CN103140947A - 第iii 族氮化物半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供：一种第III族氮化物半导体发光器件，所述第III族氮化物半导体发光器件可同时充分实现在电极和半导体层之间的良好欧姆接触和反射电极层的功能性质，并在不显著升高正向电压的情况下可改善发光效率；以及制造所述第III族氮化物半导体发光器件的方法。本发明的所述该第III族氮化物半导体发光器件(100)含有：由n型半导体层(103)、发光层(104)和p型半导体层(105)构成的第III族氮化物半导体层压体(106)；n侧电极(112)；和p侧电极(113)。所述第III族氮化物半导体发光器件(100)的特征在于：在所述第III族氮化物半导体层压体(106)的第二表面(108)上设置由反射电极部(109)和包括AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)的接触部(110)构成的复合层(111)，其中所述第二表面(108)与所述第III族氮化物半导体层压体(106)的光提取侧的第一表面(107)相对。

Description

第III 族氮化物半导体发光器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。本发明尤其涉及具有改善的发光效率的第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法，所述改善的发光效率是在不显著升高正向电压的情况下实现的。
背景技术
近年来，在紫外区发光的紫外LED(发光二极管)，特别是波长小于365nm的紫外LED，作为能有利地用于灭菌、水净化、医学处理、照明和高密度光学记录等领域的LED而备受关注。
已知一些这种紫外LED具有利用AlGaN系薄膜作为器件材料形成的器件结构，其中所述AlGaN系薄膜是第III族氮化物半导体。具体地说，所述LED是每个均含有以下部件的第III族氮化物半导体发光器件：第III族氮化物半导体层压体，所述第III族氮化物半导体层压体包括发光层、p型半导体层和n型半导体层，其中所述发光层形成于所述p型半导体层和n型半导体层之间；在所述p型半导体层侧的p型电极和在所述n型半导体层侧的n型电极。
在提高发光器件的发光效率的已知技术中，反射电极层设置在与所述发光器件的光提取侧(light extraction side)相对的半导体层和电极之间(例如，当n型电极侧是所述光提取侧时，在p型半导体层和p侧电极之间)(参见JP2007-158131A和JP2007-027540A(PTL1和2))。所述反射电极层反射所述发光层中产生的部分光，该光指向所述p侧电极，从而增加从所述光提取侧发出的光量。例如，PTL 1公开了一种通过在所述p型半导体层上形成铑(Rh)层等作为高反射电极层来提高反射率的第III族氮化物半导体发光器件。
引用列表
专利文献
PTL 1：JP 2007-158131A
PTL 2：JP 2007-027540A
发明内容
发明要解决的问题
第III族氮化物半导体发光器件的性质包括例如发光效率和正向电压。重要的是以平衡的方式提高这些性质。
在其中形成了反射电极层的发光器件的情况下，反射电极层与由AlGaN系薄膜制成的p型半导体层之间的接触电阻高，这使得其难以获得良好的欧姆接触。因此，即使借助于所述反射电极层在所述发光层中产生了光的反射，也常常不能产生足够的载流子；总体上不能得到足够的发光效率；此外，升高了正向电压，这些都是问题。
考虑到以上所述，本发明的发明人研究了这样的器件的性质，在该器件中在由AlGaN系薄膜制成的p型半导体层上形成由Al含量低的AlGaN层或不含Al的GaN层制成的p型接触层，以及在所述p型接触层上形成p侧电极。该p型接触层与所述p型半导体层晶格匹配良好。此外，与p型半导体层与p侧电极直接接触的情况相比，当该p型接触层与p侧电极接触时，能够降低接触电阻。因而能够获得良好的欧姆接触。
然而，所述接触层特征性吸收紫外光，特别是波长为365nm以下的光。在现有常规发出可见光的发光器件中，所述可见光不被接触层吸收，而被反射电极层反射。因而，在获得良好欧姆接触的同时，能够获得高反射率。然而，如同以上描述的近年来引起关注的紫外LED，在含有产生波长短于365nm波长(例如350nm以下)的光的发光层的第III族氮化物半导体发光器件中，所述发光层中产生的光在达到所述反射电极层之前被所述p型接触层所吸收。根据上述对设置有p型接触层的发光器件的研究，本发明的发明人发现，即使在电极和半导体层之间能够形成良好的欧姆接触，也不能完全实现反射电极层的功能，因而总体上降低了发光效率。
