專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件、半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法以及燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件、半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法以及使用該 元件的燈，特別是涉及紫外光的發(fā)光輸出功率(Po)優(yōu)異的半導(dǎo)體發(fā)光元 件、半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法及使用該元件的燈。
本申請基于在2006年4月14日在日本提出申請的日本特愿 2006-112012號要求優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于其中。
背景技術(shù)：
近年來，作為短波長光發(fā)光元件，氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件受 到關(guān)注。氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在以藍(lán)寶石單晶為首的各種 氧化物、III族~ V族化合物所形成為基板上通過金屬有機物化學(xué)氣相淀積 法(MOCVD法)和分子束外延法(MBE法)等形成氮化鎵系化合物半 導(dǎo)體而獲得。
這樣的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，在橫向上的電流擴散較小， 因此僅向電極正下方的半導(dǎo)體注入電流，存在由發(fā)光層發(fā)出的光被電極遮 擋而不能取出到外部的不良情況。為了解決這些問題，通常使用透明電極 作為氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的正極，通過正極光被取出。
作為透明電極，可使用Ni/Au、 ITO等公知的透明導(dǎo)電材料。近年來， 作為透明電極，通常利用透光性優(yōu)異的ln203、 ZnO等為主成分的氧化物 系材料。作為透明電極的材料而最多利用的ITO (銦錫氧化物)中，通過 在111203中摻雜5~20質(zhì)量0/。的Sn02 ,可獲得2x 10 —4flcm左右的低電 阻率的透明導(dǎo)電膜。
由于ITO膜的帶隙為3eV以上，因此對于在可見光區(qū)具有波段的光顯示高的透射率(>90% )。但是，對于ITO膜而言，從400nm附近以下 的波段被吸收到膜中的光較多，因此在400nm以下的波段時透射率急劇減 少。因此，使用ITO膜作為發(fā)出紫外區(qū)波長的光的發(fā)光元件的電極時，存 在發(fā)光輸出功率變低的問題。
為了解決該問題，曾提出了具有防止紫外線被透明電極吸收、且在達 到透明電極前將紫外線轉(zhuǎn)換為可見光的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件(例如，參照專利 文獻l)。
另外，為了降低透光性電極的吸光度，曾提出了具有光射出用的貫通 孔和光反射率高的粘接性金屬層的倒裝片型發(fā)光元件(例如，參照專利文 獻2)。
專利文獻l:日本特開平5 - 299175號/>凈艮 專利文獻2:日本特開2005 - 123501號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，專利文獻l中在光到達透明電極前使紫外線轉(zhuǎn)換成可見光，因 此不能充分獲得紫外光的發(fā)光輸出功率。
另外，即使在使用專利文獻2所記載的技術(shù)的情況下，由于透光性電 極由ITO膜制成，由于紫外區(qū)波長的光被ITO膜吸收，因而不能充分獲 得紫外光的發(fā)光輸出功率。
本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的是提供解決上述問題，可高 效輸出紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
另外，本發(fā)明的目的是提供使用可高效輸出紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光元件 的具有優(yōu)異特性的燈。
即，本發(fā)明涉及下述方案
(l)一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具有含有p型半導(dǎo)體層并至 少在紫外區(qū)具有發(fā)光波長的半導(dǎo)體層和設(shè)置于所述p型半導(dǎo)體層上的透光 性電極，所述透光性電極是含有結(jié)晶化了的IZO膜的電極。(2)如(1)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，至少在350nm 420nm具有發(fā)光波長。
(3 )如(1 )或(2 )所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述IZO 膜的厚度為35nm ~ 10nm。
(4) 如(3)所迷的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述IZO膜的厚 度為100nm ~ l拜。
