TW201143145A - Nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

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201143145 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具有透光性之導電性氧化物膜作為電 極之氮化物半導體發光元件。 【先前技術】 先則以來，作為氮化物半導體發光元件，眾所周知有於 基板上積層有P型半導體層及n型半導體層，並形成分別與 Ρ型及η型半導體層電性連接之電極之構造。又，作為與ρ 型半導體層電性連接之電極，眾所周知有於ρ型半導體層 上之整個面藉由透光性材料而形成電極，且於其上形成金 屬電極之構造》 上述構成之氮化物半導體發光元件中，為使光提取效率 提咼，作為ρ型半導體層上之整個面電極，廣泛使用汀〇 (indium tin oxide，氧化銦錫）（氧化銦中含有3〜5 wt%之 Sn〇2)(例如專利文獻丨、2)。 然而，由於ITO顯示出n型半導體特性，故而與半導體層 之歐姆接觸性未必良好，根據半導體層之種類、導電型、 成膜方法等各種原因，形成肖特基能障，結果有時使接觸 • f阻增大。X，作為電極若使用IT〇，則由一片晶圓所製 造之複數個發光元件之間，正向電壓（vf)存在偏差。因 此，需要能夠減少複數個發光元件之間的正向電壓之偏差 的透光性電極。 [先前技術文獻] [專利文獻] I54857.doc 201143145 [專利文獻1]日本專利特開2001-210867號公報 [專利文獻2]曰本專利特開2003-60236號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 本發明係鑒於上述課題而成者，其目的在於提供一種氣 化物半導體發光元件及其製造方法，該氮化物半導體發光 元件係於p型氮化物半導體層上具有透光性電極者，且具 備如下新穎之透光性電極：可使p型氮化物半導體層與透 光性電極之間良好地進行歐姆接觸，且可減少由一片晶圓 所獲得之複數個發光元件之間之正向電壓（V f)之偏差。 [解決問題之技術手段] 本發明之氮化物半導體發光元件之特徵在於：其係具 有： η侧氮化物半導體層、p側氮化物半導體層、及形成於上 述Ρ側氛化物半導體層上之透光性電極者；且 上述透光性電極包含含有Ge與Si之氧化銦。 又，本發明之氮化物半導體發光元件較佳為具備以下之 1種以上之必要條件。 (1) 上述透光性電極與上述p側氮化物半導體層中所含p 型氮化物半導體層鄰接。 (2) 上述透光性電極係以氧化銦為主成分，含有氧化鍺 〇.1重量％以上0.5重量％以下，且含有氧化石夕〇1重量％以上 5 · 0重量％以下。 (3) 上述p型氮化物半導體層包含GaN ^ 154857.doc 201143145 (4) 上述p型氮化物半導體層含有Mg作為p型雜質。 (5) 上述透光性電極之膜厚為5〇〇 A以上，5000 A以下。 又’本發明之特徵在於：其係製造上述氮化物半導體發 光元件之方法；且包括： 形成上述η側氮化物半導體層與p側氮化物半導體層之半 導體形成步驟，及 於上述ρ側氮化物半導體層之上形成上述透光性電極之 透光性電極形成步驟，並且 上述透光性電極形成步驟包括： 形成含有Ge與Si之氧化銦層膜之成膜過程，及 對形成上述氧化銦層膜之上述氮化物半導體發光元件進 行退火之退火過程。 [發明之效果] 根據本發明之氮化物半導體發光元件及其製造方法，可 獲得具有較低正向電壓Vf且（由一片晶圓製造之複數個發 光元件之間）正向電壓之偏差較小之氮化物半導體發光元 件。 【實施方式】 以下，使用圖式說明本發明之氮化物半導體發光元件。 圖1係本發明之實施形態之氮化物半導體發光元件之示 意性俯視圖，圖2係圖1之A_A，剖面中之示意性刮面圖。 圖1及圖2所示之氮化物半導體發光元件具有於基板ι〇ι 之上依序積層有η側氮化物半導體層1〇2、發光層1〇3、卩側 氮化物半導體層104之層構成。又，於ρ側氣化物半導體層 154857.doc 201143145 104之表面具有透光性電極105，於透光性電極1〇5之表面 之一部分具有p側焊墊電極106 ’於η型氮化物半導體層1〇2 之一部分切口面之上具有η側電極1〇7。進而具有使ρ側焊 塾電極與η側焊墊電極之一部分開口之絕緣性膜1〇8。 此處’所謂「η側氮化物半導體層1〇2」意指發揮作為發 光元件之η型半導體層之功能之氮化物半導體層。藉此， 若η側氮化物半導體層丨〇2能夠發揮作為η型半導體層之功 能，則亦可由包含η型氮化物半導體層與氮化物半導體 層以外之層（例如，p型氮化物半導體層等）之多層構造體構 成η側氮化物半導體層丨〇2。 同樣地，所謂「p側氮化物半導體層1〇4」意指發揮作為 發光兀件之p型半導體層之功能之氮化物半導體層。藉 此，若P側氮化物半導體層104能夠發揮作為p型半導體層 之功能，則亦可由包含P型氮化物半導體層與p型氮化物半 導體層以外之層（例如，n型氮化物半導體層等）之多層構造 體構成p側氮化物半導體層i 04。 