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JP3060931B2 - Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP3060931B2
JP3060931B2 JP2219696A JP2219696A JP3060931B2 JP 3060931 B2 JP3060931 B2 JP 3060931B2 JP 2219696 A JP2219696 A JP 2219696A JP 2219696 A JP2219696 A JP 2219696A JP 3060931 B2 JP3060931 B2 JP 3060931B2
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JP
Japan
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nitride semiconductor
layer
type
electrode
semiconductor device
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Japanese (ja)
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達憲 豊田
義明 丸岡
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Original Assignee
Nichia Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスプレイ、光
通信、O.A機器及びF.A機器の光源等に利用される
紫外域光から赤色光が発光可能な発光ダイオード及びレ
ーザーダイオードに用いることができる発光素子や、フ
ォトダイオード、太陽電池などの受光素子などに使用さ
れる窒化物半導体(一般式InxAlyGa1-x-yN、
し、0≦x、0≦y、x+y≦1)に関するものであ
り、特にN型導電性を有する窒化物半導体と良好なオー
ミック接触をする電極を有する窒化物半導体素子及びそ
の製造方法に関する。
The present invention relates to a display, an optical communication, an O.D. A device and F. Light emitting devices that can be used for light emitting diodes and laser diodes that can emit red light from ultraviolet light used as light sources for equipment A, and nitride semiconductors used for light receiving devices such as photodiodes and solar cells (formula In x Al y Ga 1-xy N, however
And 0 <x, 0 <y , x + y <1), and more particularly to a nitride semiconductor device having an electrode that makes good ohmic contact with a nitride semiconductor having N-type conductivity and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、フルカラーディスプレイ等の表示
素子や種々の光源として広範囲に利用される高輝度発光
ダイオード、コンパクトディスク(CD)やデジタルビ
デオディスク(DVD)の記録密度を向上させる短波長
レーザーダイオードに関する社会の要望が強い。これら
紫外域光から可視領域において発光可能な発光ダイオー
ド(以下、LEDと呼ぶ)や短波長のレーザ光を発光す
る半導体レーザー(以下、LDと呼ぶ)の半導体材料と
しては、ZnSe、ZnSやSiCなどの化合物半導体
が挙げられる。しかしながら、上記化合物半導体では未
だ高効率に安定性良く発光できていない。
2. Description of the Related Art High-brightness light-emitting diodes widely used today as display elements such as full-color displays and various light sources, and short-wavelength laser diodes for improving the recording density of compact disks (CDs) and digital video disks (DVDs). Social demands are strong. Examples of semiconductor materials for light-emitting diodes (hereinafter, referred to as LEDs) capable of emitting light in the visible region from ultraviolet light and semiconductor lasers (hereinafter, referred to as LDs) that emit short-wavelength laser light include ZnSe, ZnS, and SiC. Compound semiconductor. However, the compound semiconductor has not been able to emit light with high efficiency and stability.

【0003】一方、バンドギヤップが1.9〜6.0e
Vであるため紫外から赤色領域の発光デバイス、受光デ
バイスなどとして窒化物半導体を用いたLEDやLDが
開発されにわかに高出力、高効率で発光及び受光可能な
半導体材料として窒化物半導体が注目を集めている。こ
の様な、窒化物半導体素子としては例えば特開平7ー4
5867号等が挙げられる。窒化物半導体を利用した半
導体素子の具体的一例を図6に示す。サファイヤ基板の
上にN型GaNよりなるN型コンタクト層と、N型Al
XGa1-XNよりなるN型クラッド層とInYGa1-YNよ
りなる活性層と、P型AlZGa1-ZNよりなるP型クラ
ッド層と、P型GaNよりなるP型コンタクト層が積層
された構造を有しており、P型コンタクト層のほぼ全面
にはNiとAuを含む正電極が形成されており、エッチ
ングにより露出されたN型コンタクト層にはTiを第1
層にAlを第二層に形成し400℃から1200℃の範
囲でアニーリング処理を行った負電極が形成されてい
る。この半導体素子の正電極と負電極はワイヤーボンデ
ィングにより外部リード線と接続され電源を印加するこ
とによりLEDとして動作する。
On the other hand, the band gap is 1.9 to 6.0e.
Because of V, LEDs and LDs using nitride semiconductors have been developed as light-emitting devices and light-receiving devices in the ultraviolet to red region. Nitride semiconductors have attracted attention as semiconductor materials capable of emitting and receiving light with high output and high efficiency. ing. Such a nitride semiconductor device is disclosed in, for example, JP-A-7-4.
No. 5867 and the like. FIG. 6 shows a specific example of a semiconductor element using a nitride semiconductor. An N-type contact layer made of N-type GaN and an N-type Al on a sapphire substrate
And X Ga 1-X N formed by an N-type cladding layer and In Y Ga 1-Y N consisting active layer, and a P-type cladding layer composed of P-type Al Z Ga 1-Z N, P -type made of P-type GaN It has a structure in which a contact layer is laminated, a positive electrode containing Ni and Au is formed on almost the entire surface of the P-type contact layer, and Ti is firstly applied to the N-type contact layer exposed by etching.
A negative electrode is formed by forming Al on the second layer and performing an annealing process in the range of 400 ° C. to 1200 ° C. The positive electrode and the negative electrode of this semiconductor element are connected to external lead wires by wire bonding, and operate as an LED by applying power.

【0004】この様なLEDを含めて窒化物半導体素子
は順方向電圧を下げるため、半導体層と各電極との間に
好ましいオーミック接触を得る必要がある。上述の構造
のLEDにおいてもP型窒化物半導体と、正電極(以
下、「P型電極」という。)とで良好なオーミック接触
を得ている。同様にN型窒化物半導体と接する負電極
(以下、「N型電極」という。)とで良好なオーミック
接触を得ている。
In order to lower the forward voltage of the nitride semiconductor device including such an LED, it is necessary to obtain a preferable ohmic contact between the semiconductor layer and each electrode. Also in the LED having the above-described structure, good ohmic contact is obtained between the P-type nitride semiconductor and the positive electrode (hereinafter, referred to as “P-type electrode”). Similarly, good ohmic contact is obtained with a negative electrode (hereinafter, referred to as “N-type electrode”) in contact with the N-type nitride semiconductor.