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种第III族氮化物半导体发光器件，其通过实现在电极和半导体层之间的良好欧姆接触并充分发挥反射电极层的功能，在不显著升高正向电压的情况下，获得了改善的发光效率。本发明的另一个目的是提供一种制造此类第III族氮化物半导体发光器件的方法。
用于解决问题的方案
考虑到上述问题，本发明的主要特征如下。
(1)一种第III族氮化物半导体发光器件，其包含：
第III族氮化物半导体层压体，其包括发光层、第一导电型半导体层和导电型不同于所述第一导电型的第二导电型半导体层，其中所述发光层夹在所述第一导电型半导体层和所述第二导电型半导体层之间；和
在所述第III族氮化物半导体层压体的所述第一导电型半导体层侧和所述第二导电型半导体层侧分别形成的第一电极和第二电极；
其中具有反射电极部和由AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成的接触部的复合层设置在所述第III族氮化物半导体层压体的第二表面上，所述第二表面与光提取侧的第一表面相对。
(2)根据上述(1)的所述第III族氮化物半导体发光器件，其中在所述复合层中，
设置所述反射电极部和所述接触部的至少之一，从而在所述第二表面上形成多个岛状区域，以及
设置反射电极部和接触部的另一个，从而使其至少位于所述多个岛状区域之间。
(3)根据上述(1)或(2)所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中具有所述第二表面的所述半导体层是p型，以及
所述反射电极部由Rh、Pt、Ir、Ru和Mo之一或含有任意这些的合金制成。
(4)根据上述(1)至(3)中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述第一电极和所述第二电极之一中位于所述第二表面侧的电极，形成在所述反射电极部和/或所述接触部上。
(5)根据上述(1)至(4)中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述第III族氮化物半导体层压体的第二表面是由AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成的厚度为5nm以下的半导体层的一部分。
(6)根据上述(1)至(5)中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述接触部比所述反射电极部厚。
(7)根据上述(6)所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中形成所述接触部从而覆盖所述反射电极部。
(8)一种制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其包含以下步骤：
在基板上形成缓冲层；
在所述缓冲层上，通过顺序形成第一导电型半导体层、发光层和导电型不同于所述第一导电型的第二导电型半导体层，形成第III族氮化物半导体层压体；
在所述第III族氮化物半导体层压体的所述第二导电型半导体层侧的表面的第一区域上形成反射电极部；
至少在所述第一区域之外的第二区域上形成由AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成的接触部；和
在所述第III族氮化物半导体层压体上的所述第一导电型半导体层侧和所述第二导电型半导体层侧分别形成第一电极和第二电极。
(9)根据上述(8)所述的制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其进一步包含以下步骤：在所述第III族氮化物半导体层压体的形成有所述反射电极部和所述接触部的表面上，形成由AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成的厚度为5nm以下的半导体层。
(10)根据上述(8)或(9)所述的制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其进一步包含以下步骤：
在形成所述反射电极部的步骤之后，在所述反射电极部上设置保护层；然后形成所述接触层；和然后除去所述保护层。
发明的效果
根据本发明，具有反射电极部和接触部的复合层形成在第III族氮化物半导体层压体的与所述光提取侧相对的表面上，因而能够实现在电极和半导体层之间的良好欧姆接触并充分发挥所述反射电极部的功能。因此，在不显著升高正向电压的情况下，能够提高所述发光效率。
附图说明
图1是根据本发明的第III族氮化物半导体发光器件100(实施方案1)的示意性截面图。
图2是图1所示的所述第III族氮化物半导体发光器件的俯视图，其中为了说明反射电极部109和接触部110之间的位置关系，去除了p侧电极113。