於本發明中，作為透光性電極1〇5之材料若使用含有^ 與SA氧化銦，則可獲得與p型氮化物半導體層之接觸電 阻較低、正向電麼Vf較低、並且光輸出較高之發光元件。 ，得該等效果之理由並不明心但認為其原因在於：與先 前之作為透光性電極用材料之IT〇中所含Sn相比，&與氫 原子之鍵能較大。 氣化物半導體之導電型通常為η型，藉由將p型摻雜劑導 入氮化物半導體中’進而附加退火等之能量，而獲得ρ型 154857.doc 201143145 氮化物半導體。該P型氮化物半導體含有氫且認為該氫會 引起P型氮化物半導體之電阻上升及P型氮化物半導體與透 光性電極之接觸電阻上升。 於本發明中’由於形成於p側氮化物半導體層1〇4之上之 透光性電極105中（與氫之鍵能大於Sn)含有Ge，故而認為 Ge吸著氫。因此，認為自構成p側氮化物半導體層1〇4之口 型氮化物半導體層之表面至表面附近之氫減少且p型氮化 物半導體與透光性電極之接觸電阻變低。又，由於透光性 電極105中所含Ga連p型氮化物半導體層之内部所含氫亦吸 著’故而認為p型氮化物半導體層之電阻亦變低。 若考慮利用Ga吸著氫之機制，則為提高自p型氮化物半 導體層之表面吸著氫之效果，較佳為透光性電極1〇5與p型 氮化物半導體層之表面鄰接。於p側氮化物半導體層1〇4包 含多層構造體之情形時，較佳為多層構造體之最上層為p 型氮化物半導體層。 然而，於p型氮化物半導體層與透光性電極1〇5之間存在 其他層（例如非摻雜氮化物半導體層或n型氮化物半導體層） 之情形，或於Ge可經由該其他層自p型氮化物半導體層吸 著氫之情形時（例如’其他層較薄之情形等），？側氮化物半 導體層104之多層構造體之最上層即便為該其他層，亦可 達成本發明之目的。藉此’應理解亦包含本發明之氮化物 半導體發光元件中’於p型氮化物半導體層與透光性電極 105之間存在其他層之形態。 本發明之氮化物半導體發光元件中，透光性電極1〇5係 154857.doc 201143145 由含有Ge與Si之氧化銦而形成。尤佳為以氧化銦為主成 分，由含有氧化鍺0.1重量％以上5.0重量％以下，且含有氧 化石夕〇」重量％以上5.0重量％以下之氧化銦形成透光性電極 105 ° 又，Ρ側I化物半導體層104較佳為由ΙηαΑ1ρ(^+ρΝ (〇&’ Μβ，α+β$υ形成。於卩側氮化物半導體層1〇4包 含多層構造體之情形時，較佳為由InaAlpGal_tt_PN(()sa， 〇$β，α+β$ 1)形成p側氮化物半導體層1〇4之最上層。 尤其若由GaN(即α=〇，β=0)形成ρ側氮化物半導體層ι〇4 (於多層構造體之情形時，ρ側氮化物半導體層1〇4之最上 層），則可形成結晶性較佳之ρ側氮化物半導體層於ρ側 氮化物半導體層104與透光性電極1〇5之間可獲得良好之歐 姆接觸，故而尤佳。 作為Ρ側氮化物半導體層1〇4中所含ρ型摻雜劑，可使用
Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Ca等ρ型雜質，其中較佳使用
Mg。又，ρ型氮化物半導體層中所含p型雜質之濃度較佳 為 1x10丨8/cm3以上，5xl〇2Vcm3以下。 透光性電極105之膜厚較佳為500 A以上，5〇〇〇 A以下。 若膜厚未達500 A，則透光性電極105之薄片電阻過高，電 流無法充分地擴展。又，若膜厚超過5〇〇〇 A，則透光性電 極105之透光性過低，光提取效率下降。 基板101由與構成n側氮化物半導體層1〇2之半導體具有 晶格對準性之材料構成，以使該半導體可於基板1〇1上磊 晶成長《基板101之面積及厚度等並無特別限制。作為構 I54857.doc 201143145 成基板101之材料，例如可列舉：藍寶石、尖晶石等絕緣 性材料’碳化矽、Si〇2、ZnS、ZnO、Si、GaAs、鑽石、 銳酸鋰、鎵酸鈥等氧化物材料等β 形成於基板101之上之η側氮化物半導體層1〇2係於包含 半導體材料之層令摻雜η型摻雜劑而形成。又，於η側氮化 物半導體層1〇2之上部經由發光層1〇3而形成之ρ側氮化物 半導體層104係於包含半導體材料之層中摻雜ρ型摻雜劑而 ^/成ρ型半導體層。作為構成該η側及ρ側氮化物半導體層 102、1〇4之半導體材料之具體例，可列舉 (〇= α，0$ β , α+β$ 1)之ih-v族氮化物半導體，或將該 ΠΙ-V族氮化物半導體之一部分替換成其他元素之混合晶 (例如將III族元素之一部分或全部替換成8及/或將V族元素 (Ν)之一部分替換成Ρ、As、Sb等之混合晶）等。又，作為 摻雜於半導體材料中之n型摻雜劑（n型雜質），可列舉： Si、Ge、Sn、S、0、Ti、&等1¥族或VI族元素，作為㈣ 推雜劑（P型雜質），可列舉：Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Ca 等。 又，6亥·# n側氮化物半導體層i 〇2及p側氮化物半導體層 104亦了刀別形成為多層構造。如此以多層構造形成之情 形時，只要η側氮化物半導體層1〇2發揮作為發光元件之n 型之功能，並且ρ側氮化物半導體層1〇4發揮作為發光元件 之Ρ型之功能，則η側氮化物半導體層1〇2之一部分中亦可 含有Ρ型氮化物半導體層，ρ側氮化物半導體層1〇4之一部 分中亦可含有η型氮化物半導體層。 