JP5533573B2 - Semiconductor element - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子に関し、特に半導体素子の電極構造に関する。 The present invention relates to a semiconductor element, and more particularly to an electrode structure of a semiconductor element.
従来から半導体素子の電極構造として、半導体層と良好にオーミック接触するAl,W,Cr,Ti等からなるオーミック接触層と、ワイヤとの密着性のよいAu等のボンディング層との2層構造、あるいはこの2層の間にさらにPt等のバリア層を設けた3層構造とすることが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。 Conventionally, as an electrode structure of a semiconductor element, a two-layer structure of an ohmic contact layer made of Al, W, Cr, Ti or the like that makes good ohmic contact with a semiconductor layer and a bonding layer such as Au that has good adhesion to the wire, Alternatively, it is known to have a three-layer structure in which a barrier layer such as Pt is further provided between the two layers (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、従来から半導体素子として順電圧(Vf)を低減することが要求されており、特に電極自体の電流拡散性には改良の余地がある。 However, it has been conventionally required to reduce the forward voltage (Vf) as a semiconductor element, and there is room for improvement particularly in the current diffusibility of the electrode itself.
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、電極のシート抵抗を下げて電流拡散性を向上させることによって、順電圧(Vf)が低減された半導体素子を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor element in which the forward voltage (Vf) is reduced by reducing the sheet resistance of the electrode and improving the current diffusibility. To do.
本発明によれば、前記課題は次の手段により解決される。 According to the present invention, the above problem is solved by the following means.
本発明に係る半導体発光素子は、光取り出し面である上面側から順に、n型窒化物半導体層、活性層、p型窒化物半導体層が積層された半導体層と、前記n型窒化物半導体層の上面に設けられたn側パッド電極と、を有する半導体発光素子であって、前記n側パッド電極は、最表面にAu層、前記Au層から前記半導体層側に、Ru層、Cu層、Ru層が順に積層された構成を有しており、前記Cu層の膜厚は、前記Au層の膜厚以上の厚さである。
これにより、n側パッド電極のシート抵抗が下がり、順電圧(Vf)が低減された半導体発光素子とすることができる。
なお、本発明に係る最表面とは、外部と電気的に導通をとるために、例えばワイヤやバンプ、ハンダ等の外部接続部材が接続される面のことをいう。
The semiconductor light emitting device according to the present invention includes a semiconductor layer in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are stacked in order from the upper surface side that is a light extraction surface, and the n-type nitride semiconductor layer. An n-side pad electrode provided on the upper surface of the semiconductor light-emitting element, wherein the n-side pad electrode is an Au layer on the outermost surface , a Ru layer, a Cu layer from the Au layer to the semiconductor layer side , The Ru layer has a structure in which the layers are sequentially stacked, and the thickness of the Cu layer is greater than or equal to the thickness of the Au layer .
As a result, the sheet resistance of the n-side pad electrode is reduced, and a semiconductor light emitting device with reduced forward voltage (Vf) can be obtained.
Note that the outermost surface according to the present invention refers to a surface to which an external connection member such as a wire, bump, or solder is connected in order to be electrically connected to the outside.
また、前記n側パッド電極は、さらに前記Ru層から前記半導体層側に、Pt層、Ti層が順に積層されて構成され、前記Ti層が、前記n型窒化物半導体層の上面に接続されているのが好ましい。
Further, the n-side pad electrode is formed by sequentially stacking a Pt layer and a Ti layer from the Ru layer to the semiconductor layer side, and the Ti layer is connected to an upper surface of the n-type nitride semiconductor layer. It is preferable.
また、前記p型窒化物半導体層の下面側には、前記p型窒化物半導体層と電気的に接続された導電性基板を有するのが好ましい。
Moreover, it is preferable to have a conductive substrate electrically connected to the p-type nitride semiconductor layer on the lower surface side of the p-type nitride semiconductor layer .
本発明に係る半導体素子によれば、順電圧(Vf)を低減することができる。 According to the semiconductor element of the present invention, the forward voltage (Vf) can be reduced.
以下、本発明に係る半導体素子を実施するための形態として、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments for implementing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same names and symbols indicate the same or the same members in principle, and detailed description will be omitted as appropriate.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る半導体素子を模式的に示す平面図である。図2は、図1に示す第1実施形態に係る半導体素子を模式的に示す断面図である。図3は、図1及び2に示す半導体素子における電極の積層構造を模式的に示す拡大断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view schematically showing the semiconductor element according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor element according to the first embodiment shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a laminated structure of electrodes in the semiconductor element shown in FIGS.
