DE69433926T2 - Halbleitervorrichtung aus einer galliumnitridartigen III-V-Halbleiterverbindung - Google Patents

Halbleitervorrichtung aus einer galliumnitridartigen III-V-Halbleiterverbindung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung mit III-V-Verbindungshalbleitermaterial auf Galliumnitridbasis und ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • In den letzten Jahren wurde ein hohes Maß an Aufmerksamkeit auf lichtemittierende Einrichtungen gerichtet, die III-V-Halbleiter auf Galliumnitridbasis wie z. B. GaN, GaAlN, InGaN und InAlGaN verwenden. Eine solche lichtemittierende Einrichtung hat eine Struktur, in welcher eine Schicht eines n-leitenden III-V-Verbindungshalbleiters auf Galliumnitridbasis und eine Schicht eines mit einem Störstoff vom p-Typ dotierten III-V-Verbindungshalbleiters auf Galliumnitridbasis auf einem Substrat übereinanderliegen.
  • Beim Stand der Technik bleibt die Schicht des mit einem p-Störstoff dotierten galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiters als Schicht vom hochohmigen i-Typ. Deswegen hat das Bauelement nach dem Stand der Technik eine sogenannte MIS-Struktur. Neuerdings sind in JP-A-2-257679, JP-A-3-218325 und JP-A-5-183189 Techniken beschrieben worden, um die hochohmige Verbindungshalbleiterschicht vom i-Typ in eine p-leitende Schicht umzuwandeln, und somit ist es nun möglich geworden, beispielsweise lichtemittierende Bauelemente mit pn-Übergang aus III-V-Verbindungshalbleitern auf Galliumnitridbasis zu realisieren.
  • Nachdem solche III-V-Halbleitereinrichtungen auf Galliumnitridbasis mit pn-Übergang entwickelt worden sind, hat sich gezeigt, daß man bei einer Elektrode, die in direktem Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht oder der n-leitenden Halbleiterschicht gebildet ist, verschiedenen Problemen begegnet.
  • Derzeit haben III-V-Halbleitereinrichtungen auf Galliumnitridbasis mit pn-Übergang eine p-leitende Schicht eines III-V-Verbindungshalbleiters als oberste Halbleiterschicht, wegen der Beschränkung, die der Herstellung auferlegt ist. Ferner wird gewöhnlich ein Saphirsubstrat für eine solche Einrichtung verwendet. Anders als ein halbleitendes Substrat, wie es für die andere lichtemittierende Halbleitereinrichtung verwendet wird, ist Saphir elektrisch isolierend. Somit ist es nicht möglich, direkt auf das Substrat Elektroden aufzubringen, um der Verbindungshalbleiterschicht einen vorbestimmten Strom zuzuführen, der die Einrichtung zur Lichtemission veranlaßt. Eine p-Elektrode und eine n-Elektrode müssen in direktem Kontakt mit der p-leitenden Verbindungshalbleiterschicht bzw. der n-leitenden Verbindungshalbleiterschicht gebildet werden. Die p-Elektrode wird gewöhnlich so gebildet, daß sie im wesentlichen die gesamte Oberfläche der p-leitenden Verbindungshalbleiterschicht bedeckt, um die gleichmäßige Stromzufuhr zur gesamten p-leitenden Verbindungshalbleiterschicht sicherzustellen und dadurch eine gleichförmige Lichtemission von der Einrichtung zu erhalten. Da aber die nach dem Stand der Technik verwendete p-Elektrode nicht lichtdurchlässig ist, muß das von der bekannten lichtemittierenden Einrichtung emittierte Licht an der Seite des Substrats beobachtet werden, die derjenigen Seite abgewandt ist, auf welcher die Verbindungshalbleiterschichten gebildet sind. Eine solche Leuchtdiode mit einem III-V-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis ist z. B. beschrieben in EP-A-0 483 688.
  • Bei der Montage eines Chips mit einer solchen vorbekannten lichtemittierenden Verbindungshalbleitereinrichtung an Bondrahmen ist des daher notwendig, einen einzelnen derartigen Chip an zwei Bondrahmen anzuordnen, wobei die p- und n-Elektroden nach unten weisen, um die entgegengesetzte Seite des Substrats, auf welcher keine Halbleiterschichten gebildet sind, nach oben zu richten. Kurz gesagt müssen ein einzelner Chip und die beiden getrennten Bondrahmen rittlings zusammensitzen. In diesem Fall müssen die beiden Bondrahmen in einem gewissen Abstand voneinander sitzen, um einen elektrischen Kurzschluß zwischen der p-leitenden und der n-leitenden Verbindungshalbleiterschicht zu vermeiden, was unvermeidlich zu einer großen Abmessung des Chips führt, z. B. 1 mm im Quadrat oder mehr. Dies führt zu einer Verminderung der Anzahl an Chips, die aus einem einzigen Halbleiterwafer geschnitten werden können. Ferner erforderlich sind eine sehr präzise Positionierung der beiden Bondrahmen sowie feine Ätztechniken für Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis.
  • Als nächstes sei eine n-Elektrode beschrieben.
  • Wie oben erwähnt, konnten III-V-Verbindungshalbleitereinrichtungen auf Galliumnitridbasis erst in den letzten Jahren mit pn-Übergang realisiert werden. Bei den bekannten Einrichtungen einer MIS-Struktur nutzt eine Elektrode eine Schottky-Barriere mit der hochohmigen i-leitenden Halbleiterschicht, und auf die n-Elektrode wurde fast keine Aufmerksamkeit gerichtet.
  • Als Material für eine n-Elektrode bei der vorbekannten lichtemittierenden III-V-Verbindungshalbleitereinrichtung auf Galliumnitridbasis ist z. B. in der JP-A-55-942 Aluminium oder eine Legierung davon offenbart. Häufig wird auch Indium verwendet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Aluminium und Indium kaum einen ohmschen Kontakt mit der n-leitenden III-V-Verbindungshalbleiterschicht auf Galliumnitridbasis herstellen können und dazu neigen, bei einer Wärmebehandlung zu entarten, wodurch die elektrische Leitfähigkeit verlorengeht.
  • Nach dem bisherigen Stand der Technik jedenfalls wurden keine Elektrodenmaterialien entwickelt, die einen genügend zufriedenstellenden ohmschen Kontakt mit III-V-Verbindungshalbleiterschichten auf Galliumnitridbasis herstellen konnten.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung mit III-V-Verbindungshalbleitermaterial auf Galliumnitridbasis zu schaffen, die mit einer Elektrode verse hen ist, welche einen ohmschen Kontakt mit einer in der Einrichtung vorgesehenen III-V-Verbindungshalbleiterschicht auf Galliumnitridbasis bildet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung mit III-V-Verbindungshalbleitermaterial auf Galliumnitridbasis zu schaffen, die mit einer p-Elektrode versehen ist, welche die Beobachtung des von der Einrichtung emittierenden Lichts von einer Seite des Substrats erlaubt, auf welcher eine III-V-Verbindungshalbleiterschicht auf Galliumnitridbasis gebildet ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine III-V-Verbindungshalbleitereinrichtung auf Galliumnitridbasis mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 bereitgestellt.
  • Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung läßt sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gewinnen.
  • 1 ist eine Schnittansicht, welche schematisch eine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete lichtemittierende Einrichtung mit daran befestigten Bondrahmen zeigt;
  • 2 ist ein Schaubild, das eine Strom/Spannungs-Charakteristik einer p-Elektrode der Erfindung zeigt, wobei das Teilungsintervall der X-Achse gleich 0,5 V und das Teilungsintervall der Y-Achse gleich 0,2 mA ist;
  • 3 zeigt in einem Schrägriß eine lichtemittierende Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 ist die Ansicht eines Schnittes entlang der Linie IV-IV der 3;
  • 5 zeigt in einer Schrägrißdarstellung eine Modifikation der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 6 zeigt in einer Schnittansicht eine lichtemittierende Einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 7 zeigt in einer Schnittansicht eine erste Modifikation der dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 8 zeigt in einer Schnittansicht eine zweite Modifikation der dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 9 zeigt in einer Schnittansicht eine dritte Modifikation der dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 10. zeigt in einer Schnittansicht eine lichtemittierende Verbindungshalbleitereinrichtung gemäß einer illustrierenden Ausführungsform;
  • 11A bis 11D sind Schaubilder, welche die Strom/Spannungs-Charakteristiken verschiedener n-Elektroden zeigen, zusammen mit Vergleichsbeispielen, wobei ein Teilungsintervall jeder X-Achse gleich 0,5 V und ein Teilungsintervall jeder X-Achse gleich 50 μA ist;
  • 12A bis 12D sind Schaubilder, die Strom/Spannungs-Charakteristiken verschiedener n-Elektroden gemäß der Erfindung zeigen, zusammen mit Vergleichsbeispielen, wobei ein Teilungsintervall jeder X-Achse gleich 0,5 V und ein Teilungsintervall jeder Y-Achse gleich 50 μA ist;
  • 13A bis 13D sind Schaubilder, die Strom/Spannungs-Charakteristiken verschiedener n-Elektroden gemäß der Erfindung zeigen, zusammen mit Vergleichsbeispielen, wobei ein Teilungsintervall jeder X-Achse gleich 0,5 V und ein Teilungsintervall jeder Y-Achse gleich 50 μA ist;
  • 14A bis 14D sind Schaubilder, die Strom/Spannungs-Charakteristiken verschiedener n-Elektroden gemäß der Erfindung zeigen, zusammen mit Vergleichsbeispielen, wobei ein Teilungsintervall jeder X-Achse gleich 0,5 V und ein Teilungsintervall jeder Y-Achse gleich 50 μA ist;
  • 15 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Haftungsprüfung für n-Elektroden;
  • 16 zeigt in einer Schnittansicht teilweise eine lichtemittierende Verbindungshalbleitereinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, und
  • 17A bis 17D sind Schaubilder, die Strom/Spannungs-Charakteristiken verschiedener n-Elektroden bei der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigen, gemeinsam mit Ver gleichsbeispielen, wobei ein Teilungsintervall jeder X-Achse gleich 0,5 V und ein Teilungsintervall jeder Y-Achse gleich 50 μA ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung gilt die Bezeichnung "III-V-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis" bzw. "galliumnitridbasierter III-V-Verbindungshalbleiter" für einen Nitridhalbleiter eines Elementes der III. Gruppe des Periodensystems, der Gallium enthält, wie z. B. GaN, GaAlN, InGaN oder InAlGaN. Ein solcher Verbindungshalbleiter kann durch die nachstehende Formel dargestellt werden: InxAlyGa1–x–yN, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird der Ausdruck "ohmsch" in dem Sinne verwendet, wie er gewöhnlich auf dem Gebiet der Halbleiter benutzt wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "lichtdurchlassend" oder "lichtdurchlässig" in Verbindung mit einer Elektrode, daß die Elektrode mindestens 1% des Lichts durchläßt, das von der lichtemittierenden galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleitereinrichtung emittiert wird, und bedeutet nicht unbedingt farblos, transparent. Eine lichtdurchlässige Elektrode läßt gewöhnlich 20 bis 40% oder mehr des von der Einrichtung emittierten Lichts durch.
