TWI231999B - Boron phosphide-based semiconductor light-emitting device and production method thereof - Google Patents

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1231999 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具備在室溫具有廣禁帶寬之磷化硼系半 導體層之磷化硼系半導體元件，及其製造方法。 【先前技術】 近年來’利用屬於111 - V族化合物之一的磷化硼（化 式· BP)層’構成發光一極體（LED)或者雷射二極體 (LD )等的發光元件之技術有被揭露（例如，參照專利 文獻Π 。在磷化硼半導體中，由於電洞（hole )的有效 質量比電子小，因此容易獲得p型之傳導層（例如，參照 專利文獻2 )。最近，將p型之磷化硼當作用來形成歐姆 電極之電極形成層（接觸層）而具備之發光元件，爲人所 知（例如’參照專利文獻3 )。 例如，令其接觸至被設置在由111族氮化物半導體層 所成之發光層上的p型磷化硼所成之接觸層而設置的先前 之P型電極，是由金（An) /鋅（Zn)合金之單一層所 構成的（參照上記專利文獻2 )。在磷化硼層上具備有兼 任用來結線之台座電極的電極的先前磷化硼系半導體發光 元件’令其接觸p型或η型之磷化硼表面而設置已經是一 般的通例（例如，參照專利文獻3 )。 [專利文獻1 ] 美國專利第650 6 9;021號公報 [專利文獻2 ] _ 4 - 1231999 (2) 曰本特開平2-288388號公報 [專利文獻3 ] 曰本特開平10-242567號公報 【發明內容】 但在此同時，令電極的底面部位，接觸至導電性之η 型或Ρ型磷化硼層之正確表面而設置的先前構成當中，爲 了驅動發光元件而供給之電流（元件驅動電流），會以較 電極的底面部位更爲短路地往下層流通之問題，總是無法 完全避免。因此，例如，隔著爲了在發光層上方設置電極 之磷化硼結晶層，而將發光取出至外部之方式的L E D中 ’會發生元件驅動電流完全無法擴散至發光領域之不良情 形。因此，要令發光領域擴張、以增加磷化硼系半導體發 光元件的發光強度，現狀是會遇到障礙的。 本發明係爲了克服先前技術之缺點，其目的在於，除 了提示可有效令元件驅動電流擴散至發光領域的廣泛維的 台座電極之構成，還提供具備了此種台座電極的磷化硼系 半導體發光元件，以及用來製造該磷化硼系半導體發光元 件的製造方法。 亦即，本發明爲了達成上記目的，提供如下記·· (1 ) 一種磷化硼系半導體發光元件，其特徵爲··含有 發光層的半導體層是被形成在結晶基板上當作基底層；該 半導體層的第1領域上形成有磷化硼系半導體非晶質層； 該磷化硼系半導體非晶質層係含有高阻抗的磷化硼系半導 -5- (3) 1231999 體非晶質層；該高阻抗磷化硼系半導體非晶質層上形成有 結線用之台座電極；前記當作基底層的前記半導體層上之 前記第1領域以外之第2領域上，導電性磷化硼系結晶層 是被形成爲任意延伸存在於前記磷化硼系半導體非晶質層 之一部份爲止；前記台座電極係自底面至上部和前記憐化 硼系半導體結晶層相接。 (2) —種磷化硼系半導體發光元件，其特徵爲：含有 發光層的半導體層是被形成在結晶基板上當作基底層；該 半導體層的第1領域上形成有磷化硼系半導體非晶質層； 該磷化硼系半導體非晶質層係含有傳導型和前記當作基底 層之前記半導體層相反的磷化硼系半導體非晶質層；該高 阻抗磷化硼系半導體非晶質層上形成有結線用之台座電極 ;前記當作基底層的前記半導體層上之前記第1領域以外 之第2領域上，導電性磷化硼系結晶層是被形成爲任意延 伸存在於前記磷化硼系半導體非晶質層之一部份爲止；前 記台座電極係自底面至上部和前記磷化硼系半導體結晶層 相接。 (3 )如申請專利範圍第1項或第2項所記載之磷化硼 系半導體發光元件，其中，前記磷化硼系半導體非晶質層 ’是具有：被形成爲相接至前記當作基底層之前記半導體 層且具有相反於前記當作基底層之前記半導體層之傳導型 的磷化硼系半導體非晶質層，及被形成在該當相反傳導型 磷化硼系半導體非晶質層之高阻抗之磷化硼系半導體非晶 質層的重疊層積構造。 -6 > 1231999 (4) (4) 如申請專利範圍第1項或第2項所 系半導體發光元件，其中，前記磷化硼系半 ’是由非摻雜之磷化硼系半導體所構成。 (5) 如申請專利範圍第3項所記載之磷 發光元件，其中，構成前記磷化硼系半導體 記重疊層積構造的兩層磷化硼系半導體非晶 非摻雜之磷化硼系半導體所構成。 (6) 如申請專利範圍第1項或第2項所 系半導體發光元件，其中，前記台座電極之 磷化硼系半導體結晶層相接部份，是由和該 硼系結晶層發生歐姆接觸之材料所構成。 (7 )如申請專利範圍第6項所記載之碟 發光元件，其中，前記台座電極之由和前記 系~Φ*導體結晶層發生歐姆接觸之材料所形成 伸存在於前記導電性磷化硼系半導體結晶層. (8) 如申請專利範圍第1項或第2項所; 系半導體發光元件，其中，前記台座電極的 由相對前記磷化硼系半導體非晶質層爲非歐 料所構成。 (9) 如申請專利範圍第1項或第2項所丨 系半導體發光元件，其中，前記台座電極， 記磷化硼系半導體非晶質層上的底面部位， 底面上，形狀中心是一致於該當底面部位之 心的歐姆電極部位。 記載之磷化硼 導體非晶質層 化硼系半導體 非晶質層之前 質層，都是由 記載之磷化硼 和前記導電性 當導電性磷化 化硼系半導體 導電性磷化硼 的部份，是延 上。 記載之磷化硼 底面部位，是 姆接觸發生材 !己載之磷化硼 具有：位於前 及被形成在該 平面形狀之中 (5) 1231999 (1 0)如申請專利範圍第9項所記載之磷化硼系半導體 發光元件，其中，則記台座電極的前記歐姆電極部位，是 具有超過則記台座電極之前記底面部位平面積之平面積。 (1 1 )如申請專利範圍第1 0項所記載之磷化硼系半導 體發光兀件’其中’則記台座電極的前記歐姆電極部位， 是延伸存在至前記導電性磷化硼系半導體結晶層表面上爲 止。 (12)—種磷化硼系半導體發光元件之製造方法，其特 徵爲：以氣相成長法在結晶基板上形成含有發光層的半導 體層；將該半導體層當作基底層且以令結晶基板的溫度爲 250C以上1200C以下之氣相成長法，將該基底層和相反 導電型或高阻抗之磷化硼系半導體非晶質層予以堆積；選 擇性地去除該磷化硼系半導體非晶質層，以使在第1領域 中留下該當磷化硼系半導體非晶質層、使其他以外的第2 領域中前記當作基底層之前記半導體層露出；該當露出之 前記當作基底層之前記半導體層上及前記磷化硼系半導體 非晶質層上，以令結晶基板的溫度爲7 5 0 °C以上120 (TC以 下之氣相成長法，將導電性磷化硼系結晶層堆積；選擇性 地去除前記第1領域之該導電性磷化硼系結晶層以使前記 磷化硼系半導體非晶質層露出；將結線用台座電極形成在 該當露出之磷化硼系半導體非晶質層上且連接至前記磷化 硼系結晶層；之後，將個別之發光元件予以裁斷。 (1 3 )如申請專利範圍第1 2項之磷化硼系半導體發光 元件之製造方法，其中，將位於設置台座電極之前記第1 (6) 1231999 領域之導電性磷化硼系半導體結晶層予以去除的同時，一 倂將位於用來個別裁斷、分離發光元件之切斷線之設置領 域的導電性磷化硼系半導體結晶層予以去除’以使下方之 憐化硼系半導體非晶質層的表面露出。 【實施方式】 所謂構成非晶質及導電性之結晶層的磷化硼系半導體 ，係含硼（B )和憐（p )，例如，Β α A b G a r I η】.α . a . r SI ， 0 ^ ^ < i , 〇 ^ r <1 ， 〇 < a ^ j3 + γ S 1，OS 5 < 1)。或例如 BaAUGaTInpJ_，PuN5(0< a SI ， OS 石 <1， 7 <1， 〇< a+y9+7 $1， 0$ (5 < 】）。更具體爲，單體的磷化硼（B P )或磷化硼·鎵·銦（ 組成式 BaGa7. Ιη】-α-,·Ρ:〇<α^1，0$7<1)，氮化磷 硼（組成式Β Ρ ] - 5 Ν δ : 〇 ^ (5 < 1 )，砷化磷硼（組成式 Β « Ρ】j A s 6 )等多數的V族元素之混晶。尤其是，單體的 磷化硼爲磷化硼系半導體層的基材。若以室溫下之禁帶寬 爲2.8〜3.4電子伏特（ev )之寬禁帶之B P基材，則可 以形成寬禁帶的磷化硼系非晶質體或結晶層。可以從將禁 帶寬做成3.0eV的磷化硼系結晶層，良好地形成關於禁帶 寬例如做成爲2.7eV的III族氮化物半導體所成的發光層 之障壁層或可將發光往外透過的窗（window)層。 磷化硼系半導體非晶質層或結晶層，例如，可以鹵素 (halogen)法（參考「日本結晶成長學會誌」，Vo】.24; No.2(1997), jo. 150 )、氮化法（參考 J . C ]· y s t a 1 G r o w t h， (7) 1231999 24/25 (1 9 74)，ρ·1 93 - 1 9 6 )分子束磊晶法（參考 j.S〇iid Satate Chem.，133(1 9 9 7 )5P.2 6 9 -2 7 2 )、有機金屬化學氣相 堆積（MOCVD)法（參考 Inst.Phys.Conf.Ser·，Νο.129(ΙΟΡ Publishing Ltd .(1^,1 9 93 )1 15 7」62)等氣相成長法爲適當 。尤其是，M0CVD法係以三乙基硼（（C2H5) 3B)等易 分解性物質爲硼源，因此可以較低溫度使非晶質層氣相成 長，是有效的成長手段。若依照這些氣相成長手段，當由 磷化硼系半導體所成之非晶質層形成之際，1 2 0 (TC以下爲 合適。在超過1200 °C的高溫下，會導致B]3P2等之硼多量 體之發生，會阻礙以單體之磷化硼（B P )爲基材之磷化 硼系半導體的成長。另一方面，可以氣相成長領域將構成 非晶質之磷化硼系半導體之元素（構成元素）之原料充分 予以熱分解，以可促進成膜的2 5 (TC以上爲合適。一般而 言，若氣相成長溫度爲超過1 〇 〇 〇 °C的高溫，則可容易 獲得呈現P型傳導的非晶質層或結晶質層。η型傳導之非 晶質層或結晶質層，係在1 〇 〇 〇 °C未滿的溫度下形成而獲 得。 