CN1918719A - 基于氮化镓的化合物半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个目的是提供一种具有正电极的氮化镓化合物半导体发光器件，其呈现与p型氮化镓化合物半导体层的低接触电阻并且可以高生产率制造。所述发明的氮化镓化合物半导体发光器件包括衬底、n型半导体层、发光层、p型半导体层、被设置为与所述n型半导体层接触的负电极，以及被设置为与所述p型半导体层接触的正电极，这些层以此顺序依次设置在所述衬底的上方并由氮化镓化合物半导体形成，其中所述正电极包括至少接触金属层，所述接触金属层与所述p型半导体层接触，所述接触金属层包括至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re和Os的金属或者包含所述至少一种金属的合金；以及在所述正电极侧上的所述p型半导体层的表面部分包括包含正电极金属的层，所述包含正电极金属的层包含至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re和Os的金属。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是基于35U.S.C.§111(a)提交的申请，根据35U.S.C.§119(e)(1)，要求基于35U.S.C.§111(b)于2004年3月3日提交的临时申请60/549,443的优先权。
技术领域
本发明涉及一种氮化镓化合物半导体发光器件，更具体地说，涉及一种具有正电极的倒装芯片型氮化镓化合物半导体发光器件，其呈现优良的特性并且可以高生产率制造。
背景技术
近年来，作为用于制造发射紫外至蓝光或者绿光的发光二极管(LED)的材料，用分子式AlxGayIn1-x-yN(0≤x＜1，0≤y＜1，x+y＜1)表示的氮化镓化合物半导体已经引起了兴趣。通过采用这种化合物半导体，可以获得具有高发射强度的紫外光、蓝光或者绿光；这样高强度的光通常难以获得。与GaAs发光器件的情况不同，这种氮化镓化合物半导体通常生长在蓝宝石衬底(即绝缘衬底)上；因此，在衬底的背面上不能设置电极。因此，负电极和正电极都必须被设置在通过在衬底上晶体生长形成的半导体层上。
在氮化镓化合物半导体器件的情况下，蓝宝石衬底相对于发射的光透明。因此，注意力被吸引至如此配置的倒装芯片型发光器件，将半导体器件安装在引线框架上以使电极面对框架，从而通过蓝宝石衬底提取发射的光。
图1是示出了倒装芯片型发光器件的一般结构的示意图。具体地说，发光器件包括衬底1、缓冲层2、n型半导体层3、发光层4以及p型半导体层5，这些层通过晶体生长形成在衬底上方。通过蚀刻去除部分发光层4和部分p型半导体层5，从而使部分n型半导体层3暴露到外面。在p型半导体层5上形成正电极10，并在n型半导体层3的暴露部分上形成负电极20。将发光器件安装在例如引线框架上以使电极面对框架，随后接合它们。因此，通过衬底1提取从发光层4发射的光。在该发光器件中，为了获得光的有效提取，正电极10由反射性金属形成，并且将其设置为覆盖p型半导体层5的大部分，从而使从发光层发射的朝向正电极的光被正电极10反射，并且也通过衬底1被提取。
因此，要求正电极由呈现低接触电阻和高反射率的材料形成。一种用于获得低接触电阻的广泛已知的技术包括，在p型半导体层上形成由例如Au/Ni的材料形成的接触金属层，并使这些金属合金化，以形成透明的接触金属层。尽管该技术适用于获得低的接触电阻，但形成的接触金属层呈现差的透光率，并且包括该接触金属层的电极呈现低的反射率。
同时，呈现低接触电阻和高反射率的接触金属层可以由呈现高功函数的金属例如Pt制得。事实上，日本专利申请公开号2000-36619、2000-183400等公开了在p型半导体层上直接气相沉积例如Pt的金属作为接触金属层。然而，与通过Au/Ni合金化技术获得的金属接触层相比，这样形成的金属接触层呈现高的接触电阻。
日本专利号3,365,607公开了，为了降低接触电阻，将要与p型半导体层接触的接触金属层由包含Pt族金属和Ga的层制成。具体地说，在p型半导体层上同时气相沉积Pt和Ga，以形成层(厚度：20nm)，随后，进一步气相沉积Pt(厚度：100nm)。可选地，在p型半导体层上直接气相沉积Pt(厚度：100nm)，随后对其退火(600至900℃)。然而，该技术具有缺陷，即Ga和另一种金属的同时气相沉积或者包括在该技术中的退火降低了生产率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有正电极的氮化镓化合物半导体发光器件，其呈现与p型氮化镓化合物半导体层的低接触电阻并可以高生产率制造。