図1及び図2、図3に示すように、第1実施形態に係る半導体素子10は、半導体層2,3,4と、この半導体層上に設けられた電極7と、を備えるものであり、電極7は、最表面に第1金属層75、前記第1金属層75よりも前記半導体層側に第2金属層73が少なくとも積層されて構成されたものである。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
第1実施形態に係る半導体素子10は、発光素子であり、基板1上に、n型窒化物半導体層2と、活性層3と、p型窒化物半導体層4とを積層して備える。さらに半導体素子10は、n型窒化物半導体層3に電気的に接続するn側電極7n、およびp型窒化物半導体層4に電気的に接続するp側電極5を、共に上面側に備え、また、絶縁性の保護層9を表面に備える。n側電極7nはパッド電極(n側パッド電極)であり、p型窒化物半導体層4および活性層3の一部が除去されて露出したn型窒化物半導体層2の表面に直接に形成される。一方、p側電極5は、p型窒化物半導体層4の表面上のほぼ全面に形成された透光性電極6と、透光性電極6上の一部の領域に形成されたパッド電極(p側パッド電極)7pとからなる。保護層9は、n側電極7nおよびp側パッド電極7pの上面を除いた、半導体素子10の全表面を被覆する。なお、本明細書における「上」とは、基板1に対して半導体層2,3,4を備えた側を指し、図2における上方向である。
The
(基板)
基板1は、窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる基板材料であればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。このような基板材料としては、C面、R面、A面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル(MgA12O4)のような絶縁性基板、また炭化ケイ素(SiC)、ZnS、ZnO、Si、GaAs、ダイヤモンド、および窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。
(substrate)
The substrate 1 may be any substrate material capable of epitaxially growing a nitride semiconductor, and the size and thickness are not particularly limited. As such a substrate material, an insulating substrate such as sapphire or spinel (MgA1 2 O 4 ) whose main surface is any one of C-plane, R-plane, and A-plane, silicon carbide (SiC), ZnS, ZnO , Si, GaAs, diamond, and oxide substrates such as lithium niobate and neodymium gallate that are lattice-bonded to nitride semiconductors.
(n型窒化物半導体層、活性層、p型窒化物半導体層)
n型窒化物半導体層2、活性層3、およびp型窒化物半導体層4(適宜まとめて窒化物半導体層2,3,4という)としては、特に限定されるものではないが、例えばInXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。
(N-type nitride semiconductor layer, active layer, p-type nitride semiconductor layer)
n-type nitride semiconductor layer 2, the
(n側電極、p側電極)
n側電極7nはn型窒化物半導体層2に、p側電極5はp型窒化物半導体層4に、それぞれ電気的に接続して外部から電流を供給する。
ここで、窒化物半導体の中でも好適な窒化ガリウム系化合物半導体はp型になり難く、すなわちp型窒化物半導体層4は比較的抵抗が高い傾向がある。そのため、電極をp型窒化物半導体層4上の一部の領域のみで接続すると、半導体素子10に供給される電流はp型窒化物半導体層4中で広がり難く、発光が面内で不均一になる。したがって、p型窒化物半導体層4の面内全体に均一に電流が流れるように、p側電極5はp型窒化物半導体層4上により広い面積で接続して設ける必要がある。ただし、上面を半導体素子10の光取り出し面とするため、p側電極5で光取り出し効率を低下させないように、p側電極5は、p型窒化物半導体層4上に直接に、その全面またはそれに近い面積の領域(ほぼ全面)に形成された透光性電極6を備える。そして、p側電極5はさらに透光性電極6上に、ワイヤボンディング等で外部回路に接続するために、ボンディング性の良好な金属材料からなる第1金属層75を最表面に有するパッド電極(p側パッド電極)7pを備える。p側パッド電極7pは、光を多く遮らない程度に、ボンディングに必要な平面視形状および面積であって、透光性電極6の平面視形状より小さく、内包されるように、すなわち透光性電極6上の一部の領域に形成される。
(N-side electrode, p-side electrode)
The n-
Here, a suitable gallium nitride compound semiconductor among nitride semiconductors is unlikely to be p-type, that is, the p-type nitride semiconductor layer 4 tends to have a relatively high resistance. Therefore, when the electrodes are connected only in a part of the region on the p-type nitride semiconductor layer 4, the current supplied to the
一方、低抵抗のn型窒化物半導体層2においては、n側電極7nは、接続面積を少なくしてもよいので、光を透過させないパッド電極(n側パッド電極)のみで構成することができ、n型窒化物半導体層2上に直接に形成される。また、本実施形態に係る半導体素子10は、上面側にn側パッド電極7nを備えるので、n型窒化物半導体層2上の当該n側パッド電極7nを接続するための領域における活性層3およびp型窒化物半導体層4が除去されている。したがって、このn側電極(n側パッド電極)7nは、発光量を大きく減少させない程度に、p側パッド電極7pと同様にボンディングに必要な、そしてn型窒化物半導体層2との電気的接続に必要な平面視形状および面積に形成される。n側パッド電極7nおよびp側パッド電極7pの半導体素子10の平面視におけるそれぞれの位置は、特に限定しないが、パッド電極自身や外部回路から接続したワイヤで遮られる光量をより抑制できること、ボンディングの作業性等に基づいて設計すればよい。
On the other hand, in the low resistance n-type nitride semiconductor layer 2, the n-
(透光性電極)
p側電極5における透光性電極6は、導電性酸化物からなる。透光性電極6として金属薄膜を用いることもできるが、導電性酸化物は金属薄膜に比べて透光性に優れるため、半導体素子10を発光効率の高い発光素子とすることができる。導電性酸化物としては、Zn,In,Sn,Mgからなる群から選択された少なくとも一種を含む酸化物、具体的にはZnO,In2O3,SnO2,ITOが挙げられる。特にITOは可視光(可視領域)において高い光透過性を有し、また導電率の比較的高い材料であることから好適に用いることができる。
