專利名稱：反射性正電極和使用其的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)光器件的反射性正電極，更具體地，涉及具有優(yōu)良特性和穩(wěn)定性的反射性正電極，并涉及使用其的倒裝芯片型氮化鎵基化合物半導(dǎo)體。
背景技術(shù)：
近年來，由化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1，0≤y＜1，x+y＜1)表示的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體作為用于發(fā)射紫外到藍(lán)光或綠光的發(fā)光二極管(LED)的材料吸引了極大的關(guān)注。通過使用由這些材料制造的半導(dǎo)體可實(shí)現(xiàn)迄今很困難的，在紫外、藍(lán)和綠色區(qū)域中的高強(qiáng)度光發(fā)射。通常在藍(lán)寶石襯底上生長氮化鎵基化合物半導(dǎo)體。由于其是絕緣襯底，與GaAs基發(fā)光器件不同，電極不能設(shè)置在襯底的后表面上。因此，正和負(fù)電極都必須設(shè)置在生長為晶體的半導(dǎo)體上。
具體地，在使用氮化鎵基化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件的情況下，由于藍(lán)寶石襯底在發(fā)射光波長處為透光的，因此倒裝芯片型結(jié)構(gòu)吸引了極大的關(guān)注，在該倒裝芯片型結(jié)構(gòu)中，將電極表面作為底面地安裝器件并且從藍(lán)寶石襯底側(cè)提取光。
圖1是示出這種類型的發(fā)光器件的一般結(jié)構(gòu)的實(shí)例的示意圖。由此，發(fā)光器件具有在襯底1上連續(xù)生長為晶體的緩沖層2、n型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、和p型半導(dǎo)體層5，其中通過蝕刻去除部分發(fā)光層4和p型半導(dǎo)體層5以暴露n型半導(dǎo)體層3，并且在p型半導(dǎo)體層5上形成正電極10，在n型半導(dǎo)體層3上形成負(fù)電極20。安裝這樣的發(fā)光器件，其中例如使其上形成有電極的表面面向引線框架，然后接合該發(fā)光器件。從襯底1側(cè)提取由發(fā)光層4發(fā)射的光。為在這種類型的發(fā)光器件中有效地提取光，將反射金屬用作正電極10，并如此設(shè)置該反射性金屬以覆蓋p型半導(dǎo)體層5的大部分，由此使朝向正電極的來自發(fā)光層的光被正電極10反射，并從襯底1側(cè)被提取。
因此，低接觸電阻和高反射率為正電極材料所必需的特性。Ag和Al為公知的高反射金屬，并且已提出將直接設(shè)置在p型半導(dǎo)體層上的厚度為20nm或更大的Ag層用作反射性正電極(參見日本專利申請公開(kokai)No.11-186599)。對于使用Ag的方法，專利文件1提出在p型氮化物半導(dǎo)體層上設(shè)置銀層并在銀層上添加穩(wěn)定層。公開了穩(wěn)定層的作用是改善銀層的機(jī)械和電特性。
但是，當(dāng)Ag和Al過度擴(kuò)散到p型半導(dǎo)體層中時(shí)，發(fā)生小電流泄漏，導(dǎo)致反向電壓的降低。這在長期老化試驗(yàn)中導(dǎo)致特性值的變化，并引起可靠性的降低。其原因在于p型半導(dǎo)體層的結(jié)晶度被擴(kuò)散到p型半導(dǎo)體層中的Ag和Al劣化。
而且，已提出倒裝芯片型發(fā)光器件，其中在p型半導(dǎo)體層上設(shè)置金屬薄膜以便克服接觸電阻的不均勻性(參見日本專利申請公開(kokai)No.11-220168)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種解決與Ag和Al相關(guān)聯(lián)的上述問題的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，也就是，其具有這樣的高反射性正電極，該高反射性正電極具有高反向電壓和對p型氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層具有低接觸電阻的優(yōu)良穩(wěn)定性。
本發(fā)明提供如下方面。
(1)一種用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，包括鄰接p型半導(dǎo)體層的接觸金屬層，以及在所述接觸金屬層上的反射層，其中所述接觸金屬層由鉑族金屬或包含鉑族金屬的合金形成，并且所述反射層由選自Ag、Al、以及包含Ag和Al中的至少一者的合金的至少一種金屬形成。
(2)根據(jù)上面(1)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述接觸金屬層由Pt或其合金形成。
