TWI359509B - Semiconductor light emitting element, process for - Google Patents
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Description
1359509 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於半導體發光元件、使用該半導體發光元 件之燈’尤其是關於紫外光的發光輸出(p〇)優異之半導 體發光元件、半導體發光元件之製造方法、及使用該半導 體發光元件之燈。 本提案係根據2006年4月14日,日本提案之專利 ^ 2006_ 112012號’主張優先權,此處則是沿用該內容。 【先前技術】 近年,著眼於氮化鎵系化合物半導體發光元件,以作 爲短波長光發光元件。氮化鎵系化合物半導體發光元件, 首推藍寶石單結晶,藉由以金屬有機化學氣相沈積法( MOCVD法)或分子束磊晶法(MBE法)等,將氮化鎵系 化合物半導體,形成在由各種氧化物或III - V族化合物 Φ 所組成的基板上來獲得。 這種氮化鎵系化合物半導體發光元件的缺陷,係由於 電流往橫向的擴散很少,只對電極正下方的半導體注入電 流,發光層所發出的光受到電極遮蔽而無法取出到外部。 爲了要解決該缺陷,通常是使用透明電極來作爲氮化鎵系 化合物半導體發光元件的正極,穿過正極來取出光。 透明電極則是採用Ni/Au或ITO等眾知的透明導電 材料。 近年,透明電極,一般是利用以透光性優異之Ιη203 -5- 1359509 或ZnO等爲主成分之氧化物系的材料。透明電極的材料最 常被利用之ΙΤΟ (銦錫氧化物),係在ln2〇3中摻入5~20 質量%的Sn02,可以獲得2χ10·4 Ω cm程度的低電阻率的 透明導電膜。 ITO膜中,由於能帶隙(band gap)爲3 eV以上,故 呈現對於可視光波長領域的光很高的透過率(>90%)。 然而,ITO膜中,由於從400 nm附近以下的波長領域吸 收到膜中的光變多,故400 nm以下的波長領域會急遽減 少透過率。因而,使用ITO膜來作爲發出紫外領域之波長 的光之發光元件的電極的情況,會有發光輸出變低的問題 〇 爲了要解決這個問題,提案:具有防止紫外線吸收到 透明電極,在紫外線到達透明電極之前就轉換成可視光的 構造之發光元件(例如,參考日本專利文獻1 )。 另外,爲了要降低透光性電極的吸光度,提案:具備 有光射出用的貫穿孔、及光反射率很高之黏接性金屬層之 倒裝晶片型的發光元件(例如,參考日本專利文獻2)。 專利文獻1 :日本專利特開平5 — 299 1 75號公報 專利文獻2:日本專利特開2005 - 123501號公報 【發明內容】 <發明所欲解決之課題> 然而,日本專利文獻1中,因在光到達透明電極之前 就將紫外光轉換成可視光,所以無法充分達到紫外光的發 1359509 光輸出。 另外,即使是採用日本專利文獻2中所述的技術的情 況,仍因透光性電極由ITO膜所組成,所以紫外領域之波 長的光會被ITO膜所吸收,故無法充分達到紫外光的發光 輸出。 本發明係鑑於上的問題點而提案,其目的是要解決上 述的問題點,提供可以有效率地輸出紫外光之半導體發光 Φ 元件及半導體發光元件之製造方法。 另外,本發明的目的是提供使用可以有效率地輸出紫 外光之半導體發光元件的具有優異特性之燈, <用以解決課題之手段> 本發明者爲了要解決上述問題而經不斷檢討的結果, 完成了本發明。 本發明如以下所述:
