專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用氮化鎵類化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體發(fā)光元件。更具體地講，涉及在由使金屬構(gòu)成的上部電極與半導(dǎo)體疊層部表面的歐姆接觸難以采用的氮化鎵類化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體疊層部表面上，密合性良好地形成上部電極，同時(shí)電流擴(kuò)散到芯片全體，且在光不能從表面?zhèn)热〕龅纳喜侩姌O的下側(cè)沒有電流流過，由此能夠防止無效發(fā)光的如此構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
歷來的使用氮化鎵類化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體發(fā)光元件，例如形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)。就是說，在藍(lán)寶石基板21上，例如順次外延生長(zhǎng)由GaN構(gòu)成的緩沖層22；由GaN構(gòu)成的n型層(接觸層和覆蓋層)23；由帶隙小于覆蓋層、發(fā)光波長(zhǎng)一定的材料，例如InGaN類(表示In與Ga的比例可以有多種變化，以下相同)化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的活性層(發(fā)光層)24；以及由p型的GaN構(gòu)成的p型層(覆蓋層)25，在其表面，隔著例如由ZnO等構(gòu)成的透光性導(dǎo)電層、設(shè)置上部電極(p側(cè)電極)28。而且，在由蝕刻去除疊層的半導(dǎo)體層部的一部分而露出的n型層23上，設(shè)置有下部電極(n側(cè)電極)29而形成。上部電極28是例如Ti與Au的疊層結(jié)構(gòu)，下部電極29是由Ti-Al合金直接成膜，或通過分別疊層Ti和Al、并進(jìn)行熱處理(退火處理)，由合金化的Ti-Al合金層構(gòu)成，一起由金屬層所形成。
還有，為了提高載流子的限制效應(yīng)，n型層23和p型層25有時(shí)至少在活性層24側(cè)使用AlGaN類(表示Al與Ga的混晶比例可以有多種變化，以下相同)化合物半導(dǎo)體。而且，在氮化鎵類化合物半導(dǎo)體中，由于難以增大p型層的載流子濃度，必須進(jìn)行活化處理，所以一般說來，大多是在半導(dǎo)體疊層部的表面?zhèn)仍O(shè)置p型層。
在該結(jié)構(gòu)中，在p側(cè)電極28與n側(cè)電極29之間施加電壓時(shí)，電流經(jīng)過透光性導(dǎo)電層27，流過p型層25、活性層24、以及n型層23，在活性層24上，電子與孔穴再結(jié)合而發(fā)光。但是，氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層，特別是其p型層，難以充分提高載流子濃度，電流難以擴(kuò)散到芯片全體。因此，如圖5所示，在p型層表面設(shè)置透光性導(dǎo)電層27，使光透過，并使電流能夠擴(kuò)散到芯片全體。而且，在透光性導(dǎo)電層27的表面形成上部電極(電極墊)28。
在該結(jié)構(gòu)中，由于透光性導(dǎo)電層27與p型層25的密合性、以及上部電極28與透光性導(dǎo)電層27的密合性差，所以在上部電極28上進(jìn)行引線接合等操作時(shí)，存在在透光性導(dǎo)電層27與p型層25之間產(chǎn)生浮接，或者，上部電極28的部分在透光性導(dǎo)電層27的正面?zhèn)然虮趁鎮(zhèn)葎冸x等的問題。