在利用上記手段以使磷化硼系非晶質層的有效率地氣 相成長中，所謂的V/III比率要設定在0.2〜50之範圍是 很重要的。「V/III比率」係，意指磷等第V族構成元素 之合計濃度比率對於供應給磷化硼系半導體層之成長實施 領域（成長領域）的第III族構成元素之合計濃度的比率 。若該V/III比率爲〇.2未滿之極端的低比率，則富含硼 之球體會多發，而無法穩定獲得平坦表面之非晶質層，造 ^ 10- (8) 1231999 成不良。超過50的V/III比率，會導致多晶層之形成， 對於要穩定獲得非晶質層來說並非合適。本發明中所謂結 晶層，係指單晶所成之層、非晶質和單晶所成之多晶層、 配向性互異之單晶所成之多晶層中之任何一者。磷化硼系 結晶層，在 V/ΙΠ比率爲100以上，更理想爲5 0 0以上 20 00以下，就可穩定形成。在超過2 0 0 0的高比率時 ，會產含磷等之第V族元素的析出物，導致較難獲得平坦 表面之磷化硼系半導體結晶層，是爲不良。非晶質、多晶 或單晶，一般可以X線繞射或電子線繞射技法來判別。 將氣相成長而成的半導體層當作基底層而設置之磷化 硼系半導體非晶質層，理想爲，由傳導性異於（相反於） 基底層之半導體層的非晶質層，或此等層之重疊層積構造 所構成。高阻抗之磷化硼系半導體非晶質層之阻抗率理想 爲室溫下爲10Ω · cm以上，較理想爲1〇2Ω · cm以上。 和基底層相反的傳導型，例如，當基底層爲η型層時，所 指則爲 Ρ型。非晶質層，例如，氮化銦鎵（組成式 GaxIru.xN : 0 S X S 1 )所成之發光層，或氮化鎵鋁（組成 式AlxGa】_xN: 0SXS1)所成之包覆（clad)障壁層，理 想爲當作基底層而形成。爲了方便起見，將高阻抗之非晶 質層稱爲「高阻抗非晶質層」，將傳導性和基底層相反的 非晶質層稱爲「相反導電型非晶質層」，重點是，配置在 發光層或障壁層上之台座電極的底面下，亦即，台座電極 之投影領域中，要設置高阻抗非晶質層或相反導電型非晶 質層之其中一者。將台座電極之底面設在高阻抗非晶質層 -11 - 1231999 (9) 上的構成中，高阻抗非晶質層係發揮阻礙元件驅動電流 由台座電極底面往下方之發光層之短路流通的阻抗體之作 用。又，將台座電極之底面設在傳導性和基底層相反之非 晶質層上的構成當中，導電性非晶質層係和基底層形成 pn接合構造，而具有阻礙元件驅動電流從台座電極底面 往下方之發光層的短路流通之作用。高阻抗非晶質層或相 反導電型非晶質層的形成領域（第1領域）並無必要是和 台座電極底面的形成領域（第3領域）相同，只要是包含 台座電極底面（台座電極之投影領域）之至少一部份的領 域就有效果。可是，構成不讓元件驅動電流通過之pn接 合構造的相反導電型非晶質層或高阻抗非晶質層，理想爲 ，限定在台座電極投影領域及其周圍而設置。高阻抗非晶 質層或相反導電型非晶質層若被形成在台座電極的投影領 域，則可防止元件驅動電流從台座電極底面往下方之發光 層的短路流通，而可防止被台座電極遮光之發光層領域處 的發光產生，另一方面，爲了使元件驅動電流完全充分地 通過基底層，上記第1領域以外之領域（第2領域）中所 形成之導電性結晶層，理想爲，和基底半導體層的接觸面 積爲廣。若在台座電極的投影領域以外之領域（第2領域 )中形成寬廣的高阻抗非晶質層或相反導電型非晶質層， 例如在發光層上全面設置，就可使元件驅動電流完全充分 地通過基底層，抑制高發光強度之L E D之不良的產生。 甚至，若將高阻抗非晶質層，和傳導性相反於基底層 之導電性非晶質層予以層積來構成磷化硼系半導體非晶質 -12- (10) 1231999 層，則可更有效地防止上述之元件驅動電流的短路流通。 先於基底層上設置相反導電型非晶質層，再於其上層積高 阻抗非晶質層者爲理想。藉由使高阻抗非晶質層爲隔著而 存在，可使得流往形成pn接合之相反導電型非晶質層與 基底層之接合部的元件驅動電流更加減少而提升效果。 高阻抗非晶質層的層厚，在設置台座電極之底面部位 領域中，能將基底層表面均勻地覆蓋上2nm以上爲合適 。相反導電型非晶質層，則以不讓穿隧效應所致之載子往 基底層通過之50nm以上爲合適。高阻抗非晶質層或相反 導電型非晶質層之層厚若超過2 0 Onm，則後述之歐姆電極 與磷化硼系半導體結晶層之表面的落差會增加，對於要形 成和磷化硼系半導體結晶層之間的密著性優良的電極來說 會是障礙，而非理想。 在形成底面是接觸至相反導電型或高阻抗之非晶質層 的台座電極時，首先，令相反導電型非晶質層或高阻抗非 晶質層在基底層上成長後，將包含台座電極形成領域之第 1領域所在之相反導電型或高阻抗非晶質層予以選擇性地 去除，接著，令導電性之磷化硼系結晶層成長後，將存在 於台座電極形成領域的導電性磷化硼系結晶層去除，讓相 反導電型或局阻抗非晶質層的表面露出。然後，在露出之 非晶質層表面上，只要能覆蓋上適合構成台座電極底面的 材料就能形成。磷化硼系非晶質層及磷化硼系結晶層，例 如，以公知的氯（C】）系電漿蝕刻手法等進行蝕刻則可予 以去除。若要使相反導電型或高阻抗非晶質層在台座電極 -13 - (11) 1231999 下之領域中選擇性地殘留，則使用光微影技術即可。