TW201411883A - 半導體紫外發光元件 - Google Patents

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TW201411883A
TW201411883A TW102112560A TW102112560A TW201411883A TW 201411883 A TW201411883 A TW 201411883A TW 102112560 A TW102112560 A TW 102112560A TW 102112560 A TW102112560 A TW 102112560A TW 201411883 A TW201411883 A TW 201411883A
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Norimichi Noguchi
Kenji Tsubaki
Hiroshi Fukshima
Masaharu Yasuda
Takayoshi Takano
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Panasonic Corp
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Abstract

本發明旨在提供一種半導體紫外發光元件，其中包含n型氮化物半導體層、氮化物半導體所構成之發光層與p型氮化物半導體層。p型氮化物半導體層包含：p型導電層5，自n型氮化物半導體層觀察設於發光層之另一側，能帶間隙大於發光層；及p型接觸部，自發光層觀察設於p型導電層之另一側，能帶間隙小於發光層，接觸p電極。p型接觸部由具有點狀之p型接點或孔部之p型接觸層所構成，在p型導電層之一表面上形成非被覆區域。將p型接點彼此之間隔或孔部之直徑除以p型導電層之厚度所得之數值為3.0以下之區域在非被覆區域之70%以上。

Description

半導體紫外發光元件
本發明係關於半導體紫外發光元件。
自以往，以III族氮化物半導體(AlN、AlGaN、AlGaInN等)形成發光層，於紫外線性的波長區域發光之半導體紫外發光元件之高效率化及高輸出化之研究即已在各處進行。眾人期待可應用半導體紫外發光元件於衛生、醫療、工業、照明或精密機械等各種領域。
作為此種半導體紫外發光元件，參照日本國專利公開2008-171941號公報(以下稱文獻1)即知，如圖35所示，該公報揭示一發光元件100，於第2接觸部106設置作為紫外線之吸收不能部之溝槽部106a，溝槽部106a作為出射部，取出來自發光部104之激發發光。
文獻1作為半導體紫外發光元件之發光元件100具有疊層構造，在基板101上依序鄰接而形成第1接觸部102、第1護套部103、發光部104、第2護套部105與第2接觸部106。發光元件100具有鄰接第1接觸部102之陰極電極部107。發光元件100具有鄰接第2接觸部106之陽極電極部108。
文獻1 發光元件100中，發光部104藉由於紫外區域具有發光波長之第1III族氮化物形成。發光部104構成重複堆疊實際發生激發發光之發 光層104a，與為獲得載波之侷限效應能帶間隙稍大於發光層104a之阻隔層104b之多重量子井層。第1護套部103具有N型導電型，以能帶間隙大於第1III族氮化物之第2III族氮化物形成。第1接觸部102具有N型導電型，以能帶間隙小於第2III族氮化物之第3III族氮化物形成。且第2護套部105具有P型導電型，以能帶間隙大於第1III族氮化物之第4III族氮化物形成。第2接觸部106具有P型導電型，以能帶間隙小於第4III族氮化物之第5III族氮化物形成。又，陽極電極部108包含形成於第2接觸部106上表面之陽極電極層108a，與形成於陽極電極層108a上表面中一部分之區域之陽極電極墊108b。
文獻1之發光元件100中，在陰極電極部107與第1接觸部102之間，及陽極電極部108與第2接觸部106之間確保良好的歐姆性接觸。發光元件100中，為確保良好之歐姆性接觸，以紫外線透射能小之III族氮化物形成第1接觸部102與第2接觸部106。且文獻1之發光元件100中，設於第2接觸部106之吸收不能部係出射部，可高效率地取出發光部104中之激發發光。
文獻1之發光元件100藉由上述構成，可成為動作電壓低且發光效率高之紫外線發光元件。
然而，業界要求半導體紫外發光元件其光輸出更高，僅以上述文獻1之發光元件100之構成不充分，眾人要求更進一步改良。
鑑於上述事由，本發明之目的在於提供一種半導體紫外發光元件，光輸出更高。
本發明之半導體紫外發光元件(10)包含：n型氮化物半導體層(3)； p型氮化物半導體層(5)；發光層(4)，設於上述n型氮化物半導體層(3)與上述p型氮化物半導體層(5)之間，由氮化物半導體所構成；n電極(6)，連接上述n型氮化物半導體層(3)；及p電極(7)，連接上述p型氮化物半導體層(5)；該半導體紫外發光元件(10)之特徵在於上述p型氮化物半導體層(5)包含：p型導電層(5a)，自上述n型氮化物半導體層(3)觀察設於上述發光層(4)之另一側，能帶間隙大於上述發光層(4)；及p型接觸部，自上述發光層(4)觀察設於該p型導電層(5a)之另一側，能帶間隙小於上述發光層(4)，接觸上述p電極(7)；且上述p型接觸部由點狀之複數p型接點(5b)所構成，形成上述複數p型接點(5b)在上述p型導電層(5a)一表面(5aa)上，俾於上述一表面(5aa)形成未由上述複數p型接點(5b)包覆之非被覆區域(E)，該非被覆區域(E)中，將鄰接之上述p型接點(5b、5b)彼此之間隔除以上述p型導電層(5a)之厚度所得之數值為3.0以下之區域在上述非被覆區域(E)之70%以上。
此半導體紫外發光元件中，將鄰接之上述p型接點(5b、5b)彼此之間隔除以上述p型導電層(5a)之厚度所得之數值為1.8以下之區域宜在該非被覆區域之70%以上。
本發明之半導體紫外發光元件(10)包含：n型氮化物半導體層(3)；p型氮化物半導體層(5)；發光層(4)，設於上述n型氮化物半導體層(3)與上述p型氮化物半導體層(5)之間，由氮化物半導體所構成；n電極(6)，連接上述n型氮化物半導體層(3)；及p電極(7)，連接上述p型氮化物半導體層(5)；該半導體紫外發光元件(10)之特徵在於上述p型氮化物半導體層(5)包 含：p型導電層(5a)，自上述n型氮化物半導體層(3)觀察設於上述發光層(4)之另一側，能帶間隙大於上述發光層(4)；及p型接觸部，自上述發光層(4)觀察設於該p型導電層(5a)之另一側，能帶間隙小於上述發光層(4)，接觸上述p電極(7)；且上述p型接觸部由p型接觸層(5c)所構成，上述p型接觸層(5c)具有複數孔部(5ca)且在上述p型導電層(5a)一表面(5aa)上形成，俾於上述一表面(5aa)形成未由上述p型接觸層(5c)包覆之非被覆區域(E)，上述孔部(5aa)各上述非被覆區域(E)中，將面積與上述非被覆區域(E)相同之假想正圓的直徑除以上述p型導電層(5a)之厚度所得之數值為3.0以下之區域在上述非被覆區域(E)之70%以上。
此半導體紫外發光元件中，於上述孔部(5ca)各上述非被覆區域(E)，將上述直徑除以上述p型導電層(5a)之厚度所得之數值為1.8以下之區域宜在上述非被覆區域(E)之70%以上。
此半導體紫外發光元件中，上述非被覆區域(E)相對於上述p型導電層(5a)之上述一表面(5aa)宜至少占50%以上之面積。
此半導體紫外發光元件中，上述p型氮化物半導體層(5)內，於上述非被覆區域(E)宜具有反射紫外線之反射膜(8)。
此半導體紫外發光元件中，上述發光層(4)宜可發出360nm以下之紫外線。
此半導體紫外發光元件中，上述p型接觸部宜由p型GaN所構成。
本發明之半導體紫外發光元件具有可更提高光輸出之效果。
d42‧‧‧區域
E‧‧‧非被覆區域
1‧‧‧基板
2‧‧‧緩衝層
3‧‧‧n型氮化物半導體層
3aa‧‧‧露出部
4‧‧‧發光層
5‧‧‧p型氮化物半導體層
5a‧‧‧p型導電層
5b‧‧‧p型接觸部(p型接點)
5aa‧‧‧一表面
5ca‧‧‧孔部
5c‧‧‧p型接觸層
6‧‧‧n電極
7‧‧‧p電極
7a‧‧‧第1電極
7b‧‧‧第2電極
8‧‧‧反射膜
8ca‧‧‧開口部
10‧‧‧半導體紫外發光元件
100‧‧‧發光元件
101‧‧‧基板
102‧‧‧第1接觸部
103‧‧‧第1護套部
104‧‧‧發光部
104a‧‧‧發光層
104b‧‧‧阻隔層
105‧‧‧第2護套部
106‧‧‧第2接觸部
106a‧‧‧溝槽部
107‧‧‧陰極電極部
108‧‧‧陽極電極部
108a‧‧‧陽極電極層
108b‧‧‧陽極電極墊
圖1係顯示實施形態1之半導體紫外發光元件之剖面圖。
圖2係顯示實施形態1之半導體紫外發光元件之重要部位之俯視圖。
圖3係說明實施形態1之半導體紫外發光元件之重要部位中電流之流向之剖面說明圖。
圖4係顯示p型導電層之電阻率變化時自p型接點起之距離與電流密度之關係之曲線圖。
圖5係p型導電層之膜厚變化時自p型接點起之距離與電流密度之關係之曲線圖。