透光性電極6の膜厚は特に限定されるものではないが、シート抵抗が過大とならないように、5000nm以下とすることが好ましく、100〜1000nm程度とすることがより好ましい。透光性電極6の形状は、一体の矩形等のp型窒化物半導体層4の平面視形状に合わせた形状でもよいが、例えば、格子状、メッシュ形状、ドット状、ストライプ形状、網目状等にパターン形成することで、光の取り出し効率を向上させてもよい。
(Translucent electrode)
The translucent electrode 6 in the p-side electrode 5 is made of a conductive oxide. Although a metal thin film can also be used as the translucent electrode 6, since the conductive oxide is superior in translucency compared to the metal thin film, the
The film thickness of the translucent electrode 6 is not particularly limited, but is preferably 5000 nm or less and more preferably about 100 to 1000 nm so that the sheet resistance does not become excessive. The shape of the translucent electrode 6 may be a shape that matches the planar view shape of the p-type nitride semiconductor layer 4 such as an integral rectangle. For example, a lattice shape, a mesh shape, a dot shape, a stripe shape, a mesh shape, etc. The light extraction efficiency may be improved by forming a pattern.
(パッド電極)
本実施形態に係る半導体素子10において、n側パッド電極7nとp側パッド電極7pとは同じ積層構造であり、適宜まとめてパッド電極7と称する。パッド電極7は、外部からワイヤやバンプ,ハンダ等の外部接続部材を接続させるための第1金属層75を最上層(最表面)に備え、さらに第1金属層75よりも半導体層側に、Cu等の金属材料が含まれる第2金属層73を少なくとも備える構成である。そして、本実施形態の一例として、ここでは透光性電極6およびn型窒化物半導体層2の上面にそれぞれ、Ti層71a,Pt層71bを順に積層したオーミック接触層(Ti/Pt層)71を備え、さらにその上に第1バリア層(Ru層)72,第2金属層(Cu層)73,第3金属層(Ru層)74,第1金属層(Au層)75の順に積層された構造を有している。
これらの層71,72,73,74,75は蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、また連続的に形成して積層することが好ましい。また、パッド電極7の平面視形状は特に限定するものではなく、リフトオフ法、フォトリソグラフィを用いたエッチング等により、所望の形状に形成することができる。
(Pad electrode)
In the
These layers 71, 72, 73, 74, and 75 can be formed by a known method such as a vapor deposition method or a sputtering method, and are preferably formed and laminated continuously. Moreover, the planar view shape of the
オーミック接触層71は、Ti層71aとPt層71bとの2層(適宜Ti/Pt層と称する)からなる。Ti層71aは、n側パッド電極7nにおいてはn型窒化物半導体層2に、p側パッド電極7pにおいては透光性電極6に、それぞれ接触する層である。Ti層71aを備えることで、n側パッド電極7nとn型窒化物半導体層2、および、p側パッド電極7pと透光性電極6との密着性が良くなる。
The ohmic contact layer 71 is composed of two layers of
Pt層71bは、パッド電極7に入射される光(特に、Ti層71aを透過した光)を反射することによって、半導体素子10からの光取り出し効率を向上させるための層である。さらに、Pt層71bは、アニールすることによってPtが1層目のTi層71aに微妙に拡散し、パッド電極7と透光性電極6とのオーミック接触をとり易くすることができる。
The
第1バリア層72は、Pt層71bと第2金属層(Cu層)73との間に積層され、第2金属層73からCuが、Pt層71bに拡散するのを抑制するための層である。このような第1バリア層72としては、Ru,Rh,Ta,Ir,及び,Wから選択される少なくとも一種の金属材料を含むことが好ましく、さらに好ましくはRuである。これにより、Pt層71bを透過した光を効率良く反射することによって、半導体素子10からの光取り出し効率を向上させることができる。
The first barrier layer 72 is laminated between the
第2金属層73は、後述する最表面の第1金属層75に含まれる金属材料よりも電気導電率の高い金属材料が含まれているため、外部接続部材(図示しない)が接続される第1金属層75から第2金属層73を介して電流を効率良く拡散することができる。つまり、パッド電極7のシート抵抗が下がることによって、順電圧(Vf)が低減された半導体素子10とすることができる。さらにこのとき、第2金属層73の膜厚を、第1金属層75の膜厚以上の厚さにすることによって、バッド電極7のシート抵抗をさらに下げることができるため好ましい。ここで、表1に代表的な金属元素の20℃における電気導電率を示す。
Since the second metal layer 73 includes a metal material having a higher electrical conductivity than the metal material included in the first metal layer 75 on the outermost surface described later, the second metal layer 73 is connected to an external connection member (not shown). Current can be efficiently diffused from the first metal layer 75 through the second metal layer 73. That is, by reducing the sheet resistance of the
表1に示すように、ボンディング性に優れたAu層を第1金属層75とした場合、第2金属層73の金属材料としてはAgやCu等が好適に用いられるが、特にAgよりもエレクトロマイグレーションが発生しづらく、材料コストも比較的に安価なCuを用いるのが好ましい。 As shown in Table 1, when an Au layer having excellent bonding properties is used as the first metal layer 75, Ag, Cu, or the like is preferably used as the metal material of the second metal layer 73. It is preferable to use Cu in which migration is difficult to occur and the material cost is relatively low.