图3(a)至3(g)是说明根据本发明第III族氮化物半导体发光器件的生产过程的一个实例的示意性截面图。
图4是说明根据本发明的另一第III族氮化物半导体发光器件200(实施方案2)的示意性截面图。
图5是说明根据本发明的另一第III族氮化物半导体发光器件300(实施方案3)的示意性截面图。
图6(a)和6(b)是说明根据本发明另一第III族氮化物半导体发光器件400(实施方案4)的生产过程的一个实例的示意性截面图。
图7是说明根据比较例1的第III族氮化物半导体发光器件500的示意性截面图。
图8是说明根据比较例2的第III族氮化物半导体发光器件600的示意性截面图。
图9是说明根据比较例3的第III族氮化物半导体发光器件700的示意性截面图。
具体实施方案
以下将参考所述附图更详细地描述本发明。原则上，通过具有相同的最后两位数的附图标记表示不同实施方案通用的组件，因而将省去它们的说明。此外，在所述发光器件的示意性截面图中，为了说明而放大了每个层；因此，所图解的层与所图解的基板的比例与实际比例不一致。
(实施方案1)
如图1所示，所述第III族氮化物半导体发光器件100是本发明的实施方案，其在基板101上以此顺序包括缓冲层102、第III族氮化物半导体层压体106和具有反射电极部109和接触部110的复合层111。
所述第III族氮化物半导体层压体106包括发光层104、作为第一导电型半导体层的n型半导体层103、和作为第二导电型半导体层的p型半导体层105。所述第二导电型不同于所述第一导电型。所述发光层104夹在所述n型半导体层103和所述p型半导体层105之间。在该实施方案中，从所述缓冲层102侧以此顺序，形成所述n型半导体层103、所述发光层104和所述p型半导体层105。
n侧电极112作为第一电极形成在所述第III族氮化物半导体层压体106的n型半导体层103侧。图1示意性地表明所述n侧电极112电连接于所述n型半导体层103。然而，通常部分去除所述复合层111和所述第III族氮化物半导体层压体106以暴露n型半导体层103的表面，所述n侧电极设置在所暴露的n型半导体层103上。此类器件通常称为“横向(lateral)”型发光器件。在该实施方案中，p侧电极113作为第二电极形成在所述第III族氮化物半导体层压体106的p型半导体层105侧，并通过所述复合层111电连接于p型半导体层105。
用作所述基板101的基板优选对所述第III族氮化物半导体层压体106外延生长的温度耐受。例如，可以使用蓝宝石基板或其中AlN单晶层形成在由蓝宝石等制成的基板上的AlN模板。
对于缓冲层102，可以使用由AlN制成的厚度为20nm至1500nm、优选500nm至1500nm、更优选800nm至1000nm的层。所述AlN层通过已知的方法如MOCVD、MOVPE、HVPE和MBE外延生长在所述基板101上。所述缓冲层102充当应变缓冲层，阻止在基板101和n型半导体层103之间的应变。或者，所述缓冲层102可以是在后面描述的实施例中使用的超晶格应变缓冲层。
n型半导体层103和p型半导体层105可以通过利用已知方法如MOCVD法外延生长AlxGa1-xN材料(0<x≤1)来形成。除非在期望的发射波长下光吸收引起问题，否则它们可以含有B或In作为第III族元素，以及As作为V族元素。p型掺杂剂(impurity)的实例包括Be和Mg，而n型掺杂剂的实例包括Si和Ge。所述发光层104可以通过MOCVD等生长AlInGaN/AlInGaN多量子阱结构来形成。例如，所述n型半导体层103的厚度可以是1000nm至5000nm，所述发光层104的厚度可以是10nm至100nm，所述p型半导体层10的厚度可以是50nm至300nm。
在这里，将描述本发明的特征要素复合层111。首先，在所述第III族氮化物半导体层压体106的第二表面108的第一区域上形成所述反射电极部109。所述第二表面108与所述光提取侧上(图1中箭头)的第一表面107相对。所述反射电极部109的材料没有特别限制，只要它是具有对发光层104产生的紫外光(波长为200nm至350nm)的高反射率(例如60%以上)的金属即可。所述金属的实例包括，例如铑(Rh)、铂(Pt)、铱(Ir)、钌(Ru)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、和含有任一种这些金属的合金。这些当中，优选Rh、Ru和Mo。