圖6係說明實施形態1之半導體紫外發光元件之重要部位中光取出之剖面說明圖。
圖7係顯示實施形態2之半導體紫外發光元件之剖面圖。
圖8係顯示實施形態3之半導體紫外發光元件之俯視圖。
圖9係圖8之IXa-IXa線剖面圖。
圖10係圖9之Xa-Xa線剖面圖。
圖11係顯示實施形態3之另一半導體紫外發光元件之剖面圖。
圖12係顯示實施形態3之又一半導體紫外發光元件之俯視圖。
圖13係圖12之XIIIa-XIIIa線剖面圖。
圖14係圖13之XIVa-XIVa線剖面圖。
圖15係顯示實施形態4之半導體紫外發光元件之俯視圖。
圖16係圖15之XVIa-XVIa線剖面圖。
圖17係顯示實施形態4之半導體紫外發光元件，圖16之XVIIa-XVIIa線剖面圖。
圖18係顯示實施形態4之半導體紫外發光元件之重要部位之俯視圖。
圖19係顯示實施形態4之另一半導體紫外發光元件之剖面圖。
圖20係顯示實施形態5之半導體紫外發光元件之俯視圖。
圖21係圖20之IIXIa-IIXIa線剖面圖。
圖22係圖21之IIXIIa-IIXIIa線剖面圖。
圖23係顯示實施形態6之半導體紫外發光元件之俯視圖。
圖24係圖23之IIXIVa-IIXIVa線剖面圖。
圖25係圖24之IIXVa-IIXVa線剖面圖。
圖26係顯示實施形態6之另一半導體紫外發光元件之剖面圖。
圖27係顯示實施形態6之上述另一半導體紫外發光元件之俯視圖。
圖28係圖27之IIXVIIIa-IIXVIIIa線剖面圖。
圖29係圖28之IIXIXa-IIXIXa線剖面圖。
圖30係顯示實施形態7之半導體紫外發光元件之俯視圖。
圖31係圖30之IIIXIa-IIIXIa線剖面圖。
圖32係圖31之IIIXIIa-IIIXIIa線剖面圖。
圖33係顯示實施形態7之另一半導體紫外發光元件之剖面圖。
圖34係顯示實施形態7之又一半導體紫外發光元件之剖面圖。
圖35係顯示習知之發光元件之構造之說明圖，圖35A係俯視圖，圖35B係沿圖35A之A-B線之剖面圖。
實施形態1
以下，使用圖1至圖6說明關於本實施形態之半導體紫外發光元件10。又，於圖中對相同構成要素賦予同一符號。且各圖中構成要素之比率未必反映實際尺寸。
本實施形態之半導體紫外發光元件10如圖1所示，包含n型氮化物半導體層3、p型氮化物半導體層5與設於n型氮化物半導體層3和p型氮化物半導體層5之間，由氮化物半導體所構成之發光層4。且半導體紫外發光元件10包含連接n型氮化物半導體層3之n電極6，與連接p型氮化物半導體層5之p電極7。
p型氮化物半導體層5包含設於p型氮化物半導體層5中發光層4之一側，能帶間隙大於發光層4之p型導電層5a。且p型氮化物半導體層5包含設於p型氮化物半導體層5中與發光層4相反之一側，能帶間隙小於發光層4，接觸p電極7之p型接觸部5b。亦即，p型氮化物半導體層5包含 設於自n型氮化物半導體層3觀察發光層4之另一側(相反側)，能帶間隙大於發光層4之p型導電層5a。且p型氮化物半導體層5包含設於自發光層4觀察p型導電層5a之另一側(相反側)，能帶間隙小於發光層4，接觸p電極7之p型接觸部。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，p型氮化物半導體層5作為p型接觸部，在p型導電層5a一表面5aa上設有複數點狀之p型接點5b，於一表面5aa形成未由複數p型接點5b包覆之非被覆區域E(參照圖2)。亦即，p型接觸部由複數點狀之p型接點(複數p型接觸點)5b所構成。複數p型接點5b在p型導電層一表面5aa上形成，俾於p型導電層5a一表面(第1面)5aa形成未由複數p型接點5b包覆之非被覆區域E。
半導體紫外發光元件10中，於非被覆區域E，將鄰接之p型接點5b、5b彼此之間隔d除以p型導電層5a之厚度t所得之數值為3.0以下之區域(大於0而在3.0以下之區域)在非被覆區域E的70%以上。
藉此，本實施形態之半導體紫外發光元件10可更提高光輸出。
以下，更詳細說明關於本實施形態之半導體紫外發光元件10。
圖1所示之半導體紫外發光元件10構成可發出紫外線光之發光二極體。半導體紫外發光元件10包含藍寶石基板等磊晶沉積用單晶基板所構成之基板1。半導體紫外發光元件10中，於基板1一面側(圖1上表面側)具有AlN等氮化物半導體材料所構成之緩衝層2。半導體紫外發光元件10中，於緩衝層2與基板1相反之一側具有摻雜Si之AlGaN等所構成之n型氮化物半導體層3。半導體紫外發光元件10中，於n型氮化物半導體層3與基板1相反之一側具有使用可發出紫外線光之AlGaN等氮化物半導體之發光層4。半導體紫外發光元件10中，於發光層4中與n型氮化物半導體層3相反之一側具有p型氮化物半導體層5。p型氮化物半導體層5包含設於p型氮化物半導體層5中發光層4之一側，摻雜Mg之AlGaN等所構成之p 型導電層5a，與設於和發光層4相反之一側，摻雜Mg之GaN等所構成之p型接觸部。p型接觸部由設在p型導電層5a一表面5aa上，複數點狀之p型接點5b所構成。p型氮化物半導體層5中，p型導電層5a一表面5aa未完全由p型接點5b包覆，於p型導電層5a一表面5aa形成未由p型接點5b包覆之非被覆區域E。
半導體紫外發光元件10呈於基板1上述一面側剩下發光層4及p型氮化物半導體層5的一部分，形成露出n型氮化物半導體層3之露出部3aa之台面構造。半導體紫外發光元件10中，於n型氮化物半導體層3之露出部3aa形成作為陰極電極之n電極6。且半導體紫外發光元件10中形成作為陽極電極之p電極7，俾包覆複數點狀之p型接點5b。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，p電極7包含包覆複數p型接點5b，來自發光層4之紫外線(參照朝圖1紙面上方之反白箭頭)可透射之透光性金屬所構成之接觸用第1電極7a。又，半導體紫外發光元件10中，紫外線(參照朝圖1紙面下方之反白箭頭)亦自發光層4朝基板1側放射。且p電極7中，於第1電極7a上的一部分具有可連接外部接合線(未圖示)等之接合用第2電極7b。第2電極7b以較第1電極7a厚之膜厚形成。亦即，p電極7包含第1電極7a與第2電極7b。且半導體紫外發光元件10中，n電極6與p電極7形成於同一平面側(沿各層疊層方向之同一面側)。
半導體紫外發光元件10中，可於基板1上述一面側藉由有機金屬氣相沉積法(MOVPE法)等使緩衝層2、n型氮化物半導體層3、發光層4與p型氮化物半導體層5之疊層構造物成膜。半導體紫外發光元件10中，藉由將上述疊層構造物自p型氮化物半導體層5側蝕刻至n型氮化物半導體層3途中，以使n型氮化物半導體層3的一部分露出，可形成台面構造。
其次，詳述關於本實施形態之半導體紫外發光元件10中提高光輸出之構造。
首先，一開始先根據圖3~圖5，藉由圖3所示之構造之半導體紫外發 光元件10之模型，說明關於本案發明人等基於各種實驗所進行之考察。又，圖3中示意顯示鄰接之p型接點5b、5b中，自一方p型接點5b朝p型導電層5a擴散之電流(參照圖3之虛線)。
圖4顯示p型導電層5a之膜厚一定，p型導電層5a之電阻率R變化時，自p型接點5b起之距離X與電流密度之關係之模擬結果。又，作為p型導電層5a之電阻率R，電阻率R1為5Ωcm，電阻率R2為3Ωcm，電阻率R3為1Ωcm，電阻率R4為0.5Ωcm，電阻率R5為0.2Ωcm，電阻率R6為0.1Ωcm。圖4中，p型導電層5a內，p型導電層5a之膜厚為0.1μm。圖4中，俯視時自p型接點5b端部起之距離(自p型接點5b之端部起，p型導電層5a中沿與膜厚方向垂直之方向之方向(橫向)之距離)為X，顯示電流密度之變化。圖4中，電流密度大小以於p型接點5b正下方之電流密度為基準，標準化表示之。依本案發明人等進行之模擬結果，未觀察到因p型導電層5a之電阻率R之不同朝橫向之電流擴散距離之變化。亦即，可以說p型導電層5a之電阻率R對p型導電層5a朝橫向之電流擴散距離之影響少。
且圖5中，顯示p型導電層5a之電阻率一定，p型導電層5a之厚度t變化時，自p型接點5b起之距離X與電流密度之關係之模擬結果。又，作為p型導電層5a之厚度t，膜厚t1為0.1μm，膜厚t2為0.2μm，膜厚t3為0.3μm，膜厚t4為0.4μm，膜厚t5為0.5μm。圖5中，p型導電層5a中，p型導電層5a之電阻率為5Ωcm。圖5中，以俯視時自p型接點5b端部起之距離(自p型接點5b之端部起橫向之距離)為X，顯示電流密度之變化。圖5中，電流密度大小以於p型接點5b正下方之電流密度為基準，標準化表示之。依本案發明人等進行之模擬結果可知，隨著p型導電層5a之厚度t增加，p型導電層5a朝橫向之電流擴散距離增加。
依本案發明人等之模擬結果可知，p型氮化物半導體層5中，相較於降低p型導電層5a之電阻率R，增加p型導電層5a之厚度t更可大幅對提升p型導電層5a中朝橫向之電流擴散距離有所助益。
表1顯示相對於每一p型導電層5a之不同厚度t，以於p型接點5b正下方之電流密度為基準(100%)，電流密度為50%、25%、10%、1%，俯視時自p型接點5b端部起之距離X。
