TW480753B - Nitride based semiconductor light emitting element - Google Patents

Description

480753 五、發明說明（l) 發明範圍 化ί Γ Π:於能夠在藍光至紫外光範圍發光的氮化鎵基 2…導體發光元件，以及更特別地是關於一種電極構 背景技藝的說明 ^的橫截面圖式表示一種傳統氣化録基 的堆疊構造的例子(見曰本專利特許公開2 二雄?在此發光元件中’於-絕緣的藍寳石基板1。〇 =人堆型接觸層20 0，一發光層300，一Ρ型包覆層 及一ρ型接觸層410。在1)型接觸層41〇的上表面之一曰主 ，區域形成一第一種？型電極層5〇〇的 ，㈣◦的上表面之第一區形成含氧化物的在弟種巧 =二種靡。。’以及在剩下的第二區形成V電： 、/進一步，一部份η型接觸層2 0 0以非等向蝕刻露 ，並且在此露出區域形成一 η型電極8〇〇。 在如圖5所示的發光元件之電極構造，第一種ρ型電極 上表面不是覆盍第二種？型電極層6〇〇就是電極 7 0。。、然而’第一種ρ型電極5〇〇的側表面是曝露在大氣中 /in進一步，沒有破第一種ρ型電極500覆蓋的ρ型接觸> 410的部份上表面也露出。 觸層 =2明的發明者對具有此露在大氣中的及形成在模樹月匕 中勺兔狀電極構造實施導電測試，發現當第一種口型♦曰 0含有鈀(Pd)時，位在第一種p型電極層側表面上-及 近側表面處之P型接觸層410的上表面產生局部腫塊，=

第5頁 480753 五、發明說明（2) 此腫塊在發光區變成黑色面積的特殊現象。更特別地，此 腫塊部份是起因於發光區之發光圖案的不平坦，會損害發 光元件的可靠度。進一步發現當p变及η型電極墊排列在發 光元件的對角方向時，如此的腫塊更常產生在第一種ρ型 電極層的側表面上及接近側表面之Ρ型接觸層4 1 0之上表面 區域，其較接近沿位在電極墊之間最短距離具有高電济穷 度的區域。 机山 發明概述 目由發明者發現存在傳統發光元件之問題，本發明的一個 偏提供一種氮化物基的半導體發光元件，在一低順向 根摅太ϋ全部發光區具有可能的均勻發光的高可靠度。 ιίΐΓ月:氛化物|的半導體發光元件包括至少一第 電率^:率型怨之氣化鎵基化合物半導體層及一第二種導 含赵i怨之虱化鎵基化合物半導體層堆疊在一a招t，一 氣極形成在第二種導電率型能的主道邮土 要區域，万人r中 的+導體層之上表面的 導體層之表面在一離側表面至少 的a 戈 及έ把電極的上表面和側# ®命— · 導髀羼夕主^ ^ 1J辰面與弟二種導電率 導電屏蔽膜覆芸以P絕大褒$ 預弋I度Ψ的區域 含命+二以5"%大乳或-模樹脂。 咦明導電膜加以形成。 以及導電屏蔽膜可以 那2舍鈀電極的上表面區域上可以形成一带托散门士产 屬十中’導電屏蔽膜最好也覆蓋 y J ^ Ί 51部位。 电炫坚上表面之側面及 41 m ^彡成—歐姆電極’同時形成的導電屏蔽膜

第6頁 480753 五、發明說明（3) 也可做為電極墊 含I巴電極可以翠居志之 •以、“曰道層金屬薄臈形成。 田以一透明導電膜形成導電屏蔽膜之， 應在0.1微米至30微米以及前 、J· ’其厚度較佳地 少5微米。 的見度w較佳地應在至 當形成的導電屏蔽膜也做為電極墊 金（Au)，並且其厚度應在〇 3微米至 $锃地至少應含 的寬度較佳地至少應有5微米。 .b喊未以及前面提到 本發明前述的和其他的目的， 合伴隨的圖式與本發％ & τ 一 |硯點與好處，當結 楚。 ^月在下文的坪細說明將變得更加清 圖式概述 圖1是表示根據本發明第一具體實施例 合物半曰導體元件之堆疊構造的橫截面圖式广 土、 人：2半是導表上根4據本發明第二具體實施例的氮化鎵基的化 5物丰^粗7C件之堆疊構造的橫截面圖式。 圖3是表示根據本發明第二呈靜每 ^ w H ^ 只轭例的氮化鎵基的化 a物t導體兀件之堆疊構造的橫截面圖式。 圖4是胃表示根據本發明第四具體實施例的氮化鎵基的化 合物半V體70件之堆疊構造的橫截面圖式。 圖5疋表不一傳統氮化鎵基的化合物半導體元件的堆疊 構造的檢截面圖式。 較佳具體實施例之說明 發明者詳細檢視在上述圖5所示傳統發光元件的電極構

