半導(dǎo)體裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及具有接觸電阻小、透射率提高的輔助電極的半導(dǎo)體裝置。為了將p型半導(dǎo)體層（17）與正電極（21）電連接，在p型半導(dǎo)體層（17）與正電極（21）之間設(shè)有輔助電極層（10）。該輔助電極層（10）由與p型半導(dǎo)體層（17）接觸的透明的Ag層（18）和透明的金屬氧化物層（19）構(gòu)成，使接觸電阻比未設(shè)置Ag層（18）時(shí)降低而使透射率提高。多重量子阱層（16）的發(fā)光光通過(guò)輔助電極層（10）放出到外部。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是，涉及具有與將GaN作為主要成分的p 型半導(dǎo)體層之間的接觸電阻小的透明電極的半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)光二極管以pn結(jié)為基礎(chǔ)，利用空穴和電子進(jìn)行再結(jié)合而放出的光。
[0003] 近年來(lái)，作為長(zhǎng)壽命、高效率的發(fā)光元件，作為液晶用背光燈或照明的用途進(jìn)行普 及。
[0004] 特別是，因?yàn)镚aN類(lèi)LED帶隙大，所以，在藍(lán)紫半導(dǎo)體激光器或藍(lán)色的發(fā)光二極管 中使用。
[0005] 雖然作為p - GaN的摻雜劑（dopant) -般使用Mg，但是，GaN中的Mg活化率低， 得到高載流子密度的P - GaN是困難的。
[0006] 因此，p - GaN與電極的接觸電阻容易變高，成為使LED元件的驅(qū)動(dòng)電壓增加的主 要原因。
[0007] 此外，在LED中，作為p - GaN的電極材料而使用ΙΤ0等金屬氧化物層。
[0008] 通過(guò)使用金屬氧化物電極，從而能形成透射率比使用金屬電極時(shí)優(yōu)秀的電極，但 是，始終持續(xù)要求進(jìn)一步的LED的高發(fā)光效率化，需要透射率更優(yōu)秀的電極。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專(zhuān)利文獻(xiàn) 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :特開(kāi)平10 - 173222號(hào)公報(bào)； 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :特開(kāi)2008 - 153676號(hào)公報(bào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的課題 本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的課題，將提供一種能一邊使透射率維持實(shí)用上充分的 值一邊減小接觸電阻的技術(shù)作為課題。
[0011] 用于解決課題的方案 為了解決上述課題，本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有：將GaN作為主要成分的η型半導(dǎo) 體層；位于所述η型半導(dǎo)體層的單面?zhèn)鹊膶aN作為主要成分的ρ型半導(dǎo)體層；位于所述 P型半導(dǎo)體層的與所述η型半導(dǎo)體層相反側(cè)的輔助電極層；設(shè)在所述輔助電極層的正電極； 以及與所述η型半導(dǎo)體層電連接的負(fù)電極，當(dāng)相對(duì)于所述負(fù)電極在所述正電極施加正電壓 時(shí)，在所述Ρ型半導(dǎo)體層與所述η型半導(dǎo)體層之間施加電壓而流過(guò)工作電流，其中，所述輔 助電極層具有：以與所述Ρ型半導(dǎo)體層接觸的方式設(shè)置的Ag層；以及以與所述Ag層接觸的 方式設(shè)置的金屬氧化物層。
[0012] 本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體裝置是當(dāng)流過(guò)所述工作電流時(shí)進(jìn) 行發(fā)光的發(fā)光二極管元件，所述輔助電極層是用于導(dǎo)出光的透明電極。
[0013] 本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中，所述金屬氧化物層是ΙΤ0層。
[0014] 本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中，所述η型半導(dǎo)體層具有η型GaN層，在所述η 型GaN層與所述ρ型半導(dǎo)體層之間設(shè)有多重量子阱層。