同时，在除了在其上已经形成反射电极部109的第二表面108的第一区域之外的第二区域上，形成由AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成所述接触部110。在该实施方案中，如图1和图2所示，形成具有条纹图案的多排电极的所述反射电极部109。形成具有条纹图案的多排触点(contact)的所述接触部110，以便桥接所述电极之间的缺口。换句话说，形成所述反射电极部和所述接触部以使所述线状电极和触点交替(以交替的条纹图案)形成。在该实施方案中，所述接触部110具有低的Al含量或不含Al。因此，所述接触部110与所述p型半导体层105晶格匹配良好。同时，所述接触部110和所述p侧电极113之间的接触电阻低于所述p型半导体层105和所述p侧电极113之间的接触电阻。此外，所述接触部110具有与具有第二表面的半导体层相同的导电型。在该实施方案中，因为所述p型半导体层105具有所述第二表面108，所以所述接触部110具有p型导电性。在x>0.05的情况下，过大的Al含量会显著降低载流子密度。因此，设置x以使在本发明中保持0≤x≤0.05。
在第二表面108的所述第一区域中，其上形成了反射电极部109，形成接触部110的AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)几乎不吸收发光层104产生的紫外光，而反射电极部109能够反射所述紫外光。同时，在第二表面108的第二区域上形成的接触部110和p侧电极113之间能够获得良好的欧姆接触。如上所述在本发明中，具有反射电极部109和接触部110的所述复合层111形成在与所述光提取侧相对的第二表面108上。因此，能够一起实现电极与半导体层之间的良好欧姆接触并充分发挥反射电极层的功能。因此，在不显著升高正向电压的情况下，能够提高所述发光效率。
在这里，所述反射电极部109和所述接触部110之间的位置关系并不特别限制于图2中所示，只要所述反射电极部109和所述接触部110都在所述第二表面108上即可。
例如，设置所述复合层111，以使反射电极部109和接触部110的至少之一，从而在所述第二表面108上形成多个岛状区域，设置这两个中的另一个，从而使其至少位于所述多个岛状区域之间。接触部110形成多个岛状区域的结构的实例包括这样的结构，其中含有预定形状例如如同图2从上面观看是长方形或圆形的开口部以规则的或不规则的方式分布于反射电极部109中，所述开口部通过所述接触部桥接。其中反射电极部109形成多个岛状区域的结构的实例包括这样的结构，其中含有预定形状例如如同图2从上面观看是长方形或圆形的岛状区域以规则的或不规则的方式分布，所述岛状区域之间的缺口通过所述接触部桥接。在图2所示的条纹结构中，设置反射电极部109和接触部110以形成多个岛状区域，如此设置它们以使二者之一的岛状区域之间的缺口通过另一个的多个岛状区域桥接。此类结构的实例还包括其中反射电极部109和接触部110形成如同图2从上面观看是棋盘状(checkerboard)图形的结构。
在这里，就更充分实现良好欧姆接触和高光反射率而言，其上形成了所述反射电极部的第二表面的第一区域的面积S1与其上形成了所述接触部的第二区域的面积S2的比值S1/S2优选在0.1至10的范围内，更优选在0.25至1.5范围内。0.1以上的S1/S2比值不会导致所述反射电极部109对光的反射效率不够。同时，10以下的S1/S2比值不会导致所述电极和半导体层之间的欧姆接触不好。
在这里，将描述所述p侧上的载流子的迁移。从p侧电极113迁移至接触部110的载流子直接迁移至p型半导体层105。同时，从p侧电极113迁移至反射电极部109的载流子优选首先迁移至接触部110，然后迁移至p型半导体层105，因为对于载流子迁移，反射电极部109和邻接的接触部110之间的势垒低于反射电极部109和p型半导体层105之间的势垒。然而，一些载流子被认为从反射电极部109直接迁移至p型半导体层105；因此，反射电极部109并不充当所谓的电流阻挡层(current blocking layer)。
在该实施方案中，因为含有第二表面108的所述半导体层是p型，所以所述反射电极部优选由Rh、Pt、Ir、Ru和Mo之一或含有这些元素任一种的合金制成。这些金属能够形成与p型半导体层105相对良好的欧姆接触。因此，不仅在p型半导体层105与接触部110之间，而且在p型半导体层105与反射电极部109之间，能够形成良好的欧姆接触，从而提高载流子密度。此外，还优选这些金属在形成反射电极部109之后形成接触部110的步骤中，所述金属很少会扩散进入p型半导体层105，因此在p型半导体层105中很少会出现位错。
在该实施方案中，接触部110优选比反射电极部109厚。厚的接触部110的形成允许提供足够量的孔。反射电极部109的膜厚度优选在5nm至200nm的范围内。膜厚度为5nm以上的反射电极部109能够更可靠地反射发光层104中产生的紫外光。另一方面，膜厚度为200nm以下的反射电极部109阻止所述反射电极部产生的应变影响所述器件。接触部110的膜厚度优选在20nm至300nm的范围内。膜厚度为20nm以上的所述接触部能够提供足够量的孔，而只要膜厚度为300nm以下，就能够通过电子束照射或退火来充分激活所述孔。接触部110可以覆盖反射电极部109的上表面的部分或全部。