(1) 一種半導體發光元件,其特徵爲:具備有含有P 型半導體層’至少具有紫外區域的發光波長之半導體層、 及被設置在前述P型半導體層上之透光性電極,前述透光 性電極含有被結晶化之IZO (銦鋅氧化物)膜。 (2) 如同(1)項所述的半導體發光元件,其中,至 少具有3 5 0 nm〜420 nm的發光波長。 (3 )如同(1 )或(2 )項所述的半導體發光元件, 其中’前述IZO膜的厚度爲35 nm〜ΙΟμιη。 (4)如同(3)項所述的半導體發光元件,其中,前 1359509 述IZO膜的厚度爲100 ηιη~1μπι » (5) 如同(1)至(4)項中任一項所述的半導體發 光元件,其中,在前述IZ0膜上形成有保護層》 (6) 如同(1)至(5)項中任一項所述的半導體發 光元件,其中,前述半導體層爲氮化鎵系化合物半導體層 〇 (7) —種半導體發光元件之製造方法,是具備有含 有p型半導體層,至少具有紫外區域的發光波長之半導體 層、及被設置在前述P型半導體層上,含有被結晶化的 IZO膜之透光性電極的半導體發光元件之製造方法,其特 徵爲,具備有:將非晶態的IZO膜形成在前述半導體層上 之步驟、及進行500°c〜900°C的退火處理,將前述非晶態 的IZO膜變成被結晶化的IZO膜之退火步驟。 (8) 如同(7)項所述的半導體發光元件之製造方法 ,其中,具備有:進行前述退火步驟之前,將前述非晶態 的IZO膜予以圖案處理的步驟》 (9) 如同(7)或(8)項所述的半導體發光元件之 製造方法’其中,前述退火處理係在不含〇2的雰圍中進 行。 (10) 如同(9)項所述的半導體發光元件之製造方 法’其中,前述退火處理係在不含N2的雰圍中或是n2和 H2的混合氣體雰圍中進行。 (11) 如同(7)至(10)項中任—項所述的半導體 發光兀件之製造方法,其中,前述IZO膜的厚度爲35 1359509 nm 〜ΙΟμπι 〇 (12) 如同(η)項所述的半導體發光元件之製造方 法,其中,前述ΙΖΟ膜的厚度爲100 nm~bm。 (13) 如同(7)至(12)項中任—項所述的半導體 發光元件之製造方法,其中,具備有:前述退火步驟之後 ’將保護層層積在前述ΙΖΟ膜上的步驟》 (14) —種燈,其特徵爲:採用(1)至(6)項中任 Φ 一項所述的半導體發光元件。 [發明效果] 本發明的半導體發光元件,因含有透光性電極被結晶 化之ΙΖΟ (銦鋅氧化物)膜,所以具備有紫外領域的波長 之光的透過率很高之透光性電極。更詳細上,結晶化的 ΙΖΟ膜與ΙΤΟ膜作比較,具有屬於紫外領域之400 nm附 近的波長領域之光的透過性較優異。因此,本發明的半導 ^ 體發光元件則是受到透光性電極所吸收之紫外領域波長的 光很少,可以有效地輸出紫外光,且紫外光的發光輸出很 大。 另外,依據本發明的半導體發光元件之製造方法,在 P型半導體層上形成非晶態的IZO膜之後,以500°c ~900 °C進行退火處理,以此方式就可以實現具備有含有被結晶 化的IZO膜之透光性電極,又能夠有效率地輸出紫外光之 半導體發光元件。 另外,使用本發明的半導體發光元件來構成燈,以獲 1359509 得能夠有效率地輸出紫外光之發光特性優異之燈》 【實施方式】 以下,參考圖面來說明本發明的半導體發光元件、半 導體發光元件之製造方法及使用半導體發光元件之燈的實 施形態。第1圖爲以模式表示本發明的半導體發光元件的 一個例子之剖面圖。第2圖爲以模式表示第1圖所示的半 導體發光元件之平面圖。 第1圖所示的半導體發光元件1爲面向上型的發光元 件’其槪略構成則是在基板11上,層積:構成至少具有 紫外領域的發光波長之氮化鎵系化合物半導體層之GaN層 (η型半導體層)12、及發光層13、及p型GaN層(p型 半導體層)14,再在氮化鎵系化合物半導體層的p型GaN 層14上’層積:由被結晶化的IZO膜所組成之正極1 5 ( 透光性電極)。在正極15上的一部分形成有正極焊墊16 。另外’還在η型GaN層12上的負極形成區域形成有焊 墊的負極17。 以下’詳述本發明的半導體發光元件之各構成。 「基板」 基板11並沒有任何的限制,可以採用:藍寶石單結 晶(Al2〇3 ; A面、c面、Μ面、R面)、尖晶石單結晶( MgAl204 ) 、ΖηΟ單結晶、LiA102單結晶、LiGa02單結晶 、MgO單結晶等的氧化物單結晶;Si單結晶、siC單結晶 -10- 1359509 、GaAs單結晶、AIN單結晶、GaN單結晶以及ZrB2等的 硼化物單結晶等眾知的基板材料。 此外,基板的面方位並沒有特別的限定。另外,基板 11可以是軸上基板(on-axis substrate),也可以是有偏 角的基板。 「氮化鎵系化合物半導體層」
