第２の工程と、これを熱処理することによっ
て第２の層を酸化する第３の工程を有する発光半導体素
子用透光性電極の作製方法である。

【００１２】また本出願に係わる発明は、上記発光半導
体素子用透光性電極の作製方法において、特に、前記第
１の工程と第２の工程とを同一装置内で連続して行うこ
とを特徴とする。また本出願に係わる発明は、上記発光
半導体素子用透光性電極の作製方法において、特に、前
記第３の工程を酸素を含む雰囲気内で行うことを特徴と
する。また本出願に係わる発明は、上記発光半導体素子
用透光性電極の作製方法において、特に、前記第３の工
程において、熱処理は温度３００℃以上の温度で１分以
上行うことを特徴とする。また本出願に係わる発明は、
上記発光半導体素子用透光性電極の作製方法において、
特に、半導体がＧａＮ系化合物半導体であることを特徴
とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係わる発光半導体素子用
透光性電極は、半導体表面上に形成された透光性の金属
からなる第１の層と、該第１の層上に形成された、透光
性の金属酸化物を含む第２の層とを有することを特徴と
する。半導体がｐ型の場合、半導体に接触させる第１の
層を形成する金属として、熱処理して良好なオーミック
接触を得ることができるＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉなどか
ら選ぶことができる。また、これらの金属の内の少なく
とも２種類を組み合わせた合金を用いてもよい。また、
良好なオーミック接触を得るため、これらの金属に対し
てＺｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｍｇ等の金属を少なくとも
１種類以上不純物として微量添加した合金を使用しても
良い。一方、半導体がｎ型の場合、前記第１の層を形成
する材料としてＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉなどを用いることがで
きる。また、これらの金属の内の少なくとも２種類を組
み合わせた合金を用いてもよい。また、良好なオーミッ
ク接触を得るため、これらの金属にＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、
Ｓ、Ｓｅなどの金属を少なくとも１種類以上不純物とし
て微量添加した合金を使用しても良い。

【００１４】第２の層に含まれる金属酸化物としては、
比較的透光性に優れかつ金属との密着性に優れる酸化物
である、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｕ、
Ｍｇ、Ｉｎよりなる群より選ばれた少なくとも１種類の
金属の金属酸化物を用いることができる。特に、その中
でも透光性であることが広く知られているＮｉＯ、Ｔｉ
Ｏ、ＳｎＯ、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｃｕ₂ Ｏ、
ＭｇＯ、Ｉｎ₂ Ｏ₃ など、またはこれらの金属酸化物に
他の金属元素が共存した酸化物を主成分とすることは有
用である。また、酸化物は下地の金属に合わせて、密着
性の良いものを選ぶことが好ましい。本明細書において
「金属酸化物」という言葉は、金属の酸化数の異なる酸
化物の混合物を指して用いることとし、また、その中に
は酸化されていない金属が含まれていても構わないこと
とする。しかし、第２層は透光性を発揮することが特徴
であるので、組成の異なる酸化物のうち、最も透光性と
なりやすい材料が主成分となっていることが有利である
ことは言うまでもない。Ｎｉを例にとって説明すると、
Ｎｉの酸化物としてはＮｉＯ、Ｎｉ₂ Ｏ₃ 、ＮｉＯ₂ 、
Ｎｉ₃ Ｏ₄ などが存在することが知られているが、第２
層を構成する材料の組成は、これらの内のどれであって
も良いし、これらの混合物であっても良い。また、酸化
されていない金属であるＮｉそのものが含まれていても
構わない。しかしながら、ここに例示した数種類の酸化
物のうち、最も有効に透光性を発揮することが知られて
いるのはＮｉＯであり、第２層としてはＮｉＯが主成分
であることが有利なことは言うまでもない。

