專利名稱：氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法、氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件和使用它的燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，特別是涉及
驅動電壓(Vf)低的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法、氮化鎵
系化合物半導體發(fā)光元件以及使用它的燈。
本申請基于在2006年3月23日在日本提出申請的特愿2006-080882 號要求優(yōu)先權，將其內容援引于其中。
背景技術：
近年來，作為短波長光發(fā)光元件用的半導體材料，作為氮化物系半導 體的GaN系化合物半導體材料受到關注。GaN系化合物半導體，是以藍
寶石單晶為首的各種氧化物、ni族 v族(即第ni主族 第v主族)化
合物為基板，在該基板上通過金屬有機物化學氣相淀積法(MOCVD法) 或分子束外延法(MBE法)等形成的。
作為GaN系化合物半導體元件的特性，可舉出在橫向上的電流擴散較 小。因此，只向電極正下方的半導體注入電流由發(fā)光層發(fā)出的光被電極遮 擋而不能取出到外部。因此，在這樣的發(fā)光元件中，通常使用透光性正極， 通過透光性正極光被取出。
透光性正極中可使用Ni/Au或ITO等公知的導電材料。但是，雖然 Ni/Au等金屬與p型半導體層的接觸電阻較小，但是存在光透射率較低的 問題。另外，ITO等氧化物雖然透射率高，但是存在與金屬相比接觸電阻 較大的問題。
作為減少ITO之類的導電氧化膜的電阻率的方法，可舉出在氮氣(N2)、氫氣氣氛中進行退火處理的方法。通過該退火處理，導電氧化膜 中的氧空穴增加，導電氧化膜的載流子濃度增加。由于該載流子濃度的增 加，而使導電氧化膜的電阻率減少。 一般地，與氮相比使用氫時氧化膜的 還原作用較強，因此通過在含氫的氣氛中進行退火處理，可獲得電阻率得 到進一步降低的導電氧化膜。
然而，在含氫的氣氛中的退火處理，摻雜于氮化鎵系化合物半導體發(fā) 光元件的p型半導體層中的Mg、 Zn等與氫結合，妨礙Mg、 Zn等雜質作 為受體發(fā)揮作用。由于這樣的受體雜質與氫的結合，因而產生p型半導體 層的電阻率上升的問題。
專利文獻l:日本特開平6 - 88973號^^才艮
專利文獻2:日本專利第2540791號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的是提供可以得到能抑制由氫 退火處理所引起的p型半導體層的電阻率的增加，同時減少透光性導電氧 化膜的電阻率，驅動電壓(Vf)較低的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的 制造方法、氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件以及使用它的燈。
本發(fā)明人為了解決上述問題而進行深入研究的結果，完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明涉及下述方案?；騕2所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特
征在于，上述氫退火工序是在300'C 卯0。C的溫度下進行退火處理。所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在 于，上述氫退火工序是在600'C 卯0。C的溫度下進行退火處理。如[1~ [7的任一項所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造 方法，其特征在于，在上述氫退火工序之后，在上述透光性導電氧化膜上 層疊保護層。一種氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件，是在氮化鎵系化合物半導體 元件的p型半導體層上層疊有透光性導電氧化膜的氮化鎵系化合物半導體 發(fā)光元件，其特征在于，上述透光性導電氧化膜是在含氫(H2)的氣體氣 氛中被退火處理了的透光性導電氧化膜。如[9j ~ [11的任一項所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件，其特 征在于，上述透光性導電氧化膜的厚度為100nm lnm的范圍。
14如9~ [13I的任一項所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件，其特 征在于，在上述透光性導電氧化膜上層疊地形成有保護層。~[16的任一項所述的氮化 鎵系化合物半導體發(fā)光元件。
發(fā)明效果
根據本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，在上述p 型半導體層上形成透光性導電氧化膜后，通過在含氫的氣氛中進行退火處 理，可獲得低電阻率的透光性導電氧化膜，同時還可抑制p型半導體層的 電阻率上升。由此，可得到驅動電壓(Vf)低的氮化鎵系化合物半導體發(fā) 光元件。
另外，通過使用本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件來構成燈， 可得到具有優(yōu)異的發(fā)光特性的燈。