η型GaN層12、發光層13以及p型GaN層(p型半 導體層)14爲眾知的既有的各種構造,這些眾知的各種構 造並沒有任何的限制都可以使用。尤其,p型半導體層採 用載子濃度爲一般濃度的半導體層即可,即使是較低的載 子濃度,例如爲lxl 〇17 cnT3程度的p型GaN層的情況, 仍可使用構成本發明的被結晶化之IZO膜的正極15。 氮化鎵系化合物半導體層半導體,已知有例如以一般 式 AlxInyGai-x-yN (0$χ< 1,〇Sy< 1,0$x+y< 1)所 表示之各種組成的半導體,構成本發明的n型GaN層、發 光層以及P型GaN層之氮化鎵系化合物半導體層半導體, 也是沒有任何的限制,可以使用以一般式AlxInyGai-x-yN (0各x<l,0Sy<l,0Sx+y<l)所表示之各種組成的 半導體。 這些氮化鎵系化合物半導體層半導體的成長方法並沒 有特別的限定,可以利用MOCVD (金屬有機化學氣相沈 積法)、HVPE (氫化物氣相磊晶法)、MBE (分子束磊 晶法)等既有的令ΙΠ族氮化物半導體成長之全部的方法 -11 - 1359509 。基於膜厚控制性' 量產性的觀點,成長方法最好是 MOCVD 法。 MOCVD法則是採用氫氣(h2)或是氮氣(n2)來作 爲載體氣體,採用三甲基鎵(TMG)或是三乙基鎵(TEG )來作爲屬於III族原料的Ga源,採用三甲基鋁(TM A ) 或是三乙基鋁(TEG)來作爲A1源,採用三甲基銦(TMI )或是三乙基銦(TEI)來作爲in源,採用氨(NH3)、 聯氨(hydrazine; N2H4)等來作爲屬於V族原料的N源 。另外,關於摻雜物,η型是採用單矽烷(monosiUne: SiH4)或是雙矽烷(disilane; Si2H6)來作爲Si原料,採 用鍺烷氣體(GeH4 )來作爲Ge原料,p型則是採用例如 二茂基鎂(bis-cyclopentadienyl magnesium ( Cp2Mg )) 或是二乙茂基錶(bis-ethylcycropentadienyl magnesium ((EtCp) 2Mg))來作爲Mg原料。 由這種氮化鎵系化合物半導體層半導體所組成之氮化 鎵系化合物半導體層半導體層的一個例子,可以列舉出: 具有第3圖所示的層積體構造之氮化鎵系化合物半導體層 半導體層20。第3圖所示的氮化鎵系化合物半導體層20 係在由藍寶石所組成的基板2 1上’層積由A1N所組成之 緩衝層(未圖示)後’依序將GaN基底層(η型半導體層 )22、Il型GaN接觸層(n型半導體層)23、rl型AlGaN 包覆層(η型半導體層)24、由In GaN所組成的發光層25 、?型AlGaN包覆層(p型半導體層)26、p型GaN接觸 層(P型半導體層)層積在一起。 -12- 1359509 「正極(IZO膜)」 如第1圖所示,在P型GaN層14上形成有被結晶化 的IZO膜來作爲正極15。IZO膜係介於金屬層等形成在p 型GaN層14的正上方或者形成在p型GaN層14的上面 。在正極15與p型GaN層14之間夾著金屬層的情況,可 以讓半導體發光元件1的驅動電壓(Vf)減低,不過會減 φ 少透過率而降低輸出。因此,依照半導體發光元件1的用 途等來取得與驅動電壓(Vf)的輸出平衡,適當判斷是否 要在正極I5與P型GaN層14之間夾著金屬層等。此處的 金屬層最好是採用由Ni或Ni氧化物、pt、Pd、Ru、Rh、 R e、O s等所組成的金屬。 另外’ IZO膜最好是使用電阻率最低的組成。例如, IZO膜中的ZnO濃度爲5~15質量%的範圍較佳,若爲1〇 質量%則更理想。
