TW200529477A

TW200529477A - Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device

Info

Publication number: TW200529477A
Application number: TW094105339A
Authority: TW
Inventors: Koji Kamei
Original assignee: Showa Denko Kk
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2005-09-01
Also published as: KR100831957B1; TWI261371B; US20070170461A1; CN1918719A; KR20070007784A; CN100438101C

Description

20052,9477 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於氮化鎵系化合物半導體發光元件，尤其是關於具有優越的特性及生產性之正極的覆晶型氮化鎵系化合物半導體發光元件。【先前技術】近年來以 AlxGaylnhx-yNCOSxSl、OSy^l、X + y$i )所代表之氮化鎵系化合物半導體係作爲自紫外光域至藍色或綠色的發光二極體（LED )之材料而受到注目。藉由使用此種材料之化合物半導體，即可實現一向是認爲困難的高發光強度的紫外光、藍色、綠色等之發光。如此之氮化鎵系化合物半導體，由於其係通常被生長在絕緣性基板之藍寶石基板上，所以不能如同砷化鎵（GaAs )系發光元件般將電極設置在基板背面。因此，必須將負極及正極兩者形成在已經生長晶體的半導體層側。尤其是在使用氮化鎵系化合物半導體的半導體元件之情形時，則由於藍寶石基板對發光波長具有透光性，所以一種使電極面朝下側而安裝，以供由藍寶石基板側導出光之結構的「覆晶型」已受到注目。第1圖係展示此種型式的發光元件之一般性結構實例示意圖。亦即，發光元件係在基板1上使緩衝層2、η型半導體層3、發光層4、及ρ型半導體層5進行晶體生長，並以蝕刻除去發光層4及ρ型半導體層5之一部份，以使η型半導體層3露出，且在ρ型半導體層5上形成正極10、在 200529477 η型半導體層3上形成負極2 0。如此之發光元件係例如經將電極形成面朝向導線架而安裝，然後加以接合所製得。並且’經在發光層4產生之光則供由基板1側取出。在此種型式之發光元件，爲有效率地取出光，一向是對正極i 〇則使用反射性之金屬將其以覆蓋大部份的p型半導體層5 之方式予以設置以使經由發光層朝向正極側的光也以正極 1 〇加以反射而供由基板1側取出。因此，對正極材料則要求必須爲低接觸電阻、且高反射率。爲獲得低接觸電阻，一種在與p型半導體層相接的接觸金屬層使用Au/Ni等之材料並予以合金化（將同時受到透明化）之方法已廣泛爲眾所皆知，此方法對於欲獲得低接觸電阻之目的是有效，但是由於接觸金屬層之光透射率固爲低以致作爲電極之反射率較低。另一方面，若使用Pt等之高功函數（work function)金屬時，則被認爲可使低接觸電阻與高反射率兩者並存，在曰本國專利特開平第2000-366 1 9號公報及特開平第2000-183400號公報等，則以Pt等之金屬作爲接觸金屬層而直接以蒸鍍形成在P型半導體層上。然而’此種情形下之接觸電阻卻比Au/Ni的合金化者較爲差。另外，在發明專利第3,365,607號公報，則將與p型半導體層相接之接觸金屬層作成爲含有Pt族金屬與Ga之層以期望降低接觸電阻。具體而言’其係採取經在P型半導體層上同時蒸鍍Pt與Ga (厚度爲20奈米）後予以蒸鍍Pt (厚度爲100奈米），或經在P型半導體層上直接蒸鍍厚 200529477 度爲100奈米之Pt後予以退火（600〜900 °C )等之方法。惟由於需要Ga之同時蒸鍍或退火，因此卻有生產性較差之難題。