自p型接點5b朝橫向擴散之電流大小愈遠離p型接點5b愈小。亦即，距離X愈小電流密度愈大。因此，相對於既定p型導電層5a之厚度t，於距離X較表1所示之數值小之處，可獲得既定大小以上之電流密度。例如，p型導電層5a之厚度t為0.1〔μm〕時，自p型接點5b端部起之距離X在0.038〔μm〕以下之處之電流密度在於p型接點5b正下方之電流密度之50%以上。
亦即，表1所示之數值表示相對於既定厚度t可獲得所希望之電流密度之距離X之上限值。
其次，想像將自p型接點5b端部起之距離X除以p型導電層5a之厚度t所得之數值Q1(=X/t)。表2顯示以於p型接點5b正下方之電流密度為基準(100%)，電流密度為既定比例(50%、25%、10%、1%)時之數值Q1。
表2中，例如就電流密度為10%觀察即知，數值Q1為1.467-1.490，大約為1.5。依表2可知，電流密度相對於p型接點5b正下方之數值減少至既定比例時之數值Q1與p型導電層5a之厚度t之變化無關，相對於每一既定電流密度大致相等。
數值Q1愈小(距離X愈小)電流密度愈大。亦即，表2所示之數值表示可獲得所希望之電流密度之數值Q1之上限值。因此，於滿足數值Q1較表2所示之數值小之條件之處，可獲得既定大小以上之電流密度。
其次，想像就有一對p型接點5b、5b時，將p型接點5b、5b彼此之間隔d除以p型導電層5a之厚度t所得之數值Q2(=d/t)。
有一對p型接點5b、5b時，於p型接點5b、5b間之位置，分別自雙方之p型接點5b、5b供給電流。因此，於p型接點5b、5b間之位置之電流密度為來自雙方之p型接點5b、5b之電流密度之和。
表3顯示以於p型接點5b正下方之電流密度為基準(100%)，可獲得既定比例(100%、50%、20%、2%)之電流密度之數值Q2之上限值。
依表3，半導體紫外發光元件10中，若將鄰接之p型接點5b、5b彼此之間隔d除以p型導電層5a之厚度t所得之數值Q2在3.0以下(大於0而在3.0以下)，則p型接點5b、5b彼此之間之位置之電流密度可在p型接點5b正下方之電流密度的20%以上。
又，使用氮化物半導體之半導體紫外發光元件中，氮化物半導體內穿通錯位密度高，非發光再結合具支配性，內部量子效率低。且使用氮化物半導體之半導體紫外發光元件中，一般而言，相較於n型氮化物半導體層，難以以低電阻方式形成p型氮化物半導體層。且使用氮化物半導體之半導體紫外發光元件中，正電洞之有效質量大，傾向於p型氮化物半導體層中朝沿與膜厚方向垂直之方向之方向(橫向)之電流擴散距離短。因此，半導體紫外發光元件中，僅講究p型導電層之導電性或p型接觸層之形狀時，發光面積小，難以提升光輸出。
本案發明人等根據上述模擬結果，發現藉由設置既定p型接觸部，可更提高光輸出。
半導體紫外發光元件中，例如作為p型接觸部，使用能帶間隙小於發光層，吸收由發光層產生之紫外線之p型GaN時，可與p電極進行良好之歐姆接觸。然而，半導體紫外發光元件中，作為p型接觸部使用p型GaN時，發光層發出之紫外線由p型接觸部吸收故光取出效率傾向於降低。
另一方面，半導體紫外發光元件中，作為p型接觸部，使用能帶間隙大於發光層之p型AlGaN，俾不吸收由發光層產生之紫外線時，有p型AlGaN中明顯難以獲得高孔洞濃度，難以實現輸出提升之問題。
相對於此，半導體紫外發光元件10中，如圖6所示，可自鄰接之p型接點5b、5b彼此之間d41朝外部取出由發光層4放射之紫外線(參照圖6之反白箭頭)。因此，半導體紫外發光元件10可抑制由發光層4放射之紫外線因p型接點5b被吸收，抑制光輸出降低。然而，半導體紫外發光元件10中，若鄰接之p型接點5b、5b彼此過於遠離，即無法對發光層4充分供給電流而產生不自發光層4放射紫外線之區域d42。半導體紫外發光元件10中，因產生不自發光層4放射紫外線之區域d42，有時會難以提升光輸出。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，設計p型接點5b，俾於p型接點5b、5b間之電流密度之降低係以p電極7正下方之電流密度為基準，於p型接點5b正下方之電流密度之20%為下限值。且本實施形態之半導體紫外發光元件10中，抑制到於p型接點5b正下方之電流密度之20%之區域占非被覆區域E之70%以上。亦即，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，將鄰接之p型接點5b、5b彼此之間隔除以p型導電層5a之厚度t所得之數值為3.0以下之區域於上述一表面5aa在未由p型接點5b包覆之區域之70%以上。
藉此，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，來自發光層4之紫外線可經由點狀p型接點5b之間之非被覆區域E朝外部出射。本實施形態之半導體紫外發光元件10藉由使用特定p型接觸部，可與p電極7進行良好之歐姆接觸，並同時抑制來自發光層4之紫外線被吸收。且本實施形態之 半導體紫外發光元件10中，藉由使鄰接之p型接點5b、5b彼此之間隔d為既定間隔，可提升光輸出。
又，半導體紫外發光元件10中，於非被覆區域E，抑制到於p型接點5b正下方之電流密度之20%之區域比例若少，即有發生發光不均之虞。且本案發明人等已獲得下列知識：存在有以於p型接點5b正下方之電流密度為基準，電流密度降低至50%未滿之區域時，半導體紫外發光元件10整體之發光強度傾向於降低。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，在p電極7與p型接觸部之間進行良好的歐姆接觸，並同時抑制p型接觸部吸收發光層4發出之紫外線。
又，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，非被覆區域E相對於p型導電層5a之一表面5aa至少占50%以上之面積，藉此可更提升光輸出。非被覆區域E之上限值雖未特別限定，但為確保自p型接觸部朝p型導電層5a流動之電流，例如可在90%以下。
且半導體紫外發光元件10中，如表3所示，電流密度降低至50%時之數值Q2為1.733~1.80。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，設計非被覆區域E之形狀或大小，俾將鄰接之p型接點5b、5b彼此之間隔d除以p型導電層5a之厚度t所得之數值Q2在1.8以下之區域(大於0而在1.8以下之區域)在70%以上。藉此，本實施形態之半導體紫外發光元件10可抑制發光面積減小，並同時提升光取出效率。又，半導體紫外發光元件10中，宜設計非被覆區域E之形狀或大小，俾將鄰接之p型接觸部5b、5b彼此之間隔d除以p型導電層5a之厚度t為1.8以下(大於0而在1.8以下)之範圍內。
以下，詳述關於用於本實施形態之半導體紫外發光元件10之各構成。
基板1可支持n型氮化物半導體層3、發光層4或p型氮化物半導體層5。基板1例如作為磊晶沉積用單晶基板，可適當使用基板1之上述一面係 (0001)面之c面藍寶石基板。基板1不僅限於藍寶石基板，例如亦可使用尖晶石基板、矽基板、碳化矽基板、氧化鋅基板、磷化鎵基板、砷化鎵基板、氧化鎂基板、硼化鋯基板或III族氮化物系半導體結晶基板等。基板1就提升光取出效率之觀點而言，宜相對於自發光層4放射之紫外線透光性更高。
為減少n型氮化物半導體層3之穿通錯位並減少n型氮化物半導體層3之殘留應變可適當具有緩衝層2。緩衝層2宜係形成於基板1上述一面上，作為構成元素含有Al，由氮化物半導體構成之AlN層、AlGaN層或AlInN層等。
n型氮化物半導體層3可對發光層4注入電子即可。n型氮化物半導體層3中，未特別限定n型氮化物半導體層3之膜厚或n型氮化物半導體層3之組成。n型氮化物半導體層3例如可藉由在緩衝層2上形成，摻雜Si之n型Al0.55Ga0.45N層構成。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，n型氮化物半導體層3藉由相對於發光層4用作為護套層並亦用作為接觸層之n型AlGaN層構成。n型氮化物半導體層3不限於單層構造，亦可為多層構造。n型氮化物半導體層3為多層構造時，例如可藉由緩衝層2上摻雜Si之n型Al0.7Ga0.3N層，與n型Al0.7Ga0.3N層上摻雜Si之n型Al0.55Ga0.45N層構成。n型氮化物半導體層3為多層構造時，亦可為超晶格構造。
發光層4設於n型氮化物半導體層3與p型氮化物半導體層5之間，藉由可發出紫外線光之氮化物半導體形成即可。雖未圖示，但發光層4可為交互堆疊障壁層與井層而構成之量子井構造。發光層4中，例如可藉由膜厚為8nm之Al0.55Ga0.45N層構成障壁層，藉由膜厚為2nm之Al0.40Ga0.60N層構成井層。又，發光層4中，不限定障壁層及井層各組成，例如可對應發光波長適當設定之，俾作為發出360nm以下所希望之發光波長(發光峰波長)之紫外線者，可發出250nm~300nm波長區域中之紫外線。且發光層4中，不限定發光層4內井層之數量。因此，發光層4不限於具有複數井層之多重量子井構造，亦可採用井層為1個的單一量子井構造。且發光層4中，亦不特別限定障壁層之膜厚或井層之膜厚。發光層4中，發光層4亦 可為單層構造，且為由n型氮化物半導體層3與p型氮化物半導體層5包夾之雙重混雜構造。