另外,IZO膜的膜厚,由於要有低電阻率又要有高透 過率,最好是35 nm~l 0000 nm ( ΙΟμηι )的範圍,再更好 是100 nm〜Ιμιη的範圍。進而,基於生成成本的觀點, ΙΖΟ膜的膜厚最好是ΙΟΟΟηιη(Ιμηι)以下。 其次,舉例來說明ΙΖΟ膜的形成方法。 首先’在Ρ型GaN層14上的全範圍,形成非晶態的 IZO膜。IZO膜的形成方法’若爲能夠形成非晶態的IZ0 膜的方法的話,也可以採用形成薄膜所使用之眾知的任何 一種方法。例如’可以採用濺鍍法或真空蒸鍍法等的方法 -13- 1359509 來進行成膜,不過與真空蒸鍍法作比較,採用成膜時所產 生的粒子或塵埃等較少的濺鍍法則更理想。另外,採用濺 鍍法的情況,能夠以RF磁控管濺鍍法來將In2〇3標靶及 ΖηΟ標靶予以公轉進行成膜,但爲了要更提高成膜率, ΙΖΟ標靶以DC磁控管濺鍍法來進行成膜較佳。此外,爲 了要減輕P型GaN層14受到電漿的破壞,濺鍍的放電輸 出最好是1000W以下。 以此方式成膜之非晶態的IZO膜係屬於p型GaN層 14上的形成正極15的區域之正極形成區域除外的區域, 採用眾知的光蝕刻法和蝕刻進行圖案處理,如第2圖所示 ,成爲只形成在正極形成區域的狀態。 IZO膜的圖案處理最好是在進行後述的退火步驟之前 就進行。經由退火步驟,非晶態的IZO膜變成被結晶化的 IZO膜,故與非晶態的IZO膜作比較,蝕刻變困難。對於 此點,退火步驟前的IZO膜爲非晶態,故採用眾知的蝕刻 液很容易就能夠有精度良好的蝕刻。另外,IZO膜的蝕刻 也可以用乾式蝕刻裝置來進行。 本實施形態中,IZO膜進行圖案處理過後,以500°C 〜900°c來進行退火處理,藉由此方式,將非晶態的IZO膜 變成被結晶化的IZO膜(退火步驟)。藉由成爲被結晶化 的IZO膜,可以使紫外領域(3 5 0 nm~420 nm )之波長的 光透過率提高。雖藉由成爲被結晶化的IZO膜來使紫外領 域的透過率變高的機構尙未明確,但被認爲經由結晶化會 使IZO膜的能帶隙(band gap)變大。 -14 - 1359509
另外,IZO膜的退火處理最好是在不含〇2的雰圍中 進行,不含〇2的雰圍,可以列舉出:N2雰圍等的惰性氣 體氛圍或N2等的惰性氣體與h2的混合氣體雰圍,最好是 N2與h2的混合氣雰圍。IZO膜的退火處理在n2#圍中或 是N2與h2的混合氣雰圍中進行,就會使IZO膜結晶化, 並且能夠有效地減少IZO膜的薄片電阻。尤其,欲使IZO 膜的薄片電阻變低的話,在1^2與H2的混合氣雰圍中進行 IZO膜的退火處理較佳。混合氣體雰圍中的N2與H2的比 率,最好是100 : 1〜1 : 1〇〇。 對於此點,例如在含有〇2的雰圍中進行退火處理, 就會增加IZ0膜的薄片電阻。在含有〇2的雰圍中進行退 火處理,會上升IZO膜的薄片電p且的原因,被認爲是IZO 膜中的氧空洞減少之故。IZO膜呈現導電性的原因係氧空 洞存在於IZ0膜中而令成爲載子的電子產生之故。因此, 被認爲:經過在含有02的雰圍中進行退火處理,屬於載 子電子的產生源之氧空洞會減少,IZO膜的載子濃度會減 低,薄片電阻會變高。 另外,IZO膜的退火處理溫度設定爲500°C~90(TC。 以不到5〇0〇C的溫度進行退火處理的話,會有IZO膜無法 充分結晶化之虞,還會IZO膜在紫外領域的透過率無法達 到十分高的情況。另外,以超過900。(:的溫度進行退火處 理的話’會有位於IZO膜下方的半導體層劣化之虞》 此外,本實施形態中,爲了要讓IZO膜結晶化而採用 退火處理’不過本發明的半導體發光元件,若爲可以讓 -15- 1359509 IZO膜結晶化的話,也可以採用任何一種的方法,例如, 採用RTA退火爐的方法、進行雷射退火的方法、進行電 子線照射的方法等的方法皆可。 