[0015] 本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中，所述Ag層的膜厚做成為lnm以上、20nm以下。
[0016] 本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中，所述正電極以與所述金屬氧化物層接觸的方 式設(shè)置。
[0017] 發(fā)明效果 本發(fā)明接觸電阻小，能使半導(dǎo)體元件以低消耗電力進(jìn)行工作。
[0018] 此外，能提高P型GaN層與透明電極層的透射率而增大發(fā)光二極管的亮度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 在圖1中，（a)是用于說(shuō)明形成輔助電極層的成膜對(duì)象物的圖，（b)是用于說(shuō)明在 下一個(gè)工序中處理的處理對(duì)象物的圖。
[0020] 圖2是用于說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子的圖。
[0021] 圖3是用于說(shuō)明形成本發(fā)明的輔助電極層的成膜裝置的圖。
[0022] 圖4是用于說(shuō)明Ag層的膜厚與輔助電極層和將GaN作為主要成分的ρ型半導(dǎo)體 層之間的接觸電阻的電阻率的關(guān)系的圖。
[0023] 在圖5中，（a)是用于說(shuō)明利用TLM法進(jìn)行的接觸電阻的電阻率的測(cè)量方法的圖， (b)是用于求出接觸電阻與傳播長(zhǎng)度的曲線圖。
[0024] 圖6是示出對(duì)于波長(zhǎng)為450nm的發(fā)光光的Ag層的膜厚與輔助電極層的透射率的 關(guān)系的曲線圖。
[0025] 圖7是示出對(duì)于波長(zhǎng)為350nm的發(fā)光光的Ag層的膜厚與輔助電極層的透射率的 關(guān)系的曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 圖2的附圖標(biāo)記3示出本發(fā)明的一個(gè)例子的半導(dǎo)體裝置。
[0027] 該半導(dǎo)體裝置3是發(fā)光二極管元件，具有襯底13。在襯底13上配置有將GaN作 為主要成分的η型半導(dǎo)體層15和將GaN作為主要成分的ρ型半導(dǎo)體層17。在此，"將GaN 作為主要成分"的意思，指的是以Ga的原子數(shù)和N的原子數(shù)的總和比全部原子的50原子％ 多的比例含有。在P型或η型的GaN層的情況下，雖然ρ型或η型的摻雜劑以外的原子是 Ga和N，GaN是接近100 %的主要成分，但是，在"將GaN作為主要成分的半導(dǎo)體"中，還包括 InGaN、AlGaN等半導(dǎo)體。
[0028] 在該半導(dǎo)體裝置3中，η型半導(dǎo)體層15是η型GaN層，η型半導(dǎo)體層15的η型GaN 和P型半導(dǎo)體層17的ρ型GaN通過(guò)外延生長(zhǎng)做成為單晶層。在此，為了使單晶層生長(zhǎng)，作 為襯底13使用藍(lán)寶石襯底，在藍(lán)寶石的襯底13的表面形成由η型的GaN構(gòu)成的緩沖層14 之后，在緩沖層14的表面使η型的GaN進(jìn)行外延生長(zhǎng)，形成η型半導(dǎo)體層15。
[0029] 此外，為了使發(fā)光效率提高，在η型半導(dǎo)體層15上形成多重量子阱層16之后，在 多重量子阱層16上形成ρ型半導(dǎo)體層17和輔助電極層10。
[0030] 輔助電極層10具有：以與將GaN作為主要成分的ρ型半導(dǎo)體層17接觸的方式設(shè) 置在P型半導(dǎo)體層17的表面上的Ag層(銀層)18 ;以及以與Ag層18接觸的方式設(shè)置在Ag 層18的表面上的金屬氧化物層19。
[0031] 關(guān)于金屬氧化物層19,雖然能使用ΙΤ0 (銦錫氧化物)、ΑΖ0 (鋁摻雜氧化鋅)、GZ0 (鎵摻雜氧化鋅)、ΙΖ0 (銦鋅氧化物）的薄膜，但是，在本發(fā)明中，由ΙΤ0形成的金屬氧化物 層19特別合適。
[0032] 緩沖層14與襯底13接觸，緩沖層14、η型半導(dǎo)體層15、多重量子阱層16、p型半 導(dǎo)體層17中的鄰接的層彼此相互接觸。
[0033] 在金屬氧化物層19上，以與金屬氧化物層19接觸的方式形成有正電極21，ρ型半 導(dǎo)體層17經(jīng)由Ag層18和金屬氧化物層19與正電極21電連接。
[0034] 能在正電極21與金屬氧化物層19之間設(shè)置其它薄膜。