【００１５】金属からなる第１の層と透光性の金属酸化
物よりなる第２の層とは、密着性に優れることが好まし
い。そのため、上記発明において、発光半導体素子用透
光性電極は、前記第２の層と第１の層との界面近傍の領
域において、酸素の組成が第２の層から第１の層に向か
って徐々に減少し、金属酸化物を含む組成から金属から
なる組成に、組成が連続的に変化することが望ましい。
また、第１の層内に第２の層に含まれる金属酸化物の金
属成分が含まれていることも、第１の層と第２の層の高
い密着性を実現するためには好適である。第１の層中の
第２の層の成分の濃度は第１の層全体を通して一定でも
構わないし、第２の層との界面から半導体表面に向かっ
て濃度が小さくなっていくように勾配がつけられていて
も構わない。また、第２の層の成分は第１の層全体に含
まれていても良いし、第２層との界面側の一部分だけに
含まれていても良い。

【００１６】第１の層の膜厚は、透光性を得るために１
ｎｍから５００ｎｍの範囲の膜厚に制御して形成するこ
とが好ましい。その中でも、金属に固有の物性値である
吸光係数から計算して、光の透過率が１０％から９０％
を実現するような膜厚を採用することが好ましい。ま
た、第２の層の膜厚は透光性を実現し、ボールアップ防
止効果に優れ且つ透光性の良好な、１ｎｍから１０００
ｎｍの範囲にすることが好ましい。

【００１７】また、第２の層を形成するための金属酸化
物として、先に挙げた透光性の金属酸化物の群より、特
に導電性を示す金属酸化物であるＮｉＯ、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、
ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯよりなる群より、少なくとも１
種類の金属酸化物を選択することができる。また、この
群を構成する導電性の金属酸化物群のうち、ＩｎＳｎＯ
の様に、２種類の金属元素を含むような酸化物を用いて
も良いし、この群を構成する金属元素以外の金属元素が
共存していても構わない。ここに挙げたような導電性の
金属酸化物を、第１の層である金属電極層を保護するた
めの第２の層として用いると、保護層の部分にも電流が
流れることが可能であり、電極全体の抵抗率が低下す
る。このことは素子とした際の両電極間の抵抗値が低減
されることを意味し、絶縁体の保護層を用いた場合と比
較して、同じ印加電圧でより多くの電流を流すことが可
能である。これにより、同じ印加電圧でより強い発光強
度を得ることができる。

【００１８】上記の電極は、金属からなる第１の層およ
び金属からなる第２の層を形成させておき、酸素を含む
雰囲気中で熱処理することにより、表面側の金属からな
る第２の層を酸化する方法によって形成することができ
る。酸素を含む雰囲気とは、酸素ガス（Ｏ₂ ）や水蒸気
（Ｈ₂ Ｏ）等を含む雰囲気である。

【００１９】すなわち、上記の発光半導体素子用電極
は、金属からなる第１の層の上に、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、
Ｃｒ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎなどの金属からな
る第２の層を形成して、これを酸素を含む雰囲気中で温
度３００℃以上で１分以上熱処理することにより作製す
ることが出来る。熱処理の温度及び時間は、酸化させよ
うとする金属に応じて選択する必要がある。我々の検討
によれば、本発明において使用できる金属では、全般的
に３００℃以下の温度では如何に長時間の処理を行った
としても完全に均一に酸化することはなかった。処理温
度は高い方が安定して金属を酸化できるため、３００℃
以上のどのような温度を用いても良いが、半導体が分解
しないような温度とすることは当然である。また、我々
の検討によれば、熱処理を行う時間として１分以下で
は、上記の範囲で選択される如何なる高温で処理したと
しても完全に均一に酸化することはなかった。よって、
熱処理は１分以上行うことが望ましい。雰囲気ガス中の
酸素の濃度は、０以上であればどのような値をとっても
良いが、１ｐｐｍ以上であることが好ましい。