本发明提供了以下方面。
(1)一种氮化镓化合物半导体发光器件，包括衬底、n型半导体层、发光层、p型半导体层、被设置为与所述n型半导体层接触的负电极，以及被设置为与所述p型半导体层接触的正电极，这些层以此顺序依次设置在所述衬底上方并由氮化镓化合物半导体构成，其中
所述正电极包括至少接触金属层，所述接触金属层与所述p型半导体层接触，
所述接触金属层包括至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re和Os的金属或者包含所述至少一种金属的合金，以及
在所述正电极侧上的所述p型半导体层的表面部分包括包含正电极金属的层，所述包含正电极金属的层包含至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re和Os的金属。
(2)根据上述(1)的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含正电极金属的层的厚度为0.1至10nm。
(3)根据上述(1)或(2)的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含正电极金属的层包含至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re和Os的金属，其浓度为相对于所述包含正电极金属的层中所包含的金属原子的总量的0.01至30原子％。
(4)根据上述(1)至(3)中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述正电极包括在所述接触金属层上的反射层，所述反射层包括至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re、Os和Ag的金属或者包含所述至少一种金属的合金。
(5)根据上述(4)的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述反射层具有柱状晶体结构。
(6)根据上述(4)或(5)的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层的厚度为1至30nm。
(7)根据上述(4)至(6)中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述反射层的厚度为30至500nm。
(8)根据上述(1)至(7)中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中在所述p型半导体层侧上的所述接触金属层的表面部分包括包含半导体金属的层，所述包含半导体金属的层包含III族金属。
(9)根据上述(8)的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含半导体金属的层还包含氮原子。
(10)根据上述(8)或(9)的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含半导体金属的层的厚度为0.1至3nm。
(11)根据上述(8)至(10)中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含半导体金属的层包含III族金属，其浓度为相对于在所述包含半导体金属的层中所包含的金属原子的总量的0.1至50原子％。
(12)根据上述(1)至(11)中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层包括Pt。
(13)根据上述(12)的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层具有小于等于1.130的Pt(222)面间距。
(14)根据上述(1)至(13)中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层通过RF放电溅射形成。