另外*由被結晶化的IZO膜所組成之正極1 5,不僅 會有效地提高持有紫外領域( 350 nm〜42 0 nm )的中心波 長之半導體發光元件的光取出效率,例如是中心波長爲 45 0 nm程度之藍色領域的半導體發光元件,若是具有350 nm〜4 2 0 nm地發光領域的話,仍可以提高光取出效率。 另外,與p型半導體層14或正極焊墊16的密合性, 係經退火處理被結晶化的IZO膜比非晶質的IZO膜還要更 良好,故可以防止半導體發光元件在製造步驟等因剝離造 成的收率(yield)降低。另外,理想之被結晶化的IZO膜 ,由於與空氣中的水分很少起反應,故長時間的耐久試驗 也很少特性劣化。 「負極」 負極17係在IZO膜經退火處理之後,如第1圖所示 ,設置在將P型半導體層14、發光層13以及η型GaN層 12的一部分以蝕刻除去而露出的η型GaN層12上。負極 1 7已知有例如由Ti / Au所組成的負極等的各種組成和構 造,這些已知的負極沒有任何的限制都可以採用。 「正極焊墊」 在屬於正極15之IZO膜層上的一部分,設置用來與 -16- 1359509 電路基板或導線框等電連接之正極焊墊16。正極焊墊16 已知有使用Au、Al、Ni及Cu等的材料之各種構造,這些 已知的材料、構造之正極焊墊沒有任何的限制都可以使用 〇 另外,正極焊墊16的厚度最好是在1〇〇~1〇〇〇 nm的 範圍內。另外,焊墊的特性上,厚度很大會使焊率變高, 故正極焊墊16的厚度爲300 nm以上則更加理想。進而, φ 基於製造成本的觀點,最好是500 nm以下。 「保護層」 爲了要防止IZO膜的氧化,最好是以覆蓋正極焊墊 16的形成區域以外之IZO膜上的全部區域的方式,形成 保護層(未圖示)。該保護層最好是採用透光性優異的材 料。爲了要防止P型半導體層與η型半導體層的洩漏,最 好是以具有絕緣性的材料來形成。構成保護層的材料最好 Φ 是例如採用Si02或Α1203等。另外,保護層的膜厚若爲可 以防止ΙΖΟ膜的氧化,且透光性優異的膜厚即可,具體上 ,例如爲20 nm~500 nm的膜厚較佳。 「燈」 以上,說明過之本發明的半導體發光元件,例如可以 經由該業者所眾知的手段,設置透明外殼來構成燈。另外 ,本發明的半導體發光元件與具有螢光體的外殼組合在一 起,就可以構成白色的燈。 -17- 1359509 另外,本發明的半導體發光元件,採用習知的方法並 沒有任何的限制就可以構成來作爲LED燈。燈可以應用 於一般用途的砲彈型、攜帶之背光用途的側視型、用於顯 示器的俯視型等任何的用途》 第4圖爲用來說明本發明的燈的一個例子之槪略構成 圖。第4圖所示的燈30係呈砲彈型來安裝面向上型之本 發明的半導體發光元件。第4圖所示的燈30係在2個框 架31、32的其中一方,藉由樹脂等來連接第1圖所示的 半導體發光元件,正極焊墊16和負極17用由金等的材質 所組成的線3 3、3 4來分別接合到框架3 1、3 2上。另外, 如第4圖所示,在半導體發光元件1的周邊,形成有由透 明樹脂所組成的模型3 5。 此外,本發明並不侷限於上述過的實施形態。例如, 本發明的半導體發光元件上所具備之半導體層,並不侷限 於上述過的氮化鎵系化合物半導體層,若爲至少要有紫外 領域的發光波長的發光元件,則也可以採用本發明的發光 元件。 (實驗例1 ) 「IZO膜進行退火處理的雰圍」 依照以下的方式,檢驗IZO膜進行退火處理的雰圍與 退火處理後之IZO膜的薄片電阻的關係。 即是在玻璃基板上形成非晶態的IZO膜(250 nm ), 所獲得的IZO膜,在以300°C〜600°C的各溫度,在N2的 雰圍中,進行退火處理的情況、及在N2中含有2 5%的02 -18- 1359509 之混合 1氣體雰圍中,進行退火處理的情況下’測定薄片電 阻。該結果顯示在表1中。 <表1> 溫度 薄片電阻(Ω/sq.) 含有〇2之N2雰圍 N2雰圍 300°C 15 13 400°C 150 13 500°C 200 12 600°C 7x105 9