(3)根據(jù)上面(1)或(2)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述接觸金屬層的厚度在0.1～30nm的范圍內(nèi)。
(4)根據(jù)上面(3)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述接觸金屬層的厚度在1～30nm的范圍內(nèi)。
(5)根據(jù)上面(3)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述接觸金屬層的厚度在0.1～4.9nm的范圍內(nèi)。
(6)根據(jù)上面(1)～(5)的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中在所述p型半導(dǎo)體層側(cè)的所述接觸金屬層的表面上存在包含III族金屬的包含半導(dǎo)體金屬的層。
(7)根據(jù)上面(1)～(6)的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中通過RF放電濺射方法形成所述接觸金屬層。
(8)根據(jù)上面(1)～(7)的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述反射層是Ag或其合金。
(9)根據(jù)上面(1)～(8)的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述反射層的厚度是30～500nm。
(10)根據(jù)上面(1)～(9)的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中通過DC放電濺射方法形成所述反射層。
(11)根據(jù)上面(1)～(10)的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述器件還包括覆蓋所述接觸金屬層和所述反射層的覆蓋層(overcoat layer)。
(12)根據(jù)上面(11)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層的厚度為至少10nm。
(13)根據(jù)上面(11)或(12)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層的鄰接所述反射層上表面的部分的至少一部分是金屬。
(14)根據(jù)上面(13)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層為選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、以及包含任何這些金屬的合金中的至少一種金屬。
(15)根據(jù)上面(14)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層為選自Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Au、以及包含任何這些金屬的合金中的至少一種金屬。
(16)根據(jù)上面(11)～(15)的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層與所述p型半導(dǎo)體層歐姆接觸。
(17)根據(jù)上面(16)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層以1×10-3Ωcm2或更小的接觸電阻率與所述p型半導(dǎo)體層歐姆接觸。
(18)根據(jù)上面(1)～(17)的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中在形成所述接觸金屬層后，不在高于350℃的溫度下進(jìn)行熱處理。
(19)一種氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底；n型層、發(fā)光層和p型層，這些層依此順序設(shè)置在所述襯底頂上，且由III族氮化物半導(dǎo)體形成；負(fù)電極，設(shè)置在所述n型層上；以及正電極，設(shè)置在所述p型層上，其中所述正電極是根據(jù)上面(1)～(18)的任何一項(xiàng)的正電極。
(20)根據(jù)上面(19)的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，在所述正電極側(cè)的所述p型半導(dǎo)體層的表面上，存在包含正電極金屬的層。
(21)一種燈，包括根據(jù)上面(19)或(20)的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