為了解決這樣的問題，例如提出去除設(shè)置上部電極28的部分的透光性導(dǎo)電層27，直接與p型層25密合，即利用上部電極28與p型層25的密合性優(yōu)于透光性導(dǎo)電層27與p型層25的密合性的材料設(shè)置上部電極28的提案(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開平7-94782號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容如上所述，在透光性導(dǎo)電層的表面形成上部電極時(shí)，在引線接合等情況下會(huì)產(chǎn)生透光性導(dǎo)電層的浮接和剝離等問題，同時(shí)上部電極的下側(cè)也均等地流過電流，活性層發(fā)光，在上方行進(jìn)的光就不能透過上部電極，因吸收或重復(fù)反射而浪費(fèi)，存在不能有效地利用所發(fā)射的光的問題。另一方面，即使在透光性導(dǎo)電層的一部分上形成開口部，在其開口部上形成上部電極，也可以說成上部電極與p型層的歐姆接觸性差，同時(shí)電流直接從上部電極流到p型層，上部電極的下側(cè)也發(fā)光，射向上方的光被上部電極所阻擋，存在浪費(fèi)的問題。該傾向在由引線接合等使透光性導(dǎo)電層與p型層的密合性變差時(shí)，相對(duì)應(yīng)從上部電極流到p型層的電流增大，在這種情況下更為顯著。
另一方面，在AlGaAs類化合物半導(dǎo)體和InGaAlP類化合物半導(dǎo)體的情況下，做如下的工作在上部電極的下側(cè)放入絕緣層，或設(shè)置不同的導(dǎo)電型層而盡量使電流不流過上部電極的下側(cè)。但是，在氮化鎵類化合物半導(dǎo)體中，由于會(huì)由絕緣膜成膜時(shí)或絕緣膜干蝕刻時(shí)的等離子體而造成損傷，所以上部電極形成部位以外的部分的歐姆接觸性差，不能實(shí)施同樣的對(duì)策。
本發(fā)明鑒于上述問題，其目的提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在由氮化鎵類化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光元件中，使用通過抑制上部電極下側(cè)的發(fā)光而提高外部量子效率、同時(shí)良好地維持上部電極與半導(dǎo)體層的密合性的氮化鎵類化合物。
本發(fā)明的另一目的提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，在氮化鎵類化合物半導(dǎo)體中，形成僅在上部電極的下側(cè)使部分電流難以流動(dòng)的電流抑制機(jī)構(gòu)，同時(shí)對(duì)其它部分不產(chǎn)生影響，能夠提高外部量子效率。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有疊層氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層的n型層與p型層形成發(fā)光部的半導(dǎo)體疊層部；設(shè)置在該半導(dǎo)體疊層部表面的透光性導(dǎo)電層；以及將該透光性導(dǎo)電層的一部分去除，與露出的上述半導(dǎo)體疊層部的表面和上述透光性導(dǎo)電層接觸而設(shè)置的上部電極。其構(gòu)成為通過在去除上述透光性導(dǎo)電層的一部分而露出的上述半導(dǎo)體疊層部表面設(shè)置電流抑制機(jī)構(gòu)，確保上述上部電極與上述半導(dǎo)體疊層部表面的密合性，同時(shí)抑制電流向該上部電極的下側(cè)流動(dòng)。
這里所謂氮化鎵類化合物半導(dǎo)體，是指III族元素的Ga與V族元素的N的化合物，或III族元素的Ga的一部分或全部被Al、In等其它III族元素所置換的化合物，及/或V族元素的N一部分被P、As等其它V族元素所置換的氮化物化合物。而且，所謂上部電極是指與疊層在基板上的半導(dǎo)體層的更上部的半導(dǎo)體層相連接設(shè)置的電極。
上述電流抑制機(jī)構(gòu)可以是在去除上述透光性導(dǎo)電層而露出的上述半導(dǎo)體疊層部的表面上形成的凹部，也可以是在去除上述透光性導(dǎo)電層而露出的上述半導(dǎo)體疊層部的表面上形成的含氧層。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的特征在于，通過在基板表面上疊層氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層，形成含n型層和p型層的發(fā)光部，從而形成半導(dǎo)體疊層部，在該半導(dǎo)體疊層部表面形成透光性導(dǎo)電層，通過蝕刻去除該透光性導(dǎo)電層的上部電極形成部位的一部分而露出上述半導(dǎo)體疊層部的表面，通過將由該蝕刻而部分露出的上述半導(dǎo)體疊層部表面暴露在氧等離子體氛圍中，而使該表面成為電流抑制區(qū)域，以密合在作為該電流抑制區(qū)域的上述半導(dǎo)體疊層部表面和上述透光性導(dǎo)電層的開口部附近的方式，形成上部電極。