圖1是模式地說明本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的一例的 圖，是表示剖面結構的概略圖。圖2是模式地說明本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的一例的 圖，是表示俯視結構的概略圖。
圖3是說明本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法的一 例的圖，是表示氮化鎵系化合物半導體的疊層結構體的剖面圖。
圖4是模式地說明本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的另一例 的圖，是表示剖面結構的概略圖。
圖5是^t式地說明使用本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件構成 的燈的剖面圖。
圖6是說明本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的圖，是表示實 施例中的驅動電壓(Vf)與氫退火處理溫度的關系的曲線圖。是表示實施 例l和2中的驅動電壓(Vf)的圖。
附圖標記說明
I. ..氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件、
II、 21…基板、
12…n型GaN層(n型半導體層)、 13…發(fā)光層、
14…p型GaN層(p型半導體層)、
15,..正極(透光性導電氧化膜)、
16…正極焊盤、
17…負極、
18…保護層、
20…氮化鎵系化合物半導體、 22…不摻雜GaN基底層(n型半導體層)、 23…n型GaN接觸層(n型半導體層)、 24…n型AlGaN覆層(n型半導體層)、 25…發(fā)光層、
26…p型AlGaN覆層(p型半導體層)、27…p型GaN接觸層(p型半導體層)、 30…燈具體實施例方式
以下，適當參照圖1 ~ 5來說明本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元 件(以下有時簡稱為發(fā)光元件)的制造方法、氮化鎵系化合物半導體發(fā)光 元件以及使用它的燈的一個實施方式。
但本發(fā)明并不限于以下各實施方式，例如還可以將這些實施方式的構 成要素彼此適當組合。
本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，是在氮化鎵系 化合物半導體元件的p型半導體層上層疊透光性導電氧化膜的氮化鎵系化 合物半導體發(fā)光元件的制造方法，是具有在p型半導體層上形成透光性導
電氧化膜后，在含氫(H2)的氣體氣氛中進行退火處理的氫退火工序的方 法。
圖1是用剖面圖模式地表示在本發(fā)明中得到的發(fā)光元件的一例的圖。
圖1所示的發(fā)光元件1，是在基板11上順序層疊有n型GaN層12、 發(fā)光層13和p型GaN層(p型半導體層)14的氮化鎵系化合物半導體元 件的上述p型GaN層14上，層疊形成透光性導電氧化膜而成的正極15 從而概略地構成的。另外，在正極15上形成有正極焊盤16，在n型GaN 層12上的負極形成區(qū)域形成有負極17。
在本發(fā)明中，在p型GaN層上成膜的正極，是在上述氫退火工序中對 透光性導電氧化膜實施氫退火處理而成的。
本發(fā)明中使用的對透光性導電氧化膜實施氬退火處理而成的正極，對 于在基板上根據需要介有緩沖層而層疊氮化鎵系化合物半導體，并形成了 n型半導體層、發(fā)光層及p型半導體層的以往公知的氮化鎵系化合物半導 體發(fā)光元件可以沒有任何限制地使用。
圖3是表示為用于本實施例的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件而制造 的外延結構體的剖面模式圖。另外，圖1示出本發(fā)明的氮化鎵系化合物半 導體發(fā)光元件的剖面模式圖，圖2示出其平面模式圖，以下適當參照進行 說明。
氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制作1
作為如圖3所示的氮化鎵系化合物半導體20的疊層結構體，在由藍寶 石的c面((0001 )晶面)制成的M21上，介有由A1N形成的緩沖層 (未圖示)，順次地層疊以下各層而構成，上述各層為未摻雜的GaN基底 層(層厚=2nm ) 22、摻雜Si的n型GaN接觸層(層厚=2jim、載流子濃度=lxl019cnT3 ) 23、摻雜Si的n型Alo.o7Gao.93N覆層(層厚=12.5nm、 載流子濃度=lxl018cnT3) 24、包括6層的摻雜Si的GaN勢壘層(層厚= 14.0nm、載流子濃度=lxl018cnT3 )和5層的未摻雜的In。.2oGa().8oN阱層(層 厚-2.5nm)的多量子結構的發(fā)光層25、摻雜Mg的p型Al^Ga^N覆 層(層厚=10nm ) 26和摻雜Mg的p型GaN接觸層(層厚=lOOnm ) 27。 上述氮化鎵系化合物半導體20的疊層結構體的各構成層22~27，采用一 般的減壓MOCVD方法進行生長。
使用上述氮化鎵系化合物半導體20的外延結構體，制作了氮化鎵系化 合物半導體發(fā)光元件(參照圖1)。首先，使用HF和HCl，洗滌p型GaN 接觸層27表面后，在該p型GaN層接觸層27上用賊射法形成包含ITO 的透光性導電氧化膜層。ITO通過DC磁控'減射以約250nm的膜厚成膜。 濺射中，使用Sn02濃度為10質量％的ITO靶，ITO成膜時的壓力約為 0.3Pa。
