專利名稱：基于第Ⅲ族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有改善的光提取性能的基于第III族氮化物的化合物 半導(dǎo)體發(fā)光器件。當(dāng)在本文使用時，"基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)
體，，包括由式AlxGaylm-x-yN (0《x《l， 0《y《l, 0《x+y《l)表示的半導(dǎo)體； 這種半導(dǎo)體包含預(yù)定的元素以獲得例如n-型/p-型導(dǎo)電性；并且在這種
半導(dǎo)體中，用B或Tl替代一部分第III族元素，用P、 As、 Sb或Bi替
代一部分第V族元素。
背景技術(shù)：
通常，基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件采用折射率高 達約2.5的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體。因此，在這樣的器件 中，光的全反射可能在由第III族氮化物化合物半導(dǎo)體制成的層(例如， GaN層)與由不同于第III族氮化物化合物半導(dǎo)體并表現(xiàn)出低折射率的 材料制成的電極層、保護層或絕緣層之間的界面發(fā)生，導(dǎo)致由發(fā)光層至 外部的光的提取性能低。已經(jīng)采取了對策。例如，日本專利申請公開 (kokai) No. 2000-196152和2006-294907 7>開一種半導(dǎo)體發(fā)光器件， 其中利用表面上具有浮凸(embossment )的透明電極覆蓋最上層(p-GaN 層)。在該器件中，通過在其上沒有形成墊電極的區(qū)域處的透明電極的 浮凸表面，光被提取而沒有全反射。
同時，本發(fā)明人先前報道了一種賦予氧化鈦(Ti02)導(dǎo)電性的技術(shù) (見WO 2006/073189 )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)在獲得良好電導(dǎo)率的范圍內(nèi)加入雜質(zhì)(例如， 鈮(Nb)或鉭(Ta))以賦予氧化鈦(Ti02)導(dǎo)電性時，可成功地調(diào)整 氧化鈦的折射率。基于這個發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
在本發(fā)明的第一方面中，提供具有透明電極的基于第III族氮化物 的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述透明電極包含用至少一種選自以下
物質(zhì)摻雜的氧化鈦鈮(Nb )、鉭(Ta )、鉬(Mo )、砷(As )、銻(Sb )、 鋁(Al)和鴒(W)，摻雜的摩爾比為相對于鈦(Ti)的l~100/。，所述 透明電極在其至少一部分上具有浮凸。
在本發(fā)明的第二方面中，透明電極包含選自氧化鈦鈮和氧化鈦鉭中 的至少一種，其中鈮(Nb)和鉭(Ta)對鈦(Ti)的摩爾比分別為3~ 10 % 。
在本發(fā)明的第三方面中，發(fā)光器件包括基于第III族氮化物的化合 物半導(dǎo)體接觸層，并且在透明電極和接觸層之間沒有由不同于接觸層和 透明電極的材料制成的層。
在本發(fā)明的第四方面中，透明電極與接觸層接觸，和透明電極和接 觸層的折射率之比為0.98 ~ 1.02。
在本發(fā)明的第五方面中，發(fā)光器件包括基于第III族氮化物的化合
物半導(dǎo)體接觸層，并且在透明電極與由基于第ni族氮化物的化合物半
導(dǎo)體制成的接觸層之間僅有透明的導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層由不同于接觸層和 透明電極的材料制成，并且其厚度為透明導(dǎo)電層中發(fā)射光的波長的四分
之一或更小。該透明導(dǎo)電層不限于單層，而是包含總厚度為100 nm或 更小的多層膜。當(dāng)用于本文中時，術(shù)語"透明電極(或?qū)?"指的是至 少相對于由本發(fā)明發(fā)光器件發(fā)出的光基本上是透明的。
在本發(fā)明的第六方面中，透明電極為p-電極。在本發(fā)明的第七方面 中，透明電極為n-電極。