p型氮化物半導體層5可對發光層4注入正電洞即可。p型氮化物半導體層5包含設於p型氮化物半導體層5中發光層4之一側，能帶間隙大於發光層4之p型導電層5a。雖未圖示，但p型導電層5a適當具有第1p型半導體層與第2p型半導體層。上述第1p型半導體層與上述第2p型半導體層中，例如為使侷限載波與侷限光功能分離之目的，Al之組成比不同，例如，可利用上述第1p型半導體層較上述第2p型半導體層Al之組成比大者。p型氮化物半導體層5可包含形成於發光層4上，摻雜Mg之p型Al0.9Ga0.1N層所構成之上述第1p型半導體層，與形成於上述第1p型半導體層上，摻雜Mg之p型Al0.55Ga0.45N層所構成之上述第2p型半導體層。p型氮化物半導體層5中，已設定上述第1p型半導體層及上述第2p型半導體層各組成，俾上述第1p型半導體層之能帶間隙大於上述第2p型半導體層之能帶間隙。且已設定上述第2p型半導體層之組成，俾上述第2p型半導體層之能帶間隙與發光層4中障壁層之能帶間隙相同。
且p型氮化物半導體層5包含設於p型氮化物半導體層5中與發光層4相反之一側，能帶間隙小於發光層4，接觸p電極7之p型接觸部。p型氮化物半導體層5例如包含藉由在上述第2p型半導體層上摻雜Mg之p型GaN構成之p型接觸部。p型接觸部由複數點狀之p型接點5b所構成。
又，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，已設定p型氮化物半導體層5，俾上述第1p型半導體層之膜厚為15nm，上述第2p型半導體層之膜厚為50nm，p型接觸部之厚度為15nm。又，p型接觸部之厚度係p型接點5b中自p型導電層5a一表面5aa起沿p型導電層5a之膜厚方向之高度。p型氮化物半導體層5中，未特別限定構成p型氮化物半導體層5之上述第1p型半導體層、上述第2p型半導體層各膜厚或p型接觸部之厚度。
半導體紫外發光元件10中，亦未特別限定於p型氮化物半導體層5採 用之氮化物半導體，p型氮化物半導體層5中，例如作為p型導電層5a，亦可使用AlGaInN、AlInN。且p型氮化物半導體層5作為p型接觸部，雖可使用AlGaInN、InGaN、AlInN，但為與p電極7電性接觸使用GaN更佳。特別是，p型接觸部藉由以不含有Al之GaN形成，易於獲得與p電極7良好的歐姆接觸。
半導體紫外發光元件10藉由具有包含上述第1p型半導體層與上述第2p型半導體層之p型導電層5a和p型接觸部之構造，可減少p型氮化物半導體層5與p電極7之接觸電阻而獲得良好的歐姆接觸。且半導體紫外發光元件10藉由上述構造，可分別減少p型氮化物半導體層5與發光層4之能帶間隙及晶格定數之不同。又，p型導電層5a不限於2層構造，亦可為單層構造，亦可為3層以上之多層構造。p型氮化物半導體層5不限於上述構造，亦可在p型導電層5a與發光層4之間具有與p型導電層5a不同之半導體層。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，藉由調整沉積條件，選擇性地使氮化物半導體沉積，可在p型導電層5a上形成複數點狀之p型接點5b。且半導體紫外發光元件10中，可預先在p型導電層5a上形成具有複數開口部之遮罩，藉由利用MOVPE法等之選擇沉積，使以自遮罩開口部露出之p型導電層5a為核而沉積之氮化物半導體為p型接點5b。p型氮化物半導體層5中，藉由使用氮化物半導體沉積之開口部位置經規則配置之遮罩，可規則形成p型接點5b。且本實施形態之半導體紫外發光元件10中，亦可在p型導電層5a上形成p型接觸層後，蝕刻p型接觸層的一部分，藉此在p型導電層5a上形成複數點狀之p型接點5b所構成之p型接觸部。
且本實施形態之半導體發光元件10中，藉由規則配置複數點狀之p型接點5b，可使所製造之複數半導體發光元件10之光學特性一致。半導體發光元件10中，亦可藉由設置厚度經調整之介電質多層膜，使其具有反射來自發光層4之紫外線之反射層之功能。特別是，亦可利用具有複數開口部之介電質多層膜為p型接點5b形成時之遮罩。此時，本實施形態之半導體 紫外發光元件10中，在p型導電層5a上形成複數點狀之p型接點5b後，可完全不需去除遮罩而為提升光取出效率利用遮罩。本實施形態之半導體發光元件10中，藉由蝕刻p型接觸層的一部分，在p型導電層5a上形成複數點狀之p型接點5b，可相對較簡單地形成所希望之形狀之p型接觸部。
p型氮化物半導體層5中，可在p型導電層5a上形成複數點狀之p型接點5b並形成非被覆區域E。
半導體紫外發光元件10中，可利用如MOVPE法之磊晶沉積技術使n型氮化物半導體層3、發光層4、p型氮化物半導體層5等成膜。本實施形態之半導體紫外發光元件10不僅限定於作為磊晶沉積方法藉由MOVPE法形成。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，作為磊晶沉積方法，例如亦可使用氫化物氣相沉積法(HVPE法)或分子束磊晶法(MBE法)等成膜。
n電極6可與n型氮化物半導體層3電性接觸並供電，宜相對於n型氮化物半導體層3具有良好的歐姆接觸。n電極6可使用例如藉由Ti膜、Al膜、Ti膜與Au膜之疊層膜構成，n電極6之最表面側為Au膜者。n電極6中，例如Ti膜之膜厚可為20nm，Al膜之膜厚可為100nm，Ti膜之膜厚可為20nm，Au膜之膜厚可為200nm。n電極6中Ti膜之膜厚、Al膜之膜厚、Au膜之膜厚之數值係一例，不特別限定。n電極6只要可降低接觸電阻而歐姆接觸，n電極6之材料或膜厚、疊層構造等不特別限定。因此，n電極6亦可係選自於Ti膜與Au膜之疊層膜、Al膜與Au膜之疊層膜、W膜與Au膜之疊層膜或Ti膜、Al膜、Ni膜與Au膜之疊層膜之群組之1種疊層膜。n電極6可藉由電子束蒸鍍法(EB蒸鍍法)成膜。n電極6不僅限於以電子束蒸鍍法成膜，亦可使用濺鍍法等形成。且n電極6為引線接合金線或鋁線等外部金屬線等，亦可構成以膜厚較厚之方式形成之接合墊。
p電極7可與p型氮化物半導體層5中之p型接觸部電性接觸而供電，宜相對於p型接觸部具有良好的歐姆接觸。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，p電極7宜在p型氮化物半導體層5上連續(不形成與其他部分 隔絕之島狀部分)形成。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，宜形成p電極7，俾接觸所有的p型接點5b。且為使紫外線自p電極7側出射，p電極7之膜厚宜在導電沒問題之範圍內盡量薄。p電極7例如可藉由Ni膜與Au膜之疊層膜構成。p電極7中，例如Ni膜之膜厚可為20nm，Au膜之膜厚可為50nm。p電極7中Ni膜之膜厚、Au膜之膜厚之數值係一例，未特別限定。p電極7只要可降低接觸電阻而歐姆接觸，p電極7之材料或膜厚、疊層構造等不特別限定。p電極7亦可係選自於Ni膜與Au膜之疊層膜、Ti膜與Au膜之疊層膜、Al膜與Au膜之疊層膜、Ti膜、Al膜、Ni膜與Au膜之疊層膜、Ti膜、Al膜、Ti膜與Au膜之疊層膜、Pd膜與Au膜之疊層膜、Pt膜與Au膜之疊層膜之群組之1種疊層膜。p電極7之最表面側宜為Au膜。p電極7中，因p電極7之最表面側係Au膜，可抑制p電極7表面之氧化。p電極7可藉由電子束蒸鍍法成膜。p電極7不僅限於以電子束蒸鍍法成膜，亦可使用濺鍍法等形成。且p電極7中亦可設置與p型接觸部接觸之第1電極7a，和在第1電極7a上膜厚較第1電極7a厚之第2電極7b。第1電極7a可藉由Ni膜與Au膜之疊層膜構成。第1電極7a中，例如Ni膜之膜厚可為1nm，Ni膜上Au膜之膜厚可為3nm。第2電極7b可藉由Ti膜與Au膜之疊層膜構成。第2電極7b中，例如Ti膜之膜厚可為20nm，Ti膜上Au膜之膜厚可為500nm。第1電極7a及第2電極7b中Ni膜之膜厚、Ti膜之膜厚、Au膜之膜厚之數值係一例，不特別限定。第1電極7a宜在p型氮化物半導體層5上連續(不形成與其他部分隔絕之島狀部分)形成。宜形成第1電極7a，俾接觸所有的p型接點5b。且為使紫外線自p電極7側出射，第1電極7a之膜厚在導電沒問題之範圍內宜盡量薄。如圖1所示，宜形成第2電極7b，俾恰包覆第1電極7a的一部分。又，第2電極7b之厚度宜較p型接觸部之厚度厚。第2電極7b可接合金線或鋁線等外部金屬線。
又，半導體紫外發光元件10中，亦可藉由同一金屬材料形成n電極6與p電極7。半導體紫外發光元件10中，因n電極6與p電極7為同一電極構造，可同時形成n電極6與p電極7。
以下，說明關於本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，首先一開始先將作為基板1之藍寶石晶圓導入MOVPE裝置之反應爐內。半導體紫外發光元件10之製造方法中，保持MOVPE裝置反應爐內之壓力為既定壓力(例如10kPa)，並同時使基板1之溫度上昇至沉積溫度(例如1250℃)。半導體紫外發光元件10之製造方法中，於MOVPE裝置之反應爐內，藉由以1250℃之溫度加熱基板1既定時間(例如10分鐘期間)期間，潔淨化基板1。