154857.doc 201143145 又’亦可於基板101與η側氮化物半導體層W2之間形成 緩衝層》 發光層103係η型或ρ型氮化物半導體層。於發光層1〇3 中，分別自η側氮化物半導體層1 〇2注入電子，自ρ側氮化 物半導體層104注入電洞’該等再結合而生成之能量作為 光而放出。發光層103較佳為具有含有井層與障壁層之量 子井構造。再者’若為η側氮化物半導體層1 〇2與ρ側氮化 物半導體層104直接接觸而發光之發光元件，則亦可省略 發光層103。 繼而’對製造本發明之氮化物半導體發光元件之方法進 行說明。 氮化物半導體發光元件之製造方法包括：形成上述11側 氮化物半導體層與Ρ側氮化物半導體層之半導體形成步 驟；及於上述Ρ側氮北物半導體層之上形成上述透光性電 極之透光性電極形成步驟。 上述透光性電極形成步驟包括：形成含有以與§1之氧化 銦層膜之成膜過程；及對形成上述氧化銦層膜之上述氮化 物半導體發光元件進行退火之退火過程。 退火過程（熱處理步驟）係於ρ側氮化物半導體層1〇4上形 成本發明之透光性電極1〇5之成膜過程之後進行。藉由退 火過程’於Ρ側氮化物半導體層1〇4與透光性電極1〇5之間 獲得良好之歐姆接觸。 於Ρ側氮化物半導體層1〇4上形成包含含有（^與“之氧化 銦之透光性電極1〇5膜之成膜過程中，通常可使用眾所周 154857.doc 201143145 知之物理蒸鍍法或化學蒸鍍法等成膜技術（例如濺鍍法、 蒸鐘法、雷射剝離法、或旋轉塗佈法、喷塗法、浸塗法 等）。尤佳為使用包含含有Ge與“之氧化銦之靶材之濺鍍 法。 就濺鍍裝置内之氣體環境而言，關於先前之IT〇透光性 電極，一面將氧氣導入濺鍍裝置中（即含氧氣體環境下）一 面形成汀〇膜。藉由濺鍍成膜之ΙΤ0於濺鍍過程中會引起氧 脫附，故而含氧量會明顯低於理論值。因此，藉由於含氧 氣體環境下進行濺鍍，可使成膜之ΙΤ〇之含氧量接近理論 值。如此成膜之ΙΤΟ透光性電極與氮化物半導體之歐姆接 觸亦良好。 然而’關於包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極 105，若於含有氧之氣體環境下濺鍍成膜，則可知變得難 以取得與p側氮化物半導體層1〇4之歐姆接觸。藉此，於本 發明中’較佳為包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極 105於不含有氧之氣體環境下（惰性氣體環境下）形成。於惰 性氣體環境下成膜之透光性電極1〇5與p側氮化物半導體層 104之歐姆.接觸良好。 再者，所謂「惰性氣體環境」應理解成不僅為完全不含 有氧之惰性氣體之氣體環境，亦包含含有實質上不受含氧 影響之程度的低濃度氧（具體而言，相對惰性氣體之體積 比小於0.2%之氧濃度）之惰性氣體之氣體環境。 就退火過程中之退火溫度及追火壓力而言，關於先前之 ITO透光性電極’以退火溫度=3〇〇〇c〜475〇c、退火壓力= 154857.doc 201143145 常壓之條件進行退火。若以該溫度及壓力之條件進行退 火’則ΙΤΟ透光性電極之薄片t阻下降，並且與ρ側氮化物 半導體層之歐姆接觸變得良好。 然而，關於包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極 105，若於常壓下以退火溫度3〇(rc〜475eCi條件進行退火 處理，雖然透光性電極1〇5之薄片電阻略微下降，但無法 取得與P側氮化物半導體層104之歐姆接觸。若使退火溫度 上升至500t以上，則可取得歐姆接觸，但透光性電極1〇5 之薄片電阻上升。通常由於薄片電阻之上升與¥£之上升相 關聯’故而認為500。(：以上之退火溫度並不合適。然而， 令人吃驚的是’若實際測定以5〇〇。(：以上進行退火之本發 明之氮化物半導體發光元件之正向電壓（Vf)，則可知Vf下 降。為何Vf下降之正確理論不詳，但認為透光性電極1〇5 中所含Ge自p型氮化物半導體層吸著氫之作用，於5〇〇〇c以 上能更有效發揮。 根據該結果’如本發明所述，關於使用包含含有以與“ 之氧化銦之透光性電極105之氮化物半導體層發光元件， 若考慮歐姆接觸及Vf之下降’則認為較佳為將退火溫度設 為500°C以上。即’藉由以500。(：以上對本發明之氮化物半 導體發光元件進行退火，可獲得透光性電極1〇5與p側氮化 物半導體層104之歐姆接觸變得良好之效果與（儘管透光性 電極105之薄片電阻上升）透光性電極1〇5之Vf下降之效 果。 進而，若著眼於接觸電阻，則較佳為將退火溫度設為 154857.doc 12 201143145 525°C以上。於將退火溫度設為525t以上時，可降低透光 性電阻10 5與氮化物半導體發光元件之接觸電阻。 再者，於退火過程之正中，無法直接測定氮化物半導體 發光元件之溫度。因此，退火過程中之溫度管理係基於退 火處理裝置内之加熱器溫度之測定值。藉此，於本說明書 中將退火處理裝置内之加熱器之溫度設為「退火溫度」。 又，關於退火壓力，與先前之ITO透光性電極同樣於常 壓（0.1 MPa)下進行退火之情形時，包含含有06與§丨之氧化 銦之透光性電極105中，薄片電阻較高。