本發(fā)明的制造方法的另一方法的特征在于，代替暴露于上述氧等離子體氛圍中，由干蝕刻在上述露出的半導(dǎo)體疊層部的表面形成凹部，以密合在該凹部?jī)?nèi)的露出面和上述透光性導(dǎo)電層的開口部附近的方式，形成上部電極。
根據(jù)本發(fā)明，在由氮化鎵系化合物半導(dǎo)體構(gòu)成、疊層形成發(fā)光部的半導(dǎo)體疊層部的表面上形成透光性導(dǎo)電層，形成上部電極部分的透光性導(dǎo)電層被去除，在露出的半導(dǎo)體疊層部的表面上形成電流抑制機(jī)構(gòu)，以密合在該露出的半導(dǎo)體疊層部表面的方式設(shè)置上部電極，所以能夠確保上部電極與半導(dǎo)體疊層部的密合性，同時(shí)幾乎能夠抑制電流向上部電極的下側(cè)流動(dòng)，即使發(fā)光也能夠抑制在表面?zhèn)炔荒苋〕龅纳喜侩姌O的下側(cè)的發(fā)光。其結(jié)果抑制無效發(fā)光，能夠高效率地將發(fā)出的光向外部取出，大幅度地提高外部量子效率。
而且，根據(jù)本發(fā)明，由于在半導(dǎo)體疊層部表面上形成透光性導(dǎo)電層之后，去除形成上部電極部位的透光性導(dǎo)電層而露出半導(dǎo)體疊層部，將其暴露于氧等離子體氛圍中，所以氧等離子體的氧能夠進(jìn)入氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層表面(氧化)，形成電流非常難以流過的電流抑制區(qū)域。另一方面，未去除透光性導(dǎo)電層的上部電極不能形成的部位，由于被透光性導(dǎo)電層所覆蓋，即使透光性導(dǎo)電層暴露于氧等離子體中也不會(huì)受到任何影響，所以不會(huì)對(duì)來自透光性導(dǎo)電層的電流產(chǎn)生任何影響。就是說，在使用歷來的GaAs類半導(dǎo)體發(fā)光元件時(shí)，為了部分地抑制電流，而部分地改變半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型，或部分地形成絕緣層時(shí)，必須部分地形成由絕緣膜等構(gòu)成的掩模，在該成膜時(shí)或由干蝕刻而去除時(shí)等，會(huì)使抑制電流區(qū)域以外的歐姆接觸性差，但根據(jù)本發(fā)明的制造方法，由于在上部電極形成部以外的部分被透光性導(dǎo)電層覆蓋的狀態(tài)下，僅在上部電極形成部位設(shè)置電流抑制機(jī)構(gòu)，所以不會(huì)對(duì)上部電極形成部位以外的部分產(chǎn)生任何影響。
不暴露于上述氧等離子體，而是由干蝕刻將露出的半導(dǎo)體疊層部表面蝕刻，由干蝕刻的Ar離子等使半導(dǎo)體疊層部表面粗糙化，同樣能夠大幅度地抑制電流。在這種情況下，上部電極形成部位以外的半導(dǎo)體疊層部表面被透光性導(dǎo)電層覆蓋，由Ni-Au、ZnO等構(gòu)成的透光性導(dǎo)電層比GaN類化合物難以蝕刻，所以對(duì)半導(dǎo)體疊層部不會(huì)有任何影響，能夠僅在上部電極的下側(cè)設(shè)置電流抑制機(jī)構(gòu)。


圖1A和1B是本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的立體和截面的平面說明圖。
圖2是表示圖1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的電流抑制機(jī)構(gòu)的另一例的截面說明圖。
圖3A～3C是表示干蝕刻GaN層表面時(shí)的電壓(V)·電流(I)特性下降的情況圖。
圖4A～4D是表示圖1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造工序的圖。
圖5是表示現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光元件的一例的截面說明圖。