  • Wenn ferner bei der vorliegenden Erfindung ein metallisches Material zwei oder mehr Metalle umfaßt oder enthält, können diese Metalle im voraus miteinander legiert worden sein, oder das metallische Material kann aus einer mehrschichtigen Struktur bestehen, in welcher die Schichten der Metalle nacheinander aufgeschichtet sind. Wenn ein metallisches Material zwei oder mehr Metalle enthält, ist der Gehalt jedes Metalls nicht in besonderer Weise beschränkt. Vorzugsweise sollte das Material aber mindestens 1 Atom-% jedes Metalls enthalten.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren beschrieben. Gleiche Teile oder Bereiche sind in den verschiedenen Figuren jeweils mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
  • Die 1 zeigt schematisch eine lichtemittierende Verbindungshalbleitereinrichtung 10 auf Galliumnitridbasis gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die lichtemittierende Einrichtung (LED) 10 hat ein transparentes und elektrisch isolierendes Substrat 11 wie z. B. Saphir. Auf einer ersten Hauptoberfläche 11a des Substrats 11 ist eine Schicht 12 eines n-leitenden III-V-Verbindungshalbleiters auf Galliumnitridbasis gebildet, mit einer Dicke von z. B. 0,5 μm bis 10 μm. Die n-leitende Halbleiterschicht 12 ist vorzugsweise dotiert mit einem Störstoff vom n-Typ wie z. B. Silicium (Si), Germanium (Ge), Selen (Se), Schwefel (S) oder Tellur (Te), obwohl ein Störstoff vom n-Typ nicht unbedingt eingebracht sein muß.
  • Auf der Oberfläche der n-leitenden Halbleiterschicht 12 ist eine Schicht 13 eines p-leitenden III-V-Verbindungshalbleiters auf Galliumnitridbasis gebildet, mit einer Dicke von z. B. 0,01 μm bis 5 μm. Die p-leitende Halbleiterschicht 13 ist dotiert mit einem Störstoff vom p-Typ wie z. B. Beryllium (Be), Strontium (Sr), Barium (Ba), Zink (Zn) oder Magnesim (Mg), und ist auf einer Temperatur von 400°C oder mehr wärmebehandelt worden (bezüglich dieser Wärmebehandlung sei verwiesen auf die JP-A-5-183189, eingereicht vom hier vorliegenden Rechtsträger, oder auf die US-A-5,306,662, die am 2. November 1992 eingereicht und an den vorliegenden Rechtsträger übertragen wurde.
  • Die p-leitende Halbleiterschicht 13 ist teilweise weggeätzt, zusammen mit einem Oberflächenteil der n-leitenden Halbleiterschicht, um die Oberfläche der n-leitenden Halbleiterschicht 12 teilweise freizulegen. Auf dem freigelegten Oberflächenbe reich der n-leitenden Halbleiterschicht 12 ist eine n-Elektrode 14 gebildet.
  • Eine erfindungsgemäße Elektrode 15 vom p-Leitungstyp ist so gebildet, daß sie im wesentlichen die gesamte Oberfläche der p-leitenden Halbleiterschicht 13 direkt bedeckt. Die p-Elektrode ist eine lichtdurchlässige, ohmsche Elektrode, die ein metallisches Material enthält. Die p-Elektrode kann aus irgendeinem geeigneten metallischen Material gebildet sein. Das die p-Elektrode 15 bildende metallische Material kann ein oder mehrere Metalle aus der Menge Gold, Nickel, Platin, Aluminium, Zinn, Indium, Chrom und Titan enthalten. Ein metallisches Material, das vorteilhafte ohmsche Eigenschaften bringt, enthält mindestens zwei Metalle aus der Menge Chrom, Nickel, Gold, Titan und Platin. Ein besonders bevorzugtes metallisches Material enthält Gold und Nickel. Das Gold und das Nickel werden vorzugsweise so gebildet, daß eine Nickelschicht in direktem Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht 13 gebildet wird und eine Goldschicht auf der Nickelschicht gebildet wird.
  • Wie oben erwähnt, können, wenn das metallische Material für die p-Elektrode 14 zwei oder mehr Metalle enthält, diese Metalle zuvor miteinander legiert werden, oder das metallische Material kann aus einer mehrschichtigen Struktur bestehen. Die im metallischen Material einer solchen mehrschichtigen Struktur enthaltenen Metalle können bei einer Wärmebehandlung eine Legierung bilden, wie es unten beschrieben ist.
  • Die p-Elektrode 15 kann hergestellt werden, indem auf der p-leitenden Halbleiterschicht 13 eine Schicht eines metallischen Materials gebildet wird, unter Anwendung einer herkömmlichen Ablagerungstechnik wie z. B. Aufdampfung oder Zerstäubung und durch Wärmebehandlung der Schicht metallischen Materials. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 400°C oder mehr durchgeführt. Die Metallmaterialschicht neigt dazu, keinen guten ohmischen Kontakt mit der p-leitenden Halb leiterschicht 13 zu bilden, wenn sie auf einer Temperatur unterhalb 400°C wärmebehandelt wird. Selbstverständlich sollte die Wärmebehandlung bei einer Temperatur erfolgen, die unterhalb der Zersetzungstemperatur (etwa 1200°C) des galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiters liegen. Vorzugsweise sollte die Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung unter einer nicht-oxidativen oder inerten Atmosphäre wie z. B. Stickstoff durchgeführt werden.
  • Die Wirkungen der am p-Elektrodenmaterial durchgeführten Wärmebehandlung sind ähnlich wie in der oben genannten US-A-5,306,662 beschrieben. Das heißt, ein galliumnitridbasierter III-V-Verbindungshalbleiter, der durch ein Aufwachsverfahren aus der Dampfphase gewachsen und mit einem p-Störstoff dotiert ist, erfährt eine Verminderung seines spezifischen elektrischen Widerstandes, wenn er auf einer Temperatur von 400°C oder mehr wärmebehandelt wird. Dies rührt daher, daß die Wasserstoffatome, die an die Akzeptor-Störstellen im so gewachsenen Verbindungshalbleiter gebunden sind, durch Wärmebehandlung bei 400°C oder mehr ausgetrieben werden, um die Akzeptor-Störstellen zu aktivieren. Somit erhöht sich effektiv eine Ladungsträgerkonzentration im Verbindungshalbleiter, um einen zufriedenstellenden ohmschen Kontakt zu erhalten, wenn das Material der p-Elektrode auf einer Temperatur von 400°C oder mehr wärmebehandelt wird. Ein bevorzugtes Material für die p-Elektrode, das einen hervorragenden ohmschen Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht bildet, sind Nickel und Gold, unabhängig, ob lichtdurchlässig oder nicht.
  • Ein für die p-Elektrode 15 verwendetes metallisches Material wird vorzugsweise so gebildet, daß das wärmebehandelte Material eine Dicke von 0,001 μm bis 1 μm hat. Während der Wärmebehandlung diffundiert die Schicht des metallischen Materials teilweise in die p-leitende Halbleiterschicht 15 und wird teilweise nach außen gestreut. Durch Justierung der Dicke der endgültigen Elektrode auf 0,001 μm bis 1 μm kann die p-Elektrode lichtdurchlässig gemacht werden. Eine Dicke von mehr als 1 μm kann zwar vorgesehen werden, jedoch neigt die Metallmaterialschicht dann dazu, metallfarbig zu werden, was die Lichtdurchlässigkeit mindert. Vom Gesichtspunkt der Lichtdurchlässigkeit her ist die p-Elektrode 15 vorzugsweise dünner innerhalb des obigen Dickenbereichs. Allerdings besteht bei zu geringer Dicke die Neigung, daß sich der Kontaktwiderstand zwischen der Elektrode 15 und der p-leitenden Halbleiterschicht 13 stark erhöht. Somit beträgt die Dicke der p-Elektrode 15 besser 0,005 μm bis 0,2 μm und am besten 0,01 μm bis 0,2 μm.
  • Die p-leitende Elektrode ist lichtdurchlässig und stellt einen bevorzugten ohmschen Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht her, was die Durchlaßspannung der lichtemittierenden Einrichtung vermindert und dadurch den Lichtemissionswirkungsgrad der Einrichtung steigert.
  • Experiment 1
  • Auf eine p-leitende, mit Zink dotierte GaN-Schicht wurden eine Nickelschicht mit einer Dicke von 0,1 μm und dann eine Goldschicht mit einer Dicke von 0,1 μm aufgedampft und auf 600°C wärmebehandelt, um sie zu legieren und so eine lichtdurchlässige p-Elektrode zu schaffen. Die Dicke der Elektrode betrug 0,03 μm. Die Strom/Spannungs-Charakteristik dieser p-Elektrode ist mit der Linie A in 2 gezeigt. Wie man in dieser Figur erkennt, bildet diese p-leitende Elektrode einen guten ohmschen Kontakt mit dem p-leitenden galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiter.
