專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此描述的實(shí)施例總體涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
近年來，包括GaN類半導(dǎo)體的藍(lán)色和/或綠色的發(fā)光二極管(LED)的研究開發(fā)在進(jìn)展。在FU(Face Up，面朝上)型的LED中，一般使用ITOandium Tin Oxide 氧化銦錫) 等氧化物透明導(dǎo)電體作為P型GaN層上的透明導(dǎo)電體。為了降低LED的驅(qū)動(dòng)電壓，ITO與ρ型GaN層間的接觸電阻的減小不可或缺。但是，現(xiàn)狀是，ITO與P型GaN層之間的肖特基勢壘高度高為3. &V，使接觸電阻減小是困難的。以下技術(shù)被提出通過使用在ITO中添加了氮的ITON(Indium TinOxynitride 氧氮化銦錫)來降低肖特基勢壘高度，形成歐姆接觸。此外，提出有在P型GaN層上層疊氧化物透明導(dǎo)電體和氧氮化物透明導(dǎo)電體的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供在透明導(dǎo)電體中使用了 ITON層的低驅(qū)動(dòng)電壓、高發(fā)光效率且發(fā)光強(qiáng)度分布均勻化了的半導(dǎo)體發(fā)光元件。半導(dǎo)體發(fā)光元件具有基板，在基板上形成的η型半導(dǎo)體層，在η型半導(dǎo)體層上形成的有源層，在有源層上形成的、最上部是ρ型GaN層的ρ型半導(dǎo)體層，在P型GaN層上形成的ITON(氧氮化銦錫)層，在ITON層上形成的ΙΤ0(氧化銦錫)層，在ITO層上的一部分形成的第1金屬電極，以及與η型半導(dǎo)體層連接而形成的第2 金屬電極。


圖1是第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意剖面圖。圖2是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的反射率的ITON層膜厚依賴性的圖。圖3是在圖2的模擬中使用的元件結(jié)構(gòu)的示意剖面圖。圖4是表示第1實(shí)施方式的ITON層的最適合膜厚的ITO層膜厚依賴性的圖。圖5是表示第2實(shí)施方式的電極的圖案的俯視圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)實(shí)施方式，提供在透明導(dǎo)電體中使用了 ITON層的低驅(qū)動(dòng)電壓、高發(fā)光效率且發(fā)光強(qiáng)度分布均勻化了的半導(dǎo)體發(fā)光元件。半導(dǎo)體發(fā)光元件具有基板，在基板上形成的η型半導(dǎo)體層，在η型半導(dǎo)體層上形成的有源層，在有源層上形成的、最上部是P型GaN層的 P型半導(dǎo)體層，在P型GaN層上形成的ITON(氧氮化銦錫)層，在ITON層上形成的ITO (氧化銦錫)層，在ITO層上的一部分形成的第1金屬電極，以及與η型半導(dǎo)體層連接而形成的第2金屬電極。以下，使用

實(shí)施方式。在以下的附圖的記載中，對(duì)于相同或類似的部分賦予相同或類似的符號(hào)。(第1實(shí)施方式)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有基板、在基板上形成的η型半導(dǎo)體層、在η型半導(dǎo)體層上形成的有源層、在有源層上形成的最上部是P型GaN層的P型半導(dǎo)體層、在P型 GaN層上形成的ITON(氧氮化銦錫)層、在ITON層上形成的ITO (氧化銦錫)層、在ITO層上的一部分形成的第1金屬電極以及與η型半導(dǎo)體層連接而形成的第2金屬電極。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件，通過使ρ型GaN層上的透明導(dǎo)電體成為ITON層與 ITO層的層疊結(jié)構(gòu)，使P型GaN層與透明導(dǎo)電體的界面電阻減小，并且也使透明導(dǎo)電體的薄層電阻減小。因此，可以實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓、高發(fā)光效率且發(fā)光強(qiáng)度分布被均勻化了的半導(dǎo)體發(fā)光元件。