氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
【專利摘要】氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件包括：具有生長面（12）為m面的p型半導(dǎo)體區(qū)域（25）的氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)（20）；和設(shè)置于AldGaeN層（25）上的電極（30），其中AldGaeN層（25）由GaN類半導(dǎo)體形成，電極（30）以Ag為主成分且含有Mg和Zn的至少一者和Ge。
【專利說明】氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為VA族元素具有氮(N)的氮化物半導(dǎo)體，由于其帶隙的大小，有望作為短波長發(fā)光元件的材料。其中，盛行氮化鎵類化合物半導(dǎo)體(GaN類半導(dǎo)體)的研究，藍色發(fā)光二極管(LED)、綠色LED以及以GaN類半導(dǎo)體為材料的半導(dǎo)體激光器也已經(jīng)實用化。[0003]GaN類半導(dǎo)體具有纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)。圖1示意性地表示GaN類半導(dǎo)體的單位晶格。AlxGayInzN (x + y + z = l,x≥ 0,y≥O, z≥O)半導(dǎo)體的晶體通過將圖1所示的Ga的一部分取代為Al和/或In得到。
[0004]圖2表示一般用于以4指標(biāo)標(biāo)記(六方晶指數(shù))表示纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的面的四個矢量apayayC?；臼噶縞在[0001]方向延伸,該方向稱為“c軸”。垂直于c軸的面(plane)稱為“c面”或者“(0001)面”。此外，“c軸”和“c面”也有時分別記為“C軸”和“C面”。附圖中，為了方便觀看，使用大寫文字標(biāo)記。
[0005]使用GaN類半導(dǎo)體制作半導(dǎo)體元件時，作為使GaN類半導(dǎo)體晶體生長的基板(襯底)，一般而言，使用以c面即(0001)面為主面的基板。但是，c面中Ga的原子層與氮的原子層的位置在c軸方向稍微錯開,所以形成極化(Electrical Polarization)。因此，“c面”也稱為“極性面”。極化的結(jié)果，在有源層(活性層)中InGaN的量子阱方向沿c軸方向產(chǎn)生壓電電場。如果產(chǎn)生這樣的壓電電場，則由于載流子的量子限制斯塔克效應(yīng)，在有源層的電子和空穴的分布產(chǎn)生位置錯位，所以內(nèi)部量子效率降低。因此，如果是半導(dǎo)體激光器，則弓丨起閾值電流的增大。如果是LED，則引起消耗電力的增大和發(fā)光效率的降低。另外，隨著注入載流子密度的上升引起壓電電場的屏蔽(screening),也發(fā)生發(fā)光波長的變化。
[0006]于是，為了解決這些課題，研究了使用具有以非極性面、例如與[10-10]方向垂直、稱為m面的(10-10)面作為主面的基板。這里，表示密勒指數(shù)的括號內(nèi)的數(shù)字的左邊所帶有的-表示“杠(bar)”。m面如圖2所示,是與c軸(基本矢量c)平行的面,與c面正交。m面中，Ga原子和氮原子存在于同一原子面，所以在垂直于m面的方向不發(fā)生極化。其結(jié)果是，如果在垂直于m面的方向形成半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)，則在有源層也不產(chǎn)生壓電電場，所以能夠解決上述課題。
[0007]m 面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面的總稱。此外，本說明書中“X面生長”是指在垂直于六方晶纖鋅礦結(jié)構(gòu)的X面(X = C、m等)的方向發(fā)生外延生長。X面生長中，有時將X面稱為“生長面”。另外，有時將由X面生長形成的半導(dǎo)體的層稱為“X面半導(dǎo)體層”。
[0008]因此，例如，使用具有這樣的非極性面的基板制得的LED，與現(xiàn)有的c面上的元件相比，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率的提聞。
[0009]這樣，在m面基板上生長得到的GaN類半導(dǎo)體元件與在c面基板上生長得到的GaN類半導(dǎo)體元件相比，可以發(fā)揮顯著的效果，但是，存在接觸電阻高于在c面上生長得到的GaN類半導(dǎo)體元件的問題。
[0010]專利文獻I中講，在以m面為主面的GaN類半導(dǎo)體發(fā)光元件中，利用在與P型半導(dǎo)體區(qū)域接觸的Mg層和Mg層之上形成的Ag層所構(gòu)成的P側(cè)電極，能夠降低接觸電阻。專利文獻2中講，在以m面為主面的GaN類半導(dǎo)體發(fā)光元件中，利用由Zn和Ag構(gòu)成的電極，能夠降低接觸電阻。公開了專利文獻I和2中所記載的P側(cè)電極通過進行加熱處理，P型半導(dǎo)體側(cè)的Ga元素向電極側(cè)擴散，在P型半導(dǎo)體形成作為受體(Acceptor)發(fā)揮作用的Ga空孔，所以接觸電阻降低。
[0011]另外，在專利文獻3中，公開了一種IIIA-VA族GaN類化合物半導(dǎo)體的電極，其特征在于，是在IIIA-VA族氮化物的半導(dǎo)體層上形成的，包括在Zn中含有溶質(zhì)元素的Zn類物質(zhì)得到的第一層；和層疊于上述第一層上部、由選自{Au、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、T1、Sn、Ge、Sb、Al、ITO、ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12和ZrvxMgxO (O ^ X ^ I)}中的至少一種物質(zhì)得到的第二層。
[0012]另外，專利文獻4中講,通過用Pd取代現(xiàn)有的裝飾用銀合金的Ag-1n-Cu-Ge合金中的In，能夠提供耐濕性得到改良的Ag-Pd-Cu-Ge合金。
[0013]另外，專利文獻5中，公開了從P-GaN接觸層118側(cè)依次具有Ag合金層120a、Ti層120b和Au層120c的P側(cè)電極120。Ag合金層120a以Ag為主成分，添加有Pd、Cu和Ge。由于添加有Ge，所以引起Pb和Cu的相互作用，即使是比較低濃度的Pd濃度和Cu濃度，也能夠得到良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。另外，在Ag合金層120a中，通過添加Ge，能夠抑制Pd和Cu的添加引起的反射率的降低。Ag合金層120a為在Ag中添加有Pd 1.0質(zhì)量％、Cu 1.0質(zhì)量％、Ge 0.1質(zhì)量％的合金。
[0014]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0015]專利文獻`
[0016]專利文獻1:日本專利第4568379號公報
[0017]專利文獻2:專利第4568380號公報
[0018]專利文獻3:日本特開2005-136415號公報
[0019]專利文獻4:專利第4417166號公報
[0020]專利文獻5:日本特開2010-56423號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]發(fā)明所要解決的課題
[0022]但是，上述現(xiàn)有的技術(shù)中，還存在電力效率和發(fā)光效率的提高的課題。
[0023]本申請的不用于限定而僅用于例示的實施方式，提供一能夠提高電力效率和發(fā)光效率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
[0024]用于解決課題的方法
[0025]為了解決上述課題，本發(fā)明的一個方式是具備生長面為m面的具有P型半導(dǎo)體區(qū)域的氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)、和設(shè)置于上述P型半導(dǎo)體區(qū)域上的電極的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,上述P型半導(dǎo)體區(qū)域由GaN類半導(dǎo)體形成，上述電極以Ag為主成分含有Mg和Zn的至少一種和Ge。