对于n侧电极112，可以使用通过例如真空沉积方式将含Ti膜和含Al膜顺序沉积在其中的Ti/Al电极，因为这样的电极和n型半导体层103之间的接触电阻低。例如，通过真空沉积的方式将含Ni膜和含Au膜顺序沉积在其中的Ni/Au电极和Ni/Pt电极可用作所述p侧电极113，因为此类电极和p型半导体层105之间的接触电阻低。
在该实施方案中，位于第二表面108侧的p侧电极113优选直接形成在反射电极部109和接触部110(复合层111)上。
此外，所述第III族氮化物半导体层压体106的第二表面108，即第二导电型半导体层105的表面，优选由厚度为5nm以下的AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)半导体层构成。换句话说，在该实施方案中，所述p型半导体层105的上层是上述半导体层。在形成p型半导体层105之后，形成反射电极部109之前，从薄膜沉积炉(film deposition furnace)中一次取出所述基板。因此，p型半导体层105中Al被氧化，从而将会影响接触部110的晶体生长。然而，上述半导体层的形成会抑制Al的氧化。设置所述厚度为5nm以下，因为当设置厚度大于5nm的半导体层时，发光层104中产生的紫外光会被所述半导体层吸收，这会导致较低的发光效率。
然而在本发明中，没有限制地，上述第III族氮化物半导体发光器件100的所述第一导电型是n型，第二导电型是p型。或者，在本发明中所述第一导电型和第二导电型可以分别自然是p型和n型。在这个时候，所述反射电极部109的材料优选是诸如Ti/Al、Mo/Al或W/Al的金属，因为在这些金属和形成n型半导体层的n-AlGaN之间能够形成相对良好的欧姆接触。
(制造方法)
接下来，将参考图3(a)至3(g)描述第III族氮化物半导体发光器件100的制造方法的一个实例。首先，如图3(a)所示，例如通过MOCVD，在基板101上形成由AlN制成的缓冲层102。接下来，如图3(b)所示，在所述缓冲层102上依次外延生长n型(第一导电型)半导体层103、发光层104和p型(不同于第一导电型的第二导电型)半导体层105，形成第III族氮化物半导体层压体106。所述外延生长也可以根据MOCVD法进行。
在这里，其上在后续的步骤中将设置反射电极部和接触部的表面108，即所述p型半导体层105的最上层，优选由厚度为5nm以下的p型AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)半导体层构成。如上所述，在这个结构的情况下，当在下一步中从薄膜沉积炉中取出基板时，能够抑制所述p型半导体层105中的Al的氧化。
接下来，如图3(c)所示，在第III族氮化物半导体层压体106的p型半导体层105侧的表面108的第一区域上形成反射电极部109。例如通过利用光刻法形成具有期望图案的抗蚀剂，再通过溅射或真空沉积等形成用于形成所述反射电极部的材料的膜，然后除去所述抗蚀剂，可以形成所述反射电极部109。只要能够抑制所述p型半导体层105中Al的氧化，就可以通过形成金属膜，在所述金属膜上形成抗蚀剂，再蚀刻所述金属膜，来形成所述反射电极部。
接下来，如图3(d)所示，优选在反射电极部109上形成保护层116。由于在所述接触部在下一步中外延生长时暴露于氨气氛中，所述保护层将抑制反射电极部109的氮化。因为会降低发光层104中产生的光的反射率，因而反射电极部109的氮化是非优选的。在这种情况下，用于形成反射电极部109的抗蚀剂将在形成保护层116之后除去。所述保护层的材料的实例包括但不限于SiO2和SiNx，只要它能够如上所述阻止所述反射电极部的性质改变即可。
如图3(e)所示，形成所述保护层116之后，例如通过MOCVD法，至少在除第一区域之外的第二区域上形成由p型AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成的接触部110。然后，如图3(f)所示，例如优选使用化学溶液如BHF除去所述保护层116。
随后，如图3(g)所示，在所述第III族氮化物半导体层压体106的n型半导体层103侧和p型半导体层105侧分别形成n侧电极112和p侧电极113。所述n侧电极112可以通过溅射或真空沉积在n型半导体层103的部分表面上形成，通过例如抛光或湿法蚀刻等部分除去复合层111和第III族氮化物半导体层压体106而使所述n型半导体层103暴露。所述p侧电极113还可以通过溅射或真空沉积直接形成在复合层111上。在这里，如所述附图所示，当反射电极部109和接触部110具有不同的膜厚度时，p侧电极113的表面轮廓可能受复合层111的表面凹凸的影响。