(15)根据上述(4)至(13)中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层通过RF放电溅射形成，以及所述反射层通过DC放电溅射形成。
(16)一种制造根据上述(1)至(15)中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件的方法，其中在形成所述接触金属层的步骤后，所述氮化镓化合物半导体发光器件维持在小于等于350℃的温度下。
在本发明的氮化镓化合物半导体发光器件中，在正电极侧上的p型半导体层的表面部分包括包含正电极金属的层，该包含正电极金属的层包含形成接触金属层的金属。因此，可以降低正电极与p型半导体层之间的接触电阻。
在本发明的发光器件中，在半导体层侧上的正电极接触金属层的表面部分包括包含半导体金属的层，该包含半导体金属的层包含形成半导体层的III族金属。因此，可以进一步降低接触电阻。
另外，由于通过RF放电溅射形成正电极接触金属层，可以不经退火而形成包含正电极金属的层和包含半导体金属的层，导致生产率提高。
附图说明
图1是示出了常规倒装芯片型化合物半导体发光器件的一般结构的示意图；
图2是示出了根据本发明的示例性的倒装芯片型化合物半导体发光器件的一般结构的示意图；
图3是示出了在实例1中制得的化合物半导体发光器件的接触金属层的截面TEM图像的EDS分析结果的示例性图表；
图4是示出了在实例1中制得的化合物半导体发光器件的p型半导体层的截面TEM图像的EDS分析结果的示例性图表；
图5是示出了在实例5中制得的化合物半导体发光器件的正电极/p型接触层的SIMS分析结果的示例性图表；
图6是示出了在实例5中制得的化合物半导体发光器件的接触金属层的截面TEM图像的EDS分析结果的示例性图表；以及
图7是在实例5中制得的化合物半导体发光器件的正电极/p型接触层的示例性的截面TEM照片。
具体实施方式
在本发明中，对层叠在衬底上的氮化镓化合物半导体层没有特定限制，并且这些半导体层叠层可以具有如图1所示的常规已知的结构；即，包括缓冲层2、n型半导体层3、发光层4和p型半导体层5的层压结构，这些层通过晶体生长形成在衬底1的上方。对衬底种类没有特定限制，并且可以采用常规已知的衬底，例如蓝宝石和SiC。已知用分子式AlxGayIn1-x-yN(0≤x＜1；0≤y＜1；x+y＜1)表示的各种氮化镓化合物半导体。对本发明中采用的氮化镓化合物半导体没有特定限制，并且也可以采用用分子式AlxGayIn1-x-yN(0≤x＜1；0≤y＜1；x+y＜1)表示的氮化镓化合物半导体。
例如，氮化镓化合物半导体层压结构可以是图2中所示的层叠结构，其包括由AlN层形成的缓冲层2、由n型GaN层形成的接触层3a、由n型GaN层形成的下包覆层3b、由InGaN层形成的发光层4、由p型AlGaN层形成的上包覆层5b，以及由p型GaN层形成的接触层5a，层2至5a依次形成在蓝宝石衬底1的上方。
通过蚀刻将以下各层：接触层5a、上包覆层5b、发光层4和下包覆层3b的一部分去除，这些层构成上述氮化镓化合物半导体层压结构，随后，在部分接触层3a上设置常规的负电极20(例如Ti/Au)。在接触层5a上设置正电极10。
根据本发明，正电极10主要包括与p型半导体层接触的接触金属层。在接触金属层上可以形成反射层。如果接触金属层呈现足够的反射率，接触金属层也被用作反射层。然而，优选地，相互独立地设置用于获得低接触电阻的接触金属层和用于获得高反射率的反射层。在设置有反射层的情况下，要求接触金属层呈现低接触电阻和高透光率。在正电极的顶部，通常设置用于建立在正电极与电路衬底、引线框架等之间的电接触的接合衬垫层。
为了获得低接触电阻，接触金属层优选由呈现高功函数的金属，即至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re和Os的金属，或者包含所述至少一种金属的合金制造。该金属更优选Pt、Ir、Rh或Ru，尤其优选Pt。
接触金属层的厚度优选为大于等于1nm，以一致地获得低接触电阻，更优选大于等于2nm，尤其优选大于等于3nm。从足够的透光率的观点来看，该厚度优选小于等于30nm，更优选小于等于20nm，尤其优选小于等于10nm。
在正电极侧上的p型半导体层的表面包括包含正电极金属的层，该包含正电极金属的层包含形成上述接触金属层的金属。通过采用该结构，可以降低正电极与p型半导体层之间的接触电阻。