  • Es sei wiederum die 1 betrachtet. Die lichtemittierende Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die eine lichtdurchlässige ohmsche p-Elektrode 15 hat, erlaubt es, das von der Einrichtung emittierte Licht durch die p-Elektrode 15 hindurch wahrzunehmen. Daher kann, wie in 1 gezeigt, die Einrichtung auf einem becherförmigen Bondrahmen 18 angeordnet werden, wie er im allgemeinen verwendet wird, um eine licht emittierende Einrichtung zu halten, die andere Halbleiter als galliumnitridbasierte III-V-Verbindungshalbleiter verwenden. Wie gezeigt, ist die untere Oberfläche des Substrats, auf welcher keine Halbleiterschichten gebildet sind, d. h. eine der Hauptoberfläche 11a entgegengesetzte zweite Hauptoberfläche 11b, zum Bondrahmen 18 hin gerichtet.
  • Die p-leitende Elektrode 15 ist an einer Bondinsel 17, die auf einem Teil der Oberfläche der p-leitenden Elektrode 15 gebildet ist, mit einem Verbindungsdraht 21 wie z. B. einem Golddraht verbunden. Der Verbindungsdraht ist seinerseits mit einem gesonderten Bondrahmen (Metallpfosten) 19 verbunden. Die n-Elektrode 14 ist mit dem becherähnlichen Bondrahmen 18 über einen Verbindungsdraht 20 wie z. B. einem Golddraht verbunden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Bondinsel 17 vorzugsweise aus Gold allein oder aus einem metallischen Material gebildet, das mindestens zwei Metalle einschließlich Gold und kein Aluminium oder Chrom enthält. Ein solches metallisches Material kann vorzugsweise Gold, Titan, Nickel, Indium und/oder Platin enthalten. Diese Metallmaterialien zeigen eine gute Haftung an der p-Elektrode 13 und auch eine gute Haftung an einem Metallball, der von einem Verbindungsdraht während des Drahtbondens gebildet wird. Außerdem migrieren diese metallischen Materialien während der Wärmebehandlung oder während der Strombeaufschlagung, welche die Einrichtung zum Zwecke der Lichtemission erfährt, nicht in die p-Elektrode, um sie verschlechtern zu können (Reduzierung der Lichtdurchlässigkeit). Ein Metallmaterial, das Chrom oder Aluminium enthält, migriert während des Anlegens von Strom in einer relativ kurzen Zeitperiode (z. B. 500 Stunden) in die p-Elektrode und verschlechtert sie.
  • Experiment 2
  • Eine Bondinsel wurde gebildet auf einer p-Elektrode 15 der in 1 gezeigten Einrichtung, die als Substrat 11 ein Saphir substrat, als n-leitende Halbleiterschicht 12 eine 4 μm dicke n-leitende GaN-Schicht und als p-leitende Halbleiterschicht 13 eine 1 μm dicke p-leitende, mit Magnesium dotierte GaN-Schicht aufweist. Die p-Elektrode 15 wurde hergestellt durch Bilden einer Nickelschicht auf eine Dicke von 0,1 μm und dann einer Goldschicht auf eine Dicke von 0,1 μm und Wärmebehandeln dieser Schichten bei 600°C, um sie zu legieren und die Elektrode lichtdurchlässig zu machen. Die Dicke der so gebildeten p-Elektrode betrug 0,05 μm.
  • Jede Bondinsel wurde gebildet aus jeweils verschiedenen Metallmaterialien, die in der untenstehenden Tabelle 1 angegeben sind, derart, daß eine Schicht eines Metalls, das in der Reihe der Tabelle 1 steht, direkt auf die p-Elektrode aufgedampft wurde und darauf dann eine Schicht eines Metalls, das in der Zeile der Tabelle 1 steht, aufgedampft wurde. Diese Metallschichten wurden gleichzeitig mit dem Wärmebehandeln der p-Elektrode wärmebehandelt. Der Verbindungsdraht war ein Golddraht.
  • Jede so hergestellte Einrichtung wurde dazu gebracht, Licht kontinuierlich für die Dauer von 500 Stunden zu emittieren, und die Einflüsse der Bondinsel auf die p-Elektrode wurden untersucht. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle 1 angegeben.
  • Tabelle 1
    Figure 00130001
  • In der Tabelle 1 steht das Symbol VG für "sehr gut" und bedeutet, daß die Bondinsel lichtdurchlässig geblieben war, unter Beibehaltung der anfänglichen Lichtdurchlässigkeit, und daß sich die ohmische Eigenschaft zwischen der p-Elektrode und der p-leitenden Halbleiterschicht nicht geändert hatte. Das Symbol G steht für "gut" und bedeutet, daß der die Bondinsel umgebende Bereich der p-Elektrode eine leichte Farbänderung erfahren hatte, ohne jedoch das Licht von der Einrichtung wesentlich zu dämpfen, und daß sich die ohmische Eigenschaft zwischen der p-Elektrode und der p-leitenden Halbleiterschicht nicht geändert hatte. Das Symbol B steht für "schlecht" und bedeutet, daß die Lichtdurchlässigkeit der p-Elektrode verlorengegangen war und daß außerdem die ohmische Eigenschaft zwischen der p-Elektrode und de p-leitenden Halbleiterschicht verlorengegangen war. Das Symbol "–" bedeutet, daß die Bondinsel schlechte Haftung an dem Goldball hatte und somit die Drahtanbindung schwer herzustellen war.
  • Wie in der Tabelle 1 gezeigt, ändert die p-Elektrode ihre Farbe überhaupt nicht und behält die anfängliche Lichtdurchlässigkeit bei, wenn die Bondinsel aus dem selben Metallmaterial wie die p-Elektrode gebildet ist, d. h. aus Ni-Au. Die gleichen Vorteile werden erzielt, wenn die Bondinsel aus Gold gebildet ist. Cr oder Al hingegen migrierte prompt in die p- Elektrode und verschlechterte deren Eigenschaften, auch wenn Gold darin enthalten war.
  • Experiment 3
  • Experimente wurden in der gleichen weise wie beim Experiment 2 durchgeführt, nur daß die p-Elektrode aus Au-Ti gebildet wurde (diese Elekrode war hinsichtlich der ohmschen Eigenschaft etwas weniger gut als die Ni-Au-Elektrode). Als Folge erhielt die aus Gold allein oder aus Au-Ti gebildete Bondinsel das Resultat "VG". Die aus Gold und einem anderen Metall als Aluminium oder Chrom (z. B. Nickel, Titan, Indium oder Platin) gebildete Bondinsel erhielt das Resultat "G". Die Bondinsel, die aus einem metallischen Material gebildet wurde, welches Gold und Aluminium oder Chrom enthielt, erhielt das Resultat "B".
  • Experiment 4
  • Experimente wurden in der gleichen Weise durchgeführt wie beim Experiment 2, nur daß die p-Elektrode aus Au-Al gebildet wurde (diese p-Elektrode war hinsichtlich ihrer ohmschen Eigenschaft etwas geringwertiger als die Ni-Au-Elektrode). Als Folge erhielt die aus Gold allein gebildete Bondinsel das Resultat "VG". Die aus Gold und einem anderen Metall als Aluminium und Chrom (d. h. Nickel, Titan, Indium oder Platin) gebildete Bondinsel erhielt das Resultat "V". Die Bondinsel, die aus Gold und Aluminium gebildet wurde, erhielt jedoch das Resultat "B", obwohl sie aus dem gleichen Material wie die p-Elektrode war. Ferner erhielt die aus Gold und Chrom gebildete Bondinsel ebenfalls das Resultat "B".
  • Die 3 ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Schnittes, der entlang der Linie IV-IV der 3 gelegt ist. Diese Ausführungsform betrifft eine Verbesserung an einer Bondinsel für die p-Elektrode. Wie in diesen Figuren gezeigt, ist in der p-Elektrode 15 ein Ausschnitt 311 gebildet, der einen Teil der Oberfläche der p-leitenden Halbleiterschicht 13 freilegt. Eine Bondinsel 32 haftet, durch den Ausschnitt 311 hindurchgreifend, fest an der p-leitenden Halbleiterschicht 13 und ist elektrisch mit der p-Elektrode 15 verbunden. Bei der gezeigten Ausführungsform füllt die Bondinsel 32 nicht nur den Ausschnitt 311 aus, sondern erstreckt sich auch über einen den Ausschnitt 311 umgebenden Bereich der p-Elektrode 15. Vorzugsweise liegt der Ausschnitt 311 und somit die Bondinsel 32 weitestmöglich entfernt von der auf der n-leitenden Halbleiterschicht 12 vorgesehenen n-Elektrode 14 (das gleiche gilt für die Einrichtung nach 1). Bei einer derartigen Anordnung kann sich der angelegte Strom über die gesamte p-leitende Halbleiterschicht 13 verteilen, um einen gleichmäßigen Lichtausgang von der Einrichtung zu erhalten. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Ausschnitt (Fenster) 311 in einem Eckbereich der lichtdurchlässigen p-Elektrode 15 angeordnet, und die n-Elektrode 14 ist in einem entgegengesetzten Eckbereich der n-leitenden Halbleiterschicht 12 angeordnet, auf einer diagonalen Linie des rechteckigen Wafers.
  • Da der ohmsche Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht 13 durch die p-Elektrode 15 hergestellt wird, kann die Bondinsel 32 aus einem metallischen Material gebildet sein, das keinen ohmschen Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht 13 bildet, obwohl sie auch aus einem metallischen Material hergestellt sein, das einen solchen ohmschen Kontakt bildet. Die Bondinsel 32 sollte aus einem metallischen Material gebildet werden, welches an der p-leitenden Halbleiterschicht 13 fester haftet als an der p-Elektrode 15. Da die Bondinsel 32 an der p-leitenden Halbleiterschicht 13 fester haftet als an der p-Elektrode 15, wird verhindert, daß sich die Bondinsel 13 und/oder die p-Elektrode 14 vom Substrat abschälen kann, auch wenn an der Bondinsel 32 durch einen Verbindungsdraht wie z. B. einen Golddraht während des Drahtbondens gezogen wird. Ein solches Material für die Bondinsel kann Aluminium allein sein oder ein metallisches Material, das mindestens zwei Metalle aus der Menge Chrom, Aluminium und Gold enthält. Wenn ein die Bondinsel 32 bildendes metallisches Material zwei oder mehr Metalle enthält, können diese Metalle zuvor legiert werden, oder das metallische Material kann eine Schicht aus einem Metall und eine darübergelegte Schicht aus dem anderen Metall aufweisen, wie weiter oben erwähnt. Die Metalle in der mehrschichtigen Struktur können gleichzeitig mit der an der p-Elektrode 15 durchgeführten Wärmebehandlung legiert werden. Diese metallischen Materialien mögen keinen guten ohmschen Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht 13 bilden, sie haften jedoch fest an dem p-leitenden Halbleitermaterial und schälen sich während des Vorgangs des Drahtbondens nicht vom Wafer ab. Deswegen können diese metallischen Materialien eine so geringe Dicke haben, daß sie lichtdurchlässig sind. Eine derartige Dünnfilm-Bondinsel läßt das von der Einrichtung emittierte Licht durch und vermindert den Lichtausgang der Einrichtung nicht wesentlich. Ferner kann die Bondinsel 32 aus einer mehrschichtigen Struktur sein, in welcher eine die p-Elektrode 15 direkt kontaktierende Schicht aus einem metallischen Material gebildet ist, das fester an der p-leitenden Halbleiterschicht 13 haftet, und die oberste Schicht aus einem Metall gebildet ist, das fester an dem den Verbindungsdraht bildenden Material haftet.