包含ITO的透光性導電氧化膜成膜后，使用RTA退火爐進行200°C 卯0。C的氫(H2)退火處理。此時的氬退火處理在含有1體積％的112的 N2氣氛中進行。然后，通過眾所周知的光刻和濕蝕刻，形成為只在p型 GaN接觸層27上的形成正極的區(qū)域上形成ITO膜的狀態(tài)。這樣，就在p 型GaN接觸層27上形成了本發(fā)明的正極(參照圖l及圖2的符號15)。
用上述方法形成的正極顯示出高的透光性，在460nm的波段中具有 卯％以上的透射率。另外，光透射率是使用將與上述相同的厚度的透光性 導電氧化膜層層疊于玻璃板上的透射率測定用樣品，通過分光光度計進行 測定。另外，光透射率的值是在考慮了僅用玻璃板測定的光透射空白值的 基礎上算出的。
接著，對形成n型電極(負極)的區(qū)域實施一般的干蝕刻，僅限于該 區(qū)域，使摻雜Si的n型GaN接觸層的表面露出(參照圖l)。然后，利 用真空蒸鍍法，在透光性導電氧化膜層(正極)15上的一部分及摻雜Si 的n型GaN接觸層23上，順序層疊由Cr形成的第1層(層厚=40nm )、由Ti形成的第2層(層厚=lOOnm )、由Au形成的第3層(層厚=400nm )， 分別形成了正極焊盤16和負極17。 [發(fā)光元件的分割l
形成正極焊盤16和負極17后，使用金剛石微粒等磨粒研磨由藍寶石 制成的基板ll的背面，最終加工成鏡面。然后，裁斷疊層結構體，分離成 為350nm見方的正方形的一個個芯片，栽置于引線框上后，用金(Au) 線與引線框連接。
驅動電壓(Vf)和發(fā)光輸出功率(Po)的測定
通過探針通電，對這些芯片測定在電流施加值20 mA下的正向電壓(驅 動電壓Vf)。另外，采用一般的積分球測定發(fā)光輸出功率(Po)。發(fā)光 面的發(fā)光分布可確認在正極15的整個面都發(fā)光。
以氫退火溫度為橫坐標，在圖6的曲線圖中示出上述測定的發(fā)光元件 的驅動電壓(Vf)。
另外，Po與氫退火溫度無關，全部為10mW。
下述表2中示出實施例1的元件特性的一覽。
如圖6的曲線圖所示，在300'C以上的溫度下進行了氫退火處理的場 合，發(fā)光元件的Vf為低的結果。另一方面，當為300'C以下的溫度時，Vf 為高的結果。
在200'C的溫度下進行了氫退火處理的ITO，電阻率較高，為4xl(T 4Qcm，因此如圖6所示，在300。C以下的溫度下進行了氫退火處理的場合 Vf變高是因為ITO的電阻率完全沒有下降的緣故。
在60(TC以上的溫度進行氫退火處理之前，在含氧的氣體氣氛中進行 了 250°C、 l分鐘的氧退火處理，除此以外與實施例1同樣操作，制作了氮 化鎵系化合物半導體發(fā)光元件。
進行了這樣的氧退火處理的ITO膜，與不進行氧退火處理的ITO膜 相比，在460nm的波段顯示出高3~5%左右的光透射率。另外，進行了 氧退火處理的場合的發(fā)光輸出功率(Po)為llmW,與不進行氧退火處理 的情況(實施例l)相比，為高lmW的結果。
將實施例3的退火條件及元件特性的一覽與實施例1的數據一起示于 表2中。
表2
02退火112退火Vf/VPo/mW
實施例1無600 。C3.310
實施例3250 。C600 。C3.311
[實施例4
在除了正極焊盤和負極以外的區(qū)域形成100nm的Si02保護層，除此 以外與實施例3同樣操作，制作了氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件。
測定了在實施例4的發(fā)光元件發(fā)光的狀態(tài)下的100小時后的輸出功率 劣化度，與不形成保護層的情況相比，輸出功率的劣化變小?？梢哉J為通 過形成保護層，可抑制由空氣中的02原子所導致的ITO電阻率的增加。
根據以上結果可知本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件，其驅動 電壓(Vf)低，具有高的元件特性。
20產業(yè)上的可利用性
本發(fā)明可用于氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，特別是可
用于驅動電壓(Vf)低的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法、氮
化鎵系化合物半導體發(fā)光元件和使用它的燈。
本發(fā)明中表示數值范圍的"以上，，和"以下"均包括本數。
權利要求
1. 一種氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，是在氮化鎵系化合物半導體元件的p型半導體層上層疊透光性導電氧化膜的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，具有在所述p型半導體層上形成所述透光性導電氧化膜之后，在含氫(H2)的氣體氣氛中進行退火處理的氫退火工序。
2. 如權利要求1所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法， 其特征在于，順序具有下述(a) ~ (c)各工序(a )在所述p型半導體層表面的全部區(qū)域形成透光性導電氧化膜的成 膜工序；(b )在含氫的氣體氣氛中將所述透光性導電氧化膜進行退火處理的氫 退火工序；(c) 通過蝕刻將所述透光性導電氧化膜圖案化的蝕刻工序。