只要 是設置台座電極的平面領域，在設置台座電極之底面時， 利用公知技術的光微影技術的選擇性圖案化技術者爲理想 。無論是將台座電極底面設置在相反導電型或高阻抗之任 何非晶質層表面上之情況，都可藉由底面部位，而可阻礙 元件驅動電流往其投影領域所在下方的發光層之短路性流 通。甚至，由於可使元件驅動電流優先供給至遮蔽對外部 發光之台座電極投影領域以外的發光領域，因此，例如可 對獲得高發光強度之L E D有所貢獻。 若在非晶質層中，故意不添加不純物，而成爲所謂非 摻雜（u n dope)構成，則對防止基底層的發光層或障壁層在 電氣上或結晶上的變質是具有效果的。於先前之將故意添 加（doping)鎂（Mg)的氮化鎵（GaN )層設在η型發光層上 而成的層積構造中，ρ型不純物的鎂的熱擴散導致的發光 層之高阻抗化，或於量子阱構造的發光層中，可避免障壁 (barrier)層和阱（well)層之異質接合界面之雜亂化。在磷 化硼系半導體所成之非晶質層中，其傳導度，只要能夠調 整其氣相成長的溫度（成長溫度）及上記V/III比率就可 控制。成長溫度爲越低溫，且V / Π I比率設定得越低，貝|j 可獲得越高阻抗的非晶質層。以高溫、高V/III比率來令 其氣相成長則可形成低阻抗的非晶質層。作爲評判磷化硼 系半導體非晶質層的導電性之尺度的阻抗率，通常可藉由 電洞效應測定法來計測。 除了相反導電型或高阻抗之非晶質層所致之防止元件 ~ 14 ~ (12) 1231999 驅動電流短路流通的機能，若以相對於磷化硼系半導體爲 非歐姆接觸性之材料來構成台座電極的底面部位，則更能 提升元件驅動電流的短路流通阻止效果。所謂非歐姆接觸 性’是指類似蕭特基（Schottky )接合而呈整流性的接觸 。本發明中，尤其，亦包含接觸阻抗爲超過！ x丨〇·3 Ω · c m之接觸。台座電極的底面部位之材料，是隨著磷化硼 系半導體非晶質層之傳導型而不同。對於高阻抗且爲p型 磷化硼系半導體非晶質層，底面部位是由例如，金（Au) · 鍺（Ge)、金（An) ·錫（Sn)、金（Αι〇 ·銦（In)等之金合金所 構成。對於η型磷化硼系半導體非晶質層，則底面部位是 由例如，金（Au) ·鋅（Ζη)、金（Au) ·鈹（Be)等之金合金所 構成。又，不論非晶質層的傳導型，都可由過渡金屬構成 具有整流性之底面部位。呈現蕭特基整流性的材料中，可 例舉的有：鈦（Ti)、鉬（Mo)、釩（V )、鉅（Ta)、鈴（Hf)及 鎢（W)等。 構成接觸憐化硼系半導體非晶質層之表面而設置之底 面部位的被膜上，設有由磷化硼系半導體結晶層呈歐姆接 觸之材料所構成的歐姆電極。構成歐姆電極的材料，是視 磷化硼系半導體結晶層的傳導型而選擇。對於P型磷化硼 系半導體結晶層來說，可用金·鋅、金·鈹等之金合金來 構成。對於η型磷化硼系半導體結晶層來說，可用金·鍺 、金·錫、金·銦等之金合金來構成。只要是設置台座電 極之底面部位的磷化硼系半導體非晶質層，和設置歐姆電 極的磷化硼系半導體結晶層，彼此互爲相反之傳導層，台 -15- (13) 1231999 座電極底面部位和底面部位上之歐姆電極就可用同一材料 來構成。例如，令底面部位接觸至P型磷化硼系半導體非 晶質層’令歐姆電極接觸至η型磷化硼系結晶層所構成的 台座電極之情況下，底面部位和歐姆電極都可一倂使用金 •鍺合金來構成。以鈮（Nb)、鉻（Cr)及上記之過渡金屬皆 不適合用來構成蕭特基整流性與歐姆電極兩者。 若令平面積超過台座電極底面部位的底面積，且令賦 予超過底面積之平面積的部位延展至磷化硼系半導體結晶 層表面爲止並和其相接而配置，則可形成密著於磷化硼系 半導體結晶層表面的歐姆電極。在含有接觸至憐化硼系半 導體非晶質層而設置之底面的底面部位形成後，將構成歐 姆電極的材料披覆以使其接觸底面部位且亦接觸磷化硼系 半導體結晶層，例如若爲圓形底面則成爲直徑較大之圓形 電極，利用公知的光微影技術來加工歐姆電極材料就可形 成。此時，將位於底面部位之圓形領域更外緣的歐姆電極 部位，和憐化硼系半導體結晶層表面予以密著。底面部位 的平面形狀’和歐姆電極的平面形狀，並不需要一定爲相 似形。例如，令底面部位的平面形狀爲圓形，而歐姆電極 的平面形狀卻爲正方形。可是，底面部位的平面形狀的中 心和歐姆電極的平面形狀的中心通常爲一致，而形成和磷 化硼系半導體結晶層以平面等方強度密著之台座電極者， 尤其理想。 若將歐姆電極配置成和密著於磷化硼系半導體結晶層 而設置的歐姆電極呈電性導通，且，在磷化硼系半導體結 -16- (14) 1231999 晶層表面延展，則因可將元件驅動電流分配至台座電極投 影領域以外的發光領域，故爲理想。亦即，在讓發光穿透 磷化硼系半導體結晶層而往外部取出之方式的led中， 不會被台座電極遮光，而可使元件驅動電流，平面地擴散 至適合將發光取出至外部的發光領域。此種延展存在的歐 姆電極，具有使存在於其投影領域中之被台座電極阻礙了 往發光層短路流通的元件驅動電流，往發光領域呈廣範圍 擴散之作用，而對製造高發光強度LED上可有貢獻。在 磷化硼系半導體結晶層表面延展設置的歐姆電極，亦可以 異於構成台座電極之歐姆電極之材料來構成。例如，台座 電極之歐姆電極是由金·鍺合金構成時，延展之歐姆電極 可由金·錫合金來構成。