如此能够制造所述横向型第III族氮化物半导体发光器件100。
(实施方案2)
将参考图4描述本发明的另一实施方案的第III族氮化物半导体发光器件200。除复合层211中的接触部210比反射电极部209薄之外，该实施方案与实施方案1相同。附图标记201表示基板，202表示缓冲层，203表示n型半导体层，204表示发光层，205表示p型半导体层，206表示第III族氮化物半导体层压体，212表示n侧电极，和213表示p侧电极。就减少所述p侧电极的表面电阻而言，该实施方案是优选的。
(实施方案3)
将参考图5描述本发明的另一实施方案的第III族氮化物半导体发光器件300。除形成接触部310来覆盖复合层311中的反射电极部309之外，该实施方案与实施方案1相同。当所述接触部310的外延生长进行的时间比实施方案1中长时，所述接触部310横向生长在反射电极部309上，从而形成如图5所示的具有平整表面的接触部310。接触部310的无反射电极部309的部位的膜厚度优选在100nm至500nm的范围内。附图标记301表示基板，302表示缓冲层，303表示n型半导体层，304表示发光层，305表示p型半导体层，306表示第III族氮化物半导体层压体，312表示n侧电极，和313表示p侧电极。在该实施方案中，就抑制所述反射电极部的氮化而言，优选在形成反射电极部309之后，在反射电极部309上形成由SiO2或SiNx等制成的保护层(未显示)，并优选在不除去所述保护层的情况下，形成接触部310。
(实施方案4)
将参考图6(a)和6(b)描述作为本发明实施方案的垂直型第III族氮化物半导体发光器件400的制造方法。所述方法直到形成复合层411的步骤都与图3(f)中显示的实施方案1的制造方法的方法相同。然后，如图6(a)所示，在所述复合层411上顺序形成p侧电极413、连接金属层414和支承基板415。
首先，通过溅射或真空沉积等在所述复合层411上直接形成p侧电极413。
当连接金属层414粘合至所述支承基板时，所述连接金属层414优选由含Au材料、更优选Au或AuSn制成。当支承基板415通过喷镀形成在连接金属层414上时，所述连接金属层414优选由贵金属如Au、Pt、Pd或含有Ni和Cu之一的材料制成。此外，希望选择对用于通过化学剥离(lift-off)方式分离所述基板401的蚀刻剂耐受的金属作为所述材料。在所述连接金属层414和所述p侧电极413之间可以形成由含Pt材料制成的另一阻隔层(barrier layer)，从而阻止所述连接金属层414中Au的扩散。
所述支承基板415由具有良好散热性的材料制成；例如，优选使用导电硅基板或由Mo、W、Ni、Cu或它们的合金制成的基板。根据对后续化学剥离用的蚀刻剂的耐受，选择所述基板。
此外，虽然未显示在图6(a)中，但是连接所述支承基板415的步骤(图6(a))优选包括：在所述支承基板415上顺序形成由含Pt材料制成的阻隔层和由含Au材料制成的支承基板侧连接层，以及将该支承基板侧连接层接合至所述连接金属层414。
然后，如图6(b)所示，通过蚀刻等除去缓冲层402，将基板401与第III族氮化物半导体层压体106分离。随后，在通过分离而暴露的n型半导体层403上形成n侧电极412。如此能够制造所述垂直型第III族氮化物半导体发光器件400。注意：在所述垂直型器件的情况下，必须如上所述除去缓冲层402；因此，所述缓冲层402优选由可以通过化学剥离方式除去的金属材料(例如，铬(Cr)、钪(Sc)、铪(Hf)或锆(Zr)等)或上述金属的氮化物构成。
上述每个实施方案仅仅是示例性实施方案的实例，本发明不局限于这些实施方案。以下将利用实施例更详细地描述本发明。然而本发明不局限于以下实施例。
实施例
(实施例1)
通过MOCVD法，在具有蓝宝石基板的(0001)面上的具有AlN外延层的AlN模板上，形成AlN层(厚度：27nm)作为初始层。然后，在其上顺序外延生长超晶格应变缓冲层、n型氮化物半导体层、发光层和p型氮化物半导体层，从而形成外延层压体。如此得到的层状结构显示在表1中。如表1所示，在所述p型氮化物半导体层的顶部形成3nm厚的p-GaN作为防氧化层。所述AlN外延层具有800nm的厚度，1×1010cm-2以下的位错密度。
通过光刻法在所述p型氮化物半导体层上形成抗蚀图案，溅射Ru至10nm的厚度。然后，通过除去所述抗蚀剂来除去所述抗蚀剂上的Ru，由此形成由5μm的Ru条以5μm的间隔构成的反射电极部。通过灰化清理表面后，在所述p型氮化物半导体层上外延生长p-GaN至50nm的厚度作为接触部。在50nm的情况下，所述接触部没有在所述反射电极部的横向生长。如此形成复合层。