【0005】しかしながら、N型窒化物半導体の物性に
ついては十分解明されておらず、より電気特性などが優
れ使用環境が厳しい条件下においても作動する半導体装
置を再現性良く形成することは難しかった。特に、N型
窒化物半導体層と良好なオーミック接触を得ること及び
N型電極と外部電源とを接続させるボンディングワイヤ
ーの溶融時にできる半球形部材(以下、「ボール」とい
う。)やN型窒化物半導体との良好な接着力を有するN
型電極に関しては未だ十分満足できるものではない。電
極の接着力が不十分であると屋外などの温度差の激しい
過酷な環境下ではボールとN型電極、N型電極と窒化物
半導体層とが剥がれVfの増大や、発熱などの問題を起
こし所望の特性を示さない。ひどい場合は半導体素子と
して機能しなくなる場合がある。
However, the physical properties of N-type nitride semiconductors have not been sufficiently elucidated, and it has been difficult to form a semiconductor device having excellent electrical characteristics and the like and operating under severe operating conditions with good reproducibility. In particular, a good ohmic contact with the N-type nitride semiconductor layer is obtained, and a hemispherical member (hereinafter, referred to as “ball”) or an N-type nitride formed at the time of melting a bonding wire connecting the N-type electrode and an external power supply. N with good adhesion to semiconductor
As for the type electrode, it is not yet satisfactory. Insufficient adhesion of the electrodes causes the ball and the N-type electrode, and the N-type electrode and the nitride semiconductor layer to peel off in a severe environment with a large temperature difference, such as outdoors, causing problems such as an increase in Vf and heat generation. It does not exhibit the desired properties. In severe cases, it may not function as a semiconductor element.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本願発明
は上記課題に鑑みより使用環境の厳しい条件下において
も半導体素子として良好なオーミック接触を形成し安定
駆動させる窒化物半導体素子及びその製造方法を提供す
ることにある。
Accordingly, in view of the above problems, the present invention provides a nitride semiconductor device capable of forming a good ohmic contact as a semiconductor device and stably driving the semiconductor device even under severe conditions of use environment, and a method of manufacturing the same. Is to do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願発明は、N型導電性
を有する窒化物半導体上にN型電極が設けられた窒化物
半導体素子であって、前記N型電極がWを有する第1の
層と、該第1の層上に設けられたAlを有する第2の層
である窒化物半導体素子である。また、前記第2の層上
にW、Cr、Ni、Mo、Tiから選択される少なくと
も1種を有する第3の層を設けた窒化物半導体素子であ
る。さらに、電極の電気的接続部材と接続される表面が
Au、Ptから選択される1種である窒化物半導体素子
である。前記N型導電性を有する窒化物半導体がSi及
び/又はGeを含有する窒化物半導体素子である。さら
にまた、基体上にN型導電性を有する窒化物半導体を形
成する工程と、該窒化物半導体上にN型電極を構成する
材料としてWを有する第1の層を形成する工程と、該第
1の層上にN型電極を構成する電極材料としてAlを有
する第2の層を形成する工程と、該N型電極が形成され
たN型窒化物半導体を350℃以下でアニールする工程
と、を有することを特徴とする窒化物半導体の製造方法
である。さらに、アニールの温度が80℃以上280℃
以下である窒化物半導体の製造方法である。
The present invention relates to a nitride semiconductor device having an N-type electrode provided on a nitride semiconductor having N-type conductivity, wherein the N-type electrode has W. A nitride semiconductor device is a layer and a second layer including Al provided on the first layer. Further, the nitride semiconductor device is provided with a third layer having at least one selected from W, Cr, Ni, Mo, and Ti on the second layer. Furthermore, the surface of the electrode connected to the electrical connection member is a nitride semiconductor element of one kind selected from Au and Pt. The nitride semiconductor having N-type conductivity is a nitride semiconductor element containing Si and / or Ge. A step of forming a nitride semiconductor having N-type conductivity on the base; a step of forming a first layer having W as a material forming an N-type electrode on the nitride semiconductor; Forming a second layer having Al as an electrode material constituting the N-type electrode on the first layer, and annealing the N-type nitride semiconductor on which the N-type electrode is formed at 350 ° C. or lower; A method for producing a nitride semiconductor. Furthermore, the annealing temperature is 80 ° C. or more and 280 ° C.
The following is a method for manufacturing a nitride semiconductor.

【0008】[0008]

【効果】本願発明の請求項1の構成とすることにより良
好なオーミック接触をしつつ密着力の向上したN型電極
を有する窒化物半導体素子とすることができる。本願発
明の請求項2の構成とすることによりさらに良好なオー
ミック接触をしつつ密着力の向上したN型電極を有する
窒化物半導体素子とすることができる。本願発明の請求
項3の構成とすることによりN型電極の酸化を抑制しさ
らに良好なオーミック接触をしつつ密着力の向上したN
型電極を有する窒化物半導体素子とすることができる。
本願発明の請求項4の構成とすることによって、オーミ
ック特性に優れ且つ、より密着力の向上させた窒化物半
導体素子とすることができる。本願発明の請求項5の方
法とすることにより良好なオーミック接触をしつつ密着
力の向上したN型電極を有する窒化物半導体素子を製造
することができる。本願発明の請求項6の方法とするこ
とによりさらに良好なオーミック接触をしつつ密着力の
向上したN型電極を有する窒化物半導体素子を製造する
ことができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to obtain a nitride semiconductor device having an N-type electrode having improved adhesion while making good ohmic contact. By adopting the configuration of claim 2 of the present invention, it is possible to obtain a nitride semiconductor device having an N-type electrode having improved adhesion while making better ohmic contact. With the configuration of claim 3 of the present invention, oxidation of the N-type electrode is suppressed, and the N-electrode is further improved in the adhesion while improving the ohmic contact.
A nitride semiconductor device having a mold electrode can be obtained.
By adopting the structure of claim 4 of the present invention, a nitride semiconductor device having excellent ohmic characteristics and further improved adhesion can be obtained. According to the method of claim 5 of the present invention, it is possible to manufacture a nitride semiconductor device having an N-type electrode with improved adhesion while making good ohmic contact. According to the method of claim 6 of the present invention, it is possible to manufacture a nitride semiconductor device having an N-type electrode with improved adhesion while making better ohmic contact.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本願発明者らは数々の実験の結
果、窒化物半導体の素子特性及び電極の密着性が形成さ
れる電極材料及びアニール処理条件によって大きく特性
が変化することを見いだし、これに基づいて発明するに
至った。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As a result of various experiments, the present inventors have found that the characteristics greatly change depending on the device characteristics of the nitride semiconductor and the electrode material for forming the electrode adhesion and the annealing conditions. Invented based on.

【0010】本願発明の構成による特性向上の理由は定
かではないが、電極材料の酸化やアニール工程時に形成
された電極材料の合金化による特性変化を防止したこと
に大きな関係があると考えられる。即ち、従来はN型電
極とN型窒化物半導体とを良好にオーミック接触させる
ためは比較的高温においてアニーリング処理(400〜
1200℃)を行う必要があった。しかしながら、この
様な比較的高温によるアニール工程終了後はアニールチ
ャンバー内で十分冷却する必要があり作業効率が下がる
場合がある。一方、アニール行程終了後の冷却が不十分
なまま外気などにさらすと電極が酸化されて絶縁薄膜を
形成し素子特性に悪影響を及ぼす可能性があった。即
ち、この様な絶縁薄膜は特に印加電圧が低い状態ではオ
ーミック性を示さず、形成された絶縁薄膜が絶縁破壊を
起こす電圧まで増大させた後初めてオーミック性を示
す。したがって、半導体の駆動に不安定要素を残すこと
になりひどい場合は素子を破壊する場合がある。また、
N型電極を構成する材料間の合金化により所望のオーミ
ック特性を有さないという問題も生じる。オーミック性
を向上させるためのアニール工程が逆にN型電極を構成
する元素や半導体材料が相互に拡散すると共に合金化が
起こり表面状態の悪いN型電極が形成されると考えられ
る。表面状態の悪いN型電極は、窒化物半導体素子と外
部電極との電気特性の劣化が生じるばかりでなく接触強
度が低下し電気的接触が良好な窒化物半導体素子とする
ことができない。
Although the reason for the improvement of the characteristics by the structure of the present invention is not clear, it is considered that there is a great relation to the prevention of the change in characteristics due to the oxidation of the electrode material and the alloying of the electrode material formed during the annealing step. That is, in order to make the ohmic contact between the N-type electrode and the N-type nitride semiconductor satisfactorily in the related art, the annealing treatment (400 to
1200 ° C.). However, after the completion of the annealing process at such a relatively high temperature, it is necessary to sufficiently cool the inside of the annealing chamber, and the working efficiency may be reduced. On the other hand, when exposed to outside air or the like with insufficient cooling after the annealing step, the electrodes may be oxidized to form an insulating thin film and adversely affect device characteristics. That is, such an insulating thin film does not exhibit ohmic properties particularly at a low applied voltage, and exhibits ohmic properties only after the formed insulating thin film is increased to a voltage at which dielectric breakdown occurs. Therefore, an unstable element is left in driving the semiconductor, and in a severe case, the element may be destroyed. Also,
There is also a problem that desired ohmic characteristics are not obtained due to alloying between materials constituting the N-type electrode. It is considered that the annealing process for improving the ohmic properties is reversed, and the elements and the semiconductor material constituting the N-type electrode are mutually diffused and alloyed to form an N-type electrode having a poor surface condition. An N-type electrode having a poor surface state not only deteriorates the electrical characteristics between the nitride semiconductor element and the external electrode, but also lowers the contact strength and cannot be a nitride semiconductor element having good electrical contact.