在本发明中，术语“包含正电极金属的层”是指这样的层，其存在于p型半导体层中，并且包含形成接触金属层的金属。
包含正电极金属的层优选具有0.1至10nm的厚度。当该厚度小于0.1nm或超过10nm时，难以获得低的接触电阻。为了获得更低的接触电阻，更优选该厚度为1至8nm。表1示出了在20mA的电流下包含正电极金属的层的厚度与正向电压之间的关系。
表1
| 包含正电极金属的层的厚度nm | 正向电压V |
| 0.1 | 4 |
| 1 | 3.3 |
| 5 | 3.2 |
| 8 | 3.3 |
| 10 | 3.6 |
包含正电极金属的层优选包含形成接触金属层的金属，其相对于在包含正电极金属的层中所包含的金属原子的总量的浓度为0.01至30原子％。当该浓度小于0.01原子％时，难以获得低的接触电阻，而当该浓度超过30原子％时，半导体的结晶度被削弱。因此，该浓度优选为1至20原子％。在包含正电极金属的层中，该浓度变化，并且在与接触金属层接触的界面处该浓度较高。特别地，包含正电极金属的层可以包含形成反射层的金属。在这种情况下，由形成接触金属层的金属与形成反射层的金属的总和得到金属浓度。
通过本领域的技术人员公知的对截面TEM图像的EDS分析，可以确定包含正电极金属的层的厚度以及该层的形成正电极的金属的含量。具体地说，在厚度方向上从其(在正电极侧上的)顶面至其底面观测p型半导体层的多个截面TEM图像(例如，五个图像)，并通过EDS分析观测到的图像。从各EDS图表，可以确定该层中所包含的金属的种类和数量。在五个图像不足以确定该层的厚度的情况下，捕获并分析其它图像。
还优选将包含半导体金属的层包括到在半导体侧上的接触金属层的表面部分中，所述包含半导体金属的层包含形成半导体的金属，因为正电极与p型半导体层之间的接触电阻被进一步降低。在本发明中，术语“包含半导体金属的层”是指这样的层，其存在于接触金属层中，并包含形成半导体的金属。
包含半导体金属的层优选具有0.1至3nm的厚度。当该厚度小于0.1nm时，接触电阻没有明显改善，而当该厚度超过3nm时，透光率降低。更优选地，该厚度为1至3nm。表2示出了在20mA的电流下包含半导体金属的层的厚度与正向电压之间的关系。
表2
| 包含半导体金属的层的厚度nm | 正向电压V |
| 0.1 | 3.9 |
| 1 | 3.2 |
| 2 | 3.3 |
| 3 | 3.3 |
| 5 | 3.3 |
包含半导体金属的层优选包含形成半导体的金属，其相对于在包含半导体金属的层中所包含的金属原子的总量的浓度为0.1至50原子％。当该浓度小于0.1原子％时，接触电阻没有明显改善，而当该浓度超过50原子％时，透光率可降低。更优选地，该浓度为1至20原子％。
与包含正电极金属的层类似，通过对截面TEM图像的EDS分析，可以确定包含半导体金属的层的厚度以及形成半导体的金属的含量。
反射层可以由高反射率的金属，例如至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re、Os和Ag的金属，或者包含所述至少一种金属的合金形成。反射层优选具有大于等于30nm的厚度。当该厚度小于30nm时，很难在整个表面上均匀地形成高反射率的电极。因此，该厚度优选大于等于50nm。从制造成本的观点来看，该厚度优选小于等于500nm。
对接合衬垫层的材料和结构没有特定限制，并且可以采用由例如Au、Al、Ni和Cu的材料形成的各种常规已知的结构。接合衬垫层优选具有100至1,000nm的厚度。考虑到接合衬垫层的特性，该层的厚度越大，接合性能提高越多。因此，该厚度优选大于等于300nm。然而，从制造成本的观点来看，该厚度优选小于等于500nm。
接下来，将说明接触金属层、包含正电极金属的层以及包含半导体金属的层的形成方法。
优选地，通过基于RF放电的溅射，在p型半导体层上形成接触金属层。已经阐明了，可以通过RF放电溅射而不是通过气相沉积或者DC放电溅射，形成呈现低接触电阻的电极。
在通过RF放电溅射形成膜时，沉积在p型半导体层上的溅射原子通过离子辅助效应获得能量。因此，认为促进了p型半导体(例如Mg掺杂的p-GaN)的表面部分中溅射原子的扩散。另外，在膜形成期间，形成p型半导体的顶面的原子被赋予能量。因此，认为促进了在接触金属层中半导体材料(例如Ga)的扩散。通过对接触金属层(即通过RF溅射形成在p-GaN层上的膜)的截面TEM图像的EDS分析，观测到包含来自于半导体的Ga和形成接触金属层(即包含半导体金属的层)的Pt的部分(见图3，即对在本发明的实例1中获得的接触金属层的分析结果)。