然后，通过干法蚀刻部分暴露所述n型氮化物半导体层的表面，从而在所述n型氮化物半导体层上形成n侧电极(Ti/Al)。在所述复合层上形成p侧电极(Ni/Au)。在550℃退火之后，在所述p侧电极和n侧电极上均形成了电极极板。如此制造了图1所示的实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件100。
表1
Figure BDA00002986415900171
(实施例2)
除所述反射电极部的厚度为30nm和所述接触部的厚度为20nm之外，通过与实施例1相同的方法形成图4所示的实施方案2的III氮化物半导体发光器件200。
(实施例3)
通过与实施例1相同的方法制造图5所示的实施方案3的第III族氮化物半导体发光器件300，除了以下方面：接触部的不存在反射电极部的部分的厚度是200nm；因而，所述接触部横向生长在所述反射电极部上以覆盖厚度为10nm的所述反射电极部。
(实施例4)
通过与实施例1相同的方法制造图1所示的实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件100，除了以下方面：形成所述Ru膜之后，通过溅射在所述Ru膜上另外形成SiO2保护层(厚度：10nm)；通过除去所述抗蚀剂，除去所述抗蚀剂上的Ru膜和所述保护层，由此形成由5μm的Ru条以5μm的间隔构成的反射电极部；此外，形成p-GaN作为所述接触部之后，利用BHF除去所述SiO2保护层。
(比较例1)
形成直到所述p型氮化物半导体层的部件，从而使其除未形成所述顶部上的防氧化层之外具有与表1中所述层状结构相同的层状结构。然后，在所述p型氮化物半导体层顶部的整个表面上，顺序形成p型接触层(p-GaN，厚度：20nm)和反射电极层(Ru，厚度：10nm)。用与实施例1相同的方法，形成所述p侧电极和所述n侧电极。如此制造图7所示的第III族氮化物半导体发光器件500。附图标记501表示基板，502表示缓冲层，503表示n型半导体层，504表示发光层，505表示p型半导体层，506表示第III族氮化物半导体层压体，510表示p型接触层(p-GaN)，509表示反射电极层，512表示n侧电极和513表示p侧电极。
(比较例2)
除未形成比较例1的p型接触层(p-GaN)之外，通过与比较例1相同的方法，制造图8所示的第III族氮化物半导体发光器件600。附图标记601表示基板，602表示缓冲层，603表示n型半导体层，604表示发光层，605表示p型半导体层，606表示第III族氮化物半导体层压体，609表示反射电极层，612表示n侧电极，和613表示p侧电极。
(比较例3)
形成直到所述p型氮化物半导体层的部件，从而使其除未形成所述顶部上的防氧化层之外具有与表1中所述层状结构相同的层状结构。然后，在所述p型氮化物半导体层顶部的整个表面上，形成p型接触层(p-GaN，厚度：20nm)，然后如同实施例1，形成条状反射电极部(Ru，厚度：10nm)。随后，在所述反射电极部和所暴露的p型接触层上，形成Ni/Au作为p侧电极。如此制造图9所示的第III族氮化物半导体发光器件700。附图标记701表示基板，702表示缓冲层，703表示n型半导体层，704表示发光层，705表示p型半导体层，706表示第III族氮化物半导体层压体，710表示p型接触层，709表示反射电极层，712表示n侧电极和713表示p侧电极。
(评价方法)
测量在由恒流恒压电源提供给所得到的发光器件的20mA电流下的正向电压，并利用积分球测定其的光输出功率Po。以比较例1中所述值是1为基准，将所述测量值以指数表示。所述结果显示在表2中。更高的Po指数表明具有更高的光输出功率的优异特性。较低的Vf指数表明具有较低的正向电压的优异特性。
表2
Po(指数) Vf(指数)
实施例1 1.67 0.83
实施例2 1.50 1.00
实施例3 1.67 0.83
实施例4 1.69 0.83
比较例1 1 1
比较例2 0.67 1.67
比较例3 0.67 0.83
(评价结果)
如表2所示，在实施例1至4的每一个中，当所述正向电压Vf与比较例1中正向电压相同或比比较例1中正向电压好时，所述光输出功率Po显著高于比较例1中光输出功率Po。特别是在实施例4中，得到了最高的光输出功率，这是因为SiO2有效地阻止了Ru的氮化。另一方面，在比较例2中，没有得到足够的载流子密度，这是因为没有形成p型接触层(p-GaN)。与比较例1相比，比较例2的Vf更高，并且其Po更低。因此，这两个特性均比比较例1差。同时，与比较例1相比，比较例3的Vf更低，而其Po更低。
上述实施例显示了所述反射电极具有条状电极的情形。然而，通过在所述反射电极部形成点状开口部和在所述开口部中生长所述p型接触层，成功地获得了相同的效果。在所述实施例中，所述反射电极由Ru制成；然而，即使在用Mo或Rh代替Ru的情况下，也获得了类似的效果。
