專利名稱:氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及利用氮化物半導(dǎo)體(InxAlyGa1HriO ^x<l,0^y<l)制作的發(fā)光元件,特別是涉及能夠作為應(yīng)用于液晶顯示裝置的背光源、普通照明等的高亮度光源使用的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術(shù):
為了在各種照明用途中應(yīng)用化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件,不可缺的是能夠發(fā)出紅、緑、藍(lán)的光的三原色的發(fā)光元件。近年來,在發(fā)光二極管(LED)中,因為三原色中的藍(lán)色LED未完成而欠缺,所以不能把LED應(yīng)用于各種照明用途。但是,20世紀(jì)90年代利用氮化物半導(dǎo)體開發(fā)出藍(lán)色LED之后,應(yīng)用LED的照明產(chǎn) 品不僅在交通信號燈,還廣泛應(yīng)用于液晶監(jiān)視器的背光源、液晶電視機的背光源以及家庭用的各種照明等中。最近,安裝LED背光源的液晶電視機隨著其價格的降低而開始迅速普及。另外,使用LED的照明器具,與現(xiàn)有的照明器具相比,能夠降低電カ消耗,節(jié)省空間,而且沒有水銀,因此具有環(huán)保的優(yōu)點。另外,在2009年夏天以后,開始銷售使用價格與以前相比十分便宜的LED的照明器具,從而促進(jìn)了 LED的普及。但是,照明器具、液晶電視機的背光源等需要的是白色光。利用LED的白色光一般可以通過藍(lán)色LED和YAG (釔鋁石榴石)黃色熒光體的組合,或者藍(lán)色LED、綠色熒光體和紅色熒光體的組合來實現(xiàn)。即,為了利用LED得到白色光,在哪ー種情況下都需要藍(lán)色LED。因此,希望發(fā)明出能夠大量地提供廉價且高亮度的藍(lán)色LED的制造方法。一般,在能夠發(fā)射出藍(lán)色、藍(lán)綠色等短波長光的LED和激光二極管(LD)的發(fā)光層中,使用含有V族元素氮的III-V族化合物半導(dǎo)體,例如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)以及它們的混晶等?!愕牡锇雽?dǎo)體發(fā)光元件包含在藍(lán)寶石基板上依次沉積的η型氮化物半導(dǎo)體層、氮化物半導(dǎo)體發(fā)光層及P型氮化物半導(dǎo)體層。在這些P型半導(dǎo)體層側(cè)和η型半導(dǎo)體層側(cè),形成有用于和外部電源連接的P側(cè)電極焊盤和η側(cè)電極焊盤。因為通常P型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻(シー卜抵抗)比η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻高,所以以輔助P型半導(dǎo)體層內(nèi)的電流擴散為目的,在P型半導(dǎo)體層的大致整個面上層疊例如ITO (銦錫氧化物)等透光性導(dǎo)電膜,在該透光性導(dǎo)電膜上形成P側(cè)電極焊盤。即,透光性導(dǎo)電膜不僅使來自發(fā)光層的光透過,而且作為電流擴散層發(fā)揮作用。另ー方面,在使用藍(lán)寶石基板等絕緣性基板的情況下,在該基板的背面上不能形成η側(cè)電極焊盤,因此,從P型半導(dǎo)體層側(cè)進(jìn)行蝕刻以使η型半導(dǎo)體層側(cè)部分露出,在該露出區(qū)域上形成η側(cè)電極焊盤。然后,在P側(cè)電極焊盤和η側(cè)電極焊盤之間通電,由此使夾在P型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層發(fā)光。例如在日本特表2003-524295號公報及日本特開2000-164930號公報中,公開了在將η側(cè)電極焊盤和P側(cè)電極焊盤形成于上述那樣的基板的同一面?zhèn)鹊牡锇雽?dǎo)體發(fā)光元件中,形成從η側(cè)電極焊盤和P側(cè)電極焊盤以枝狀延伸的延長部,由此改善發(fā)光元件中的電流分布的內(nèi)容。在日本特表2003-524295號公報中,在P型半導(dǎo)體層上的由透光性導(dǎo)電膜構(gòu)成的電流擴散層上形成P側(cè)電極焊盤,從這里延伸P側(cè)分支電極。該發(fā)光元件具有η型半導(dǎo)體層通過蝕刻局部露出的區(qū)域,在該露出區(qū)域上形成η側(cè)電極焊盤,從這里延伸η側(cè)分支電極。η側(cè)分支電極和P側(cè)分支電極在互相相対的部分上平行。S卩,電流從P側(cè)分支電極通過由透光性導(dǎo)電膜構(gòu)成的電流擴散層擴散的距離被設(shè)定為一定。同樣,電流從η側(cè)分支電極擴散的距離也被設(shè)定為一定。因此,通過這些分支電極,能夠改善從P側(cè)電極焊盤朝向η側(cè)電極焊盤的方向流動的電流分布的均勻性。另外,例如在日本特開平8-250769號公報及日本特開2008-192710號·公報中,公開了在具有上述那樣的透光性導(dǎo)電膜的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,以抑制電流向電極焊盤正下方集中為目的,在電極焊盤正下方設(shè)置絕緣層的內(nèi)容。根據(jù)日本特開平8-250769號公報及日本特開2008-192710號公報所公開的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,通過在電極焊盤正下方設(shè)置絕緣層,能夠有效促進(jìn)電流向透光性導(dǎo)電膜的橫向擴散,提高發(fā)光效率,但是存在在η側(cè)電極焊盤附近發(fā)光增強,難于得到良好的電特性,發(fā)光效率不一定提高的問題。于是,例如在日本特開2010-232649號公報中公開了一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光兀件,其目的是通過抑制電流集中在P側(cè)電極焊盤電極正下方的透光性導(dǎo)電膜和半導(dǎo)體層中而使發(fā)光效率優(yōu)良,并且通過抑制由電極引起的光的吸收或者多重反射帶來的損失而使光取出效率優(yōu)良,以便具有高的外部量子效率和電特性。