第3金属層74は、第2金属層73の金属材料が第1金属層75に拡散するのを抑制し、順電圧(Vf)が上昇するのを抑制するための層であり、Ru,Rh,Ta,Ir,及び,Wから選択される少なくとも一種の金属材料を含むことが好ましい。特に本実施形態のような、第1金属層75の金属材料をAu、第2金属層73の金属材料をCuとした場合には、第2金属層73のCuが第1金属層75に拡散し易いため、第1金属層75と第2金属層73の間にある第3金属層74が効果的に作用する。また、第3金属層74は、第1バリア層72と同じ金属材料から構成されるのが好ましく、製造工程を簡略化することができる。 The third metal layer 74 is a layer for suppressing the metal material of the second metal layer 73 from diffusing into the first metal layer 75 and suppressing the forward voltage (Vf) from increasing. Ru, Rh , Ta, Ir, and W are preferably included. In particular, when the metal material of the first metal layer 75 is Au and the metal material of the second metal layer 73 is Cu as in this embodiment, the Cu of the second metal layer 73 diffuses into the first metal layer 75. Therefore, the third metal layer 74 between the first metal layer 75 and the second metal layer 73 acts effectively. The third metal layer 74 is preferably made of the same metal material as that of the first barrier layer 72, and the manufacturing process can be simplified.
第1金属層75は、外部からワイヤやバンプ、ハンダ等の外部接続部材を接続するために設けられ、パッド電極7の表面(最上面)を構成する。第1金属層75は、外部接続部材との密着性すなわちボンディング性に優れ、一般的に適用されるAl(Al合金を含む),Au等の金属を適用することができるが、特に耐食性等にも優れたAuを適用することが好ましい。また、第1金属層75は、ボンディング性を保持するため、厚さを100nm以上とすることが好ましく、200nm以上がより好ましい。一方、生産性上、第1金属層75は厚さを1000nm以下とすることが好ましく、800nm以下がより好ましく、500nm以下が特に好ましい。
なお、これらの層71,72,73,74,75の厚さは、例えばスパッタリング装置による成膜条件により調整すればよい。
The first metal layer 75 is provided to connect external connection members such as wires, bumps, and solder from the outside, and constitutes the surface (uppermost surface) of the
Note that the thicknesses of these layers 71, 72, 73, 74, and 75 may be adjusted by, for example, film forming conditions using a sputtering apparatus.
(保護層)
保護層9は、半導体素子10における窒化物半導体層2,3,4の露出した表面(上面および側壁)や透光性電極6の表面等を被覆して、半導体素子10の保護膜および帯電防止膜とする。具体的には、パッド電極7の上面の周縁部を除いた領域をボンディングのための領域(パッド部)とし、このパッド部の領域を除いた全表面に保護層9が形成される。保護層9は透光性の絶縁膜であるSi,Ti,Ta等の酸化物からなり、蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、その膜厚は特に限定するものではないが、100〜1000nmとすることが好ましい。
(Protective layer)
The protective layer 9 covers the exposed surfaces (upper surface and side walls) of the
ここで、本実施形態においてパッド電極7の最上面を構成する第1金属層75のAuは、酸化物からなる保護層9との密着性に劣るため、保護層9がパッド部の端から剥離する恐れがある。これを防止するため、第1金属層75上面の周縁部であって保護層9の直下の領域に、密着層82としてNi等の膜を形成することが好ましい。さらにNiで密着層82を形成した場合、この密着層82からNiが第1金属層75に拡散するとボンディング性が低下するので、これを防止するために、密着層82の下に第2バリア層81を形成することが好ましい。第2バリア層81は、Pt,Ru,Rh,Ta,Ir,及び,W等で形成することができる。第2バリア層81、密着層82のそれぞれの厚さは特に限定するものではないが、好適に作用するために、第2バリア層81は20〜50nm、密着層82は1〜20nmとすることが好ましい。なお、第2バリア層81と密着層82の2層(例えばPt/Ni層)を適宜、下地層8と称する。下地層8もまた、パッド電極7を構成する各金属層と同様に、蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、オーミック接触層71から下地層8まで連続して成膜することができる。
Here, in the present embodiment, Au of the first metal layer 75 constituting the uppermost surface of the
以上の構成を有する本発明の実施形態に係る半導体素子10は、シート抵抗が低く、電流拡散性に優れた電極7を備える。このため、本発明の実施形態に係る半導体素子10は、順電圧(Vf)が低減された半導体素子となる。
The
(半導体素子のパッド電極の製造方法)
本発明に係る半導体素子のパッド電極の製造方法について、第1実施形態に係る半導体素子の製造も含めて、一例を説明する。
(Method for manufacturing pad electrode of semiconductor element)
An example of the method for manufacturing a pad electrode of a semiconductor element according to the present invention will be described, including the manufacture of the semiconductor element according to the first embodiment.