【發明內容】本發明之目的係提供一種與p型氮化鎵系化合物半導體層之接觸電阻小，且具有優異生產性的正極之氮化鎵系化合物半導體發光元件。本發明提供下述發明。 φ ( 1 ) 一種氮化鎵系化合物半導體發光元件，係將由氮化鎵系化合物半導體所構成的η型半導體層、發光層及Ρ型半導體層依此順序而設置在基板上，且負極及正極係分別設置成接於η型半導體層及 ρ型半導體層；其特徵爲該正極至少具有接於Ρ 型半導體層之接觸金屬層，該接觸金屬層係由選自由Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re及Os所構成之族群中之至少一種金屬或含有該等中之至少一種的 φ 合金所構成，且在該P型半導體層之正極側表面設置含有選自由？1、11*、1111、？(1、1111、116及〇5 所構成之族群中之至少一種金屬之正極金屬混雜層。 (2 ) 如上述第1項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中正極金屬混雜層之厚度爲0.1〜10奈米。 (3 ) 如上述第1或2項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中在正極金屬混雜層中選自由Pt、Ir、 200529477

Rh、Pd、Ru、Re及〇s所構成之族群中之至少一種金屬之濃度爲相對於該正極金屬混雜層中全金屬爲0.01〜30原子％。 (4 ) 如上述第1至3項中任一項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中正極係在接觸金屬層上具有選自由 Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re、Os 及 Ag 所構成之族群中之至少一種金屬或含有該等中之至少一種的合金所構成之反射層。 (5) 如上述第4項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中反射層爲柱狀結晶結構。 (6) 如上述第4或5項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中接觸金屬層之厚度爲1〜30奈米。 (7) 如上述第4至6項中任一項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中反射層之厚度爲30〜500奈米。 (8) 如上述第1至7項中任一項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中在接觸金屬層之p型半導體層側表面設置含有III族金屬之半導體金屬混雜層〇 (9) 如上述第8項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中半導體金屬混雜層又含有氮。 (10) 如上述第8或9項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中半導體金屬混雜層之厚度爲O.i〜3奈米。 200529477 (11) 如上述第8至1 0項中任一項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中在半導體金屬混雜層之III族金屬濃度爲相對於該半導體金屬混雜層中全金屬爲〇 . 1〜5 0原子％。 (12) 如上述第1至1 1項中任一項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中接觸金屬層係由Pt所構成。 (13) 如上述第12項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中Pt(222)之面間隔爲1.130A或以下。 | ( 14) 如上述第1至1 3項中任一項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中以RF (射頻）放電濺鍍法形成接觸金屬層。 (15) 如上述第4至1 3項中任一項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中以RF (射頻）放電濺鍍法形成接觸金屬層，以DC (直流）放電濺鍍法形成反射層。 (16) —種如上述第1至1 5項中任一項之氮化鎵系化合 > 物半導體發光元件之製造方法，其特徵爲在接觸金屬層之形成步驟以後使氮化鎵系化合物半導體發光元件之溫度保持在3 50°C或以下。本發明之氮化鎵系化合物半導體發光元件，由於在P型半導體層之正極側表面具有含有用以構成接觸金屬層的金屬之正極金屬混雜層，因此正極與P型半導體層之接觸電阻小。並且，由於在正極接觸金屬層之半導體側表面具有含有 -10- 200529477 用以構成半導體的III族金屬之半導體金屬混雜層’因此接觸電阻將更加降低。而且由於以使用RF放電的濺鍍法來形成正極之接觸金屬層，可不必施加退火處理即可形成正極金屬混雜層及半導體金屬混雜層，以提高生產性。〔實施本發明之最佳方式〕可在本發明中供積層在基板上之氮化鎵系化合物半導體，係可在不受到任何限制下使用如同第1圖所示般在基板 | 1上使緩衝層2、η型半導體層3、發光層4、以及p型半導體層5作晶體生長之先前習知者。基板可在不受到任何限制下使用藍寶石及SiC等之先前習知者。氮化鎵系化合物半導體已知有許多以通式AUInyGanyN ( OS X < 1、OS y < 1、X + y < 1)所代表之半導體，在本發明中也可在不受到任何限制下使用以通式AUIriyGamN ( OS X < 1、0S y < 1、X + y < 1 )所代表之氮化鎵系化合物半導體。茲舉其一實例說明如下。可使用如第2圖所示在藍寶石 | 基板1上積層由A1N (氮化鋁）層所構成的緩衝層2，並在其上將由η型GaN (氮化鎵）層所構成的接觸層3a、由η 型GaN層所構成的下部包層3b、由InGaN (氮化銦鎵）層所構成的發光層4、由p型AlGaN層所構成的上部包層5b 、以及由p型G aN層所構成的接觸層5 a依此順序所積層者0 將如此之氮化鎵系化合物半導體之接觸層5 a、上部包層 5b、發光層4、及下部包層3b之一部份以蝕刻除去，以在 200529477 接觸層3 a上設置由T i / A u所構成之熟知的負極2 0，並在接觸層5 a上設置正極1 0。在本發明中，正極1 0至少具有與p型半導體層相接之接觸金屬層。在接觸金屬層上則設置反射層。若接觸金屬層具有足夠的反射性時，則接觸金屬層與反射層可以兼用。然而較佳爲個別分開設置以低接觸電阻爲目的之接觸金屬層與以高反射性爲目的之反射層。以個別設置反射層時，則接觸金屬層也與低接觸電阻一起被要求高光透射率。另外，通常在最上層則設置接合墊層以供用作爲與電路基板或導線架等之電氣連接。接觸金屬層之材料，爲達成低接觸電阻，較佳爲使用高功函數之金屬，具體而言，使用選自由Pt、Ir、Rh、Pd、 Ru、Re及Os所構成之族群中之至少一種金屬或含有該等中之至少一種的合金。更佳爲Pt、Ir、Rh及Ru。以Pt爲特別佳。接觸金屬層之厚度，爲穩定地獲得低接觸電阻較佳爲1 奈米或以上，更佳爲2奈米或以上，且特佳爲3奈米或以上。另外，爲充分的獲得光透射率，較佳爲3 0奈米，更佳爲20奈米以下，且特佳爲10奈米以下。在p型半導體層之正極側表面設置含有用以形成上述接觸金屬層的金屬之正極金屬混雜層。只要採取如此之構成 ’正極與P型半導體層之接觸電阻將降低。總而言之，在本發明中「正極金屬混雜層」係可定義爲 P型半導體層中之含有接觸金屬層形成金屬之層。 209529477 正極金屬混雜層之厚度較佳爲0.1〜10奈米。若爲小於 0.1奈米及大於1 〇奈米時’則難之獲得低接觸電阻。如欲獲得更佳的接觸電阻則更佳爲1〜8奈米。將正極金屬混雜層之厚度與在電流爲20 mA時的正向電壓之關係展示於表1 0 表1:正型金屬混雜層之厚度及正向電壓正型金屬混雜層之厚度（奈米）正向電壓（V) 0.1 4 1 3.3 5 3.2 8 3.3 10 3.6 另外，含在該層中的接觸金屬層形成金屬之比率，較佳爲相對於全金屬爲〇.