根據(jù)本發(fā)明的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極具有介于p型半導(dǎo)體層和Ag或Al的正電極反射層之間的鉑族金屬的正電極接觸金屬層，以便抑制構(gòu)成反射層的金屬Ag或Al擴(kuò)散到p型半導(dǎo)體層中，因此，發(fā)光器件具有良好的電特性和高可靠性。
通過在半導(dǎo)體側(cè)的正電極接觸金屬層的表面上設(shè)置包含構(gòu)成半導(dǎo)體的III族金屬的包含半導(dǎo)體金屬的層，進(jìn)一步降低接觸電阻。
根據(jù)本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件具有在正電極和p型半導(dǎo)體之間的接觸電阻，該接觸電阻通過在正電極側(cè)的p型半導(dǎo)體層的表面上設(shè)置包含構(gòu)成接觸金屬層的金屬的包含正電極金屬的層而進(jìn)一步降低。
通過使用RF放電的濺射方法形成正電極的接觸金屬層，可以在不進(jìn)行退火工藝的情況下形成包含正電極金屬的層和包含半導(dǎo)體金屬的層，從而可以提高生產(chǎn)率。
并且，通過提供覆蓋層以覆蓋反射層的側(cè)面和上表面，可以進(jìn)一步提高發(fā)光器件的穩(wěn)定性。


圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的倒裝芯片型化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一般結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的倒裝芯片型氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的實(shí)例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
作為本發(fā)明中的層疊在襯底上的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體，可無限制地使用具有生長在襯底1上的緩沖層2、n型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4和p型半導(dǎo)體層5的一種。作為襯底，可無限制地使用藍(lán)寶石、SiC等。作為氮化鎵基半導(dǎo)體，已知由化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1，0≤y＜1，x+y＜1)表示的各種半導(dǎo)體。在本發(fā)明中，可無限制地使用由化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1，0≤y＜1，x+y＜1)表示的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體。
作為實(shí)例，如圖2所示，可以使用依以下順序連續(xù)層疊在藍(lán)寶石襯底1上的氮化鎵基半導(dǎo)體疊層由AlN層構(gòu)成的緩沖層2、由n型GaN層構(gòu)成的n接觸層3a、由n型GaN層構(gòu)成的n覆層(n-clad layer)3b、由InGaN層構(gòu)成的發(fā)光層4、由AlGaN層構(gòu)成的p覆層5b、以及由p型GaN層構(gòu)成的p接觸層5a。
通過蝕刻去除氮化鎵基化合物半導(dǎo)體的p接觸層5a、p覆層5b、發(fā)光層4和n覆層3b的一部分，在n接觸層3a上設(shè)置例如Ti/Au的負(fù)電極20，并在p接觸層5a上設(shè)置正電極10。
在本發(fā)明中，正電極10具有鄰接p型半導(dǎo)體層的接觸金屬層。在接觸金屬層上設(shè)置反射層。接觸金屬層也用作對反射層的擴(kuò)散抑制層。因此，要求接觸金屬層具有高透光率和低接觸電阻。通常，設(shè)置接合襯墊(bondingpad)層作為與電路板或引線框架電連接的最頂層。
作用接觸金屬層的材料，為實(shí)現(xiàn)對p型半導(dǎo)體層的低接觸電阻，優(yōu)選使用具有高功函數(shù)的金屬，具體地，鉑族金屬如Pt、Ir、Rh、Rd、Ru和Os以及含鉑族金屬的合金。更優(yōu)選Pt、Ir、Rh和Ru，并且尤其優(yōu)選Pt。
由于接觸金屬層也具有作為抑制構(gòu)成反射層的Ag和Al的擴(kuò)散的擴(kuò)散抑制層的作用，因此優(yōu)選使用致密結(jié)構(gòu)和高熔點(diǎn)的金屬。具體地，優(yōu)選具有比Ag和Al更高的熔點(diǎn)的金屬或合金。從該角度，也優(yōu)選鉑族金屬作為用于接觸金屬層的材料。
為穩(wěn)定地獲得低接觸電阻，優(yōu)選接觸金屬層的厚度為0.1nm或更大，更優(yōu)選1nm或更大，尤其優(yōu)選2nm或更大，最優(yōu)選3nm或更大。為獲得均勻的接觸電阻，優(yōu)選接觸金屬層的厚度為1nm或更大。為獲得足夠的透光率，優(yōu)選接觸金屬層的厚度為30nm或更小，更優(yōu)選20nm或更小，尤其優(yōu)選10nm或更小，最優(yōu)選4.9nm或更小。由于接觸金屬層也具有作為對Ag和Al的擴(kuò)散抑制層的作用，因此從該角度看，優(yōu)選厚度為0.5nm或更大，更優(yōu)選1nm或更大。優(yōu)選地，接觸金屬層為連續(xù)層。