  • Experiment 5
  • 1000 lichtdurchlässige Bondinseln wurden auf einer p-leitenden GaN-Schicht geschaffen, indem nacheinander eine Nickelschicht und dann eine Goldschicht bis auf eine Gesamtdicke von 0,01 μm aufgedampft wurden. Andererseits wurde jeweils Cr-Al, Al-Au, Cr-Au und Al allein auf eine p-leitende GaN-Schicht bis auf eine Gesamtdicke von 0,01 μm aufgedampft, um auf jeder p-leitenden GaN-Schicht 1000 Bondinseln zu schaffen. Die Bondinseln wurden mit entsprechenden Golddrähten gebondet, und die Anzahl der Bondinseln, die sich beim Lösen der Golddrähte abschälten, wurde gezählt, um die Ausbeute der Bondinseln festzustellen. Die Ausbeute der aus Ni-Au gebildeten Bondinseln betrug etwa 60%, jedoch betrug die Ausbeute jeder der anderen Bondinseln 98% oder mehr.
  • Die Haftfestigkeit an der p-leitenden Halbleiterschicht 13 kann indessen verbessert werden, indem man die Dicke der Bondinsel 32 größer macht. Eine dicke Bondinsel hat zwar keine Lichtdurchlässigkeit, sie kann aber einen ohmschen Kontakt bilden, wenn sie aus demselben Material wie die p-Elektrode gebildet wird.
  • Die 5 zeigt eine Einrichtung ähnlich der Einrichtung nach 4, nur daß ein Ausschnitt 312 derart gebildet ist, daß ein Eckbereich der lichtdurchlässigen p-Elektrode 15 weggeschnitten ist. In 5 ist die den Ausschnitt 312 füllende Bondinsel nicht dargestellt, um den Ausschnitt 312 deutlich zu zeigen.
  • Die 6 veranschaulicht eine lichtemittierende Einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und zeigt eine Struktur ähnlich der Einrichtung nach 1, nur daß ein elektrisch isolierender, transparenter schützender Film (Schutzfilm 411) die dünne, lichtdurchlässige p-Elektrode 15 bedeckt. Der Schutzfilm hat eine derartige Transparenz, daß er 90% oder mehr des Lichts durchläßt. Der Schutzfilm ist isolierend und verhindert somit einen Kurzschluß zwischen der p-Elektrode 15 und dem metallenen Ball, der an der n-Elektrode 14 während des Vorgangs des Drahtbondens gebildet wird und dort verbleibt, selbst wenn der Metallball in Kontakt mit der p-Elektrode 15 ist. Außerdem ist der Schutzfilm transparent und läßt somit das von der Einrichtung emittierte Licht durch. Dementsprechend reduziert der Schutzfilm nicht den äußeren Quantenwirkungsgrad der Einrichtung. Ferner schützt der Schutzfilm die dünne p-Elektrode 15 vor Verkratzen und verhindert, daß sich die Bondinsel 17 oder die p-Elektrode 15 abschälen kann, selbst wenn daran vom Verbindungsdraht während des Vorgangs der Drahtbondens gezogen wird.
  • Für das den Schutzfilm bildende Material gelten keine besonderen Einschränkungen, solange es transparent und elektrisch isolierend ist. Ein bevorzugtes Material ist unter anderem Siliciumoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid. Diese Materialien sind farblos und transparent, unabhängig von der Dicke ihrer Bildung, und sind elektrisch isolierend. Daher dämpfen die aus diesen Materialien hergestellten Schutzfilme das von der Einrichtung emittierte Licht nicht wesentlich. Der Schutzfilm kann durch herkömmliche Aufdampfungs- oder Zerstäubungsverfahren gebildet werden. Hinsichtlich der Dicke des Schutzfilms gibt es keine besondere Einschränkung, üblicherweise beträgt sie jedoch 0,001 μm bis 10 μm.
  • Der vom Verbindungsdraht gebildete Metallball neigt dazu, während des Vorgangs der Drahtbondens in einem Bereich zwischen der n-Elektrode 14 und der Bondinsel 17 eine Brücke von der n-Elektrode 14 zur p-Elektrode 15 zu bilden. Deswegen bedeckt der in 6 gezeigte Schutzfilm 411 diesen Bereich vollständig.
  • Die 7 zeigt eine Struktur ähnlich der Struktur nach 6, nur daß der schützende Film (Schutzfilm 412) die gesamte freiliegende Oberfläche der p-Elektrode 15, die freiliegende Kantenfläche der p-leitenden Halbleiterschicht 13 und die freiliegende Fläche der n-leitenden Halbleiterschicht 12 bedeckt. Deswegen ist die Zuverlässigkeit der in 7 gezeigten Einrichtung viel besser als diejenige der Einrichtung nach 6.
  • Die 8 zeigt eine Struktur ähnlich der Struktur nach 6, nur daß der schützende Film (Schutzfilm 413) in kontinuierlicher Weise nahezu die gesamte Oberfläche des Wafers bedeckt, ausgenommen einen Bondbereich der n-Elektrode 14 zum Anschluß eines Verbindungsdrahts und einen Bondbereich der Bondinsel 17 zum Anschluß eines Verbindungsdrahts. Durch Bilden des Schutzfilms 413 auch auf der Oberfläche der Bondinsel 17 wird die Bondinsel fester gegen die p-Elektrode 15 gedrückt, was ein Abschälen der Bondinsel 17 von der p-Elektrode 15 verhindert. Der Schutzfilm 413 bedeckt auch die n-Elektrode 14 und verhindert dadurch ein Abschälen der n-Elektrode 14 von der n-leitenden Halbleiterschicht 12. So wird eine Einrichtung mit hervorragender Zuverlässigkeit geschaffen.
  • Die 9 zeigt eine Struktur ähnlich der Struktur nach 8, nur daß die n-Elektrode 14 und die Bondinsel 17 in einander entgegengesetzten Eckbereichen einer diagonalen Linie auf dem rechteckigen Wafer angeordnet sind. Die in Verbindung mit 3 beschriebenen Vorteile lassen sich ebenfalls durch diese Anordnung erzielen.
  • Als nächstes wird eine n-Elektrode beschrieben.
  • Eine n-Elektrode wird aus einem metallischen Material gebildet, das Titan und Aluminium und/oder Gold enthält, etwa aus einem metallischen Material, das Titan und Aluminium enthält, einem metallischen Material, das Titan und Gold enthält, oder einem metallischen Material, das Titan, Aluminium und Gold enthält. Diese Metalle können vorher legiert werden, oder das metallische Material kann eine mehrschichtige Struktur sein, in welcher die Schichten der Metalle nacheinander aufgeschichtet werden, wie oben erwähnt. Die aus einem solchen metallischen Material gebildete n-Elektrode stellt nach Wärmebehandlung einen hervorragenden ohmschen Kontakt mit einer n-leitenden galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiterschicht her.
  • Eine besonders bevorzugte Temperatur für die Wärmebehandlung beträgt 400°C oder mehr. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise für eine Dauer von 0,01 bis 30 Minuten durchgeführt, unter einer nicht-oxidativen oder inerten Atmosphäre wie z. B. Stickstoff, wie es oben beschrieben wurde.
  • Ein III-V-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis hat im allgemeinen die Eigenschaft, ohne Einbringung eines Dotierstoffes vom n-Typ n-leitend zu werden, da im gewachsenen Kristall Stickstoff-Gitterfehlstellen gebildet werden. Der Verbindungshalbleiter zeigt eine günstigere n-Leitfähigkeit, wenn er mit einem n-Dotierstoff wie z. B. Silicium, Germanium, Selen oder Schwefel dotiert ist. Galliumnitridbasierte III-V-Verbindungshalbleiter werden gewöhnlich durch Aufwachsen aus der Dampfphase gezüchtet, z. B. durch metallorganische chemische Aufdampfung (MOCVD oder MOVPE) oder hybride chemische Aufdampfung (HDCVD), oder durch Molekularstrahl-Epitaxie (MBE). Bei solchen Aufwachsverfahren werden Verbindungen benutzt, die Wasserstoffatome enthalten, wie z. B. Trimethylgallium als Galliumquelle und Ammoniak oder Hydrazin als Stickstoffquelle und außerdem Wasserstoffgas als Trägergas. Die gasförmigen Verbindungen, die Wasserstoffatome enthalten, werden während des Wachstums des galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiters thermisch zersetzt und geben Wasserstoff frei. Die freigesetzten Wasserstoffatome werden in dem aufwachsenden Verbindungshalbleiter gefangen und kombinieren mit den Stickstoff-Gitterfehlstellen oder dem Dotierstoff des n-Typs oder p-Typs, um deren Funktionen zu hemmen. Es wird angenommen, daß bei Wärmebehandlung des n-Elektrodenmaterials oder des p-Elektrodenmaterials auf eine Temperatur von 400°C oder mehr der im Halbleiterkristall gefangene Wasserstoff ausgetrieben wird, um den Dotierstoff vom n-Typ oder vom p-Typ zu aktivieren und dadurch die Elektronenträgerkonzentration oder die Löcherträgerkonzentration im Halbleiterkristall effektiv zu erhöhen und einen ohmschen Kontakt herzustellen. Diese Wirkung der Wärmebehandlung ist ähnlich der Wirkung einer Wärmebehandlung eines mit einem p-Dotierstoff dotierten galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiters, wie sie in der oben erwähnten JP-A-5-183189 oder der US-A-5,306,622 beschrieben ist. Diese Patentdokumente offenbaren, daß der spezifische Widerstand eines mit einem p-Dotierstoff dotierten galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiters bei einer Wärmebehandlung beginnend bei 400°C allmählich abnimmt und einen konstanten Wert zeigt, wenn die Wärmebehandlung bei 700°C oder mehr erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen n-leitenden galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiter nimmt der spezifische Widerstand beginnend bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 400°C allmählich ab, jedoch zeigt er keine steile Abnahme. Der n-leitende Halbleiter bekommt durch eine Wärmebehandlung bei 600°C einen spezifischen Widerstand, der nur halb so groß wie der anfängliche spezifische Widerstand ist, und bei höherer Temperatur erfolgt keine weitere Abnahme des spezifischen Widerstandes.