表1中得知:在N2中含有02之混合氣體雰圍中進行 退火處理的情況,退火溫度愈高則薄片電阻愈高。相對於 此,得知:在不含〇2之混合氣體雰圍中進行退火處理的 情況,退火溫度愈高則薄片電阻愈減少。此外,在退火處 理前之非晶態的厚度250 rim之IZO膜的薄片電阻爲15 Ω / sq.。
(實驗例2 ) 「IZO膜的退火處理溫度」 依照以下的方式,檢驗IZO膜的退火處理溫度與IZO 膜的結晶化的關係。 即是在玻璃基板上形成非晶態的IZO膜(250 nm ), 所獲得的未經退火處理之IZO膜,以X線回折(XRD )法 來進行測定。另外,形成在玻璃基板上之非晶態的IZO膜 ,以300°C〜800°C的各溫度,在心的雰圍中,進行1分鐘 的退火處理。退火處理過後的IZO膜,以X線回折(XRD )法來進行測定。該結果顯示在第5圖中。 -19- 1359509 第5圖爲呈現IZO膜的X線回折(XRD )結果之圖形 ,橫軸表示繞射角(20 (度)),縱軸表示解析強度(s )° 如第5圖所示,IZO膜以600°C以上的退火處理溫度 來進行退火處理的情況,主要是檢測由Ιη203所組成之X 線的峰値,得知已結晶化。另外,IZO膜以400 °c以下的 退火處理溫度進行退火處理的情況,得知尙未結晶化。 (實驗例3 ) 「IZO膜的透過率」 依照以下的方式,檢驗IZO膜的退火處理溫度與退火 處理後之IZO膜的溫度的關係。 即是將實驗例2所獲得之未經退火處理過的IZO膜和 以300°C、600°C進行退火處理過後的IZO膜之透過率予 以測定出來。該結果顯示在第6圖中。 此外,測定IZO膜的透過率,使用日本島津製作所公 司製造的紫外可視光光度計UV— 2450。另外,透過率的 値係將只針對玻璃基板測定透過率所獲得之光透過對照値 予以減去來算出。 第6圖爲呈現IZO膜的透過率之圖形,橫軸表示波長 (nm),縱軸表示透過率(%)。 由第6圖得知:IZO膜以600°C的退火處理溫度進行 退火處理的情況,與未經退火處理過的IZO膜作比較,紫 外領域( 350 nm〜420 nm)的透過率變高20~30%。 -20- 1359509
〔實施例1〕(氮化鎵系化合物半導體層的製造) 以以下所示的方式,製造第3圖所示的氮化鎵系化合 物半導體層20。即是在由藍寶石的c面((0001 )晶面) 所組成之基板21上,介於由A1N所組成之緩衝層(未圖 示),將未摻雜之GaN基底層(層厚= 2μιη) 22、摻Si 的η型GaN接觸層(層厚= 2μιη,載子濃度=lxl019cnT3 )23、慘 Si 的 η 型 Al〇.〇7Ga〇.93N 包覆層(層厚=12.5 nm ,載子濃度=lxl〇18 cm·3 ) 24、由6層的摻GaN障壁層( 層厚=14.0 nm,載子濃度=lxl〇18 cnT3)和5層的未摻 雜之Ino.2oGao.8QN的井層(層厚=2.5 nm )所組成之多重 量子構造的發光層25、摻Mg的p型AU.07Ga0.93N包覆層 (層厚=10 nm) 26、摻Mg的p型GaN接觸層(層厚= 100 rim) 27依序予以層積在一起。此外,上述氮化鎵系化 合物半導體層20之層積構造體的各構成層22〜27則是以 減壓MOCVD手段來予以成長。
(半導體發光元件的製造) 其次,利用獲得之第3圖所示的氮化鎵系化合物半導 體層20,製作氮化鎵系化合物半導體發光元件。首先,使 用HF和HC1,將氮化鎵系化合物半導體層20之p型GaN 接觸層27的表面予以洗淨,再以DC磁控管濺鍍,在該p 型GaN接觸層27上,形成膜厚220 nm的IZO膜。 濺鏟IZO膜進行濺鍍採用 ZnO濃度爲10質量%的 IZO標靶。另外,IZO成膜係導入70 seem的Ar氣體,在 -21 - 1359509 壓力大約0.3 Pa下進行。 以上述的方法所形成之IZO膜,在400 nm附近的波 長領域大致有60%的透過率,薄片電阻則爲17Q/sq·。 