在半导体层中，通过对截面TEM图像的EDS分析，观测到包含Ga、N和Pt(即包含正电极金属的层)的部分(见图4，即对在本发明的实例1中获得的p型半导体层的分析结果)。
在对截面TEM图像的EDS分析中，不能确认在包含半导体金属的层中N的存在。然而，在SIMS分析中，可以确认在包含半导体金属的层中N的存在。通过从正电极侧的SIMS分析，分析了在实例5中获得的发光器件。图5是绘制了Rh、Ga和N的二次离子强度与深度的关系的示例性图表。可以确认N与Rh。而且，图6是示出了在实例5中获得的发光器件的接触金属层的截面TEM图像的EDS分析结果的示例性图表。在该分析中，N在探测极限之下，所以不能确认N的存在。
通过RF放电溅射形成的膜在例如结晶度方面与通过DC放电溅射形成的膜不同。从截面TEM照片，在DC膜中观测到柱状晶体结构，这表示DC膜是致密的膜。比较而言，在RF膜中没有观测到柱状晶体结构。图7是在实例5中获得的发光器件的截面TEM照片(放大倍数＝200,000)。发现，通过DC放电溅射形成的Rh反射层具有柱状晶体结构。在该放大倍数下，不能辨认Pt接触金属层。
如表3所示，发现在DC膜中通过X射线分析确定的Pt(222)面晶格间距小于在RF膜中的Pt(222)面晶格间距。
表3 Pt(222)面间距
| 接触金属层 | 溅射 | Pt(222)面间距 |
| Pt | DC | 1.138 |
| Pt | RF | 1.128 |
当采用RF放电溅射时，在初始阶段，形成的膜的接触电阻降低。然而，当膜厚度增加时，因为膜密度很小，膜的反射率低于通过DC放电溅射形成的膜。因此，在优选模式下，通过RF放电溅射形成具有限定厚度的接触金属薄层，以呈现低的接触电阻和提高的透光率，随后，通过DC放电在其上形成反射层。
表4示出了通过RF放电溅射形成的接触金属膜的厚度与该膜的透光率之间的关系，以及与通过Au/Ni的合金化形成的常规薄膜的比较。由表4很明显，膜厚度的减小导致高的透射率。
表4 金属薄膜的透光率
(@＝450nm)
| 膜厚度 | 透射率 | |
| Au/Ni，退火后 | 15nm | 约70％ |
| Pt RF膜 | 2.5nm | 约75％ |
| 同上 | 5.0nm | 约50％ |
如上所述，通过RF溅射形成接触金属层，成功地形成本发明的包含半导体金属的层和包含正电极金属的层。根据该技术，可以省去形成接触金属层后的退火。如果在高于350℃的温度下进行退火，则促进Pt和Ga的扩散，从而降低半导体的结晶度，这可能导致电特性的劣化。
在包含半导体金属的层中和在包含正电极金属的层中，认为来自于正电极材料的金属、来自于半导体材料的金属(例如Ga)，以及N以化合物、合金或简单混合物的形式存在。在任何情况下，通过以上层的媒介作用，接触金属层与p型半导体层之间的界面变得如此不清晰，以致该界面不再能被限定，从而获得低的电阻。
通过利用上述方法，即使在p型接触层中具有特定高的氢浓度，也可以获得p型接触层与正电极之间的欧姆接触。通常，认为p型掺杂剂Mg与p型接触层中的氢结合，以致不起掺杂剂的作用。因此，当p型接触层中的氢浓度较低时，更容易获得欧姆接触。然而，在本发明的发光器件中，即使p型接触层中的氢浓度大于等于1019cm-3，也可以获得欧姆接触。
在从常规采用的条件适当选择的条件下，可通过利用公知的溅射装置进行RF溅射。具体地说，将包括衬底和层叠在衬底上的氮化镓化合物半导体层的结构置于反应室中，并且将衬底温度控制在室温至500℃的范围内。尽管不需要特别加热衬底，为了促进形成接触金属层的金属和形成半导体的金属的扩散，衬底可以被适当地加热。将反应室抽真空至10-4至10-7Pa的真空。可采用的溅射气体的实例包括He、Ne、Ar、Kr和Xe。其中，从可用性的观点来看，Ar是优选的。将它们中的任何一种引入反应室，以便将反应室内部的压力控制为0.1至10Pa，优选0.2至5Pa，然后开始放电。输入功率优选0.2至2.0kW。通过控制放电时间和供给功率，可以调节形成的层的厚度。采用的溅射靶的氧含量优选小于等于10,000ppm，以降低形成的层的氧含量，更优选小于等于6,000ppm。
实例
接下来，将通过实例和比较实例更详细地说明本发明，这些实例不应该被解释为将本发明限制于此。