在以往的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,認(rèn)為通過使η側(cè)和P側(cè)的層具有相同程度的薄層電阻而使電流均勻地擴散對提高發(fā)光效率而言是優(yōu)選的,相對于此,在日本特開2010-232649號公報中,如圖9(a)及(b)所示,通過把η側(cè)的η型氮化物半導(dǎo)體層101的薄層電阻做成比P側(cè)的透光性導(dǎo)電膜102的薄層電阻低,降低了 η側(cè)電極焊盤103附近的發(fā)光,從而提高了光取出效率,并且,此時通過在P側(cè)電極焊盤104的正下方設(shè)置絕緣層,防止了由P側(cè)電極焊盤104引起的光的吸收或者多重反射。而且,在日本特開2010-232649號公報中,對氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100的工作電壓,使η側(cè)的層的薄層電阻起到支配性作用,這樣通過降低η側(cè)的層的薄層電阻,大幅地提高了電特性,特別在發(fā)光元件上施加30 IOOmA左右的大驅(qū)動電流的情況下,能夠大幅地提聞電特性。但是近年來,對氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件要求更高的特性(高輸出、低電壓、低發(fā)熱)及低成本化。正在開發(fā)的是η側(cè)和P側(cè)的薄層電阻都不到10Ω/□的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。在這樣的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,進(jìn)ー步降低薄層電阻是困難的。如果以進(jìn)一步降低η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻為目的而添加η型雜質(zhì),則存在使η型氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性惡化的問題;另外,如果使η型氮化物半導(dǎo)體層的膜厚增厚,則存在生產(chǎn)率的惡化以及成本上升的問題
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題,本發(fā)明的目的是在提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的電流擴散效率的同時,也能夠降低接觸電阻,即使在大的驅(qū)動電流密度下,也能夠確保發(fā)光均勻性和大的光輸出,并且降低工作電壓。本發(fā)明人經(jīng)過各種研究發(fā)現(xiàn),在基板的同一面?zhèn)刃纬捎笑莻?cè)電極焊盤和P側(cè)電極焊盤的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,形成從P側(cè)電極焊盤(及η側(cè)電極焊盤)以枝狀延伸的延長部,由此得到改善發(fā)光元件中的電流分布的電極結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其中,在η側(cè)和P側(cè)的薄層電阻兩者都充分低的情況下,通過在一定條件下提高在P型氮化物半導(dǎo)體層上形成的由透光性導(dǎo)電膜構(gòu)成的電流擴散層的薄層電阻,能夠降低P型氮化物半導(dǎo)體層和由透光性導(dǎo)電膜構(gòu)成的電流擴散層的接觸電阻,而且薄層電阻在面內(nèi)的分布變得更加均勻,從而光輸出得以提高。S卩,本發(fā)明的一方式所提供的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的特征在于,在基板上表面上的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi),按順序包括ー個以上的η型氮化物半導(dǎo)體層、有源層及ー個以上的P型氮化物半導(dǎo)體層,η型氮化物半導(dǎo)體層具有從P型氮化物半導(dǎo)體層側(cè)進(jìn)行蝕刻而、形成的局部露出區(qū)域,在η型氮化物半導(dǎo)體層的局部露出區(qū)域形成有η側(cè)電極焊盤,在P型氮化物半導(dǎo)體層上形成有電流擴散層,在電流擴散層上形成有P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的P側(cè)分支電極,電流擴散層的薄層電阻Rs2大于η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl,電流擴散層的薄層電阻Rs2和η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl的關(guān)系為Rs2= xXRsl(式中,1·5<χ<4)。此外,優(yōu)選η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl不到10 Ω / ロ。優(yōu)選在η型半導(dǎo)體層的局部露出區(qū)域形成有η側(cè)電極焊盤及從該η側(cè)電極焊盤延伸的η側(cè)分支電極。優(yōu)選在基板上表面上的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi),η型氮化物半導(dǎo)體層的局部露出區(qū)域形成在由P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的P側(cè)分支電極包圍的大致中央部。優(yōu)選在P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的P側(cè)分支電極的下部形成的電流擴散層和P型氮化物半導(dǎo)體層之間形成有電流非注入層。優(yōu)選氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件通過IOOmA以上的大電流來驅(qū)動。