TWI440220B - Semiconductor light emitting element and manufacturing method of semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor light emitting element and manufacturing method of semiconductor light emitting element Download PDF

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TWI440220B
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Toyoda Gosei Kk
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Description

半導體發光元件及半導體發光元件之製造方法
本發明係關於使用III族氮化物半導體之半導體發光元件及半導體發光元件之製造方法。
使用GaN(氮化鎵)等III族氮化物半導體之半導體發光元件，通常係在藍寶石等基板上，形成包含發光層的III族氮化物半導體層而被構成。接著，在這樣的半導體發光元件，存在著藉由對配線基板以覆晶方式實裝半導體發光元件，使從發光層輸出的光，透過基板射出至外部者。
作為公報所記載之先前技術，在與III族氮化物半導體層之基板之接觸面成相反側的面上，形成由金屬氧化物所構成的透明導電層，同時於此透明導電層進而形成由銀等所構成的反射層，使由發光層往與基板相反之側輸出的光朝向基板側反射者係屬已知(參照專利文獻1)。
此外，作為其他公報記載之先前技術，在以III族氮化物半導體構成的p型半導體層之上，具備中介著p型接觸層而被形成的正電極之半導體發光元件，將此正電極以由氧化物所構成的第1半導體膜、被形成於第1半導體膜上的金屬膜、被形成於由氧化物構成的金屬膜上的第2半導體膜來構成者係屬已知(參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-303430號公報
[專利文獻2]日本專利特開2005-259971號公報
然而，使用於反射層之銀，係容易引起遷移(migration)的材料係屬已知。因此，為了保護含銀的保護層而於反射層上形成例如金屬層的場合，由於銀的遷移而會在反射層的界面產生龜裂使反射率降低，結果反而有招致光取出效率降低之虞。
本發明之目的在於抑制以覆晶法實裝的半導體發光元件之光取出效率的降低。
被適用於本發明之半導體發光元件，具有：包含藉由通電而發光之發光層之III族氮化物半導體層、具有對由發光層射出的光之透光性，III族氮化物半導體層被層積之透明基板、以具有對由發光層射出的光之透光性及導電性之金屬氧化物所構成，被層積於III族氮化物半導體層的透明導電層、以銀或含銀的合金所構成，被層積於透明導電層的金屬層，以具有導電性的金屬氧化物所構成，被層積於金屬層用於與外部之電氣連接之導電層、以具有導電性的金屬所構成，使被層積之透明導電層與金屬層與導電層，以對III族氮化物半導體層覆蓋的方式設置之覆蓋層。
於這樣的半導體發光元件，透明導電層作為金屬氧化物可以包含有銦之氧化物。
此外，透明導電層作為金屬氧化物可以進而包含有鋅之氧化物。
進而，透明基板可以是由藍寶石(sapphire)單晶所構成。
此外，導電層可以被形成為不與III族氮化物半導體層接觸。
進而，金屬層與覆蓋層可以被配置為非接觸。
接著，透明導電層、金屬層及導電層之中的某一層，可以具備沿著III族氮化物半導體層之面被形成的上面與由上面之周緣部朝向該III族氮化物半導體層傾斜的傾斜面。
此外，由其他觀點來看時，被適用本發明的半導體發光元件，具有：基板、包含藉由通電而發光之發光層而被層積於基板，使由發光層射出的光，透過基板往外部輸出之III族氮化物半導體層、以具有對由發光層射出的光之透光性及導電性之金屬氧化物所構成，被層積於III族氮化物半導體層之與基板為相反之側的透明導電層、以銀或含銀的合金所構成，反射由發光層透過透明導電層入射的光之金屬層、以具有導電性的金屬氧化物所構成，被層積於金屬層用於與外部之電氣連接之導電層、以具有導電性的金屬所構成，使被層積之透明導電層與金屬層與導電層，以對III族氮化物半導體層覆蓋的方式設置之覆蓋層。