另一方面，若於 咼真空下（10〜1 Pa)進行退火，則可知透光性電極1 之薄 片電阻下降，但有透光性電極1〇5與1)侧氮化物半導體層 104不進行歐姆接觸之虞。然而，若於1 kpa〜3〇 kPa之減壓 下進行退火，則明確透光性電極1〇5與p側氮化物半導體層 104進行歐姆接觸，薄片電阻及正向電壓vf(與常壓退火相 比）下降。 根據該結果，如本發明所述，關於使用包含含有以與Si 之氧化銦之透光性電極105之氮化物半導體層發光元件， 若考慮歐姆接觸及薄片電阻，則認為較佳為於減壓下進行 退火。即’藉由於減壓下對本發明之氮化物半導體發光元 件進行退火，可獲得透光性電極105與p側氮化物半導體層 104之歐姆接觸變得良好之效果、透光性電極1〇5之薄片電 阻下降之效果及降低氮化物半導體發光元件之vf之效果。 再者’本發明中所謂「減壓」係指i kPa〜30 kPa之範圍 之壓力。 154857.doc -13- 201143145 於本發明之氮化物半導體發光元件中，為檢查使用包含 含有Ge與Si之氧化鉬之透光性電極ι〇5之效果，利用以下 方法評價發光元件。 (l)Vf之偏差之評價 對同時製成之複數個氮化物半導體發光元件，評價正向 電壓（Vf)之偏差。 於1片晶圓内，製成複數個於p側氮化物半導體層1〇4之 上形成有包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105之氮 化物半導體發光元件（樣品元件s)。並且，抽選η個樣品元 件S ’並測定Vf。為了比較，於1片晶圓内，製成複數個於 P側氮化物半導體層之上形成有ITO透光性電極之比較用元 件SIT0 ’自其中抽選n個比較用元件s1T〇，並測定VfiT0。
Vf之偏差係以標準偏差（(1)之3倍（3σ)之值進行評價。3〇 之值越小，則Vf之偏差越小。 標準偏差（σ)之算法，如以下之順序（a)〜(c)所示。 (a) 將抽選之η個發光元件之vf之測定值設為t丨、t2......、 tn。又’將該等之Vf之測定值（t丨、k……、tn)之平均值設 為ta 0 (b) 分別自Vf之測定值（t丨、t2......、tn)之中減去ta再乘 方。將所得之所有值相加後除以η。 (c) 相除所得之值之正的平方根為標準偏差（σ)。 該等之順序（a)〜(c)可由下述式[1]表示。 [數1] a=V[{(t,-ta)2+(t2-ta)2+......+(tn-ta)2}/n] 式[l] 154857.doc 201143145 (2) Vf之評價 製成於p側氮化物半導體層1〇4之上形成有包含含有Ge與 Si之氧化銦之透光性1〇5之氮化物半導體發光元件（樣品元 件s)，測定正向電壓Vfs。為了比較，製成於？側氮化物半 導體層之上形成有ITO透光性電極的比較用元件，並 測定正向電壓VflTC)。 當Vfs$VfIT〇時’推斷樣品元件s之Vf良好。 (3) 歐姆接觸之評價 製成於P側氮化物半導體層104之上形成有包含含有〇6與 Si之氧化銦之透光性105之氮化物半導體發光元件（樣品元 件S)，測定施加_5 v〜+5 v之電壓時之電流，並製成曲 線。於ν-ι曲線為直線之情形時，判斷透光性電極丨〇5與p 側II化物半導體層1 〇4進行歐姆接觸。 (4) 接觸電阻之評價 製成於p側氮化物半導體層1〇4之上形成有包含含有〇6與 Si之氧化銦之透光性105之氮化物半導體發光元件（樣品元 件S)，並測定接觸電阻pCs。為了比較，製成於p側氮化物 半導體層之上形成有ITO透光性電極之比較用元件， 並測定接觸電阻pcIT〇。 當PcsSpcIT〇時，推斷樣品元件S之接觸電阻良好。 (5) 薄片電阻之評價 於虛設基板（玻璃基板）之上製成包含含有（^與“之氧化 銦之透光性電極’並測定薄片電阻Rs〇為了比較，於虛設 基板（玻璃基板）之上形成ITO透光性電極，並測定薄片電 154857.doc 15 201143145 阻 Rito。 當RS$RIT0時，判斷包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性 電極之薄片電阻良好。 [實施例1] 為評價Vf之偏差，同時製成複數個樣品元件S。 於2 3寸之藍寶石基板101之上，經由A1G aN緩衝層，積層 有η型氮化物半導體層102、活性層103及p側氮化物半導體 層 104。 η型氮化物半導體層102係由未摻雜之GaN(1.5 μιη)、摻 雜 Si 之 GaN(4.2 μιη)、未換雜之 GaN(0.15 μιη)、換雜 Si 之 GaN(0.01 μιη)、未換雜之 GaN(0· 15 μηι)、摻雜 Si 之 GaN(0.03 μιη)、未摻雜之 GaN(5 nm)、依序將 GaN 與 InGaN 反覆積層20次並最後積層有GaN之超晶格層（120 nm)而形 成。 活性層103係將GaN(8 nm)與InGaN(3 nm)反覆積層6次， 最後形成GaN(8 nm)。再者，最初積層之GaN層中摻雜Si， 最後積層之GaN層未掺雜。 作為P側氮化物半導體層104，係依序形成有將摻雜Mg 之AlGaN與摻雜Mg之InGaN反覆積層3次最後積層有摻雜 Mg之AlGaN之超晶格層（24 nm)、未換雜之GaN(0.11 μηι)、 摻雜 Mg 之 GaN(0.11 μηι)。 