JPH11220171A - 窒化ガリウム系化合物半導体素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体素子Info
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- JPH11220171A JPH11220171A JP3661998A JP3661998A JPH11220171A JP H11220171 A JPH11220171 A JP H11220171A JP 3661998 A JP3661998 A JP 3661998A JP 3661998 A JP3661998 A JP 3661998A JP H11220171 A JPH11220171 A JP H11220171A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】フリップチップ型の窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子において、光の反射効率の優れた金属を正電
極に用いる場合に、これらの金属の中にはマイグレーシ
ョンを起こし易く、電極の材料としては向いていない金
属がある。 【解決手段】p型半導体側のコンタクト層に接続する銀
(Ag)などからなる第1の金属層と、この第1の金属
層の表面及びこの第1の金属層に覆われていないコンタ
クト層の表面を覆う第2の金属層とによりコンタクト層
に接続する電極を形成した。また、第2の金属層のコン
タクト層に対する単位面積当たりの接触抵抗の値を第1
の金属層の値よりも大きくした。また、第1の金属層ま
たは第2の金属層を複数の種類の金属により多層構造に
形成することにより、コンタクト層に対する接合強度の
強化を図った。これらの手段により、電極による光の反
射効率が高く、寿命の長い発光素子が得られた。
体発光素子において、光の反射効率の優れた金属を正電
極に用いる場合に、これらの金属の中にはマイグレーシ
ョンを起こし易く、電極の材料としては向いていない金
属がある。 【解決手段】p型半導体側のコンタクト層に接続する銀
(Ag)などからなる第1の金属層と、この第1の金属
層の表面及びこの第1の金属層に覆われていないコンタ
クト層の表面を覆う第2の金属層とによりコンタクト層
に接続する電極を形成した。また、第2の金属層のコン
タクト層に対する単位面積当たりの接触抵抗の値を第1
の金属層の値よりも大きくした。また、第1の金属層ま
たは第2の金属層を複数の種類の金属により多層構造に
形成することにより、コンタクト層に対する接合強度の
強化を図った。これらの手段により、電極による光の反
射効率が高く、寿命の長い発光素子が得られた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に窒化ガリ
ウム系化合物半導体から成る層が積層されたフリップチ
ップ型の発光素子に関する。
ウム系化合物半導体から成る層が積層されたフリップチ
ップ型の発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】図3に、従来技術として特開平6−12
0562によるフリップチップ型の発光素子300の断
面図を示す。301は、サファイヤ基板、302は、n
型のGaN層、303は、p型のGaN層、304は、
正電極、305は、負電極である。フリップチップ型の
発光素子では、n型のGaN層302とp型のGaN層
303の界面で発せられた光をp型のGaN層303上
の形成された正電極304で反射させ、サファイア基板
301を通して観察するため、正電極304は、比較的
大きく形成される。又、p型のGaN層303上に形成
される正電極304に用いる金属層としては、アルミニ
ウム(Al)などの金属が光の反射効率の上で優れてい
ることが判っているが、これらの光の反射効率上優れて
いる金属の種類の中には、それを電極に用いた際、例え
ばアルミニウムなどに代表される金属のようにマイグレ
ーションを起こしやすいものが有る。
0562によるフリップチップ型の発光素子300の断
面図を示す。301は、サファイヤ基板、302は、n
型のGaN層、303は、p型のGaN層、304は、
正電極、305は、負電極である。フリップチップ型の
発光素子では、n型のGaN層302とp型のGaN層
303の界面で発せられた光をp型のGaN層303上
の形成された正電極304で反射させ、サファイア基板
301を通して観察するため、正電極304は、比較的
大きく形成される。又、p型のGaN層303上に形成
される正電極304に用いる金属層としては、アルミニ
ウム(Al)などの金属が光の反射効率の上で優れてい
ることが判っているが、これらの光の反射効率上優れて
いる金属の種類の中には、それを電極に用いた際、例え
ばアルミニウムなどに代表される金属のようにマイグレ
ーションを起こしやすいものが有る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、正電極
304に用いられた金属が、マイグレーションを起こす
と、正電極304を構成する金属がイオンとして、負電