[0035] 另一方面，在η型半導(dǎo)體層15,以與η型半導(dǎo)體層15接觸的方式形成有負(fù)電極22， 在此，η型半導(dǎo)體層15的多重量子阱層16側(cè)的表面露出一部分，在露出的部分形成有負(fù)電 極22, η型半導(dǎo)體層15與負(fù)電極22電連接。
[0036] 正電極21和負(fù)電極22例如是由鋁構(gòu)成的金屬薄膜。
[0037] 因此，當(dāng)在正電極21與負(fù)電極22之間施加正電極21相對(duì)于負(fù)電極22成為正電 壓的電壓時(shí)，Ρ型半導(dǎo)體層17與η型半導(dǎo)體層15之間被正偏置，從ρ型半導(dǎo)體層17對(duì)多 重量子阱層16注入空穴，從η型半導(dǎo)體層15對(duì)多重量子阱層16注入電子，注入的空穴和 電子在多重量子阱層16的內(nèi)部進(jìn)行再結(jié)合，生成發(fā)光光。
[0038] Ag層18的膜厚是0· lnm以上、10nm以下的膜厚，對(duì)于發(fā)光光是透明的，多重量子 阱層16、p型半導(dǎo)體層17、金屬氧化物層19對(duì)于發(fā)光光也是透明的，在多重量子阱層16的 內(nèi)部生成的發(fā)光光中的朝向P型半導(dǎo)體層17所位于的方向的發(fā)光光透射多重量子阱層16、 P型半導(dǎo)體層17、Ag層18、金屬氧化物層19,從正電極21不位于的部分放出到半導(dǎo)體裝置 3的外部。
[0039] η型半導(dǎo)體層15、緩沖層14、襯底13對(duì)于發(fā)光光也是透明的，在襯底13的與配置 有η型半導(dǎo)體層15的面相反側(cè)的面設(shè)有反射層12,朝向η型半導(dǎo)體層15所位于的方向的 發(fā)光光透射多重量子阱層16、η型半導(dǎo)體層15、緩沖層14、襯底13,在反射層12向襯底13 所位于的方向反射，透射反射層12上的襯底13和各層14?19,從金屬氧化物層19放出到 外部。
[0040] 對(duì)該半導(dǎo)體裝置3的Ag層18和金屬氧化物層19的形成工序進(jìn)行說(shuō)明如下，圖1 (a)的附圖標(biāo)記2a是形成Ag層18和金屬氧化物層19的成膜對(duì)象物，是在襯底13上形成 有緩沖層14、n型半導(dǎo)體層15、多重量子阱層16、p型半導(dǎo)體層17的狀態(tài)，ρ型半導(dǎo)體層17 的表面露出。
[0041] 圖3是成膜裝置40,具有搬出搬入室41和成膜室42。
[0042] 將成膜對(duì)象物2a搬入到搬出搬入室41內(nèi)，利用真空排氣裝置47a對(duì)搬出搬入室 內(nèi)進(jìn)行真空排氣。利用真空排氣裝置47b預(yù)先對(duì)成膜室42進(jìn)行真空排氣，打開(kāi)閘式閥（gate valve) 48,使成膜對(duì)象物2a移動(dòng)到成膜室42內(nèi)。
[0043] 在成膜室42的內(nèi)部配置有由金屬Ag構(gòu)成的Ag靶45和由ITO構(gòu)成的金屬氧化物 靶46。
[0044] 在成膜室42連接有氣體導(dǎo)入裝置44, 一邊利用真空排氣裝置47b對(duì)成膜室42的 內(nèi)部進(jìn)行真空排氣，一邊從氣體導(dǎo)入裝置44導(dǎo)入濺射氣體，Ag靶45和金屬氧化物靶46被 濺射，成膜對(duì)象物2a通過(guò)成膜室42內(nèi)的傳送裝置(未圖示)進(jìn)行移動(dòng)，一邊使露出的p型半 導(dǎo)體層17面向Ag祀45 -邊通過(guò)Ag祀45附近，在p型半導(dǎo)體層17的表面形成與p型半 導(dǎo)體層17接觸的Ag層18。
[0045] 雖然在此使用的Ag靶45是純Ag的靶，但是會(huì)包括難以除去的微量的雜質(zhì)。此外， 即使添加了添加物，只要Ag含有得比50原子％多，就屬于Ag靶。
[0046] 因此，本發(fā)明的Ag層與Ag靶45組成相同，是含有比50原子％多的銀的金屬薄膜， 是對(duì)于發(fā)光光透明的金屬薄膜。
[0047] 接著，一邊使露出的Ag層18面向金屬氧化物靶46 -邊使成膜對(duì)象物2a移動(dòng)，在 Ag層18的表面形成與Ag層18接觸的金屬氧化物層19,得到在下一個(gè)工序中處理的處理 對(duì)象物。圖1 (b)的附圖標(biāo)記2b示出該處理對(duì)象物。
[0048] 處理對(duì)象物2b在打開(kāi)閘式閥48、返回到預(yù)先進(jìn)行真空排氣的搬出搬入室41之后， 從成膜裝置40取出，在N 2+02 (N2 :02 = 8 :2)的環(huán)境中，在550°C的溫度下進(jìn)行退火，對(duì)金屬 氧化物層19進(jìn)行低電阻化。