〇1〜30原子％。該比率有分佈，接觸金屬層形成金屬之比率在靠近與接觸金屬層之界面的部份是較高。若爲小於0.0 1原子％時，則難於獲得低接觸電阻，大於30原子％時，則有將導致半導體之結晶性惡化之顧慮。較佳爲1〜2 0原子％。另外該層也可含有反射層形成金屬。此種情形時，上述比率應取將接觸金屬層形成金屬與反射層形成金屬合算在一起之値以供評估。正極金屬混雜層之厚度及所含有的正極形成金屬之比率，係可以業者熟知之剖面TEM (穿透電子顯微鏡）之EDS 分析來加以測定。亦即，從P型半導體層之上面（正極側面）朝厚度方向實施數處例如5處之剖斷面TEM之EDS 分析，即可從各處的圖表求出所含有的金屬與其量。若爲決定厚度所測定的5處數據不充分時，則再追加數處測定即可。 200529477 另外，若進一步在正極接觸金屬層之半導體側表面設置含有用以構成半導體的金屬之半導體金屬混雜層時，則接觸電阻將更進一步的降低，因此較佳。亦即，在本發明中所謂「半導體金屬混雜層」係可定義爲接觸金屬層中含有半導體構成金屬之層。半導體金屬混雜層之厚度較佳爲〇 · 1〜3奈米。若爲小於 0.1奈米時，則接觸電阻降低之功效並非爲顯著。超過3奈米時，則光透射率將減少，因此不佳。更佳爲1〜3奈米。茲將半導體金屬混雜層之厚度與在電流爲20 mA時的正向電壓之關係展示於表2。表2:半導體金屬混雜層之厚度及正向電懕半導體金屬混雜層之厚度（奈米）正向雷壓（V) 0.1 3.9 1 3.2 2 3.3 3 3.3 5 3.3 另外，含在該層中的半導體構成金屬之比率較佳爲相對於全金屬量爲0.1〜50原子％。若爲小於0.1時，則降低接觸電阻之功效並非爲顯著。超過50原子％時，則有將導致光透射率減少之顧慮。更佳爲1〜20原子％。半導體金屬混雜層之厚度及半導體構成金屬含量之測定，係與正極金屬混雜層同樣地可以剖面TEM的EDS分析來實施。反射層可使用反射率較高的金屬，具體而言’可使用選自由Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re、Os、Ag所構成之族群中之至少一種金屬或含有該等中之至少一種的合金來形成。 -14- 200529477 厚度較佳爲3 0奈米或以上。若爲小於3 0奈米時，則將難於在電極全面獲得均勻的全高反射率。更佳爲5 0奈米或以上。另外，從生產成本之觀點來考量，則較佳爲設定爲 5 0 0奈米或以下。接合墊層係以使用Au、Al、Ni及Cu等之材料的各種結構爲眾人所皆知，可在不受到任何限制下使用該等熟知之材料及結構者。另外厚度較佳爲1 0 0〜1，0 0 0奈米。在接合墊層之特性上，接合性係以較厚者爲高，因此較佳爲3 00 奈米或以上。而且從製造成本之觀點來考量，則較佳爲 5 00奈米或以下。接著，就接觸金屬層、正極金屬混雜層及半導體金屬混雜層之形成方法說明如下。在P型半導體層上形成接觸金屬層時，較佳爲以RF放電的濺鍍成膜法來形成。只要使用RF放電的濺鍍成膜法，即可以比使用蒸鍍法或DC放電的濺鍍成膜法能形成低接觸電阻之電極。使用RF放電的濺鍍成膜，因爲離子協助效應，而可對附著於p型半導體層之濺鍍原子賦予能量，促進p型半導體例如在與摻Mg的p-GaN之間的表面擴散作用。並且在上述成膜中，也對p型半導體層之最表面原子賦予能量，以對半導體材料例如對Ga促進擴散於接觸金屬層之作用。在剖面TEM之EDS分析中也可確認到在p-GaN上之RF濺鍍成膜部的接觸金屬層可檢測出源於半導體之Ga與接觸金屬層材料的Pt兩者之區域，亦即半導體金屬混雜層（參閱 -15- 200529477 本發明實施例1之接觸金屬層分析結果之一實例之第3圖 )° 相對地，在半導體側已以剖面TEM之EDS分析確認到 Ga、N、Pt之全部得以檢測到之區域，亦即正極金屬混雜層（參閱本發明實施例1之P型半導體層分析結果之一實例之第4圖）。另外在訓面TEM之EDS分析中，卻不能確認到在半導體金屬混雜層有N的存在。然而在SIMS (二次離子質譜儀 )分析卻可確認到在半導體金屬混雜層有N的存在。