於這樣的半導體發光元件，透明導電層作為金屬氧化物可以包含有銦之氧化物。
此外，透明導電層作為金屬氧化物可以進而包含有鋅之氧化物。
進而，基板可以是由藍寶石(sapphire)單晶所構成。
此外，導電層可以被形成為不與III族氮化物半導體層接觸。
進而，金屬層與覆蓋層可以被配置為非接觸。
接著，透明導電層、金屬層及導電層之中的某一層，可以具備沿著III族氮化物半導體層之面被形成的上面與由上面之周緣部朝向該III族氮化物半導體層傾斜的傾斜面。
進而，由其他觀點來看時，被適用本發明之半導體發光元件之製造方法，具有：於基板上形成包含發光層的III族氮化物半導體層之步驟，於III族氮化物半導體層，形成具有供由入口側朝向III族氮化物半導體層側擴開且使III族氮化物半導體層之一部分區域露出之用的第1開口部之第1遮罩的步驟，透過第1開口部於III族氮化物半導體層上，形成以具有對從發光層射出的光之透光性及導電性之金屬氧化物所構成的透明導電層之步驟，透過第1開口部於透明導電層上，形成以銀或含銀的合金構成的金屬層之步驟，透過第1開口部於金屬層上，形成以具有導電性的金屬氧化物構成的導電層之步驟，由III族氮化物半導體層除去第1遮罩的步驟，於III族氮化物半導體層，形成具有供由入口側朝向III族氮化物半導體層側擴開且使導電層及位於導電層的周緣之III族氮化物半導體層露出之用的第2開口部之第2遮罩的步驟，透過第2開口部於導電層上及III族氮化物半導體層上，形成以具有導電性的金屬構成的覆蓋層之步驟，除去第2遮罩的步驟。
於這樣的半導體發光元件之製造方法，第2遮罩之第2開口部之入口側之直徑，可以被設定為比第1遮罩之第1開口部之入口側之直徑更大。
根據本發明的話，可以抑制以覆晶法實裝的半導體發光元件之光取出效率的降低。
以下，參照附圖詳細說明本發明之實施型態。
圖1係本實施型態適用的半導體發光元件(發光二極體)1之剖面模式圖之一例，圖2係圖1所示之半導體發光元件1由圖1所示之II方向所見之平面模式圖之一例，圖3係構成半導體發光元件的層積半導體層之剖面模式圖之一例。
(半導體發光元件)
如圖1所示，半導體發光元件1具備作為透明基板之一例之基板110、被層積於基板110上的中間層120、被層積於中間層120上的下底層130。此外，半導體發光元件1，具備被層積於下底層130上的n型半導體層140、被層積於n型半導體層140上的發光層150、與被層積於發光層150上的p型半導體層160。又，於以下之說明，因應需要，把這些n型半導體層140、發光層150及p型半導體層160，統稱為層積半導體層100。
進而，半導體發光元件1，具備：被形成於p型半導體層160的上面160c之第1電極170、與被形成於藉由切去被層積的p型半導體層160、發光層150及n型半導體層140之一部分而露出之n型半導體層140之半導體層露出面140c上之第2電極180。進而此外，半導體發光元件1，進而具備被層積於第1電極170與第2電極180之保護層190。但是，保護層190，係於第1電極170與第2電極180之各個，使圖1成為上方側之面的一部份露出的方式被形成的。
如此，本實施型態之半導體發光元件1，具有於一方之面側被形成第1電極170及第2電極180之構造。
又，於圖2，省略保護層190的記載，第1電極170(更具體而言為後述之覆蓋層174)及第2電極180之中，不藉由保護層190覆蓋的區域以虛線包圍顯示。此外，於圖2，被設於覆蓋層174的背面之第2導電層173(詳如後述)以單點虛線表示。
於此半導體發光元件1，以第1電極170為正極，以第2電極180為負極，透過二者使電流流過作為III族氮化物半導體層之一例之層積半導體層100(更具體而言為p型半導體層160、發光層150及n型半導體層140)，使發光層150發光。
接著，針對半導體發光元件1之各構成要素更詳加說明。
<基板>