【００２０】また、前述の第１の層に第２の層の成分が
含まれている電極構造を形成するためにも、熱処理によ
って第２の層の成分を第１の層へ拡散させることが有効
である。この時、第２の層を酸化させるための熱処理
を、第２の層の成分を第２の層より第１の層に拡散させ
る熱処理と兼ねることができる。また、第２の層を酸化
させるための熱処理を、半導体と金属からなる第１の層
とのオーミック接触を得るための熱処理と兼ねて実施す
ることが出来る。或いは、第２の層を酸化させるための
熱処理と半導体と金属からなる第１の層とのオーミック
接触を得るための熱処理とを別々の工程で行ってもよ
い。

【００２１】また金属膜を形成する方法としては、通常
の抵抗加熱蒸着法の他、電子線加熱蒸着法、スパッタリ
ング法などを用いることができる。また、第１の層と第
２の層は同一装置で連続して形成しても良いし、第１の
層を形成した時点でいったん装置から取り出し、別の方
法によって第２の層を形成しても良いが、密着性の向上
という観点から第１の層と第２の層とは同一装置内で連
続して形成することが好ましい。第１の層の上に第２の
層となる金属の層を順次積層した電極は、例えば蒸着し
たままでは金属光沢を呈する濃い色の膜であるが、熱処
理による酸化により第２の層となる金属の層が金属酸化
物となり透光性を示す。

【００２２】金属層と金属酸化物層の平面形状は同じで
も良いし、異なっても構わないが、金属層の部分は金属
酸化物で覆われていることがより好ましいことは言うま
でもない。また、金属酸化物よりなる第２の層は金属よ
りなる第１の層を完全に覆って、それよりも大きい領域
を覆うことができるが、反対側の電極と接触しているこ
とは好ましくない。第２層を形成する金属酸化物は、導
電性の材料を用いることも可能であり、導電性の材料を
第２層として用いた場合に第２の層が両側の電極に接触
していると、両側の電極が第２の層を通じて導通してリ
ーク電流を生ずる可能性がある。

【００２３】本発明に係わる発光半導体素子用透光性電
極およびその作製方法は、発光半導体素子において電極
から横方向への電流拡散が小さい、半導体がＧａＮ系化
合物半導体の場合に特に有効に用いることが出来る。Ｇ
ａＮ系化合物半導体は一般にＡｌＧａＩｎＮで表すこと
が出来る。

【００２４】

【作用】本発明の提供する発光半導体素子用電極は、透
光性を有し半導体層にオーミック接触する金属薄膜から
なる第１の層と、第１の層の表面に形成された、透光性
を有し、かつ第１の層と半導体層のオーミック接触を実
現するための熱処理に際して、第１の層のボールアップ
を抑制する、透光性のある金属酸化物を主成分とする第
２の層とから構成される。透光性の金属酸化物からなる
第２の層は、第１の層の保護層として機能する。金属よ
りなる第１の層の保護層として透光性の金属酸化物から
なる第２の層を用いたことにより、第１の層のボールア
ップを防止し半導体とオーミック接触する透光性の電極
を安定して製造することが可能となった。またこの時、
第２の層の主成分として第１の層と密着性の良い材料を
選定したり、第２の層と第１の層との間に酸素の組成勾
配を設けたり、第１の層中に第２の層に含まれる金属を
拡散させたりすることにより、第１の層と第２の層の間
の密着性を向上することができる。この密着性を向上し
た構成により、金属からなる第１の層と金属酸化物から
なる第２の層との剥離を有効に防止することが出来るた
め、発光半導体素子が安定的に生産できる。

【００２５】また、本発明の提供する発光半導体素子用
透光性電極の作製方法は、半導体とオーミック接触する
金属の薄膜よりなる第１の層と、熱処理によって第２の
層となる金属の層を形成しておき、これを酸素を含む雰
囲気中で熱処理することにより第２の層となる金属の層
を金属酸化物の第２の層とし、透光性を増大させる。こ
れにより、簡便に透光性の電極を製造することができ
る。また、第２の層となる金属の層を酸化するための熱
処理は、第１の層のオーミック接触を実現させるための
熱処理と兼ねることができる。