まず、サファイア基板を基板1として、MOVPE反応装置を用いて、基板1上に、n型窒化物半導体層2を構成する、第1のバッファ層と、第2のバッファ層と、n側コンタクト層と、第3のバッファ層と、n側多層膜層とを成長させ、このn側多層膜層の上に活性層を成長させた後、さらにp型窒化物半導体層4を構成する、p側多層膜層と、p側コンタクト層とを順に成長させる。そして窒化物半導体の各層を成長させた基板1(以下、ウェハという)を装置の処理室内にて窒素雰囲気で、600〜700℃程度のアニールを行って、p型窒化物半導体層4を低抵抗化する。 First, using a sapphire substrate as a substrate 1 and using a MOVPE reactor, a first buffer layer, a second buffer layer, and an n-side contact layer constituting an n-type nitride semiconductor layer 2 on the substrate 1 A third buffer layer and an n-side multilayer film layer, an active layer is grown on the n-side multilayer film layer, and then a p-type nitride semiconductor layer 4 is formed. A multilayer film layer and a p-side contact layer are grown in this order. Then, the substrate 1 (hereinafter referred to as a wafer) on which each layer of the nitride semiconductor is grown is annealed at about 600 to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere in the processing chamber of the apparatus, so that the p-type nitride semiconductor layer 4 has a low resistance. Turn into.
次に、n側電極(n側パッド電極)7nを接続するためのコンタクト領域として、n型窒化物半導体層2の一部を露出させる。アニール後のウェハ上にフォトレジストにて所定の形状のマスクを形成して、反応性イオンエッチング(RIE)にて、p型窒化物半導体層4および活性層3、さらにn型窒化物半導体層2のn側多層膜層、第3のバッファ層を除去して、その表面にn側コンタクト層を露出させる。そしてエッチングの後、レジストを除去する。なお、コンタクト領域と同時に、半導体素子10(チップ)の周縁部(スクライブ領域)をエッチングしてもよい。
Next, a part of n-type nitride semiconductor layer 2 is exposed as a contact region for connecting n-side electrode (n-side pad electrode) 7n. A mask having a predetermined shape is formed on the annealed wafer with a photoresist, and p-type nitride semiconductor layer 4 and
その後、ウェハの全面に、透光性電極6としてITO膜をスパッタリング装置にて成膜する。そして、フォトレジストにて、ITO膜上にその下のp型窒化物半導体層4の平面視形状に対応した形状のマスクを形成し、エッチングして、p型窒化物半導体層4上に透光性電極6を形成する。そしてエッチングの後、レジストを除去する。次に、窒素雰囲気で500℃程度のアニールを行って、透光性電極6(ITO膜)のp型窒化物半導体層4とのオーミック接触性、および前記コンタクト領域の露出させたn型窒化物半導体層2の、n側パッド電極7nへのオーミック接触性を、それぞれ向上させる。
Thereafter, an ITO film is formed as a translucent electrode 6 on the entire surface of the wafer by a sputtering apparatus. Then, a mask having a shape corresponding to the plan view shape of the p-type nitride semiconductor layer 4 below is formed on the ITO film with a photoresist, etched, and light-transmitted on the p-type nitride semiconductor layer 4 The conductive electrode 6 is formed. After the etching, the resist is removed. Next, annealing is performed at about 500 ° C. in a nitrogen atmosphere, the ohmic contact between the translucent electrode 6 (ITO film) and the p-type nitride semiconductor layer 4, and the exposed n-type nitride of the contact region. The ohmic contact property of the semiconductor layer 2 to the n-
次に、露出させたn型窒化物半導体層2上、および透光性電極6のそれぞれにおける所定領域を空けたマスクをフォトレジストにて形成し、このマスクの上から、スパッタリング装置にて、パッド電極7を構成するTi,Pt,Ru,Cu,Ru,Au、さらに下地層8を構成するPt,Niの計8層の金属膜をそれぞれ所定の膜厚ずつ連続的に成膜する。その後、レジストをその上の金属膜ごと除去すると、前記の所定領域にn側パッド電極7n、p側パッド電極7pが形成され(リフトオフ法)、またその上に、同じ平面視形状でPt,Niの2層の膜が積層された状態となる。
Next, a mask is formed on the exposed n-type nitride semiconductor layer 2 and a predetermined region in each of the translucent electrodes 6 with a photoresist, and a pad is formed on the mask by a sputtering apparatus. A total of eight metal films of Ti, Pt, Ru, Cu, Ru, Au constituting the