[0026]發(fā)明的效果[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法，能夠提高電力效率和發(fā)光效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是示意性地表示GaN的單位晶格的立體圖。
[0029]圖2是表示纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的基本矢量a1、a2、a3、c的立體圖。
[0030]圖3 (a)至(C)是本發(fā)明的例示的實施方式的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100的截面示意圖。
[0031]圖4 (a)是表示m面的晶體結(jié)構(gòu)的圖，(b)是表示c面的晶體結(jié)構(gòu)的圖。
[0032]圖5 (a)是由SIMS分析得到的m- (ZruGe)Ag的深度方向線形(profile), (b)是m- (Zn) Ag和m- (Zn、Ge) Ag的熱處理前后的光反射率線形。
[0033]圖6 (a)是m- (Zn、Ge) Ag的熱處理前后的TLM測定的電流-電壓特性，(b)是TLM電極圖案圖。
[0034]圖7 (a)和(b)是從TLM測定算出的固有接觸電阻的圖。
[0035]圖8 (a)是表示 m- (N1、Ge) Ag、m_ (Mg、Ge) Ag、m_ (Zn、Ge) Ag 由 SIMS 分析得到的Ga的深度方向線形的圖，(b)是表示m- (N1、Ge) Ag、m_ (Mg、Ge) Ag、m_ (Zn、Ge) Ag由SIMS分析得到的Ge的深度方向線形的圖。
[0036]圖9 (a)是m- (N1、Ge) Ag的光反射率線形，(b)是m_ (Mg、Ge) Ag的光反射率線形，(c)是m- (Zn、Ge) Ag的光反射率線形。
[0037]圖10是m- (Zn, Ge) Ag的從TLM測定計算出的固有接觸電阻的圖。
[0038]圖11是在m面P型接觸區(qū)域上形成Ag為主成分且含有Mg和Ge的電極并進行了TLM測定的結(jié)果。
[0039]圖12 (a)是在c面上和m面上制作的(Pd、Ge) Ag電極的由TLM測定得到的電流-電壓特性，(b)是從TLM測定計算出的固有接觸電阻的圖。
[0040]圖13 (a)是表不Ge層的厚度和接觸電阻的關(guān)系的圖，(b)是Ge的厚度和反射率的關(guān)系的圖。
[0041]圖14是本發(fā)明的例示的實施方式的光源的截面示意圖。
【具體實施方式】
[0042]在以下說明本發(fā)明的一個著眼點。
[0043]例如，一般的倒裝芯片型LED中，從有源層放出的光的一部分由P側(cè)電極反射，通過基板，向半導(dǎo)體層的外部出射。此時，為了使從LED的有源層的發(fā)光高效地取出到外部，具有高的反射率的P側(cè)電極層的形成很重要。作為P側(cè)電極層所使用的反射率高的材料，有Ag。
[0044]一般而言，在半導(dǎo)體設(shè)置含有金屬膜的電極時，為了消除在半導(dǎo)體和金屬之間產(chǎn)生的肖特基勢壘，進行加熱處理。金屬膜含有Ag時，存在Ag在加熱處理時發(fā)生凝集現(xiàn)象的可能性。該凝集現(xiàn)象，金屬膜的表面積變小，使得在金屬膜表面存在的過剩的自由能(表面能)變小。由于該凝集現(xiàn)象引起Ag原子在膜中移動。從而，發(fā)生膜表面粗糙度的增大和膜中的空孔，光反射率有下降的可能性。[0045]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在m面基板上生長的GaN類半導(dǎo)體層形成Ag電極時，與在c面基板上生長的GaN類半導(dǎo)體層形成Ag電極時相比，容易發(fā)生Ag的凝集。
[0046]另外，Ag容易由于腐蝕現(xiàn)象而發(fā)生反射率劣化。例如，容易與氧、硫和鹵素發(fā)生反應(yīng)，在存在水分的環(huán)境中也容易發(fā)生遷移(Migration)。
[0047]這樣的狀況中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了能夠兼顧接觸電阻的降低和光反射率的提高，能夠提高電力效率和發(fā)光效率的方法。[0048]本發(fā)明的一個實施方式的要點如下。
[0049](I)本發(fā)明的一個實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括:生長面為m面的具有P型半導(dǎo)體區(qū)域的氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)；和設(shè)置于上述P型半導(dǎo)體區(qū)域上的電極，上述P型半導(dǎo)體區(qū)域由GaN類半導(dǎo)體形成，上述電極以Ag為主成分含有Mg和Zn的至少一者和Ge。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，能夠提高電力效率和發(fā)光效率。
[0051](2)上述(I)中的上述電極的Ag的濃度可以為50質(zhì)量％以上，Mg、Zn和Ge的濃度合計可以為50質(zhì)量％以下。
[0052](3)上述(I)或(2)中的上述電極的Ag的濃度可以為90質(zhì)量％以上，Mg、Zn和Ge的濃度合計可以為10質(zhì)量％以下。
[0053](4)上述(I)~(3)中的任一項中的上述電極中，Ge的濃度可以為0.05質(zhì)量％以上2.0質(zhì)量％以下。
[0054](5)上述(I)~(4)中的任一項中的上述電極與上述P型半導(dǎo)體區(qū)域的界面中，Mg和Zn中的任一者的濃度可以高于Ge。
[0055](6)上述(I)~(5)中的任一項中的上述電極與上述P型半導(dǎo)體區(qū)域的界面的Ge濃度可以低于與上述P型半導(dǎo)體區(qū)域側(cè)相反一側(cè)的電極表面的Ge濃度。
[0056](7)上述(I)~(6)中的任一項中的上述電極可以含有從上述P型半導(dǎo)體區(qū)域擴散的Ga，上述電極中的Ga濃度隨著遠離上述P型半導(dǎo)體界面而降低。
[0057](8)上述(I)~(7)中的任一項中的上述電極中，Ag、Mg、Zn、Ge和Ga以外的元素的濃度可以為0.1質(zhì)量％以下。
[0058](9)上述(8)中，上述元素可以包括N1、Cu、Pd、In、Sn、Nd、Sm、Pt、Au和Bi中的至少一種。
[0059](10)上述(I)~(9)中的任一項中，上述電極對波長450nm的光的反射率可以為85%以上。
[0060](11)上述(I)~(10)中的任一項中的上述電極對波長520nm的光的反射率可以為90%以上。
[0061](12)上述(I)~(11)中的任一項中的上述電極的厚度可以為2nm以上500nm以下。
[0062](13)上述(I)~(12)中的任一項中的上述P型半導(dǎo)體區(qū)域可以由AlxGayInzN半導(dǎo)體形成，其中，x + y + z = l,x^0,y>0,z ^O0
[0063](14)本發(fā)明的一個實施方式的光源，包括:上述(I)~(13)中的任一項中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件；和波長轉(zhuǎn)換部，其含有轉(zhuǎn)換從上述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件輻射的光的波長的熒光物質(zhì)。
[0064](15)本發(fā)明的一個實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，包括:準(zhǔn)備基板的工序(a);在上述基板上形成生長面為m面的具有P型半導(dǎo)體區(qū)域的氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的工序(b);和在上述P型半導(dǎo)體區(qū)域的上述生長面上形成電極的工序(C)，上述P型半導(dǎo)體區(qū)域由GaN類半導(dǎo)體形成,上述電極以Ag為主成分含有Mg和Zn的至少一種和Ge。