作為基板110，III族氮化物半導體結晶若是於表面被外延生長(epitaxial growth)的基板的話，沒有特別限定，可以選擇各種基板使用。但是，本實施型態之半導體發光元件1，如後所述，以由基板110側取出光的方式被覆晶實裝，所以最好是對從發光層150射出的光具有透光性較佳。亦即，例如可以使用藍寶石、氧化鋅、氧化鎂、氧化鋯、氧化鎂鋁、氧化鎵、氧化銦、氧化鋰鎵、氧化鋰鋁、氧化釹鎵、氧化鑭鍶鋁鉭、氧化鍶鈦、氧化鈦等所構成的基板110。
此外，在前述材料中，也特別是以把C面為主面之藍寶石作為基板110使用較佳。把藍寶石作為基板110使用的場合，於藍寶石之C面上形成中間層120(緩衝層)亦可。
<層積半導體層>
層積半導體層100，例如，係由III族氮化物半導體所構成之層，如圖1所示，於基板110上，依順序被層積n型半導體層140、發光層150與p型半導體層160之各層而被構成。
此外，如圖3所示，n型半導體層140、發光層150與p型半導體層160之各層，分別由複數之半導體層來構成亦可。進而此外，層積半導體層100，進而亦可包含下底層130、中間層120。此處，n型半導體層140，係以把電子作為載子的第1導電型進行電氣傳導者，p型半導體層160係以把正孔作為載子的第2導電型進行電氣傳導者。
又，層積半導體層100，以MOCVD法形成的話可得結晶性佳者，但即使採濺鍍法藉由最佳化條件，可以形成具有比MOCVD法更優的結晶性之半導體層。以下，依序進行說明。
〈中間層〉
中間層120，以由多晶之Alx Ga1-x N(0≦x≦1)所構成者較佳，尤以由單晶之Alx Ga1-x N(0≦x≦1)所構成者更佳。
中間層120，如前所述，例如可以是多晶之Alx Ga1-x N(0≦x≦1)所構成厚度0.01～0.5μm者。中間層120的厚度不滿0.01μm的話，會有無法充分得到藉由中間層120緩和基板110與下底層130之晶格常數差異之效果的場合。此外，中間層120的厚度超過0.5μm的話，即使作為中間層120之功能沒有變化，中間層120的成膜處理時間變長，有使生產性降低之虞。
中間層120，有發揮緩和基板110與下底層130之晶格常數的差異，容易於基板110之(0001)面(C面)上形成c軸配向之單晶層的作用。亦即，於中間層120之上層積單晶之下底層130的話可以層積結晶性進一步更佳之下底層130。又，於本發明，最好是進行中間層形成步驟，但不進行亦可。
此外，中間層120，亦可以是具有由III族氮化物半導體所構成的六方晶系之結晶構造者。此外，形成中間層120的III族氮化物半導體之結晶，亦可為具有單晶構造者，使用具有單晶構造者較佳。III族氮化物半導體之結晶，藉由控制成長條件，不僅在上方向，在面內方向也成長而形成單晶構造。因此，藉由控制中間層120之成膜條件，可以做出單晶構造之III族氮化物半導體之結晶所構成的中間層120。把具有這樣的單晶構造之中間層120成膜於基板110上的場合，中間層120之緩衝功能有效發揮作用，所以於其上成膜之III族氮化物半導體成為具有良好配向性及結晶性之結晶膜。
此外，形成中間層120的III族氮化物半導體之結晶，藉由控制成膜條件，可以使其成為由以六角柱為基本的集合組織所構成的柱狀結晶(多晶)。又，此處之集合組織所構成的柱狀結晶，係指鄰接的結晶粒之間形成結晶粒界而隔開，其自身之縱剖面形狀為柱狀之結晶。
<下底層>
作為下底層130，可以使用Alx Gay Inz N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)，但使用Alx Ga1-x N(0≦x＜1)的話可以形成結晶性佳的下底層130所以較佳。
下底層130之膜厚最好為0.1μm以上，更佳者為0.5μm以上，又以1μm以上最佳。此膜厚以上容易得到結晶性良好的Alx Ga1-x N層。
要使下底層130之結晶性變好，下底層130最好是不要摻雜(doping)不純物。但是必須要p型或n型導電性的場合，可以添加受體(acceptor)不純物或者施體(donor)不純物。
<n型半導體層>
如圖3所示，作為第1半導體層之一例之n型半導體層140，最好係由n接觸層140a與n包覆層140b所構成。又，n接觸層140a亦可以兼作為n包覆層140b。此外，使前述之下底層130含於n型半導體層140亦可。
n接觸層140a，係供設置第2電極180之層。作為n接觸層140a，最好係由Alx Ga1-x N層(0≦x＜1，較佳者為0≦x≦0.5，更佳者為0≦x≦0.1)所構成。