符號(hào)說明3 n型層4 活性層5 p型層6 半導(dǎo)體疊層部7 透光性導(dǎo)電層8 上部電極9 下部電極10 電流抑制機(jī)構(gòu)10a 凹部具體實(shí)施方式
下面參照

本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其一個(gè)實(shí)施方式的立體圖和截面圖的說明圖如圖1所示，疊層氮化鎵類化合物半導(dǎo)體的n型層3和p型層5形成發(fā)光部，從而形成半導(dǎo)體疊層部6，在該半導(dǎo)體疊層部6的表面上設(shè)置透光性導(dǎo)電層7。去除該透光性導(dǎo)電層7的一部分，與露出的半導(dǎo)體疊層部6表面和透光性導(dǎo)電層7相接觸而設(shè)置上部電極(電極墊)8。在本發(fā)明中，形成的結(jié)構(gòu)為通過去除透光性導(dǎo)電層7的一部分，在從開口部7a露出的半導(dǎo)體疊層部6的表面上設(shè)置電流抑制機(jī)構(gòu)10(10a)，而形成確保上部電極8與半導(dǎo)體疊層部6的密合性，同時(shí)大幅度地抑制電流向上部電極8的下側(cè)流動(dòng)。
作為電流抑制機(jī)構(gòu)10，可以是在去除透光性導(dǎo)電層7而露出的半導(dǎo)體疊層部6的表面上形成的凹部10a，也可以是如圖2所示，在去除透光性導(dǎo)電層7而露出的半導(dǎo)體疊層部6的表面上形成的含氧層10b。
本發(fā)明人等在對(duì)p型氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層表面進(jìn)行干蝕刻時(shí)，或?qū)⑵浔┞队谘醯入x子體氛圍時(shí)，發(fā)現(xiàn)在其表面形成的金屬膜之間難以流過電流的現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。就是說，如圖3A所示，在p型GaN層11的表面上，直接由如ZnO的與p型GaN層易于采用歐姆接觸的導(dǎo)電層所形成的一對(duì)電極12、13的情況，以及如圖3B所示，通過干蝕刻在p型GaN層11的表面蝕刻數(shù)十nm的深度而形成凹部11a的情況，這兩種情況在一對(duì)電極12、13之間施加電壓V，研究電流相對(duì)于電壓的變化。其結(jié)果如圖3C所示，不對(duì)p型GaN層11表面進(jìn)行蝕刻而形成電極12、13的情況A，電壓電流特性為線性，隨著電壓的增加，電流也增加，相對(duì)于此在對(duì)p型GaN層11表面進(jìn)行干蝕刻后而形成電極12、13的情況B，其電壓電流特性為在到3～5V左右的低電壓下幾乎沒有電流流過，表現(xiàn)出非線性的特性。
還有，為了得到一對(duì)電極12、13，必須對(duì)ZnO等導(dǎo)電層進(jìn)行布圖，該蝕刻液是稀鹽酸等，GaN層11表面幾乎沒有損傷，不受影響，所以如圖3C的A，幾乎得到歐姆接觸。就是說，電極12、13與p型GaN層11之間的電接觸的差表現(xiàn)在圖3C。
認(rèn)為其原因是，由干蝕刻時(shí)Ar離子等的撞擊，p型GaN層11的晶體結(jié)構(gòu)受到損傷，載流子的移動(dòng)被抑制。這被認(rèn)為，p型的氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層的載流子濃度難以提高的性質(zhì)也同時(shí)起作用，且更為顯著，是GaAs類(AlGaAs類和InGaAlP類等)化合物半導(dǎo)體等中所不能見到的、在氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層中所特有的現(xiàn)象。該電極與p型GaN層的電接觸特性，不是由離子沖擊的干蝕刻，盡管是只將p型GaN層11表面暴露于氧等離子體氛圍中，也可以觀察到同樣的現(xiàn)象。就是說，將p型GaN層11表面暴露于氧等離子體氛圍中30分鐘后，與圖3B同樣由ZnO層形成一對(duì)電極，在該一對(duì)電極之間同樣施加電壓的結(jié)果，是與圖3C的B同樣的結(jié)果。這被認(rèn)為是，雖然不像干蝕刻那樣受到離子沖擊，但氛圍中的氧進(jìn)入GaN層，出現(xiàn)了與氧化合的Ga，抑制載流子的移動(dòng)。
