專利名稱：電極形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種層疊III族氮化物類化合物半導體而形成的半導體元件的電極形成方法，特別涉及形成由氧化銦錫(ITO)構成的透光性電極的方法。
背景技術：
目前，III族氮化物類化合物半導體元件一般使用非導電性的藍寶石襯底，n電極、p電極都形成在半導體元件層一側。在此，在所謂的正裝式III族氮化物類化合物半導體元件中，在p型層表面使用例如由合金化了的金(Au)和鈷(Co)構成的薄膜透光性電極，從形成有電極的一側取出光。但是，Au/Co薄膜透光性電極的光透射率為60％左右，光取出效率不充分。
另一方面，作為III族氮化物類化合物半導體元件的透光性電極，人們提出了使用氧化銦錫(ITO)。
專利文獻1日本特許第3394488號公報專利文獻2日本特開2003-17748號公報關于氧化銦錫(ITO)，用于III族氮化物類化合物半導體元件時的特性還不十分清楚，而且，需要開發(fā)用于形成電極的最佳條件。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種作為III族氮化物類化合物半導體發(fā)光元件的透光性電極而由氧化銦錫(ITO)構成的電極的形成方法。
為了解決上述課題，根據方案1所記載的方法，其特征在于在層疊了III族氮化物類化合物半導體而形成的半導體元件的電極的形成方法中，電極由氧化銦錫(ITO)構成，在至少存在氧的氣氛下，利用電子束蒸鍍法或者離子電鍍法來蒸鍍該氧化銦錫(ITO)。
另外，根據方案2所記載的方法，其特征在于在上述氧化銦錫(ITO)膜形成之后，以大于或等于300℃的溫度進行燒制。此外，根據方案3所記載的方法，其特征在于上述氧化銦錫(ITO)膜的形成在大于或等于0.01Pa的氧氣氣氛下進行。
另外，根據方案4所記載的方法，其特征在于在由氧化銦錫(ITO)構成的電極之上形成用于引線接合的焊盤電極，作為該焊盤電極的最下層，形成包含鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉻(Cr)和鋁(Al)中的至少一種的膜。
如下所示，本發(fā)明人發(fā)現通過在存在氧的氣氛下利用電子束蒸鍍法或者離子電鍍法蒸鍍ITO，能形成最佳的透光性電極。之后，利用加熱進行ITO的燒制，由此，能形成透光性高、電阻率低的電極。另外還發(fā)現，如果在形成ITO時使氧氣大于或等于0.06Pa，則不進行燒制，就能形成透光性高、電阻率低的電極。
雖然需要與由ITO構成的透光性電極接近來形成用于引線接合的所謂的焊盤電極，但是，本發(fā)明人還發(fā)現例如如果在金的厚膜電極和ITO之間設置鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉻(Cr)和鋁(Al)，則能提高接合度。


圖1是表示本發(fā)明實施例2的半導體發(fā)光元件100的結構的剖視圖。
符號說明如下100半導體發(fā)光元件 101藍寶石襯底 102緩沖層103非摻雜GaN層 104高載流子濃度n+層 105n型層106發(fā)光層 107p型層108p型接觸層110透光性p電極(ITO) 130保護膜 140n電極具體實施方式
作為本發(fā)明的主要特征的ITO，Sn的比例以2～20％為好。ITO的厚度以10nm～10μm為好。如果小于10nm，則電流的擴散不充分，而且容易產生剝離。另外，如果超過10μm，則光透射性劣化。ITO的厚度，更理想的是100nm～5μm，最好是200nm～2μm。