優(yōu)選氮化物半導(dǎo)體區(qū)域是矩形狀,在用直線連接P側(cè)電極焊盤的中心和η側(cè)電極焊盤的中心時,將與該直線平行的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的邊的長度設(shè)為Y,將與直線垂直的邊的長度設(shè)為X,則滿足O. 8 < Υ/Χ < I的條件,更加優(yōu)選滿足Υ/Χ = 0.9的條件。優(yōu)選P側(cè)電極焊盤及η側(cè)電極焊盤在氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的長邊方向的中央沿著短邊方向并排配置,與P側(cè)電極焊盤相比,η側(cè)電極焊盤配置在氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的中央附近。本發(fā)明的另一方式所提供的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法,至少具有在基板上表面上的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi),按順序形成ー個以上的η型氮化物半導(dǎo)體層、有源層及ー個以上的P型氮化物半導(dǎo)體層的エ序;通過蝕刻P型氮化物半導(dǎo)體層的一部分而形成η型氮化物半導(dǎo)體層的局部露出區(qū)域的エ序;在η型氮化物半導(dǎo)體層的局部露出區(qū)域形成η側(cè)電極焊盤的エ序;在P型氮化物半導(dǎo)體層上形成電流擴散層的エ序;在電流擴散層上形成P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的P側(cè)分支電極的エ序,該制造方法的特征在于,通過對電流擴散層進(jìn)行退火,使電流擴散層的薄層電阻Rs2大于η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻 Rsl。此外,優(yōu)選對電流擴散層進(jìn)行退火,以使電流擴散層的薄層電阻Rs2和η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl的關(guān)系為Rs2 = xXRsl (式中I. 5彡X彡4)。優(yōu)選η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl不到10Ω / ロ。優(yōu)選電流擴散層的退火在380 450°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,更優(yōu)選在410 430°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,最好在約410°C的溫度下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明,在具有從P側(cè)電極焊盤(及η側(cè)電極焊盤)成分支電極延伸的延長部的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,通過在一定條件下提高在P型氮化物半導(dǎo)體層上形成的由透光性導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的電流擴散層的薄層電阻,能夠降低P型氮化物半導(dǎo)體層和由透光性導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的電流擴散層的接觸電阻,而且薄層電阻在面內(nèi)的分布變得更加均勻,使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光部在面內(nèi)的發(fā)光均勻,從而提高了光輸出。此時,通過在η側(cè)電極焊盤上也形成以枝狀延伸的延長部,能夠進(jìn)ー步使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光部在面內(nèi)的發(fā)光均勻,從而更加提高光輸出。另外,通過使η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl不到10 Ω / ロ,能夠降低氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工作電壓。另外,根據(jù)與η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl的關(guān)系,結(jié)果上能夠?qū)㈦娏鲾U散層的薄層電阻Rs2抑制在較低,所以能夠進(jìn)一歩降低氮化物半導(dǎo)體發(fā)光兀件的工作電壓。 另外,通過在由P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的P側(cè)分支電極包圍的大致中央部形成η型半導(dǎo)體層的局部露出區(qū)域,能夠減小氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件外周部的非發(fā)光區(qū)域和光吸收區(qū)域,所以提高光的外部取出效率。另外,通過在P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的P側(cè)分支電極的下部形成的電流擴散層和P型氮化物半導(dǎo)體層之間形成電流非注入層,使作為光吸收區(qū)域作用的P側(cè)電極正下方成為非發(fā)光區(qū)域,并且通過由電流非注入層產(chǎn)生的光的反射效果,提高光的外部取出效率。另外,因為本申請發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件即使用IOOmA以上的大電流來驅(qū)動,也能夠穩(wěn)定地動作,所以能夠得到高效率且高可靠性。根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法,通過對電流擴散層進(jìn)行退火,能夠使電流擴散層的薄層電阻Rs2大于η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl,所以不需要進(jìn)一歩降低η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻,因此不存在因添加雜質(zhì)而引起的η型氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性惡化,通過使η型氮化物半導(dǎo)體層的膜厚增厚而引起的生產(chǎn)率惡化,以及成本提高的問題,并且,通過提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的電流擴散效率,以及使退火溫度條件最優(yōu)化,也能夠降低接觸電阻,即使在大的驅(qū)動電流密度下,也能夠得到發(fā)光均勻性和大的光輸出,同時能夠降低工作電壓。