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五、發明說明（4) 造的問題。發現產生在含把的第一種P型電極層5〇〇之 面及接近其側表面之p型接觸層4 1 0的表面上之3腫塊。，表 為鈀具有與來自大氣及模樹脂之吸附氫，氧和i氣4能111 性的原因。根據由發明者發現傳統發光元件之電極二t應 問題的認知。將以某些具體實施例描述本發明的特殊S勺 就。當根據本發明使用氮化鎵基的半導體在發光元件中 例如使用 I nx A lyGaity N( 0$x，〇Sy，x + y$i)。進一步，半 導體發光元件包括一發光二極體及一半導體雷射。 (第一具體實施例） $ 圖1疋表示根據本發明第一具體實施例之氮化鎵基的化 3物半導體發光元件的橫截面圖。發光元件包括一藍寶石 基板1，一η型氮化鎵基的化合物半導體層2，一氮化鎵基 的化合物半導體發光層3，一ρ型氮化鎵基的化合物半導體 層4，一透明電極5，一透明導電膜6，一電極墊了，一金的 搭接線8及一 η型電極9。 製造此種如圖1所示之發光元件，首先，在藍寶石基板1 之上’ η型氮化鎵基的化合物半導體層2，氮化鎵基的化洽 物半導光層3及ρ型氮化嫁基的化合物半導體層$以一 已知的方法以此順序堆疊。一透明鈀電極層5具有約2奈米 2厚度以真空蒸鑛或電子束沉積形成在p型氮化鎵基的化 合物半導體層4之上。透明鈀電極層5使用光阻以一般的光 钱刻形成透明電極5的圖案。 在透明電極5之區域上，例如使用一金屬光罩形成具有 約5 0 0奈米厚度之金層電極墊7。

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在那之後，形成錫（Sn)摻雜的氧化銦（ 6具有約50。奈米的厚度覆蓋所有广型半口以透明導電^ 5及電極塾7露出的表面。彡明導電膜6利用；如，透明，極 鐵基的蝕刻溶液形成圖案。因此形成的透明導1虱化 案不僅覆蓋透明電極5的上表面而且覆蓋其側膜U 型化合物半導體層4上表面之區域離其側面約七 的寬度，以及覆蓋電極墊了之側表面與其上 百I5镟未 少約5微米寬度的區域。 /、义之外緣至 光罩，以乾式蝕刻露出部份η 層2。在η型化合物半導辦居2 。-種包含-銘層具Ϊ二 奈米厚度之堆疊層形成做為η 在那之後，使用光阻做為 型氮化鎵基的化合物半導體 露出的表面上形成η型電極9 奈米厚度及一欽層具有約20 型電極9。 最後，為了形成發光元件與外部之間的電性連接，金的 搭接線8連接到已移除透明導電膜6的電極墊7之上表面的 中心區域。相似地，金的搭接線8也連接到η型電極$。 以這種方式形成在圖1所示的發光元件，鈀電極5相對二於 p犁氮化鎵基化合物半導體層4有較佳的歐姆特性，並且因 為它是很小的厚度’能夠是透明的。透明鈀電極的上表面 及側表面沒有被電極7所覆蓋之區域都被透明導電膜6所覆 蓋以屏蔽隔離大氣或膜樹脂。 對圖1的發光元件在大氣中及在以一模樹脂成型的塊狀 形態實施導電測試。靠近鈀電極側表面在傳統發光元件所 觀察到的腫塊隆起並沒發生，發光區域的發光圖案是均勻