圖1是第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意剖面圖。圖1(a)示出了整體的結(jié)構(gòu)，圖1(b)示出了有源層的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件是FU型的發(fā)光二極管。如圖1(a)所示，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在例如包括藍(lán)寶石的基板10 的主面形成緩沖層11，在該緩沖層11上，形成η型GaN層21和η型GaN引導(dǎo)層22。η型 GaN層21以及η型GaN引導(dǎo)層22包含于η型半導(dǎo)體層20中。并且，在η型GaN引導(dǎo)層22之上，形成成為發(fā)光部的有源層40，在該有源層40上， 按順序形成P型GaN第1引導(dǎo)層51、作為電子溢流防止層的P型AWaN層52、ρ型GaN第2 引導(dǎo)層53以及ρ型GaN接觸層Μ。ρ型GaN第1引導(dǎo)層51、ρ型AKkiN層52、ρ型GaN第 2引導(dǎo)層53以及ρ型GaN接觸層M包含于ρ型半導(dǎo)體層50中。進(jìn)而，在ρ型半導(dǎo)體層50的最上部的ρ型GaN層上，按順序形成ΙΤ0Ν(氧氮化銦錫)層60和ITO(氧化銦錫)層70。并且，在ITO(氧化銦錫)層70上的一部分形成ρ型電極80作為第1金屬電極。ρ型電極80是例如鈀-鉬-金(Pd/Pt/Au)的復(fù)合膜。此外，作為η型半導(dǎo)體層20的η型GaN層21的一部分以及與該一部分對(duì)應(yīng)的有源層40、ρ型半導(dǎo)體層50、ΙΤ0Ν (氧氮化銦錫)層60和ITO (氧化銦錫)層70被除去，形成 η型電極90作為第2金屬電極。即，η型電極90與η型半導(dǎo)體層20連接。η型電極90是例如鎳-金(Ni/Au)的復(fù)合膜。作為發(fā)光部的有源層40，例如如圖1(b)所示，是以勢壘層41、中間層42、量子阱層 43、中間層44以及勢壘層45的層疊結(jié)構(gòu)為一周期的結(jié)構(gòu)。該層疊結(jié)構(gòu)例如多次重復(fù)。也可以不設(shè)置中間層42、44，而是勢壘層4K45)與量子阱層43的層疊重復(fù)結(jié)構(gòu)。勢壘層41 由 InAlGaN( —般地，表示為 Μ/Ιγ^ι^ΜΟ < χ < 1,0 < y < 1))) 形成，例如由厚度12. 5nm的Inaci2Ala33GEia65N形成。中間層42由InGaN( 一般地，表示為 InxGa1^xN(O <χ<1))形成，例如由厚度0. 5nm的 Intl.C12G^198N形成。量子阱層43 由 InGaN( — 般地，表示為InxGai_xN(0 < χ < 1))形成，例如由厚度2. 5nm的15G￡tQ.85N形成。中間層 44 由 InGaN(—般地，表示為 InxGa1^xN(O < χ < 1))形成，例如由厚度 0. 5nm 的 In0.02Ga0.98N 形成。勢壘層 45 由 InAlGaN(—般地，表示為 InxAlyGa1^yN(O < χ < 1,0 < y < 1))形成，例如由厚度 11. 5nm 的 In0.02Al0.33Ga0.65N 形成。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件，直至ρ型半導(dǎo)體層50為止使用公知的制造方法制造。并且，在P型半導(dǎo)體層50的最上部的P型GaN層M的形成后，例如通過在氮?dú)夥諊械姆磻?yīng)性濺射法形成ITON層60。接著，通過氧氣氛圍中的反應(yīng)性濺射法形成ITO層70。此后，用公知的方法，形成ρ型電極80以及η型電極90，形成圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件。圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件，通過在ρ型電極80與η型電極90間施加電壓而使電流在元件內(nèi)流動(dòng)，由有源層40進(jìn)行發(fā)光。