【0011】本発明のN型電極と電極上に形成されたボ
ールとの接着強度を調べるための試験を行った。図5は
その試験方法を示す電極の断面図であり試験方法は以下
の通りである。まず、エッチングされたSiドープのN
型窒化物半導体607の上にN型窒化物半導体用のN型
電極を120μmφの大きさで100個ずつ形成し30
0℃でアニーリングを行った。その後、60℃80%R
H1時間、20℃1時間の温湿度サイクル試験を行っ
た。それぞれのN型電極の上に金線をワイヤーボンディ
ングして100μmφのボール602を形成することに
よってN型電極と金線と、を電気的に接続させた。その
後、図6に示すようにボールの真横から刃物601によ
り水平に引き掻きボール602がN型電極から剥がれる
かまたは剥がれずにボールがつぶれるまで、刃物601
に荷重をかけることにより評価した。結果を表1に示
す。(但し、各N型電極における金属膜の膜厚は同一で
ある。)表1において各加重における数値は、100個
の内の電極からボールが剥がれた個数を示しており、ボ
ールが剥がれずにつぶれてしまったものは「つぶれ」と
記載している。表1に示すようにTi/Al(積層構
造)のみのN型電極は30gまでの荷重で全てのボール
が剥離してしまったのに対し本願発明のN型電極は30
gまでの荷重では全く剥離がなく極めて強い接着力を有
することが分かった。
A test was conducted to examine the adhesive strength between the N-type electrode of the present invention and a ball formed on the electrode. FIG. 5 is a sectional view of an electrode showing the test method, and the test method is as follows. First, the etched Si-doped N
30 N-type electrodes for the N-type nitride semiconductor having a size of 120 μmφ are formed on the
Annealing was performed at 0 ° C. Then, at 60 ° C 80% R
A temperature / humidity cycle test was performed for 1 hour at 20 ° C. for 1 hour. A gold wire was wire-bonded on each N-type electrode to form a ball 602 having a diameter of 100 μm to electrically connect the N-type electrode and the gold wire. Then, as shown in FIG. 6, the blade 601 is scraped horizontally from the side of the ball by the blade 601 until the ball 602 is peeled off from the N-type electrode or the ball is crushed without peeling.
Was evaluated by applying a load. Table 1 shows the results. (However, the film thickness of the metal film in each N-type electrode is the same.) In Table 1, the numerical value at each load shows the number of balls that were peeled from 100 electrodes, and the ball was not peeled. Those that have been crushed are described as “crushed”. As shown in Table 1, the N-type electrode of only the Ti / Al (laminated structure) peeled off all the balls under a load of up to 30 g.
At a load of up to g, it was found that there was no peeling at all and that it had an extremely strong adhesive force.

【0012】以下、図を用いて本願発明を詳細に説明す
る。図1は、本願発明の窒化物半導体素子の概略断面図
であり、基板上104にN型導電性を有する窒化物半導
体103と、窒化物半導体103上に一対のN型電極が
形成されている。以下各々の構成部品について説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a nitride semiconductor device of the present invention, in which a nitride semiconductor 103 having N-type conductivity is formed on a substrate 104 and a pair of N-type electrodes are formed on the nitride semiconductor 103. . Hereinafter, each component will be described.

【0013】(N型電極401)本願発明のN型導電性
を有する窒化物半導体用の電極であるN型電極401
は、タングステンやアルミニウムの金属及びそれらの合
金材料を蒸着材料やスパッタ材料として用いそれぞれ所
望の場所に蒸着方法やスパッタリング方法などの種々の
方法によって形成させることができる。N型電極として
積層構造とするためには第1の層101、301をWに
し、第2の層102、302をAlとすることによって
N型窒化物半導体と良好なオーミック接触を得ることが
できる。第1の層のW、第2の層のAlは合金で形成さ
せてもよい。具体的な合金材料として第1の層にはA
l、Siから選択される少なくとも1種の材料を用い、
第2の層に用いられる合金材料としては、W、Cu,S
iから選択される少なくとも1種の材料があげられる。
また、電極構造をさらに多層構造とすることもできる。
具体的には第2の層の上に第2の層の金属材料とさらに
その上に積層された層との合金化を防止するため第2の
層よりも高融点材料を第3の層303として積層する。
さらに、第3の層上に電気的接続部材との電気接続が良
好な金属をさらに第4の層304として積層する。具体
的な第3の層303としてはW、Cr、Ni、Mo、T
iやそれらの合金などがあげられる。第4の層304と
してはAu、Pt及びそれらの合金が挙げられる。な
お、所望に応じてさらに複数の金属多層膜としてもよい
が、電気的接続部材と接続する表面は第4の層とするこ
とが好ましい。またさらに、本願発明のN型電極は、S
iまたは/及びGeがN型ドーパントとして2×1018
/cm3から1×1019/cm3に含有されたN型窒化物
半導体とのオーミック接触及び密着力が特によい。理由
は定かではないが、第1の層とN型窒化物半導体に含有
されたSi及び/又はGeとのなんらかの相関関係が働
いていると考えられる。
(N-type electrode 401) An N-type electrode 401 which is an electrode for a nitride semiconductor having N-type conductivity of the present invention.
Can be formed by various methods such as a vapor deposition method and a sputtering method at a desired place, respectively, using a metal such as tungsten or aluminum or an alloy material thereof as a vapor deposition material or a sputtering material. In order to form a stacked structure as an N-type electrode, by setting the first layers 101 and 301 to W and setting the second layers 102 and 302 to Al, favorable ohmic contact with the N-type nitride semiconductor can be obtained. . W of the first layer and Al of the second layer may be formed of an alloy. As a specific alloy material, the first layer is made of A
l, using at least one material selected from Si,
As the alloy material used for the second layer, W, Cu, S
At least one material selected from i.
Further, the electrode structure can be further made a multilayer structure.
Specifically, on the second layer, a material having a higher melting point than that of the second layer is applied to the third layer 303 in order to prevent alloying between the metal material of the second layer and the layer laminated thereon. To be laminated.
Further, a metal having good electrical connection with the electrical connection member is further laminated as the fourth layer 304 on the third layer. Specific examples of the third layer 303 include W, Cr, Ni, Mo, and T.
i and their alloys. The fourth layer 304 includes Au, Pt, and alloys thereof. Note that a plurality of metal multilayer films may be formed as desired, but the surface connected to the electrical connection member is preferably a fourth layer. Still further, the N-type electrode of the present invention has
i or / and Ge is 2 × 10 18 as an N-type dopant
Ohmic contact and adhesion with an N-type nitride semiconductor contained at a density of from 1 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 are particularly good. Although the reason is not clear, it is considered that there is some correlation between the first layer and Si and / or Ge contained in the N-type nitride semiconductor.