圖I (a)是表示根據(jù)本發(fā)明的ー實施方式制作得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一例的俯視圖,圖1(b)是圖1(a)的A-A線的剖面示意圖。圖2是表示在圖I的P側(cè)分支電極圖案和η側(cè)分支電極圖案的情況下光輸出依賴于電流擴散層的薄層電阻Rs2和η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl的關(guān)系(Rs2/Rsl)的曲線圖。圖3(a) (C)是表示根據(jù)本發(fā)明的另ー實施方式使P側(cè)分支電極的形狀變形而制作得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的例子的俯視圖。圖4是表不在圖3(a) (C)各個的電極圖案的情況下光輸出依賴于電流擴散層的薄層電阻Rs2和η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl的關(guān)系(Rs2/Rsl)的曲線圖。圖5是表示在上面形狀接近正方形的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中將與連接P側(cè)電極焊盤和η側(cè)電極焊盤的直線平行的邊的長度設(shè)為Y、將與該直線垂直的邊的長度設(shè)為X時的Υ/Χ值影響發(fā)光元件的電カ效率(%)的曲線圖。圖6是表示長方形的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一例的俯視圖。圖7是表示在長方形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極圖案的情況下的Rs2/Rsl和光輸出之間關(guān)系的曲線圖。圖8是表示退火溫度與電流擴散層的薄層電阻Rs2之間的關(guān)系以及電流擴散層和P型接觸層之間的接觸電阻Re與退火溫度之間的關(guān)系的曲線圖。圖9(a)是現(xiàn)有技術(shù)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖,圖9(b)是沿圖9(a)的B-B線的不意首I]面圖。
具體實施例方式
<氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件>圖I (a)是表示根據(jù)本發(fā)明的ー實施方式制作得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件一例的俯視圖,圖1(b)是圖1(a)的A-A線的剖面示意圖。需要說明的是,在本申請的附圖中,為了圖示的明了化和簡單化而適宜地變更了長度、寬度、厚度等尺寸關(guān)系,不表示實際的尺寸關(guān)系。在圖I (a)及(b)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,在基板I上按順序沉積緩沖層
2、η型氮化物半導(dǎo)體層3、有源層4、作為P型氮化物半導(dǎo)體層的P型包覆層5及ρ型接觸層6而形成了氮化物半導(dǎo)體層疊體。而且,在P型接觸層6上形成有透光性的電流擴散層7,在該電流擴散層7的局部區(qū)域形成有ρ側(cè)電極焊盤8及從該ρ側(cè)電極焊盤8延伸的ρ側(cè)分支電極8a。另ー方面,η型氮化物半導(dǎo)體層3的局部通過蝕刻而露出,在該露出區(qū)域設(shè)有η側(cè)電極焊盤9及從該η側(cè)電極焊盤9延伸的η側(cè)分支電極9a。這里,由η型氮化物半導(dǎo)體層3、有源層4及ρ型包覆層5形成有雙異質(zhì)結(jié)。作為有源層4,可根據(jù)需要被選擇為由非摻雜型氮化物半導(dǎo)體層,或者包含η型雜質(zhì)或者ρ型雜質(zhì)或者η型和ρ型兩種雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成單層或者多層量子阱結(jié)構(gòu)。另外,夾著有源層4在η型氮化物半導(dǎo)體層3和ρ型包覆層5之間形成ρη結(jié)。<η型氮化物半導(dǎo)體層>按照雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的技術(shù)意義來講,包覆層與發(fā)光層相比具有大的帶隙,并且具有利用基于該帶隙差的勢壘把電子和空穴控制在發(fā)光層內(nèi)的功能。需要說明的是,為方便起見,圖I (a)及(b)所示的η型氮化物半導(dǎo)體層3也可以包含η型包覆層和用于良好地與η側(cè)電極7進(jìn)行歐姆接觸的接觸層。這樣的η型氮化物半導(dǎo)體層3例如不僅可以是摻雜有η型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層,而且還可以形成為包含非摻雜氮化物半導(dǎo)體層等的多層。即,作為η型氮化物半導(dǎo)體層3,可以適當(dāng)?shù)匕绶菗诫s層、η型摻雜層、η型接觸層等。如上所述,η型氮化物半導(dǎo)體層3可以是作為η型包覆層起作用的單層,也可以是多層,在單層的情況下,可以使用GaN、AlGaN, InAlGaN或者InGaN,其中可以包含Si,也可以不摻雜。另外,在η型氮化物半導(dǎo)體層3為多層的情況下,其可以是InGaN/GaN、InGaN/AlGaN, AlGaN/GaN, InGaN/InGaN等層疊結(jié)構(gòu),也可以是重復(fù)層疊多個層的周期性多層結(jié)構(gòu)。