[0049] 接下來(lái)，當(dāng)在部分地進(jìn)行蝕刻而使η型半導(dǎo)體層15的一部分露出之后，在金屬氧 化物層19的表面形成正電極21、在η型半導(dǎo)體層15上形成負(fù)電極22、形成反射層12時(shí)， 可得到圖2的半導(dǎo)體裝置(發(fā)光二極管）3。
[0050] 接著，對(duì)ρ型半導(dǎo)體層17與輔助電極層10之間的接觸電阻的電阻率與Ag層18 的膜厚的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。
[0051] 圖4的曲線圖是示出從ρ型半導(dǎo)體層17朝向輔助電極層10流過(guò)電流時(shí)的、輔助 電極層10中的Ag層18的膜厚(橫軸）與接觸電阻的電阻率的關(guān)系的曲線圖。橫軸的值為 零時(shí)的接觸電阻的電阻率的值(大約4. 0X10 cm2)是未設(shè)置Ag層18時(shí)的接觸電阻 的電阻率。
[0052] 通過(guò)TLM法進(jìn)行接觸電阻的電阻率的測(cè)量。在TLM法中，首先，如圖5 (a)所示， 在P型半導(dǎo)體層17上以使電極間隔L不同的方式制作多組以Ag層18^1?和金屬氧化物 層1%、19 2的二層構(gòu)造分開(kāi)的兩個(gè)一組的輔助電極層，在各組輔助電極層…"(^之 間流過(guò)電流來(lái)測(cè)量電阻值。該輔助電極層是長(zhǎng)方形或正方形，一邊彼此平行地相向 配置。
[0053] 如圖5 (b)(橫軸是電極間隔L，縱軸是測(cè)量電阻值RT)所示，當(dāng)在曲線圖上對(duì)測(cè)量 的電阻值進(jìn)行繪圖而求出連結(jié)測(cè)量的電阻值的直線P時(shí)，Y軸截距的電阻值R T是電極間隔 L為零時(shí)的電阻值，根據(jù)測(cè)量的電阻值RT、ρ型半導(dǎo)體層17的薄膜電阻Rs、一個(gè)輔助電極層 或102平均的接觸電阻R。、對(duì)于電極間隔L呈直角的輔助電極層叫、％的寬度W、電極 間隔L之間的下述（1)式可知，Y軸截距的值表示兩個(gè)輔助電極層與ρ型半導(dǎo)體層 17的接觸電阻Rc的合計(jì)值（=2 Rc)。
[0054] RT = RS * L/W + 2 · Rc ...... (1)。
[0055] 而且，當(dāng)對(duì)曲線圖上的直線P在電極間隔L為負(fù)的區(qū)域進(jìn)行外插而求出X軸截距 的值時(shí)，根據(jù)該值可求出作為P型半導(dǎo)體層17成為接觸電阻R。時(shí)的長(zhǎng)度的傳播長(zhǎng)度L T，當(dāng) 將傳播長(zhǎng)度LT代入到下述（2)式時(shí)，可求出接觸電阻的電阻率Ρ (Ω cm2)。
[0056] p = Rs * LT2 ...... (2)。
[0057] 在圖4所記載的所接觸電阻的電阻率中，Ag層18的膜厚為lnm時(shí)的電阻率比未 設(shè)置Ag層18時(shí)的電阻率的1/4的值小。
[0058] 而且，可知，當(dāng)Ag層18的膜厚為3nm以上時(shí)，變得不足6. 0X10 一 3Ω cm2,特別 是，當(dāng)Ag層18的膜厚為5nm以上時(shí)，變?yōu)?X10 4 Ω cm2以下，當(dāng)使Ag層18的膜厚為 5nm以上時(shí)，接觸電阻的電阻率的值變?yōu)槲丛O(shè)置Ag層18時(shí)的幾分之1的值，電阻率的降低 較大。
[0059] 總之，可知，只要設(shè)置Ag層18就能與未設(shè)置Ag層18的情況相比減小接觸電阻的 電阻率。
[0060] 接著，對(duì)形成在p型半導(dǎo)體層17上的輔助電極層10的光透射率與Ag層18的膜厚 的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。在圖6、7的曲線圖中，橫軸是Ag層18的膜厚，縱軸是發(fā)光光從p型半導(dǎo) 體層17側(cè)入射到輔助電極層10時(shí)的輔助電極層10的光透射率，在圖6中，對(duì)入射波長(zhǎng)為 450nm的發(fā)光光時(shí)的光透射率的測(cè)量值進(jìn)行了繪圖，在圖7中，對(duì)入射波長(zhǎng)為350nm的發(fā)光 光時(shí)的光透射率的測(cè)量值進(jìn)行了繪圖。在圖6、7中，金屬氧化物層19的膜厚分別是450nm、 350nm，金屬氧化物層19的膜厚設(shè)為在未設(shè)置Ag層18時(shí)由于干涉效應(yīng)而使透射率變得最 商的I旲厚。
[0061] 測(cè)量了金屬氧化物層19是ΙΤ0層、ΑΖ0層、ΙΖ0層、Ti02層的各輔助電極層10的 透射率。在Ag層18的膜厚為零時(shí)，金屬氧化物層19緊貼于p型半導(dǎo)體層17層。