延展之歐姆電極，就與磷化硼系 半導體結晶層的密著性良好而言，與其使用第III族元素 之鎵（Ga)或銦（In)等，更可使用第IV族元素的錫（Sn)、鍺 (Ge)等來理想構成。若能使台座電極和延展之歐姆電極以 同一材料構成，則可同時構成兩者，而可簡化工程就能獲 得磷化硼系半導體發光元件。 延展之歐姆電極，以遍佈台座電極的投影領域以外的 發光領域，可均勻地分配元件驅動電流而配置者爲理想。 亦即’能夠使電位均等分布於於磷化硼系半導體結晶層表 面上，甚至發光層表面上的配置者，較爲理想。延展之歐 姆電極，可以由能和台座電極呈電性導通的帶狀、圓盤狀 、或框狀電極來構成。此外，可以將這些帶狀電極或框狀 電極等予以組合而彼此導通來構成。構成帶狀 '圓盤狀或 -17- (15) 1231999 框狀等電極之線狀電極，考慮在即使流通之元件驅動電流 增加的情況下也不會斷線，線寬通常在1 〇 # m以上，更 理想爲2 Ο μ m以上者爲理想。若是利用公知的光微影技 術與圖案化技術和選擇蝕刻技術，則可將所望形狀及線寬 之線狀電極，敷設於磷化硼系半導體結晶層的表面上。 磷化硼系半導體發光元件，係在台座電極或附屬於台 座電極的歐姆電極形成後，將元件個別裁斷而製造。個別 元件之切斷，通常，是利用在基板上沿著結晶劈開方向設 置裁斷線，一般稱爲切割道 （S c 1· i b e 1 i n e)或裁斷線（d i c i n g 1 i n e )的直線狀溝而實施。本發明中，因爲如上記將台座電 極底面部位設置成接觸至磷化硼系半導體非晶質層，因此 需要去除設置底面部位之領域所在的磷化硼系半導體結晶 層。如與此同時地形成用來裁斷個別元件的裁斷線之溝， 則可以簡略的工程來獲得磷化硼系半導體發光元件。因此 ，在本發明中，在台座電極底面部位形成領域上令非晶質 層表面露出的同時，於裁斷線設置領域上令磷化硼系半導 體非晶質層表面露出而形成裁斷用途的溝。該裁斷用途的 溝，例如，以立方晶閃鋅礦型結晶爲基板時，若設置在與 劈開方向呈垂直的< 1 1 0>結晶方位上則爲理想。裁斷用途 之溝（裁斷線）之寬度，考慮裁斷用器具的刀刃接觸不致 造成溝側面的磷化硼系半導體結晶層太大損傷，以充分的 寬度爲合適。一般而言，以4 〇 // m以上7 0 // m以下者爲 合適。若超過7 0 // m，則溝的寬度會有多餘，因此裁斷器 具的刀鋒走向會在一個範圍內游移。因爲刀鋒的游移而無 -18- (16) 1231999 法直線行走，故裁斷後很難獲得斷面平滑的個別元件。 【作用】 配置在台座電極之底面下的高阻抗或與基底層爲相反 導電型之磷化硼系半導體非晶質層，具有防止透過設於其 上之台座電極之底面而供給之元件驅動電流，往位於台座 電極下方之發光層的短路性流入之作用。 相對於磷化硼系半導體呈非歐姆接觸之材料所構成白勺 台座電極之底面，具有迴避透過台座電極供給之元件驅動 電流往下方之磷化硼系半導體非晶質層的短路性流通之作 用。 接觸於台座電極之一部份的底面部位而設置，具有大 於底面部位之底面積的平面積，接觸於磷化硼系半導體結 晶層表面而設置的歐姆電極，具有和磷化硼系半導體層的 密著性極佳之台座電極的作用。 令構成台座電極之一部份的歐姆電極呈電性導通，且 延展至隣化棚系半導體結晶層表面而設置之歐姆電極，里 有將兀件驅動電流廣範圍地分配至發光領域之作用。 (第1實施例） 茲以構成具備了具有與高阻抗之磷化硼系非晶質層表 面相接之底面的台座電極的發光二極體（LED )之情形爲 例，具體說明本發明所涉之磷化硼系半導體發光元件。圖 1係將用以製作雙異質（D Η )接合構造之L E D ] 0所使用之 -19 - (17) 1231999 層積構造體1 1的剖面構造模式圖。 基板1 01上，使用了摻磷（P)n型矽（Si)單晶。基板 1 0 1的表面上，利用常壓（略大氣壓）有機金屬氣相磊晶 (Μ Ο V P E )手段，堆積n型之磷化硼（b P )所成之下部包層 1 0 2。下部包層1 〇 2，係以三乙基硼（（C 2 η 5 ) 3 β )爲硼源 ’以膦（ΡΗ3 )爲磷源，在9 5 (TC加以堆積。構成下部包 層102之非摻雜且爲η型之ΒΡ層的載子濃度爲1 χ 10I9cm3，層厚爲 420nm。 η型下部包層 102上，由 η型氮化鎵·銦（ GaoioInnoN)所成之發光層1〇3，在825 °C下形成。構成 阱層1 0 3的上記氮化鎵.銦層，是由不同銦組成所構成之 複數相（phase)而構成的多相構造而構成，其平均銦組成爲 〇·1〇( = 10%)。阱層103的層厚爲l〇nm。發光層1〇3上， 藉由三甲基鎵（（CH3) 3Ga) /三甲基銦（（CH3) 3In) / Η 2反應系統常壓M C V D法，於8 2 5 °C下令摻矽（S i) η型 氮化鎵（GaN)層1〇4接合而設置。GaN層104的層厚設爲 2 0nm。該GaN層]〇4，係爲了在接合界面附近的發光層 1 〇3之內部領域中，形成傳導帶及價電子帶之褶曲帶 (band)構造而設置。 在η型GaN層]〇4上，設置非摻雜之磷化硼（B P )所成之非晶質層1 0 5。