第5 圖係將經以實施例5所製得之發光元件從正極側實施SIMS 分析之結果之一實例。由其即可確認到與Rh鍵結之N。第 6圖係在實施例5中接觸金屬層的剖面TEM之ED S分析結果，惟在此分析N卻爲在可檢測界限以下，以致不能確認到N之存在。除此之外，經由RF放電濺鍍之膜與經由DC放電濺鍍之膜的差異也包括結晶性不相同。由剖面TEM照片即可知 DC膜係可看得到柱狀結構，且是細致的膜。相對地，RF 膜卻看不出柱狀結構。第7圖係經以實施例5所製得之發光元件的剖面TEM照片（倍率·· 20萬倍）。由照片即可知以D C放電濺鍍的Rh反射層是柱狀結晶。惟在以此倍率下Pt接觸金屬層不能加以辨別。此外，若由X線分析求出Pt之（222 )面之格子間隔時，則如表3所示，看得出DC膜將變得更小。 20Q529477 表3 : Pt ( 222 )之面間隔接觸金屬層成膜法 Pt (222)之面間隔 Pt DC 1.138 Pt RF 1.128 使用RF放電的成膜，其在初期則有降低接觸電阻之功效，使膜厚增大時，則由於其膜係較爲疏以致在反射率方面仍比較使用D C放電的成膜爲差。因此，較佳爲將保持低接觸電阻的範圍予以薄膜化而提高光透射率之接觸金屬層則以RF放電法來形成，然後在其上將反射層以DC放電法來形成。表4係展示將以RF放電法所形成的接觸金屬層之厚度與光透射率之關係，與先前技術之經以Au/Ni合金化後的薄膜作相比較之表。由表即可知，經由薄膜化即可獲得高透射率。表4:金屬薄膜之透光率(@ = 450奈米）膜厚透射率 Au/Ni退火後 15奈米約70% PtRF薄膜 2.5奈米約75% 同上 5.0奈米約50% 如上所述，經以RF濺鍍法來形成接觸金屬層，即可形成本發明之半導體金屬混雜層及正極金屬混雜層。此種情形下，經形成接觸金屬層後則不需要退火處理。因爲有可能因施加例如3 5 0°C以上的退火處理而促進Pt、Ga各自之擴散，降低半導體之結晶性而導致電氣特性惡化之結果。在半導體金屬混雜層及正極金屬混雜層中之源於正極材料之金屬與源於半導體材料之Ga等之金屬及N，係以化合物或合金之形態而存在，而且只是單純的混雜在一起。無 -17- 200529477 論如何只要使接觸金屬層與p型半導體層之界面消失，即可獲得低電阻。經使用上述方法，半導體之p型接觸層中氫濃度即使爲高某一些程度，也能獲得歐姆接觸。一般而言，存在於p 型接觸層中之氫將與p型摻質的Mg結合而使Mg作爲摻質而使其不致於移動之作用。因此以p型接觸層中之氫濃度爲較低者即容易成爲歐姆接觸。在依照本發明之電極，即使氫濃度爲1019個/cm3也能獲得歐姆接觸。 RF濺鍍可沿用先前習知之濺鍍裝置並適當地選擇先前習知之條件即可實施。亦即，將經積層氮化鎵系化合物半導體層之基板收容於反應室內，並設定基板溫度爲由室溫起〜500°C之範圍。基板雖然不一定需要加熱，但是爲促進接觸金屬層形成金屬及半導體形成金屬之擴散，則也可適當地加熱。排氣係實施至反應室內真空度達到爲〜10-7 Pa。濺鍍用氣體可使用He、Ne、Ar、Kr、Xe等。從取得容易性之觀點來考量，則較佳爲Ar。將該等中之一氣體導入反應室內，俟到達0.1〜10 Pa後開始放電。較佳爲設定爲0.2〜5 Pa之範圍。供應電力則較佳爲〇.2〜2.0 kW之範圍。此時，只要調節放電時間與供應電力，即可調節所形成的層之厚度。供使用於濺鍍之靶的氧氣含量設定爲 1 0,000 ppm以下時，即可使所形成的層中之氧含量減少，所以較爲理想。更理想的是設定爲6，0 0 0 p p m以下。【實施方式】〔實施例〕 -18- 200529477 茲以實施例及比較例將本發明更詳加以說明，但是本發明並不受限於此等實施例。在表5展示本實施例及比較例所使用之正極材料、接觸金屬層之成膜條件及所製得元件之特性。另外，接觸比電阻係以TLM法所測定之値，正向電壓及输出你以2 0 m A之電流所測定之値。 (實施例1 ) 第2圖係在本實施例所製造之氮化鎵系化合物半導體發 | 光元件之示意圖。所使用之氮化鎵系化合物半導體，係在藍寶石基板1上積層由A1N層所構成之緩衝層2，並在其上將由η型GaN 層所構成之接觸層3a、由η型GaN層所構成之下部包層 3b、由In GaN層所構成之發光層4、由p型AlGaN層所上部包層5b、以及由p型GaN層所構成之接觸層5a依此順序予以積層者。接觸層3a係將Si摻雜7xl 018/cm3所製得之η型GaN層，下部包層3b係將Si摻雜5xl018/cm3所製 > 得之η型GaN層，發光層4之結構爲單一量子井結構，