優(yōu)選地，在半導(dǎo)體側(cè)的正電極接觸金屬層的表面上存在包含構(gòu)成半導(dǎo)體的金屬的包含半導(dǎo)體金屬的層，因?yàn)檫@會(huì)進(jìn)一步降低接觸電阻。由此，在本發(fā)明中，將“包含半導(dǎo)體金屬的層”定義為在接觸金屬層中的包含半導(dǎo)體構(gòu)成金屬的層。
優(yōu)選地，包含半導(dǎo)體金屬的層的厚度為0.1～3nm。如果厚度小于0.1nm，則接觸電阻降低的效果不顯著，而如果厚度超過3nm，則透光率不希望地降低。更優(yōu)選地，厚度為1～3nm。
優(yōu)選地，包含在該層中的半導(dǎo)體構(gòu)成金屬的比例為相對于金屬總量的0.1～50原子％。如果該比例小于0.1％，則接觸電阻降低的效果不顯著。如果該比例大于50原子％，則透光率降低。更優(yōu)選地，該比例為1～20原子％。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，通過對截面TEM的EDS分析，可以測量包含半導(dǎo)體金屬的層的厚度和包含在該層中的半導(dǎo)體構(gòu)成金屬的比例。由此，可以在從接觸金屬層的下表面(p型半導(dǎo)體層表面)的厚度方向上，在多個(gè)點(diǎn)，例如五個(gè)點(diǎn)處進(jìn)行對截面TEM的EDS分析，并且可以從在這些點(diǎn)的每個(gè)圖表確定在各點(diǎn)處包含的金屬的類型和含量。如果五個(gè)測量點(diǎn)不足以確定厚度，則可在多個(gè)額外點(diǎn)進(jìn)行測量。
并且，優(yōu)選在正電極側(cè)的p型半導(dǎo)體層的表面上存在包含構(gòu)成接觸金屬層的金屬的包含正電極金屬的層。利用這種結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步降低正電極和p型半導(dǎo)體層之間的接觸電阻。
簡言之，將在此使用的“包含正電極金屬的層”定義為在p型半導(dǎo)體層中包含構(gòu)成接觸金屬層的金屬的層。
優(yōu)選地，包含正電極金屬的層的厚度在0.1～10nm的范圍內(nèi)。如果厚度小于0.1nm或大于10nm，則很難實(shí)現(xiàn)低接觸電阻。該厚度更優(yōu)選在1～8nm的范圍內(nèi)以實(shí)現(xiàn)更好的接觸電阻。
優(yōu)選地在該層中的接觸金屬層構(gòu)成金屬的比例為相對于金屬總量的0.01～30原子％。如果該比例小于0.01原子％，則很難實(shí)現(xiàn)低接觸電阻，而如果該比例大于30原子％，則半導(dǎo)體的結(jié)晶度降低。更優(yōu)選地，比例為1～20原子％。該層可包含反射層構(gòu)成金屬。在這種情況下，優(yōu)選反射層構(gòu)成金屬Ag或Al相對于金屬總量的比例為5原子％或更小。如果該比例大于5原子％，則會(huì)增大低電流漏泄量(component)并降低反向電壓值。
與包含半導(dǎo)體金屬的層的情況一樣，通過使用對截面TEM的EDS分析，可測量包含正電極金屬的層的厚度和在該層中的正電極構(gòu)成金屬的含量。
通過使用具有高反射率的金屬，具體地Ag或Al，或包含這些金屬的至少一者的合金，可以形成反射層。反射層的厚度優(yōu)選30nm或更大。如果反射層的厚度小于30nm，則很難實(shí)現(xiàn)整個(gè)電極的均勻高反射率。更優(yōu)選地，厚度為50nm或更大。考慮到制造成本，厚度優(yōu)選500nm或更小。
通過使用任何對本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法，如濺射方法或真空沉積方法，可形成接觸金屬層和反射層。由于濺射方法提供具有低接觸電阻的接觸金屬層或具有優(yōu)良反射性的反射層，因此其是特別優(yōu)選的。
優(yōu)選地，將使用RF放電的濺射膜形成方法用于在p型半導(dǎo)體層上形成接觸金屬層。與氣相沉積方法或使用DC放電的濺射膜形成方法相比，通過使用RF放電的濺射膜形成方法，可獲得具有低接觸電阻的電極。由此，當(dāng)通過使用RF放電的濺射膜形成方法形成接觸金屬層時(shí)，可同時(shí)形成包含半導(dǎo)體金屬的層和包含正電極金屬的層。
在使用RF放電的濺射膜形成方法中，推測可通過離子輔助效應(yīng)將能量賦予附著到p型半導(dǎo)體層的濺射原子，并可促使在p型半導(dǎo)體層例如Mg摻雜的p-GaN的表面部分中的濺射原子的擴(kuò)散。而且，推測在上述膜形成時(shí)，可將能量賦予p型半導(dǎo)體層的最表面原子，并可促使半導(dǎo)體的材料例如Ga擴(kuò)散到接觸金屬層中。在對截面TEM的EDS分析中，在接觸金屬層即通過在p型GaN上RF濺射形成的膜中，確認(rèn)其中可以探測到來自半導(dǎo)體的Ga和作為接觸金屬層的材料Pt二者的區(qū)域，即包含半導(dǎo)體金屬的層。在該分析中，不能確認(rèn)在該區(qū)域中N的存在。