極305側に引き寄せられ、電極層の乱れによる発光
強度の低下、正電極304とn型のGaN層302が
マイグレーションにより短絡し、寿命の低下という問題
が発生する。そこで、例えば図3に示すように、p型の
GaN層303上に形成する正電極304とp型のGa
N層303との距離Dを大きくすることにより、短絡ま
での時間を延ばし、その結果として、寿命を延長する方
法も考えられる。しかし、上述のように、フリップチッ
プ型の発光素子については、p型のGaN層303上の
正電極304の大きさ=発光面積であり、距離Dを大き
くすることは、正電極の大きさを維持すれば、チップサ
イズが増大して、生産効率の低下を招き、又、正電極の
大きさを小さくすれば、p型のGaN層303のDの隙
間から漏れ出る光の量もそれに伴って増大するため、光
の反射効率が低下し、発光効率が減少するという問題が
あった。加えて、電極層の乱れによる発光強度の低下を
防止することはできない。
304に用いられた金属が、マイグレーションを起こす
と、正電極304を構成する金属がイオンとして、負電
極305側に引き寄せられ、電極層の乱れによる発光
強度の低下、正電極304とn型のGaN層302が
マイグレーションにより短絡し、寿命の低下という問題
が発生する。そこで、例えば図3に示すように、p型の
GaN層303上に形成する正電極304とp型のGa
N層303との距離Dを大きくすることにより、短絡ま
での時間を延ばし、その結果として、寿命を延長する方
法も考えられる。しかし、上述のように、フリップチッ
プ型の発光素子については、p型のGaN層303上の
正電極304の大きさ=発光面積であり、距離Dを大き
くすることは、正電極の大きさを維持すれば、チップサ
イズが増大して、生産効率の低下を招き、又、正電極の
大きさを小さくすれば、p型のGaN層303のDの隙
間から漏れ出る光の量もそれに伴って増大するため、光
の反射効率が低下し、発光効率が減少するという問題が
あった。加えて、電極層の乱れによる発光強度の低下を
防止することはできない。
【0004】本発明は、上記の問題を解決するために成
されたものであり、その目的は、発光強度が大きく、か
つ、寿命の長い窒化ガリウム系化合物半導体素子を提供
することである。
されたものであり、その目的は、発光強度が大きく、か
つ、寿命の長い窒化ガリウム系化合物半導体素子を提供
することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの第1の手段は、基板上に窒化ガリウム系化合物半導
体から成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子
において、p型半導体側のコンタクト層に接続する第1
の金属層と、この第1の金属層の少なくとも側面及びこ
の第1の金属層に覆われていないコンタクト層の表面を
覆う第2の金属層とによりコンタクト層に接続する電極
を形成することである。なお、第2の金属層は、第1の
金属層の表面の周囲部およびコンタクト層の露出部を覆
う場合と、第1の金属層の表面全体およびコンタクト層
の露出部を覆う場合ともを含む。また、第2の手段は、
上記の第1の手段において、第2の金属層のコンタクト
層に対する単位面積当たりの接触抵抗の値を第1の金属
層の値よりも大きくすることである。また、第3の手段
は、上記の第1の手段または第2の手段において、第1
の金属層または第2の金属層を複数の種類の金属により
多層構造に形成することである。また、第4の手段は、
上記の第1の手段乃至第3の手段のいずれか1つにおい
て、第1の金属層を銀(Ag)により形成することであ
る。更に、第5の手段は、上記の第1の手段乃至第4の
手段のいずれか1つにおいて、第2の金属層をバナジウ
ム(V)とアルミニウム(Al)又はチタン(Ti)と
金(Au)により形成することである。これらの手段に
より、上記の課題を解決することができる。
めの第1の手段は、基板上に窒化ガリウム系化合物半導
体から成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子
において、p型半導体側のコンタクト層に接続する第1
の金属層と、この第1の金属層の少なくとも側面及びこ
の第1の金属層に覆われていないコンタクト層の表面を
覆う第2の金属層とによりコンタクト層に接続する電極
を形成することである。なお、第2の金属層は、第1の
金属層の表面の周囲部およびコンタクト層の露出部を覆
う場合と、第1の金属層の表面全体およびコンタクト層
の露出部を覆う場合ともを含む。また、第2の手段は、
上記の第1の手段において、第2の金属層のコンタクト
層に対する単位面積当たりの接触抵抗の値を第1の金属
層の値よりも大きくすることである。また、第3の手段
は、上記の第1の手段または第2の手段において、第1
の金属層または第2の金属層を複数の種類の金属により
多層構造に形成することである。また、第4の手段は、
上記の第1の手段乃至第3の手段のいずれか1つにおい
て、第1の金属層を銀(Ag)により形成することであ
る。更に、第5の手段は、上記の第1の手段乃至第4の