【0014】本願発明の窒化物半導体素子はアニールを
行わなくとも十分なオーミック接触を形成することがで
きるが、より安定で機械的強度の高い半導体素子とする
ためにはアニールを行っても良い。その場合アニール温
度はアニール効果を生じさせると共に、形成されたN型
電極と電気的接続部材やN型窒化物半導体との密着性な
どに悪影響が生じないよう350℃以下であることが好
ましい。より好ましくは80℃以上280℃以下であ
り、さらに好ましくは100℃以上220℃以下であ
る。また、アニールはAr、He、N2などの不活性ガ
ス中において熱処理することが好ましい。
Although a sufficient ohmic contact can be formed without annealing in the nitride semiconductor device of the present invention, annealing may be performed in order to obtain a more stable and high mechanical strength semiconductor device. In this case, the annealing temperature is preferably 350 ° C. or less so that an annealing effect is generated and the adhesion between the formed N-type electrode and the electrical connection member or the N-type nitride semiconductor is not adversely affected. The temperature is more preferably from 80 ° C to 280 ° C, and still more preferably from 100 ° C to 220 ° C. In addition, it is preferable to perform the annealing in an inert gas such as Ar, He, or N 2 .

【0015】(窒化物半導体103、305)本願発明
に用いられる窒化物半導体101は、液相成長法、VP
E法(Vapor Phase Epitaxy)、M
OVPE法(Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy)やMOCVD法(Me
talOrganic Chemical Vapor
Deposition)などにより形成される。半導
体素子の構造としては、MIS接合やPN接合を有した
ホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成、さら
にはショットキー接合など所望に応じて種々のものが挙
げられる。半導体の材料やその混晶度によって発光波長
及び受光波長を紫外光から赤色領域まで種々選択するこ
とができる。特に本願発明のN型電極を用いた場合、窒
化物半導体素子に過度の電圧印加をかけずにオーミック
接触を得ることができるため半導体が極めて薄い半導体
素子において特に有効となる。具体的には、半導体活性
層を構成する一層が100オングストローム以下の量子
効果を有する構造の窒化物半導体素子において特に有用
となる。
(Nitride semiconductor 103, 305) The nitride semiconductor 101 used in the present invention is formed by a liquid phase growth method, VP
E method (Vapor Phase Epitaxy), M
OVPE method (Metal Organic Vapor)
Phase Epitaxy) or MOCVD (Me
talOrganic Chemical Vapor
Deposition) or the like. Examples of the structure of the semiconductor element include various structures such as a homo structure having a MIS junction or a PN junction, a hetero structure, a double hetero structure, and a Schottky junction, as desired. The emission wavelength and the reception wavelength can be variously selected from the ultraviolet light to the red region depending on the material of the semiconductor and the degree of mixed crystal thereof. In particular, when the N-type electrode of the present invention is used, an ohmic contact can be obtained without applying an excessive voltage to the nitride semiconductor device, which is particularly effective for a semiconductor device having an extremely thin semiconductor. Specifically, it is particularly useful in a nitride semiconductor device having a structure in which one layer constituting the semiconductor active layer has a quantum effect of 100 Å or less.

【0016】窒化ガリウム系化合物半導体は、高温高圧
下において単結晶体として形成することができるため基
体を省略するこもできるが量産性の観点から基板上に形
成させることが好ましい。窒化物半導体を形成させる基
板としては、Si、Ge、SiCなどの単結晶半導体基
板、GaAs、InAs、InP、GaSb,AlN、
GaNなどのIII−V族化合物半導体基板、AlN、サ
ファイヤ(Al23)、スピネル(MgAl24)、石
英(SiO2)、Ti2O、MgO、MgF2、CaF2
SrTiO3、ZnO等の材料を用いた基板が挙げられ
る。基板の厚さは形成する半導体装置や基板材料により
種々選択することができが、基板を通して発光または受
光させる場合、光の透過率やチップとしての形成のしや
すさから薄ければ薄い方が好ましい。一方、素子を形成
するプロセス時や取り扱い時においては基板の機械的強
度が必要となる。したがって、好ましい基板の厚さとし
ては、0.01〜3.0mmである。より好ましくは
0.05〜2.0mmが好ましい。なお結晶性の良い窒
化物半導体を形成させるためにはサファイヤ基板を用い
ることが好ましい。このサファイヤ基板上に格子不整合
緩和のためにGaN、AlN等のバッファー層を形成し
その上にPN接合などを有する窒化物半導体を形成させ
ることにより発光素子や受光素子を構成させ得る。
The gallium nitride-based compound semiconductor can be formed as a single crystal under high temperature and high pressure, so that the base can be omitted. However, it is preferable to form the gallium nitride on the substrate from the viewpoint of mass productivity. As a substrate on which a nitride semiconductor is formed, a single crystal semiconductor substrate of Si, Ge, SiC, or the like, GaAs, InAs, InP, GaSb, AlN,
Group III-V compound semiconductor substrate such as GaN, AlN, sapphire (Al 2 O 3), spinel (MgAl 2 O 4), silica (SiO 2), Ti 2 O , MgO, MgF 2, CaF 2,
A substrate using a material such as SrTiO 3 , ZnO or the like can be given. The thickness of the substrate can be variously selected depending on the semiconductor device to be formed and the material of the substrate, but when light is emitted or received through the substrate, the thinner the better, the thinner the light transmittance and the ease of formation as a chip. . On the other hand, the mechanical strength of the substrate is required during the process of forming the element and during the handling. Therefore, the preferable thickness of the substrate is 0.01 to 3.0 mm. More preferably, it is 0.05 to 2.0 mm. Note that a sapphire substrate is preferably used to form a nitride semiconductor with good crystallinity. A light emitting element and a light receiving element can be formed by forming a buffer layer such as GaN or AlN on the sapphire substrate to alleviate lattice mismatch and forming a nitride semiconductor having a PN junction or the like thereon.