[0065](16)上述(15)中，上述工序(c)可以包括在上述P型半導(dǎo)體區(qū)域的上述生長面上堆積Zn層和Mg層的至少一個的工序，和堆積含有Ge的Ag合金層的工序。
[0066](17)上述(15)中，上述工序(c)可以包括上述P型半導(dǎo)體區(qū)域的上述生長面上堆積Ge層的工序，和堆積Zn層或Mg層的工序。
[0067](18)上述(15)中，上述工序(C)可以包括堆積含有Ge、Zn和Mg的至少一種的Ag
合金層的工序。
[0068](19)上述(15)?(18)的任一項中，上述工序(c)可以包括在400°C以上600V以下加熱上述電極的工序。
[0069](20)上述(15)?(19)的任一項中，上述工序(C)中，可以形成上述電極，使得上述電極中Ag、Mg、Zn、Ge和Ga以外的元素的濃度為0.1質(zhì)量％以下。
[0070](21)上述(15)?(20)的任一項中，可以加熱上述電極的工序之后的上述電極與上述P型半導(dǎo)體區(qū)域的界面的Ge濃度，低于與上述P型半導(dǎo)體區(qū)域側(cè)相反一側(cè)的電極表面的Ge濃度。
[0071]以下，參照附圖，說明本發(fā)明的例示的實施方式。以下的附圖中，為了說明的簡潔化，用相同的參照標(biāo)記表示實質(zhì)上具有相同的功能的構(gòu)成要素。此外，本發(fā)明不受以下的實施方式限定。
[0072]圖3 (a)?(C)示意性地表示本發(fā)明的例示的實施方式的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100的截面結(jié)構(gòu)。圖3 (a)?(C)所示的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100具有由GaN類半導(dǎo)體構(gòu)成的氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)。
[0073]本實施方式的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100包括:以m面為生長面(表面)12的GaN類基板10;形成于m面上的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20 ;和形成于半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20上的電極30。本實施方式中，半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20是通過m面生長而形成的m面半導(dǎo)體疊成結(jié)構(gòu)，其生長面為m面。此外，由于在r面藍寶石基板上也有a面GaN生長的情況，根據(jù)生長條件也不需要一定是GaN類基板10的主面為m面。本實施方式的結(jié)構(gòu)中，只要至少半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20中與電極接觸的半導(dǎo)體區(qū)域的生長面為m面即可。
[0074]本實施方式的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100作為支承半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20的GaN類基板10具備GaN基板，但是也可以代替GaN基板具備其他的基板，也能夠在基板被除去的狀態(tài)下使用。
[0075]圖4 Ca)示意性地表示生長面為m面的氮化物類半導(dǎo)體的截面(垂直于基板主面的截面)的晶體結(jié)構(gòu)。Ga原子和氮原子在平行于m面的同一原子面上存在，所以在垂直于m面的方向不發(fā)生極化。S卩，m面為非極性面，在垂直于m面的方向生長的有源層內(nèi)不產(chǎn)生壓電電場。此外，添加的In和Al位于Ga的配位點(site),取代Ga。即使Ga的至少一部分被In或Al取代，在垂直于m面的方向也不發(fā)生自發(fā)極化。[0076]具有以m面為主面的GaN類基板，在本說明書中稱為“m面GaN類基板”。為了得到在垂直于m面的方向生長的m面氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)，典型而言，使用m面GaN類基板，在該基板的m面上使半導(dǎo)體生長即可。這是因為，GaN類基板的主面的面方位反映為半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的面方位。但是，如上所述，基板的主面不需要一定為m面，并且，在最終的器件(device)中也不需要殘留基板。
[0077]為了參考，在圖4(b)中，示意性地表示生長面為c面的氮化物類半導(dǎo)體的截面(垂直于基板主面的截面)中的晶體結(jié)構(gòu)。Ga原子和氮原子不存在于與c面平行的同一原子面上。其結(jié)果是，在垂直于c面的方向發(fā)生自發(fā)極化。具有以c面為主面的GaN類基板在本說明書中稱為“c面GaN類基板”。
[0078]c面GaN類基板是用于使GaN類半導(dǎo)體晶體生長的一般的基板。由于平行于c面的Ga的原子層和氮的原子層的位置在c軸方向稍微錯開，所以沿c軸方向形成極化。
[0079]接著，參照圖3(a)。在m面GaN類基板10的生長面(m面)12上，形成有半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20。半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20是含有AlaInbGaeN層(a + b + c = I, a ^ O, b ^ O, c ^ O)的有源層24，含有AldGaeN層(d + e= l，d>0，e>0)25。AldGaeN層25以有源層24為基準(zhǔn)，位于與生長面12側(cè)相反的一側(cè)。這里，有源層24是氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100中的電子注入?yún)^(qū)域。
[0080]本實施方式的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20中，也含有其它層，在有源層24和GaN類基板10之間，形成有AluGavInwN層(u十v十w = I, u ^ O, v > O, w > O) 22。本實施方式的AluGavInwN層22為第一導(dǎo)電型(η型)的AluGavInwN層22。另外，在有源層24和AldGaeN層25之間，也可以設(shè)置不摻雜的GaN層。
[0081]AldGaeN層25中，Al的組成比率d，不需要在厚度方向一致。AldGaeN層25中，Al的組成比率d在厚度方向可以連續(xù)或階梯地變化。即，AldGaeN層25可以具有Al的組成比率d不同的多個層層疊得到的多層結(jié)構(gòu)，摻雜劑的濃度也可以在厚度方向發(fā)生變化。另外，從降低接觸電阻的觀點出發(fā)，AldGaeN層25的最上部(半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20的上表面部分)可以由Al的組成比率d為O的層(GaN層)構(gòu)成。另外，Al組成比率d為O也可以不為0，也能夠使用Al組成為0.05左右的Alaci5Gaa95N.[0082]AldGaeN層25中，摻雜有第二導(dǎo)電型(P型)的摻雜劑。作為P型摻雜劑，一般使用Mg，但例如也可以摻雜Zn、Be等。
[0083]在AldGaeN層25的生長面?zhèn)?，存在p型接觸區(qū)域26。p型接觸區(qū)域26是AldGaeN層25的一部分，不需要形成為具有明確的邊界的層疊結(jié)構(gòu)。P型接觸區(qū)域26中，與AldGaeN層25相比，Ga的空孔大量存在，在Ga的配位點取代的活性的摻雜劑的量多，所以載流子濃度高而電阻低。此外，為了進一步降低接觸電阻，在P型接觸區(qū)域26中，P型摻雜劑可以以高于AldGaeN層25的濃度摻雜。p型接觸區(qū)域26的厚度可以為IOnm以上50nm以下。