於η側氮化物半導體層102之一部分之區域中，除去積層 於其上之活性層103及ρ側半導體層104，進而除去η側氮化 物半導體層102本身之厚度方向之一部分而使其露出，於 154857.doc -16· 201143145 該露出之η側氮化物半導體層上形成有η側焊墊電極丨〇7。n 側焊墊電極107係由Ti/Rh/W/Au依序以2 nm/100 nm/50 nm/550 nm之膜厚積層之積層構造體形成。 於P側氮化物半導體層104之表面大致整個面形成透光性 電極105，於該透光性電極丨〇5之表面之一部分形成p側焊 墊電極106。p側焊墊電極106由與n側焊墊電極1〇7相同之 積層構造體形成《進而於除去ρ側焊墊電極1〇6與η側焊墊 電極107之一部分之氮化物半導體發光元件之表面形成絕 緣性膜108。 透光性電極105係使用含有（^與以之氧化銦之靶材，藉 由濺錢法’以170 nm之膜厚形成。 於形成透光性電極1〇5膜後，對氮化物半導體發光元件 進行退火。退火條件為退火溫度：525〇c，退火氣體環 i兄.N2氣體環境，退火壓力：3 kpa。
Vf之偏差之評價係自分割前之狀態（晶圓之狀態）下存在 的夕數氮化物半導體發光元件中，隨機抽選個發光元 件（樣品元件S)而進行^測定該130個氮化物半導體發光元 件之正向電壓（Vf)，使用式U]算出vf之標準偏差σ，並且 將σ提高3倍求出3 σ。 將該操作進行3次（相當於3片晶圓）。 分別自3片晶圓所求出之樣品元件8之3(1之值為〇 ι〇〇、 0.100及 0.062。 進而根據自晶圓單片化成各個發光元件之發光元件之平 均值特性，結果以2()―之電流輸人計，^為m 154857.doc •17- 201143145 V ’光輸出為24.0 mW。 又’為了比較，製成將樣品元件S之透光性電極變更成 ITO之發光元件（比較用元件SiT〇)。IT〇透光性電極係使用 ΙΤ0靶材’藉由濺鍍法，以170 nm之膜厚形成。 為評價該比較用元件SIT0之Vf之偏差，自分割前之狀態 (晶圓之狀態）中存在的很多氮化物半導體發光元件中，隨 機抽選130個發光元件，並測定正向電壓（vf)。由該等之 Vf之測定值，使用式π]算出Vf之標準偏差σ，並且將〇提 南3倍算出偏差（3σ)。自3片晶圓所得之3σ之值為〇 28〇、 〇·337及 〇. 156 〇 若比較樣品元件8之3〇之值（〇.1〇〇、〇_1〇〇及〇〇62)與比較 用兀件S丨το之3σ之值（0.280、0.33 7及0.1 56)，則可知本發 明之氮化物半導體發光元件與先前之具有ΙΤ〇透光性電極 之氮化物半導體發光元件相比，Vf之偏差明顯較小。 又，根據自晶圓分別單片化成各個發光元件之發光元件 之平均值sf價特性，結果以2〇 mA之電流輸入計，為 3·24 V，光輸出為21.9 mW。即，本發明之發光元件與先 前之具有ITO透光性電極之氮化物半導體發光元件相比， Vf下降0.05 V。又，光輸出提高約1〇0/〇。 [實施例2] s平價透光性電極105之退火條件對正向電壓Vf之影響。 於本實施例中，就對晶圓晶片化後進行測定之方面而 154857.doc 201143145 言，與實施例！不同。關於其以外方面與實施例i相同。 以與實加例1相同之方式，積層n型氮化物半導體層 102、活性層103及ρ側氮化物半導體層1〇後，形成透光性 電極105膜。 透光性電極105係使用含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉 由減:鐘法’於Ar氣體環境下形成17()11111之膜厚。 於形成透光性電極105膜之後，對氮化物半導體發光元 件進行退火。退火條件（退火溫度、退火氣體環境及退火 壓力）如表1及表2所示 退火後，以與實施例1相同之方式，製成n側焊墊電極 107、ρ側焊墊電極106及絕緣性膜1 〇8，進而分割成各發光 元件，獲得樣品元件S。 測定形成有包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極之氮 化物半導體發光元件（樣品元件s)之正向電壓vfs。為了比 較’製成形成有ιτο透光性電極之比較用元件Sit〇，並測 定正向電壓VfIT0。測定結果示於表1及表2。 當Vfs$Vf丨το時’推斷樣品元件kVf良好。
Vf之比較係於以相同之濺鍍裝置成膜之樣品元件S及比 較用元件SIT0之間進行。表1之6個樣品元件s(No.l〜6)及1 個SiT0(No.7)係使用相同之濺鍍裝置。又，表2之4個樣品 元件S(No.8〜11)及1個S〗to(No.12)係使用相同之濺鍍裝置。 154857.doc •19· 201143145 [表l]
No. 膜之組成 成媒條件 退火條件 Vf(V) 基礎層 氣體環境 溫度(°c) 氣體環境 壓力(Pa) 1 IGS P-GaN Aj 450 大氣 3k 8.10 2 IGS P-GaN At 475 大氣 3k 3.29 3 IGS P-GaN Ar 500 大氣 3k 3.05 4 kGS P*GaN ---. Ar 525 大氣 3k 3.04 5 IGS P-GaN At 550 大氣 3k 3.04 6 IGS P-GaN ----- Ar 575 大氣 3k 3.05 7 *IGS ITO >•由含有G P-GaN Aj+〇2 475 大氣 常壓 3.08(比較） 二由1㈣給:極(比較樣品) [表2]