此外，於n接觸層140a最好被摻雜n型不純物，n型不純物含有1×1017 ～1×1020 /cm3 、較佳者為含有1×1018 ～1×1019 /cm3 之濃度的話，可以維持與第2電極180之良好的歐姆接觸這一點較佳。作為n型不純物，雖未有特別限定，例如可以舉出矽、鍺及錫等，較佳者為矽及鍺。
n接觸層140a之膜厚，以0.5～5μm較佳，又以設定於1～3μm之範圍更佳。n接觸層140a之膜厚在前述範圍的話，半導體之結晶性被維持於良好。
n接觸層140a與發光層150之間，最好設有n包覆層140b。n包覆層140b係進行對發光層150之載子注入與載子之封閉入之層。n包覆層140b，可以藉由AlGaN、GaN、GaInN等來形成。此外作為這些構造之異性(hetero)接合或複數次層積之超格子構造亦可。n包覆層140b以GaInN形成的場合，最好是比發光層150之GaInN的能帶間隙更大較佳。
n包覆層140b的膜厚，沒有特別限定，較佳者為0.005～0.5μm，更佳者為0.005～0.1μm。n包覆層140b之n型摻雜濃度，以在1×1017 ～1×1020 /cm3 較佳，又以1×1018 ～1×1019 /cm3 為更佳。摻雜濃度在此範圍的話，因良好結晶性的維持與發光元件的動作電壓減低之優點所以較佳。
又，使n包覆層140b為包含超格子構造之層的場合，省略詳細圖示，但亦可以是包含具有100埃()以下的膜厚之III族氮化物半導體所構成之n側第1層，及與n側第1層組成相異同時具有100以下的膜厚之III族氮化物半導體所構成的n側第2層被層積之構造者。
此外，n包覆層140b亦可包含n側第1層與n側第2層交互反覆被層積之構造，最好是GaInN與GaN之交互構造或組成不同之GaInN彼此之交互構造。
<發光層>
作為被層積於n型半導體層140上的發光層150，可以採用單一量子井構造或多重量子井構造。
如圖3所示，作為量子井構造之井層150b通常使用由Ga1-y Iny N(0＜y＜0.4)所構成之III族氮化物半導體層。作為井層150b之膜厚，最好是可得量子效果的程度之膜厚，例如可以為1～10nm，較佳者為2～6nm時由發光輸出的觀點來看較佳。
此外，多重量子井構造之發光層150的場合，把前述Ga1-y Iny N作為井層150b，把能帶間隙能量比井層150b更大之Alz Ga1-z N(0≦z＜0.3)作為障壁層150a。於井層150b及障壁層150a隨著其設計亦可摻雜或不摻雜不純物。
<p型半導體層>
如圖3所示，作為第2半導體層之一例之p型半導體層160，通常係由p包覆層160a與p接觸層160b所構成。又，p接觸層160b亦可以兼作為p包覆層160a。
p包覆層160a係進行對發光層150之載子之封閉入與載子注入之層。作為p包覆層160a，係比發光層150之能帶間隙能量更大的組成，只要可以封入往發光層150之載子者即可沒有特別限定，較佳者可以舉出Alx Ga1-x N(0＜x≦0.4)。
p包覆層160a由這樣的AlGaN所構成的話，由對發光層150之載子的封閉入的觀點來看較佳。p包覆層160a的膜厚，沒有特別限定，但最好為1～400nm，更佳者為5～100nm。
p包覆層160a之p型摻雜濃度，以在1×1018 ～1×1021 /cm3 較佳，又以1×1019 ～1×1020 /cm3 為更佳。p型摻雜濃度在前述範圍的話，不會使結晶性降低可以得到良好的p型結晶。
此外，p包覆層160a亦可為複數次層積之超格子構造，最好是AlGaN與AlGaN之交互構造或AlGaN與GaN之交互構造。
p接觸層160b，係供設置第1電極170之層。p接觸層160b最好是Alx Ga1-x N(0≦x≦0.4)。鋁組成在前述範圍的話，由可以維持良好結晶性及與第1電極170之良好的歐姆接觸之點來看較佳。
p型不純物(摻雜物dopant)含有1×1018 ～1×1021 /cm3 、較佳者為含有5×1019 ～5×1020 /cm3 之濃度的話，由維持良好的歐姆接觸、防止龜裂的發生、維持良好的結晶性等方面來說較佳。作為p型不純物，沒有特別限制，例如可以舉出較佳者為鎂。