[0084]電極30與P型接觸區(qū)域26接觸，作為P型電極(P側(cè)電極)發(fā)揮功能。本實施方式中，電極30與摻雜有第二導(dǎo)電型(P型)的摻雜劑的P型接觸區(qū)域26接觸。
[0085]電極30以Ag為主成分，含有Zn或Mg的至少一種和Ge。電極30是含有50質(zhì)量％以上的Ag且Zn或Mg中的至少一種和Ge的合計僅為50質(zhì)量％以下的合金。更期望電極30中的Ag的濃度為90質(zhì)量％以上且Zn或Mg中的至少一種和Ge的合計為10質(zhì)量％以下。Ag的濃度為90質(zhì)量％以上，則能夠特別提高光的反射率。期望在半導(dǎo)體界面中，Ge少于Zn或Mg。電極30中從與半導(dǎo)體的界面至IOOnm的區(qū)域中，Ge例如以I質(zhì)量％以下的濃度含有。電極30中從與半導(dǎo)體的界面至IOOnm的區(qū)域中的Ge的比例為I質(zhì)量％以下，則可以得到充分低的接觸電阻。另外，電極30中從與半導(dǎo)體的界面至IOOnm的區(qū)域中，Ge可以為0.01質(zhì)量％以下。由此，可以得到更低的接觸電阻。另外，電極30中從與半導(dǎo)體的界面至40nm的區(qū)域中可以為0.01質(zhì)量％以下。由此，可以得到更低的接觸電阻。
[0086]另外，電極30整體中，Ge例如以0.05質(zhì)量％以上2.0質(zhì)量％以下的濃度含有。通過使Ge的濃度為0.05質(zhì)量％以上，能夠容易地制作。另外，Ge的濃度也可以為I質(zhì)量％以下。
[0087]電極30含有來自接觸的GaN類半導(dǎo)體的Ga。電極30可以含有制造上不可避免的雜質(zhì)(例如，N1、Cu、Pd、In、Sn、Nd、Sm、Pt、Au、Bi 等)，其濃度(Ag、Mg、Zn、Ge 和 Ga 以外的元素的濃度)合計為0.1質(zhì)量％以下。
[0088]電極30可以是由Ag層、Zn層或Mg層中的至少一種、和Ge層構(gòu)成的層疊電極，也可以具有Ag層、Zn層或Mg層中的至少一種、和Ge層一部分合金化的結(jié)構(gòu)。另外，電極30可以是在Ag中Zn或Mg中的至少一種、和Ge大致均勻擴散的合金的單層結(jié)構(gòu)。
[0089]為了從發(fā)光元件100高效地發(fā)出光，期望如本實施方式選擇光的吸收少的電極、即對光具有高反射率的電極，可以以與P型接觸區(qū)域26接觸的方式形成Ag或以Ag為主成分的合金層。
[0090]電極30以Ag為主成分，含有Zn或Mg中的至少一種和Ge，也可以在其上表面(與和半導(dǎo)體的界面相對的面)配置金屬層31。金屬層31可以如圖3 (b)所示僅與電極30的上表面接觸，也可以如圖3 Ca)和(c)覆蓋上表面和側(cè)面。
[0091]如上所述，Ag容易與其它物質(zhì)(例如，氧、硫、鹵素、水分)反應(yīng)從而反射率劣化。Ag合金化與純粹的Ag相比，反射率劣化的進展變遲，形成遮蔽與容易反應(yīng)的物質(zhì)的接觸的結(jié)構(gòu)，能夠期望可靠性提高。即，電極30如圖3 (a)所示僅與P型接觸區(qū)域26和金屬層31接觸，但是期望如圖3 (b)和(c)所示僅與P型接觸區(qū)域26、金屬層31和絕緣膜50接觸。
[0092]絕緣膜50以氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、其它一般使用的絕緣膜形成，但是，不需要整體為全部一樣的組成。例如，可以在與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20、電極30接觸的區(qū)域為SiOx、在表面?zhèn)?與和半導(dǎo)體的界面相對的面)為SiNx。一般而言，由于氮化物比氧化物疏水性強，通過在絕緣膜50中使用氮化物的層，能夠抑制電極30與水分的接觸。
[0093]在金屬層31中，可以形成向電極30的內(nèi)部擴散且光反射率低的合金，或者選擇使接觸電阻不劣化的金屬。即，作為金屬層31，可以選擇如T1、Fe、W、Pd、Pt、N1、Mo這樣的難以與Ag混合、或難以在AlxGayInzN (x + y + z = l,x^0,y^0,z ^ O)中擴散或者即使擴散也不與摻雜劑抵消的金屬。
[0094]本實施方式的電極30的厚度，例如，可以為20nm以上500nm以下的范圍。通過使電極30的厚度為20nm以上，在后述的熱處理中難以發(fā)生凝集，所以電極30的材料不易凝集而形成島狀。另外，通過使電極30的厚度為500nm以下，能夠避免變形變大，所以能夠使電極30不易剝落。
[0095]另外，具有m面的生長面12的GaN類基板10的厚度，例如為100~400 μ m。這是由于大約100 μ m以上的基板厚度則不對晶片的處理產(chǎn)生障礙。此外，本實施方式的GaN類基板10只要具有由GaN類材料構(gòu)成的m面的生長面12，也可以為層疊結(jié)構(gòu)。即，本實施方式的GaN類基板10也包括至少在生長面12存在m面的基板，因此，可以基板整體為GaN類，也可以是與其它材料的組合。
[0096]本實施方式的結(jié)構(gòu)中，在η型的AluGavInwNM (例如，厚度0.2~2 μ m) 22的一部分，形成有電極40 (η型電極)。圖示的例子中，在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20中形成電極40的區(qū)域中，形成有凹部42，使得η型的AluGavInwN層22的一部分露出。在通過該凹部42露出的η型的AluGavInwN層22的生長面設(shè)置有電極40。電極40，例如，由Al層和Pt層的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成，電極40的厚度例如為100~200nm。
[0097]本實施方式的有源層24具有交替層疊有Gaa9InaiN阱層(例如，厚度9nm)和GaN阻擋層(例如，厚度9nm)的GalnN/GaN多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)(例如，厚度81nm)。
[0098]在有源層24之上，設(shè)置有P型的AldGaeN層25。p型的AldGaeN層25的厚度例如為0.2~2 μ m。此外，如上所述，在有源層24和AldGaeN層25之間，可以設(shè)置不摻雜的GaN層。
[0099]接著，繼續(xù)參照圖3，說明本實施方式的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100的制造方法。
[0100]首先，準(zhǔn)備m面GaN類基板10。本實施方式中，作為GaN類基板10，使用GaN基板。本實施方式的GaN基板可以使用HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy,氫化物氣相外延)法得到。
[0101]例如，首先，在c面藍寶石基板上生長數(shù)mm級別的厚膜GaN。之后，通過將厚膜GaN在垂直于c面的方向、以m面切出，得到m面GaN基板。GaN基板的制作方法不限于上述方法，例如，也可以是使用鈉助熔劑法等液相生長或氨熱法等熔液生長方法制作塊體GaN的坯錠，將其以m面切出的方法。
[0102]代替GaN類基板10，例如，能夠使用氧化鎵、SiC基板、Si基板、藍寶石基板等。為了基板上使由m面的GaN類半導(dǎo)體外延生長，可以使SiC、藍寶石基板的面方位也為m面。其中，也有在r面藍寶石基板上a面GaN生長的情況，所以根據(jù)生長條件，有時不必生長用表面一定為m面。只要至少半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20的生長面為m面即可。本實施方式中，在GaN類基板 10 之上，通過 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition,有機金屬化合物化學(xué)氣相沉積)法依次形成結(jié)晶層。
[0103]接著，在m面GaN類基板10之上，形成AluGavInwN層22。作為AluGavInwN層22，例如形成厚度3μπι的AlGaN。形成GaN時，在m面GaN類基板10之上，通過在1100°C供給TMG (Ga (CH3) 3)、TMA (Al (CH3) 3)和 NH3 堆積 GaN 層。