本發(fā)明利用該現(xiàn)象，在通過去除透光性導(dǎo)電層的一部分而露出的半導(dǎo)體疊層部表面上以直接接觸的方式形成上部電極(電極墊)，同時(shí)在與該上部電極接觸部分的半導(dǎo)體疊層部表面上形成上述非歐姆接觸的電流抑制機(jī)構(gòu)10。就是說，在由現(xiàn)有GaAs類化合物進(jìn)行時(shí)，將在欲抑制電流的部位形成絕緣物層以及與周圍的導(dǎo)電型不同的導(dǎo)電型層的方法適用于氮化鎵類化合物半導(dǎo)體，特別是p型氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層適用，此時(shí)欲抑制電流部位以外的p型半導(dǎo)體層等表面的導(dǎo)電性下降，即使在表面形成透光性導(dǎo)電層，也存在不能得到透光性導(dǎo)電層與半導(dǎo)體層的歐姆接觸的問題。但是，根據(jù)本發(fā)明的電流抑制機(jī)構(gòu)，由于在形成透光性導(dǎo)電層之后，僅去除欲抑制電流的上部電極形成部位的透光性導(dǎo)電層，露出半導(dǎo)體疊層部的表面，在原狀態(tài)下在該表面上形成電流抑制機(jī)構(gòu)，所以上部電極與半導(dǎo)體疊層部表面之間是非歐姆接觸，僅抑制上部電極下側(cè)的電流，其它部分則能夠得到非常良好的歐姆接觸。
圖1所示的例子，是去除上部電極8形成部位中的透光性導(dǎo)電層7，形成開口部7a，在從該開口部7a露出的半導(dǎo)體疊層部6表面上形成由干蝕刻的凹部10a，作為電流抑制機(jī)構(gòu)10。就是說，在也包含透光性導(dǎo)電層7的全體表面上由Ar離子和Cl2氣體實(shí)施干蝕刻，這樣不會(huì)對(duì)透光性導(dǎo)電層7及其下部的半導(dǎo)體疊層部6產(chǎn)生任何影響，僅是從該開口部7a露出的半導(dǎo)體疊層部6的表面被干蝕刻10～50nm左右，形成凹部10a。而且，在該凹部10a內(nèi)和開口部7a周圍的透光性導(dǎo)電層7上部，例如由0.01～0.05μm左右厚度的Ti層與0.2～1μm左右厚度的Au層的疊層結(jié)構(gòu)而形成上部電極(電極墊)8。該凹部10a的表面，如上述圖3C的B所示，作為電極材料，歐姆特性非常低下，幾乎沒有電流流過。
如上所述，該電流抑制機(jī)構(gòu)10，也可以不是由干蝕刻形成的凹部10a，可以是由暴露于氧等離子體氛圍中，通過形成氧進(jìn)入的層(氧化物層)所得到。該例示于圖2。在圖2中，10b是表示將半導(dǎo)體疊層部6的表面暴露于氧等離子體中的結(jié)果所產(chǎn)生的氧化物層，與上述同樣，使上部電極8的形成部位中的透光性導(dǎo)電層7開口，使半導(dǎo)體疊層部6的一部分露出，例如在氧氣(O2)氛圍中，在等離子體電源功率為200W～400W的條件下放置5～30分鐘左右，由此在半導(dǎo)體疊層部6的露出面的表面部形成氧化物層10b，具有作為電流抑制機(jī)構(gòu)10的功能。其它的上部電極8的形成等都與上述圖1所示的例子相同。
通過該電流抑制機(jī)構(gòu)10將上部電極8直接設(shè)置在半導(dǎo)體疊層部6表面的結(jié)構(gòu)以外的部分，可以形成與現(xiàn)有氮化鎵類化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件同樣的結(jié)構(gòu)。在圖1所示的例子中，作為基板1，使用以C面作為主面的藍(lán)寶石(Al2O3單晶)基板，但并不限于此，也可以是以其它面作為主面的藍(lán)寶石基板。而且，基板1可以是絕緣性基板，也可以使用碳化硅(SiC)、GaN、GaAs、Si等半導(dǎo)體基板。在使用絕緣性基板作為基板1的情況下，由于從基板的背面不能取出電極，所以如后述，有必要蝕刻去除半導(dǎo)體疊層部6的一部分，使下層的導(dǎo)電型層(在圖1的例子中是n型層3)露出。