No. 膜之組成 成骐條4 退火條件 Vf(V) 基礎層 氣體環境 溫度fc) 氣體環境 壓力(Pa) 8 IGS P-GaN Ar 525 大氣 lk 2.99 9 IGS P-GaN At 525 大氣 3k 3.00 10 IGS p-GaN tr 525 大氣 60 k 3.03 11 IGS p-GaN Ar 525 大氣 常壓 3.02 12 *IG! [TO s:由含有c 3-GaN 輿Si之 At 475 大氣 常壓 2.99(比較） 工由IS·層電極(比較樣品) [實施例3] 。平價透it丨生電極1G5之成膜條件及退火條件對歐姆接觸 之影響。 154857.doc -20· 201143145 於本實施例中，透光性電極1〇5之成膜條件與實施例！不 同。又，於本實施例中，就對晶圓晶片化後進行測定之方 面而言，與實施例1不同。關於其此外之方面與實施例”目 同。 以與實施例1相同之方式，積層n型氮化物半導體層 102活性層1 〇3及p侧氮化物半導體層1 〇後，形成透光性 電極105膜。 透光性電極105係使用含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉 由濺鍍法，形成170 nm之膜厚。此時，製成成膜時之濺鍍 裝置内之氣體環境不同之樣品。各樣品之氣體環境僅為Ar (樣品 Νο·13、16〜19)、Ar 與 〇2(Ar 流量：60 seem，02 流 量.0.27 seem)(樣品 Νο·14)及 Ar 與 〇2(Ar 流量：60 seem， 〇2流量：0.6 3(^111)(樣品>1〇.15)。 形成透光性電極105膜後，對氮化物半導體發光元件進 行退火。退火條件（退火溫度、退火氣體環境及退火壓力） 如表3所示。 退火後，以與實施例丨相同之方式，製成η側焊墊電極 107、ρ側焊墊電極1 〇6及絕緣性膜1 〇8，進而分割成各發光 元件’獲得6個樣品元件s。 測疋對6個樣品元件s施加-5 V~+5 V之電壓時之電流， 製成V-I曲線。於V-Ι曲線為直線之情形時，評價歐姆接觸 良好（〇) ’於V-I曲線彎曲（例如，彎曲成s字狀）之情形時， 評價歐姆接觸不良（X) 〇評價結果示於表3。 154857.doc 201143145 [表3]
No. 膜之組成 成膜條件 退火條件 歐姆接觸 基礎層 氣體環境 溫度(°C) 氣體環境 壓力(Pa) 13 IGS p-GaN Ar 525 n2 3k 〇 14 IGS p-GaN Ar(60 sccm)+〇2(0.27 seem) 525 n2 3k X 15 IGS p-GaN Ar(60 sccm)+〇2(0.6 seem) 525 n2 3k X 16 IGS p-GaN Ar 475 n2 常壓 X 17 IGS p-GaN Ar 500 n2 常壓 〇 18 IGS p-GaN Ar 525 n2 常壓 〇 19 IGS p-GaN Ar 500 - 0.001 X *IGS :由含有Ge與Si之氧化銦膜形成透光性電極105 p-GaN : p側氮化物半導體層104 [實施例4] 評價透光性電極105之退火條件對接觸電阻之影響。 於本實施例中，就對晶圓晶片化後進行測定之方面而 言，與實施例1不同。關於其以外之方面與實施例1相同。 以與實施例1相同之方式，積層n型氮化物半導體層 102、活性層103及ρ側氮化物半導體層10後，形成透光性 電極105膜。 透光性電極105係使用含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉 由濺鍍法，於Ar氣體環境下成膜170 nm之膜厚。 形成透光性電極105膜後，對氮化物半導體發光元件進 行退火。退火條件（退火溫度、退火氣體環境及退火壓力） 如表4所示。 154857.doc -22- 201143145 退火後，以與實施例1相同之方式，製成η側焊墊電極 107、ρ側焊墊電極1 06及絕緣性膜108，進而分割成各發光 元件，獲得樣品元件S。 測定形成有包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極之氮 化物半導體發光元件（樣品元件S)的接觸電阻pcs。為了比 較，製成形成有ITO透光性電極之比較用元件SIT0，並測 定接觸電阻pcIT〇。測定結果示於表4。 當pcsS pc1T0時，推斷樣品元件S之接觸電阻良好。 [表4]