  • Die Wärmebehandlung des n-Elektrodenmaterials wird vorzugsweise bei 500°C oder mehr durchgeführt, vorzugsweise bei 600°C oder mehr. Wenn das n-Elektrodenmaterial Aluminium enthält, genügt eine niedrigere Wärmebehandlungstemperatur, wobei 450°C oder höher zu bevorzugen ist und 500°C oder höher besser ist. Die Wärmebehandlung sollte auf einer Temperatur durchgeführt werden, die niedriger ist als die Zersetzungstemperatur des galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiters, wie oben erwähnt. Die Dicke der n-Elektrode unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, üblicherweise wird sie jedoch auf 5 nm oder mehr bemessen, vorzugsweise 0,01 μm bis 5 μm.
  • Das Material der n-Elektrode, welches Titan und dazu Aluminium und/oder Gold enthält, ist vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur, in welcher die Schichten der Metalle nacheinander aufgeschichtet werden. In diesem Fall sollte vorzugsweise eine Schicht aus Titan in direktem Kontakt mit der n-leitenden galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiterschicht vorgesehen werden. Titan kann einen besseren ohmschen Kontakt mit der n-leitenden galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiterschicht bilden. In einem solchen Fall wird die Titanschicht vorzugsweise mit einer Dicke von 2 nm bis 0,3 μm gebildet. Die Gesamtdicke der anschließend gebildeten Alumium- und/oder Goldschicht ist vorzugsweise größer als die Dicke der Titanschicht. Indem man die nachfolgende Schicht oder die nachfolgenden Schichten mit einer derartigen Gesamtdicke bildet, kann das Titan daran gehindert werden, an die Oberfläche zu migrieren, wo es die Haftfestigkeit zwischen der n-Elektrode und dem Verbindungsdraht oder dem Metallball an der Drahtanbindung mindert.
  • Ein Material für die n-Elektrode, das Titan und Gold oder Titan, Gold und Aluminium enthält, hat eine bessere Antioxidationseigenschaft als ein Titan und Aluminium enthaltendes n-Elektrodenmaterial und haftet fest an dem während des Drahtbondens gebildeten Goldball. Ferner hat ein erfindungsgemäßes Material für die n-Elektrode, das Gold enthält, vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur, in der eine Goldschicht die oberste Schicht bildet. Naturgemäß haftet die Goldschicht sehr fest am Goldball.
  • Die 10 zeigt eine lichtemittierende Einrichtung gemäß einer illustrierenden Ausführungsform, wobei es sich um eine Einrichtung einer Doppel-Heterostruktur handelt, die eine n-Elektrode gemäß der Erfindung aufweist. Diese Einrichtung hat eine n-leitende galliumnitridbasierte III-V-Verbindungshalbleiterschicht 51 mit einer Dicke von z. B. 1 μm bis 10 μm, gebildet über dem Substrat 11 unter Zwischenlage einer Pufferschicht (nicht gezeigt), die z. B. aus einem undotierten GaN mit einer Dicke von 0,002 μm bis 0,05 μm besteht.
  • Auf der n-leitenden Halbleiterschicht 51 ist eine erste Überzugsschicht 52 vorgesehen, die aus einem n-leitenden galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiter gebildet ist, z. B. einem n-leitenden GaAlN, der mit einem n-Dotierstoff wie etwa Silicium dotiert ist. Die erste Überzugsschicht 52 hat gewöhnlich eine Dicke von 0,01 bis 5 μm, vorzugsweise 0,1 bis 4 μm.
  • Auf der ersten Überzugsschicht 52 ist eine aktive Schicht (lichtemittierende Schicht) 53 vorgesehen, die gebildet ist aus einem galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiter, der eine andere Halbleiterzusammensetzung als die Überzugsschicht 52 hat. Die aktive Schicht 53 ist vorzugsweise aus einem niederohmigen InaGa1–aN gebildet, wobei 0 < a < 1, das mit einem Dotierstoff vom n-Typ oder vom p-Typ, vorzugsweise mit einem Dotierstoff vom n-Typ, dotiert ist. Die aktive Schicht 53 hat eine Dicke von 1 nm bis 0,5 μm, vorzugsweise 0,01 μm bis 0,2 μm.
  • Auf der aktiven Schicht 53 ist eine zweite Überzugsschicht 54 vorgesehen, die gebildet ist aus einem p-leitenden galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiter, der eine andere Halbleiterzusammensetzung hat als die aktive Schicht 53, z. B. p-leitendes GaAlN, dotiert mit einem p-Dotierstoff wie z. B. Magnesium. Die zweite Überzugsschicht 54 hat eine Dicke von gewöhnlich 0,01 μm oder mehr, vorzugsweise 0,1 μm bis 1 μm.
  • Auf der zweiten Überzugsschicht 54 ist eine Kontaktschicht 55 vorgesehen, die gebildet ist aus einem p-leitenden galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiter wie z. B. p-leitendem GaN.
  • Auf der Kontaktschicht 54 ist eine p-Elektrode 56 gebildet. Die Elektrode 56 vom p-Typ kann aus irgendeinem geeigneten, elektrisch leitenden Material gebildet sein. Ein Material für die p-Elektrode, das gute ohmische Eigenschaft hat, ist ein metallisches Material, das Nickel und Gold enthält. Nickel und Gold können zuvor legiert sein. Vorzugsweise hat das Nickel und Gold enthaltende metallische Material jedoch eine mehrschichtige Struktur, in welcher eine Nickelschicht und eine Goldschicht nacheinander aufgeschichtet sind. Im letzteren Fall ist die Nickelschicht vorzugsweise in direktem Kontakt mit der Kontaktschicht 55 vorgesehen. Natürlich können die lichtemittierende p-Elektrode 15 und des weiteren die Bondinsel 32, wie sie anhand der oben erläuterten Ausführungsformen beschrieben wurden, auch an der Einrichtung nach 10 verwendet werden. Die p-Elektrode 56 ist über einen Metallball 59 mit einem Verbindungsdraht 60 verbunden.
  • Der dargestellte Wafer ist von der Kontaktschicht 55 bis zu einem Oberflächenteil der n-leitenden Halbleiterschicht 51 in Richtung der Dicke eingeätzt, wodurch die n-leitende Halbleiterschicht 51 teilweise freigelegt ist. Auf dem freigelegten Oberflächenteil der n-leitenden Halbleiterschicht 51 ist eine n-Elektrode 57 nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Die n-Elektrode 57 ist über einen Metallball 58 mit einem Verbindungsdraht 61 verbunden.
  • Experiment 6
  • Eine n-leitende GaN-Schicht mit einer Dicke von 4 μm wurde auf einem Saphirsubstrat mit einem Durchmesser von 2 Zoll gebildet. Auf die n-leitende GaN-Schicht wurden jeweils 1000 n-Elektroden mit einem Durchmesser von 100 μm aufgedampft, unter Verwendung eines von verschiedenen n-Elekrodenmaterialien und bei 450°C wärmebehandelt. Die Strom/Spannungs-Charakteristiken an den Elektroden jeweils gleichen Materials wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in den 11A und 11D gezeigt. Die 11A betrifft die 1000 Elektroden, die gebildet wurden durch Abscheidung von Titan und dann Aluminium in einem Dickenverhältnis von 0,01 : 1, und die 11B betrifft die 1000 Elektroden, die gebildet wurden durch Abscheiden einer Al-Ti-Legierung, die 1 Gewichtsprozent Titan enthielt. Die 11C betrifft die 1000 Elektroden, die gebildet wurden durch Abscheiden von Titan allein, und die 11D betrifft die 1000 Elektroden, die gebildet wurden durch Abscheiden von Aluminium allein. Diese Figuren zeigen die repräsentativen Ergebnisse der jeweiligen Elektroden. Wie in 11A und 11B gezeigt ist, bilden die aus Aluminium und Titan bestehenden Elektroden einen guten ohmschen Kontakt mit der n-leitenden GaN-Schicht. Alle 1000 Elektroden bildeten einen guten ohmschen Kontakt mit dem n-leitenden GaN, wie in den 11A und 11B gezeigt. Andererseits bildeten die aus Titan allein oder aus Aluminium allein hergestellten Elektroden keinen guten ohmschen Kontakt, wie in den 11A und 11B gezeigt, und von diesen zeigten nur wenige Elektroden die in 11A oder in 11B gezeigte ohmsche Eigenschaft.
  • Ferner offenbarte eine elektronenmikroskopische Beobachtung, daß die aus Titan allein oder aus Aluminium allein gebildeten Elektroden in 90% oder mehr ihres Oberflächenbereichs geschwärzt waren.