[0104]接著，在AluGavInwN層22之上，形成有源層24。該例子中，有源層24具有交替層疊有厚度9nm的Gaa9Ina ^阱層和厚度9nm的GaN阻擋層的厚度81nm的GalnN/GaN多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。形成Gaa9InaiN阱層時，進行In的取入，所以可以將生長溫度降低至800°C。
[0105]接著，在有源層24之上，例如，堆積厚度30nm的不摻雜GaN層。接著，在不摻雜GaN層之上，形成AldGaeN層25。作為AldGaeN層25，例如，通過供給TMG、NH3、TMA、TMI和作為P型雜質(zhì)的Cp2Mg (二茂鎂)，形成厚度70nm的p-Alai4Gaa86N。在堆積AldGaeN層25的生長面?zhèn)?、例如厚?0nm的區(qū)域時，增大Cp2Mg的供給量，形成Mg的濃度為7 X 1019atomS/cm3的P型接觸區(qū)域26。
[0106]以以上順序在GaN類基板10之上制作得到的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20，用丙酮和乙醇進行超聲波清洗，除去有機物和微粒等污潰，在P型接觸區(qū)域26表面?zhèn)刃纬煽刮g劑圖案，用氯系干式蝕刻除去P型接觸區(qū)域26、AldGaeN層25、不摻雜GaN層和有源層24的一部分，形成凹部42，使AluGavInwN層22的η型電極形成區(qū)域露出。
[0107]接著，在位于凹部42的底部的η型電極形成區(qū)域之上，形成電極40。電極40，例如，使用真空蒸鍍法(電阻加熱法、電子束法等)、濺射法，依次堆積T1、Al、Pt。
[0108]接著，在P型接觸區(qū)域26之上形成電極30。例如，使用電子束蒸鍍法，以Zn、Ge、Ag的順序,分別堆積厚度0.5nm、0.5nm、400nm,在氮和氧以10:1混合得到的氣氛中進行10分鐘500度的加熱處理。該熱處理，例如，在400°C以上600°C以下的溫度進行。此時，電極30的總質(zhì)量中，Zn和Ge的比例分別為約0.085質(zhì)量%和約0.063質(zhì)量％。
[0109]本工序中，Zn層的厚度為例如0.5nm以上IOnm以下，Ge層的厚度為例如0.5nm以上IOnm以下。通過使Ge的厚度為0.5nm以上,能夠控制性良好地形成Ge層。另外,通過使Ge的厚度為IOnm以下，能夠?qū)㈦姌O的光的反射率保持在高的范圍。Ag層的厚度為例如50nm以上500nm以下即可。Ag層的厚度在該范圍內(nèi)，則Ag的凝集得到抑制。另外，電極中Zn的質(zhì)量％為例如0.05%以上10%以下，Ge的質(zhì)量％為例如0.05%以上10%以下，Ag的質(zhì)量％為例如80%以上99.9%以下即可。
[0110]此外，用于形成電極30的元素堆積順序不限于上述順序。例如，可以依次堆積Ge、Zn、Ag。例如,可以在堆積Zn之后,堆積含有Ge的Ag層。另外，也可以堆積Ge、Zn、Ag的合金層。也能夠使用Mg代替Zn。另外，除了 Zn，還能夠使用Mg。
[0111]電子束蒸鍍法是用電子束使原料形成蒸汽而吸附于試樣表面的方法，在電極30，可以在Zn和Ge以外以全部合計為0.1質(zhì)量％以下含有制造原料的金屬粒料時不可避免的雜質(zhì)(例如，N1、Cu、Pd、In、Sn、Nd、Sm、Pt、Au、Bi等)。通過進行加熱處理,構(gòu)成電極30的Zn、Ge、Ag相互擴散而合金化。電極30不需要為均勻的合金，可以一部分偏析，也可以形成層疊結(jié)構(gòu)。以下，電極30的構(gòu)成記為m- (Zn、Ge)Ag。此時,意味著是在以m面為生長面的GaN類半導(dǎo)體之上形成的、以Ag為主成分含有Zn和Ge的金屬膜。
[0112]圖5 (a)是通過本實施方式制作得到的m- (Zn、Ge) Ag電極的SIMS (Secondary1n-microprobe Mass Spectrometer, 二次離子質(zhì)譜法)分析結(jié)果。作為一次離子Cs+向試樣入射，測定濺射的二次離子的質(zhì)量，由此得到關(guān)于構(gòu)成試樣的元素和量的深度方向的線形。Zn和Mg以左縱軸的濃度atoms/cm3表示檢測濃度，除此以外的元素為右縱軸的檢測強度。橫軸的距離為根據(jù)SMS測定后的濺射痕跡的深度、假定濺射率(Sputtering rate) —定而算出的值，將Ga的強度減半的區(qū)域定義為電極與半導(dǎo)體的界面(距離=0)。從圖5(a)中可知，使Zn、Ge、Ag堆積，在進行了 10分鐘500度的熱處理得到的電極中，Zn和Ge不以層狀存在，而在主成分Ag的膜中擴散。
[0113]此外，從圖5 (a)可知，電極(橫軸從-0.4到0.0的區(qū)域)含有從半導(dǎo)體擴散的Ga，電極中的Ga濃度隨著從與半導(dǎo)體的界面遠離而降低。
[0114]接著，在電極30的上表面，形成金屬層31。金屬層31為例如厚度200nm的Ti的膜。金屬層31可以是含有T1、Pt、Mo、Pd、Au、W等的單層，也可以是層疊結(jié)構(gòu)。如圖3 (a)、圖3 (c)所不,如果形成為以金屬層31覆蓋電極30的上表面和側(cè)壁的結(jié)構(gòu)，由于電極30與大氣不接觸，所以能夠抑制Ag的遷移、硫化、氧化、化等的腐蝕。防止電極30和大氣接觸的膜不必全部為金屬，如圖3 (b)所示，可以上表面為金屬層31、側(cè)面由絕緣膜50的一部分覆蓋。絕緣膜50例如使用厚度400nm左右的SiNx。
[0115]另外，在上述金屬保護電極或電介質(zhì)保護膜之上，可以形成配線用的金屬(Au、AuSn 等)。
[0116]可以使用激光剝離、蝕刻、研磨等方法，除去GaN類基板10、AluGavInwN層22的一部分。此時，可以僅除去GaN類基板10，也可以選擇性地僅除去GaN類基板10和AluGavInwN層22的一部分。當(dāng)然，也可以不除去GaN類基板而使其殘留。通過以上的工序，形成本實施方式的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100。
[0117]本實施方式的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100中，對電極40和電極30之間施加電壓，則空穴從電極30向有源層24注入，電子從電極40向有源層24注入，例如產(chǎn)生450nm波長的光。
[0118]參照圖5 (a)到圖6 (b)說明通過本實施方式制作得到的m_ (Zn、Ge)Ag電極的特征。
[0119]圖5 (b)是在m面GaN上堆積0.5nm的Zn層、0.5nm的Ge層和400nm的Ag層得到的試樣m- (Zn、Ge) Ag、以及在m面GaN上堆積0.5nm的Zn層和400nm的Ag層得到的試樣m- (Zn) Ag的反射率測定結(jié)果。反射率的測定通過從GaN類基板10側(cè)以入射角5度照射入射光來進行，在波長375nm以下反射率降低是由于GaN類基板10的光吸収的緣故。m- (Zn)Ag的反射率，在熱處理前在375nm以上的波長區(qū)域中高至94%，在氮和氧以10:1混合的氣氛中進行了 10分鐘500度的加熱處理，結(jié)果在整個波長區(qū)域反射率降低。
[0120]另一方面，可知m- (Zn、Ge)Ag在加熱處理前反射率低，Ge的光吸収大。但是，m- (Zn、Ge) Ag在加熱處理后反射率變高。從圖5 (a)的SMS結(jié)果可知，這可以認為是由于Ge和Zn —起在金屬膜側(cè)擴散，半導(dǎo)體界面附近的光的吸収變小的緣故。在進行測定的整個波長區(qū)域中，熱處理后的反射率為m- (Zn、Ge) Ag高于m- (Zn) Ag,在波長450nm中為88%，在波長520nm中為94%。本實施方式中，通過在電極30中添加Ge，例如能夠使對波長450nm的光的反射率為85%以上對波長520nm的光的反射率為90%以上。
[0121]另外，注目于加熱處理后，可以發(fā)現(xiàn)m- (Zn)Ag在波長500nm附近、m- (ZruGe)Ag在460nm附近的特異性的反射率降低。這可以認為是由于Ag的凝集引起針狀空穴和粒界的緣故，根據(jù)在Ag中添加的元素的種類、濃度、加熱處理的氣氛、溫度條件，反射率的降低程度和波長區(qū)域發(fā)生變化。