手段のいずれか1つにおいて、第2の金属層をバナジウ
ム(V)とアルミニウム(Al)又はチタン(Ti)と
金(Au)により形成することである。これらの手段に
より、上記の課題を解決することができる。
【0006】
【作用および発明の効果】図1に、第1の金属層108
に銀(Ag)を用いた本発明によるフリップチップ型の
発光素子100の断面図を示す。本素子100では、第
1の金属層108が、第2の金属層110に覆われてい
るためマイグレーションが起こらない。よって本素子1
00は、長寿命となる。また、本素子100では、マイ
グレーションが起こらないため幅Dを小さくできるので
第1の金属層108を広く取ることができ、その分光の
反射効率の優れた金属を第1の金属層108に広面積に
渡り使用できる。よって発光強度を向上させることがで
きる。また、本素子100では、幅Dの部分でも第2の
金属層110により光を反射するので、コンタクト層1
07からの光の漏れ出しが殆どなくなり、よって発光強
度を更に向上させることができる。また、本素子100
では、第2の金属層110の幅Dの部分でのコンタクト
層107に対する接触抵抗の方が第1の金属層108の
コンタクト層107に対する接触抵抗よりも大きいた
め、殆どの電流は幅Dの部分を通らず、コンタクト層1
07と金属層108との接触面の方を通る。このため、
光の反射効率の優れた金属を広面積に渡り使用している
金属層108の真上の活性層が発光し、よって発光強度
が良い。更に、本素子100では、幅Dの部分は狭いた
め、コンタクト層107と第2の金属層110とを接合
する際、強い接合強度が要求されるが、図1に示すよう
に第2の金属層110を多層構造とすることで、強い接
合強度を得ることが可能となる。これにより、本素子1
00をマイグレーションが起こらない長寿命な素子にす
ることができる。また、第2の金属層110は、酸素や
水分の第1の金属層108への侵入を防ぎ、第1の金属
層108を腐食させないという効果もある。
に銀(Ag)を用いた本発明によるフリップチップ型の
発光素子100の断面図を示す。本素子100では、第
1の金属層108が、第2の金属層110に覆われてい
るためマイグレーションが起こらない。よって本素子1
00は、長寿命となる。また、本素子100では、マイ
グレーションが起こらないため幅Dを小さくできるので
第1の金属層108を広く取ることができ、その分光の
反射効率の優れた金属を第1の金属層108に広面積に
渡り使用できる。よって発光強度を向上させることがで
きる。また、本素子100では、幅Dの部分でも第2の
金属層110により光を反射するので、コンタクト層1
07からの光の漏れ出しが殆どなくなり、よって発光強
度を更に向上させることができる。また、本素子100
では、第2の金属層110の幅Dの部分でのコンタクト
層107に対する接触抵抗の方が第1の金属層108の
コンタクト層107に対する接触抵抗よりも大きいた
め、殆どの電流は幅Dの部分を通らず、コンタクト層1
07と金属層108との接触面の方を通る。このため、
光の反射効率の優れた金属を広面積に渡り使用している
金属層108の真上の活性層が発光し、よって発光強度
が良い。更に、本素子100では、幅Dの部分は狭いた
め、コンタクト層107と第2の金属層110とを接合
する際、強い接合強度が要求されるが、図1に示すよう
に第2の金属層110を多層構造とすることで、強い接
合強度を得ることが可能となる。これにより、本素子1
00をマイグレーションが起こらない長寿命な素子にす
ることができる。また、第2の金属層110は、酸素や
水分の第1の金属層108への侵入を防ぎ、第1の金属
層108を腐食させないという効果もある。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図1は、第1の金属層に銀(Ag)
を用いた本発明によるフリップチップ型の発光素子10
0の断面図である。101は、サファイヤ基板、102
は、AlNバッファ層、103は、n型のGaN層、1
04は、n型のGaNクラッド層、105は、活性層、
106は、p型のAlGaNクラッド層、107は、p
型のGaNコンタクト層、108は、正電極の一部を構
成する第1の金属層であり、銀(Ag)により形成され
ている。109は、負電極であり、110は、正電極の
一部を構成する第2の金属層である。即ち、第2の金属
層110は、バナジウム(V)により形成された金属層
111とアルミニウム(Al)により形成された金属層
112とにより構成されており、接合強度が十分確保で
きるだけの幅Dをもってコンタクト層107と接してい
る。本素子100は、第1の金属層に従来のフリップチ
ップ型の正電極の部材としては用いられていなかった銀
(Ag)を用いているため、コンタクト層107に対す
る接触抵抗が小さく、かつ、図1の上方への光の反射効
率が非常に良いため、発光強度の面で著しく優れている
のが大きな特徴である。なお、第1の金属層108に銀
(Ag)を用いた上記実施例の場合、第1の金属層10
8の膜厚は、約200Å〜1μmの範囲が最も良く、こ
れよりも薄いと光の反射効率が落ち、これよりも厚いと