磷化硼所成之非晶質層I 0 5，係 藉由（C2H5)3B/PH3/H2反應系統常壓MOCVD手段而設置 。非晶質層]〇5，係在5 5 0 °C下，且 V/III比率（= PH3/(C2H5)3B)設爲10而令其氣相成長，因此在室溫下 -20 - (18) 1231999 ，會成爲電阻率爲1 Ο Ω · cm的高阻抗層。非摻雜之磷化 硼非晶質層1 05的層厚爲1 5nm。接著，利用公知的選擇 性圖案化技術與電漿蝕刻技術，讓非晶質層〗〇 5僅殘留設 置在台座電極1 0 7預定形成領域。非晶質層1 〇 5的殘留領 域爲直徑1 2 0 // m的圓形領域。殘留領域以外的領域，非 晶質層1 05會被蝕刻而除去，讓η型GaN層1 04的表面 露出。 接著，使用和上記相同之（（C2H5 ) 3B ) /PH3/H2反 應系統常壓MO CVD手段與氣相成長裝置，設置P型磷化 硼結晶層1 06而接合至殘留的非晶質層1 05及上記露出之 GaN層104的表面。p型磷化硼結晶層106，是在高於非 晶質層1 0 5的高溫的1 0 2 5 t下設置。因爲氣相成長時的 V/III比率設爲1 3 0 0，故P型磷化硼結晶層106的載子濃 度爲2 X 1 0 1 9 c m ·3，層厚爲5 8 0 n m。又，磷化硼結晶層1 〇 6 在室溫下的禁止帶寬爲3.2eV，因此磷化硼結晶層1 06是 被當成兼任讓發光透過至外部的窗層之p型上部包層而利 用。 構成P型上部包層的磷化硼結晶層1 0 6的表面中央的 台座電極1 0 7設置領域，利用公知的光微影技術，選擇性 圖案化成圓形的平面形狀。同時，裁斷用溝孔設置領域 1 〇 8亦被選擇性圖案化成帶狀的平面形狀。然後，藉由利 用了氬（Α〇/甲烷（CH4)/H2混合氣體的電漿蝕刻手法，限 定於上記施以圖案化的領域內，將非晶質層1 05的上部所 在之磷化硼結晶層1 0 6選擇性地蝕刻去除。藉此，於台座 -21 - (19) 1231999 電極1 Ο 7設置的直徑1 〇 〇 # m的圓形平面領域中，讓磷化 硼非晶質層1 0 5的表面露出。又，於做爲裁斷線的寬度 5 Ο μ m之帶狀領域】〇 8中，令磷化硼結晶層1 〇 5的表面同 時露出。裁斷線用途之帶狀領域〗〇 8，係平行設置在垂直 於基板1 Ο 1之S i單晶之劈開方向的< 1 ]〇>結晶方位上。 接著’僅在台座電極1 0 7設置領域使其開口般地，施 以選擇性圖案化的光阻材料做爲遮罩（m a s k )，將構成台座 電極107的底面部位107a的金·鍺（Au95重量％，Ge5 重量％ )合金膜以一般的真空蒸著手法令其覆著。之後， 將遮罩材料從磷化硼結晶層1 〇 6表面剝離去除，而一倂去 除附者在遮罩材表面的Au· Ge膜。僅在台座電極；[〇7之 領域中殘存的，構成底面部位之 Au · Ge覆膜，膜厚爲 1 5 0 n m。接著，將磷化硼結晶層！ 〇 6表面以光阻材料覆蓋 後’錯由選擇性圖案化技術，僅在台座電極1 0 7之歐姆電 極1 0 7 b設置領域中，設置直徑爲1 5 0 // m的圓形開口部 。令此次開口部的中心，和上記底面部位1 〇 7 a的平面形 狀一致。接著，以一般的真空蒸著手法，形成金·鈹（ Au99重量％ ’ Bel重量％ )合金膜，形成和p型磷化硼結 晶層106呈歐姆接觸之歐姆電極i〇7b。歐姆電極107b的 厚度爲800nm。用以構成台座電極107之歐姆電極107b 以外之遮罩材表面上所在之A u · B e合金膜，係和遮罩材 一倂剝離去除。藉此，平面積大於底面部位1 07a，且構 成接觸至p型磷化硼結晶層1 0 6表面的台座電極1 0 7之上 部部位的歐姆電極I 〇 7 b便被形成。 - 22 - (20) 1231999 接著，在矽單晶基板1 〇 1的背面，設置由鋁（A 1) · (Sb)合金所成之η型歐姆電極109。藉由將磷化硼結晶 ]〇 6之中央用來設置台座電極1 0 7的遮罩材料剝離，使 前形成之裁斷用途之帶狀領域1 〇 8的磷化硼非晶質層] 露出。該裁斷用途之帶狀領域]〇 8，即，可令鑽石刀沿 裁斷線而在磷化硼非晶質層1 05表面上直線行走。藉此 可分割成邊長（=鄰接之裁斷線〗〇8之中心線間之距離 爲3 0 0 // m的正方形之個別LED 1 0。由於裁斷線1 0 8的 度爲刀刃寬度（約20 /z m )的約2.5倍寬，因此個別分 成的LED 1 0的側面都爲平坦。 以一般的斷面 TEM (穿透式電子顯微鏡）技法觀 的結果，來自磷化硼非晶質層1 〇 5的限制視野電子線繞 像爲暈（halo)狀。另一方面，磷化硼結晶層106的電子 繞射像，是表示在繞射環上發生有多於單晶層時之繞射 (spot)的多晶層。 本發明中，由於是將大於底面部位]〇 7 a之平面積 歐姆電極107b之頂部接觸至p型磷化硼結晶層]06的 面而設置，故即使在結線時，也未曾發現台座電極1 〇 7 剝離。在密著性佳的台座電極]〇7及η型歐姆電極I 09 間，確認了在順方向上流通20mA之元件驅動電流的發 特性。從LEDI0放射出中心波長爲44〇nm的藍色帶光 發光光譜的半値寬爲2 8 0eV (電子伏特）。利用一般之 分球測定之樹脂模封以前的晶片（chip)狀態下的亮度 7mc.d。