[0062] 在形成Ag層18時(shí)，會(huì)產(chǎn)生Ag層18與金屬氧化物層19之間的干涉效應(yīng)，在Ag層 18薄的狀態(tài)下，反射光減少，透射光增加，其結(jié)果是，能設(shè)置Ag層18而使輔助電極層10的 透射率變得比未設(shè)置Ag層18時(shí)高。
[0063] 根據(jù)該曲線圖，對(duì)于各金屬氧化物層19,在Ag層18的膜厚不足15nm時(shí)，成為未設(shè) 置Ag層18時(shí)的透射率以上(對(duì)于ΑΖ0是相等的)，在15nm以上、20nm以下的情況下，即使比 未設(shè)置Ag層18的情況降低，也是能在實(shí)際應(yīng)用中使用的程度的降低，因此，當(dāng)優(yōu)先電阻值 的降低時(shí)，在Ag層18的膜厚為20nm的范圍也能使用。
[0064] 當(dāng)結(jié)合圖4的結(jié)果進(jìn)行考慮時(shí)，優(yōu)選Ag層18的膜厚為lnm以上、20nm以下，更優(yōu) 選是lnm以上、15nm以下。
[0065] 以上，雖然對(duì)作為發(fā)光二極管的半導(dǎo)體裝置3進(jìn)行了說(shuō)明，但是，關(guān)于本發(fā)明的輔 助電極層10,能以接觸的方式設(shè)置具有將GaN作為主要成分的p型半導(dǎo)體層的晶體管、整流 二極管等的將GaN作為主要成分的p型半導(dǎo)體層和Ag層而使電阻率降低。此外，能使用金 屬層替代金屬氧化物層、在將GaN作為主要成分的p型半導(dǎo)體層與金屬層之間形成Ag層而 使電阻率降低的半導(dǎo)體裝置也屬于本發(fā)明。
[0066] 另外，雖然在550°C下進(jìn)行了上述ΙΤ0膜的退火，但是，即使在比550°C低的溫度下 進(jìn)行退火，接觸電阻也不會(huì)變大。相反，也能在比550°C高的溫度下進(jìn)行退火，該情況也屬于 本申請(qǐng)的發(fā)明。
[0067] 附圖標(biāo)記說(shuō)明 3 :半導(dǎo)體裝置； 13 :襯底； 14 :緩沖層； 15 :將GaN作為主要成分的η型半導(dǎo)體層； 16 :多重量子阱層； 17 :將GaN作為主要成分的ρ型半導(dǎo)體層； 18 :Ag 層； 19 :金屬氧化物層。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體裝置，具有： η型半導(dǎo)體層，將GaN作為主要成分； P型半導(dǎo)體層，位于所述η型半導(dǎo)體層的單面?zhèn)龋瑢aN作為主要成分； 輔助電極層，位于所述P型半導(dǎo)體層的與所述η型半導(dǎo)體層相反側(cè)； 正電極，設(shè)在所述輔助電極層；以及 負(fù)電極，與所述η型半導(dǎo)體層電連接， 當(dāng)相對(duì)于所述負(fù)電極在所述正電極施加正電壓時(shí)，在所述Ρ型半導(dǎo)體層與所述η型半 導(dǎo)體層之間施加電壓而流過(guò)工作電流，其中， 所述輔助電極層具有： Ag層，以與所述ρ型半導(dǎo)體層接觸的方式設(shè)置；以及 金屬氧化物層，以與所述Ag層接觸的方式設(shè)置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述半導(dǎo)體裝置是當(dāng)流過(guò)所述工作電流時(shí)進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光二極管元件， 所述輔助電極層是用于導(dǎo)出光的透明電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述金屬氧化物層是ITO層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述η型半導(dǎo)體層具有η型GaN層， 在所述η型GaN層與所述ρ型半導(dǎo)體層之間設(shè)有多重量子阱層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述Ag層的膜厚做成為lnm以上、20nm以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述正電極以與所述金屬氧化物層接觸的方式設(shè)置。
【文檔編號(hào)】H01L33/40GK104103730SQ201410134682
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月5日
【發(fā)明者】市川周平, 高澤悟, 杉浦功, 石橋曉 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛(ài)發(fā)科