【００２６】

【実施例】

（実施例１）本発明に係わる発光半導体素子用透光性電
極の一例は、図３の断面図で示すような、サファイア基
板上に、ＡｌＮをバッファ層として、ｎ型ＧａＮ層、Ｉ
ｎＧａＮ層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層を順に積
層した半導体基板９のｐ型ＧａＮ層上に、Ａｕからなる
第１の層１０、Ｎｉの酸化物からなる第２の層１１を形
成して作製した電極である。なお図３で７はｐ側電極ボ
ンディング用パッド、８はｎ側電極である。また図２
は、図３で示した発光半導体素子用電極の平面図であ
り、６で示した部分が本発明に係わる透光性電極であ
る。

【００２７】図２、図３に示した発光半導体素子用透光
性電極は、次の手順で作製した。初めに、公知のフォト
リソグラフィー技術を用い、ｐ型ＧａＮ層上にＡｕＢｅ
／Ａｕ層構造よりなるｐ側電極ボンディング用パッド７
を形成した。続いて、公知のフォトリソグラフィー技術
及びリフトオフ技術を用いて、ｐ型ＧａＮ層上の透光性
電極を形成する領域にのみ、Ａｕからなる第１の層１０
およびＮｉの酸化物からなる第２の層１１を形成した。
第１の層１０および第２の層１１の形成では、まず、半
導体基板９を真空蒸着機に入れ、ｐ型ＧａＮ層上に圧力
３×１０^-6Ｔｏｒｒにおいて初めにＡｕを２５ｎｍ、続
いて同じ真空室内でＮｉを１０ｎｍ蒸着した。ＡｕとＮ
ｉを蒸着した基板は、真空室から取り出した後、通常リ
フトオフと呼ばれる手順に則って処理し、図２の６で示
す形状の薄膜を形成した。このようにしてｐ型ＧａＮ層
上には、Ａｕからなる第１の層とＮｉからなる第２の層
とからなる薄膜が形成された。この薄膜は金属光沢を呈
する暗灰色であり、透光性はほとんど見られなかった。
次に、この基板をアニール炉において熱処理した。熱処
理は、温度を５５０℃とし、雰囲気ガスとして、１％の
酸素ガスを含むアルゴンを流通して、１０分間処理し
た。取り出した基板の透光性電極６は、青味をおびた暗
灰色で、透光性を示していた。なお、この熱処理は電極
と半導体とのオーミック接触を得るための熱処理も兼ね
ていた。

【００２８】上記の方法により作製した透光性電極の波
長４５０ｎｍの光における透過率は４５％であった。な
お、透過率は、上記と同じ透光性電極を透過率測定用の
大きさに形成したもので測定した。また、オージェ電子
分光（ＡＥＳ）により、透光性電極の深さ方向の成分分
析を行った。熱処理の前後で透光性電極の膜厚に大きな
変化はなかったが、オージェ電子分光（ＡＥＳ）によっ
てＮｉからなる第２の層に大量の酸素が取り込まれてお
り、Ｎｉの酸化が起きていることが判った。ＡＥＳによ
り測定した電極の各元素の深さ方向プロファイルを図１
に示す。図１に示した上記の電極の組成の深さ方向プロ
ファイルより、第２の層はＮｉと酸素を含むＮｉの酸化
物からなり、第１の層は僅かにＮｉを含むＡｕからな
り、第１の層と第２の層との界面近傍の領域には、Ｏの
濃度が基板方向に向かって小さくなるように組成勾配が
つけられた組成勾配領域が存在することがわかる。