當(dāng)用雜質(zhì)如鈮(Nb)或鉭(Ta)摻雜氧化鈦(Ti02)時，摻雜的氧化 物的電阻率顯著降低。根據(jù)本發(fā)明人的新發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以1~10 mol。/。的量的 鈮(Nb)或鉭(Ta)替代氧化鈦(Ti02)中的鈦(Ti)時，摻雜的氧化物 的折射率(對于360 ~ 600 nm的光)變得和氮化鎵的電阻率幾乎相同。圖 5是顯示當(dāng)鉭的組成比例x由0.01變化至0.2 (六個值)時，氧化鈥鉭 (Ti^TaxOz)的折射率相對于400 ~ 800 nm的光的變化圖。當(dāng)將另 一種雜 質(zhì)(例如，鈮(Nb))加入氧化鈦時，獲得類似的結(jié)果。同時，才艮據(jù)例如 由Isamu Akasaki, Baifukan Co., Ltd.,編撰的Advanced Electronics Series 1-21， "Group III Nitride Semiconductor",第57頁，圖3.12， GaN在370 nm 的波長下折射率為約2.74，在400 nm下為約2.57，在500 nm下為約2.45, 或在600 nm下為約2.40。
根據(jù)本發(fā)明人先前的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以1 ~ 10 mol %的量將雜質(zhì)如鈮(Nb ) 或鉭(Ta)加入氧化鈥(Ti02)中時，摻雜的氧化物表現(xiàn)出約5 x IO4 Q.cm 或更小的電阻率(見WO 2006/073189 )。
基于上述發(fā)現(xiàn)，例如，基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體器件的電 極層可由利用雜質(zhì)如鈮(Nb)或鉭(Ta)以1~10%的量摻雜的氧化鈦 (Ti02)制得，并且在這種雜質(zhì)摻雜的氧化鈥(Ti02)層和第III族氮化 物層(例如，氮化鎵層)之間界面處的360 ~ 600 nm的光的全反射可得到 最大可能程度的抑制。如下所述，通過控制這種雜質(zhì)的摻雜量，可控制利 用雜質(zhì)如鈮(Nb)或鉭(Ta)摻雜的氧化鈦(Ti02)層的折射率在例如 400 ~ 600 nm的范圍內(nèi)的預(yù)定波長處比第III族氮化物層(例如，氮化鎵 層)的折射率高。因此，例如，可通過全反射防止從氮化鎵層傳輸至由此 摻雜的氧化鈦(Ti02)層的UV光返回氮化鎵層。
直接連接透明電極的接觸層可由氮化鎵或由具有預(yù)定組成的基于第 III族氮化物的化合物半導(dǎo)體制成。已經(jīng)得知，基于第III族氮化物的化合 物半導(dǎo)體的折射率隨著第in族元素的組成比例或加入半導(dǎo)體的雜質(zhì)的量
而變化。因此，最優(yōu)選地，控制加入氧化鈦(Ti02)的雜質(zhì)如鈮(Nb)或 鉭(Ta)的量，使得透明電極的折射率變得與和其直接連接的接觸層相同。 在這種優(yōu)選的情況下，沒有發(fā)生光的全反射。即使當(dāng)透明電極和接觸層的 折射率不完全相等時，從降低全反射的角度來看，透明電極對接觸層的折 射率之比優(yōu)選為0.95 ~ 1.05，更優(yōu)選為0.98 ~ 1.02,尤其更優(yōu)選為0.99 ~ 1.01。在這種情況下，相對于加入氧化鈦(Ti02)的雜質(zhì)如鈮(Nb)或鉭 (Ta)的量在1~10 mor/。范圍內(nèi)變化，折射率的變化大，而電導(dǎo)率(電 阻率)的變化相對較小。因此，可確定加入的這種雜質(zhì)量，使得電導(dǎo)率保 持在最高可能的水平(即，電阻率保持在最低可能的水平)，并且調(diào)整折 射率至預(yù)定值。
通常，介質(zhì)的折射率與介質(zhì)的密度正相關(guān)。因此，應(yīng)注意氧化物膜的 折射率隨著其密度降低而減小。
因此，當(dāng)使用通過控制加入其中的雜質(zhì)(例如，鈮(Nb)或鉭(Ta)) 的量而獲得預(yù)定折射率和充分降低的電阻率的氧化鈦(Ti02)層作為基于 第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的電極時,可避免從GaN層提取 光的失敗，這種失敗可能由至少在電極和GaN層之間的界面處的光的全反 射所導(dǎo)致。形成厚的氧化鈦(Ti02)層和在其上拔:供浮凸的工藝的實施比
在氮化鎵層上提供浮凸的工藝遠遠容易得多，氮化鎵層由于高電阻率導(dǎo)致
不能加厚。根據(jù)本發(fā)明，光提取性能提高了30%。