在圖1所示的例子中，半導(dǎo)體疊層部6由緩沖層2、n型層3、活性層4、及p型層5構(gòu)成。緩沖層2是在基板與疊層的半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)有很大差異時(shí)，或在基板1上難以直接結(jié)晶性良好地疊層氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層的狀態(tài)時(shí)所設(shè)置，如果沒有這樣的問題，則不必要設(shè)置。例如組成為AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，例如x＝1，y＝0)等，在400～600℃左右的低溫下形成。而且，在圖1所示的例子中，形成發(fā)光層的疊層部為由n型層3與p型層5夾持活性層4的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，但并不限于這樣的結(jié)構(gòu)，也可以是單異質(zhì)結(jié)的pn結(jié)的結(jié)構(gòu)。形成該發(fā)光層的半導(dǎo)體層是在700～1000℃左右的高溫下所形成。而且，一般地，大多情況下是為了p型層的活性化而將p型層形成在上面?zhèn)龋部梢詐型層是下層，n型層是上層。
在圖1所示的例中，n型層3與p型層5，分別表示的是單層的例子，但一般地，例如在電極形成部中，作為接觸層是由容易增大載流子濃度的GaN層所形成，為了在活性層側(cè)容易限制載流子，多數(shù)情況下是由帶隙大于活性層4的AlGaN類化合物所構(gòu)成，為了進(jìn)一步具有其它的功能，也可以是多層的結(jié)構(gòu)。另外，為了疊層晶格常數(shù)不同的層，也可以是超晶格結(jié)構(gòu)。但是，也可以由具有這些功能的單層所形成。而且，各層的厚度是根據(jù)各自的要求而形成，例如作為n型層3，形成全體為3～10μm左右的厚度，作為p型層5，形成全體為0.1～1μm左右的厚度。還有，形成n型層3時(shí)，一般將Se、Si、Ge、Te等作為摻雜物加入到氮化鎵類化合物半導(dǎo)體，另外，形成p型層5時(shí)，一般將Mg、Zn等作為摻雜物加入到氮化鎵類化合物半導(dǎo)體而得到。
該p型層5，由于p型摻雜物的Mg等難以具有與氫(H)化合作為摻雜物的功能，所以希望進(jìn)行活化處理。該活化處理，例如在N2氛圍中，進(jìn)行600～800℃、10分～1小時(shí)左右的熱處理，但并不限于此，也可以利用電子射線照射的方法進(jìn)行。在該活化處理時(shí)，可以在p型層表面形成保護(hù)膜而進(jìn)行，也可以無保護(hù)膜而進(jìn)行。
活性層4選擇具有對(duì)應(yīng)于發(fā)光波長(zhǎng)的帶隙能量的材料，例如在波長(zhǎng)為460～470nm的藍(lán)色發(fā)光的情況下，形成由In0.15Ga0.85N構(gòu)成的塊材結(jié)構(gòu)，或由InGaN構(gòu)成的井層與由GaN構(gòu)成的阻擋層的單一或多重的量子井結(jié)構(gòu)，全體形成0.01～0.2μm左右的厚度?；钚詫?是由非攙雜所形成，可以是p型，也可以是n型。
透光性導(dǎo)電層7，例如是由Ni與Au疊層合金化而形成2～100nm左右厚度的層，或者是光透過ZnO層或ITO層等，同時(shí)電流容易在芯片的全體擴(kuò)散，由容易得到導(dǎo)電性、且與p型層5的歐姆接觸的材料形成。由于ZnO層和ITO層即使很厚也具有透光性，所以例如可以形成0.3～2μm左右的厚度。在圖1所示的例子中，在形成0.3μm左右厚度的ZnO層作為透光性導(dǎo)電層7。
在圖1所示的例子中，由于半導(dǎo)體疊層部6的上面?zhèn)仁莗型層5，所以上部電極8作為p側(cè)電極而形成，例如是Ti/Au、Pd/Au或Ni/Au等疊層結(jié)構(gòu)，作為全體形成0.2～1μm左右的厚度，下部電極9(n側(cè)電極)例如是Ti-Al或Ti-Au等合金層，作為全體形成0.2～1μm左右的厚度。