【００２９】また、一般的な薄膜Ｘ線回折（ＸＲＤ）法
によってＮｉの酸化物からなる第２の層１１を評価した
ところ、図４に示すようなスペクトルを示した。ピーク
の位置から、スペクトルにはＮｉＯの（１１１）、（２
００）、（２２０）、（３１１）面からの回折にそれぞ
れ相当するピーク１２、１４、１６、１８が見られ、第
２の層１１はＮｉＯのランダムな方向を向いた結晶から
なっていることが判った。また、このスペクトルには、
微弱ながらＮｉの（１１１）面からの回折ピーク１５も
検出されていた。また、第１の層１０を形成するＡｕ
（１１１）、（２２０）面からの回折ピーク１３、１７
も見られた。このことから、ＮｉＯの結晶粒の集合体の
中に少量のＮｉの結晶粒が混在しているものと考えられ
る。このことより、第２の層１１はＮｉＯと少量のＮｉ
よりなることが判った。

【００３０】ドライエッチングによってｎ電極を形成す
る部分のｎ層を露出させ、ｐ側電極の形成に続いて、露
出した部分にＡｌよりなるｎ側電極８を形成し、ｎ側電
極８のオーミック接触を形成するための熱処理を行っ
た。このようにして電極を形成したウエハを４００μｍ
角のチップに切断し、リードフレーム上に載置し結線し
て発光ダイオードとしたところ、電流２０ｍＡにおける
発光出力が８０μＷ、順方向電圧は３．２Ｖを示した。
また、２インチφの基板から１６０００個のチップが得
られ、発光強度が７６μＷに満たないチップを取り除い
たところ、収率は９８％であった。通電発光している状
態の透光性電極を顕微鏡により観察したところ、各チッ
プの透光性電極の発光は均一であり、ボールアップによ
る発光面積の低下は見られなかった。

【００３１】（実施例２）本発明に係わる発光半導体素
子用透光性電極の別の一例は、図６の断面図で示すよう
な、サファイア基板上に、ＡｌＮをバッファ層として、
ｐ型ＧａＮ層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ｎ型
ＧａＮ層を順に積層した半導体基板９のｎ型ＧａＮ層上
に、Ａｌからなる第１の層１０、Ｔｉの酸化物からなる
第２の層１１を形成して作製した電極である。なお図６
で７’はｐ側電極、８’はｎ側電極用ボンディングパッ
ドである。また図５は、図６で示した発光半導体素子用
電極部の平面図であり、６で示した部分が本発明に係わ
る透光性電極である。

【００３２】図５、図６に示した発光半導体素子用透光
性電極は、実施例１と同様に、次の手順で作製した。初
めに、公知のフォトリソグラフィー技術を用い、ｎ型Ｇ
ａＮ層上にＡｌよりなるｎ側電極用ボンディングパッド
８’を形成した。続いて、公知のフォトリソグラフィー
技術及びリフトオフ技術を用いて、ｎ型ＧａＮ層上の透
光性電極を形成する領域にのみ、Ａｌからなる第１の層
１０およびＴｉの酸化物からなる第２の層１１を形成し
た。第１の層１０および第２の層１１の形成では、ま
ず、半導体基板９を真空蒸着機に入れ、圧力３×１０^-6
Ｔｏｒｒにおいて、ｎ型ＧａＮ層上にＡｌを５ｎｍ蒸着
した後基板を蒸着装置から取り出し、続いて別の蒸着装
置内でＴｉを５０ｎｍ蒸着した。ＡｌとＴｉを蒸着した
基板は、真空室から取り出した後、通常リフトオフと呼
ばれる手順に則って処理し、図２の６で示す形状の薄膜
を形成した。このようにして、ｎ型ＧａＮ層上には、Ａ
ｌからなる第１の層とＴｉからなる第２の層となる金属
層を有する薄膜が形成された。この薄膜は金属光沢を呈
する銀色であり、透光性はほとんど見られなかった。次
にこの基板を、アニール炉において雰囲気ガスとして酸
素２０％を含む窒素中で６５０℃にして１５分間熱処理
した。熱処理後の薄膜電極部分を光学顕微鏡で観察する
と、金属光沢を失っており黄色みを帯びた透光性を示し
た。なお、この熱処理は電極と半導体とのオーミック接
触を得るための熱処理を兼ねている。