另外，因爲是將p型歐姆電極]〇7b下方之底面 銻 層 之 05 著 ) 寬 割 察 射 線 點 的 表 之 之 光 〇 積 爲 部 -23- 1231999 (21) 位1 〇 7 a接觸至高阻抗之磷化硼非晶質層]〇 5表面而設置 ’且可將元件驅動電流廣範圍地分配至發光層1 03之構成 ’因此’台座電極〗〇7之投影領域以外的發光領域也以大 略全面地均等強度發光。又，順方向電流爲2 〇 ηι Α之際的 順方向電壓爲3.5V。逆方向電流爲10 // A之際的逆方向 電壓爲8.2 V。 (弟2貫施例） Η以構成具備了具有和做成層積構造之磷化硼系非晶 質層表面接觸之底面的台座電極之雙重異質接合（DH) 構造型發光二極體（L E D )時爲例，具體說明本發明所 論磷化硼系半導體發光元件。 圖2係本第2實施例所論之L E D 1 2的平面構造模 式圖。又，圖3係沿著圖2虛線Α-Α，之LED12的剖面構 造模式圖。於圖2及圖3中，和圖1相同之構成要素則以 同一符號標示。 如上記第1竇施例所記載般形成之η型GaN發光層 1 〇4上，首先，形成非摻雜且爲p型之磷化硼非晶質層 201。p型磷化硼非晶質層201的載子濃度爲8 X 1 018cnr3 ，層厚爲12nm。p型磷化硼非晶質層201上，層積有非 摻雜且爲高阻抗的磷化硼非晶質層]0 5。高阻抗之磷化硼 非晶質層1 〇 5的室溫下阻抗率爲1 〇 Ω · cm，層厚爲]2 nm 。將p型磷化硼非晶質層2 0 1及高阻抗之磷化硼非晶質層 ]〇 5，利用公知的光微影技術，限定在台座電極]0 7預定 - 24 - (22) 1231999 設置的領域內，令P型及高阻抗之非晶質層1 Ο 5、2 Ο 1殘 存下來。Ρ型及高阻抗之非晶質層1 〇 5、2 Ο 1，係中心爲同 一，直徑共同爲1 20 // m的平面視圓形之形狀而殘留。接 著，高阻抗的磷化硼非晶質層1 〇 5上，堆積第1實施例所 記載之非摻雜之P型磷化硼結晶層1 06。 接著，利用電漿蝕刻技法，限定在台座電極1 07設置 領域及裁斷線108設置領域內，將ρ型磷化硼結晶層106 選擇性地去除，讓高阻抗之磷化硼非晶質層1 0 5的表面露 出。去除了 P型磷化硼結晶層1 〇 6的平面領域，是直徑爲 1 5 0 /i m的圓形。該圓形領域之中心是和上記殘留之高阻 抗之磷化硼非晶質層〗05的圓形平面的中心一致。接著， 將接觸至高阻抗之磷化硼非晶質層1 〇 5之表面的底面部位 107a爲鉬（Mo )，其上部部位之歐姆電極l〇7b爲金·鈹 (Au · Be )的台座電極1 07予以形成。鉬（Mo )覆膜厚 度爲1 Onm，An · Be覆膜的厚度爲700nm。構成台座電極 1 〇 7之頂部的A u . B e歐姆電極1 0 7 b中，設有如圖3所示 之和其呈電性導通之圓環電極和線狀電極做爲附帶歐姆電 極 1 0 7 c。 如第1實施例所記載，沿著基板1 0 1之S i單晶之{ 0 .-1 · 0 }及{- 1 · - I . 0 }結晶方位上平行設置之裁斷線1 0 8，將個 別之 LED12卞以分離、裁斷。邊長 350/^γπ α^正方形 L E D 1 2中，通過2 0 m Α之順方向電流之際的發光中心波長 ，係和第1實施例所記載之L E D 1 0略同爲4 4 0 n m。利用 一般的積分球所測定之晶片狀態的亮度爲9mcd，是爲較 -25- 1231999 (23) 第1實施例之LED 10更高之發光強度的LED。又，根據 近視野發光像，確認到來自台座電極1 0 7以外之發光領域 是有均勻強度的發光。我們認爲，這是因爲將位於上部部 位之p型歐姆電極1 0 7 b之下方的底面部位1 〇 7 a，設置在 P型及高阻抗之磷化硼非晶質層1 〇 5、2 0 1所成之層疊構 造上’而可將元件驅動電流廣範圍地分配至發光層1 0 3的 構成所發揮的效果。順方向電流爲20mA之際的順方向電 壓爲3.4V，逆方向電流爲10//A之際的逆方向電壓爲 8.3V 〇 【發明的效果】 若根據本發明，隔著磷化硼系半導體非晶質層而設置 憐化硼系半導體結晶層，且，令底面部接觸至該當磷化硼 系半導體非晶質層之表面，也接觸至磷化硼系半導體結晶 層的表面，而設置台座電極，因此，和磷化硼系半導體結 晶層的密著性佳，且元件驅動電流，例如，可完全分配至 不被台座電極遮光的發光領域中，因此，可以提供發光領 域爲廣發光強度之發光二極體等之磷化硼系半導體發光元 件。 【圖式簡單說明】 〔圖1〕第1實施例所記載之L E D之剖面構造模 式圖。 〔圖2〕第2實施例所記載之L E D之剖面構造模 -26- (24) 1231999 式圖。 〔圖3〕第2實施例所記載之L E D之剖面構造模 式圖。

【符號說明】 10、12 LED 11 層積構造體 10 1 矽單晶基板 1 02 η型磷化硼層 1 03 η型氮化鎵銦層發光層 1 0 4 η型氮化鎵層 1 05 非晶質層 1 06 磷化硼結晶層 1 07 台座電極 107 a 台座電極底面部位 107b 構成台座電極上部部位 107c 附帶歐姆電極 1 08 裁斷用途之溝（裁斷線 1 09 η型歐姆電極 20 1 Ρ型磷化硼非晶質層 之歐姆電極 -27-