第2の金属層110により第1の金属層108の側面を
完全に覆うことが困難となり、さらに生産コストの面で
劣る。
基づいて説明する。図1は、第1の金属層に銀(Ag)
を用いた本発明によるフリップチップ型の発光素子10
0の断面図である。101は、サファイヤ基板、102
は、AlNバッファ層、103は、n型のGaN層、1
04は、n型のGaNクラッド層、105は、活性層、
106は、p型のAlGaNクラッド層、107は、p
型のGaNコンタクト層、108は、正電極の一部を構
成する第1の金属層であり、銀(Ag)により形成され
ている。109は、負電極であり、110は、正電極の
一部を構成する第2の金属層である。即ち、第2の金属
層110は、バナジウム(V)により形成された金属層
111とアルミニウム(Al)により形成された金属層
112とにより構成されており、接合強度が十分確保で
きるだけの幅Dをもってコンタクト層107と接してい
る。本素子100は、第1の金属層に従来のフリップチ
ップ型の正電極の部材としては用いられていなかった銀
(Ag)を用いているため、コンタクト層107に対す
る接触抵抗が小さく、かつ、図1の上方への光の反射効
率が非常に良いため、発光強度の面で著しく優れている
のが大きな特徴である。なお、第1の金属層108に銀
(Ag)を用いた上記実施例の場合、第1の金属層10
8の膜厚は、約200Å〜1μmの範囲が最も良く、こ
れよりも薄いと光の反射効率が落ち、これよりも厚いと
第2の金属層110により第1の金属層108の側面を
完全に覆うことが困難となり、さらに生産コストの面で
劣る。
【0008】図2は、第1の金属層にも多層構造を採用
した本発明によるフリップチップ型の発光素子200の
断面図である。201は、サファイヤ基板、202は、
AlNバッファ層、203は、n型のGaN層、204
は、n型のGaNクラッド層、205は、活性層、20
6は、p型のAlGaNクラッド層、207は、p型の
GaNコンタクト層、208は、正電極の一部を構成す
る第1の金属層であり、膜厚3000Åの銀(Ag)層
208A、膜厚1000Åのニッケル(Ni)層208
B、膜厚1000Åのチタン(Ti)層208Cよりな
る多層構造により形成されている。209は、負電極で
あり、210は、正電極の一部を構成する第2の金属層
である。即ち、第2の金属層210は、チタン(Ti)
により形成された膜厚1000Åの金属層211と金
(Au)により形成された膜厚1.5μmの金属層21
2とにより構成されており、接合強度が十分確保できる
だけの幅Dをもってコンタクト層207と接している。
本素子200は、第1の金属層に膜厚3000Åの銀
(Ag)層208A、膜厚1000Åのニッケル(N
i)層208B、膜厚1000Åのチタン(Ti)層2
08Cよりなる多層構造を採用しているため、コンタク
ト層207に対する接触抵抗が低く、また、第1金属層
の208Cと第2金属層の211を同じ金属とすること
により第1金属層と第2金属層との接合強度が強い点が
優れている。
した本発明によるフリップチップ型の発光素子200の
断面図である。201は、サファイヤ基板、202は、
AlNバッファ層、203は、n型のGaN層、204
は、n型のGaNクラッド層、205は、活性層、20
6は、p型のAlGaNクラッド層、207は、p型の
GaNコンタクト層、208は、正電極の一部を構成す
る第1の金属層であり、膜厚3000Åの銀(Ag)層
208A、膜厚1000Åのニッケル(Ni)層208
B、膜厚1000Åのチタン(Ti)層208Cよりな
る多層構造により形成されている。209は、負電極で
あり、210は、正電極の一部を構成する第2の金属層
である。即ち、第2の金属層210は、チタン(Ti)
により形成された膜厚1000Åの金属層211と金
(Au)により形成された膜厚1.5μmの金属層21
2とにより構成されており、接合強度が十分確保できる
だけの幅Dをもってコンタクト層207と接している。
本素子200は、第1の金属層に膜厚3000Åの銀
(Ag)層208A、膜厚1000Åのニッケル(N
i)層208B、膜厚1000Åのチタン(Ti)層2
08Cよりなる多層構造を採用しているため、コンタク
ト層207に対する接触抵抗が低く、また、第1金属層
の208Cと第2金属層の211を同じ金属とすること
により第1金属層と第2金属層との接合強度が強い点が
優れている。
【0009】上記の実施例においては、第1の金属層の
コンタクト層に面接触する金属層において銀(Ag)を
用いたが、この層に用いる金属は、ニッケル(Ni)、
コバルト(Co)、金(Au)、白金(Pt)であって
もよく、また、これらの合金であってもよい。また、上
記の実施例においては、第2の金属層のコンタクト層に
面接触する金属層においてバナジウム(V)、チタン
(Ti)を用いたが、この層に用いる金属は、クロム
(Cr)、ニオブ(Nb)、亜鉛(Zn)、タンタル
(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、
ハフニウム(Hf)またはこれらの合金であってもよ
く、一般にn型のGaN層(103、203)に取り付