其次，半導體紫外發光元件10之製造方法中，在保持基板1之溫度為沉積溫度(例如1250℃)之狀態下，同時對反應爐內供給作為鋁原料之三甲基鋁(TMAl)，與作為氮原料之氨(NH3)。半導體紫外發光元件10之製造方法中，在基板1上使單晶AlN層所構成之緩衝層2沉積。又，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，三甲基鋁(TMAl)之流量在標準狀態下為0.05L/min(50SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute))。且本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，氨(NH3)之流量在標準狀態下為0.05L/min(50SCCM)。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，在基板1上形成緩衝層2後，接著，使摻雜Si之n型Al0.55Ga0.45N層之n型氮化物半導體層3成膜。n型氮化物半導體層3中，作為鋁原料使用TMAl成膜，作為鎵原料使用三甲基鎵(TMGa)成膜，作為氮原料使用NH3成膜，作為係賦予n型導電性之雜質之矽原料使用四乙矽烷(TESi)成膜。n型氮化物半導體層3中，沉積溫度為1200℃，沉積壓力為既定壓力(例如10kPa)，使用TMAl、TMGa、NH3、TESi，作為用來輸送各原料之載持氣體使用氫氣。又，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，TESi之流量在標準狀態下為0.0009L/min(0.9SCCM)。半導體紫外發光元件10之製造方法中，用來使n型氮化物半導體層3成膜之原料不特別限定。因此，半導體紫外發光元件10之製造方法中，亦可例如作為鎵原料使用三乙鎵(TEGa)，作為氮原料使用肼聯胺衍生物，作為矽原料使用單矽烷(SiH4)等使n型氮化物半導體層3 成膜。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，在緩衝層2上形成n型氮化物半導體層3後，接著形成發光層4。半導體紫外發光元件10之製造方法中，作為發光層4之沉積條件，沉積溫度可與n型氮化物半導體層3相同，為1200℃，沉積壓力為既定壓力(例如10kPa)。半導體紫外發光元件10之製造方法中，於發光層4內，作為鋁原料可使用TMAl，作為鎵原料可使用TMGa，作為氮原料可使用NH3。發光層4中，關於障壁層之沉積條件，除不供給TESi外，可設定為與n型氮化物半導體層3之沉積條件相同。且發光層4中，關於井層之沉積條件，設定III族原料中TMAl之莫爾比(〔TMAl〕/{〔TMAl〕+〔TMGa〕})較障壁層之沉積條件小，俾獲得所希望之組成。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，呈摻雜Si之n型Al0.4Ga0.6N層之井層由摻雜Si之Al0.55Ga0.45N層之障壁層包夾之量子井構造。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，於障壁層雖未摻雜雜質，但亦可以障壁層之結晶品質不劣化之程度之雜質濃度摻雜矽等n型雜質。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，在n型氮化物半導體層3上形成發光層4後，接著使p型氮化物半導體層5成膜。半導體紫外發光元件10之製造方法中，作為p型氮化物半導體層5中p型導電層5a之沉積條件，沉積溫度可為1050℃，沉積壓力可為既定壓力(在此為10kPa)。又，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，於p型導電層5a內，作為上述第1p型半導體層及上述第2p型半導體層之沉積條件，可設定相同沉積溫度及沉積壓力。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，為形成p型氮化物半導體層5，作為鋁原料使用TMAl，作為鎵原料使用TMGa，作為氮原料使用NH3。且本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，為形成p型氮化物半導體層5，作為係賦予p型導電性之雜質之鎂原料使用雙環戊二烯鎂(Cp2Mg)。且本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中， 作為用來輸送p型氮化物半導體層5各原料之載持氣體使用氫氣。半導體紫外發光元件10之製造方法中，藉由摻雜Mg之p型Al0.9Ga0.1N形成上述第1p型半導體層。半導體紫外發光元件10中，於形成上述第1p型半導體層後，設定III族原料中TMAl之莫爾比，俾Al之混晶比較上述第1p型半導體層小，藉由摻雜Mg之p型Al0.55Ga0.45N形成上述第2p型半導體層。半導體紫外發光元件10之製造方法中，作為p型氮化物半導體層5a，形成上述第1p型半導體層及上述第2p型半導體層。
其次，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，在上述第1p型半導體層上形成上述第2p型半導體層後，形成p型接觸部(p型接點5b)。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，p型氮化物半導體層5內p型接觸部(p型接點5b)之沉積條件(沉積溫度、沉積壓力、原料氣體、各原料氣體之流量)基本上與上述第2p型半導體層之沉積條件大致相同，停止供給TMAl。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，使構成p型氮化物半導體層5各層中任一者沉積時Cp2Mg之流量在標準狀態下皆為0.02L/min(20SCCM)。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，對應p型氮化物半導體層5中p型導電層5a與p型接觸部各組成適當變化III族原料之莫爾比(流量比)。半導體紫外發光元件10之製造方法中，於此沉積條件下，氮化物半導體之結晶易於沿特定方向選擇性地發生沉積。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，在上述第2p型半導體層上形成之氮化物半導體包覆上述第2p型半導體層整體前停止沉積。半導體紫外發光元件10之製造方法中，在構成p型導電層5a之上述第2p型半導體層之一表面5aa上可形成複數點狀之p型接點5b及未由複數p型接點5b包覆之非被覆區域E。半導體紫外發光元件10之製造方法中，可因p型接觸部之沉積條件變化，控制點狀之p型接點5b之大小或密度。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，可藉由結晶沉積程序，在基板1上依序使緩衝層2、n型氮化物半導體層3、發光層4、p型 氮化物半導體層5之疊層構造物沉積。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，結晶沉積程序結束後，自MOVPE裝置之反應爐取出在基板1上具有緩衝層2、n型氮化物半導體層3、發光層4、p型氮化物半導體層5之疊層構造物之半導體晶圓。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，可形成俯視時在p型導電層5a上呈複數獨立點狀之p型接點5b。p型接點5b可形成為剖面觀察時前端朝外部突出之形狀。雖圖示在p型導電層5a上呈半球狀形成者，但p型接點5b可依沉積條件形成為角柱狀、角錐狀、角錐台狀。在p型接觸部5上形成反射膜(未圖示)時，p型接觸部中p型接點5b之外形形狀會對光學特性造成影響。且p型接觸部中，p型接點5b之外形形狀會對與p電極7之接觸面積造成影響。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，藉由點狀之p型接點5b之形狀及非被覆區域E之大小等，再配合反射膜造成的紫外線的反射效果，亦可實現提升光取出效率。
其次，說明關於本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中n電極6及p電極7之形成程序。
首先，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，為利用微影技術構成台面構造，於上述半導體晶圓上對應露出面3aa之區域形成光阻層(以下亦稱第1光阻層)。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，以第1光阻層(未圖示)為第1遮罩，藉由反應性離子蝕刻自p型氮化物半導體層5表面側蝕刻至n型氮化物半導體層3途中，藉此形成台面構造。又，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，台面構造之面積及形狀不特別限定。