InGaN之組成是In0.95Ga0.05N。上部包層5b係將Mg摻雜 lxl018/cm3 所製得之 p 型 AlGaN，其組成是 Al〇.25Ga().75N 。接觸層5a係將Mg摻雜5xl019/cm3所製得之p型GaN層。該等層之積層係以MOCVD (金屬有機化學氣相生長）法並以在該技術領域中所熟知的通常條件實施。對該氮化鎵系化合物半導體以下列步驟設置正極及負極以製得覆晶型氮化鎵系化合物半導體發光元件。 -19- 200529477 (1 ) 首先，以除去接觸層5 a表面之氧化膜爲目的而在沸騰的濃HC1中將該氮化鎵系化合物半導體元件處理 1 0分鐘。接著，在接觸層5 a上形成正極。其形成順序如下述〇經將光阻劑在全面均勻地塗佈後，以習知之微影照像術除去正極形成區域之光阻劑。在室溫下浸漬於緩衝用氟酸（BHF ) 1分鐘後，以如下述方式以真空 φ 濺鍍裝置形成正極。反應室內係排氣至真空度到達1(T4 Pa爲止。將上述氮化鎵系化合物半導體收容在反應室內，將作爲濺鍍用氣體之Ar氣體導入於反應室內，到達3 Pa後進行使用RF放電之濺鍍。所供應之功率係設定爲 0.5 kW，以使Pt以4.0奈米之膜厚成膜以作爲接觸金屬層。接著，在上述壓力、供應功率下使用DC 放電之濺鍍將Pt反射層以200奈米之膜厚成膜。並 • 在上述壓力、供應功率下使用DC放電之濺鍍將Au 以3 00奈米之膜厚成膜。由濺鍍裝置內取出後，使用剝落法使正極區域以外之金屬膜與光阻劑一起除去。 (2 ) 在正極上形成蝕刻掩模。形成順序如下。經在全面均勻塗佈光阻劑後，使用習知微影照相術，從比正極區域爲大一格之區域除去光阻劑。然後架設在真空蒸鍍裝置內，在4xl (T4 Pa以下之壓力以電子束法 -20- 200529477 使Ni及Ti積層成膜厚分別成爲約50奈米及3 00奈米。其後以剝落法技術與光阻劑一起除去蝕刻掩模以外之金屬膜。該蝕刻掩模係用作爲由形成負極時的反應性離子乾蝕刻之電漿損傷保護正極之層。 (3 ) 使接觸層3 a露出，其順序如下。以反應性離子乾蝕刻，施加蝕刻直至會露出接觸層3a爲止後，由乾鈾刻裝置取出，以硝酸及氟酸除去經上述第（2 )項所形成之蝕刻掩模。該乾蝕刻係爲形成在後段製造的 η電極所需之處理。 (4) 在接觸層3a上形成負極。形成順序如下。經在全面均勻塗佈光阻劑後，使用習知微影照相術，在露出至接觸層3a的區域上形成負極區域之窗，然後以上述蒸鍍法，將Ti、Au分別以100奈米、300奈米之厚度成膜。然後與光阻劑一起除去負極部以外之金屬膜。 (5 ) 形成保護膜。形成順序如下。經在全面均勻塗佈光阻劑後，使用習知微影照相術，在正極與負極間之一部份開設窗，然後以上述濺鍍法且以200奈米厚度形成Si02。然後與光阻劑一起除去保護膜部以外之Si02膜。 (6 ) 分割晶圓，以作爲本發明之氮化鎵系化合物半導體發光元件。另外，正極及負極之形成步驟係在氮化鎵系化合物半導體之溫度不致於高於3 5 〇°C之條件下進行。 -21 - 200529477 將所製得之氮化鎵系化合物半導體發光元件架設在το_ 1 8，以測定元件特性。將其結果展示於表3。另外’經剖面ΤΕΜ之EDS分析結果，半導體金屬混雜層厚度爲2.5奈米，Ga之比率是相對於全金屬（Pt + Ga) 估計爲在該層中爲1〜20原子％。另外，正極金屬混雜層之厚度爲6.0奈米，所存在的正極材料是用來構成接觸金屬層之Pt，其比率是相對於全金屬（Pt + Ga)估計爲在該層中爲1〜1 0原子％。另外，第3圖係接觸金屬層的剖面 TEM之EDS分析圖表之一實例，第4圖係接觸層5a的斷面TEM之EDS分析圖表之一實例。 (實施例2至1 4 ) 將正極之材料及成膜條件變更爲各種，與實施例1同樣地製造氮化鎵系化合物半導體發光元件，並評估其元件特性。將其結果一倂展示於表5。另外，該等發光元件之正極金屬混雜層，其厚度爲在1〜8奈米之範圍內，正極金屬之比率爲在0.5〜18 %之範圍內。另外’半導體金屬混雑層係厚度爲在0.5〜3奈米之範圍內，Ga之比率爲在1〜 2 0%之範圍內。此外，經將實施例3之元件在大氣中使用 RTA (快速加熱退火處理）施加400°C、1〇分鐘之退火處理結果，正向電壓即惡化爲3 · 8 V。 (比較例）除將接觸金屬層之成膜以DC放電濺鍍法實施以外’其餘則以與實施例2相同條件製得氮化鎵系化合物半導體發光元件。結果並無正極金屬混雜層及半導體金屬混雜層。 -22 - 200529477 將其元件特性一倂展示於表

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«毖t旧1¾疰忉莩饈丑，孽握«: ί艄元件特性輸出/mw 00 iri Os ir! cn (N CO vd vd r-H VO VO v〇 ON tri 00 uS On in 正向電壓/ V cn CN 寸寸 ro 寸 m ro m rn ro m CO m rn 寸 rn 寸 rn vo CO VO cn 接觸比電阻 Ω cm 2χ10_1 1 4x1 O'2 3χ10'2 i〇〇 X m 〇 X ^T) 5xl0~5 b X to 1 5x10° | n 〇 X O o X U-J 1 6x10·' | 5x104 1 7x10。 | 8x10"" 9x10·' |接合I 塾層 < < < 口 c < < 口 c < 1 < < 反射 , 〇： £ P： A： Λ <u s: a： ρϋ β: 接觸金屬層成膜條件厚度/A 〇 o o O 〇 o o o o o 〇 O o o o 壓力/Pa 00 d m 00 d m ro ro cn m CO cn cn cn m CO 功率/W ο 500 o T-H o o o r-H 〇〇 o O o o 〇 O 100 〇〇 100 o 成膜法 U Q s s s δ & s s s s s & s 材料 £ 5： £ P： P： £ 0： a： <D 2 比較例實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8 實施例9 實施例ίο 實施例11 |實施例12 實施例13 實施例14 丨寸CNI· 200529477 〔產業上之利用可能性〕經由本發明所提供之氮化鎵系化合物半導體發光元件，係具有優越的特性與生產性，適合用作爲發光二極體及燈等之材料。【圖式簡單說明】第1圖係展示先前之覆晶型化合物半導體發光元件之一般性結構示意圖。第2圖係展示本發明之覆晶型氮化鎵系化合物半導體發 P 光元件之一實例示意圖。第3圖係本發明實施例1之氮化鎵系化合物半導體發光元件之接觸金屬層的剖面TEM之EDS分析圖表之一實例〇第4圖係本發明實施例1之氮化鎵系化合物半導體發光元件之P型半導體層的剖面TEM之EDS分析圖表之一實例。第5圖係本發明實施例5之氮化鎵系化合物半導體發光 • 元件之正極-P型接觸層的SIMS分析圖表之一實例。第6圖係本發明實施例5之氮化鎵系化合物半導體發光元件之接觸金屬層的剖面TEM之EDS分析圖表之一實例〇第7圖係本發明實施例5之氮化鎵系化合物半導體發光元件之正極-P型接觸層的剖面TEM照片之一實例。【主要元件符號說明】 1 基板 -25- 200529477 2 3 3 a 3 b 4 5 5 a 5 b 緩衝層 n型半導體層接觸層下部包層發光層 p型半導體層接觸層上部包層

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Claims