3. 如權利要求1或2所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方 法，其特征在于，所述氫退火工序是在300'C 卯0。C的溫度下進行退火處 理。
4. 如權利要求1所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法， 其特征在于，順序具有下述(d) ~ (f)各工序(d) 在所述p型半導體層表面的全部區(qū)域形成透光性導電氧化膜的 成膜工序；(e) 通過蝕刻將所述透光性導電氧化膜圖案化的蝕刻工序；(f) 在含氫的氣體氣氛中將所述透光性導電氧化膜進行退火處理的氫 退火工序。
5. 如權利要求4所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法， 其特征在于，所述氫退火工序是在600'C ~ 900'C的溫度下進行退火處理。
6.如權利要求1 ~ 5的任一項所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的 制造方法，其特征在于，所述氫退火工序是在以0.1~5體積％的范圍含有氫的氣體氣氛中進行退火處理。
7. 如權利要求1 ~ 6的任一項所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的 制造方法，其特征在于，在所述氫退火工序的前工序中，具有在含氧(02) 的氣體氣氛中在200'C 300'C的溫度下進行退火處理的氧退火工序。
8. 如權利要求1 ~ 7的任一項所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的 制造方法，其特征在于，在所述氫退火工序之后，在所述透光性導電氧化 膜上層疊保護層。
9. 一種氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件，是在氮化鎵系化合物半導體 元件的p型半導體層上層疊有透光性導電氧化膜的氮化鎵系化合物半導體 發(fā)光元件，其特征在于，所述透光性導電氧化膜是在含氫(H2)的氣體氣 氛中被退火處理了的透光性導電氧化膜。
10. 如權利要求9所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于， 所述透光性導電氧化膜包含選自ITO、 IZO、 IWO、 GZO、 ZnO系導電體、 Ti02系導電體中的至少一種以上的材料。
11. 如權利要求10所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件，其特征在 于，所述透光性導電氧化膜至少含有ITO。
12. 如權利要求9~11的任一項所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元 件，其特征在于，所述透光性導電氧化膜的厚度為35nm 10jim的范圍。
13. 如權利要求9~11的任一項所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元 件，其特征在于，所述透光性導電氧化膜的厚度為100nm ljmi的范圍。
14. 如權利要求9~13的任一項所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元 件，其特征在于，在所述透光性導電氧化膜上層疊地形成有保護層。
15. 如權利要求14所述的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件，其特征在 于，所述保護層的厚度為20nm~500nm的范圍。
16. —種氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件，是通過權利要求1~8的任 一項所述的制造方法得到的。
17. —種燈，其特征在于，使用了權利要求9~ 16的任一項所述的氮化 鎵系化合物半導體發(fā)光元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠得到可抑制由氫退火處理所導致的p型半導體層的電阻率的增加，同時減少透光性導電氧化膜的電阻率，并且驅動電壓(Vf)低的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法、氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件以及使用它的燈。能夠得到這樣的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，是在氮化鎵系化合物半導體元件的p型GaN層(14)上層疊由透光性導電氧化膜形成的正極(15)的氮化鎵系化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，為具有在含氫(H₂)的氣體氣氛中對正極15進行退火處理的氫退火工序的構成。
文檔編號H01L33/32GK101449397SQ200780018239
公開日2009年6月3日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權日2006年3月23日
發(fā)明者大澤弘, 福永修大 申請人:昭和電工株式會社