半導體紫外發光元件10之製造方法中，形成台面構造後，去除第1光阻層。半導體紫外發光元件10之製造方法中，以BHF(緩衝氫氟酸)進行濕蝕刻，藉此去除於上述疊層構造物表面形成之自然氧化膜。又，半導體紫外發光元件10之製造方法中，只要可去除自然氧化膜，不僅限於使用BHF亦可使用其他酸類。
其次，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，藉由使用光阻遮罩之剝離形成n電極6。半導體紫外發光元件10之製造方法中，利用微影技術形成第2光阻層(未圖示)，該第2光阻層經圖案化，俾作為n型氮化物半導體層3之露出部3aa的一部分之n電極6之形成預定區域露出。其後，半導體紫外發光元件10之製造方法中，藉由電子束蒸鍍法，使作為n電極6基礎之金屬疊層膜成膜，藉由剝離去除第2光阻層及第2光阻層上的不要膜。半導體紫外發光元件10之製造方法中，在氮氣環境中進行RTA處理(急速熱退火處理)，俾n電極6與n型氮化物半導體層3之接觸為歐姆接觸。又，n電極6可係膜厚為20nm之Ti膜、膜厚為100nm之Al膜、膜厚為20nm之Ti膜與膜厚為200nm之Au膜之疊層膜。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，作為RTA處理之條件，例如退火溫度可為900℃，退火時間可為1分鐘。
其次，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，藉由使用光阻遮罩之剝離形成p電極7。半導體紫外發光元件10之製造方法中，利用微影技術形成第3光阻層(未圖示)，該第3光阻層經圖案化，俾p型氮化物半導體層5中構成p電極7之第1電極7a之形成預定區域露出。其後，半導體紫外發光元件10之製造方法中，藉由電子束蒸鍍法使作為第1電極7a基礎之金屬疊層膜成膜，藉由剝離去除第3光阻層及第3光阻層上之不要膜。半導體紫外發光元件10之製造方法中，於氮氣環境中進行RTA處理，俾第1電極7a與p型氮化物半導體層5中之p型接觸部之接觸為歐姆接觸。又，p電極7之第1電極7a可係膜厚為20nm之Ni膜與膜厚為50nm之Au膜之疊層膜。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，RTA處理之條件內，例如退火溫度為500℃，退火時間為10分鐘即可。且本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，藉由使用光阻遮罩之剝離形成p電極7之第2電極7b。半導體紫外發光元件10之製造方法中，利用微影技術於第1電極7a形成光阻層(以下亦稱第4光阻層)，該光阻層經圖案化，俾構成p電極7之第2電極7b之形成預定區域露出。其後，半導體紫外發光元件10之製造方法中，藉由電子束蒸鍍法使作為第2電極7b 基礎之金屬疊層膜成膜，藉由剝離去除第4光阻層及第4光阻層上之不要膜。又，為使紫外線透射，在導電沒問題之範圍內宜盡量較薄地形成p電極7。
又，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，以晶圓層級成膜，再進行切割程序，藉此可將其分割為各個半導體紫外發光元件10。且本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，關於形成n電極6之程序、形成p電極7之程序之順序，亦可對應各程序熱處理之溫度高低等適當變更。且本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，n電極6與p電極7之疊層構造及材料可相同時，亦可同時進行形成n電極6之程序與形成p電極7之程序。半導體紫外發光元件10中，n電極6之形狀不特別限定，適當設計即可。同樣地，半導體紫外發光元件10中，p電極7之形狀不特別限定，適當設計即可。且半導體紫外發光元件10中，n電極6與p電極7不僅限於配置於同一面側，亦可隔著n型氮化物半導體層3、發光層4與p型氮化物半導體層5之疊層構造物對向配置。
又，一般而言，p型氮化物半導體層5其正電洞有效質量大，氮化物半導體中電流擴散距離傾向於較n型氮化物半導體層3短。且半導體紫外發光元件10中，若p型氮化物半導體層5之膜厚過厚，序列電阻即會傾向於升高。因此，宜依發光層4中p電極7之投影區域與p型氮化物半導體層5之膜厚之關係適當設計半導體紫外發光元件10，俾可提高光取出效率。
實施形態2
圖7所示之本實施形態之半導體紫外發光元件10主要在具有反射膜8，俾包覆圖1所示之實施形態1之非被覆區域E之點上與其相異。又，對與實施形態1相同之構成要素賦予同一符號適當省略說明。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，如圖7所示，於p型氮化物半導體層5內，在非被覆區域E具有反射紫外線之反射膜8。更具體而言，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，在連接p型接觸部之第1電極7a 與第2電極7b之間設有金屬材料所構成之反射膜8，俾包覆非被覆區域E。藉此，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，反射由發光層4放射之紫外線中朝反射膜8側之紫外線(參照圖7紙面上方之反白箭頭)，自基板1側取出之，藉此可獲得更高之光輸出。
又，如本實施形態之半導體紫外發光元件10，設置具有導電性之反射膜8，俾包覆非被覆區域E時，複數p型接點5b因反射膜8電性連接。因此，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，未必需橫跨p型氮化物半導體層5上連續形成p電極7。
實施形態3
圖8至圖11所示之本實施形態之半導體紫外發光元件10呈與實施形態1大致相同之構造，主要在p電極7及複數點狀之p型接點5b之構造上相異。又，就與實施形態1及實施形態2相同之構成要素，賦予同一符號適當省略說明。
本實施形態之半導體紫外發光元件10如圖8所示，俯視時基板1之外周形狀為矩形狀。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，於矩形狀基板1上述一面側全面所形成之n型氮化物半導體層34角隅中之1處，具有n型氮化物半導體層3露出之露出部3aa。半導體紫外發光元件10中，於露出部3aa形成n電極6。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，俯視時n電極6之形狀呈扇形形成。n電極6中，配置俯視時扇形之n電極6之曲面與p電極7對向。
本實施形態之半導體紫外發光元件10如圖9所示，包含n型氮化物半導體層3、p型氮化物半導體層5和設於n型氮化物半導體層3與p型氮化物半導體層5之間，由氮化物半導體所構成之發光層4。且半導體紫外發光元件10包含連接n型氮化物半導體層3之n電極6，與連接p型氮化物半導體層5之p電極7。
p型氮化物半導體層5包含設於p型氮化物半導體層5中發光層4之一側，能帶間隙大於發光層4之p型導電層5a。且p型氮化物半導體層5包含設於p型氮化物半導體層5中與發光層4相反之一側，能帶間隙小於發光層4，接觸p電極7之p型接觸部。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，p型氮化物半導體層5作為p型接觸部，在p型導電層5a一表面5aa上設有複數點狀之p型接點5b，於一表面5aa形成未由複數p型接點5b包覆之非被覆區域E。半導體紫外發光元件10中，於非被覆區域E，將鄰接之p型接點5b、5b彼此之間隔d除以p型導電層5a之厚度t所得之數值(Q1)在3.0以下之區域(大於0而在3.0以下之區域)在非被覆區域E之70%以上。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，以一層之方式形成p電極7，俾包覆複數點狀之p型接點5b。p電極7包覆p型氮化物半導體層5中之非被覆區域E，亦用作為反射紫外線之反射膜。如圖10所示，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，雖規則排列配置p型接點5b，但亦可如圖11，不規則地配置p型接點5b。
且本實施形態之半導體紫外發光元件10亦可如圖12至圖14所示，包含俯視呈矩形狀並規則配置之點狀之p型接點5b。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，俯視時規則配置p型接點5b時，形成p型導電層5a後自反應爐取出形成至p型氮化物半導體層5中p型導電層5a之上述半導體晶圓一次。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，於形成至p型導電層5a之上述半導體晶圓形成使用微影技術及蝕刻技術進行圖案化之SiO2等造成的選擇沉積用遮罩，其後，在反應爐內形成p型接觸部。半導體紫外發光元件10之製造方法中，形成複數p型接點5b後，去除選擇沉積用遮罩。藉此，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法可在p型導電層5a上形成規則配置之點狀之p型接點5b。