(5) 如(1) ~ (4)的任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 在所述IZO膜上形成有保護層。
(6) 如(1) ~ (5)的任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體層為氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層。
(7 ) —種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，是制造具有含有p型半導(dǎo)體層 并至少在紫外區(qū)具有發(fā)光波長的半導(dǎo)體層和設(shè)置于所述p型半導(dǎo)體層上的 含有結(jié)晶化了的IZO膜的透光性電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在 于，具備在所述p型半導(dǎo)體層上形成非晶狀態(tài)的IZO膜的工序；以及， 通過進行500°C 900。C的退火處理使所述非晶狀態(tài)的IZO膜成為結(jié)晶化 了的IZO膜的工序。
(8)如(7)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，具備 在進行所述退火工序之前對所述非晶狀態(tài)的IZO膜進行圖案化的工序。
(9 )如(7 )或(8 )所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于， 所述退火處理是在不含02的氣氛中進行。
(10) 如(9)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述
退火處理是在N2氣氛中或N2與H2的混合氣體氣氛中進行。
(11) 如(7) ~ (10)的任一項所迷的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法， 其特征在于，所述IZO膜的厚度為35nm~10nm。
(12) 如(11)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所 述IZO膜的厚度為100nm ~ lnm。
(13) 如(7) ~ (12)的任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法， 其特征在于，具備在所述退火工序之后在所述IZO膜上層疊保護層的工序。(14) 一種燈，其特征在于，使用了 (1) ~ (6)的任一項所述的半 導(dǎo)體發(fā)光元件。
發(fā)明效果
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，由于透光性電極含有結(jié)晶化了的IZO (銦 鋅氧化物)膜，因而成為具有紫外區(qū)波長的光的透射率高的透光性電極的 半導(dǎo)體發(fā)光元件。更詳細(xì)地說，結(jié)晶化了的IZO膜，與ITO膜比較，在 紫外區(qū)即400nm附近具有波段的光的透射性優(yōu)異。因此，本發(fā)明的半導(dǎo)體 發(fā)光元件，被透光性電極吸收的紫外區(qū)波長的光較少，可高效地輸出紫外 光，成為紫外光的發(fā)光輸出功率較高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
另外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，通過在p型半導(dǎo)體 層上形成非晶狀態(tài)的IZO膜后進行500'C 卯0。C的退火處理，可實現(xiàn)具備 含有結(jié)晶化了的IZO膜的透光性電極并可高效輸出紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光元 件。
另外，通過使用本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件來構(gòu)成燈，可以獲得可高效 輸出紫外光的發(fā)光特性優(yōu)異的燈。


圖1是才莫式地表示本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的一例的剖面圖。
圖2是模式地表示圖1所示半導(dǎo)體發(fā)光元件的平面圖。
圖3是模式地表示氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層的一例的剖面圖。
圖4是模式地說明使用本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件構(gòu)成的燈的剖面圖。
圖5是表示IZO膜的X射線衍射(XRD )結(jié)果的圖。
圖6是表示IZO膜的透射率的曲線圖。
附圖標(biāo)記"i兌明
1…半導(dǎo)體發(fā)光元件、 11、 21…基板、12...n型GaN層(n型半導(dǎo)體層)、
13...發(fā)光層、
14...p型GaN層(p型半導(dǎo)體層)、
15...正極(透光性電極)、
16..,正極焊盤、
17,..負(fù)極、
20.. 氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層、