【００３３】上記の方法により作製した透光性電極は、
熱処理の前後で膜厚の変化はなく、薄膜電極部分の波長
４５０ｎｍの光の透過率は３０％であった。ＡＥＳおよ
び薄膜ＸＲＤの測定結果より、Ｔｉ層は酸化されてＴｉ
Ｏとなっていた。更に、実施例１に記述したのと同様の
方法で、ドライエッチングにより露出したｐ型層上にＡ
ｕＢｅ、Ａｕよりなるｐ側電極７’を形成した。この基
板を切断、マウント、結線して発光素子とした。作製さ
れた発光ダイオードは、電流２０ｍＡにおける発光出力
が８０μＷ、順方向電圧は３．２Ｖを示した。また、２
インチφの基板から１６０００個のチップが得られ、発
光強度が７６μＷに満たないチップを取り除いたとこ
ろ、収率は９６％であった。各チップの透光性電極の発
光は均一であり、ボールアップによる発光面積の低下お
よび発光強度の不均一は見られなかった。

【００３４】（比較例１）実施例１と同じ積層構造を持
つ半導体基板に、単層のＡｕ２５ｎｍのみからなる透光
性の電極を蒸着装置を用いて形成した。更に、ｐ−Ｇａ
Ｎ層とのオーミック接触を実現する目的で、アルゴンガ
ス雰囲気中で５５０℃において１０分間熱処理した。熱
処理後、透光性電極面は透光性が増したように見える
が、金属光沢を失っていた。この半導体基板から作製さ
れた発光ダイオードはボンディング用の電極の直下だけ
が発光し、透光性の電極面には発光が見られなかった。
光学顕微鏡による観察によると、透光性電極として形成
したＡｕの薄膜はボール状に凝集しており、薄膜として
の連続性を欠いていた。

【００３５】（比較例２）実施例１と同じ積層構造を持
つ基板に、実施例１に作成した電極と蒸着する順番を逆
にした金属薄膜電極、すなわち初めにＮｉ１０ｎｍ、続
いてＡｕ２５ｎｍを、同じ蒸着装置内で連続して形成し
た。これを酸素を１％含むアルゴンガス雰囲気中で５５
０℃にて１０分間熱処理した。熱処理後の電極のＡＥＳ
深さ方向プロファイルを図７に示す。有意な量の酸素が
検出されないことより、Ｎｉ層は酸化されていないこと
が判った。これは、Ａｕによって表面を覆われているた
めと思われる。電極はやや透光性を示すものの金属光沢
のある金色を呈し、透過率は１０％と低かった。このよ
うな手順で形成された薄膜電極を持つ発光ダイオード
を、実施例１と同様にして作製した。作製された発光ダ
イオードの２０ｍＡにおける順方法電圧は平均で３．０
Ｖと実施例１と同等であったが、発光強度は２０μＷと
実施例１よりも著しく小さかった。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、透光性でかつボールア
ップを有効に防止し得る構造の発光半導体素子用の透光
性電極とその透光性電極の形成方法を提供することがで
きる。

【００３７】なお、本発明における実施例は前記の２例
に限られるものではなく、例えば、ｐ型半導体に対する
第１の層としてはＰｔ、Ｎｉ、Ｐｔなどを用いることも
でき、ｎ型半導体に対する第１の層としてはＴｉ、Ａ
ｌ、Ｎｉなどを用いることができる。また、第２の層と
しては、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉｎな
どの金属を含む酸化物の層を用いることができる。ま
た、発光素子となる半導体材料としても本実施例に記述
したＧａＮの他にＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、Ａ
ｌＩｎＧａＰなどを用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で作製した電極のオージェ電子分光に
よる各元素の深さ方向プロファイルを示した図。