當(dāng)與附圖結(jié)合考慮時，參考下面對優(yōu)選實施方案的詳述，將更好的 理解和認識到本發(fā)明的各種其它的目的、特征和很多其它附帶優(yōu)點，其 中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施方案1的基于第III族氮化物的化合物半 導(dǎo)體發(fā)光器件100的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施方案2的基于第III族氮化物的化合物半 導(dǎo)體發(fā)光器件200的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖3A為根據(jù)本發(fā)明的實施方案3的基于第III族氮化物的化合物半 導(dǎo)體發(fā)光器件300的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖3B為根據(jù)本發(fā)明實施方案3的變化方案的基于第III族氮化物的 化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件310的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖4A為根據(jù)本發(fā)明的實施方案4的基于第III族氮化物的化合物半 導(dǎo)體發(fā)光器件400的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖4B為根據(jù)本發(fā)明實施方案4的變化方案的基于第III族氮化物的 化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件410的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖4C為根據(jù)本發(fā)明實施方案4的另 一個變化方案的基于第III族氮 化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件420的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖5為顯示對應(yīng)于鉭的組成比例的變化的氧化鈦鉭折射率的散布圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的雜質(zhì)摻雜的氧化鈥(Ti02)層可由任意已知技術(shù)形成；例如 WO 2006/073189中描述的脈沖激光沉積或'減射。用于形成所述層的靶可 以是通過將氧化鈦(Ti02)與氧化鈮(Nb203)或氧化鉭(Ta2Os)混合使
得鈦(Ti)對鈮(Nb)、鉭(Ta)或其它雜質(zhì)的摩爾比變?yōu)轭A(yù)定的值而預(yù) 先制備的燒結(jié)的乾。通過混合各個氧化物的細孩i顆粒并隨后加熱來制備由 這種混合物形成的燒結(jié)的靼。使用其中鈦(Ti)對鈮(Nb)或鉭(Ta)的 摩爾比已經(jīng)調(diào)整至預(yù)定值的Ti-Nb合金或Ti-Ta合金作為耙，通過反應(yīng)性 濺射可實施層的形成。
例如，當(dāng)氧化鈥層形成為使得在460 nm或其附近該層的折射率變得 等于氮化鎵(GaN)(即，2.48)時，加入氧化鈦(Ti02)中的鉭(Ta)或 鈮(Nb )的量優(yōu)選3 ~ 10 mol % ，更優(yōu)選6 ~ 8 mol % 。當(dāng)氧化鈥層形成為 使得在520 nm或其附近該層的折射率變得等于氮化鎵(GaN)(即，2.43 ) 時，加入氧化鈥(Ti02)中的鉭(Ta)或鈮(Nb)的量優(yōu)選3 ~ 10 mol% ， 更優(yōu)選3 5mo10/0。
形成的氧化鈦(Ti02)層可以是具有較高密度的金紅石型TK)2層， 或者是具有較低密度的銳鈥型Ti02層。從降低電阻的觀點看，銳鈥型Ti02 層是更優(yōu)選的?；诘贗II族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光層可以由單層、 單量子阱(SQW)層或多量子阱(MQW)層形成。
當(dāng)通過作為常用半導(dǎo)體制造技術(shù)的外延生長來形成基于第III族氮化 物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，接著在發(fā)光器件的最上層(p-層)上形成雜 質(zhì)摻雜的氧化鈦(Ti02)電極時，該摻雜的氧化鈦(Ti02)電極作為p-電 極。在這種情況下，當(dāng)在外延生長的襯底的底表面上提供由多個透明層形 成的布拍膝反射層和高反射金屬層中的至少一種時，可有效地利用發(fā)散至 外延生長襯底的底表面的光。