  • Experiment 7
  • Eine n-leitende Ga0,9gAl0,1N-Schicht mit einer Dicke von 0,2 μm wurde auf einem Saphirsubstrat mit einem Durchmesser von 2 Zoll gebildet. Auf der n-leitenden GaAlN-Schicht wurden 1000 n-Elektroden mit einem Durchmesser von 100 μm gebildet durch Aufdampfung eines mehrschichtigen metallischen Materials, das eine Titanschicht und eine Aluminiumschicht enthielt, wobei das Dickenverhältnis zwischen Titan- und Aluminiumschicht unterschiedlich war, und dieser Schichtaufbau wurde dann auf 450°C wärmebehandelt. Die Strom/Spannungscharakteristiken für die Elektroden des jeweils selben Materials wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in den 12A bis 12D gezeigt. Die 12A betrifft die 1000 Elektroden, die gebildet wurden durch Abscheidung der Titanschicht und dann der Aluminiumschicht in einem Dickenverhältnis von 0,001 : 1, und die 11B betrifft die 1000 Elektroden, die gebildet wurden durch Abscheiden der Aluminiumschicht und dann der Titanschicht in einem Dickenverhältnis von 0,001 : 1. Die 12C betrifft die 1000 Elektroden, die gebildet wurden durch Abscheiden der Titanschicht und dann der Aluminiumschicht in einem Dickenverhältnis von 1 : 0,001, und die 12D betrifft die 1000 Elektroden, die gebildet wurden durch Abscheiden der Aluminiumschicht und dann der Titanschicht in einem Dickenverhältnis von 1 : 0,001. Diese Figuren offenbaren, daß alle aus Titan und Aluminium gebildeten Elektroden gute ohmsche Eigenschaften hatten, unabhängig vom Verhältnis zwischen Titan und Aluminium in der Elektrode. Ferner zeigten alle Ti-Al-Elektroden, bei denen die Titanschicht in direktem Kontakt mit der n-leitenden Halbleiterschicht gebildet worden war, die guten ohmschen Eigenschaften, wie sie in den 12A und 12B gezeigt sind, aber einige der Al-Ti-Elektroden, bei denen die Aluminiumschicht in direktem Kontakt mit der n-leitenden Halbleiterschicht gebildet worden war, zeigten keine günstigen ohmschen Eigenschaften. Die elektronenmikroskopische Beobachtung offenbarte, daß alle bei diesem Experiment hergestellten Elektroden nicht degradiert waren.
  • Experiment 8
  • Auf eine mit Silicium dotierte n-leitende GaAlN-Schicht wurde zunächst eine Titanschicht mit einer Dicke von 0,03 μm aufgedampft, dann wurde eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 0,5 μm aufgedampft, und schließlich wurde eine Goldschicht mit einer Dicke von 0,5 μm aufgedampft. Die mehrschichtige Struktur wurde auf unterschiedlichen Temperaturen für 5 Minuten wärmebehandelt. Die Strom/Spannungs-Charakteristiken an den so erhaltenen Elektroden wurden gemessen. Die Ergebnisse sind durch die Linien A bis D in den 13A bis 13D gezeigt. Die 13A betrifft den Fall einer Wärmebehandlung bei 300°C, die 13B den Fall einer Wärmebehandlung bei 400°C, die 13C den Fall einer Wärmebehandlung bei 500°C, und die 13D den Fall einer Wärmebehandlung bei 600°C. Wie man in diesen Figuren erkennt, zeigten die Elektroden keine günstigen ohmschen Eigenschaften mit der n-leitenden Halbleiterschicht, wenn sie auf 300°C wärmebehandelt worden waren (13A), jedoch zeigten die Elektroden günstige ohmsche Eigenschaften, wenn sie auf 400°C oder höherer Temperatur (13B bis 13D) wärmebehandelt worden waren. Die gleichen Ergebnisse wurden erhalten im Falle, daß die n-Elektrode durch Abscheidung einer Legierung aus Titan und Aluminium hergestellt war.
  • Experiment 9
  • Experimente wurden in der gleichen Weise durchgeführt wie das Experiment 8, nur daß auf der mit Silicium dotierten n-leiten den GaN-Schicht eine Titanschicht mit einer Dicke von 0,03 μm aufgedampft und dann eine Goldschicht mit einer Dicke von 0,5 μm aufgedampft wurde. Die Resultate sind durch die Linien A bis D in den 14A bis 14D dargestellt. Die 14A betrifft den Fall einer Wärmebehandlung auf 300°C, die 14B den Fall einer Wärmebehandlung auf 400°C, die 14C den Fall einer Wärmebehandlung auf 500°C und die 14D den Fall einer Wärmebehandlung auf 600°C. wie diesen Figuren entnehmbar, zeigte die Elektrode keine günstigen ohmschen Eigenschaften mit der n-leitenden Halbleiterschicht, wenn sie auf 300°C wärmebehandelt worden war (14A), jedoch zeigten die Elektroden günstige ohmsche Eigenschaften, wenn sie auf eine Temperatur von 400°C oder mehr wärmebehandelt worden waren (14B bis 14D). Die gleichen Ergebnisse wurden erhalten, wenn die n-Elektrode durch Abscheiden einer Legierung aus Titan und Gold hergestellt worden war.
  • Aus einem Vergleich der 13A bis 13D mit den 14A bis 14D läßt sich erkennen, daß bei Addition von Aluminium zu einem Titan und Gold enthaltenden metallischen Material die resultierenden Elektroden vorzüglichere ohmsche Eigenschaften zeigten, auch wenn sie auf niedrigerer Temperatur wärmebehandelt worden. Die Tatsache, daß sich günstige ohmsche Eigenschaften bei einer niedrigeren Wärmebehandlungstemperatur erzielen lassen, bringt die Vorteile mit sich, daß die thermische Zersetzung galliumnitridbasierter III-V-Verbindungshalbleiter unterdrückt werden kann und somit ihre Kristallinität aufrechterhalten werden kann.
  • Experiment 10
  • Die nachstehenden Experimente wurden durchgeführt, um die Haftfestigkeit zwischen einer n-Elektrode und einem Goldball festzustellen.
  • Wie in 15 gezeigt, wurden auf einer mit Silicium dotierten n-leitenden GaN-Schicht 61 100 dünne Filme aus Al oder 100 mehrschichtige Filme aus Ti-Al, Ti-Au, Ti-Au-Al oder Ti-Al-Au gebildet, jeweils mit einem Durchmesser von 120 μm, und auf 500°C wärmebehandelt, um n-Elektroden 62 herzustellen. Die Elektroden wurden einer Oberflächenoxidation unterworfen, indem man sie für einen Tag in Luft stehen ließ. Dann wurde an jede Elektrode 62 ein Golddraht 64 durch Ball-Bonden angeheftet. Während dieses Vorganges wurde ein Goldball 63 mit einem Durchmesser von 100 μm gebildet. Der Ball 63 wurde mittels eines Schneidwerkzeuges 65 genau von der Seite her in einer horizontalen Richtung angepackt, unter Anlegen einer Kraft, bis der Ball 63 abgeschält wurde oder ohne Abschälung zerdrückt wurde. Die Resultate sind in der Tabelle 2 gezeigt. In der Tabelle 2 zeigt der Eintrag in der Spalte unter jedem Kraftwert die Anzahl der von den Elektroden abgeschälten Bälle. Der Eintrag "zerdrückt" steht für den Fall, daß der Ball nicht abgeschält sondern zerdrückt wurde.
  • Tabelle 2
    Figure 00280001
  • Wie in der Tabelle 2 gezeigt, hat die n-Elektrode, die aus Titan und Gold oder aus Titan, Aluminium und Gold gebildet ist, eine bessere Antioxidationseigenschaft als die Elektrode, die aus Titan und Aluminium gebildet ist, und haftet daher besser mit dem Goldball zusammen. Außerdem erkennt man, daß sich mit aus Titan, Aluminium und Gold gebildeten n-Elektroden eine höhere Haftfestigkeit erzielen läßt, wenn die oberste Schicht aus Gold besteht, als wenn die oberste Schicht aus Aluminium gebildet ist.
  • Um zu vermeiden, daß sich die Festigkeit des Zusammenhaftens eines Titan und Aluminium enthaltenden n-Elektrodenmaterials mit dem Metallball infolge der Oxidation verringert, kann man vorzugsweise auch die Oberfläche des n-Elektrodenmaterials mit einem metallischen Material überziehen, das einen hohen Schmelzpunkt über demjenigen des Aluminiums hat. Ein solches Material mit hohem Schmelzpunkt ist z. B. Gold, Titan, Nickel, Platin, Wolfram, Molybdän, Chrom und/oder Kupfer, wobei Gold, Titan und/oder Nickel am vorzüglichsten sind. Diese Materialien zeigen eine besonders gute Adhäsion an einer ersten Schicht aus metallischem Material, die Titan und Aluminium enthält, und trennen sich nicht von der ersten Schicht metallischen Materials. Außerdem haften diese metallischen Materialien fest an dem während des Drahtbondens gebildeten Metallball. Am besten ist es, wenn das metallische Material hohen Schmelzpunktes Gold enthält. Ein besonders zu bevorzugendes metallisches Material mit hohem Schmelzpunkt enthält Gold und ein anderes hochschmelzendes metallisches Material als Gold (vorzugsweise Titan und/oder Nickel). Das hochschmelzende metallische Material kann zuvor legiert werden, vorzugsweise ist es jedoch eine mehrschichtige Struktur, in welcher die Metallschichten nacheinander aufgeschichtet worden sind. Im letzteren Fall ist die oberste Schicht vorzugsweise aus Gold gebildet, wie oben erwähnt. Nachdem die Schichtstruktur gebildet ist, wird eine Wärmebehandlung unter den oben erwähnten Bedingungen durchgeführt, um eine n-Elektrode zu erhalten. Das hochschmelzende metallische Material verhindert, daß das in dem darunterliegenden ersten metallischen Material enthaltene Aluminium an die Oberfläche migriert, und verhindert somit die Oxidation des Aluminiums.
  • Die 16 zeigt eine n-Elektrode 57 mit einer solchen mehrschichtigen Struktur. Gemäß 16 hat die n-Elektrode 57 einen ersten dünnen Film 57a einer mehrschichtigen Struktur, die eine Titanschicht und eine Aluminiumschicht enthält und auf der n-leitenden Halbleiterschicht 41 gebildet ist. Auf dem ersten dünnen Film 57a ist ein zweiter dünner Film vorgesehen, z. B. eine mehrschichtige Struktur, die Schichten des hochschmelzenden metallischen Materials enthält.