另外,以上述的方法所形成之剛成膜之後的IZO膜,以X 線回折(XRD )法進行測定,確認爲非晶質。 之後,採用光蝕法和乾式蝕刻,將非晶態的IZO膜予 以圖案處理,成爲只在p型GaN接觸層27上的正極形成 區域形成IZO膜的狀態。非晶質的IZO膜係以大約40 nm / min的蝕刻速度來進行蝕刻。 IZO膜經圖案處理過後,使用RTA退火爐,以600°C ,在N2氣體雰圍中進行1分鐘的退火處理。 退火處理後的IZO膜在400 nm附近的波長領域有很 高的透光性,400 nm附近的波長領域之透光率爲90%以上 。另外,IZO膜的薄片電阻則爲14Ω / sq. »另外,退火 處理後進行XRD的測定,主要是檢測由Ιη203所組成之X 線的峰値,確認IZO膜已結晶化。 對形成η型電極的區域施予乾式蝕刻,只限於該區 域,讓摻Si之η型GaN接觸層23的表面露出。之後,以 真空蒸鍍法,將由Cr所組成的第1層(層厚=40 nm)、 由Ti所組成的第2層(層厚=100 nm)、由Au所組成的 第3層(層厚= 400 nm),依序層積在IZO膜層(正極) 上的一部分和摻Si之η型GaN接觸層23上,分別形成正 極焊墊和負極,形成正極焊墊和負極之後,使用鑽石微粒 等的磨石顆粒來硏磨由藍寶石所組成之基板11的背面, -22- 1359509 最後精密處理成鏡面。 之後,切割層積構造體,分割成350μπι角的正方形知 各別的晶片,獲得半導體發光元件。 (驅動電壓(Vf)和發光輸出(ρ〇 )的測定) 將以此方式所獲得之半導體發光元件(晶片),載置 在引導線架上,用金(Au)線來與導線架連結。然後,利 # 用探針來進行通電’測定半導體發光元件的電流施加値20 mA之順向電壓(驅動電壓Vf)。另外,利用一般的積分 球來測定發光輸出(P〇)和發光波長。 發光面的發光分布確認了正極的全面都會發光。另外 ,半導體發光元件具有400 nm附近的波長領域之發光波 長,Vf 爲 3.3V,Po 則爲 15 mW。 〔實施例2〕
除了使用退火處理的氣體中混合了 N2和H2之混合氣 體之外,都以與實施例1同樣方式,製作半導體發光元件 。此外,剛退火過後的IZO膜,在400 nm附近的波長領 域之透過率爲90%以上,薄片電阻爲1 1 Q / sq.。另外, 獲得的半導體發光元件具有400 nm附近的波長領域之發 光波長,Vf爲3.25V,Po則爲l5mW。 〔比較例1〕 除了退火處理的溫度以300 °C來進行之外,都以與實 -23- 1359509 施例1同樣方式,製作半導體發光元件。此外,退火處理 後的IZO膜,在400 nm附近的波長領域之透過率大約爲 70%,薄片電阻爲16 Ω / sq.。另外,獲得的半導體發光元 件具有400 nm附近的波長領域之發光波長,Vf爲3.3V, P 〇 則爲 1 2 m W。 [比較例2〕 與實施例2同樣,以濺鍍法,將25 0 nm的IZO膜形 成在氮化鎵系化合物半導體層20的p型GaN接觸層27上 。之後,用FeCl3與HC1的混合液,將非晶態的IZO膜予 以濕式蝕刻,成爲只在P型GaN接觸層27上的正極形成 區域形成有IZO膜的狀態。IZO膜經圖案處理過後,以 600°C,在含有25%02的N2氣體雰圍中進行1分鐘的退火 處理,接著以500°C,在N2氣體雰圍中進行1分鐘的退火 處理之2階段的退火處理。此外,2次退火處理後的IZO 膜,400 nm附近的波長領域之透過率大約爲8 0%,薄片電 阻爲 15Ω / sq.。 另外,2次退火處埋後,以與實施例1同樣的方式, 製作半導體發光元件。獲得的半導體發光元件具有400 nm 附近的波長領域之發光波長,Vf爲3.3V,Po則爲13 mW 〇 由實施例和實施例2、比較例1和比較例2的結果所 得的結論:構成正極之退火處理後之IZO膜的透過率,係 實施例和實施例2的半導體發光元件大於比較例1和比較 -24- 1359509 例2的半導體發光元件,薄片電阻則很低。 另外,得到的結論:紫外領域的光之發光輸出,係實 施係例和實施例2的半導體發光元件優於比較例1和比較 例2的半導體發光元件。 [產業上的可利用性] 本發明可以應用於半導體發光元件、使用該半導體發 φ 光元件之燈,尤其,可以應用於紫外光的發光輸出(Po) 優異之半導體發光元件、半導體發光元件之製造方法、以 及使用該半導體發光元件之燈》 【圖式簡單說明】 第1圖爲以模式表示本發明的半導體發光元件的一個 例子之剖面圖。 第2圖爲以模式表示第1圖所示的半導體發光元件之