可通過任何公知技術(shù)如對暴露表面的蝕刻、納米壓印、電子束光刻或 細微氧化鈦(Ti02)顆粒的結(jié)合在摻雜的氧化鈦(Ti02)電極的暴露表面 上提供浮凸，即凹凸結(jié)構(gòu)。
可通過下面的程序?qū)嵤┪g刻。首先，通過光刻來圖案化光刻膠掩模。 由此形成的圖案實例，即凹凸結(jié)構(gòu)包括點圖案、柵格圖案和條形圖案。該 圖案可根據(jù)需要周期地或非周期地布置。掩模開口的寬度或間距(間隔) 優(yōu)選為3nm或更小。更優(yōu)選地，當(dāng)X表示發(fā)射波長，n表示摻雜的氧化鈦 (Ti02)電極的折射率時，掩模開口的寬度或間距(間隔)優(yōu)選為X/(4n) 到X。因此，未掩蔽部分被蝕刻(通過干蝕刻或濕蝕刻，其可才艮據(jù)需要進 行選擇)。蝕刻深度必須至少為X/(4n),并且優(yōu)選為間距的一倍至三倍。
用于在Ti02電極上形成浮凸的方法可以是在形成TK)2膜期間形成 浮凸的方法；在沒有形成掩模的情況下蝕刻TK)2膜而隨機形成微凹陷和/ 或微凸起的方法；在Ti02膜上形成光刻膠掩模圖案，并在該圖案上形成另 一個Ti02膜，隨后通過剝離工藝將不需要的部分和掩模一起除去的方法； 或者形成TK)2膜，然后熱處理該膜，由此在膜表面上隨機形成浮凸的方法。
可在具有浮凸的摻雜的氧化鈥(Ti02)電^面上形成導(dǎo)電膜或絕緣 膜?；蛘?，可在電極的浮凸表面上順序地形成導(dǎo)電膜和絕緣膜。
眾所周知，存在除去外延生長襯底的技術(shù)。在該技術(shù)中，支撐襯底與 暴露的半導(dǎo)體層(例如，p-層)結(jié)合，并且除去其上形成n-層的外延生長 襯底，由此暴露n-層的表面。當(dāng)在n-層的暴露表面上形成雜質(zhì)摻雜的氧化 鈦(1102)電極時，摻雜的氧化鈥(Ti02)電極作為n-電極。在這種情況 下，當(dāng)在p-層和支撐襯底之間提供由多個透明層形成的布4i^反射層和高 反射金屬層中的至少一種時，可減少被支撐襯底吸收的光的量。
實施方案1
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施方案1的基于笫III族氮化物的化合物半 導(dǎo)體發(fā)光器件100的結(jié)構(gòu)的截面圖?；诘贗II族氮化物的化合物半導(dǎo) 體發(fā)光器件100包含藍寶石襯底10、在襯底10上提供的氮化鋁(A1N) 緩沖層(厚度約15 nm)(未顯示)、和在緩沖層上形成的硅(Si)醒 摻雜GaN n-接觸層11 (厚度約4jim )。在該n-接觸層11上提供由10 層單元形成的n-覆層(cladding layer) 12 (厚度約74 nm),所述單 元各自包括未摻雜的IncuGa^N層、未摻雜的GaN層和硅(Si)-摻雜 GaN層。
在ii-覆層12上提供具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)的發(fā)光層13，其 中所述多量子阱結(jié)構(gòu)包括交替堆疊的八個阱層和八個勢壘層，每個阱層 由In。.2Ga().8N層(厚度約3nm)形成，并且每個勢壘層由GaN層(厚 度約2 nm)和Al謹Gao.94N層(厚度3nm)形成。在發(fā)光層13上 提供由p-型AlQ.3Gao.7N層和p-型Ino.o8GaQ.92N層形成的單元層的多個層 的p-覆層14 (厚度約33 nm)。在p-覆層14上提供具有層疊結(jié)構(gòu)的 p-接觸層15(厚度約80nm)，該層疊結(jié)構(gòu)包括兩個具有不同鎂濃度 的p-型GaN層。
在p-接觸層15上提供由氧化鈦鈮(鈮3 mol% )制成并具有浮凸 20s即凹凸結(jié)構(gòu)的透明電極20。在n-接觸層11的暴露表面上提供電極 30。電極30由釩(V)層(厚度約20nm)和鋁(Al)層(厚度約 2nm)制成。在透明電極20的一部分上提供由金(Au)制成的電極墊 25。
通過濺射或類似技術(shù)形成厚度為100 ~ 500 nm的氧化鈦鈮透明電極 20。從防止對在平面方向上擴散的電流的擴散電阻的增加的角度來看， 電極20的厚度優(yōu)選至少100 nm。氧化鈦鈮透明電極20相對于至少由 發(fā)光層13發(fā)出的光必須基本上是透明的。
透明電極20可任選具有金紅石型結(jié)構(gòu)或銳鈦型結(jié)構(gòu)。然而，從電 阻率的角度來看，透明電極20優(yōu)選具有銳鈦型結(jié)構(gòu)。