【図２】実施例１に係わる電極の形状の平面図。

【図３】実施例１に係わる電極の積層構造の断面図。

【図４】実施例１に係わる電極の薄膜ＸＲＤスペクト
ル。

【図５】実施例２に係わる電極の形状の平面図。

【図６】実施例２に係わる電極の積層構造の断面図。

【図７】比較例２で作製した電極のオージェ電子分光に
よる各元素の深さ方向プロファイルを示した図。

【符号の説明】

１・・・Ｎｉのプロファイル２・・・Ａｕのプロファイル３・・・Ｏのプロファイル４・・・Ｇａのプロファイル５・・・Ｎのプロファイル６・・・透光性電極７・・・ｐ側電極用ボンディングパッド７’・・ｐ側電極８・・・ｎ側電極８’・・ｎ側電極用ボンディングパッド９・・・半導体基板１０・・・第１の層１１・・・第２の層１２・・・ＮｉＯ（１１１）のピーク１３・・・Ａｕ（１１１）のピーク１４・・・ＮｉＯ（２００）のピーク１５・・・Ｎｉ（１１１）のピーク１６・・・ＮｉＯ（２２０）のピーク１７・・・Ａｕ（２２０）のピーク１８・・・ＮｉＯ（３１１）のピーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体表面に接して形成され、透光性で
かつオーミック接触が得られる、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎ
ｉ、Ａｌ、Ｔｉからなる群より選ばれた、少なくとも１
種類の金属あるいは２種類以上の金属の合金よりなる第
１の層と、該第１の層上に形成された、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓ
ｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉｎよりなる群よ
り選ばれた少なくとも１種類の金属の酸化物を含む、透
光性の金属酸化物よりなる第２の層とを有する発光半導
体素子用透光性電極。
【請求項２】Ａｕよりなる第１の層と、Ｎｉの酸化物
よりなる第２の層とを有することを特徴とする請求項１
記載の発光半導体素子用透光性電極。
【請求項３】前記第２の層と第１の層との界面近傍の
領域において、酸素の組成が第２の層から第１の層に向
かって徐々に減少することを特徴とする請求項１乃至２
記載の発光半導体素子用透光性電極。
【請求項４】前記第２の層を構成する金属酸化物の主
成分である金属元素が第１の層中に含まれていることを
特徴とする請求項１乃至３記載の発光半導体素子用透光
性電極。
【請求項５】前記第１の層の膜厚が１ｎｍ以上５００
ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４記載の
発光半導体素子用透光性電極。
【請求項６】前記第２の層の膜厚が１ｎｍ以上１００
０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５記載
の発光半導体素子用透光性電極。
【請求項７】半導体がＧａＮ系化合物半導体であるこ
とを特徴とする請求項１乃至６記載の発光半導体素子用
透光性電極。
【請求項８】半導体表面に接して透光性でオーミック
接触が得られる金属薄膜からなる第１の層を形成する第
１の工程と、第１の層上に金属からなる第２の層を形成
する第２の工程と、これを熱処理することによって第２
の層を酸化する第３の工程を有する発光半導体素子用透
光性電極の作製方法。
【請求項９】前記第１の工程と第２の工程とを同一装
置内で連続して行うことを特徴とする請求項８記載の発
光半導体素子用透光性電極の作製方法。
【請求項１０】前記第３の工程を酸素を含む雰囲気内
で行うことを特徴とする請求項８乃至９記載の発光半導
体素子用透光性電極の作製方法。
【請求項１１】前記第３の工程において、熱処理は温
度３００℃以上の温度で１分以上行うことを特徴とする
請求項８乃至１０記載の発光半導体素子用透光性電極の
作製方法。
【請求項１２】半導体がＧａＮ系化合物半導体である
ことを特徴とする請求項８乃至１１記載の発光半導体素
子用透光性電極の作製方法。