接著，參照?qǐng)D4對(duì)圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法加以說明。首先，將基板1放置于例如MOCVD(有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積)裝置內(nèi)，導(dǎo)入生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的成分氣體，例如三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)、氨氣(NH3)、作為n型摻雜氣體的H2Se、SiH4、GeH4、TeH4中的一種，另外，作為p型摻雜氣體的二甲基鋅(DMZn)或二乙基環(huán)戊二烯基鎂中所必要的氣體，與載氣的H2或N2同時(shí)導(dǎo)入，如圖4A所示，例如在400～600℃左右堆積厚度為0.01～0.03μm左右的由GaN構(gòu)成的緩沖層2。接著，通過分別順次外延生長(zhǎng)由厚度為2～10μm的n型GaN類層和厚度為0.1～0.8μm的n型AlGaN類層構(gòu)成的n型層3、厚度為0.01～0.1μm的由InGaN類層構(gòu)成的活性層4、以及由厚度為0.05～0.4μm的p型AlGaN類層和厚度為0.05～0.5μm的p型GaN類層構(gòu)成的p型層5，形成半導(dǎo)體疊層部6。
其后，在N2氛圍中，進(jìn)行600～800℃、30分左右的熱處理，進(jìn)行p型層5的活化處理。接著，由真空蒸鍍法或?yàn)R射法等形成厚度為0.4～1μm左右的ZnO層，形成透光性導(dǎo)電層7。而且，為了形成下部電極(n側(cè)電極)9，進(jìn)行由氯氣的反應(yīng)性離子蝕刻，由此蝕刻芯片一部分的半導(dǎo)體疊層部6，露出n型層3的一部分。此時(shí)，如圖1A所示，雖然也有在各芯片上分割的境界部附近的半導(dǎo)體疊層部6也被蝕刻的情況，但也可以不進(jìn)行境界部的蝕刻。其后，在表面設(shè)置抗蝕劑膜，僅在形成上部電極(p側(cè)電極)的部位開口，由稀鹽酸等蝕刻液，去除由抗蝕劑膜的開口而露出的透光性導(dǎo)電層7的一部分，如圖4B所示，在透光性導(dǎo)電層7上形成開口部7a。而且，在這種狀態(tài)下由Ar和Cl2氣體進(jìn)行干蝕刻，如圖4C所示，在從開口部7a露出的半導(dǎo)體疊層部6表面上形成凹部10a。該凹部10a的深度約為數(shù)十nm左右。
其后，如圖4D所示，例如分別由噴射法形成厚度為0.1μm左右的Ti膜，由真空蒸鍍法等形成厚度為0.4μm左右的Au膜，而形成上部電極8，同樣地，通過形成厚度為0.1μm左右的Ti膜和厚度為0.3μm左右的Al膜，并通過燒結(jié)而合金化，形成下部電極(n側(cè)電極)9。該上部電極8和下部電極9是由引線接合法等與引線端子等連接的電極墊。而且，通過芯片化，得到圖1所示的發(fā)光元件芯片。
為了制造圖2結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件，在上述透光性導(dǎo)電層7上形成開口部7a之后，不進(jìn)行干蝕刻，而是原樣僅在氧等離子體氛圍中暴露10～30分鐘左右，后面的工序與上述制造工序完全同樣地進(jìn)行即可。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，上部電極與去除透光性導(dǎo)電層的一部分而露出的半導(dǎo)體疊層部表面密合，同時(shí)與透光性導(dǎo)電層也密合而設(shè)置，且在上部電極與半導(dǎo)體疊層部表面的接觸部設(shè)置有電流抑制機(jī)構(gòu)，所以上部電極與半導(dǎo)體疊層部之間高強(qiáng)度地接合，同時(shí)又是電氣非歐姆接觸。其結(jié)果是，在上部電極8與下部電極9之間施加電壓時(shí)，上部電極8的下側(cè)幾乎沒有電流流過，電流經(jīng)過透光性導(dǎo)電層7流向周圍的半導(dǎo)體疊層部。因此，上部電極8的下側(cè)的活性層幾乎不起發(fā)光的作用。就是說，在上部電極的下側(cè)發(fā)光，向正上方的光由于上部電極為金屬膜，所以不能通過光，而成為浪費(fèi)，但根據(jù)本發(fā)明，上部電極的下側(cè)的活性層幾乎不發(fā)光。其結(jié)果是，發(fā)出的光能夠有效地取出，難以向外部取出的光被抑制，所以不會(huì)使用無效的電流，能夠大幅度地提高外部量子效率。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可以應(yīng)用于液晶顯示裝置等背光、白色和藍(lán)色類等各種發(fā)光元件、照明裝置等，作為光源在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)得到使用。