次に、ITO膜のオーミック接触性を向上させるため、窒素雰囲気で、ウェハに熱処理(アニール)を施す。熱処理の温度は、280℃以上とすることが好ましい。一方、温度が高過ぎると、窒化物半導体層2,3,4が熱で劣化して、n型窒化物半導体層2およびp型窒化物半導体層4の方のオーミック接触性が低下し、さらに、半導体素子10の発光強度が低下する等の恐れがあるため、熱処理の温度は500℃以下とすることが好ましい。また、処理時間は、温度およびTi層等の厚さに応じて設定されるが、10〜20分間程度が好ましい。
Next, in order to improve the ohmic contact property of the ITO film, the wafer is subjected to heat treatment (annealing) in a nitrogen atmosphere. The heat treatment temperature is preferably 280 ° C. or higher. On the other hand, if the temperature is too high, the
その後、ウェハの全面に、保護層9としてSiO2膜をスパッタリング装置にて成膜する。すなわち、パッド部としてパッド電極7上のPt,Niの膜上の所定領域を空けたマスクをフォトレジストにて形成し、SiO2膜をエッチングした後、レジストを除去する。残ったSiO2膜(保護層9)をマスクとしてNi,Ptをエッチングして、パッド部にAu層75を露出させる。
Thereafter, a SiO 2 film is formed as a protective layer 9 on the entire surface of the wafer by a sputtering apparatus. That is, as a pad portion, a mask having a predetermined region on the Pt, Ni film on the
そして、ウェハをスクライブやダイシング等で分離して、1個の半導体素子10(チップ)となる。また、チップに分離する前に、ウェハの裏面から基板1を研削(バックグラインド)して所望の厚さとなるまで薄く加工しても良い。 Then, the wafer is separated by scribing, dicing or the like to form one semiconductor element 10 (chip). Further, before separation into chips, the substrate 1 may be ground (back grind) from the back surface of the wafer and thinned to a desired thickness.
以上の工程による本発明に係る半導体素子のパッド電極7の製造方法は、第1実施形態に係る半導体素子10について、p側、n側のそれぞれにパッド電極7n,7pを同時に形成することができるため、生産性が向上する。
The manufacturing method of the
<第2実施形態>
図4は、第2実施形態に係る半導体素子を模式的に示す平面図である。図5は、第2実施形態に係る半導体素子を模式的に示す図4のA−A’断面図である。
Second Embodiment
FIG. 4 is a plan view schematically showing the semiconductor element according to the second embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4 schematically showing the semiconductor element according to the second embodiment.
第2実施形態に係る半導体素子は、n側電極20が、第1実施形態に係る電極の積層構造と実質的に同じ構造を有しており、図4及び図5に示すように、半導体層28に対する電極20,30の配置などが異なる。なお、第1実施形態に係る半導体素子と同じ構造については、説明を適宜省略する部分もある。
In the semiconductor element according to the second embodiment, the n-
第2実施形態に係る半導体素子は、半導体層28と、電極20,30と、保護層40と、絶縁層42と、接合層50と、密着層60と、導電性基板70と、メタライズ層80と、を少なくとも有する。
The semiconductor element according to the second embodiment includes a
より具体的には、本実施形態における半導体層28は、上面側から順に、n型窒化物半導体層22、活性層24、p型窒化物半導体層26を有する。n型窒化物半導体層22は、上面側の面にn側電極20が接続され、さらにn側電極20の少なくとも一部が露出されるように保護膜40が設けられる。n側電極20は、第1実施形態と同様に、最表面に第1金属層、第1金属層よりも半導体層側に第2金属層の構成(図示しない)を有する。また、p型窒化物半導体層26は、下面側の面にp側電極30が接続され、そのp側電極30の周囲を囲むように離間して絶縁層42が設けられる。p側電極30は、n側電極20と同じ積層構造を有しても良いが、これに限定されない。また、本実施形態における保護層40と絶縁層42とは、同一部材からなり、半導体層28の側面で界面無く連続して設けられる。絶縁層42は、半導体28を挟んでn側電極20と対向するように配置されており、半導体層28と接する面側に密着層60が設けられる。p側電極30および絶縁層42の下面には、接合層50が覆うように設けられ、p側電極30と電気的に接続される。さらに接合層50は、絶縁層42及び密着層60と、p側電極30との離間した部分を埋めるように設けられる。また、接合層50の下面には、導電性基板70,メタライズ層80が順に設けられる。
More specifically, the
以上の構成を有する第2実施形態に係る半導体素子は、第1実施形態に係る半導体素子と同様に、順電圧(Vf)を低減することができる。 The semiconductor element according to the second embodiment having the above-described configuration can reduce the forward voltage (Vf), similarly to the semiconductor element according to the first embodiment.