而且，關(guān)于ITON層60的形成，也可以代替氮?dú)夥諊械姆磻?yīng)性濺射法，而通過暫時(shí)在氧氣氛圍中利用反應(yīng)性濺射法沉積ITO之后，通過在氨氣(NH3)氛圍中進(jìn)行退火而將 ITO氮化來形成。在此情況下，只要在退火之后形成ITO層70即可。根據(jù)本發(fā)明人的研究，判明了 若僅由一層的ITON層形成ρ型GaN層討與？型電極80之間的透明導(dǎo)電體，則在ITON層內(nèi)、在水平方向(圖1中從左側(cè)朝向右側(cè)的方向)上流動(dòng)的電流分量會(huì)減少，結(jié)果，電流僅集中在P型電極80附近。因此，會(huì)產(chǎn)生發(fā)光將偏向于 P型電極正下方附近的問題。這起因于ITON的體積電阻率與ITO相比高2個(gè)數(shù)量級(jí)。根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件，利用ITON層60使ρ型GaN層M與透明導(dǎo)電體的接觸電阻減小。由此，使半導(dǎo)體發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)電壓(Vf)降低，實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓化以及高發(fā)光效率化。并且，通過層疊ITO層70，使透明導(dǎo)電體的薄層電阻減小，使電流在透明導(dǎo)電體內(nèi)、在水平的方向上流動(dòng)的電流分量的比例增加。由此，實(shí)現(xiàn)發(fā)光部中的均勻的發(fā)光，實(shí)現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度分布的均勻化。在此，在例如半導(dǎo)體發(fā)光元件是藍(lán)色發(fā)光二極管的情況下，為了維持高的發(fā)光效率，P型GaN層M與P型電極80之間的透明導(dǎo)電體，需要使從有源層40發(fā)出的波長450nm 的藍(lán)色的光透射。ITON的價(jià)電子帶上端，由氮的非鍵合狀態(tài)構(gòu)成。隨著ITON的氮含有量增加，價(jià)電子帶上端的能級(jí)上升，ITON的帶隙變窄。因此，為了不吸收藍(lán)色光，期望ITON的吸收端能量大于等于2. SeV0在吸收端能量成為2. 8eV的ITON的氮濃度下，ρ型GaN層M與ITON層60的肖特基勢壘高度約為2. OeV0 因此，在本實(shí)施方式中，期望ρ型GaN層M與ITON層60的肖特基勢壘高度大于等于2. OeV0附帶說明，由于ρ型GaN與ITO的肖特基勢壘高度為3. &V，所以ρ型6鄉(xiāng)層M與 ITON層60的肖特基勢壘高度必然成為小于等于3. 2eV0此外，期望對(duì)于波長450nm的藍(lán)色光，ITON層60的折射率大于等于2. 11小于等于2. ；34。ρ型GaN的折射率約為2. 48。ITO的折射率為1. 8 2. 2。由有源層40發(fā)出的光，在ρ型GaN層M與ITON層60的界面以及ITON層60與 ITO層70的界面這2個(gè)界面上部分反射。為了使半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光效率提高，需要降低在這2個(gè)界面上反射而未射出到外部的光。若將ρ型GaN層M的折射率設(shè)為npeaN，將ITON層60的折射率設(shè)為nITON，則光垂直地入射到ρ型GaN層M與ITON層60的界面時(shí)的界面的垂直反射率R1由下式表示R1 = (npGaN-nIT0N) 7 (npGaN+nIT0N)2 · · ·(式 1)在此，由于ρ型GaN層M與ITON層60的消光系數(shù)之差相對(duì)于折射率差相當(dāng)小，所以忽略。同樣，若將ITO層70的折射率設(shè)為nITQ，則ITON層60與ITO層70的界面的反射率&由下式表示R2 = (nIT0N-nIT0)2/ (nIT0N+nIT0)2···(式 2) 因此，為了使隊(duì)以及&最小化，使因由2個(gè)界面反射而損失的光最少化，期望nITON 是的幾何平均，即nITON =VnpGaNnIT。…(式3)如上所述，ρ型GaN對(duì)于波長450nm的藍(lán)色光的折射率npeaN約為2. 48，ITO的折射率11 。為1.8 2.2。因此，期望ITON層的折射率nITON大于等于2. 