在圖1中所示的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件100 如下制造。
采用氨(NH3)氣、載氣(H2或N2)、三甲基鎵(TMG)氣體、三甲 基鋁(TMA)氣體、三曱基錮(TMI)氣體、硅烷(SiH4)氣體和環(huán)戊二 烯基鎂(Cp2Mg)氣體。
利用有機物對具有a-晶 面主表面的單晶藍寶石襯底10進行清洗，并進 行熱處理，并置于提供在MOCVD設(shè)備的反應(yīng)室中的基座上。隨后，引導(dǎo) H2以在環(huán)境壓力下2 L (升)/分鐘的流量流過反應(yīng)室約30分鐘的同時， 在1100匸下焙燒藍寶石襯底10。
隨后，將藍寶石襯底10的溫度降至400X:，并且供給H2 (20 L/分鐘)、 NH3 (10 L/分鐘)和TMA (1.8 x 105 mol/分鐘)約1分鐘，由此形成厚度 約為15 nm的A1N緩沖層。
隨后，保持藍寶石襯底10的溫度為1150"C ，并且供給H2( 20 L/分鐘)、 NH3( 10 L/分鐘)、TMG( 1.7 x 104 mol/分鐘)和用H2氣體稀釋為0.86 ppm 的硅烷(2 x l(T8 mol/分鐘)40分鐘，以由此形成n-型GaN n-接觸層11 (厚 度約4.0jim，電子濃度2 x 1018 mol/cm3，珪濃度4 x 1018 mol/cm3 )。
隨后，保持藍寶石襯底10的溫度為800C;供給]\2或H2 (10 L/分鐘) 和NH3( 10 L/分鐘)，并且改變TMG、 TMI和已經(jīng)用H2氣稀釋至0.86 ppm 的硅烷的供給量，以由此形成包括10層單元的n-覆層12 (厚度約74 rnn)，所述單元均包括未摻雜的IH(uGa。.9N層、未摻雜的GaN層和硅
(Si)-摻雜GaN層。
在n-覆層12形成后，保持藍寶石襯底10的溫度為770匸，改變TMG、 TMI和TMA的供給量，由此形成具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)的發(fā)光層 13,該多量子阱結(jié)構(gòu)包括交替堆疊的八個阱層和八個勢壘層，其中每個 阱層由111。.203。.8]\層(厚度約3 nm)形成，并且每個勢壘層由GaN 層(厚度約2nm)和Al。.o6Gao.94N層(厚度3nm)形成。
隨后，保持藍寶石襯底10的溫度為840"C ，供給N2或H2 (10 L/分鐘) 和NH3 (10 L/分鐘)；改變TMG、 TMI、 TMA和Cp2Mg的供給量，由此 形成作為包括p-型Al。.3GaQ.7N層和p-型In。.。8Ga。.92N層的單元的多個層 的p-覆層14(厚度約33nm)。
隨后，保持藍寶石襯底10的溫度為IOOO"C;供給]\2或H2 (20 L/分 鐘)和NH3 (10 L/分v);并且改變TMG和Cp2Mg的供給量，由此形成 包括兩個具有不同的鎂(Mg)濃度的GaN層的p-接觸層15;即，Mg濃 度為5 x 1019/cm3的GaN層和Mg濃度為1 x 102G/cm3的GaN層。
隨后，將光刻膠施加到p-型GaN層15上，并且通過光刻在預(yù)定區(qū)域 中提供開口。在未掩蔽的區(qū)域中，通過釆用含氯的氣體的反應(yīng)性離子蝕刻， 蝕刻各p-型GaN層15、 p-覆層14、發(fā)光層13、 n-覆層12和n-型GaN層 ll的一部分，使得暴露n-型GaN層ll的表面。隨后，除去光刻膠掩模。 此后，通過下面描述的過程，在n-型GaN層ll上形成n-電極30,并且在 p-型GaN層15上形成p-電極20。
通過脈沖激光沉積，在所得晶片的整個上表面上形成氧化鈥鈮透明電 極(p-電極)20 (厚度200 nm)。調(diào)整鈮對鈦的摩爾比為3 % 。
隨后，將光刻膠施加于p-電極20，并通過光刻將在p-電極20上形成 的光刻膠掩模圖案化，接著通過干蝕刻，使得p-電極20具有預(yù)定的形狀。
隨后，將光刻膠施加于n-型GaN層ll的暴露的表面上，并通過光刻 在預(yù)定的區(qū)域中提供開口。此后，通過在約10-6托或更低數(shù)量級的真空下 的真空沉積，在n-型GaN層11上形成n-電極30。
隨后，通過剝離工藝除去光刻膠使得n-電極30具有預(yù)定的形狀。此 后，在含氮氣氛中在600匸下實施熱處理5分鐘，由此使n-型GaN層11 與n-電極30合金化，并降低p-型GaN層15和p-覆層14的電阻。