ける負電極(109、209)と同じものであってもよ
い。また、上記の実施例においては、第2の金属層は、
第1の金属層を完全に覆っているが、第2の金属層は、
第1の金属層を完全に覆っていなくてもよく、最低限第
1の金属層に覆われていないコンタクト層の底面と第1
の金属層の側面とを覆っていればよい。
コンタクト層に面接触する金属層において銀(Ag)を
用いたが、この層に用いる金属は、ニッケル(Ni)、
コバルト(Co)、金(Au)、白金(Pt)であって
もよく、また、これらの合金であってもよい。また、上
記の実施例においては、第2の金属層のコンタクト層に
面接触する金属層においてバナジウム(V)、チタン
(Ti)を用いたが、この層に用いる金属は、クロム
(Cr)、ニオブ(Nb)、亜鉛(Zn)、タンタル
(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、
ハフニウム(Hf)またはこれらの合金であってもよ
く、一般にn型のGaN層(103、203)に取り付
ける負電極(109、209)と同じものであってもよ
い。また、上記の実施例においては、第2の金属層は、
第1の金属層を完全に覆っているが、第2の金属層は、
第1の金属層を完全に覆っていなくてもよく、最低限第
1の金属層に覆われていないコンタクト層の底面と第1
の金属層の側面とを覆っていればよい。
【図1】第1の金属層に銀(Ag)を用いた本発明によ
るフリップチップ型の発光素子の断面図。
るフリップチップ型の発光素子の断面図。
【図2】第1の金属層にも多層構造を採用した本発明に
よるフリップチップ型の発光素子の断面図。
よるフリップチップ型の発光素子の断面図。
【図3】第1の金属層に銀(Ag)を用いた従来技術に
よるフリップチップ型の発光素子の断面図。
よるフリップチップ型の発光素子の断面図。
101、201、301…サファイヤ基板 102、202…AlNバッファ層 103、203、302…n型のGaN層 104、204…n型のGaNクラッド層 105、205…活性層 106、206…p型のAlGaNクラッド層 107、207…p型のGaNコンタクト層 108、208…正電極の一部を構成する第1の金属層 303…p型のGaN層 304…正電極 109、209、305…負電極 110、210…正電極の一部を構成する第2の金属層
Claims (5)
- 【請求項1】 基板上に窒化ガリウム系化合物半導体か
ら成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子にお
いて、 p型半導体側のコンタクト層に接続する第1の金属層
と、この第1の金属層の少なくとも側面及びこの第1の
金属層に覆われていない前記コンタクト層の表面を覆う
第2の金属層とにより前記コンタクト層に接続する電極
を構成することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導
体素子。 - 【請求項2】 前記第2の金属層の前記コンタクト層に
対する単位面積当たりの接触抵抗の値は、前記第1の金
属層の前記コンタクト層に対する単位面積当たりの接触
抵抗の値よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項3】 前記第1の金属層または前記第2の金属
層は、複数の種類の金属により多層構造を成しているこ
とを特徴とする請求項1または請求項2に記載の窒化ガ
リウム系化合物半導体素子。 - 【請求項4】 前記第1の金属層は、銀(Ag)により
形成されている事を特徴とする請求項1乃至請求項3の
いずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素
子。 - 【請求項5】 前記第2の金属層は、バナジウム(V)
とアルミニウム(Al)又はチタン(Ti)と金(A
u)により形成されている事を特徴とする請求項1乃至
請求項4のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物
半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3661998A JPH11220171A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3661998A JPH11220171A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220171A true JPH11220171A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12474829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3661998A Pending JPH11220171A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Country Status (1)
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