11小于等于2. 34。通過將氮濃度設(shè)定為適合的值，可以使ITON層的折射率成為期望的值。此外，期望ITO層70的膜厚大于等于130nm小于等于170nm。這是因?yàn)?，若?30nm 薄，則有可能由于薄層電阻過大而使發(fā)光過于偏向于ρ型電極80附近。此外，是由于，若超過170nm，則有可能不能忽略ITO層70的光的吸收量。此外，在ITO層70的膜厚大于等于130nm小于等于170nm的情況下，期望ITON層 60與ITO層70的總膜厚大于等于MOnm小于等于310nm。圖2是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的反射率的ITON層膜厚依賴性的圖。表示通過模擬產(chǎn)生的結(jié)果。圖3是在圖2的模擬中使用的元件結(jié)構(gòu)的示意剖面圖。在ITO的折射率分別為1.8、1.9、2.0、2. 1、2. 2的情況下，計(jì)算出了反射率的ITON膜厚依賴性。如圖3所示，將元件結(jié)構(gòu)設(shè)定為ρ型GaN層、ITON層、ITO層、SiO2層(折射率n = 1.45)、樹脂層(折射率n = 1.4)的層疊結(jié)構(gòu)。將光的波長設(shè)定為450nm。此外，將ITO層的膜厚設(shè)定為150nm。此外，將ITON層的折射率設(shè)定為ρ型GaN層與ITO層的折射率的幾何平均。如圖2所示，可判明在ITON膜厚為0 300nm的范圍內(nèi)，在所有折射率的情況下， 反射率成為低谷的膜厚都存在A、B、C這3個(gè)位置。在此，在膜厚處于A位置的情況下，由于膜厚過薄而在光學(xué)上是非活性的可能性高，此外，制造上膜厚的控制困難，所以不優(yōu)選。并且，在膜厚處于C位置的情況下，由于膜厚變厚、ITON層的光的吸收增大，所以不優(yōu)選。因此，期望ITON層的膜厚設(shè)定為B位置的膜厚。而且，即使使SW2層的膜厚在IOOnm 500nm的范圍內(nèi)變化，圖2所示的結(jié)果也不會(huì)有大的變化。圖4是表示ITON層的最適合膜厚的ITO層膜厚依賴性的圖。是描繪使ITO層的膜厚在130nm 170nm的范圍內(nèi)變化的情況下的B位置的ITON層的膜厚的圖。在ITO的折射率分別為1. 8,1. 9,2. 0,2. 1,2. 2的情況下進(jìn)行了計(jì)算。如從圖4可以看出的，在所有折射率的情況下，ITON層的相對(duì)于ITO層的最適合厚度，都處于斜率基本為1的直線上。因此，在反射率成為最低的條件下，ITO層的膜厚(圖中tITQ)與ITON層的膜厚(圖中tITQN)的總和基本固定。此外，即使ITO的折射率變化，該固定值也收斂于大于等于MOnm小于等于310nm的范圍。因此，從控制反射率、實(shí)現(xiàn)高的發(fā)光效率的觀點(diǎn)來看，期望ITO層的膜厚大于等于 130nm小于等于170nm，ITON層與ITO層的總膜厚大于等于MOnm小于等于310nm。而且， 在此雖然基于波長為450nm的情況下的模擬結(jié)果進(jìn)行了說明，但是只要波長處于大于等于420nm小于等于480nm的范圍，就由于伴隨著波長變化的折射率的變化小，所以ITON層與 ITO層的總膜厚的期望范圍為同樣的范圍。此外，期望ITON層60內(nèi)的氮濃度從與ρ型GaN 54的界面朝向與ITO層70的界面降低。這是因?yàn)?，由于ITON層60內(nèi)的氮濃度高的一方其ρ型GaN層M與ITON層60之間的肖特基勢壘下降，另一方面，如果ITON層60內(nèi)的氮濃度降低則折射率降低，所以通過在與ITO層70的界面以氮濃度成為0的方式控制濃度分布，可以使與ITO層70的界面處的光的反射率成為0。(第2實(shí)施方式)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件，除了 P型電極與η型電極的圖形不同之外，其余與第1實(shí)施方式相同。因此，關(guān)于與第1實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容，省略記載。圖5是表示第2實(shí)施方式的電極的圖形的俯視圖。圖5(a)是第1實(shí)施方式的電極圖形，圖5(b)是本實(shí)施方式的電極圖形。