No. 膜之組成 成膜條件 退火條件 ρο(Ω) 基礎層 氣體環境 溫度(°C) 氣體環境 壓力(Pa) 20 IGS p-GaN At 500 n2 3k 20.45 21 IGS p-GaN Ar 525 n2 3k 3.538 22 IGS p-GaN At 550 n2 3k 3.672 23 [TO p-GaN Ar+02 475 大氣 常壓 5.781(比較） *IGS :由含有Ge與Si之氧化銦脖 -形成透光< 1·生電極105 ITO :由ITO膜形成透光性電極(比較樣品) p-GaN : ρ側氮化物半導體層104 [實施例5] 評價透光性電極105之退火條件對薄片電阻之影響。 於本實施例中，於虛設基板（玻璃基板）上製成包含含有 Ge與Si之氧化銦之透光性電極105。 透光性電極105係使用含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉 由藏鍵法，於Ar氣體環境下成膜170 nm之膜厚。 形成透光性電極105膜後，對氮化物半導體發光元件進 154857.doc •23- 201143145 行退火。退火條件（退火溫度、退火氣體環境及退火壓力） 如表5所示。 測定形成於虛設基板（玻璃基板）之上的包含含有Ge與Si 之氧化銦之透光性電極105之薄片電阻Rs。為了比較，於 虛設基板（玻璃基板）之上形成ITO透光性電極，並測定薄 片電阻RIT〇。測定結果示於表5。 時，判斷包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性 電極之薄片電阻良好。 [表5]
No. 膜之組成 成膜條件 退火條件 R7(n/a) 基礎層 氣體環境 溫度(°C) 氣體環境 壓力(Pa) 24 IGS 玻璃 Ar 500 n2 常壓 60.24 25 IGS 玻璃 Ar 550 n2 常壓 81.1 26 IGS 玻璃 Ar 600 n2 常壓 103 27 IGS 玻璃 Ar 500 0.001 17.9 28 IGS 玻璃 Ar 600 - 0.001 18.4 29 IGS 玻璃 Ar 600 n2 減壓 41.5 30 ITO 玻璃 Ar+〇2 475 n2 常壓 30.21(比較） *IGS :由含有Ge與Si之氧化銦膜形成透光性電極105 ITO :由ITO膜形成透光性電極(比較樣品） 根據表3之樣品No.13〜15之結果可知，於含有氧之氣體 環境下成膜之透光性電極105不與p側氮化物半導體層104 進行歐姆接觸。另一方面可知於不含有氧之惰性氣體環境 下成膜之透光性電極105與p側氮化物半導體層104進行歐 姆接觸。 154857.doc -24- 201143145 根據表5之樣品No.24〜26之結果可知，於常壓退火中， 若退火溫度上升（500eC —55CTC —600°C )，則薄片電阻上 升。又，根據表5之樣品Νο·27、28之結果可知，於真空退 火中，若退火溫度上升（500°C —600°C )，則薄片電阻上 升。 根據表3之樣品No.16~18之結果可知，於常壓退火中， 右以退火溫度500。(：以上進行退火，則透光性電極1〇5與p 側氣化物半導體層10 4進行歐姆接觸。 並且’根據表1之樣品No.l〜6之結果可知，減壓退火（3 kPa)中，若以退火溫度5〇〇t以上進行退火，則氮化物半 導體發光元件之Vf亦會低於先前之IT0氮化物半導體發光 元件（樣品Νο·7)之Vf。 根據該等之結果可知，於本發明之氮化物半導體發光元 件中，若使退火溫度上升至50(Γ(^±，貝·以光性電極ι〇5 之薄片電阻上升，透光性電極1〇5會與ρ側氮化物半導體層 1〇4進行歐姆接觸，並且正向電壓（Vf)下降。 根據表4之樣品No.20〜22之結果可知，若以退火溫度 525t以上進行退火，則氮化物半導體發光元件之接觸電 阻PC會低於先前之ITO氮化物半導體發光元件（樣品No”） 之接觸電阻pc。 根據表3之樣品No.19之結果可知，若於高冑空下(〇_ 叫進行退火，則透光性電極1G5々側氮化物半導體層⑽ 無法進行歐姆制。又，«表3之樣品Ng.13、18可知， 於525t下’無論常壓或減屋（3咖），透光性電極衛盘ρ 154857.doc -25- 201143145 側氮化物半導體層1 04均進行歐姆接觸β 根據表5之樣品Νο·27、28之結果可知，若於古真办下 (0.001 Pa)進行退火’則包含含有Ge與以之氧化銦之透光 性電極105之薄片電阻R會低於先前之包含IT〇之透光性電 極（樣品電極Νο·3〇)之薄片電阻R。又，可知減壓下進行退 火之透光性電極105(樣品No.29)相較於常壓下進行退火之 透光性電極105(樣品No.26)，薄片電阻變低。 根據表2之樣品Νο·8〜11之結果可知，於退火麼力6〇 下進行退火之樣品元件S(樣品No.10)之Vf高於常壓下進行 退火之樣品元件S(N〇.ll)之Vf。另一方面，可知於減壓下 進行退火之樣品元件S(樣品No.8、9)之Vf，低於常壓下進 行退火之樣品元件S(樣品No. 11)之Vf。 於退火壓力1 kPa下進行退火之樣品元件8(樣品n〇.8)2 Vf與先刖之ITO氮化物半導體發光元件（樣品n〇12)相同。 又’於退火壓力3 kPa下進行退火之樣品元件s(樣品N〇 9) 之Vf雖略高於先前之IT0氮化物半導體發光元件（樣品 Νο·12)，但Vf值充分良好。 根據該等之結果可知，藉由將退火壓力設為1 k〜3 kPa， 獲得對半導體發光元件而言所有重要之特性（歐姆接觸、 透光性電極之薄片電阻及正向電壓Vf)均較佳之結果。 即’於1 k〜3 kPa之減壓下進行退火之氮化物半導體發光元 件中’透光性電極105可與p側氮化物半導體層1〇4進行歐 姆接觸，可降低透光性電極1〇5之薄片電阻（與常壓退火相 比），並且可降低正向電壓Vf(與常壓退火相比）。 