产业上的可利用性
根据本发明，具有反射电极部和接触部的复合层形成在第III族氮化物半导体层压体的与所述光提取侧相对的表面上，因此能够实现在电极和半导体层之间的良好欧姆接触，并充分发挥所述反射电极部的功能。因此，在不显著升高正向电压的情况下，能够提高所述发光效率。
附图标记说明
100：第III族氮化物半导体发光器件
101：基板
102：缓冲层
103：n型半导体层(第一导电型半导体层)
104：发光层
105：p型半导体层(第二导电型半导体层)
106：第III族氮化物半导体层压体
107：第一表面
108：第二表面
109：反射电极部
110：接触部
111：复合层
112：n侧电极(第一电极)
113：p侧电极(第二电极)
414：连接金属层
415：支承基板
116：保护层

Claims (10)

1.一种第III族氮化物半导体发光器件，其包含：
第III族氮化物半导体层压体，其包括发光层、第一导电型半导体层和导电型不同于所述第一导电型的第二导电型半导体层，其中所述发光层夹在所述第一导电型半导体层和所述第二导电型半导体层之间；和
第一电极和第二电极，其分别在所述第III族氮化物半导体层压体的所述第一导电型半导体层侧和所述第二导电型半导体层侧形成；
其中具有反射电极部和由AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成的接触部的复合层设置在所述第III族氮化物半导体层压体的第二表面上，所述第二表面与光提取侧的第一表面相对。
2.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中在所述复合层中，
设置所述反射电极部和所述接触部至少之一，从而在所述第二表面上形成多个岛状区域，以及
设置所述反射电极部和所述接触部的另一个，从而使其至少位于所述多个岛状区域之间。
3.根据权利要求1或2所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中具有所述第二表面的所述半导体层是p型，以及
所述反射电极部由Rh、Pt、Ir、Ru和Mo之一或含有任意这些的合金制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述第一电极和所述第二电极中位于所述第二表面侧的电极，形成在所述反射电极部和/或所述接触部上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述第III族氮化物半导体层压体的所述第二表面是由AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成的厚度为5nm以下的半导体层的一部分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述接触部比所述反射电极部厚。
7.根据权利要求6所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中形成所述接触部从而覆盖所述反射电极部。
8.一种制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其包含以下步骤：
在基板上形成缓冲层；
在所述缓冲层上，通过顺序形成第一导电型半导体层、发光层和导电型不同于所述第一导电型的第二导电型半导体层来形成第III族氮化物半导体层压体；
在所述第III族氮化物半导体层压体的所述第二导电型半导体层侧的表面的第一区域上形成反射电极部；
至少在所述第一区域之外的第二区域上形成由AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成的接触部；和
在所述第III族氮化物半导体层压体上的所述第一导电型半导体层侧和所述第二导电型半导体层侧分别形成第一电极和第二电极。
9.根据权利要求8所述的制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其进一步包含以下步骤：在所述第III族氮化物半导体层压体的形成有所述反射电极部和所述接触部的表面上，形成由AlxGa1-xN(0≤x≤0.05)制成的厚度为5nm以下的半导体层。
10.根据权利要求8或9所述的制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其进一步包含以下步骤：
在形成所述反射电极部的步骤之后，在所述反射电极部上设置保护层；
然后形成所述接触层；和然后除去所述保护层。
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