  • Experiment 11
  • Es wurden Experimente in der gleichen Weise wie das Experiment 8 durchgeführt, nur daß auf die mit Silicium dotierte n-leitende GaN-Schicht eine Titanschicht mit einer Dicke von 0,03 μm aufgedampft wurde und dann eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 0,1 μm aufgedampfte wurde, um so einen ersten dünnen Film zu bilden, und daß auf die Aluminiumschicht des weiteren eine Titanschicht mit einer Dicke von 0,03 μm und dann eine Nickelschicht mit einer Dicke von 0,03 μm aufgedampft wurde und schließlich eine Goldschicht mit einer Dicke von 0,5 μm aufgedampft wurde, um so einen zweiten Film zu bilden. Die Ergebnisse sind mit den Linien A und D in den 17A bis 17D dargestellt. Die 17A betrifft den Fall einer Wärmebehandlung auf 300°C, die 17B den Fall einer Wärmebehandlung auf 400°C, die 17C den Fall einer Wärmebehandlung auf 500°C und die 17D den Fall einer Wärmebehandlung auf 600°C. Wie diesen Figuren zu entnehmen ist, zeigte die Elektrode keine guten ohmschen Eigenschaften mit der n-leitenden Halbleiterschicht, wenn sie auf 300°C wärmebehandelt worden war (17A), jedoch zeigten die Elektroden vorzüglichere ohmsche Eigenschaften, wenn sie auf einer Temperatur von 400°C oder höher behandelt worden waren (17B bis 17D). Man erkennt auch, daß die Wärmebehandlung auf 600°C die ohmschen Eigenschaften der Elektrode nicht verschlechterte.
  • Experiment 12
  • Um die Haftfestigkeit zwischen einer n-Elektrode und einem Goldball festzustellen, wurden Experimente in der gleichen Weise wie das Experiment 10 durchgeführt, wobei die in der nachstehenden Tabelle 3 angegebenen Elektrodenmaterialien verwendet wurden. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle 3 gezeigt.
  • Tabelle 3
    Figure 00310001
  • Wie man in der Tabelle 3 sieht, verbessert das hochschmelzende metallische Material die Antioxidationseigenschaft des Titan und Aluminium enthaltenden metallischen Materials und steigert die Festigkeit des Zusammenhaftens mit dem Goldball.
  • Es sei bemerkt, daß die insoweit beschriebene n-Elektrode nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann als die n-Elektrode 14 jeder der Einrichtungen nach 1 und nach den 3 bis 9, wodurch die Eigenschaften der betreffenden Einrichtungen verbessert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der folgenden Beispiele beschrieben.
  • Beispiel 1
  • Es wurde ein Wafer hergestellt, der eine aus undotiertem GaN bestehende Pufferschicht (Dicke 0,02 μm), eine mit Silicium dotierte n-leitende GaN-Schicht (Dicke 4 μm) und eine mit Magnesium dotierte p-leitende GaN-Schicht (Dicke 5 μm) hatte, die in der genannten Reihenfolge nacheinander auf einem Saphirsubstrat aufgeschichtet worden waren. Dann wurde die p- leitende GaN-Schicht teilweise fortgeätzt, um einen Teil der Oberfläche der n-leitenden GaN-Schicht freizulegen.
  • Der freigelegte Oberflächenbereich der n-leitenden GaN-Schicht wurde maskiert. Dann wurde Nickel und anschließend Gold auf die gesamte Oberfläche der p-leitenden GaN-Schicht bis zu einer Dicke von 0,03 μm bzw. einer Dicke von 0,07 μm aufgedampft. Dann wurde der aufgedampfte Film maskiert, und auf den freigelegten Oberflächenbereich der n-leitenden GaN-Schicht wurde, nach Entfernen der darauf befindlichen Maske, Aluminium aufgedampft.
  • Anschließend wurde der so erhaltene Wafer einer 10-minütigen Wärmebehandlung auf 500°C unterworfen, um das Nickel und das Gold zu legieren und sie lichtdurchlässig zu machen. Die p-Elektrode hatte nach der Wärmebehandlung eine Dicke von 0,07 μm und war lichtdurchlässig.
  • Der so wärmebehandelte Wafer wurde in Chips von jeweils 350 μm im Quadrat geschnitten. Ein Chip wurde auf einen becherartigen Bondrahmen gelegt, wie er in 1 gezeigt ist, und das vorbestimmte Drahtbonden wurde durchgeführt, um eine lichtemittierende Diode zu schaffen. Die Lichtemissions-Ausgangsleistung dieser Diode betrug 80 μW bei 20 mA, und die Durchlaßspannung betrug 4 V.
  • Die Anzahl der aus dem Wafer geschnittenen Chips betrug etwa 16000. Die Ausbeute an Einrichtungen guter Qualität, die aus diesen Chips erhalten wurden, unter Ausschluß der Einrichtungen mit Kontaktausfällen, betrug 95% oder mehr.
  • Indessen wurden aus dem beim Beispiel 1 erhaltenen Wafer Chips geschnitten, so daß der Chip an zwei getrennten Bondrahmen montiert werden könnte, wobei die n-Elektrode und die p-Elektrode mit dem jeweils zugeordneten Bondrahmen kontaktiert wäre, d. h. wobei das Saphirsubstrat in der fertigen Einrichtung nach oben gerichtet wäre, wie beim Stand der Technik. Die Chipgröße wäre relativ groß zu bemessen, mindestens 1 mm im Quadrat. Der erhaltene Chip wurde rittlings mit den beiden getrennten Bondrahmen zusammengesetzt, und die vorbestimmten Elektrodenverbindungen wurden hergestellt, um eine lichtemittierende Diode zu erhalten. Die Lichtemissions-Ausgangsleistung dieser Einrichtung betrug 40 μW bei 20 mA, was zeigt, daß das Licht in der seitlichen Richtung nicht voll verfügbar war. Ferner betrug die Anzahl der aus dem Wafer geschnittenen Chips nur 2000, und die Ausbeute an Einrichtungen guter Qualität, die aus diesen Chips erhalten wurde, unter Ausschluß der Einrichtungen mit Kontaktausfällen, betrug nur 60%.
  • Somit wurde bestätigt, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine lichtemittierende Einrichtung geschaffen werden kann, die es erlaubt, das von ihr emittierte Licht an der Seite der galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiterschichten zu beobachten, weil die erfindungsgemäße p-Elektrode einen ohmschen Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht herstellen kann und lichtdurchlässig ist, so daß sie das emittierte Licht in effektiver Weise nach außen leitet, ohne den äußeren Quantenwirkungsgrad der Einrichtung zu reduzieren. außerdem wurde bestätigt, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die Chipgröße reduziert werden kann, was die Produktivität der Einrichtung sehr steigert, daß die Ausbeute an Einrichtungen gesteigert werden kann und daß die Produktionskosten reduziert werden können.
  • Beispiel 2
  • Es erfolgten die gleichen Prozeduren wie beim Beispiel 1, nur daß die Wärmebehandlung auf 600°C durchgeführt wurde. Die erhaltene p-Elektrode hatte im wesentlichen die gleiche Dicke wie beim Beispiel 1 und war in gleicher Weise lichtdurchlässig. Außerdem waren die Lichtemissions-Ausgangsleistung und die Durchlaßvorspannung der lichtemittierenden Diode im wesentlichen die gleichen wie bei der Diode nach dem Beispiel 1. Die Ausbeute war ebenfalls die gleiche wie beim Beispiel 1.
  • Beispiel 3
  • Es wurde in der gleichen Weise vorgegangen wie beim Beispiel 1, nur daß auf der p-leitenden GaN-Schicht eine 0,5 μm dicke Chromschicht und dann eine 0,5 μm dicke Nickelschicht aufgedampft wurde. Die erhaltene p-Elektrode hatte eine Dicke von 0,7 μm und war in der gleichen Weise lichtdurchlässig. Ferner waren die Lichtemissions-Ausgangsleistung und die Durchlaßvorspannung der lichtemittierenden Diode im wesentlichen die gleichen wie bei der Diode nach Beispiel 1. Die Ausbeute war ebenfalls die gleiche wie beim Beispiel 1.
  • Beispiel 4
  • Es wurde in der gleichen Weise vorgegangen wie beim Beispiel 1, nur daß auf der p-leitenden GaN-Schicht eine 0,01 μm dicke Platinschicht und dann eine 0,1 μm dicke Titanschicht aufgedampft wurde. Die p-Elektrode hatte eine Dicke von 0,07 μm und war in gleicher Weise lichtdurchlässig. Ferner waren die Lichtemissions-Ausgangsleistung und die Durchlaßvorspannung der lichtemittierenden Diode im wesentlichen die gleichen wie bei der Diode nach Beispiel 1. Die Ausbeute war ebenfalls die gleiche wie beim Beispiel 1.
  • Beispiel 5
  • Ein Wafer einer Doppel-Heterostruktur wurde hergestellt, indem auf einem Saphirsubstrat mit einem Durchmesser von 2 Zoll nacheinander folgende Schichten aufgewachsen wurden eine GaN-Pufferschicht, eine mit Silicium dotierte n-leitende GaN-Schicht, eine mit Silicium dotierte erste Überzugsschicht aus GaAlN, eine mit Zink und Silicium dotierte aktive Schicht aus InGaN, eine mit Magnesium dotierte zweite Überzugsschicht aus GaAlN und schließlich eine mit Magnesium dotierte p-leitende Kontaktschicht aus GaN.
  • Anschließend erfolgte ein Ätzvorgang derart, daß ein Chip die in 10 gezeigte Struktur bekam, wobei die n-leitende GaN-Schicht teilweise freigelegt wurde. Unter Verwendung einer vorbestimmten Maske wurden eine 10 nm dicke Titanschicht und dann eine 0,05 μm dicke Goldschicht gebildet, um auf jedem freigelegten Teil der n-leitenden GaN-Schicht einen mehrschichtigen Film mit einem Durchmesser von 100 μm herzustellen.
  • Der so erhaltene Wafer wurde einer 5-minütigen Wärmebehandlung auf 600°C in Stickstoffatmosphäre unterworfen, wodurch jeder mehrschichtige Film in eine n-Elektrode konvertiert wurde. Die Strom/Spannungs-Charakteristiken aller n-Elektroden wurden mit einem Wafer-Sondiergerät gemessen und zeigten die in 12D dargestellten ohmschen Eigenschaften.