隨后，為了在透明電極20上形成浮凸20s，將光刻膠施加到電極20 上，并且通過光刻對光刻膠掩模進行圖案化。對于470 nm的發(fā)射波長， 將在掩模中提供的圓形開口的直徑調(diào)整為2 nm，并且鄰近開口之間的間 距調(diào)整為lnm。隨后，對未掩蔽的部分進行干蝕刻以獲得150nm的蝕 刻深度。
對比實施方案
除了由氧化鈥鈮(鈮3 mol% )制成的透明電極不具有浮凸20s，即 電極的暴露表面為平坦的之外，制造與圖1所示的發(fā)光器件100具有相同 結(jié)構(gòu)的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。在光輸出方面對由 此制造的發(fā)光器件與發(fā)光器件100進行比較。發(fā)現(xiàn)圖1中所示具有浮凸20s 的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件100比不具有浮凸20s的 基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的光輸出高30 % 。這些發(fā)光 器件之間沒有任何其它器件特性(例如驅(qū)動電壓)的差異。
實施方案2
圖2為根據(jù)本發(fā)明實施方案2的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體 發(fā)光器件200的結(jié)構(gòu)的截面圖。除了在p-型GaN層15和由氧化鈥鈮(鈮 3 mol % )制成的透明電極20之間提供由氧化銦銀ITO )制成并具有50 nm 厚度(即，小于由發(fā)光器件13反射的光在空氣中的發(fā)射波長(470 nm) 的1/(4n)，其中n表示ITO的折射率)的透明導(dǎo)電層21之外，在圖2中 所示的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件200和圖1中所示的 基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件100具有相同的結(jié)構(gòu)。期望 由具有低電阻率的ITO制成的透明導(dǎo)電層21表現(xiàn)出降低正電極擴散電阻 (在平面方向上)的作用，以及降低電極和p-型GaN層15之間的接觸電 阻的作用。由于由ITO制成的透明導(dǎo)電層21的厚度小于發(fā)光層13的發(fā)射 波長的1/(4n),在由具有低折射率的ITO制成的透明導(dǎo)電層21和具有高 折射率的p-型GaN層15之間的界面發(fā)生光的全反射可能性更低，并且所 產(chǎn)生的光吸收可忽略。因此，沒有降低光提取性能。
實施方案3
圖3A為根據(jù)本發(fā)明實施方案3的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體
發(fā)光器件300的結(jié)構(gòu)的截面圖。除了用由氧化銦錫(ITO)制成并且厚度 為200nm的透明導(dǎo)電層22覆蓋由氧化鈥鈮(鈮3mol% )制成的透明電 極20的上表面之外，在圖3A中所示的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo) 體發(fā)光器件300和圖1中所示的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光 器件100具有相同的結(jié)構(gòu)。通過附加由ITO制成的透明導(dǎo)電層22，可降 低正電極的擴散電阻(在平面方向上)。圖3B為根據(jù)本發(fā)明實施方案3 的變化方案的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件310的結(jié)構(gòu) 的截面圖。除了用由氧化銦錫(ITO)制成并且厚度為200 nm的透明導(dǎo) 電層22覆蓋由氧化鈥鈮(鈮3mol% )制成的透明電極20的上表面之夕卜， 在圖3B中所示的基于第m族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件310和圖2 中所示的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件200具有相同的結(jié) 構(gòu)。通過附加由ITO制成的透明導(dǎo)電層22，可降低正電極的擴散電阻(在 平面方向上)。
實施方案4