表5示出了在实例和比较实例中采用的正电极材料和接触金属层形成条件，以及制得的器件的特性。在实例和比较实例中，通过TLM方法确定比接触电阻，并在20mA的电流下确定正向电压和输出。
<实例1>
图2是示出了本实例中制得的氮化镓化合物半导体发光器件的示意图。
通过以下的工序制造被用于制造发光器件的氮化镓化合物半导体层叠结构：在蓝宝石衬底1上形成AlN缓冲层2；以及在缓冲层2上依次形成n型GaN接触层3a、n型GaN下包覆层3b、InGaN发光层4、p型AlGaN上包覆层5b和p型GaN接触层5a。接触层3a由Si掺杂(7×1018/cm3)的n型GaN构成，下包覆层3b由Si掺杂(5×1018/cm3)的n型GaN构成，以及具有单量子阱结构的发光层4由In0.95Ga0.05N构成。上包覆层5b由Mg掺杂(1×1018/cm3)的p型Al0.25Ga0.75N构成。接触层5a由Mg掺杂(5×1019/cm3)的p型GaN构成。在本领域中公知的典型条件下，通过MOCVD进行这些层的层叠。
通过下述工序，将正电极和负电极设置在氮化镓化合物半导体层叠结构上，从而制造倒装芯片型氮化镓化合物半导体发光器件。
(1)首先，为了去除接触层5a上的氧化膜，将氮化镓化合物半导体器件在沸腾浓HCl中处理10分钟。
然后，通过以下的工序在接触层5a上形成正电极。
将抗蚀剂均匀地施加到接触层的整个表面上，然后通过常规光刻技术去除设置在将形成正电极的区域上的部分抗蚀剂。在室温下，将如此形成的结构浸入缓冲氢氟酸(BHF)中一分钟，随后以以下方式在真空溅射装置中形成正电极。
反应室被抽真空至小于等于10-4Pa的真空度。将上述氮化镓化合物半导体层叠结构置于反应室中，并将用作溅射气体的Ar供给到反应室中。在反应室的内部压力被控制在3Pa后，开始RF放电溅射。输入功率为0.5kW，从而形成用作接触金属层的Pt层(厚度：4.0nm)。随后，在与上述相同的压力和输入功率下，通过DC放电溅射形成Pt反射层(厚度：200nm)。随后，在与上述相同的压力和输入功率下，通过DC放电溅射形成Au接合衬垫层(厚度：300nm)。将该结构从溅射装置中取出，并且通过剥离(lift-off)技术一起去除除了正电极区域以外的部分金属膜以及抗蚀剂。
(2)通过以下的工序在正电极上形成蚀刻掩膜。在整个表面上均匀地施加抗蚀剂后，通过常规光刻技术，去除比正电极区域稍宽的区域对应的部分抗蚀剂。将该结构置于真空气相沉积装置中，并通过电子束方法，在小于等于4×10-4Pa的压力下层叠厚度分别为约50nm和300nm的Ni层和Ti层。随后，通过剥离技术一起去除除了蚀刻掩膜以外的部分金属膜以及抗蚀剂。蚀刻掩膜用作保护层，用于保护正电极在使接触层3a暴露的反应离子干法蚀刻期间不受等离子体诱导的损伤。
(3)通过以下的工序暴露接触层3a。具体地说，通过反应离子干法蚀刻，蚀刻半导体层叠结构，直到接触层3a暴露，然后将产生的层叠结构从干法蚀刻装置中取出。通过采用硝酸和氢氟酸，去除在上述(2)中形成的蚀刻掩膜。为了形成在下述步骤中制造的n型电极，进行干法蚀刻。
(4)通过以下的工序在接触层3a上形成负电极。在整个表面上均匀地施加抗蚀剂后，通过常规光刻技术，去除与暴露的接触层3a的负电极区域对应的部分抗蚀剂。通过上述气相沉积方法，形成Ti(厚度：100nm)和Au(厚度：300nm)。一起去除除了负电极区域以外的部分金属膜以及抗蚀剂。
(5)通过以下的工序形成保护膜。在整个表面上均匀地施加抗蚀剂后，通过常规光刻技术，去除正电极与负电极之间的部分抗蚀剂。通过上述溅射方法，形成SiO2膜(厚度：200nm)。一起去除除了被保护区域以外的部分SiO2膜以及抗蚀剂。
(6)将晶片切割成小片，从而制造本发明的氮化镓化合物半导体发光器件。
在小于等于350℃的温度下，进行形成正和负电极的步骤。
将每个制得的氮化镓化合物半导体发光器件的小片安装在TO-18上，然后测定器件特性。结果如表3所示。
通过对截面TEM图像的EDS分析，估计包含半导体金属的层的厚度为2.5nm，以及估计该层的Ga含量(相对于所有金属原子(Pt+Ga))为1至20原子％。估计包含正电极金属的层的厚度为6.0nm。在该层中，发现Pt作为正电极材料存在。估计该层的Pt含量(相对于所有金属原子(Pt+Ga))为1至10原子％。图3是示出了接触金属层的截面TEM图像的EDS分析结果的示例性图表，以及图4是示出了接触层5a的截面TEM图像的EDS分析结果的示例性图表。