【0017】窒化物半導体は、不純物をドープしない状
態でN型導電性を示すが、N型ドーパントとしてSi、
Ge、Se、Te、C、Sn等を適宜導入することが好
ましい。また、N型ドーパントと微量のP型ドーパント
とをドーピングしたダブルドーピングすることもでき
る。これらのドーパントの種類とドーピング量を変える
ことによってキヤリアー密度を制御し電気抵抗を下げる
ことができる。この場合、キヤリアー密度は〜1017
-3以上が好ましく、より好ましくは〜1018cm-3
上である。一方、P型窒化物半導体を形成させる場合
は、P型ドーパンドであるZn、Mg、Be、Ca、S
r、Ba等をドープさせる。窒化ガリウム半導体は、P
型ドーパントをドープしただけではP型化しにくいため
P型ドーパント導入後に、低速電子線照射させたり、プ
ラズマ照射等によりアニールさせることでP型化させて
もよい。
A nitride semiconductor shows N-type conductivity without being doped with an impurity.
It is preferable to appropriately introduce Ge, Se, Te, C, Sn and the like. Further, double doping in which an N-type dopant and a small amount of a P-type dopant are doped can also be performed. By changing the type and doping amount of these dopants, the carrier density can be controlled and the electric resistance can be reduced. In this case, the carrier density is 1710 17 c
It is preferably at least m -3 , more preferably at least 10 18 cm -3 . On the other hand, when a P-type nitride semiconductor is formed, Zn, Mg, Be, Ca, S
Doping with r, Ba, etc. The gallium nitride semiconductor is P
Since it is difficult to form a p-type simply by doping with a p-type dopant, the p-type may be formed by irradiating with a slow electron beam or annealing by plasma irradiation or the like after the introduction of the p-type dopant.

【0018】次に、基板上の半導体が形成された半導体
ウエハー等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが
回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、
または刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後(ハーフ
カット)、外力によって半導体ウエハーを割る。あるい
は、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライ
バーにより半導体ウエハーに極めて細いスクライブライ
ン(経線)を例えば碁盤目状に引いた後、外力によって
ウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状にカットす
ることによって所望の半導体チップを形成させることが
できる。
Next, a semiconductor wafer or the like on which a semiconductor on a substrate is formed is directly full-cut by a dicing saw in which a blade having a diamond blade is rotated, or
Alternatively, after cutting a groove having a width wider than the blade edge width (half cut), the semiconductor wafer is cracked by an external force. Alternatively, a very thin scribe line (meridian) is drawn on the semiconductor wafer, for example, in a grid pattern using a scriber in which a diamond needle at the tip reciprocates linearly. A semiconductor chip can be formed.

【0019】発光観測面側に異極の電極を形成するため
には各半導体を所望の形状にエッチングしてあることが
好ましい。エッチングとしては、ドライエッチングや、
ウエットエッチングがある。ドライエッチングとしては
例えば反応性イオンエッチング、イオンミリング、集束
ビームエッチング、ECRエッチング等が挙げられる。
又、ウエットエッチングとしては、硝酸と燐酸の混酸を
用いることが出来る。ただし、エッチングを行う前に所
望の形状に窒化珪素や二酸化珪素等の材料を用いてマス
クを形成することは言うまでもない。なお、このような
エッチング面においても本願発明の電極は十分な密着性
と電気特性を示す。
In order to form an electrode having a different polarity on the emission observation surface side, it is preferable that each semiconductor is etched into a desired shape. As etching, dry etching,
There is wet etching. Examples of the dry etching include reactive ion etching, ion milling, focused beam etching, and ECR etching.
For wet etching, a mixed acid of nitric acid and phosphoric acid can be used. However, it goes without saying that a mask is formed in a desired shape using a material such as silicon nitride or silicon dioxide before etching. The electrode of the present invention shows sufficient adhesion and electric characteristics even on such an etched surface.

【0020】(P型電極404)P型導電性を有する窒
化物半導体の電極であるP型電極404は、接触させる
P型窒化物半導体層とオーミック接触させる必要があ
る。また、P型電極を介して発光素子として発光させる
場合は、金属薄膜等で形成させた透光性(なお、ここで
透光性とは発光素子の発光する光の波長に対して電極を
通過すれば良い。)の電極とする必要がある。
(P-type electrode 404) The P-type electrode 404, which is a nitride semiconductor electrode having P-type conductivity, needs to be in ohmic contact with the P-type nitride semiconductor layer to be brought into contact. When light is emitted as a light-emitting element through a P-type electrode, a light-transmitting layer formed of a metal thin film or the like (here, light-transmitting means that light passes through the electrode with respect to the wavelength of light emitted from the light-emitting element). Should be used.)

【0021】これらの条件を満たす材料として、例えば
Au、Ni、Pt、Al、Cr、Mo、W、In、G
a、Tl、Ag、Rh等の金属及びそれらの合金が挙げ
られる。また、透光性を有する電極材料としてITO、
SnO2、NiO2等の金属酸化物もあげられる。さらに
は、これらの上に前記金属薄膜を積層することも可能で
ある。金属等を透光性とするためには蒸着方法、スパッ
タ方法等を用いて極めて薄く形成させれば良い。また、
金属を蒸着あるいはスパッタ方法等によって形成させた
後、アニーリングして金属をP型導電性を有する半導体
層中に拡散させると共に外部に飛散させて所望の膜厚
(透光性となる電極の膜厚)に調整させた電極を形成さ
せることもできる。透光性となる金属電極の膜厚は、所
望する発光波長や金属の種類によっても異なるが、好ま
しくは、0.001〜0.1μmであり、より好ましく
は、0.05〜0.2μmである。更に、電極を透光性
とした場合、P型電極の形状としては、線状、平面状等
目的に応じて形成させることができる。P型導電性を有
する半導体層全体に形成された平面状電極は、電流を全
面に広げ全面発光とすることができる。
As materials satisfying these conditions, for example, Au, Ni, Pt, Al, Cr, Mo, W, In, G
Metals such as a, Tl, Ag, and Rh and alloys thereof are included. In addition, ITO as a translucent electrode material,
Metal oxides such as SnO 2 and NiO 2 are also included. Furthermore, it is also possible to laminate the metal thin film on these. In order to make a metal or the like light-transmitting, it may be formed to be extremely thin using an evaporation method, a sputtering method, or the like. Also,
After a metal is formed by vapor deposition or sputtering, annealing is performed to diffuse the metal into the semiconductor layer having P-type conductivity and to scatter the metal to the outside to obtain a desired film thickness (the thickness of the electrode that becomes translucent). ) Can be formed. The thickness of the metal electrode that becomes translucent varies depending on the desired emission wavelength and the type of metal, but is preferably 0.001 to 0.1 μm, more preferably 0.05 to 0.2 μm. is there. Further, when the electrode is translucent, the shape of the P-type electrode can be linear or planar, depending on the purpose. A planar electrode formed over the entire semiconductor layer having P-type conductivity can spread current over the entire surface and emit light over the entire surface.