圖4A為根據(jù)本發(fā)明實施方案4的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體 發(fā)光器件400的結(jié)構(gòu)的截面圖。除了用由二氧化硅(Si02)制成并且厚度 為500 nm的保護膜40覆蓋由氧化鈥鈮(鈮3 mol°/。)制成的透明電極 20的上表面之外，在圖4A中所示的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體 發(fā)光器件400和圖1中所示的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件IOO具有相同的結(jié)構(gòu)。
圖4B為根據(jù)本發(fā)明實施方案4的變化方案的基于第III族氮化物的 化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件410的結(jié)構(gòu)的截面圖。除了在由二氧化硅(Si02) 制成的保護膜40的上表面上換_供浮凸40s之外，圖4B中所示的基于第III 族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件410和圖4A中所示的基于第III族氮化 物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件400具有相同的結(jié)構(gòu)。和圖4A中所示的在保 護膜40上表面上不具有浮凸的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件400相比，圖4B中所示的在保護膜40上表面上具有浮凸40s的基于第 III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件410實現(xiàn)了光提取性能的進一步改 善。
圖4C為根據(jù)本發(fā)明實施方案4的另一個變化方案的基于第III族氮化 物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件420的結(jié)構(gòu)的截面圖。除了用由二氧化硅
(Si02 )制成并且厚度為500 nm的保護膜40覆蓋由ITO制成的透明導(dǎo)電 層22的上表面之外，圖4C中所示的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體 發(fā)光器件420和圖3A中所示的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件300具有相同的結(jié)構(gòu)。
和圖4B中所示的基于第m族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件410的 氧化硅(Si02)保護膜40的情^U目類似，可在圖4C中所示的基于第III 族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件420的氧化硅(Si02)保護膜40的上表 面上提供浮凸40s。
圖3B中所示的基于第11I族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件310還可 包括圖4C中所示的基于第IH族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件420的氧 化硅(Si02)保護膜40,或圖4B中所示的基于第III族氮化物的化合物半 導(dǎo)體發(fā)光器件410的具有浮凸40s的氧化硅(Si02)保護膜40。
在每一個上述的實施方案中，單獨將鈮(Nb )加入氧化鈦。然而，可 將鉭(Ta)單獨加入氧化鐵，或者可將鈮(Nb )和鉭(Ta) —起加入氧化 鈦。
權(quán)利要求
1.一種具有透明電極的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述透明電極包含用至少一種選自以下物質(zhì)摻雜的氧化鈦鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、砷(As)、銻(Sb)、鋁(Al)和鎢(W)，摻雜的摩爾比為相對于鈦(Ti)的1～10％，并且所述透明電極在其至少一部分上具有浮凸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件，其中所述透明電極包含選自氧化鈦鈮和氧化鈦鉭中的至少一種，其 