進(jìn)而這些多層結(jié)構(gòu)也可以形成超晶格結(jié)構(gòu)?!从性磳印涤性磳?優(yōu)選使GaN勢壘層和含In氮化物半導(dǎo)體的阱層交替層疊而構(gòu)成。阱層的理想的厚度依賴其發(fā)出的光的波長,優(yōu)選在2 20nm的范圍內(nèi)。這樣的有源層的結(jié)構(gòu)不限于量子阱結(jié)構(gòu),可以是單阱結(jié)構(gòu)、多重阱結(jié)構(gòu)、多重量子阱結(jié)構(gòu)等中的任ー種。在有源層4包含多個阱層的情況下,只要至少ー個阱層發(fā)揮發(fā)光作用即可。這樣的阱層優(yōu)選例如由InpGa1-J5N(O < ρ < I)構(gòu)成。〈ρ型包覆層>如上所述,按照雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的技術(shù)意義來講,P型包覆層5與發(fā)光層相比具有大的帶隙,并且具有利用基于該帶隙差的勢壘把電子和空穴控制在發(fā)光層內(nèi)的功能。需要說明的是,圖1(a)及(b)所示的ρ型包覆層5也可以包含防蒸發(fā)層、載流子阻擋層或者作為 電流擴散層起作用的P型層。即,P型包覆層5可以是單層或者是多層。在單層的情況下,可以使用在GaN、AlGaN、InAlGaN或者InGaN中摻雜或者不摻雜ρ型雜質(zhì)的材料。在P型包覆層5為多層的情況下,其可以是InGaN/GaN、InGaN/AlGaN、AlGaN/GaN、InGaN/InGaN等層疊結(jié)構(gòu),也可以是重復(fù)層疊多個層的周期性多層結(jié)構(gòu)。進(jìn)而這些多層結(jié)構(gòu)也可以形成超晶格結(jié)構(gòu)。這樣的ρ型包覆層5的厚度優(yōu)選在500nm以下。其原因在于,在通過氣相沉積形成厚度超過500nm的ρ型包覆層5的情況下,有源層4長時間暴露在高溫度下,因此隨著有源層4的熱惡化,使非發(fā)光區(qū)域増加。需要說明的是,為了防止有源層4所包含的In的蒸發(fā),優(yōu)選與有源層4相接而設(shè)置防蒸發(fā)層,如上所述,其可以在上部ρ型包覆層5中包含?!处研徒佑|層>ρ型接觸層6為了降低對于透光性的電流擴散層7的接觸電阻而設(shè)置。這樣的P型接觸層6優(yōu)選是ρ型雜質(zhì)的摻雜濃度高于ρ型包覆層5的氮化物半導(dǎo)體。需要說明的是,也可以不設(shè)置P型接觸層6而在ρ型包覆層5上形成電流擴散層7。在這種情況下,優(yōu)選使P型包覆層5的上側(cè)表面附近的ρ型雜質(zhì)設(shè)為高濃度?!处褌?cè)電極焊盤及從該ρ側(cè)電極焊盤延伸的P側(cè)分支電極>P側(cè)電極焊盤8是與外部電路進(jìn)行電連接的引線接合的臺座。另ー方面,從P側(cè)電極焊盤8延伸的ρ側(cè)分支電極8a以向有源層4更加均勻地注入電流為目的形成在電流擴散層7上。ρ側(cè)電極焊盤8及從該ρ側(cè)電極焊盤8延伸的ρ側(cè)分支電極8a能夠通過公知的方式來形成,例如可以使用Ti、Al、Au等材料。另外,ρ側(cè)電極焊盤8及從該ρ側(cè)電極焊盤8延伸的ρ側(cè)分支電極8a不限于單層結(jié)構(gòu),也可以形成為多層結(jié)構(gòu)。當(dāng)ρ側(cè)電極焊盤8由多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成吋,作為其最上層優(yōu)選形成厚度500nm左右的Au層。由此,在將化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝于封裝中時,能夠確保與外部電路進(jìn)行引線接合的穩(wěn)定性。需要說明的是,來自有源層4的發(fā)光的一部分朝向ρ型包覆層5側(cè)的方向發(fā)出。因此,P側(cè)電極焊盤8及從該ρ側(cè)電極焊盤8延伸的ρ側(cè)分支電極8a成為配置在從有源層4朝向P型包覆層5的光取出方向上的電極。<n側(cè)電極焊盤及從該η側(cè)電極焊盤延伸的η側(cè)分支電極>η側(cè)電極焊盤9是與外部電路進(jìn)行電連接的引線接合的臺座。另ー方面,從η側(cè)電極焊盤9延伸的η側(cè)分支電極9a以向有源層4更加均勻地注入電流為目的而形成。η側(cè)電極焊盤9及從該η側(cè)電極焊盤9延伸的η側(cè)分支電極9a能夠通過公知的方式來形成,例如可以使用Ti、Al、Au等材料。另外,η側(cè)電極焊盤9及從該η側(cè)電極焊盤9延伸的η側(cè)分支電極9a不限于單層結(jié)構(gòu),也可以形成為多層結(jié)構(gòu)。當(dāng)η側(cè)電極焊盤9由多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成時,作為其最上層優(yōu)選形成厚度500nm左右的Au層。由此,在將化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝于封裝中吋,能夠確保與外部電路進(jìn)行引線接合的穩(wěn)定性。需要說明的是,圖I (a)及(b)所示的η側(cè)電極焊盤9及從該η側(cè)電極焊盤9延伸的η側(cè)分支電極9a例示基板I由絕緣性材料構(gòu)成時的配置。即,當(dāng)作為基板I使用絕緣性材料時,η側(cè)電極焊盤9及從該η側(cè)電極焊盤9延伸的η側(cè)分支電極9a設(shè)置在η型氮化物半導(dǎo)體層3的局部露出區(qū)域。但是,當(dāng)作為基板I使用導(dǎo)電性材料吋,η側(cè)電極焊盤9可以形成在基板I上并且從該η側(cè)電極焊盤9延伸的η側(cè)分支電極9a可以形成在基板I的背面上。而且,即使在沒有η側(cè)分支電極9a的情況下,與現(xiàn)有例相比,也能夠降低P型氮化物半導(dǎo)體層和由透光性導(dǎo)電膜構(gòu)成的電流擴散層7的接觸電阻,而且使薄層電阻在面內(nèi)的分布變得更加均勻,使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光部在面內(nèi)的發(fā)光均勻,從而提高光輸 出,所以也可以不形成η側(cè)分支電極9a,但是,當(dāng)形成η側(cè)分支電極9a時,能夠使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光部在面內(nèi)的發(fā)光進(jìn)一步均勻,從而進(jìn)ー步提高光輸出。