【0022】さらにまた、P型電極を極めて薄く形成さ
せた場合、電極上に直接ワイヤーボンデイングすると、
ボールが接続しにくくなる傾向があるため密着性向上の
ためにP型電極とは別にボンデイング用の台座電極を形
成させたり、P型電極を多層構成とすることが好まし
い。台座電極の材質としては、Au、Pt、Al等を使
用することができる。台座電極の膜厚としてはミクロン
オーダーとすることが好ましい。又、P型電極の少なく
とも一部を多層構成とする場合、窒化物半導体と接触さ
せる接触電極にはCr、Mo、W、Ni、Al、In、
Ga、Tl、Agから選択される金属あるいは、これら
の合金が好適に用いられボンデイングと接触するボンデ
イング電極としてはAl、Au等の金属あるいはこれら
の合金が好適に用いられる。なお、半導体素子通電時、
P型電極中にボンデイング用電極材料がマイグレーショ
ンする場合があるためボンデイング用電極Au単体ある
いはAl及び/Cr含有量が少ないAu合金とすること
が特に好ましい。なお、P型窒化物半導体の場合は、P
型電極材料と半導体材料をなじませオーミック特性を向
上させ、さらには窒化物半導体形成時に含有される水素
を抜くために400℃以上でアニールすることが好まし
い。また、窒化ガリウム半導体の分解を抑制する目的か
ら1100℃以下でアニールすることが好ましい。さら
に、アニーリングを窒素雰囲気中で行うことにより、窒
化ガリウム系化合物半導体中の窒素が分解して出て行く
のを抑制することができ、結晶性を保つことが出きる。
本願発明においてP型電極のアニーリング温度がN型電
極のアニーリング温度が高い場合は、P型電極形成後に
N型電極を形成させることが好ましい。
Further, when the P-type electrode is formed extremely thin, if wire bonding is performed directly on the electrode,
Since the ball tends to be hardly connected, it is preferable to form a pedestal electrode for bonding separately from the P-type electrode or to form the P-type electrode in a multilayer structure in order to improve the adhesion. Au, Pt, Al, or the like can be used as the material of the pedestal electrode. The thickness of the pedestal electrode is preferably on the order of microns. In the case where at least a part of the P-type electrode has a multilayer structure, the contact electrodes to be brought into contact with the nitride semiconductor include Cr, Mo, W, Ni, Al, In,
A metal selected from Ga, Tl, and Ag or an alloy thereof is preferably used, and a metal such as Al or Au or an alloy thereof is preferably used as a bonding electrode that comes into contact with the bonding. When the semiconductor element is energized,
Since the bonding electrode material may migrate into the P-type electrode, it is particularly preferable to use the bonding electrode Au alone or an Au alloy having a low content of Al and / Cr. In the case of a P-type nitride semiconductor, P
It is preferable to anneal at 400 ° C. or more in order to improve the ohmic characteristics by blending the mold electrode material and the semiconductor material, and to remove hydrogen contained during the formation of the nitride semiconductor. Further, it is preferable to anneal at 1100 ° C. or lower for the purpose of suppressing the decomposition of the gallium nitride semiconductor. Further, by performing the annealing in a nitrogen atmosphere, nitrogen in the gallium nitride-based compound semiconductor can be suppressed from decomposing and leaving, and the crystallinity can be maintained.
In the present invention, when the annealing temperature of the P-type electrode is high, the N-type electrode is preferably formed after the formation of the P-type electrode.

【0023】(電気的接続部材410)電気的接続部材
410としては、窒化物半導体103、305と外部電
源との電気的接続を行うためのものであり、各電極との
オーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性
がよいものが求められる。特に窒化物半導体を発光素子
として利用する場合、半導体自体が発熱するため半導体
素子特性を維持するためには熱伝導度として0.01c
al/cm・℃以上が好ましく、より好ましくは0.5
cal/cm・℃以上である。具体的には、金、銅、白
金、アルミニウム等及びそれらの合金を用いたボンデイ
ングワイヤーが挙げられる。また、銀、カーボン等のフ
ィラーを樹脂で充填した導電性接着剤等を用いることも
できるが、N型電極との密着性を考慮して白金、アルミ
ニウム線あるいは金線が好ましい。なお、ワイヤーボン
デイングなどで各電極に電気的接続部材を接続させると
溶融などにより半球状にボール403が形成される。以
下、本願発明の実施例について説明するが、本願発明は
具体的実施例のみに限定されるものではないことは言う
までもない。
(Electrical Connection Member 410) The electrical connection member 410 is for making electrical connection between the nitride semiconductors 103 and 305 and an external power supply, and has ohmic and mechanical connections with each electrode. It is required to have good properties, electrical conductivity and thermal conductivity. In particular, when a nitride semiconductor is used as a light emitting device, the semiconductor itself generates heat, so that the semiconductor device has a thermal conductivity of 0.01 c.
al / cm.degree. C. or more, more preferably 0.5
cal / cm · ° C. or more. Specifically, a bonding wire using gold, copper, platinum, aluminum, or the like, or an alloy thereof may be used. In addition, a conductive adhesive or the like in which a filler such as silver or carbon is filled with a resin can be used, but platinum, an aluminum wire, or a gold wire is preferable in consideration of adhesion to an N-type electrode. When an electrical connection member is connected to each electrode by wire bonding or the like, the ball 403 is formed in a hemispherical shape by melting or the like. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but it goes without saying that the present invention is not limited to only specific embodiments.

【0024】[実施例1]受光素子を形成するためにH
Cl/HNO3で表面を洗浄した2インチφのサファイ
ヤ基板上にNH3ガスとTMGガスを原料ガスとしMO
CVD法を用いてGaN層を3000オングストローム
成長させた。次に、イオンインプランテーションを用い
てSiを4KeV/cm3でSiイオンを打ち込みSi
がドープされたN型導電性を有するGaNを形成させ
た。この窒化ガリウム半導体上にスパッタリングにより
第1の層にWを200オングストローム、第2の層にA
lを2000オングストロームとしスパッタリングによ
り積層した。その後、所望の形状のマスクを形成しドラ
イエッチングにより図1のごとく一対の電極を構成し
た。ウエハーをスクライバーにより1500個のチップ
状に分離した後、リードフレーム上にダイボンディング
し半導体チップ上のN型電極をワイヤーボンディングに
より金線で電気的に接続させた。
[Embodiment 1] H for forming a light receiving element
An NH 3 gas and a TMG gas are used as source gases on a 2 inch φ sapphire substrate whose surface has been cleaned with Cl / HNO 3.
A GaN layer was grown to 3000 angstroms using the CVD method. Next, Si ions are implanted at 4 KeV / cm 3 using ion implantation.
Was doped to form GaN having N-type conductivity. On this gallium nitride semiconductor, W was added to the first layer by 200 Å by sputtering, and A was added to the second layer by A.
1 was set to 2000 angstroms and laminated by sputtering. Thereafter, a mask having a desired shape was formed, and a pair of electrodes was formed by dry etching as shown in FIG. After the wafer was separated into 1500 chips by a scriber, it was die-bonded on a lead frame, and the N-type electrodes on the semiconductor chip were electrically connected by gold wire by wire bonding.

【0025】本願発明によるN型電極が形成された窒化
物半導体任意に取り出し10個ずつを80℃、150℃
及び300℃の温度でそれぞれ1分間アニーリング処理
して得られたもの及びアニーリング無しのものの平均暗
電流電圧特性を図2にそれぞれ示す。また、この窒化ガ
リウム半導体素子より100個を無造作に抽出し、4V
の電圧を印加し常温12時間と、60℃、80%RHの
高温高湿槽12時間との連続繰り返し試験を50回行っ
たところ、N電極のボールの剥がれが確認されたものは
なかった。
The nitride semiconductor on which the N-type electrode according to the present invention is formed is arbitrarily taken out, and 10 pieces are taken out at 80 ° C.
FIG. 2 shows the average dark current-voltage characteristics obtained by annealing for 1 minute at a temperature of 300 ° C. and 300 ° C., respectively, and that obtained without annealing. In addition, 100 pieces were randomly extracted from this gallium nitride semiconductor element,
Was applied 50 times, and a continuous repetition test of 12 hours at room temperature and 12 hours at a high-temperature and high-humidity chamber at 60 ° C. and 80% RH was performed 50 times. No peeling of the N electrode ball was confirmed.