半導体素子を作製し、電極の積層構造について本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 An example in which a semiconductor element was fabricated and the effect of the present invention was confirmed with respect to a laminated structure of electrodes will be described in comparison with a comparative example that does not satisfy the requirements of the present invention. In addition, this invention is not limited to this Example.
(半導体素子の作成)
以下の方法により、比較例1,実施例1〜3として図4および図5に示す、第2実施形態に係る構造の半導体素子を作製する。
サファイア等からなる成長用基板(図示しない)の上に、MOVPE反応装置にて、n型窒化物半導体22層,発光層24,p型窒化物半導体層26の順に成長させて半導体層28を形成する。
(Creation of semiconductor elements)
The semiconductor device having the structure according to the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5 as Comparative Example 1 and Examples 1 to 3 is manufactured by the following method.
On a growth substrate (not shown) made of sapphire or the like, a
次に、p型窒化物半導体層26の上表面に、レジストを用いてp側電極30の配置に対応したマスクを形成し、スパッタリングによって、Ag,Ni,Ti,Ptを連続的に順次成膜してp側電極30を形成する。その後、さらにp側電極30の上にレジストを用いてマスクを形成し、スパッタリングによってTiを成膜してTi層60を形成し、続けてSiO2を成膜してSiO2層42を形成した後、マスクを除去する。続いて、マスクが除去されたSiO2層42とp側電極30の上部に、Pt,Au,AuSnを順次成膜して第1接合層50を形成する。
Next, a mask corresponding to the arrangement of the p-
一方、Si等の導電性基板70を用意し、導電性基板70の上表面に、Au,Pt,TiSi2を順次成膜して第2接合層50を形成する。また、導電性基板70の下表面にAgを成膜してメタライズ層80を形成する。
On the other hand, a
次に、第1接合層50と第2接合層50とを貼り合わせ、150℃〜350℃程度で加熱して接合する。これにより、第1接合層50の一部と第2接合層50の一部とが共晶を形成し、半導体層28と導電性基板70とが接着される。
Next, the 1st joining layer 50 and the 2nd joining layer 50 are bonded together, and it heats and joins at about 150 ° C-350 ° C. As a result, a part of the first bonding layer 50 and a part of the second bonding layer 50 form a eutectic, and the
次に、成長用基板側からレーザ照射もしくは研磨等を行って、成長用基板を除去した後、露出した半導体層(n型窒化物半導体層)22を化学研磨(CMP)する。さらに、研磨面において、半導体層28を挟んでSiO2層42と対向し、かつp側電極30と重なり合わない部位に、n側電極20が形成されるようにレジストを用いてマスクを形成する。そして、スパッタリングによって、半導体層22の上にTi,Pt,Cu,Ru,Auの順に成膜してn側電極20を形成後、さらに下地層(図示しない)としてTi,SiO2,Alを順に成膜する。なお、具体的なn側電極20の構造および各層の厚さについては、表2に示す構造とする。そして、ここでマスクを設けた部分、つまりn側電極20が形成されていない領域をRIE(反応性イオンエッチング)により穿孔して半導体層22を露出させる。最後に、露出された半導体層22に保護層40を形成した後、パッド部としてn側電極20の表面(第1金属層)が露出するように、保護層40および下地層を部分的にエッチングして、半導体素子とする。
Next, laser irradiation or polishing is performed from the growth substrate side to remove the growth substrate, and then the exposed semiconductor layer (n-type nitride semiconductor layer) 22 is chemically polished (CMP). Further, on the polished surface, a mask is formed using a resist so that the n-
以上、作製した半導体素子における初期特性を評価するために、順電圧(Vf)を測定する。なお、この測定に用いる電流値は1Aである。 As described above, the forward voltage (Vf) is measured in order to evaluate the initial characteristics of the manufactured semiconductor element. The current value used for this measurement is 1A.
(初期特性の評価)
電極構造と順電圧(Vf)の関係を、表2に示す。なお、表2における順電圧(Vf)は小数点以下3桁を四捨五入した値である。
(Evaluation of initial characteristics)
Table 2 shows the relationship between the electrode structure and the forward voltage (Vf). In addition, the forward voltage (Vf) in Table 2 is a value obtained by rounding off three decimal places.