<電流擴散層>電流擴散層7為了以下目的而設(shè)置使來自有源層4的光透過,并且形成對于P型接觸層6的接觸以使電流向其整個表面上擴散,從而擴大位于其下方的有源層4的發(fā)光面積。因此,作為電流擴散層7,優(yōu)選采用電阻比ρ型接觸層6低的材料。由此,能夠使從P側(cè)電極焊盤8注入的電流沿著電流擴散層7的面方向擴散。作為構(gòu)成這種電流擴散層7的材料,可以優(yōu)選例如ΙΤ0、ΙΖ0等,特別優(yōu)選ΙΤ0。其原因在于,在透光性及接觸電阻方面ITO特別優(yōu)異。電流擴散層7的厚度優(yōu)選在IOOnm以上400nm以下的范圍內(nèi)。其原因在于,如果電流擴散層7薄于lOOnm,則因其高的薄層電阻而引起發(fā)光元件的工作電壓上升,如果厚于400nm,則其透光性降低,導(dǎo)致發(fā)光元件的光取出效率下降。<電流擴散層的薄層電阻Rs2和η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl的關(guān)系>通過制作具有圖1(a)所示的電極圖案以及通過模擬而最優(yōu)化的幾個電極圖案的P側(cè)分支電極的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,確認(rèn)了在具有從P側(cè)電極焊盤(及η側(cè)電極焊盤)以枝狀延伸的延長部的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,當(dāng)電流擴散層的薄層電阻Rs2和η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl具有怎樣的關(guān)系時能夠提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出。圖2是在圖1(a)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極圖案的情況下,特別表示施加IOOmA以上的大電流時的Rs2/Rrsl與光輸出的關(guān)系。從圖2可知,當(dāng)相對η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl增加電流擴散層的薄層電阻Rs2時,氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出逐漸増大,在Rs2/Rsl = 2. 5附近取極大值,之后逐漸減小。該傾向即使在具有下面表示的不同的電極圖案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中也同樣出現(xiàn)。圖3(a) (C)是以與圖I所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件相同的結(jié)構(gòu)制造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中改變P側(cè)分支電極(及η側(cè)分支電極)形狀而制作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖。在圖3(a)的俯視圖中示意性地表示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件與上述的圖I (a)相比,其特征在于不設(shè)置η側(cè)分支電極,而形成有ρ側(cè)電極焊盤18、ρ側(cè)分支電極18a及η側(cè)電極焊盤19。另外,在圖3(b)的俯視圖中示意性地表示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件與上述的圖3(a)相比,其特征在于以η側(cè)電極焊盤29為中心大體等距離地設(shè)置ρ側(cè)分支電極28a,并且在從ρ側(cè)分支電極28a的一部分分支而形成有ρ側(cè)電極焊盤28的ー側(cè)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的上面對角線方向上進(jìn)而設(shè)置有P側(cè)分支電極28b、28c。另外,在圖3(c)的俯視圖中示意性地表示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件與上述的圖3(b)相比,其特征在于不設(shè)置從P側(cè)分支電極38a的一部分分支的ρ側(cè)分支電極,而形成有P側(cè)電極焊盤38、ρ側(cè)分支電極38a及η側(cè)電極焊盤39。圖4表示在這樣的電極圖案形狀中的特別是施加IOOmA以上的大電流時的Rs2/Rsl與光輸出的關(guān)系。從圖4可知,即使在不設(shè)置η側(cè)分支電極的情況下,當(dāng)相對η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl增加電流擴散層的薄層電阻Rs2時,表示出氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出逐漸增大的傾向,但是,與設(shè)有η側(cè)分支電極的情況相比,光輸出的極大值具有更向使電流擴散層的薄層電阻Rs2增加的方向偏移的傾向,當(dāng)滿足2 ^ Rs2/Rsl ^ 4的條件時表示出高的光輸出。 圖5是表示在如上所述的圖I和圖3那樣的上面形狀接近正方形(將與連接P側(cè)電極焊盤和η側(cè)電極焊盤的直線平行的邊的長度設(shè)為Y、將與該直線垂直的邊的長度設(shè)為X)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件芯片中Υ/Χ值對發(fā)光元件的電カ效率)產(chǎn)生影響的曲線圖。從該曲線圖可知,優(yōu)選滿足O. 8彡Υ/Χ彡I的條件,更加優(yōu)選Υ/Χ = 0.9。需要說明的是,不限于0.8彡Υ/Χ彡I的情況,也可以適用于上面形狀為長方形的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件芯片(O. 4彡Υ/Χ < O. 8)。