【0026】[比較例1]N型窒化ガリウム半導体素子
上にN型電極として第1層の電極材料をTi、第2層の
電極材料をAlとした以外は実施例1と同様にして窒化
物半導体素子を形成させた。N型電極に形成された半導
体素子を80℃、150℃、300℃の温度で1分間ア
ニール処理して得られた暗電流電圧特性を図7にそれぞ
れ示す。(なお、電流電圧特性の測定レンジは実施例1
と同様にしてある。)また、この窒化ガリウム半導体素
子より100個を無造作に抽出し、4Vの電圧を印加し
常温12時間と、60℃、80%RHの高温高湿槽12
時間との連続繰り返し試験を50回行ったところ、窒化
ガリウム半導体素子の10%にN電極のボールの剥がれ
が確認された。
Comparative Example 1 A nitride was formed in the same manner as in Example 1 except that the first layer electrode material was Ti and the second layer electrode material was Al on the N-type gallium nitride semiconductor device. A semiconductor device was formed. FIG. 7 shows dark current-voltage characteristics obtained by annealing the semiconductor element formed on the N-type electrode at 80 ° C., 150 ° C., and 300 ° C. for 1 minute. (Note that the measurement range of the current-voltage characteristics is the same as that of the first embodiment.
It is the same as. ) Further, 100 pieces were randomly extracted from the gallium nitride semiconductor device, and a voltage of 4 V was applied thereto, for 12 hours at normal temperature, and a high-temperature and high-humidity tank 12 at 60 ° C. and 80% RH.
When a continuous repetition test with time was performed 50 times, peeling of the ball of the N electrode was confirmed in 10% of the gallium nitride semiconductor devices.

【0027】[実施例2]MOCVD法を用いサファイ
ヤ基板上にNH3ガスとTMGガスを用いてGaNバッ
ファ層を150オングストローム成長させた。さらに、
MOCVD法を用いてバッファ層上にNH3ガスとTM
Gガス及びSiH4/H2ガスを用いてN型GaN層を5
000オングストローム成長させた。この上にレジスト
膜をネガとして形成した後、第1の層としてW(13)
を200オングストローム、第2の層にAl(14)2
000オングストローム、第3の層にW(13)を20
00オングストローム、第4の層にAu(15)300
0オングストロームをターゲットを変えてスパッタリン
グによりそれぞれ積層した。不要なレジスト膜を除去さ
せN型電極を形成させた。N型電極上にワイヤーボンデ
ィングによりアルミニウム線を電気的に接続させて図3
に記載した窒化物半導体素子を形成させた。実施例1と
同様アニーリングを行わなくともN型窒化ガリウム系化
合物半導体と良好なオーミック接触が得られる。また、
この窒化ガリウム半導体素子より100個を無造作に抽
出し、4Vの電圧を印加し常温12時間と、60℃、8
0%RHの高温高湿槽12時間との連続繰り返し試験を
50回行ったところ、N電極のボールの剥がれが確認さ
れたものはなかった。
Example 2 A GaN buffer layer was grown on a sapphire substrate by MOCVD using a NH 3 gas and a TMG gas to a thickness of 150 Å. further,
NH 3 gas and TM on the buffer layer using MOCVD
The N-type GaN layer is formed using G gas and SiH 4 / H 2 gas.
000 Å. After forming a negative resist film thereon, W (13) is used as a first layer.
200 Å, Al (14) 2 in the second layer
000 angstroms, 20 W (13) in the third layer
00 Å, Au (15) 300 in the fourth layer
0 Å was laminated by sputtering with a different target. Unnecessary resist film was removed to form an N-type electrode. FIG. 3 shows an example in which an aluminum wire is electrically connected to the N-type electrode by wire bonding.
Was formed. As in Example 1, good ohmic contact with the N-type gallium nitride-based compound semiconductor can be obtained without annealing. Also,
100 pieces were randomly extracted from this gallium nitride semiconductor device, and a voltage of 4 V was applied thereto.
When a continuous repetition test was performed 50 times in a high-temperature and high-humidity tank of 0% RH for 12 hours, none of the N-electrode balls was confirmed to be peeled off.

【0028】[実施例3]第3の層のWをTiに変えた
以外は実施例2と同様にして窒化物半導体素子を形成さ
せた。実施例2と同様、優れた特性が得られた。
Example 3 A nitride semiconductor device was formed in the same manner as in Example 2 except that W in the third layer was changed to Ti. As in Example 2, excellent characteristics were obtained.

【0029】[実施例4]発光素子を形成させるために
2インチφのサファイヤ基板上にGaNバッファ層、S
iドープN型GaNコンタクト層、SiドープN型Ga
AlNクラッド層、ノンドープのInGaN活性層、M
gドープP型GaAlNクラッド層、MgドープP型G
aNコンタクト層とが順次積層されたダブルヘテロ構造
のウエハーを形成させた。なお、活性層は量子効果を持
たすために単一井戸構造(SQW)である20オングス
トロームの厚みとしてある。
[Embodiment 4] A GaN buffer layer and a GaN buffer layer were formed on a 2 inch φ sapphire substrate to form a light emitting device.
i-doped N-type GaN contact layer, Si-doped N-type Ga
AlN cladding layer, undoped InGaN active layer, M
g-doped P-type GaAlN cladding layer, Mg-doped P-type G
A wafer having a double hetero structure in which an aN contact layer was sequentially laminated was formed. The active layer has a single well structure (SQW) of 20 angstroms in order to have a quantum effect.