ITO膜形成時的氧氣壓力，理想的是0.01Pa～10Pa，更理想的是0.03Pa～2Pa，最好是0.05Pa～1Pa。如果大于或等于0.01Pa，則能形成電阻值低的電極。另外，利用后工序的燒制，能得到大于或等于80％的光透射度。如果使氧氣壓力大于或等于0.06Pa，則不經過后工序的燒制也能得到大于或等于90％的光透射度。燒制可以在300℃～1000℃下進行。如果低于300℃，則燒制的效果不充分，如果超過1000℃，則將導致半導體元件的特性劣化。更理想的是500℃～900℃，最好是600℃～800℃。另外，燒制最好是在惰性氣體氣氛下，特別是在氮氣氣氛下進行。
對于用于引線接合的焊盤電極，可以用厚膜的金(Au)形成。厚度在0.5～3μm的范圍內任意地設定。在主要由金(Au)形成焊盤電極時，如果在與由ITO構成的透光性電極之間形成鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉻(Cr)或鋁(Al)，則焊盤電極與由ITO構成的透光性電極的接合度提高。特別是在使用了鎳(Ni)時，接合度變得更高。
本發(fā)明涉及的III族氮化物類化合物半導體發(fā)光元件，除了與上述發(fā)明的主要結構有關的限定之外，可以采用任意的結構。另外，發(fā)光元件可以是發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)，光電耦合器、其它任意的發(fā)光元件。特別是，作為本發(fā)明涉及的III族氮化物類化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，可以使用任意的制造方法。
具體地講，作為晶體生長的襯底，可以使用藍寶石、尖晶石、Si、SiC、ZnO、MgO或者III族氮化物類化合物單晶體等。作為使III族氮化物類化合物半導體層晶體生長的方法，分子束氣相生長法(MBE)、有機金屬氣相生長法(MOVPE)、氫化物氣相生長法(HVPE)、液相生長法等是有效的。
在發(fā)光層為多重量子阱構造時，可以包含由至少包含銦(In)的III族氮化物類化合物半導體AlxGayIn1-x-yN(0≤x＜1，0＜y≤1)構成的阱層。發(fā)光層的結構，例如包括由摻雜或非摻雜的GayIn1-yN(0＜y≤1)構成的阱層、由帶隙比該阱層大的任意組成的III族氮化物類化合物半導體AlGaInN構成的阻擋層。作為優(yōu)選例，為非摻雜的GayIn1-yN(0＜y≤1)的阱層和由非摻雜的GaN構成的阻擋層。
電極形成層等III族氮化物半導體層可以由III族氮化物類化合物半導體形成，該III族氮化物類化合物半導體是至少用AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)來表示的2元類、3元類或4元類半導體構成。另外，這些III族元素的一部分也可以用硼(B)、鉈(Tl)置換，還可以用磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)置換一部分氮(N)。
另外，在使用這些半導體來形成n型的III族氮化物類化合物半導體層時，作為n型雜質可以添加Si、Ge、Se、Te、C等，作為p型雜質可以添加Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等。
根據以上的本發(fā)明的方法，能有效地、或者合理地解決上述課題。
實施例1首先，為了示出由本發(fā)明的電極形成方法帶來的提高ITO的光透射性和抑制薄膜電阻的效果，進行以下的實驗。以氧化錫和氧化銦的混合物(氧化錫5％)為靶，利用電子束蒸鍍法在藍寶石襯底上形成膜厚300nm的ITO。此時，在使蒸鍍裝置內部形成小于或等于1×10-2Pa的高真空后，以4種壓力導入氧氣，分別形成ITO。氧氣壓力采用0.0Pa(即不導入氧氣)、0.005Pa、0.015Pa、0.06Pa、0.1Pa的5種。之后，對波長470nm的藍色光的光透射性和薄膜電阻進行測量。接著，分別在氮氣氣氛下以400℃燒制10分鐘，之后再次測量光透射性和薄膜電阻。其結果示于表1中。另外，光透射性是以藍寶石襯底的光透射性為100％時的相對值。