<实例2至14>
除了改变正电极材料和膜形成条件以外，重复实例1的工序，从而制造氮化镓化合物半导体发光器件。并且测定器件特性。结果如表5所示。关于这些发光器件，包含正电极金属的层的厚度为1至8nm，以及正电极金属的含量为0.5至18％。包含半导体金属的层的厚度为0.5至3nm，以及Ga的含量为1至20％。而且，当对在实例3中得到的发光器件在RTA炉中在400℃的气氛中退火10分钟时，正向电压升高到3.8V。
<比较实例>
除了通过DC放电溅射形成接触金属层以外，重复实例2的工序，从而制造氮化镓化合物半导体发光器件。在制得的器件中没有观测到包含正电极金属的层或包含半导体金属的层。其器件特性如表5所示。
工业适用性
根据本发明的氮化镓化合物半导体发光器件呈现优良的特性，并且可以高生产率制造。因此，该发光器件适于制造发光二极管、灯等。
表5 在实例和比较实例中采用的条件以及器件特性
| 接触金属层 | 反射层 | 接合衬垫层 | 比接触电阻Ωcm2 | 器件特性 | ||||||
| 材料 | 膜形成 | 膜形成条件 | ||||||||
| 功率/W | 压强/Pa | 厚度/ | 正向电压/V | 输出/mW | ||||||
| 比较实例 | Pt | DC | 100 | 0.8 | 40 | Pt | Au | 2×10-1 | 5 | 6.5 |
| 实例1 | Pt | RF | 500 | 3 | 40 | Pt | Au | 4×10-2 | 4.3 | 5.8 |
| 实例2 | Pt | RF | 100 | 0.8 | 40 | Pt | Au | 3×10-2 | 4.2 | 5.9 |
| 实例3 | Pt | RF | 100 | 3 | 40 | Pt | Au | 5×10-5 | 3.4 | 6 |
| 实例4 | Pt | RF | 100 | 3 | 15 | Pt | Au | 5×10-3 | 4 | 6.3 |
| 实例5 | Pt | RF | 100 | 3 | 40 | Rh | Au | 5×10-5 | 3.3 | 6.2 |
| 实例6 | Pt | RF | 100 | 3 | 40 | Ir | Au | 5×10-5 | 3.3 | 6.3 |
| 实例7 | Pt | RF | 100 | 3 | 40 | Re | Au | 5×10-5 | 3.3 | 6.1 |
| 实例8 | Pt | RF | 100 | 3 | 40 | Ru | Au | 5×10-5 | 3.3 | 6.1 |
| 实例9 | Pt | RF | 100 | 3 | 40 | Ag | Au | 5×10-5 | 3.3 | 6.6 |
| 实例10 | Rh | RF | 100 | 3 | 40 | Pt | Au | 6×10-5 | 3.4 | 6 |
| 实例11 | Ir | RF | 100 | 3 | 40 | Pt | Au | 5×10-5 | 3.4 | 6.1 |
| 实例12 | Ru | RF | 100 | 3 | 40 | Pt | Au | 7×10-5 | 3.6 | 5.9 |
| 实例13 | Re | RF | 100 | 3 | 40 | Pt | Au | 8×10-5 | 3.5 | 5.8 |
| 实例14 | Pd | RF | 100 | 3 | 40 | Pt | Au | 9×10-5 | 3.6 | 5.9 |
Claims (16)
1.一种氮化镓化合物半导体发光器件，包括衬底、n型半导体层、发光层、p型半导体层、被设置为与所述n型半导体层接触的负电极，以及被设置为与所述p型半导体层接触的正电极，这些层以此顺序依次设置在所述衬底上方并由氮化镓化合物半导体构成，其中
所述正电极包括至少接触金属层，所述接触金属层与所述p型半导体层接触，
所述接触金属层包括至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re和Os的金属或者包含所述至少一种金属的合金，以及
在所述正电极侧上的所述p型半导体层的表面部分包括包含正电极金属的层，所述包含正电极金属的层包含至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re和Os的金属。