  • Anschließend wurde auf der p-leitenden Kontaktschicht eine p-Elektrode durch ein herkömmliches Verfahren gebildet, und der Wafer wurde in einzelne Chips geschnitten. So wurden aus dem einen Durchmesser von 5 cm (2 Zoll) aufweisenden Wafer 15000 Chips erhalten.
  • Jeder Chip wurde durch Formwerkzeug-Bonden an einem Bondrahmen befestigt, und Golddrähte wurden durch das Ball-Bondungsgerät an der p- und der n-Elektrode angeheftet. An den 15000 Chips wurden während des Ball-Bondens keine n-Elektroden von den Bällen abgetrennt. Ferner wurden 20 Chips auf Zufallsbasis ausgewählt, und an den Golddrähten jedes Chips wurde gezogen. Alle Golddrähte rissen, bevor sich die n-Elektroden abschälten.
  • Beispiel 6
  • 15000 lichtemittierende Chips wurden in der gleichen Weise wie beim Beispiel 5 erhalten, nur daß als n-Elektrodenmaterial eine 10 Angström dicke Titanschicht und dann eine 0,4 μm dicke Aluminiumschicht aufgedampft wurde. Die Messung der Strom/Spannungs-Charakteristiken an allen n-Elektroden ergaben die in 11A gezeigten Charakteristiken. An den 15000 Chips wurden während des Ball-Bondens keine n-Elektroden von den Bällen abgetrennt. Ferner wurden 20 Chips auf Zufallsbasis ausgewählt, und am Golddraht jedes Chips wurde gezogen. Alle Golddrähte rissen, bevor sich die n-Elektroden abschälten.
  • Beispiel 7
  • 15000 lichtemittierende Chips wurden in der gleichen weise wie beim Beispiel 5 erhalten, nur daß als n-Elektrodenmaterial eine 0,5 μm dicke Schicht einer Ti-Al-Legierung aufgedampft wurde, die 1 Gewichtsprozent Titan enthielt. Die Messung der Strom/Spannungs-Charakteristiken aller n-Elektroden des Wafers mittels des Wafer-Sondiergerätes ergaben die in 11B gezeigten Charakteristiken. An den 15000 Chips wurden während des Ball-Bondens keine n-Elektroden von den Bällen abgetrennt. Außerdem wurden 20 Chips auf Zufallsbasis ausgewählt, und am Golddraht jedes Chips wurde gezogen. Alle Golddrähte rissen, bevor sich die n-Elektroden abschälten.
  • Beispiel 8
  • Der lichtemittierende Chip nach Beispiel 5 wurde mit seiner p-Elektrode und seiner n-Elektrode an zwei getrennten Bondrahmen befestigt. Die p-Elektrode und die n-Elektrode wurden mit Indium-Haftstoffen an den Bondrahmen angeheftet. Nach dem Anheften wurde an den Bondrahmen gezogen. Der Indium-Haftstoff und der Bondrahmen trennten sich an der zwischen befindlichen Grenzfläche.
  • Dieses Beispiel zeigt, daß die n-Elektrode nach der Erfindung mit einem herkömmlichen Haftstoff wie z. B. Lötmittel, Indium, einer Goldlegierung fest an einem Bondrahmen haften.
  • Beispiel 9
  • 15000 lichtemittierende Chips wurden in der gleichen Weise wie beim Beispiel 5 erhalten, nur daß zur Bildung eines ersten dünnen Filmes eine 100 Angström dicke Titanschicht und dann eine 0,1 μm dicke Aluminiumschicht aufgedampft wurde und daß ferner, als zweiter dünner Film, eine 0,1 μm dicke Titanschicht und dann eine 0,1 μm dicke Nickelschicht aufgedampft wurde. Die Messung der Strom/Spannungs-Charakteristiken aller n-Elektroden mittels des Wafer-Sondiergerätes ergab die in 13D gezeigte Charakteristik. An den 15000 Chips trennten sich während des Ball-Bondens keine n-Elektroden von den Bällen. Ferner wurden 20 Chips auf Zufallsbasis ausgewählt, und am Golddraht jedes Chips wurde gezogen. Alle Golddrähte rissen, bevor sich die n-Elektroden abschälten.
  • Beispiel 10
  • 15000 lichtemittierende Chips wurden in der gleichen Weise wie beim Beispiel 9 erhalten, nur daß eine 0,1 μm dicke Titanschicht und dann eine 0,4 μm dicke Goldschicht als zweiter dünner Film des n-Elektrodenmaterials aufgedampft wurde. Die Messung der Strom/Spannungs-Charakteristiken aller n-Elektroden mit dem Wafer-Sondiergerät ergab die in 14D gezeigte Charakteristik. An den 15000 Chips trennten sich während des Ball-Bondens keine n-Elektroden von den Bällen. Ferner wurden 20 Chips auf Zufallsbasis ausgewählt, und an den Golddrähten jedes Chips wurde gezogen. Alle Golddrähte rissen, bevor sie sich von den n-Elektroden trennten.
  • Beispiel 11
  • 15000 lichtemittierende Chips wurden in der gleichen Weise wie beim Beispiel 9 erhalten, nur daß eine 0,1 μm dicke Titanschicht, dann eine 0,1 μm dicke Nickelschicht und schließlich eine 0,4 μm dicke Goldschicht als zweiter Film auf das n-Elektrodenmaterial aufgedampft wurde. Die Messung der Strom/Spannungs-Charakteristiken aller n-Elektroden mit dem Wafer-Sondiergerät ergab die in 13C oder 13D gezeigte Charakteristik. An den 15000 Chips trennten sich keine n-Elektroden während des Ball-Bondens von den Bällen. Ferner wurden 20 Chips auf Zufallsbasis ausgewählt und am Golddraht jedes Chips wurde gezogen. Alle Golddrähte rissen, bevor sie sich von den n-Elektroden trennten.
  • Beispiel 12
  • Der lichtemittierende Chip nach Beispiel 9 wurde mit seiner p-Elektrode und seiner n-Elektrode an zwei getrennten Bondrahmen angeordnet. Die p-Elektrode und die n-Elektrode wurden mittels Indium-Haftstoffen am jeweiligen Bondrahmen angeheftet. Nach dem Anheften wurde an den Bondrahmen gezogen. Der Indium-Haftstoff und der Bondrahmen trennten sich an der zwischen ihnen befindlichen Grenzschicht.
  • Die vorliegende Erfindung wurde anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und jede Ausführungsform kann, wo es paßt, bei den anderen Ausführungsformen angewandt werden. Außerdem kann die vorliegende Erfindung angewandt werden auf lichtemittierende galliumnitridbasierte III-V-Verbindungshalbleitereinrichtungen einer pn-Einfach-Heterostruktur, zusätzlich auf lichtemittierende galliumnitridbasierte III-V-Verbindungshalbleitereinrichtungen einer pn-Homojunction-Struktur oder einer Doppel- Heterostruktur. Außerdem läßt sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf eine lichtemittierende Diode anwenden, sondern auch auf andere lichtemittierende Einrichtungen wie z. B. eine lichtemittierende Laserdiode sowie als Fotodetektor, der auf eine Wellenlänge von 600 nm oder weniger anspricht, wie z. B. eine Solarzelle oder eine Fotodiode. Außerdem liefert die vorliegende Erfindung ein Elektrodenmaterial, das einen ohmschen Kontakt mit einem galliumnitridbasierten III-V-Verbindungshalbleiter bildet und so bei jeder geeigneten Einrichtung angewandt werden kann, die eine p-leitende galliumnitridbasierte III-V-Verbindungshalbleiterschicht und/oder eine n-leitende galliumnitridbasierte III-V-Verbindungshalbleiterschicht auf einem Substrat aufweist. Als ein solches Substrat läßt sich nicht nur ein isolierendes Substrat wie z. B. Saphir, sondern auch ein Halbleitersubstrat wie z. B. Siliciumcarbid (SiC), Silicium (Si), Zinkoxid (ZnO), Galliumarsenid (GaAs) oder Galliumphosphid (GaP) verwenden.

Claims (4)

  1. Halbleitereinrichtung mit III-V-Verbindungshalbleitermaterial auf Galliumnitridbasis, enthaltend: ein Substrat (11) mit einer ersten (11a) und einer zweiten (11b) Hauptoberfläche; eine geschichtete Halbleiterstruktur, die über der ersten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist und eine n-leitende III-V-Verbindungshalbleiterschicht (12) auf Galliumnitridbasis und eine p-leitende III-V-Verbindungshalbleiterschicht (13) auf Galliumnitridbasis enthält; eine in Kontakt mit der n-leitenden Halbleiterschicht (12) vorgesehene erste Elektrode (14), und eine in Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht (13) und aus einem metallisches Material bestehenden zweiten Elektrode (15), dadurch gekennzeichnet, dass die n-leitende Halbleiterschicht (12) eine teilweise freiliegende Oberfläche aufweist und die erste Elektrode auf dem freigelegten Oberflächenbereich der n-leitenden Halbleiterschicht (12) vorgesehen ist; die zweite Elektrode im Wesentlichen auf der gesamten Oberfläche der p-leitenden Halbleiterschicht (13) vorgesehen ist; die zweite Elektrode (15) lichtdurchlässig ist; die zweite Elektrode (15) einen Ohm'schen Kontakt mit der p-leitenden Halbleiterschicht bildet; eine Bondinsel-Schicht (17) auf einem Teilbereich der zweiten Elektrode vorgesehen ist; und das Substrat eine viereckige Form aufweist und die erste Elektrode (14) und die Bondinsel-Schicht (17) auf einer diagonalen Linie des viereckigen Substrats angeordnet sind.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Elektrode (15) eine Öffnung (311) vorge sehen ist und die Bondinsel-Schicht (17) auf der Öffnung (311) vorgesehen ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Schutzfilm (411), der aus transparentem und elektrisch isolierendem Material gebildet ist und die zweite Elektrode (15) bedeckt.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (15) eine solche Dicke hat, dass die zweite Elektrode (15) lichtdurchlässig ist.
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