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表1

在形成ITO時不導入氧氣的情況下，光透射性在燒制的前后存在顯著的差別。即，在燒制前，光透射性停留在65％，但是燒制后，達到100％。另一方面，薄膜電阻為100Ω/□左右，在燒制前后幾乎沒有差別。
在存在0.005Pa的氧氣的情況下形成ITO時，光透射性在燒制的前后存在顯著的差別。即，在燒制前，光透射性停留在60％，但是燒制后，達到90％。另外，薄膜電阻在燒制前后幾乎沒有差別，為27Ω/□左右，雖然還有改善的余地，但還是比較好的。
在存在0.015Pa的氧氣的情況下形成ITO時，光透射性在燒制的前后存在顯著的差別。即，在燒制前光透射性停留在57％，但是燒制后達到88％。另外，薄膜電阻在燒制前后幾乎沒有差別，為16Ω/□左右，是極為良好的。
在存在0.06Pa的氧氣的情況下形成ITO時，光透射性、薄膜電阻在燒制的前后都幾乎沒有差別，是極為良好的。即，光透射性為93％左右，薄膜電阻也為16Ω/□左右。
在存在0.1Pa的氧氣的情況下形成ITO時，光透射性、薄膜電阻都是極為良好的。即，光透射性在燒制的前后都為96％左右，薄膜電阻從燒制前的14Ω/□減小到8Ω/□，改善了薄膜電阻。
以上的結果是，ITO因燒制而再結晶，從而光透射性變好，通過在存在微量的氧氣的情況下形成ITO，在化學量論上(stoichiometric)成為理想的ITO組成，由此，可以說明電阻值得到了抑制。如上所述，根據本發(fā)明，作為透光性電極能可形成極為良好的ITO膜。
實施例2圖1表示本發(fā)明實施例涉及的半導體發(fā)光元件100的示意剖視圖。對于半導體發(fā)光元件100，如圖1所示，在厚度約300μm的藍寶石襯底101之上，形成有由氮化鋁(AlN)構成的膜厚約15nm的緩沖膜層102，在緩沖膜層102之上形成有由非摻雜的GaN構成的膜厚約500nm的層103，在層103上形成有由摻雜了1×1018/cm3的硅(Si)構成的膜厚約5μm的n型接觸層104(高載流子濃度n+層)。
另外，在該n型接觸層104之上形成有摻雜了1×1017/cm3的硅(Si)的膜厚25nm的由n型Al0.15Ga0.85N構成的n型層105。進而，在n型層105之上層疊有3對膜厚3nm的由非摻雜In0.2Ga0.8N所構成的阱層1061、和膜厚20nm的由非摻雜GaN構成的阻擋層1062，而形成多重量子阱構造的發(fā)光層106。
進而，在該發(fā)光層106之上形成有由摻雜了2×1019/cm3的Mg的膜厚25nm的p型Al0.15Ga0.85N構成的p型層107。在p型層107之上形成有由摻雜了8×1019/cm3的Mg的膜厚100nm的p型GaN構成的p型接觸層108。
另外，在p型接觸層108之上形成有由ITO構成的透光性p電極110，在n型接觸層104上形成有n電極140。透光性p電極110由與p型接觸層108直接接合的膜厚約300nm的ITO構成。
厚膜p電極120，是通過從透光性p電極110之上依次層疊膜厚約30nm的由鎳(Ni)構成的第一層121、膜厚約1.5μm的由金(Au)構成的第二層122、膜厚約10nm的由鋁(Al)構成的第三層123而構成的。
多層構造的n電極140，是通過從n型接觸層104部分露出的部分之上層疊膜厚約18nm的由釩(V)構成的第一層141、和膜厚約100nm的由Al構成的第二層142而構成的。
半導體發(fā)光元件，在藍寶石襯底上依次外延生長了緩沖層102、非摻雜GaN層103、高載流子濃度n+層104、n型層105、發(fā)光層106、p型層107、p型接觸層108，在進行了用于形成n電極140的刻蝕之后，如下面這樣進行電極形成。