[0122]圖6 (a)是通過本實施方式制作得到的m- (ZruGe)Ag電極的TLM (TransmissionLine Method，傳輸線法)測定結(jié)果。TLM測定是如圖6 (b)所示的進行電極圖案間的電流-電壓測定而算出固有接觸電阻的方法，m- (ZruGe)Ag電極的固有接觸電阻以平均得到低至8.4Χ10_4Ω ^m2的值。接觸電阻一般與接觸的面積S (cm2)成反比例。這里，以接觸電阻為R( Ω )，則R = Rc/S的關(guān)系成立。比例常數(shù)Re稱為固有接觸電阻，相當(dāng)于接觸面積S為Icm2時的接觸電阻R。即，固有接觸電阻的大小不依賴于接觸面積S，是用于評價接觸特性的指標(biāo)。以下，有時將“接觸電阻”簡記為“固有接觸電阻”。
[0123][比較實驗I]
[0124]用與實施方式同樣的方法堆積半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)20，在P型接觸區(qū)域26之上形成以Ag為主成分的各種電極，進行了 TLM測定。在表中總結(jié)固有接觸電阻。
[0125]圖7(a)是 m- (Ge)Ag 電極、m_ (Pd) Ag 電極、m_ (Ni)Ag 電極、m_ (Mg) Ag 電極和m- (Zn) Ag電極的固有接觸電阻的測定結(jié)果。為了制作各個電極,將Ge、Pd、N1、Mg、Zn的任一種的金屬在P型接觸區(qū)域26之上堆積厚度0.5nm,在其上堆積厚度400nm的Ag層，在氮和氧以10:1混合的氣氛中進行10分鐘500度的加熱處理。此外，圖中的縱軸所示的“ IE-1 ” 表示 “ I X 10—1 ”，“ 1E-2” 表示 “ I X 10_2，，，即，“ IE + X” 表示 “ I X 10x”。
[0126]如圖7 (a)所示，m- (Pd) Ag 電極、m_ (Ni)Ag 電極、m_ (Mg) Ag 電極和 m_ (Zn)Ag電極中任一個的接觸電阻為低至I~2X 10_3Ω.cm2的值，只有m_ (Ge) Ag電極的接觸電阻高至7.5X 10_2Ω.cm2。Pd和Ni作為現(xiàn)有的c面GaN類半導(dǎo)體元件的p型電極使用，容易形成功函數(shù)大的歐姆接觸。另一方面，如專利文獻I和2所述，可以認為，具有Mg和Zn的電極中，在m面GaN之上堆積，進行熱處理，則Ga原子從半導(dǎo)體層流出，形成作為受體發(fā)揮作用的Ga空孔，所以接觸電阻降低。但是，Ge是功函數(shù)小、作為η型摻雜劑發(fā)揮作用的元素，所以可以認為，發(fā)生與P型摻雜劑的補償，m- (Ge)Ag電極的接觸電阻變高。
[0127]圖7 (b)是 m- (Pd、Ge) Ag 電極、m_ (N1、Ge) Ag 電極、m_ (Mg、Ge) Ag 電極和m- (ZruGe)Ag電極的固有接觸電阻的測定結(jié)果。為了制作各個電極，將Pd、N1、Mg、Zn的任一種的金屬在P型接觸區(qū)域26之上堆積厚度0.5nm，在其上堆積厚度0.5nm的Ge，在其上堆積厚度400nm的Ag層，在氮和氧以10:1混合的氣氛中進行10分鐘500度的加熱處理。如上所述，由于Ge對P型電極產(chǎn)生不良影響,所以m- (Pd、Ge) Ag電極、m_ (N1、Ge) Ag電極、m- (Mg、Ge) Ag電極的接觸電阻高于不使用Ge的m_ (Pd) Ag電極、m- (Ni) Ag電極、m- (Mg) Ag電極的值。但是，m- (Zn、Ge) Ag電極的接觸電阻平均為8.4Χ10-4Ω.cm2,是低于m- (Zn) Ag電極的值。
[0128]參照圖8至圖9，考察得到這樣的結(jié)果的理由。
[0129]圖8 (a)是由SMS測定得到的Ga線形，以m_ (N1、Ge)Ag電極的加熱處理前“Λ”和加熱處理后“”、m- (Mg、Ge) Ag電極的加熱處理前“ □”和加熱處理后“ ”、m- (Zn、Ge)Ag電極的加熱處理前“〇”和加熱處理后“.”表示。加熱處理前的Ga線形在三個電極中幾乎相同而重疊，但是，熱處理后的Ga線形發(fā)生變化。即，在電極側(cè)(橫軸負側(cè))Ga擴散，擴散的Ga的量以m- (Zn、Ge)Ag、m- (Mg、Ge)Ag、m_ (N1、Ge) Ag的順序增大。如上所述，可知使用Mg和Zn時，m面GaN的Ga在電極側(cè)擴散，大量形成Ga空孔。
[0130]圖8 (b)是SMS測定中所得到的Ge線形，以m_ (N1、Ge) Ag電極的加熱處理前“Λ”和加熱處理后“”、m- (Mg、Ge)Ag電極的加熱處理前“□”和加熱處理后“”、m_ (Zn、Ge)Ag電極的加熱處理前“〇”和加熱處理后“.”表示。加熱處理前，可以看到表示三個電極在與半導(dǎo)體的界面附近Ge大量存在的峰，但如果進行熱處理，任一個均在電極側(cè)擴散。注目于加熱處理后的半導(dǎo)體界面，可知以m- (N1、Ge)Ag、m- (Mg、Ge)Ag、m_ (Zn、Ge)的順序，Ge的強度增強，殘留對受體進行補償?shù)腉e。
[0131]熱處理后的m- (Zn、Ge) Ag電極中的總Ge量為整體的約0.06質(zhì)量％，在電極中從與半導(dǎo)體的界面向電極側(cè)直至IOOnm的區(qū)域的累計強度為約14%，所以0.06X0.14 =約0.009，存在約0.009質(zhì)量％的Ge。另外，在熱處理后的m_ (N1、Ge) Ag電極中從界面向電極側(cè)直至IOOnm的區(qū)域Ge濃度為約0.015質(zhì)量％。另外，在熱處理后的m_ (Mg、Ge) Ag電極中從界面向電極側(cè)直至IOOnm的區(qū)域的Ge濃度為約0.017質(zhì)量％。
[0132]另外，熱處理后的m- (Zn、Ge)Ag電極中從界面向電極側(cè)直至40nm的區(qū)域的Ge濃度為約0.005質(zhì)量％。另外，熱處理后的m- (N1、Ge) Ag電極中從界面向電極側(cè)直至40nm的區(qū)域的Ge濃度為約0.01l質(zhì)量％。另外，熱處理后的m- (Mg、Ge) Ag電極中從界面向電極側(cè)直至40nm的區(qū)域的Ge濃度為約0.012質(zhì)量％。(表1)中，表示熱處理后的各個電極的距與半導(dǎo)體的界面的距離與Ge濃度的關(guān)系。如(表1)所示，電極與半導(dǎo)體的界面(半導(dǎo)體/金屬界面)的Ge濃度低于與半導(dǎo)體相反一側(cè)的電極表面(金屬表面)的Ge濃度。
[0133][表1]
[0135]圖9 (a)~(c)分別是加熱處理后的 m_ (N1、Ge) Ag 和 m_ (Ni)Ag、m_ (Mg、Ge)Ag和m- (Mg)Ag、m- (ZruGe)Ag和m_ (Zn)Ag的反射率測定結(jié)果。通過使用Ge，反射率均變高。與通常使用的藍色LED的發(fā)光波長450nm相比，以m- (Zn.Ge) Ag.m- (Mg.Ge) Ag.m- (N1、Ge)Ag的順序反射率增高，是與圖8 (b)的Ge線形的結(jié)果一致的結(jié)果。即，容易吸收光的Ge越容易從半導(dǎo)體界面擴散的電極結(jié)構(gòu)，反射率越高。
[0136]根據(jù)以上結(jié)果，可以說，越容易形成Ga空孔，固有接觸電阻越低，并且，Ge越容易從半導(dǎo)體界面向電極表面?zhèn)葦U散，固有接觸電阻越低。另外，由于如果Ge大量留在半導(dǎo)體界面則導(dǎo)致光的吸收，所以期望如實施方式一樣，在使金屬的層層疊進行熱處理而合金化的制造方法的情況下，為Ge容易從半導(dǎo)體界面向電極表面擴散的結(jié)構(gòu)。即，本實驗中，可以認為，m- (Zn.Ge) Ag電極中，容易形成Ga空孔，使Ge容易向電極表面?zhèn)葦U散，所以實現(xiàn)了低的接觸電阻和高的反射率。
[0137]另外，鑒于以上的結(jié)果，通過使用在P型接觸區(qū)域26之上堆積Mg層、在Mg層之上堆積含有極微量(例如，0.05質(zhì)量％以下)的Ge的以Ag為主成分的合金、進行加熱處理的制造方法，能夠得到Mg的Ga空孔形成的效果和Ge不偏析的半導(dǎo)體界面，能夠期待與上述的m- (ZruGe)Ag電極同等的效果。[0138][比較實驗2]
[0139]圖10是在m面的P型接觸區(qū)域上形成Ag為主成分且含有Zn和Ge的電極，進行了 TLM測定的結(jié)果。
[0140]試樣(I)通過在m面的P型接觸區(qū)域上堆積0.2nm的Zn層,在其上堆積0.5nm的Ge,在其上堆積400nm Ag來制作。
[0141]試樣(2)通過在m面的P型接觸區(qū)域上堆積0.5nm的Zn層,在其上堆積0.5nm的Ge,在其上堆積400nm Ag來制作。