另一方面，在半導(dǎo)體側(cè)，確認(rèn)其中可以探測到Ga、N和Pt的區(qū)域，即包含正電極金屬的層。
在使用RF放電的膜形成中，起初接觸電阻降低，但隨著膜厚度增加，由于膜不致密，因此形成的膜的反射率變得差于通過DC放電形成的膜。因此，優(yōu)選地，通過RF放電形成接觸金屬層作為在允許接觸電阻保持較低和透光率增大的范圍內(nèi)的薄膜，并且通過DC放電在其上形成反射層。
如上所述，通過由RF濺射形成接觸金屬層，可形成根據(jù)本發(fā)明的包含半導(dǎo)體金屬的層和包含正電極金屬的層。在這種情況下，不需要在接觸金屬層形成后的退火。相反地，退火會(huì)促使Pt和Ga的擴(kuò)散，并降低半導(dǎo)體的結(jié)晶度且可劣化電特性。在形成接觸金屬層后，優(yōu)選不進(jìn)行在高于350℃的溫度下的熱處理溫度。
來自正電極材料的金屬和來自包含半導(dǎo)體金屬的層以及包含正電極金屬的層中的半導(dǎo)體的金屬如Ga和N可作為化合物和合金存在，或者可作為簡單混合物存在。在任何情況下，可以通過消除接觸金屬層和p型半導(dǎo)體層之間的界面獲得低電阻。
在任何常規(guī)已知的適當(dāng)選擇的條件下，可以使用任何已知的常規(guī)濺射裝置進(jìn)行濺射。將其上層疊有氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層的襯底置于反應(yīng)室中，并將襯底的溫度設(shè)定在室溫到500℃的范圍內(nèi)。盡管不需要特別加熱襯底，但為促進(jìn)構(gòu)成接觸金屬層的金屬和構(gòu)成半導(dǎo)體層的金屬的擴(kuò)散，可適當(dāng)加熱襯底。對反應(yīng)室抽真空到在10-4～10-7Pa范圍內(nèi)的真空度。可將He、Ne、Ar、Kr、Xe等用作濺射氣體?？紤]到實(shí)用性，優(yōu)選Ar。將這些氣體中的一種引入到反應(yīng)室中直到0.1～10Pa的壓力，然后，進(jìn)行放電。優(yōu)選地，壓力在0.2～5Pa的范圍內(nèi)。優(yōu)選施加的電功率在0.2～2.0kW的范圍內(nèi)。通過適當(dāng)調(diào)整放電時(shí)間和施加的功率，可調(diào)整形成的層的厚度。為降低形成的層的氧含量，在用于濺射的所需的靶中的氧含量優(yōu)選為10000ppm或更小，更優(yōu)選地6000ppm或更小。
作為接合襯墊層，公知使用材料如Au、Al、Ni和Cu的各種結(jié)構(gòu)，并且可不限制地使用這些公知的材料和結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，其厚度在100～1000nm范圍內(nèi)。由于接合襯墊的特性，利用厚接合襯墊可獲得更高的接合能力，因此厚度更優(yōu)選300nm或更大。但是，從制造成本的角度，厚度優(yōu)選500nm或更小。
對于Ag和Al等，公知所謂的電遷移現(xiàn)象，在該現(xiàn)象中，在存在水時(shí)這些金屬被電離并擴(kuò)散。對于使用Ag或Al的電極，在周圍存在水的氣氛中，通過電流施加產(chǎn)生將Ag或Al作為主要成分的沉淀物。當(dāng)在正電極中產(chǎn)生的沉淀物到達(dá)負(fù)電極時(shí)，施加到器件的電流不再流過發(fā)光層，器件不再發(fā)光。當(dāng)通過沉淀物連接p型半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體層時(shí)器件也不發(fā)光。
為避免這種情況，優(yōu)選設(shè)置覆蓋層以覆蓋反射層的側(cè)面和上表面。覆蓋層具有防止反射層中的Ag或Al接觸空氣中的潮氣的作用。
覆蓋層的材料可為任何材料，如金屬、無機(jī)氧化物、無機(jī)氮化物、樹脂等，只要可形成薄膜以覆蓋接觸金屬層和反射層的側(cè)面和上表面。但是，其必須至少在形成接合襯墊層的反射層的上表面的部分中為導(dǎo)電金屬。
由此，希望覆蓋層的材料為選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au或包含這些金屬的至少一者的合金中的至少一種金屬。腐蝕性金屬(堿金屬、堿土金屬)和低熔點(diǎn)金屬(400℃或更低)是不希望的。可將適合作為接合襯墊層的材料Au用于覆蓋層，從而覆蓋層也可用作接合襯墊層。