首先，用光致抗蝕劑形成掩膜，該掩膜在要形成透光性p電極(ITO)110的區(qū)域形成了窗口，之后，以氧化錫和氧化銦的混合物(氧化錫5％)為靶，利用電子束蒸鍍法在氧氣壓力為0.06Pa下形成了膜厚300nm的由ITO構成的透光性p電極110。接著，在氮氣氣氛下進行600℃、5分鐘的燒制。之后，除去光致抗蝕劑。
接著，用光致抗蝕劑形成掩膜，該掩膜在要形成厚膜p電極120的區(qū)域形成了窗口，之后，在透光性p電極110之上依次形成膜厚約30nm的由鎳(Ni)構成的第一層121、膜厚約1.5μm的由金(Au)構成的第二層122、膜厚約10nm的由鋁(Al)構成的第三層123。然后，除去光致抗蝕劑。
完全一樣地用光致抗蝕劑形成掩膜，該掩膜在要形成厚膜n電極140的區(qū)域形成了窗口，之后，在露出高載流子濃度n+層103的區(qū)域形成膜厚約18nm的由釩(V)構成的第一層141、和膜厚約100nm的由鋁(Al)構成的第二層142。然后，除去光致抗蝕劑。
接著，對透光性p電極(ITO)電極110、厚膜p電極120、n電極140進行加熱處理。最后，形成由SiO2構成的保護膜130。并且，保護膜130也可以使用SiNx來替代SiO2。
比較例準備如下這樣形成的比較用的半導體發(fā)光元件即，在上述實施例中，代替透光性p電極(ITO)110，而通過從最下層依次層疊9的Co、29的Au、9的Co、30的Au這樣的4層而形成薄膜透明電極，并代替厚膜p電極120，而從最下層依次形成膜厚40nm的Au、膜厚30nm的Cr、膜厚650nm的Au、膜厚10nm的Al。然后，與上述半導體發(fā)光元件100比較物性。此時，安裝在Ag基座上，并用透明銀漿料覆蓋。
具有層疊了4層Au/Co/Au/Co并合金化了透明電極的比較用的半導體發(fā)光元件，驅動電壓為3.15V，光度為77mcd，全放射束為3.4mW，與此相對，本發(fā)明涉及的圖1的半導體發(fā)光元件100，驅動電壓為3.27V，光度為146mcd，全放射束為7.6mW。即，相對于具有Au/Co薄膜透明電極的半導體元件，本發(fā)明的具有由ITO構成的透光性電極的半導體發(fā)光元件，驅動電壓幾乎沒有變化，而且光度和全放射束顯著提高。
權利要求
1.一種電極形成方法，是層疊III族氮化物類化合物半導體而形成的半導體元件的電極的形成方法，該方法的特征在于上述電極由氧化銦錫構成，在至少存在氧的氣氛下，利用電子束蒸鍍法或者離子電鍍法形成該氧化銦錫。
2.根據權利要求1所述的電極形成方法，其特征在于在上述氧化銦錫膜形成之后，在高于或等于300℃的溫度下進行燒制。
3.根據權利要求1所述的電極形成方法，其特征在于在大于或等于0.01Pa的氧氣氣氛下進行上述氧化銦錫膜的形成。
4.根據權利要求1～3任意一項所述的電極形成方法，其特征在于在由上述氧化銦錫構成的電極之上，形成用于引線接合的焊盤電極，作為該焊盤電極的最下層，形成包含鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉻(Cr)和鋁(Al)中的至少一種的膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種透光性高、電阻低的透光性電極的制造方法。半導體發(fā)光元件(100)是在藍寶石襯底上依次層疊了緩沖層(102)、非摻雜GaN層(103)、高載流子濃度n
文檔編號H01L31/18GK1755899SQ20051010805
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權日2004年9月30日
發(fā)明者吉田和廣, 長谷川恭孝, 加賀廣持 申請人:豐田合成株式會社