154857.doc •26- 201143145 [產業上之可利用性] 本發明之氮化物半導體發光元件可用於構成背光光源、 顯示器、照明、車輛用燈等各種光源之半導體發光元件。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之實施形態之氮化物半導體發光元件之示 意性俯視圖。 圖2係圖1之A-A'剖面中之示意性剖面圖。 【主要元件符號說明】 101 基板 102 η側氮化物半導體層 103 發光層 104 Ρ側氮化物半導體層 105 透光性電極 106 Ρ側焊墊電極 107 η側焊塾電極 108 絕緣性膜 154857.doc

Claims (1)

  1. 201143145 七、申請專利範圍： 1. 一種氮化物半導體發光元件，其特徵在於：其係具有11 側氮化物半導體層、P側氮化物半導體層、及形成於上 述p側氮化物半導體層上之透光性電極者；且 上述透光性電極包含含有Ge與Si之氧化銦。 2. 如請求項1之氮化物半導體發光元件，其中上述透光性 電極與上述p側氮化物半導體層中所含p型氮化物半導體 層鄰接。 3. 如請求項1之氮化物半導體發光元件，其中上述透光性 電極係以氧化銦為主成分’含有氧化鍺〇1重量％以上5 〇 重量❶/。以下，且含有氧化矽〇. 1重量％以上5 〇重量％以 下。 4. 如請求項2之氮化物半導體發光元件，其中上述透光性 電極係以氧化銦為主成分’含有氧化鍺〇·丨重量％以上5 〇 重量％以下，且含有氧化石夕〇. 1重量％以上5.〇重量％以 下。 5. 如睛求項1之氮化物半導體發光元件，其中上述p侧氮化 物半導體層中所含p型氮化物半導體層包含GaN。 6. 如凊求項1之氮化物半導體發光元件，其中上述p側氮化 物半導體層中所含p型氮化物半導體層含有Mg作為p型雜 質。 7. 如請求項2之氮化物半導體發光元件，其中上述p側氮化 物半導體層中所含p型氮化物半導體層包含GaN，且含有 Mg作為p型雜質。 154857.doc 201143145 8. 如請求項3之氮化物半導體發光元件，其中上述p側氮化 物半導體層t所含p型氮化物半導體層包含GaN，且含有 Mg作為p型雜質。 9. 如請求項1至8中任一項之氮化物半導體發光元件，其中 上述透光性電極之膜厚為5〇〇 A以上，5000 A以下。 1 〇. —種氮化物半導體發光元件之製造方法，其特徵在於： 該氮化物半導體發光元件具有η側氮化物半導體層、p側 氮化物半導體層、及形成於上述ρ側氮化物半導體層上 之透光性電極；且該製造方法包括： 形成上述η側氮化物半導體層與上述ρ側氮化物半導體 層之半導體形成步驟，及 於上述Ρ側氮化物半導體層之上形成上述透光性電極 之透光性電極形成步驟，並且 上述透光性電極形成步驟包括： 形成含有Ge與Si之氧化銦層膜之成膜過程，及 對形成上述氧化銦層膜之上述氮化物半導體發光元件 進行退火之退火過程。 11.如請求項10之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述成膜過程中’使用包含含有&與31之氧化銦之靶 材’藉由滅锻’形成上述氧化銦層膜。 12 ·如凊求項10之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述成膜過程中’於惰性氣體環境下進行成膜。 13.如請求項10之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述退火過程中’退火溫度為5〇〇°c以上。 154857.doc 201143145 14. 如請求項12之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述退火過程中，退火溫度為500°C以上。 15. 如請求項10之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述退火過程中，退火溫度為525°C以上。 16. 如請求項I2之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述退火過程中，退火溫度為525°C以上。 17·如請求項10之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述退火過程t，於減壓下進行退火。 18. 如請求項12之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述退火過程中，於減壓下進行退火。 19. 如請求項14之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述退火過程中，於減壓下進行退火。 20. 如請求項1〇至19中任一項之氮化物半導體發光元件之製 造方法’其中於上述退火過程中，於1 kPa~30 kPa之減 壓下進行退火。 154857.doc
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