[0142]試樣(3)通過在m面的P型接觸區(qū)域上堆積0.5nm的Ge層,在其上堆積0.5nm的Zn,在其上堆積400nm Ag來制作。
[0143]對試樣(I)、(2)、(3)，在氮和氧以10:1混合的氣氛中進行10分鐘500度的加熱處理。如圖10所示，在全部試樣中，固有接觸電阻的值為約1Χ10_3Ω κπι2。根據(jù)該結(jié)果可知，上述任一制造方法都能夠制作低電阻的P型電極。
[0144][比較實驗3]
[0145]圖11是在m面的P型接觸區(qū)域上形成Ag為主成分且含有Mg和Ge的電極，進行了 TLM測定的結(jié)果。
[0146]試樣(4)通過在m面的P型接觸區(qū)域上依次堆積厚度0.5nm的Mg層、厚度0.5nm的Ge層和厚度400nm的Ag層來制作。
[0147]試樣(5)通過在m面的P型接觸區(qū)域上依次堆積厚度0.5nm的Mg層、厚度400nm的Ge-Ag合金層來制作。作為`Ge-Ag合金層的蒸鍍源,使用母材為Ag、含有0.1質(zhì)量％66的Ge-Ag合金。
[0148]對試樣(4)、(5)，在氮和氧以10:1混合的氣氛中進行10分鐘500度的加熱處理。
[0149]試樣(4)的接觸電阻為平均4.2Χ10_3Ω ^cm2,試樣(5)的接觸電阻為平均6.2Χ10_4Ω * cm2.根據(jù)該結(jié)果可知，試樣(5)中，可以得到比試樣(4)更低的接觸電阻。
[0150]試樣(4)的SMS測定結(jié)果中，在電極中與半導(dǎo)體的界面附近，觀察到一點Ge的峰。試樣(4)中，可以認為在界面存在Ge，對接觸特性產(chǎn)生不良影響。試樣(5)中，可以認為界面中的Ge濃度低于試樣(4)，得到更良好的接觸特性。
[0151][比較實驗4]
[0152]圖12 (a)和(b)是在c面GaN和m面GaN之上制作電極，進行了 TLM測定的結(jié)果。圖12 (a)顯示在離開8μπι的電極間的電流一電壓特性。如圖12 (a)所示，c_ (Pd、Ge)Ag電極顯示歐姆特性，m- (PcUGe)Ag電極顯示電壓高的肖特基特性。圖12 (b)是表示固有接觸電阻的計算結(jié)果的圖。m- (Pd、Ge) Ag電極的接觸電阻高至c_ (Pd、Ge) Ag電極的接觸電阻的約10倍。這樣，同樣制作的電極根據(jù)半導(dǎo)體生長面的面方位顯示不同的舉動。
[0153]專利文獻5中，公開了含有Pd和Ge的Ag電極，但是沒有關(guān)于半導(dǎo)體生長面的面方位的記載，可以認為是關(guān)于通常的c面GaN的技術(shù)。根據(jù)圖12的結(jié)果可知，專利文獻5的技術(shù)不能容易地應(yīng)對m面GaN。
[0154]如上所述，如本實施方式地制作得到的電極，作為以m面為生長面的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極30，實現(xiàn)低的接觸電阻和高的光反射率。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)高的發(fā)光效率的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件100。
[0155]本實施方式的上述發(fā)光元件可以直接作為光源使用。但是，本實施方式的發(fā)光元件如果與具備用于波長改變的熒光物質(zhì)的樹脂等組合，可以作為擴大了波長帶域的光源(例如白色光源)合適使用。
[0156][比較實驗5]
[0157]圖13 (a)是表示Ge層的厚度與接觸電阻的關(guān)系的圖。圖13 (a)所示的測定試樣通過在P型接觸區(qū)域之上依次堆積厚度0.5nm的Zn層、Ge層和厚度400nm的Ag層,在500°C的溫度進行10分鐘熱處理來制作。
[0158]Ge層的厚度在0.2nm、0.5nm、1.0nm、5nm、IOnm時的接觸電阻的平均值分別為
6.0Χ10_4、1.9Χ10_3、1.8Χ10_2、3.8Χ10_2、3.9Χ10_2Ω.cm2。此外，Ge 層的厚度在 0.2nm、
0.5nm、l.0nm、5nm、IOnm時的電極的Ge比例分別為0.025質(zhì)量％、0.063質(zhì)量％、0.12質(zhì)量％、
0.64質(zhì)量％、1.25質(zhì)量％。
[0159]根據(jù)該結(jié)果可知，Ge的厚度為0.5nm以下(電極的Ge的質(zhì)量％為0.063質(zhì)量％以下)時，可以得到1.9X10—3以下的低的接觸電阻。
[0160]圖13 (b)是表示Ge的厚度與光的反射率的關(guān)系的圖。作為圖13 (b)所示的測定試樣，使用與圖13 (a)的試樣相同的試樣。反射率的測定通過從GaN類基板側(cè)以入射角5度照射入射光進行。在圖13 (b)中表示電極的堆積后、進行熱處理前(as-cbpo)的狀態(tài)、和熱處理后的狀態(tài)的試樣的反射率。在下述(表2)中，表示各個試樣的反射率。
[0161][表2]
Ge 厚度[_]oJ] oilΠSi?ο
Ge 濃度[wt%]__0.025 0.0630.120.631.25
as-depo— 90.492.785.838.125.T
燒結(jié)后80.186.592.392.591.7
[0163]根據(jù)該結(jié)果可知，在熱處理后，在Ge的厚度為1.0nm以上(電極的Ge的質(zhì)量％為
0.12質(zhì)量％以上)時，可以得到91%以上的高的反射率。
[0164]因此，可知從得到更低的接觸電阻的觀點出發(fā)，Ge的質(zhì)量％可以為0.063%以下，從得到更高的反射率的觀點出發(fā)，Ge的質(zhì)量％可以為0.12%以上。
[0165]圖14是表示這樣的白色光源的一例的示意圖。圖14的光源具備具有圖3 (a)的結(jié)構(gòu)的發(fā)光兀件100和分散有將從該發(fā)光兀件100福射的光的波長轉(zhuǎn)換為更長的波長的突光體(例如YAG: Yttrium Alumninum Garnet:乾招石槽石)的樹脂層200。發(fā)光元件100裝載于在表面形成有配線圖案的支承部件220上，在支承部件220上以包圍發(fā)光元件100的方式配置有反射部件240。樹脂層200以覆蓋發(fā)光元件100的方式形成。
[0166]此外，對于與電極30接觸的P型半導(dǎo)體區(qū)域為由GaN、或AlGaN構(gòu)成的情況進行了說明，但也可以為含有In的層，例如為InGaN。此時，能夠在與電極30接觸的接觸層使用使In的組成例如為0.2的“Ina2Gaa8N”。通過在GaN中含有In，能夠使AlaGabN (a十b = 1、a<O、b > O)的帶隙小于GaN的帶隙，所以能夠降低接觸電阻。根據(jù)以上內(nèi)容，與電極30接觸P型半導(dǎo)體區(qū)域，只要由AlxInyGazN (x + y + z = l,x^0,y>0,z^0)半導(dǎo)體形成即可。
[0167]以上，利用例示的實施方式說明了本發(fā)明，但是，這樣的記載不是限定事項，當(dāng)然能夠進行各種變形。
[0168]此外，實際的m面半導(dǎo)體的生長面不需要是相對于m面完全平行的面，也可以從m面以規(guī)定的角度傾斜。傾斜角度通過氮化物半導(dǎo)體層的主面或生長面的法線與m面的法線形成的角度來規(guī)定。傾斜角度Θ的絕對值只要在c軸方向在5°以下、或1°以下的范圍即可。另外，只要在a軸方向在5°以下、或1°以下的范圍即可。只要是這樣的傾斜角度，氮化物半導(dǎo)體層的主面整體從m面傾斜，可以認為微觀上多個m面區(qū)域露出。由此，從m面以絕對值5°以下的角度傾斜的面可以認為與m面具有同樣的性質(zhì)。另外，通過使傾斜角度Θ的絕對值為5°以下，能夠抑制壓電電場引起的內(nèi)部量子效率降低。因此，本申請發(fā)明的“m面”包括傾斜角度Θ的絕對值在c軸方向為5°以下、在a軸方向為5°以下的面。另夕卜，本申請發(fā)明的“m面”包括具有階梯狀的多個m面區(qū)域的面。
[0169]接觸電阻降低的效果當(dāng)然在LED以外的發(fā)光元件(半導(dǎo)體激光器)中也能夠得到。
[0170]本實施方式的發(fā)光元件，例如，是從紫外到藍色、綠色、橙色和白色等可見光整個波長域的發(fā)光二極管、激光二極管等GaN類半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0171]工業(yè)上的可利用性