p接觸層160b的膜厚，沒有特別限定，較佳者為0.01～0.5μm，更佳者為0.05～0.2μm。p接觸層160b的膜厚在此範圍的話，由發光輸出的觀點來看是較佳的。
〈第1電極〉
其次，詳細說明第1電極170之構成。
第1電極170，具有：被層積於p型半導體層160的第1導電層171、被層積於此第1導電層171上的反射層172(亦稱為金屬層)、被層積於此反射層172上的第2導電層173、以對p型半導體層160覆蓋這些第1導電層171、反射層172及第2導電層173的方式設置之覆蓋層174。
〈第1導電層〉
如圖1所示，於p型半導體層160上，被層積第1導電層171。
如圖2所示平面俯視時，第1導電層171(參照圖1)，為了形成第2電極180，除了藉由蝕刻等手段除去一部份之p型半導體層160的上面160c之周緣部以外幾乎覆蓋全面的方式被形成，但不以這樣的形狀為限，隔開間隙形成為格子狀或樹形狀亦可。但是，於圖2，第1導電層171被形成於第2導電層173的背面側，所以隱藏於其背後。
第1導電層171，與p型半導體層160取得歐姆接觸，而且以使用與p型半導體層160之接觸電阻小者較佳。此外，在此半導體發光元件1，因使來自發光層150的光，透過反射層172由基板110側取出，所以第1導電層171最好使用透光性優異者。進而此外，為了跨p型半導體層160之全面均勻地使電流擴散，第1導電層171最好是具有優異的導電性，且係電阻分佈很少者。此外，在本實施型態，第1導電層171的厚度被設定於5nm(50)。又，第1導電層171的厚度可以在2nm～18nm之範圍內選擇。此處，第1導電層171的厚度比2nm還薄的話，會有與p型半導體層160不易取得歐姆接觸的情形，此外，第1導電層171的厚度比18nm還要厚的話從來自發光層150的發光及來自反射層172的反射光之透光性來看是較不好的。
作為第1導電層171之一例可以舉出透明導電層。例如，在本實施型態，作為第1導電層171，使用氧化物之導電性材料，且係對由發光層150射出的波長之光之透光性佳者。特別是含銦之氧化物的一部份，與其他透明導電膜相較透光性及導電性二者皆優所以較佳。作為含銦之導電性氧化物，例如可以舉出ITO(氧化銦錫(In2 O3 -SnO2 ))、IZO(氧化銦鋅(In2 O3 -ZnO))、IGO(氧化銦鎵(In2 O3 -Ga2 O3 ))、ICO(氧化銦鈰(In2 O3 -CeO2 ))等。又，於這些之中，例如添加氟等摻雜物亦無妨。此外，亦可使用例如不含銦之氧化物，例如將載子進行摻雜之SnO2 、ZnO2 、TiO2 等導電性材料。
藉由此技術領域所廣為週知的慣用手段設置這些材料，可以形成第1導電層171。此外，形成第1導電層171後，亦有為了第1導電層171之透明化與更低電阻化之目的而施以熱退火的情形。
於本實施型態，第1導電層171，可以適切地使用被結晶化之構造者，特別是包含具有六方晶構造或方鐵錳礦(Bixbyite)構造之In2 O3 結晶的透光性材料(例如ITO或IZO等)。
例如把包含六方晶構造之In2 O3 結晶的IZO作為第1導電層171使用的場合，可以使用蝕刻性優異的非晶質之IZO膜加工為特定形狀，進而其後，藉由熱處理等由非晶質狀態使轉移為含結晶的構造，加工為比非晶質IZO膜透光性更優異的電極。
此外，作為使用於第1導電層171之IZO膜，最好使用比電阻變得最低之組成。
例如，IZO中之ZnO濃度最好為1～20質量百分比，又以5～15質量百分比之範圍更佳。10質量百分比特佳。
使用於第1導電層171的IZO膜之熱處理，最好是在不含氧氣的氛圍下進行，作為不含氧氣的氛圍，可以舉出氮氣氛圍等非活性氣體氛圍，或氮氣等非活性氣體與氫氣之混合氣體氛圍等，以成為氮氣氛圍，或氮氣與氫氣之混合氣體氛圍較佳。又，使IZO膜之熱處理在氮氣氛圍，或氮氣與氫氣之混合氣體氛圍中進行的話，例如可以使IZO膜結晶化為含六方晶構造的In2 O3 結晶之膜，同時可以有效地減少IZO膜之薄膜電阻。
此外，IZO膜之熱處理溫度以500℃～1000℃較佳。不滿500℃的溫度下進行熱處理的場合，有無法充分使IZO膜結晶化，無法使IZO膜之透光率充分地高的情形。在超過1000℃的溫度下進行熱處理的場合，雖然使IZO膜結晶化，但有無法使IZO膜之透光率充分地高的情形。此外，在超過1000℃的溫度下進行熱處理的場合，有使IZO膜之下的半導體層劣化之虞。