22..GaN基底層(n型半導(dǎo)體層)、
23,.n型GaN接觸層(n型半導(dǎo)體層)、
24..n型AlGaN覆層(n型半導(dǎo)體層)、
25..發(fā)光層、
26..p型AlGaN覆層(p型半導(dǎo)體層)、
27..p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層)、
30..燈。
具體實施例方式
以下適當(dāng)?shù)貐⒄?br>
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件、半導(dǎo)體發(fā)光元件 的制造方法以及使用了半導(dǎo)體發(fā)光元件的燈的一實施方式。
圖1是才莫式地表示本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的一例的剖面圖，圖2是 模式地表示圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件的平面圖。
圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件1為面朝上型，其是在基板11上層疊有構(gòu) 成至少在紫外區(qū)具有發(fā)光波長的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層的n型GaN層 (n型半導(dǎo)體層)12、發(fā)光層13、 p型GaN層(p型半導(dǎo)體層)14，在氮 化鎵系化合物半導(dǎo)體層的p型GaN層14上層疊有含有結(jié)晶化了的IZO膜 的正極15 (透光性電極)從而概略地構(gòu)成。在正極15的一部分上形成有 正極焊盤16。另外，在n型GaN層12上的負(fù)極形成區(qū)域形成有焊盤的負(fù) 極17。
以下，詳述本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的各構(gòu)成。基板j
作為基板ll,可以沒有任何限制地使用藍(lán)寶石單晶(A1203; A面、C 面、M面、R面)、尖晶石單晶(MgAl204) 、 ZnO單晶、LiAlO:j單晶、 LiGa02單晶、MgO單晶等的氧化物單晶、Si單晶、SiC單晶、GaAs單晶、 A1N單晶、GaN單晶及ZrB2等的硼化物單晶等公知的基板材料。
另外，對基板的面取向沒有特別限定。另外，作為基板ll，既可以是 Just基板(相對于結(jié)晶取向面沒有傾斜角的基板)，又可以是帶有傾斜角 的基板。\2氣氛中進行1分鐘的退火處理，用X射線衍射(XRD )法測定退火處理后的IZO 膜。將其結(jié)果示于圖5。
圖5為表示IZO膜的X射線衍射(XRD )結(jié)果的圖，橫坐標(biāo)表示衍射 角(2 0 (。))，縱坐標(biāo)表示解析強度(s )。
如圖5所示，在600'C以上的退火處理溫度下將IZO膜進行退火處理 時，主要檢測出來自i!l203的X射線峰，可知已結(jié)晶化。另外可知，在400
(實驗例3 ) "IZO膜的透射率"
按以下方法調(diào)查了 IZO膜的退火處理溫度與退火處理后的IZO膜的 透射率的關(guān)系。
即，測定在實驗例2中得到的沒有進行退火處理的IZO膜和在300。C 、 600。C進行退火處理后的IZO膜的透射率。將其結(jié)果示于圖6。
另外，在IZO膜的透射率測定中，使用了島津制作所制造的紫外可見 分光光度計UV-2450。另外，透射率的值是通過減去測定僅僅玻璃基板的 透射率而得到的光透射空白(blank)值而算出的。
圖6為表示IZO膜的透射率的曲線圖，橫坐標(biāo)表示波長(nm),縱 坐標(biāo)表示透射率(％)。
由圖6可知，在600。C的退火處理溫度下對IZO膜退火處理時，與沒 有進行退火處理的IZO膜相比，紫外區(qū)(350nm ~ 420nm )的透射率提高 20~30%。
l實施例11 (氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層的制造)
如以下那樣制造了圖3所示的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層20。即，在由 藍(lán)寶石的c面((0001 )晶面)形成的基板21上，介有由A1N形成的緩 沖層(未圖示)，順序?qū)盈B了未摻雜的GaN基底層(層厚=2^1111) 22、摻 雜Si的n型GaN接觸層(層厚2=pm、載流子濃度^xlO"cnT3) 23、摻 雜Si的n型Al0.07Ga0.93N覆層(層厚=12,5腿、載流子濃度=^1018 11-3 ) 24、含有6層的摻雜Si的GaN勢壘層(層厚44.0nm、栽流子濃度 =lxl018cnT3)和5層的未摻雜的Ino.2oGao.8oN阱層(層厚-2.5nm )的多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層25、摻雜Mg的p型Alo.Q7Ga。.93N覆層(層厚-10nm ) 26以及摻雜Mg的p型GaN接觸層(層厚400nm) 27。另外，上述氮化 鎵系化合物半導(dǎo)體層20的疊層結(jié)構(gòu)體的各構(gòu)成層22~27是通過減壓 MOCVD手段來生長的。
(半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造)