如圖5(b)所示，在ρ型電極80以及η型電極90的各個(gè)中設(shè)置細(xì)線部80a以及 90a。這樣，通過設(shè)置細(xì)線部80a、90a，可以使ρ型電極80與η型電極90間的電流向有源層 40的流動(dòng)進(jìn)一步均勻化，使發(fā)光強(qiáng)度分布進(jìn)一步均勻化。因此，與第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件相比，可實(shí)現(xiàn)發(fā)光效率更高且發(fā)光強(qiáng)度分布均勻化了的半導(dǎo)體發(fā)光元件。雖然對(duì)幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了說明，但這些實(shí)施例僅是作為例子而呈現(xiàn)的，而并非要限定本發(fā)明的范圍。在此描述的半導(dǎo)體發(fā)光元件能夠以其他的各種方式進(jìn)行實(shí)施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠在此處描述的裝置和方法的方式中進(jìn)行各種省略、置換、變形。這些方式或變形包含于發(fā)明的范圍和主旨內(nèi)，并且包含于所附權(quán)利要求及其均等的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種元件，其特征在于，具有 基板；在前述基板上形成的η型半導(dǎo)體層；在前述η型半導(dǎo)體層上形成的有源層；在前述有源層上形成的、最上部是P型GaN層的ρ型半導(dǎo)體層；在前述P型GaN層上形成的ITON(氧氮化銦錫)層；在前述ITON層上形成的ITO (氧化銦錫)層；在前述ITO層上的一部分形成的第1金屬電極；以及與前述η型半導(dǎo)體層連接而形成的第2金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于前述ρ型GaN層與前述ITON層的肖特基勢壘高度大于等于2. OeV小于等于3. 2eV0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于前述ITON層的折射率大于等于2. 11小于等于2. 34。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的元件，其特征在于前述ITO層的膜厚大于等于130nm小于等于170nm ；前述ITON層與前述ITO層的總膜厚大于等于240nm小于等于310nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于前述ITON層內(nèi)的氮濃度，從與前述ρ型GaN層的界面朝向與前述ITO層的界面降低。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于 前述基板是藍(lán)寶石基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于 前述η型半導(dǎo)體層具有η型GaN層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于前述有源層是InMGaN的勢壘層與InGaN的量子阱層的層疊結(jié)構(gòu)。
全文摘要
根據(jù)實(shí)施方式，提供在透明導(dǎo)電體中使用了ITON層的低驅(qū)動(dòng)電壓、高發(fā)光效率且發(fā)光強(qiáng)度分布均勻化了的半導(dǎo)體發(fā)光元件。半導(dǎo)體發(fā)光元件具有基板，在基板上形成的n型半導(dǎo)體層，在n型半導(dǎo)體層上形成的有源層，在有源層上形成的、最上部是p型GaN層的p型半導(dǎo)體層，在p型GaN層上形成的ITON(氧氮化銦錫)層，在ITON層上形成的ITO(氧化銦錫)層，在ITO層上的一部分形成的第1金屬電極，以及與n型半導(dǎo)體層連接而形成的第2金屬電極。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102194955SQ20101027529
公開日2011年9月21日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者伊藤俊秀, 布上真也, 橘浩一 申請人:株式會(huì)社東芝