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五、發明說明（6) ____ 的以及發光元件的可罪度得到改進。 於圖1所示的發光元件所考慮到的透明 蔽膜以保護及屏蔽透明鈀電極5的表面免於電膜6做為—屏 的接觸，以致可避免在透明電極5 t所含的大氣或模樹脂 及模樹脂之氫，氧及水氣的反應作用，因絶與來自大氣 件特性的劣化。 此可防止發光元 (第二具體實施例） 圖2是表示根據本發明第二具體實施 ^ 物半導體發光元件之橫截面圖件之包 == 銥（GaN)基板60，一η型氮化鎵基的化合物半導體層2，一 氮化録基的化合物半導體發光層3，型氮化的化合 物半導體層4，一透明電極5，一透明導電膜6，一電極墊 7，一金的搭接線8及一 η型電極9。 製造如此一個如圖2所示的發光元件，首先，在η型氮化 蘇基板60上’η型氮化鎵基的化合物半導體層2，氮化鎵基 的化合物半導體發光層3及ρ型氮化鎵基的化合物半導體層 4以一熟知的方法依此順序堆疊。在ρ型氮化鎵基的化合，物 半導體層4之上，沉積一透明鈀電極層5具有厚約4奈米的 厚度。形成透明電極5的圖案如在第一具體實施例相似之 方式。 在形成的透明電極5圖案上使用一金屬光罩形成電極墊 7。電極墊7以包含一鈀層具有約5〇奈米的厚度與一金屬具 有約4 5 0奈米的厚度的堆疊層加以形成。電極墊7可以利用 浮雕（1 i f t - 〇 f f )法加以形成。

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之後，沉積錫摻雜的氧化銦透明導電膜6具有約6 〇 〇奈米 的厚度覆蓋ρ型半導體層4的上表面及透明電極5露出的表 面與電極墊7。以相似於第一具體實施例之蝕刻形成透明 導電膜6之圖案。由此形成的透明導電膜6之圖案不僅覆蓋 透明鈀電極5之上表面也覆蓋其側表面，覆蓋ρ型化合物半 導體層4離其側面至少有約5微米寬度的上表面區域及覆蓋 電極墊7之側表面與上表面外緣至少有約5微米寬度的區 域。 最後’為了形成發光元件與外部之電性連接，All的搭接 線8連到沒被透明導電膜6覆蓋之電極墊7之上表面的中心 區域。另一方面，η型電極g形成在導電n型氮化鎵基板6〇 之背面。 以以方式形成在圖2之發光元件，透明鈀電極5具有較佳 ^歐姆特性’也以透明導電膜6完全屏蔽及保護免於大氣 或杈樹脂的接觸。因此，光透過區域的光穿透圖案是均勻 ::以及可以防止與來自大氣及模樹脂之氫，t及水氣反 應作用引起元件發光特性的損害。 (第二具體實施例） 圖3是表示根據本發明第三具體實施例之氮化鎵基的化 :勿半導體發光元件的橫截面圖。此發光元件包括一η型 亂化鎵基板60，1型氮化錁基的化合物半導體層2，一氮 ϋ基的化合物半導體發光層3，—ρ型氮化蘇基的化合物 體層4，-Ρ型含鈀透明電極5，一電極墊7，一金的搭 接線8及一 η型電極9。

$11頁 480753 五、發明說明（8) 裝1V 〃圖^所不之發光元件，首先，在11型氮化鎵基板60 士二：丄鎵基的化合物半導體層2，氮化鎵基的化合物 半¥肢舍光層3及p型氮化鎵基化合物半導體層4以一熟知 方法=此順序堆疊。在p型化合物半導體層4上沉積一纪的 區人姆广極層5具有約! 4奈米的厚度。此歐姆電極