希望覆蓋層在其側(cè)部分處與p型半導(dǎo)體歐姆接觸。由于該歐姆接觸，發(fā)光層在對應(yīng)于覆蓋層側(cè)正下方的部分的區(qū)域中發(fā)光。在作為整體的器件中，可降低正向電壓。優(yōu)選鉑族金屬如Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt或包含至少一種鉑族金屬的合金，因?yàn)榭扇菀椎孬@得歐姆接觸。希望1×10-3Ωcm2或更小的接觸電阻率值。使用TLM方法測量接觸電阻率的值。
由于該層需要將反射層與外部空氣中的潮氣隔離開，因此覆蓋層的厚度優(yōu)選10nm或更大。沒有特定的上限，但考慮到制造成本，優(yōu)選厚度為200nm或更小。在覆蓋層也用作接合襯墊層的上述情況下，不必說，其必須具有作為接合襯墊層的所需厚度。優(yōu)選地，側(cè)部分的厚度為1～50μm厚，更優(yōu)選地5～40μm厚，這是因?yàn)椋缟纤?，發(fā)光層的發(fā)光面積增加并且正向電壓降低。
覆蓋層不應(yīng)具有允許水容易地滲透進(jìn)其的結(jié)構(gòu)，如細(xì)管孔結(jié)構(gòu)。
可將用于形成薄膜的公知方法如濺射、真空沉積、溶液涂敷方法等不具體限制地用于形成覆蓋層。在上述金屬的情況下，具體地，優(yōu)選將濺射、或真空沉積方法用于形成覆蓋層。
實(shí)例下面將參考實(shí)例和比較實(shí)例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。應(yīng)理解，本發(fā)明決不受限于這些實(shí)例。
表1示出了用于實(shí)例和比較實(shí)例中的接觸金屬層、反射層、覆蓋層和接合襯墊層的材料，以及所獲得的器件的特性。每個(gè)特性都是在20mA的電流下測量的值。
(實(shí)例1)圖2是示出在本實(shí)例中制造的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意圖。
通過在藍(lán)寶石襯底1上層疊AlN層的緩沖層2，并通過在其上連續(xù)層疊n型GaN層的n接觸層3a、n型GaN層的n覆層3b、InGaN層的發(fā)光層4、p型AlGaN層的p覆層5b、p型GaN層的p接觸層5a，形成氮化鎵基化合物半導(dǎo)體。n接觸層3a是以7×1018/cm3用Si摻雜的n型GaN層，并且n覆層3b是以5×1018/cm3用Si摻雜的n型GaN層。發(fā)光層4具有單量子阱結(jié)構(gòu)，并且InGaN的組分為In0.95Ga0.05N。p覆層5b是以1×1018/cm3用Mg摻雜的p型AlGaN層，并且組分為Al0.25Ga0.75N。p接觸層5a是以5×1019/cm3用Mg摻雜的p型GaN層。在本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)條件下通過MOCVD方法進(jìn)行這些層的層疊。
通過如下所述工序?qū)⒄姌O10和負(fù)電極20提供給該氮化鎵基化合物半導(dǎo)體疊層，制造倒裝芯片型氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
(1)首先，在上述氮化鎵基化合物半導(dǎo)體疊層中暴露負(fù)電極形成區(qū)的n接觸層3a。該工序如下。使用公知的光刻技術(shù)和剝離技術(shù)，在除了p接觸層5a上的負(fù)電極形成區(qū)外的區(qū)域上形成蝕刻掩模。
然后，在通過反應(yīng)離子干法蝕刻方法進(jìn)行蝕刻直到暴露n接觸層3a后，從蝕刻裝置取出疊層，并通過用丙酮清洗去除蝕刻掩模。
(2)然后，如下形成正電極10。在沸騰的濃HCL中處理器件10分鐘以去除在p接觸層5a表面上的氧化物膜后，在p接觸層5a上形成正電極。首先，形成接觸金屬層和反射層。用于形成這些層的工序如下。
均勻涂敷抗蝕劑，并使用公知的光刻技術(shù)從正電極形成區(qū)去除抗蝕劑。在室溫下將器件浸入緩沖氫氟酸(BHF)中一分鐘后，在真空濺射裝置中形成接觸金屬層和反射層。用于通過濺射方法形成這些層的操作條件如下。
對反應(yīng)室抽真空直到真空度為10-4pa或更低，并且將上述氮化鎵基化合物半導(dǎo)體置于反應(yīng)室中，將Ar氣體引入反應(yīng)室內(nèi)作為濺射氣體，并在3Pa下進(jìn)行RF放電以形成接觸金屬層。供給的電功率為0.5kW，并且以4.0nm的膜厚形成作為接觸金屬層的Pt膜。
然后，在上述壓力和提供的功率下，通過用DC放電的濺射以200nm的厚度形成Ag反射層。從濺射裝置取出疊層后，使用剝離技術(shù)，去除除了正電極形成區(qū)外的金屬膜以及抗蝕劑。
接下來，形成覆蓋層30。在均勻涂敷抗蝕劑后，使用公知的光刻技術(shù)打開覆蓋區(qū)，作為略大于正電極區(qū)的窗口。窗口尺寸為使覆蓋層的側(cè)部分31的厚度為10μm。使用DC放電的濺射以形成400nm厚的Au膜。在從濺射裝置取出器件后，使用剝離技術(shù)去除除了覆蓋層區(qū)域上以外的金屬膜以及抗蝕劑。該覆蓋層30也用作接合襯墊層。