【0030】次に、図4の断面形状を有する半導体素子
が形成できるようにウエハーのP型GaNコンタクト層
より深さ方向に一部エッチングして、N型GaNコンタ
クト層を表面に露出させる。所望の形状のマスクをかけ
た後、P型GaNコンタクト層の表面にP型電極として
Niを1000オングストロームと、Auを5000オ
ングストロームの膜厚でそれぞれ蒸着形成する。P型電
極形成後、マスクを除去し、ウエハーをアニーリング装
置に入れN2ガス雰囲気中で600℃、5分間アニーリ
ングする。アニール後、所定の形状のマスクを形成し第
1の層としてWを200オングストロームと、第2の層
としてAlを2000オングストロームと、第3の層と
してWを2000オングストローム及び最終層である第
4の層としてPtを2000オングストロームの膜厚に
順にターゲットを変え蒸着してN型電極を形成させる。
N型電極形成後、マスクを除去しArガス雰囲気中で2
70℃、3分間アニールする。次にスクライバーによっ
てこのウエハーをチップ状に分離し、2インチφのウエ
ハーから1万5千個のチップを得た。電流電圧特性を測
定した結果実施例1と同様良好なオーミック特性が得ら
れていた。この様にして得られた窒化物半導体よりなる
発光チップをダイボンディングしてリードフレーム上に
積置した後、ワイヤーボンダーでP型及びN型の各電極
にAuワイヤーを接続した後、エポキシ樹脂で全体をモ
ールドしてLED素子とした。このLED素子は順方向
電流If20mAにおいて、順方向電圧Vf3.5Vであ
り、さらにこのLED素子より100個を無造作に抽出
し、常温12時間点灯と、60℃、80%RHの高温高
湿槽12時間点灯との連続繰り返し試験を50回行った
ところ、N型電極のボールの剥がれによりLEDが不灯
となったものはなかった。
Next, the N-type GaN contact layer is exposed on the surface by partially etching the P-type GaN contact layer of the wafer in the depth direction so that a semiconductor device having the cross-sectional shape of FIG. 4 can be formed. After a mask having a desired shape is applied, Ni is deposited as a P-type electrode on the surface of the P-type GaN contact layer in a thickness of 1000 Å and Au is deposited in a thickness of 5000 Å. After the formation of the P-type electrode, the mask is removed, and the wafer is placed in an annealing apparatus and annealed at 600 ° C. for 5 minutes in an N 2 gas atmosphere. After annealing, a mask having a predetermined shape is formed, and W is 200 angstroms as the first layer, 2000 angstroms of Al as the second layer, and 2000 angstroms as the third layer and the fourth layer which is the final layer. An N-type electrode is formed by depositing Pt as a layer in order to change the target to a thickness of 2000 angstroms.
After the formation of the N-type electrode, the mask is removed and the mask is removed in an Ar gas atmosphere.
Anneal at 70 ° C. for 3 minutes. Next, the wafer was separated into chips by a scriber, and 15,000 chips were obtained from a 2-inch φ wafer. As a result of measuring current-voltage characteristics, good ohmic characteristics were obtained as in Example 1. After the thus obtained light emitting chip made of a nitride semiconductor is die-bonded and mounted on a lead frame, Au wires are connected to each of the P-type and N-type electrodes with a wire bonder, and then epoxy resin is used. The whole was molded to form an LED element. This LED element had a forward voltage Vf of 3.5 V at a forward current If of 20 mA. Further, 100 LEDs were randomly extracted from the LED element, turned on for 12 hours at room temperature, and heated to 60 ° C. and 80% RH. When a continuous repetition test of lighting for 12 hours in a high-humidity tank was performed 50 times, none of the LEDs turned off due to peeling of the ball of the N-type electrode.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本願発明の窒化物
半導体素子は、製造工程が簡略化できると共にN型窒化
物半導体と良好なオーミック接触及び機械的強度を有す
る優れた窒化物半導体素子とすることができる。
As described above, the nitride semiconductor device according to the present invention can be manufactured with an excellent nitride semiconductor device which can simplify the manufacturing process and has good ohmic contact and mechanical strength with the N-type nitride semiconductor. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願発明の窒化物半導体素子の概略断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a nitride semiconductor device of the present invention.

【図2】図1の窒化物半導体素子の暗電流電圧特性を示
したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing dark current-voltage characteristics of the nitride semiconductor device of FIG.

【図3】本願発明の別の窒化物半導体素子の概略模式図
である。
FIG. 3 is a schematic diagram of another nitride semiconductor device of the present invention.

【図4】本願発明の他の窒化物半導体素子の概略断面図
である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of another nitride semiconductor device of the present invention.

【図5】N型窒化物半導体、N型電極及び電気的接続部
材の密着性を調べる試験方法を示す模式図。
FIG. 5 is a schematic view showing a test method for examining the adhesion between an N-type nitride semiconductor, an N-type electrode, and an electrical connection member.

【図6】本願発明と比較のために示した窒化物半導体素
子の概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of a nitride semiconductor device shown for comparison with the present invention.

【図7】比較例1の窒化物半導体素子の暗電流電圧特性
を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing dark current-voltage characteristics of the nitride semiconductor device of Comparative Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 第1の層 102 第2の層 103 N型窒化物半導体 104 サファイヤ基板 301 第1の層 302 第2の層 303 第3の層 304 第4の層 305 N型窒化物半導体 306 サファイヤ基板 401 N型電極 402 N型コンタクト層 403 ボール 404 P型電極 405 P型コンタクト層 406 P型クラッド層 407 活性層 408 N型クラッド層 409 サファイヤ基板 410 電気的接続部材 501 刃物 502 ボール 503 第4の金属層 504 第3の金属層 505 第2の金属層 506 第1の金属層 507 N型窒化物半導体 601 N型電極 602 N型窒化物半導体 603 ボール 604 P型電極 605 P型コンタクト層 606 P型クラッド層 607 活性層 608 N型クラッド層 609 基板 610 電気的接続部材 Reference Signs List 101 first layer 102 second layer 103 N-type nitride semiconductor 104 sapphire substrate 301 first layer 302 second layer 303 third layer 304 fourth layer 305 N-type nitride semiconductor 306 sapphire substrate 401 N Type electrode 402 N-type contact layer 403 Ball 404 P-type electrode 405 P-type contact layer 406 P-type clad layer 407 Active layer 408 N-type clad layer 409 Sapphire substrate 410 Electrical connection member 501 Blade 502 Ball 503 Fourth metal layer 504 Third metal layer 505 Second metal layer 506 First metal layer 507 N-type nitride semiconductor 601 N-type electrode 602 N-type nitride semiconductor 603 Ball 604 P-type electrode 605 P-type contact layer 606 P-type cladding layer 607 Active layer 608 N-type cladding layer 609 Substrate 610 Electrical Connection member

【表1】 [Table 1]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 33/00 H01S 5/00-5/50 JICST file (JOIS)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】N型導電性を有する窒化物半導体上に電極
が設けられた窒化物半導体素子であって、前記電極がW
を有する第1の層と該第1の層上に設けられたAlを有
する第2の層であることを特徴とする窒化物半導体素
子。
1. A nitride semiconductor device in which an electrode is provided on a nitride semiconductor having N-type conductivity, wherein the electrode is formed of W
A nitride semiconductor device comprising: a first layer having Al; and a second layer having Al provided on the first layer.
【請求項2】前記第2の層上にW、Cr、Ni、Mo、
Tiから選択される1種の金属を有する第3の層を設け
た請求項1記載の窒化物半導体素子。
2. The method according to claim 2, wherein W, Cr, Ni, Mo,
2. The nitride semiconductor device according to claim 1, further comprising a third layer having one kind of metal selected from Ti.
【請求項3】前記電極の電気的接続部材と接続される表
面がAu、Ptから選択される1種である請求項1記載
の窒化物半導体素子。
3. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the surface of the electrode connected to the electrical connection member is one of Au and Pt.
【請求項4】前記N型導電性を有する窒化物半導体がS
i及び/又はGeを含有する請求項1記載の窒化物半導
体素子。
4. The nitride semiconductor having N-type conductivity is S
2. The nitride semiconductor device according to claim 1, containing i and / or Ge.
【請求項5】基体上にN型導電性を有する窒化物半導体
を形成する工程と、該窒化物半導体上に電極を構成する
材料としてWを有する第1の層を形成する工程と、該第
1の層上に電極を構成する材料としてAlを有する第2
の層を形成する工程と、該電極が形成された窒化物半導
体を350℃以下でアニールする工程と、を有すること
を特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
5. A step of forming a nitride semiconductor having N-type conductivity on a substrate, a step of forming a first layer having W as a material forming an electrode on the nitride semiconductor, A second layer having Al as a material constituting an electrode on the first layer;
And a step of annealing the nitride semiconductor on which the electrode is formed at 350 ° C. or lower.
【請求項6】前記アニールの温度が80℃以上280℃
以下である請求項5に記載の窒化物半導体素子の製造方
法。
6. An annealing temperature of 80 ° C. or more and 280 ° C.
The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 5, wherein:
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