接著，使用所得到的圖3所示的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層20，制作了 氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件。首先，使用HF和HCI洗滌氮化鎵系化 合物半導(dǎo)體層20的p型GaN接觸層27的表面，在該p型GaN接觸層27 上通過DC》茲控濺射法形成膜厚220nm的IZO膜。
IZO膜的濺射使用了 ZnO濃度為10質(zhì)量％的IZO乾。另夕卜，IZO成 膜是導(dǎo)入70sccm的氬氣，在壓力約0.3Pa下進行的。
由上述方法形成的IZO膜在400nm附近的波段具有約60%的透射率， 薄膜電阻為17ft/sq。另外，由上述方法形成的剛成膜后的IZO膜，通過 采用X射線衍射(XRD)法測定，已確認(rèn)為非晶。
其后，將非晶狀態(tài)的IZO膜，通過使用光刻法和濕蝕刻法圖案化，成 為只在p型GaN接觸層27上的正極形成區(qū)域形成有IZO膜的狀態(tài)。非晶 狀態(tài)的IZO膜的蝕刻是以約40nm/分鐘的蝕刻速率進行的。
對IZO膜進行圖案化后，使用RTA退火爐，在N2氣氛中進行600。C、 1分鐘的退火處理。
退火處理后的IZO膜在400nm附近的波段具有高的透光性，400nm 的波段的透射率為90%以上。另外，IZO膜的薄膜電阻為14Q/sq。另夕卜， 在退火處理后的XRD測定中，主要檢測出來自111203的X射線峰，確認(rèn) IZO膜已結(jié)晶化。
接著，在形成n型電極的區(qū)域?qū)嵤┪g刻，限于該區(qū)域使摻雜Si的n 型GaN接觸層23的表面露出。其后，通過真空蒸鍍法在IZO膜層(正極) 上的一部分、以及摻雜Si的n型GaN接觸層23上，順序?qū)盈B由Cr形成 的第1層(層厚-40nm)、由Ti形成的笫2層(層厚400nm )、由Au 形成的第3層(層厚-400nm)，分別形成了正極焊盤和負(fù)極。形成正極焊盤和負(fù)極后，使用金剛石微粒等磨粒來研磨由藍(lán)寶石制成的基本11的背 面，最終加工成鏡面。
其后，裁斷疊層結(jié)構(gòu)體，分離成350pm見方的正方形的一個個的芯片。 獲得了半導(dǎo)體發(fā)光元件。
(驅(qū)動電壓(Vf)和發(fā)光輸出功率(Po)的測定)
將這樣得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件(芯片)栽置于引線框上，用金(Au) 線與引線框連接。然后，通過探針通電，測定半導(dǎo)體發(fā)光元件在電流施加 值20mA下的正向電壓(驅(qū)動電壓Vf)。另外，利用一般的積分^^測定 了發(fā)光輸出功率(Po)和發(fā)光波長。
發(fā)光面的發(fā)光分布可證實在正極上的整個面都發(fā)光。另外，半導(dǎo)體發(fā) 光元件在400nm附近的波段具有發(fā)光波長，Vf為3.3V， Po為15mW。實施例21
除了退火處理的氣體使用N2與H2的混合氣體以外，與實施例1同樣 地制作了半導(dǎo)體發(fā)光元件。另外，剛退火后的IZO膜，在400nm附近的 波段的透射率為90%以上，薄膜電阻為11ft/sq。另夕卜，所得到的半導(dǎo)體發(fā) 光元件在400nm附近的波段具有發(fā)光波長，Vf為3.2V, Po為15mW。 [比豐交例1
除了在300。C下的溫度進行退火處理以外，與實施例1同樣地制作了 半導(dǎo)體發(fā)光元件。另外，退火處理后的IZO膜，在400nm附近的波段的 透射率約為70%，薄膜電阻為16ft/sq。另外，所得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件在 400nm附近的波段具有發(fā)光波長，Vf為3.3V， Po為12mW。 [比較例2
與實施例1同樣在氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層20的p型GaN接觸層27 上，通過濺射法形成了 250nm的ITO膜。其后，使用FeCl3與HC1的混 合液將非晶狀態(tài)的IZO膜進行濕蝕刻，成為只在p型GaN接觸層27上的 正極形成區(qū)域形成有IZO膜的狀態(tài)。使IZO膜圖案化后，進行在含有 25%02的N2氣體氣氛下進行600°C、 1分鐘的退火處理，接著在N2氣氛 下進行500'C、 l分鐘的退火處理這兩個階段的退火處理。另外，兩個退火處理后的ITO膜在400nm附近的波段的透射率約為80%，薄膜電阻為
另外，兩個退火處理之后，與實施例1同樣地制作了半導(dǎo)體發(fā)光元件。 得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件在400nm附近的波段具有發(fā)光波長，Vf為3.3V， Po為13mW。
由實施例1和實施例2、比較例1和比較例2的結(jié)果明確可知，實施 例1和實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件，與比較例1和比較例2的半導(dǎo)體發(fā)光 元件相比較，構(gòu)成正極的退火處理后的IZO膜的透射率較高，薄膜電阻低。