中鈮(Nb)和鉭(Ta)對鈦(Ti)的摩爾比分別為3~10%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件，其具有基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體接觸層，并且在所述透 明電極和所述接觸層之間沒有由不同于所述接觸層和所述透明電極的 材料制成的層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件，其具有基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體接觸層，并且在所述透 明電極和所述接觸層之間沒有由不同于所述接觸層和所述透明電極的 材料制成的層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件，其中所述透明電極與所述接觸層接觸，并且所述透明電極與所述接 觸層的折射率之比為0.98 ~ 1.02。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件，其中所述透明電極與所述接觸層接觸，并且所述透明電極與所述接 觸層的折射率之比為0.98 ~ 1.02。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件，其具有基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體接觸層，并且在所述透 明電極和所述接觸層之間僅有透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層由不同于所 述接觸層和所述透明電極的材料制成，并且其厚度為所述透明導(dǎo)電層中 所發(fā)射光的波長的四分之一或更小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器 件，其具有基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體接觸層，并且在所述透 明電極和所述接觸層之間僅有透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層由不同于所 述接觸層和所述透明電極的材料制成，并且其厚度為所述透明導(dǎo)電層中 所發(fā)射光的波長的四分之一或更小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的基于第III族氮化物的化合 物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述透明電極為p-電極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的基于第III族氮化物的化合 物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述透明電極為n-電極。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的基于第III族氮化物的化合 物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述透明電極具有第一電極和第二電極，所述 第一電極為p-電極并且所述第二電極為n-電極。
全文摘要
通過向氧化鈦層中加入可獲得良好電導(dǎo)率范圍內(nèi)的雜質(zhì)(例如，鈮(Nb))改善其折射率。本發(fā)明的基于第III族氮化物的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括藍寶石襯底、氮化鋁(AlN)緩沖層、n-接觸層、n-覆層、多量子阱層(發(fā)光波長470nm)、p-覆層和p-接觸層。在p-接觸層上提供由氧化鈦鈮制成并具有浮凸的透明電極。在n-接觸層上提供電極。在透明電極的一部分上提供電極墊。由于透明電極由含3％鈮的氧化鈦形成，其對于光(波長470nm)的折射率變得和p-接觸層幾乎相同。因此，最大可能地避免p-接觸層和透明電極之間界面處的全反射。此外，由于所述浮凸，光提取性能提高了30％。
文檔編號H01L33/06GK101339969SQ200810097730
公開日2009年1月7日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者一杉太郎, 五所野尾浩一, 守山實希, 長谷川哲也 申請人:豐田合成株式會社;財團法人神奈川科學(xué)技術(shù)研究院