形電極的圖案具有的直徑約80微米。 S 在那之後’’儿積金的電極墊7具有約5 0 0奈米的厚度覆芸 P型半導體層4之上表面及歐姆電極5所露出的表面。電極 墊7形成圓形電極墊之圖案具有約丨2〇微米的直徑。更 地二電極墊7不僅覆蓋歐姆電極5的上及側表面，也覆蓋口 型虱化鎵基的化合物半導體層4離其側面約2〇微米寬产 上表面區域。 又、 為形成發光元件與外部間之電性連接，一 ，接到電極塾7。進一步，n型電極9形成在 为面。 以此方式开> 成在圖3所示的發光元件，金的電極墊7做為 屏蔽及保護含鈀的歐姆電極5免於大氣或模樹脂的接觸厂 ，此二在圖3之發光元件也可避免來自大氣及模樹脂之 氫，氧與水氣和在歐姆電極5中所含的鈀之反應作 發光特性的劣化。 根據本具體實施例，為了從一晶圓製作許多發光元件晶 片，二度空間形狀的晶片的製造盡量小至約2 〇 〇微米見曰曰 方。為了這目的，僅歐姆鈀電極5及完全屏蔽電極免於和 大氣或模樹脂接觸的電極墊7形成在ρ型氮化鎵基的化合物 第12頁 五、發明說明（9) 2體層4之上。換句話說，在此具體實施例中，是不需 ί Ϊ用透明導電膜以屏蔽鈀電極5免於和大氣或模樹脂的 J觸。因此，本具體實施例更有簡化元件製造方法的好 (第四具體實施例） 道是Λ示根據本發明第四具體實施例之氮化鎵基化合 = 夂件之橫載面圖。此發光元件包括1彻 土板60， 11 31虱化鎵基化合物半導體層2，一氮化鎵基化 合物半導體發光層3 ’ 一ρ型氮化鎵基化合物半導體層4， 一透明電極5，一透明導雷瞭β ^ ▲ 線8及一 η型電極9電㈣，-電極墊-金的搭接 美一個二圖4所示之發光元件，首先，在η編 基板60之上，η型氣化錄基的化合 的化合物半導體發光層3及〇刊务几於甘^虱化鎵基 4以-熟知方法依此次序堆f 基的化合物半導體層 導體層4上沉積一含飽：】二2〜氮化鎵基的化合物半 度。此透明電極5以蝕刻形成圖宰。-有、，勺5不未的厗 在那之後，形成锡拉 ’、 - 奈米厚度覆蓋ρ型半導/虱化銦透明導電膜6具有約600 表面與電極墊7。透明的上表面及透明電極5的露出 蝕刻形成圖案。因此來膜6以相似於第一具體實施例的 電極5的上表面及侧表^面圖案的透明導電膜6覆蓋透明鈀 其侧面至少有約〗5料\ 且更加覆蓋Ρ型半導體層4離 之後，在相對於=度的上表面區域。 且在透明電極5之上的位置，電極塾7形

第13頁 480753 五、發明說明（ίο) 成在透明導電膜6之上。電極7可以使用金形成約3 〇 〇奈米 的厚度並且其可以光微影形成圖案。 為了形成發光元件與外部間電性的連接，一金的搭接線 8連接到電極墊7。進一步，n型電極9形成在n型GaN基板6〇 之背面。 以此方式形成在圖4所示的發光元件，含把的透明電極5 完全被透明導電膜6屏蔽免於大氣或模樹脂的接觸。因 此，可以避免來自大氣及模樹脂的氫，氧及水氣與鈀反應 作用導致發光特性的劣化。 〜 在此具體實施例中，透明導電膜6及透明電極5形成在金 電極墊7之下。因此，光直接在電極墊7之下產生而不受電 極塾7的直接妨礙，同時光可以經插入的透明電極5及透明 ‘電膜6的空間向上發射。於是可以獲得一具有較佳向外 發光的效率的發光元件。 首雖然具有均質構造的發光元件已以氮化錁基的化合物半 導體發光元件做為例子說明在上面的具體實施例中，本發 月也可應用到其他各種包含雙異質構造與單異質構造之發 光元件。 人雖然已描述了含鈀的P型歐姆電極5，電極可以形成為包 含錄（Ni)或白金（Pt)或包含鈀（Pd)之合金的堆疊體。 〔 雖然锡摻雜的氧化銦已描述做為透明導電膜6的材料， 也可使用二氧化錫（Sn02)，氧化鋅（ZnO)，錫酸鎘 2 n〇4) ’亞錫酸編（CdSn03)或相似者。進一步，除了錫 之外，可以使用鎢，鉬，銼，鈦，銻，氟或相似者做為氧