實施形態4
圖15至圖17所示之本實施形態之半導體紫外發光元件10主要不同在於在實施形態3中p型導電層5a之一表面5aa上不設置複數點狀之p型接點5b，代之以具有複數孔部5ca之p型接觸層5c。亦即，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，p型接觸部由具有複數孔部5ca之p型接觸層5c所構成。又，對與實施形態3相同之構成要素賦予同一符號適當省略說明。
本實施形態之半導體紫外發光元件10如圖15所示，俯視時基板1之外周形狀呈矩形狀。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，於矩形狀基板1上述一面側全面所形成之n型氮化物半導體層34角隅中之1處具有n型氮化物半導體層3露出之露出部3aa。半導體紫外發光元件10中，於露出部3aa形成n電極6。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，俯視時n電極6之形狀呈扇形形成。n電極6中，配置俯視時扇形之n電極6之曲面與p電極7對向。
本實施形態之半導體紫外發光元件10如圖16所示，包含n型氮化物半導體層3、p型氮化物半導體層5和設於n型氮化物半導體層3與p型氮化物半導體層5之間，由氮化物半導體所構成之發光層4。且半導體紫外發光元件10包含連接n型氮化物半導體層3之n電極6，與連接p型氮化物半導體層5之p電極7。
p型氮化物半導體層5包含設於p型氮化物半導體層5中發光層4之一側，能帶間隙大於發光層4之p型導電層5a。且p型氮化物半導體層5包含設於發光層4相反側，能帶間隙小於發光層4，連接p電極之p型接觸部。亦即，p型氮化物半導體層5包含自n型氮化物半導體層3觀察設於發光層4的另一側(相反側)、且能帶間隙大於發光層4之p型導電層5a。且p型氮化物半導體層5包含設於自發光層4觀察p型導電層5a之另一側(相反側)，能帶間隙小於發光層4，接觸p電極7之p型接觸部。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，p型氮化物半導體層5作為p型接觸部，在p型導電層5a一表面5aa上設置具有複數孔部5ca之p型接觸層5c，於一表面5aa形成未由p型接觸層5c包覆之非被覆區域E。亦即，p型接觸部由具有孔部5ca之p型接觸層5c所構成。p型接觸層具有複數孔部5ca且在一表面5aa上形成p型接觸層，俾於p型導電層5a一表面(第1面)5aa形成未由p型接觸層5c包覆之非被覆區域E。
半導體紫外發光元件10中，各孔部5ca之非被覆區域E內，將面積與非被覆區域E之面積相同之假想正圓直徑r(參照圖18)除以p型導電層5a之厚度t所得之數值為3.0以下之區域(大於0而在3.0以下之區域)在非被覆區域E之70%以上。於各孔部5ca之非被覆區域E，以p型導電5a之厚度t除直徑r之數值為1.8以下之區域(大於0而在1.8以下之區域)宜在非被覆區域E之70%以上。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，不使用實施形態3中鄰接之p型接點5b、5b彼此之間隔d，代之以假想正圓直徑r作為近似值。藉此，本實施形態之半導體紫外發光元件10與實施形態3之半導體紫外發光元件10相同，可更提高光輸出。又，半導體紫外發光元件10中，宜於各孔部5ca形成非被覆區域E，俾以p型導電層5a之厚度t除直徑r之數值為1.8以下(大於0而在1.8以下)之範圍內。
又，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，非被覆區域E相對於p型導電層5a一表面5aa至少占50%以上面積，藉此可更提升光輸出。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，在製造半導體紫外發光元件10時，與實施形態3相同，形成至p型導電層5a後，在p型導電層5a一表面5aa上呈層狀形成p型接觸層5c。其後，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，將形成p型導電層5a及p型接觸層5c之疊層構造物之半導體晶圓自反應爐內取出。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，在p型接觸層5c上形成既定形狀遮罩圖案後進行乾蝕刻。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，利用微影技術， 形成對應p型氮化物半導體層5中非被覆區域E之形成預定區域之部位開口之光阻層(以下亦稱第5光阻層)。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法以第5光阻層(未圖示)為遮罩，進行反應性離子蝕刻。半導體紫外發光元件10之製造方法藉由自p型接觸層5c表面側蝕刻至p型導電層5a露出之既定深度，於p型接觸層5c形成複數孔部5ca。半導體紫外發光元件10中，各孔部5ca各內底面係非被覆區域E。藉此，可在p型導電層5a上形成具有複數孔部5ca之p型接觸層5c所構成之p型接觸部。
半導體紫外發光元件10之製造方法中，藉由去除遮罩圖案露出之p型接觸層5c的一部分形成複數孔部5ca。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，於去除p型接觸層5c的一部分之程序，不應適當去除p型導電層5a。其後，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，與實施形態3之半導體紫外發光元件10之製造方法相同，形成n電極6及p電極7。又，半導體紫外發光元件10中，藉由第5光阻層之形狀，可形成俯視時孔部5ca之形狀為圓形、橢圓形、矩形等各種形狀。
且本實施形態之半導體紫外發光元件10中，雖如圖17所示，規則排列設置p型接觸層5c之孔部5ca，但亦可如圖19所示，不規則地設置p型接觸層5c之孔部5ca。
實施形態5
圖20至圖22所示之本實施形態之半導體紫外發光元件10主要不同在於不具有實施形態4中具有圓形孔部5ca之p型接觸層5c，代之以具有俯視時矩形狀之孔部5ca而呈網格狀之p型接觸層5c。又，對與實施形態4相同之構成要素賦予同一符號省略說明。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，如圖22所示，在p型導電層5a一表面5aa上形成網格狀p型接觸層5c。半導體紫外發光元件10中，於網格狀p型接觸層5c之複數孔部5ca分別形成非被覆區域E。半導體紫外發光元件10中，設置p電極7，俾包覆網格狀p型接觸層5c。形成p電 極7，俾p電極7的一部分進入網格狀p型接觸層5c之孔部5ca。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，於各孔部5ca之非被覆區域E，將面積與非被覆區域E之面積相同之假想正圓直徑r除以p型導電層5a之厚度t所得之數值為3.0以下之區域(大於0而在3.0以下之區域)在非被覆區域E之70%以上。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，藉由適當調整p型接觸層5c中孔部5ca之大小或孔部5ca之數量，可適當設定直徑r或非被覆區域E。
實施形態6
圖23至圖25所示之本實施形態之半導體紫外發光元件10與圖8至圖14所示之實施形態3大致相同，主要不同在於在非被覆區域E具有反射紫外線之反射膜8。又，對與實施形態3相同之構成要素賦予同一符號適當省略說明。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，於p型氮化物半導體層5內非被覆區域E具有反射紫外線之反射膜8(參照圖24及圖25)。本實施形態之半導體紫外發光元件10自基板1側取出由發光層4放射之紫外線時，可更提升光輸出。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，形成反射膜8於非被覆區域E，俾俯視時包圍複數p型接點5b。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，各p型接點5b與p電極7直接接觸。亦即，反射膜8之厚度小於p型接觸部之厚度。因此，半導體紫外發光元件10中，反射膜8亦可未必具有導電性。