2.根据权利要求1的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含正电极金属的层的厚度为0.1至10nm。
3.根据权利要求1或2的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含正电极金属的层包括至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re和Os的金属，其浓度为相对于所述包含正电极金属的层中所包含的金属原子的总量的0.01至30原子％。
4.根据权利要求1至3中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述正电极包括在所述接触金属层上的反射层，所述反射层包括至少一种选自Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re、Os和Ag的金属或者包含所述至少一种金属的合金。
5.根据权利要求4的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述反射层具有柱状晶体结构。
6.根据权利要求4或5的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层的厚度为1至30nm。
7.根据权利要求4至6中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述反射层的厚度为30至500nm。
8.根据权利要求1至7中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中在所述p型半导体层侧上的所述接触金属层的表面部分包括包含半导体金属的层，所述包含半导体金属的层包含III族金属。
9.根据权利要求8的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含半导体金属的层还包含氮原子。
10.根据权利要求8或9的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含半导体金属的层的厚度为0.1至3nm。
11.根据权利要求8至10中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述包含半导体金属的层包含III族金属，其浓度为相对于所述包含半导体金属的层中所包含的金属原子的总量的0.1至50原子％。
12.根据权利要求1至11中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层包括Pt。
13.根据权利要求12的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层具有小于等于1.130的Pt(222)面间距。
14.根据权利要求1至13中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层通过RF放电溅射形成。
15.根据权利要求4至13中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件，其中所述接触金属层通过RF放电溅射形成，且所述反射层通过DC放电溅射形成。
16.一种制造根据权利要求1至15中任何一项的氮化镓化合物半导体发光器件的方法，其中在形成所述接触金属层的步骤后，所述氮化镓化合物半导体发光器件维持在小于等于350℃的温度下。
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| PB01 | Publication | ||
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Owner name: TOYODA GOSEI CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHOWA DENKO K.K. Effective date: 20130123 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
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