但是,上面形狀接近正方形的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件芯片由于通過更小的尺寸(從上面看的面積換算)得到與上面形狀為長方形的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件芯片同等的電特性,所以能夠?qū)崿F(xiàn)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的小型化。圖6是表示長方形的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖。在圖6的俯視圖中示意性地表示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件與上述圖I及圖3不同,將氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件芯片的長邊X和短邊Y的比率設(shè)計為O. 4。在圖6的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,形成有P側(cè)電極焊盤48、ρ側(cè)分支電極48a、n側(cè)電極焊盤49及η側(cè)分支電極49a。圖7表示在這樣的電極圖案的情況下注入電流30mA時的Rs2/Rsl與光輸出的關(guān)系。圖7表示在長方形的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的情況下,當(dāng)相對η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl增加電流擴散層的薄層電阻Rs2時,氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出逐漸增大的傾向,但是,與上面形狀接近正方形的情況相比,光輸出的極大值具有更向電流擴散層的薄層電阻Rs2的增加小的方向偏移的傾向,長方形的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出在滿足I. 5彡Rs2/Rsl彡3. 5的條件時表示出高的光輸出。從上述的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),電流擴散層的薄層電阻Rs2和η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl的關(guān)系在至少滿足I. 5彡Rs2/Rsl彡4的條件時,與氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的外觀形狀和電極圖案形狀無關(guān),表示出高的光輸出。以下記載的本發(fā)明的實施例I 4的發(fā)光元件根據(jù)上述圖I (a)及(b)所示的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)來制作,實施例5的發(fā)光元件根據(jù)上述圖3(c)所示的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)來制作。
表I中列出通過實施例I 5得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的各種特性。<實施例1>在實施例I的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法中,如圖I (b)中示意性地表示的那樣,例如在由具有(0001)面方位的主面的藍(lán)寶石構(gòu)成的基板I上,隔著由AlN構(gòu)成的緩沖層2沉積η型氮化物半導(dǎo)體層3。該η型氮化物半導(dǎo)體層3包含在約1000°C的基板溫度下沉積的厚度9 μ m的GaN基底層和厚度約2 μ m的摻雜Si的η型GaN接觸層(載流子濃度約6 X IO18cnT3),薄層電阻約為6 8 Ω / ロ。在η型氮化物半導(dǎo)體層3上沉積有源層4,該有源層4具有多重量子阱結(jié)構(gòu),例如在基板溫度約890°C下重復(fù)六次層疊有厚度3. 5nm的η型Inai5Gaa85N量子阱層和厚度6nm的摻雜Si的GaN勢壘層。
在基板溫度約1080°C下,在有源層4上例如沉積厚度15nm的由摻雜表I
權(quán)利要求
1.ー種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其特征在干, 在基板上表面上的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi),按順序包括ー個以上的η型氮化物半導(dǎo)體層、有源層及ー個以上的P型氮化物半導(dǎo)體層, 所述η型氮化物半導(dǎo)體層具有從所述P型氮化物半導(dǎo)體層側(cè)進(jìn)行蝕刻而形成的局部露出區(qū)域, 在所述η型氮化物半導(dǎo)體層的所述局部露出區(qū)域形成有η側(cè)電極焊盤, 在所述P型氮化物半導(dǎo)體層上形成有電流擴散層, 在所述電流擴散層上形成有P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的P側(cè)分支電極, 所述電流擴散層的薄層電阻Rs2大于所述η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl, 所述電流擴散層的薄層電阻Rs2和所述η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl的關(guān)系為Rs2 = xXRsl,式中 I. 5 < X < 4。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其特征在于,所述η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl不到10Ω / ロ。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其特征在于,在所述η型氮化物半導(dǎo)體層的所述局部露出區(qū)域形成有所述η側(cè)電極焊盤及從該η側(cè)電極焊盤延伸的η側(cè)分支電扱。