表2に示すように、「Ti/Pt/Ru/Au」の電極構造を有する比較例1は、順電圧が3.49Vであるのに対し、Pt層とRu層との間にCu層を有する「Ti/Pt/Cu/Ru/Au」の実施例1〜3は、順電圧が3.46V、3.41V、3.39Vといずれも比較例1の順電圧よりも低いことが分かる。さらに、実施例2および実施例3のように、Cu層の膜厚を50nm以上、つまりAu層の膜厚以上の厚さにすることによって、順電圧がそれぞれ比較例1よりも−0.08,−0.10と大きく低減されており、特に、実施例2においてはCu層の膜厚に対する順電圧の低下が最も大きいことが分かる。 As shown in Table 2, Comparative Example 1 having an electrode structure of “Ti / Pt / Ru / Au” has a forward voltage of 3.49 V, whereas a Cu layer is interposed between the Pt layer and the Ru layer. It can be seen that Examples 1 to 3 of “Ti / Pt / Cu / Ru / Au” have a forward voltage of 3.46 V, 3.41 V, and 3.39 V, all lower than the forward voltage of Comparative Example 1. Further, by setting the thickness of the Cu layer to 50 nm or more, that is, the thickness of the Au layer or more as in Example 2 and Example 3, the forward voltage is −0.08 than that of Comparative Example 1, respectively. , −0.10, which is greatly reduced. In particular, in Example 2, the decrease in forward voltage with respect to the thickness of the Cu layer is the largest.
このように、本発明によれば、電極が、第1金属層であるAu層よりも電気導電率の高い第2金属層であるCu層を有する、つまり、電極のシート抵抗を下げて電流拡散性を向上させることによって、順電圧(Vf)が低減された半導体素子とすることができる。 As described above, according to the present invention, the electrode has the Cu layer that is the second metal layer having higher electrical conductivity than the Au layer that is the first metal layer, that is, the current diffusion is reduced by reducing the sheet resistance of the electrode. By improving the property, a semiconductor element with reduced forward voltage (Vf) can be obtained.
以上、本発明について実施形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。 The present invention has been described in detail with reference to the embodiments and examples. However, the gist of the present invention is not limited to the above-described contents, and the scope of right is widely interpreted based on the description of the claims. There must be. Needless to say, the contents of the present invention can be widely modified and changed based on the above description.
例えば、本発明に係る半導体素子の電極は、前記実施形態および前記実施例(図2および図5参照)に係る半導体素子に限らず、例えばn側電極を導電性基板の裏面(下面)側に設けた半導体素子に適用することもできる(図示せず)。また、第1金属層において、前記実施形態ではAuを適用することとしたが、ボンディング性に優れ、一般的に適用されるAl(Al合金を含む)等の金属を適用してもよい。その他、半導体素子の構造は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、適宜他の構造としてもよい。 For example, the electrode of the semiconductor element according to the present invention is not limited to the semiconductor element according to the embodiment and the example (see FIGS. 2 and 5). For example, the n-side electrode is on the back surface (lower surface) side of the conductive substrate. It can also be applied to a provided semiconductor element (not shown). In the first embodiment, Au is applied to the first metal layer. However, a metal such as Al (including an Al alloy) that is excellent in bonding properties and generally applied may be applied. In addition, the structure of the semiconductor element may be appropriately changed as long as it does not depart from the gist of the present invention.
10 半導体素子
1 基板
2,22 n型窒化物半導体層
3,24 活性層
4,26 p型窒化物半導体層
5,30 p側電極
6 透光性電極
7p p側パッド電極
7n,20 n側電極(n側パッド電極)
7 パッド電極
71 オーミック接触層
71a Ti層
71b Pt層
72 第1バリア層
73 第2金属層
74 第3金属層
75 第1金属層
8 下地層
81 第2バリア層
82 密着層
9,40 保護層
28 半導体層
42 絶縁層(SiO2層)
50 接合層(第1接合層、第2接合層)
60 密着層(Ti層)
70 導電性基板
80 メタライズ層
DESCRIPTION OF
7 Pad electrode 71
50 bonding layers (first bonding layer, second bonding layer)
60 Adhesion layer (Ti layer)
70
Claims (3)
前記n側パッド電極は、最表面にAu層、前記Au層から前記半導体層側に、Ru層、Cu層、Ru層が順に積層された構成を有しており、
前記Cu層の膜厚は、前記Au層の膜厚以上の厚さであることを特徴とする半導体発光素子。 A semiconductor layer in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are stacked in order from the upper surface side that is a light extraction surface, and an n-side pad provided on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer A semiconductor light emitting device having an electrode,
The n-side pad electrode, an Au layer on the outermost surface, the semiconductor layer side from the Au layer, a Ru layer, Cu layer has a structure in which Ru layer are sequentially laminated,
The semiconductor light emitting element, wherein the Cu layer has a thickness greater than or equal to the thickness of the Au layer .
前記Ti層が、前記n型窒化物半導体層の上面に接続されている請求項1に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the Ti layer is connected to an upper surface of the n-type nitride semiconductor layer.
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