200529477 十、申請專利範圍： 1 · 一種氮化鎵系化合物半導體發光元件，係將由氮化鎵系化合物半導體所構成的η型半導體層、發光層及p 型半導體層依此順序而設置在基板上，且負極及正極係分別設置成接於η型半導體層及ρ型半導體層；其特徵爲該正極至少具有接於Ρ型半導體層之接觸金屬層，該接觸金屬層係由選自由Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、 Re及Os所構成之族群中之至少一種金屬或含有該等 ρ 中之至少一種的合金所構成，且在該P型半導體層之正極側表面設置含有選自由Pt、Ir、Rh、Pd、Ru、Re 及〇s所構成之族群中之至少一種金屬之正極金屬混雜層。 2. 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中正極金屬混雜層之厚度爲0.1〜10奈米。 3. 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中在正極金屬混雜層中選自由Pt、Ir、Rh、 | Pd、Ru、Re及Os所構成之族群中之至少一種金屬之濃度爲相對於該正極金屬混雜層中全金屬爲〇 . 〇 1〜3 0 原子％。 4. 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中正極係在接觸金屬層上具有選自由Pt、Ir 、Rh、Pd、Ru、Re、Os及Ag所構成之族群中之至少一種金屬或含有該等中之至少一種的合金所構成之反射層。 -27- 200529477 5. 如申請專利範圍第4項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中反射層爲柱狀結晶結構。 6. 如申請專利範圍第4項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中接觸金屬層之厚度爲1〜30奈米。 7. 如申請專利範圍第4項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中反射層之厚度爲30〜5 00奈米。 8 . 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中在接觸金屬層之P型半導體層側表面設置含有III族金屬之半導體金屬混雜層。 9. 如申請專利範圍第8項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中半導體金屬混雜層又含有氮。 1 〇 .如申請專利範圍第8項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中半導體金屬混雜層之厚度爲〇」〜3奈米。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中在半導體金屬混雜層之III族金屬濃度爲相對於該半導體金屬混雜層中全金屬爲0.1〜50原子％〇 1 2 .如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中接觸金屬層係由Pt所構成。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中Pt ( 222 )之面間隔爲1.130 A或以下。 1 4.如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體發光元件，其中以RF放電濺鍍法形成接觸金屬層。 1 5 .如申請專利範圍第4項之氮化鎵系化合物半導體發光 -28 - 200529477 元件，其中以RF放電濺鑛法形成接觸金屬層，以DC 放電濺鑛法形成反射層。 1 6 . —種如申請專利範圍第1至1 5項中任一項中氮化鎵系化合物半導體發光元件之製造方法，其特徵爲在接觸金屬層之形成步驟以後，使氮化鎵系化合物半導體發光元件之溫度保持在3 5(TC或以下。

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