以下，說明關於本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法的一部分。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，與實施形態3相同，在p型導電層5a一表面5aa上形成複數點狀之p型接點5b。其後，本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，在形成p電極7前，先利用微影技術及成膜技術使針對紫外線之反射膜8成膜，俾包圍複數點狀之p型接點5b。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，以電子線束蒸鍍法作為係反射膜8之基礎之金屬膜形成膜厚為100nm之Al膜。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，利用微影技術及蝕刻技術，於係反射膜8之基礎之金屬膜形成開口部8ca(參照圖25)。半導體紫外發光元件10中，各p型接點5b的一部分自反射膜8之開口部8ca突出。本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，在p型接觸部及反射膜8上形成p電極7。在反射膜8上形成膜厚為20nm之Ti膜，並在Ti膜上形成膜厚為500nm之Au膜，藉此形成p電極7。
本實施形態之半導體紫外發光元件10之製造方法中，作為反射膜8雖使用Al，但只要針對作為目的之波長之紫外線可獲得反射效果，不特別限定反射膜8之材質。半導體紫外發光元件10中，作為用於反射膜8之材質，亦可利用Rh、Si或SiO2等。反射膜8宜針對自發光層4放射之紫外線之反射率在60%以上。
半導體紫外發光元件10中，發光層4之發光波長處於250nm~300nm之波長區域時，反射膜8之材料係選自於Al、Rh、Si、Mo或是此等者之合金之群組則更佳。半導體紫外發光元件10中，因反射膜8之材料係選自於此群組之材料，針對自發光層4放射之紫外線反射膜8之反射率可高於60%，可抑制紫外線之吸收或透射。反射膜8例如針對265nm之紫外線，Al具有92.5%之反射率，Si具有72.2%之反射率，Rh具有67.9%之反射率，Mo具有66.7%之反射率。
又，本實施形態之半導體紫外發光元件10中，p型導電層5a與反射膜 8之密接性不良好時，亦可夾設改善密接性之Ti等其他金屬所構成之密接層以提升密接性。惟密接層有減少反射膜8反射效果之虞，故宜在數nm以下。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，不僅限於設置反射膜8俾包圍在p型導電層5a一表面5aa上規則排列設置之複數點狀之p型接點5b。本實施形態之半導體紫外發光元件10如圖26所示，亦可設置反射膜8俾包圍在p型導電層5a一表面5aa上不規則地配置之複數點狀之p型接點5b。且本實施形態之半導體紫外發光元件10如圖27至圖29所示，亦可設置網格狀反射膜8俾包圍在p型導電層5a一表面5aa上俯視呈矩形狀規則排列設置之複數點狀之p型接點5b。
實施形態7
圖30至圖32所示之本實施形態之半導體紫外發光元件10與實施形態6大致相同，主要不同在於在複數點狀之p型接點5b周圍不具有反射膜8，代之以反射膜8填滿p型接觸層5c之孔部5ca。又，對與實施形態6相同之構成要素賦予同一符號省略說明。
本實施形態之半導體紫外發光元件10如圖30所示，俯視時基板1之外周形狀呈矩形狀。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，於矩形狀基板1上述一面側全面所形成之n型氮化物半導體層34角隅中之1處具有n型氮化物半導體層3露出之露出部3aa。半導體紫外發光元件10中，於露出部3aa形成n電極6。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，俯視時n電極6之形狀呈扇形形成。n電極6中，配置俯視時扇形之n電極6之曲面與p電極7對向。且本實施形態之半導體紫外發光元件10中，俯視時p型導電層5a與p型接觸層5c之外形形狀大致一致，呈矩形狀的一部分經切開之形狀。且本實施形態之半導體紫外發光元件10中，在p型接觸層5c上設置俯視時與p型接觸層5c形狀相似且稍小於p型接觸層5c之p電極7。
本實施形態之半導體紫外發光元件10中，如圖31所示，在p型導電 層5a一表面5aa上形成具有複數孔部5ca之p型接觸層5c。半導體紫外發光元件10中，p型接觸層5c之孔部5ca分別形成非被覆區域E。半導體紫外發光元件10包含反射膜8，俾填滿p型接觸層5c各孔部5ca。本實施形態之半導體紫外發光元件10中，在反射膜8及p型接觸層5c上設置p電極7，俾p電極7進入因反射膜8部分被填滿的孔部5ca。
且本實施形態之半導體紫外發光元件10中，如圖32所示，雖規則排列設置p型接觸層5c之孔部5ca，但亦可如圖33所示，反射膜8嵌入p型接觸層5c不規則地設置之孔部5ca。本實施形態之半導體紫外發光元件10亦可如圖34所示，於網格狀p型接觸層5c之孔部5ca分別形成反射膜8。
E‧‧‧非被覆區域
1‧‧‧基板
2‧‧‧緩衝層
3‧‧‧n型氮化物半導體層
3aa‧‧‧露出部
4‧‧‧發光層
5‧‧‧p型氮化物半導體層
5a‧‧‧p型導電層
5b‧‧‧p型接觸部(p型接點)
5aa‧‧‧一表面
6‧‧‧n電極
7‧‧‧p電極
7a‧‧‧第1電極
7b‧‧‧第2電極

Claims (12)

  1. 一種半導體紫外發光元件，包含：n型氮化物半導體層；p型氮化物半導體層；發光層，設於該n型氮化物半導體層與該p型氮化物半導體層之間，由氮化物半導體所構成；n電極，連接該n型氮化物半導體層；及p電極，連接該p型氮化物半導體層；該半導體紫外發光元件之特徵在於：該p型氮化物半導體層包含：p型導電層，自該n型氮化物半導體層觀察設於該發光層之另一側，且能帶間隙大於該發光層；及p型接觸部，自該發光層觀察設於該p型導電層之另一側，且能帶間隙小於該發光層，並接觸該p電極；且該p型接觸部由點狀之複數p型接點所構成，該複數p型接點形成於該p型導電層一表面上，俾於該一表面形成未由該複數p型接點所包覆之非被覆區域，於該非被覆區域中，將鄰接之該p型接點彼此之間隔除以該p型導電層之厚度所得之數值為3.0以下之區域，在該非被覆區域之70%以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體紫外發光元件，其中：於該非被覆區域中，將鄰接之該p型接點彼此之間隔除以該p型導電層之厚度所得之數值為1.8以下之區域，在該非被覆區域之70%以上。
  3. 一種半導體紫外發光元件，包含：n型氮化物半導體層；p型氮化物半導體層；發光層，設於該n型氮化物半導體層與該p型氮化物半導體層之間，由氮化物半導體所構成；n電極，連接該n型氮化物半導體層；及 p電極，連接該p型氮化物半導體層；該半導體紫外發光元件之特徵在於：該p型氮化物半導體層包含：p型導電層，自該n型氮化物半導體層觀察設於該發光層之另一側，且能帶間隙大於該發光層；及p型接觸部，自該發光層觀察設於該p型導電層之另一側，且能帶間隙小於該發光層，並接觸該p電極；且該p型接觸部由p型接觸層所構成，該p型接觸層具有複數孔部且形成於該p型導電層的一表面上，俾於該一表面形成未由該p型接觸層所包覆之非被覆區域，於該孔部各自之該非被覆區域中，將面積與該非被覆區域相同之假想正圓的直徑除以該p型導電層之厚度所得之值為3.0以下之區域，在該非被覆區域之70%以上。
  4. 如申請專利範圍第3項之半導體紫外發光元件，其中：於該孔部各自之該非被覆區域中，將該直徑除以該p型導電層之厚度所得之數值為1.8以下之區域，在該非被覆區域之70%以上。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之半導體紫外發光元件，其中：該非被覆區域相對於該p型導電層之該一表面，至少占50%以上之面積。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之半導體紫外發光元件，其中：該p型氮化物半導體層中，於該非被覆區域具有反射紫外線之反射膜。
  7. 如申請專利範圍第5項之半導體紫外發光元件，其中：該p型氮化物半導體層中，於該非被覆區域具有反射紫外線之反射膜。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之半導體紫外發光元件，其中：該發光層可發出360nm以下之紫外線。
  9. 如申請專利範圍第5項之半導體紫外發光元件，其中：該發光層可發出360nm以下之紫外線。
  10. 如申請專利範圍第6項之半導體紫外發光元件，其中：該發光層可發出360nm以下之紫外線。
  11. 如申請專利範圍第7項之半導體紫外發光元件，其中：該發光層可發出360nm以下之紫外線。
  12. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之半導體紫外發光元件，其中：該p型接觸部由p型GaN所構成。
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