(3)在n接觸層3a上形成負(fù)電極20。用于形成負(fù)電極20的工序如下。在整個(gè)表面上均勻涂敷抗蝕劑后，在直到n接觸層3a的暴露區(qū)域上，使用公知的光刻技術(shù)打開負(fù)電極區(qū)的窗口，并使用真空沉積方法沉積厚度分別為100nm和300nm的Ti和Au膜。除了負(fù)電極區(qū)上以外的金屬膜與抗蝕劑一起被去除。
(4)然后，形成保護(hù)膜。工序如下。在整個(gè)表面上均勻涂敷抗蝕劑后，使用公知的光刻技術(shù)在正電極和負(fù)電極之間的部分上打開窗口，并且通過使用RF放電的濺射方法形成200nm厚的SiO2膜。除了保護(hù)膜區(qū)上以外的SiO2膜與抗蝕劑一起被去除。
(5)將晶片切割成小片，由此制造本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的小片。
將所獲得的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件安裝在TO-18上，并在20mA的施加電流下測試器件特性。其結(jié)果示于表1中。以30mA的施加電流在TO-18上在室溫和約50％的相對濕度下進(jìn)行100小時(shí)的老化試驗(yàn)。
作為對截面TEM的EDS分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)包含半導(dǎo)體金屬的層的厚度為2.5nm，并且估計(jì)在該層中相對于金屬總量(Pt+Ag+Ga)的Ga的比例為1～20原子％。p接觸層中的包含正電極金屬的層的厚度為6.0nm。存在的正電極材料為構(gòu)成接觸金屬層的Pt，并估計(jì)在該層中相對于金屬總量(Pt+Ga)的比例為1～10原子％。
(實(shí)例2～5)除了改變用于反射層和覆蓋層的材料，以與實(shí)例1相同的方式制造氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，并且與實(shí)例1相同地評估器件的特性。結(jié)果也示于表1中。在將除了Au外的金屬如Pt和W用作覆蓋層的實(shí)例3和4中，設(shè)置400nm厚的Au膜作為覆蓋層30上的接合襯墊層。Pt覆蓋層的側(cè)部分31與p接觸層5a歐姆接觸，并且通過TLM方法確定的接觸電阻率為5×10-4Ωcm2。除了覆蓋層的側(cè)部分31的厚度為1μm外，實(shí)例5與實(shí)例1相同。
這些發(fā)光器件的包含正電極金屬的層的厚度為1～8nm，并且正電極金屬的比例在0.5～18原子％范圍內(nèi)。包含半導(dǎo)體金屬的層的厚度為0.5～3nm，并且Ga的比例在1～20原子％范圍內(nèi)。
(比較實(shí)例)除了不設(shè)置接觸金屬層外，以與實(shí)例1相同的方式制造器件。與實(shí)例1相同地評估該器件的特性，并且結(jié)果也示于表1中。正向電壓較高，并且反向電壓較低。
(實(shí)例6～8)以與實(shí)例1相同的方式制造氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，僅改變接觸金屬層的厚度，并與實(shí)例1相同地評估器件的特性。結(jié)果也示于表1中。
包含正電極金屬的層的厚度在1～8nm范圍內(nèi)，并且正電極金屬的比例在0.5～18原子％范圍內(nèi)。包含半導(dǎo)體金屬的層的厚度在0.5～3nm內(nèi)，并且Ga的比例在1～20原子％范圍內(nèi)。
表1

(實(shí)例9～11)除了在形成Ag反射層之后進(jìn)行熱處理外，以與實(shí)例1相同的方式制造氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，并且與實(shí)例1相同地評估器件的特性。通過改變溫度在空氣中在RTA爐中進(jìn)行熱處理10分鐘。表2示出了熱處理溫度和正向電壓。在經(jīng)歷了400℃下熱處理的發(fā)光器件中，正向電壓有點(diǎn)高。
表2

工業(yè)適用性本發(fā)明提供的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件具有優(yōu)良的特性和穩(wěn)定性，并可用作發(fā)光二極管、燈等的材料。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，包括鄰接p型半導(dǎo)體層的接觸金屬層，以及在所述接觸金屬層上的反射層，其中所述接觸金屬層由鉑族金屬或包含鉑族金屬的合金形成，并且所述反射層由選自Ag、Al、以及包含Ag和Al中的至少一者的合金中的至少一種金屬形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述接觸金屬層由Pt或其合金形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述接觸金屬層的厚度在0.1～30nm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