第14頁 480753 五、 化 氟 用 用 相 最 較 脂 見 突 半 米 墊 度 透 多 的； 發明說明（11) '~" --- 銦的摻雜物。進一步，可以使用銻，磷，錄，鎢，氣， 或相似者做為二氧化錫（Sn〇2)的摻雜物。進一步輕=以 :錫酸鎘的摻雜物，以及鋁，銦，硼，氟或相ς者y以 做氧化辞的摻雜物。 ^去t :可以使用蒸鍍，濺鍍，化學氣相沉積（CVD)或 者做為形成透明導電膜6的方法。 夠保護含把電極5的侧表面，透明導電膜6的厚度 - >'應該為0. 1微米’以及為了防止減少光穿透性， 2地厚度最大應該為3 〇微米。 鈀電極5的侧表面時，因為與來自大氣及模樹 卢^氧及水虱的鍵結作用，在離電極5之側面約5微米 :的範圍内之P型化合物半導體層4的上表面上產生腫： 導此’離電極5側面至少有5微米寬度的p型化合物 :^之上表面的區域最好應該覆蓋屏蔽薄膜。 在=具體實施例中，金電極墊7的厚度設定為。·3微 。=為至少0. 3微米厚度的金屬就足夠當引線接合 ^避免對下層半導體層產生應力，金 取大最好應該為1 · 5微米。 屏蔽含纪電極5以隔離大氣或模樹脂，也可能使用 保i η。然：通常介電絕緣膜的品質不足以做為 。、 '，因t、十孔捃度約大於透明導電膜6有1 00 0倍之 步，透明導電膜6可較佳的幫助很薄的含鈀電極 π上所述，根據本發明，可以提供一具有含”型歐姆 480753 五、發明說明（12) 電極的氮化鎵基的化合物半導體發光元件，其可防止與來 自大氣及模樹脂之氫，氧及水氣反應所引起發光特性的劣 化，同時因而獲得滿足的歐姆特性，均勻的發光圖案及高 可靠度。 雖然本發明已被詳細的描述及說明，應該清楚明瞭相同 的僅是做為說明及例子以及不是用做限制，本發明的精神 及範圍僅以所附的申請專利範圍加以限制。

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Claims (1)

1. 480753 六、申請專利範圍 1. 一種氮化物基的半導體發光元件，包含至少一第一導 電率型態的氮化鎵基的化合物半導體層及一第二導電率型 態的氮化鎵基的化合物半導體層堆疊在一基板上，其中 一種含鈀電極形成在該第二導電率型態的半導體層的 上表面之主要區域’及 一種含纪電極的上表面及側表面與一種該第二導電率 型態的半導體層之表面離其側表面至少有預定寬度之區域 内覆蓋一導電屏蔽膜並且隔離大氣或模型樹脂。 2. 如申請專利範圍第1項之氮化物基半導體發光元件， 其中該含鈀電極是透明的，同時該導電屏蔽膜是一透明的 導電膜。 3 ·如申請專利範圍第2項的氮化物基半導體發光元件， 其中 一電極墊形成在該含鈀電極上表面的區域上，以及該 屏蔽膜更覆蓋該電極墊的側表面及上表面的外緣部份。 4.如申請專利範圍第1項之氮化物基半導體發光元件， 其中該含鈀電極是電阻性的，及該導電屏蔽膜可另外做為 塾電極。 5 ·如申請專利範圍第1項之氮化物基半導體發光元件， 其中該含鈀電極包含單層或多層的金屬薄膜。 6.如申請專利範圍第2項之氮化物基半導體發光元件， 其中 構成該導電屏蔽膜的該透明導電膜厚度至少為0.1微 米及最多為3 0微米，同時該寬度至少為5微米。

   O:\70\70506.ptd 第18頁 480753 六、申請專利範圍 7.如申請專利範圍第4項之氮化物基的半導體發光元 件，其中 該電極墊更可做為至少含金（A u )的該導電屏蔽膜以及 具有一至少0. 3微米及至多1. 5微米的厚度，同時該寬度至 少為5微米。

   O:\70\70506.ptd 第19頁