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其特征在于,在所述基板上表面上的所述氮化物半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi),所述η型氮化物半導(dǎo)體層的所述局部露出區(qū)域形成在由所述P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的所述P側(cè)分支電極包圍的大致中央部。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其特征在于,在所述P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的所述P側(cè)分支電極的下部形成的所述電流擴散層和所述P型氮化物半導(dǎo)體層之間形成有電流非注入層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其特征在于,所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件通過IOOmA以上的大電流來驅(qū)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其特征在于,所述氮化物半導(dǎo)體區(qū)域是矩形狀,在用直線連接所述P側(cè)電極焊盤的中心和所述η側(cè)電極焊盤的中心吋,將與該直線平行的所述氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的邊的長度設(shè)為Y,將與所述直線垂直的邊的長度設(shè)為X,則滿足O. 8彡Υ/Χ < I的條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其特征在干,滿足Υ/Χ= O. 9的條件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其特征在于,所述P側(cè)電極焊盤及所述η側(cè)電極焊盤在所述氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的長邊方向的中央沿著短邊方向并排配置,與所述P側(cè)電極焊盤相比,所述η側(cè)電極焊盤配置在所述氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的中央附近。
10.ー種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法,至少具有 在基板上表面上的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi),按順序形成ー個以上的η型氮化物半導(dǎo)體層、有源層及ー個以上的P型氮化物半導(dǎo)體層的エ序; 通過蝕刻所述P型氮化物半導(dǎo)體層的一部分而形成所述η型氮化物半導(dǎo)體層的局部露出區(qū)域的エ序; 在所述η型氮化物半導(dǎo)體層的所述局部露出區(qū)域形成η側(cè)電極焊盤的エ序;在所述P型氮化物半導(dǎo)體層上形成電流擴散層的エ序; 在所述電流擴散層上形成P側(cè)電極焊盤及從該P側(cè)電極焊盤延伸的P側(cè)分支電極的エ序; 該制造方法的特征在于,通過對所述電流擴散層進(jìn)行退火,使所述電流擴散層的薄層電阻Rs2大于所述η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法,其特征在干,對所述電流擴散層進(jìn)行退火,以使所述電流擴散層的薄層電阻Rs2和所述η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl的關(guān)系為 Rs2 = xXRsl,式中 I. 5 < X < 4。
12.根據(jù)權(quán)利要求10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η型氮化物半導(dǎo)體層的薄層電阻Rsl不到10Ω / ロ。
13.根據(jù)權(quán)利要求10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,所述電流擴散層的退火在380 450°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求13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,所述電流擴散層的退火在410 430°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求14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,所述電流擴散層的退火在約410°C的溫度下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。在基板的同一面?zhèn)刃纬捎衝側(cè)及p側(cè)電極焊盤的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,形成從p側(cè)電極焊盤(及n側(cè)電極焊盤)以枝狀延伸的延長部,由此得到改善發(fā)光元件中的電流分布的電極結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,其中,在n側(cè)及p側(cè)的薄層電阻兩者都充分低的情況下,通過在一定條件下提高在p型氮化物半導(dǎo)體層上形成的由透光性導(dǎo)電膜構(gòu)成的電流擴散層的薄層電阻,降低了p型氮化物半導(dǎo)體層和電流擴散層的接觸電阻,而且薄層電阻在面內(nèi)的分布變得更加均勻,從而光輸出得以提高。
文檔編號H01L33/62GK102738376SQ20121011999
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者M·布羅克利, 翁宇峰 申請人:夏普株式會社