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具有疊層氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層的n型層和p型層，形成發(fā)光部的半導(dǎo)體疊層部；設(shè)置在該半導(dǎo)體疊層部表面的透光性導(dǎo)電層；和去除該透光性導(dǎo)電層的一部分、與露出的所述半導(dǎo)體疊層部的表面和所述透光性導(dǎo)電層相接觸而設(shè)置的上部電極，該半導(dǎo)體發(fā)光元件構(gòu)成為通過在去除所述透光性導(dǎo)電層的一部分而露出的所述半導(dǎo)體疊層部表面上設(shè)置電流抑制機(jī)構(gòu)，確保所述上部電極與所述半導(dǎo)體疊層部表面的密合性，同時(shí)抑制電流向該上部電極的下側(cè)流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述電流抑制機(jī)構(gòu)是在去除所述透光性導(dǎo)電層而露出的所述半導(dǎo)體疊層部的表面上形成的凹部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述電流抑制機(jī)構(gòu)是在去除所述透光性導(dǎo)電層而露出的所述半導(dǎo)體疊層部的表面上形成的含氧層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述凹部的深度為10～50nm。
5.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于通過在基板表面疊層氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層形成含n型層和p型層的發(fā)光部，從而形成半導(dǎo)體疊層部；在該半導(dǎo)體疊層部表面形成透光性導(dǎo)電層；通過蝕刻去除該透光性導(dǎo)電層的上部電極形成部位的一部分而露出所述半導(dǎo)體疊層部的表面，通過使由該蝕刻、部分露出的所述半導(dǎo)體疊層部表面暴露于氧等離子體氛圍中，而使該表面成為電流抑制區(qū)域，以密合在作為該電流抑制區(qū)域的所述半導(dǎo)體疊層部的表面和所述透光性導(dǎo)電層的開口部附近的方式形成上部電極。
6.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于在權(quán)利要求5所述的制造方法中，代替暴露于所述氧等離子體氛圍中，通過干蝕刻，在所述露出的半導(dǎo)體疊層部的表面上形成凹部，以密合在該凹部?jī)?nèi)的露出面和所述透光性導(dǎo)電層的開口部附近的方式形成上部電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于所述氧等離子體的處理是在等離子體電源功率為200W～400W的條件下進(jìn)行5～30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，由疊層氮化鎵類化合物半導(dǎo)體層的n型層(3)與p型層(5)形成發(fā)光部而形成半導(dǎo)體疊層部(6)，在該半導(dǎo)體疊層部表面設(shè)置有透光性導(dǎo)電層(7)。去除該透光性導(dǎo)電層的一部分、與露出的半導(dǎo)體疊層部的表面和透光性導(dǎo)電層相接觸而設(shè)置有上部電極(8)。其構(gòu)成為在從透光性導(dǎo)電層的開口部(7a)露出的半導(dǎo)體疊層部表面上設(shè)置電流抑制機(jī)構(gòu)(10)，確保上部電極與半導(dǎo)體疊層部表面的密合性，同時(shí)大幅度地抑制電流向上部電極的下側(cè)流動(dòng)。其結(jié)果是，能夠得到通過抑制上部電極下側(cè)的發(fā)光而提高外部量子效率，同時(shí)能夠提高上部電極與半導(dǎo)體層的密合性的使用氮化鎵類化合物的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1894807SQ20048003761
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者伊藤范和, 園部雅之, 中川大輔 申請(qǐng)人:羅姆股份有限公司