另外還明確可知，實施例1和實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件，與比較例 1和比較例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件相比較，紫外區(qū)的光的發(fā)光輸出功率(Po) 優(yōu)異。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明可用于半導(dǎo)體發(fā)光元件、半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法以及使用 該發(fā)光元件的燈，特別是可用于紫外光的發(fā)光輸出功率(Po)優(yōu)異的半導(dǎo) 體發(fā)光元件、半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法以及使用該發(fā)光元件的燈。
本發(fā)明中表示數(shù)值范圍的"以上，，和"以下"均包括本數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具有含有p型半導(dǎo)體層并至少在紫外區(qū)具有發(fā)光波長的半導(dǎo)體層和設(shè)置于所述p型半導(dǎo)體層上的透光性電極，所述透光性電極是含有結(jié)晶化了的IZO膜的電極。
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，至少在 350nm ~ 420nm具有發(fā)光波長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述 IZO膜的厚度為35nm ~ 10nm。
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IZO 膜的厚度為100nm ljim。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 4的任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 在所述IZO膜上形成有保護層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 5的任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體層為氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層。
7， 一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，是制造具備含有p型半導(dǎo)體層并 至少在紫外區(qū)具有發(fā)光波長的半導(dǎo)體層和設(shè)置于所述p型半導(dǎo)體層上的含 有結(jié)晶化了的IZO膜的透光性電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于， 具備在所述p型半導(dǎo)體層上形成非晶狀態(tài)的IZO膜的工序；以及，通過 進行500°C 卯0。C的退火處理使所述非晶狀態(tài)的IZO膜成為結(jié)晶化了的 IZO膜的工序。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于， 具備在進行所述退火工序之前對所述非晶狀態(tài)的IZO膜進行圖案化的工 序。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在 于，所述退火處理是在不含氧氣的氣氛中進行。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于， 所述退火處理是在N2氣氛中或N2與H2的混合氣體氣氛中進行。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7 ~ 10的任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法， 其特征在于，所述IZO膜的厚度為35nm~10nm。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于， 所述IZO膜的厚度為100nm ~ lnm。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7 ~ 12的任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法， 其特征在于，具備在所述退火工序之后在所述IZO膜上層疊保護層的工序。
14. 一種燈，其特征在于，使用了權(quán)利要求1 ~ 6的任一項所述的半導(dǎo) 體發(fā)光元件。
全文摘要
本發(fā)明提供可高效地輸出紫外光的半導(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(1)，其具備含有p型半導(dǎo)體層(14)并至少在紫外區(qū)具有發(fā)光波長的半導(dǎo)體層和設(shè)置于所述p型半導(dǎo)體層(14)上的透光性電極(15)，所述透光性電極(15)是含有結(jié)晶化了的IZO膜的電極。
文檔編號H01L33/42GK101421856SQ20078001286
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者大澤弘, 福永修大 申請人:昭和電工株式會社