[0172]本發(fā)明的一個方式的發(fā)光元件，能夠合適地利用于顯示、照明和光信息處理領(lǐng)域
坐寸ο
[0173]符號說明
[0174]10基板(GaN類基板)
[0175]12基板的生長面(m面)
[0176]20半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)
[0177]22 AluGavInwN 層
[0178]24有源層
[0179]25 AldGaeN層25 (P型半導(dǎo)體區(qū)域)
[0180]26 P型接觸區(qū)域
[0181]30電極(P側(cè)電極)
[0182]31金屬層
[0183]40 電極(η側(cè)電極)
[0184]42 凹部
[0185]100氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件
[0186]200分散有轉(zhuǎn)換波長的突光體的樹脂層
[0187]220支承部件
[0188]240反射部件
【權(quán)利要求】
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，包括: 生長面為m面的具有P型半導(dǎo)體區(qū)域的氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)；和 設(shè)置于所述P型半導(dǎo)體區(qū)域上的電極，其中 所述P型半導(dǎo)體區(qū)域由GaN類半導(dǎo)體形成， 所述電極以Ag為主成分且含有Mg和Zn的至少一者和Ge。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述電極的Ag的濃度為50質(zhì)量％以上，Mg、Zn和Ge的濃度合計為50質(zhì)量％以下。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述電極的Ag的濃度為90質(zhì)量％以上，Mg、Zn和Ge的濃度合計為10質(zhì)量％以下。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述電極中，Ge的濃度為0.05質(zhì)量％以上2.0質(zhì)量％以下。
5.如權(quán)利要求1~4中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 在所述電極中的與所述P型半導(dǎo)體區(qū)域的界面，Mg和Zn中的任一者的濃度高于Ge。
6.如權(quán)利要求1~5中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光兀件,其特征在于: 所述電極與所述P型半導(dǎo)體 區(qū)域的界面的Ge濃度，低于與所述P型半導(dǎo)體區(qū)域側(cè)相反一側(cè)的電極表面的Ge濃度。
7.如權(quán)利要求1~6中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述電極含有從所述P型半導(dǎo)體區(qū)域擴散的Ga，所述電極中的Ga濃度隨著離開所述P型半導(dǎo)體界面而降低。
8.如權(quán)利要求1~7中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述電極中，Ag、Mg、Zn、Ge和Ga以外的元素的濃度為0.1質(zhì)量％以下。
9.如權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述元素包括N1、Cu、Pd、In、Sn、Nd、Sm、Pt、Au和Bi中的至少一種。
10.如權(quán)利要求1~9中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述電極對波長450nm的光的反射率為85%以上。
11.如權(quán)利要求1~10中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述電極對波長520nm的光的反射率為90%以上。
12.如權(quán)利要求1~11中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述電極的厚度為2nm以上500nm以下。
13.如權(quán)利要求1~12中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述P型半導(dǎo)體區(qū)域由AlxGayInzN半導(dǎo)體形成，其中x + y + z = l，x≤0，y>0，z > O。
14.一種光源,其特征在于,包括: 權(quán)利要求1~13中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件；和波長轉(zhuǎn)換部，其含有對從所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件輻射的光的波長進行轉(zhuǎn)換的熒光物質(zhì)。
15.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，包括: 準(zhǔn)備基板的工序(a)； 在所述基板上形成生長面為m面的具有P型半導(dǎo)體區(qū)域的氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的工序(b);和 在所述P型半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長面上形成電極的工序(c)，其中 所述P型半導(dǎo)體區(qū)域由GaN類半導(dǎo)體形成， 所述電極以Ag為主成分且含有Mg和Zn的至少一者和Ge。
16.如權(quán)利要求15所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于: 所述工序(c)包括:在所述P型半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長面上堆積Zn層和Mg層的至少一者的工序；和堆積含有Ge的Ag合金層的工序。
17.如權(quán)利要求15所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于: 所述工序(c)包括:在所述P型半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長面上堆積Ge層的工序；和堆積Zn層或Mg層的工序。
18.如權(quán)利要求15所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于: 所述工序(c)包括堆積含有Ge、Zn和Mg中的至少一種的Ag合金層的工序。
19.如權(quán)利要求15~18中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于: 所述工序(c)包括在400°C以上600°C以下加熱所述電極的工序。
20.如權(quán)利要求15~19中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于: 所述工序(c)中，以使得所述電極中的Ag、Mg、Zn、Ge和Ga以外的元素的濃度為0.1質(zhì)量％以下的方式形成所述電極。
21.如權(quán)利要求15~20中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于: 加熱所述電極的工序之后的所述電極與所述P型半導(dǎo)體區(qū)域的界面的Ge濃度，低于與所述P型半導(dǎo)體區(qū)域側(cè)相反一側(cè)的電極表面的Ge濃度。
【文檔編號】H01L33/32GK103493225SQ201280012159
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月6日
【發(fā)明者】安杖尚美, 橫川俊哉 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社