Claims (1)

1. (1) 1231999 拾、申請專利範圍 發 半 該 體 結 前 是 之 硼 發 半 該 層 阻 ί 之 伸 記 相 系 1·一種磷化硼系半導體發光元件，其特徵爲：含有 光層的半導體層是被形成在結晶基板上當作基底層；該 導體層的第1領域上形成有磷化硼系半導體非晶質層； 磷化硼系半導體非晶質層係含有高阻抗的磷化硼系半導 非晶質層；該高阻抗磷化硼系半導體非晶質層上形成有 線用之台座電極；前記當作基底層的前記半導體層上之 記第1領域以外之第2領域上，導電性磷化硼系結晶層 被形成爲任意延伸存在於前記磷化硼系半導體非晶質層 一部份爲止；前記台座電極係自底面至上部和前記磷化 系半導體結晶層相接。 2.—種磷化硼系半導體發光元件，其特徵爲：含有 光層的半導體層是被形成在結晶基板上當作基底層；該 導體層的第1領域上形成有磷化硼系半導體非晶質層； 磷化硼系半導體非晶質層係含有傳導型和前記當作基底 之前記半導體層相反的磷化硼系半導體非晶質層；該高 抗磷化硼系半導體非晶質層上形成有結線用之台座電極 前記當作基底層的前記半導體層上之前記第1領域以外 第2領域上’導電性磷化硼系結晶層是被形成爲任意延 存在於前記磷化硼系半導體非晶質層之一部份爲止；前 台座電極係自底面至上部和前記磷化硼系半導體結晶層 接。 3 .如申請專利範圍第1項或第2項所記載之磷化硼 半導體發光元件，其中，前記磷化硼系半導體非晶質層 -28- (2) 1231999 是具有：被形成爲相接至前 且具有相反於前記當作基底 磷化硼系半導體非晶質層， 化硼系半導體非晶質層之高 層的重疊層積構造。 4 .如申請專利範圍第1 半導體發光元件，其中，前 是由非摻雜之磷化硼系半導 5 .如申請專利範圍第3 光元件，其中，構成前記磷 重疊層積構造的兩層磷化硼 摻雜之磷化硼系半導體所構 6 .如申請專利範圍第1 半導體發光元件，其中，前 化硼系半導體結晶層相接部 系結晶層發生歐姆接觸之材 7 .如申請專利範圍第6 光元件，其中，前記台座電 半導體結晶層發生歐姆接觸 存在於前記導電性磷化硼系 8 ·如申請專利範圍第1 半導體發光元件，其中，前 相對前記磷化硼系半導體非 所構成。 記當作基底層之前記半導體層 層之前記半導體層之傳導型的 及被形成在該當相反傳導型磷 阻抗之磷化硼系半導體非晶質 項或第2項所記載之磷化硼系 記磷化硼系半導體非晶質層， 體所構成。 項所記載之磷化硼系半導體發 化硼系半導體非晶質層之前記 系半導體非晶質層，都是由非 成。 項或第2項所記載之磷化硼系 記台座電極之和前記導電性磷 份，是由和該當導電性磷化硼 料所構成。 項所記載之磷化硼系半導體發 極之由和前記導電性磷化硼系 之材料所形成的部份，是延伸 半導體結晶層上。 項或第2項所記載之磷化硼系 記台座電極的底面部位，是由 晶質層爲非歐姆接觸發生材料 -29- (3) 1231999 9.如申請專利範圍第1項或第2項所記 半導體發光元件，其中，前記台座電極，具 磷化硼系半導體非晶質層上的底面部位，及 面上’形狀中心是一致於該當底面部位之平 的歐姆電極部位。 1 〇.如申請專利範圍第9項所記載之磷化 發光元件，其中，前記台座電極的前記歐姆· 具有超過前記台座電極之前記底面部位平面積 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項所記載之鱗化 發光元件，其中，前記台座電極的前記歐姆· 延伸存在至前記導電性磷化硼系半導體結晶層 〇 12. —種憐化硼系半導體發光元件之製造 徵爲：以氣相成長法在結晶基板上形成含有發 體層；將該半導體層當作基底層且以令結晶基 2 5 0 °C以上1 2 0 (TC以下之氣相成長法，將該基 導電型或高阻抗之磷化硼系半導體非晶質層予 擇性地去除該磷化硼系半導體非晶質層，以使 中留下該當磷化硼系半導體非晶質層、使其他 領域中前記當作基底層之前記半導體層露出； 前記當作基底層之前記半導體層上及前記磷化 非晶質層上，以令結晶基板的溫度爲7 5 0 °C以 下之氣相成長法，將導電性磷化硼系結晶層堆 地去除前記第1領域之該導電性磷化硼系結晶 泛之磷化硼系 『：位於前記 t形成在該底 ί形狀之中心 硼系半導體 i極部位，是 之平面積。 :硼系半導體 :極部位，是 1表面上爲止 方法，其特 光層的半導 板的溫度爲 底層和相反 以堆積；選 在第1領域 以外的第2 該當露出之 硼系半導體 上]2 0 0。。以 積；選擇性 層以使前記 -30- 1231999 (4) 磷化硼系半導體非晶質層露出；將結線用台座電極形成在 該當露出之磷化硼系半導體非晶質層上且連接至前記磷化 硼系結晶層；之後，將個別之發光元件予以裁斷。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之磷化硼系半導體發光 元件之製造方法，其中，將位於設置台座電極之前記第1 領域之導電性磷化硼系半導體結晶層予以去除的同時，一 倂將位於用來個別裁斷、分離發光元件之切斷線之設置領 域的導電性碟化硼系半導體結晶層予以去除，以使下方之 磷化硼系半導體非晶質層的表面露出。