第3圖爲以模式表示氮化鎵系化合物半導體層的一個 例子之剖面圖。 第4圖爲以模式說明使用本發明的半導體發光元件所 構成的燈之剖面圖。 第5圖爲呈現IZO膜的X線回折(XRD )結果之圖形 第6圖爲呈現IZO膜的透過率之圖形。 -25- 1359509 【主要元件符號說明】 1 :半導體發光元件 1 1、21 :基板 12 : η型GaN層(η型半導體層) 13 :發光層 14 : ρ型GaN層(ρ型半導體層) 15:正極(透光性電極) 1 6 :正極焊墊 ^ 1 7 :負極 20 :氮化鎵系化合物半導體層 22: GaN基底層(η型半導體層) 23: η型GaN接觸層(η型半導體層) 24: η型AlGaN包覆層(η型半導體層) 25 :發光層 26: ρ型AlGaN包覆層(ρ型半導體層) 27:p型GaN接觸層(ρ型半導體層) φ 30 :燈 -26-
Claims (1)
1359509 第096113231號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國100年8月24日修正 十、申請專利範圍 1. 一種半導體發光元件之製造方法,是具備有含有p 型半導體層,至少具有紫外區域的發光波長之半導體層、 及被設置在前述P型半導體層上,含有被結晶化的IZO膜 之透光性電極的半導體發光元件之製造方法,其特徵爲: Φ 具備有: 將非晶態的IZO膜形成在前述p型半導體層上之步驟 :及 藉由進行在5 00°C~900°C的溫度下,不含〇2的雰圍中 退火處理,將前述非晶態的IZO膜變成被結晶化的薄片電 阻比15 Ω /sq還小的IZO膜之退火步驟。 2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體發光元件之製 造方法,其中,具備有:進行前述退火步驟之前,將前述 φ 非晶態的IZO膜予以圖案處理的步驟。 3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體發光元件之製 造方法,其中,前述退火處理係在N2的雰圍中或是1^2和 ' H2的混合氣體雰圍中進行》 4. 如申請專利範圍第1項所述的半導體發光元件之製 造方法’其中,前述IZO膜的厚度爲35 nm〜ΙΟμηι» 5. 如申請專利範圍第4項所述的半導體發光元件之製 造方法,其中,前述ΙΖΟ膜的厚度爲100ηηι~1μιη。 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述的半導體 1359509 發光元件之製造方法,其中,具備有:前述退火步驟之後 ,將保護層層積在前述IZO膜上的步驟。
-2- 1359509 七、指定代表圖: (一) 、本案指定代表圖為:第(1 )圖 (二) 、本代表圖之元件代表符號簡單說明: 1 :半導體發光元件 1 1、21 :基板 12: η型GaN層(η型半導體層) 13 :發光層 14: ρ型GaN層(ρ型半導體層) 15:正極(透光性電極) 16 :正極焊墊
17 :負極 八、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學 式··
-4-
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