述接觸金屬層的厚度在1～30nm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述接觸金屬層的厚度在0.1～4.9nm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中在所述p型半導(dǎo)體層側(cè)的所述接觸金屬層的表面上存在包含III族金屬的包含半導(dǎo)體金屬的層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中通過RF放電濺射方法形成所述接觸金屬層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述反射層是Ag或其合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述反射層的厚度是30～500nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中通過DC放電濺射方法形成所述反射層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述器件還包括覆蓋所述接觸金屬層和所述反射層的覆蓋層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層的厚度為至少10nm。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層的鄰接所述反射層上表面的部分的至少一部分是金屬。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層為選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、以及包含任何這些金屬的合金中的至少一種金屬。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層為選自Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Au、以及包含任何這些金屬的合金中的至少一種金屬。
16.根據(jù)權(quán)利要求11～15的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層與所述p型半導(dǎo)體層歐姆接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中所述覆蓋層以1×10-3Ωcm2或更小的接觸電阻率與所述p型半導(dǎo)體層歐姆接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求1～17的任何一項(xiàng)的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極，其中在形成所述接觸金屬層后，不在高于350℃的溫度下進(jìn)行熱處理。
19.一種氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底；n型層、發(fā)光層和p型層，這些層依此順序設(shè)置在所述襯底頂上，且由III族氮化物半導(dǎo)體形成；負(fù)電極，設(shè)置在所述n型層上；以及正電極，設(shè)置在所述p型層上，其中所述正電極是根據(jù)權(quán)利要求1～18的任何一項(xiàng)的正電極。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，在所述正電極側(cè)的所述p型半導(dǎo)體層的表面上，存在包含正電極金屬的層。
21.一種燈，包括根據(jù)權(quán)利要求19或20的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有高反射性正電極的氮化鎵基半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中該高反射性正電極具有高反向電壓和對p型氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層具有低接觸電阻的優(yōu)良可靠性。本發(fā)明的用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的反射性正電極包括鄰接p型半導(dǎo)體層的接觸金屬層，以及在所述接觸金屬層上的反射層，其中所述接觸金屬層由鉑族金屬或者包含鉑族金屬的合金形成，并且所述反射層由選自Ag、Al以及包含Ag和Al的至少一者的合金中的至少一種金屬形成。
文檔編號H01L33/40GK1973379SQ20058002077
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者龜井宏二 申請人:昭和電工株式會(huì)社