使非晶質狀態之IZO膜結晶化的場合，成膜條件或熱處理條件等不同的話，IZO膜中的結晶構造也不同。但是，在本發明之實施型態，於與其他層之黏接性之觀點來看，第1導電層171的材料雖未限定但以結晶性材料者較佳，特別是在結晶性IZO的場合，可以為包含方鐵錳礦(Bixbyite)結晶構造之In2 O3 結晶之IZO，亦可為包含六方晶構造之In2 O3 結晶的IZO。特別以包含六方晶構造的In2 O3 結晶之IZO較佳。
特別是，如前所述，藉由熱處理而結晶化之IZO膜，與非晶質狀態之IZO膜相比，與p型半導體層160之密接性很好，於本發明之實施型態非常有效。此外，藉由熱處理而結晶化的IZO膜，與非晶質狀態之IZO膜相比，電阻值較低，所以在構成半導體發光元件1時，順向電壓Vf可以減低這一點是較佳的。
(反射層)
如圖1所示，於第1導電層171上被層積反射層172。
如圖2所示平面俯視時，反射層172(參照圖1)係以覆蓋第1導電層171全區域的方式被形成。此外，反射層172被形成於第1導電層171上，但不被形成於p型半導體層160上。亦即，p型半導體層160與反射層172係以不直接接觸的方式構成的。但是，於圖2，反射層172，與前述之第1導電層171同樣被形成於第2導電層173的背面側，所以隱藏於其背後。
作為金屬層之一例之反射層172係以Ag(銀)構成的。作為反射層172使用銀，是因為對從發光層150射出的藍色～綠色區域的波長之光，具有高的反光性。此外，如後所述，反射層172亦具有透過第1導電層171對p型半導體層160進行供電的功能，所以有必要把其電阻值抑制為很低，而且把與第1導電層171之接觸電阻抑制為很低。接著，在本實施型態，反射層172的厚度被設定於100nm(1000)。此反射層172的厚度較佳者可以從50nm以上之範圍來選擇。此處，反射層172的厚度比50nm還要薄的話，來自發光層150的光的反射性能會降低所以會不希望見到。
又，在本實施型態，作為反射層172，使用銀單體，但使用含銀的合金亦可。
〈第2導電層〉
如圖1所示，於反射層172上，被層積第2導電層173。
如圖2所示平面俯視時，第2導電層173，係以覆蓋反射層172全區域的方式被形成。此外，第2導電層173被形成於反射層172上，但不被形成於p型半導體層160上。亦即，p型半導體層160與第2導電層173係以不直接接觸的方式構成的。
作為導電層之一例之第2導電層173，與反射層172取得歐姆接觸，而且以使用與反射層172之接觸電阻小者較佳。但是，如後所述，第2導電層173不需要使來自發光層150的光透過的功能，所以與前述第1導電層171不同，沒有必要具有透光性。此外，如後所述，第2導電層173亦具有透過反射層172及第1導電層171對p型半導體層160進行供電的功能，所以最好使用具有優異導電性，而且電阻分佈很少者。接著，在本實施型態，第2導電層173的厚度被設定於50nm(500)。於本實施型態，第2導電層173的厚度為50nm以上的話，構成反射層172的銀(Ag)之遷移容易被抑制這一點是較佳的。相對於此，第2導電層173的厚度如果比50nm還要薄，就防止往形成於第2導電層173上的覆蓋層174之銀(Ag)的遷移防止這一點是不佳的。此外，第2導電層173的厚度比5000nm還要厚的話，從材料成本提高這一點來看是不佳的。又，在本實施型態，係以第1導電層171的厚度比第2導電層173的厚度更薄的方式分別被設定其厚度。
在本實施型態，作為第2導電層173，與第1導電層171同樣，使用IZO。但是如後所述，構成第2導電層173的IZO不進行熱處理，所以維持為非晶質狀態。
又，作為第2導電層173，除了IZO以外，可以使用ITO、IGO、ICO等。此外，亦可使用例如將載子進行摻雜之SnO2 、ZnO2 、TiO2 等導電性材料。進而，於第2導電層173，因為如前所述不被要求透光性，所以使用在可見光區域吸收光的公知的導電性金屬氧化物亦可。
(覆蓋層)
如圖1所示，於第2導電層173的上面及第1導電層171、反射層172與第2導電層173的側面被形成覆蓋層174。
如圖2所示平面俯視時，覆蓋層174，係以覆蓋第1導電層171、反射層172及第2導電層173的全區域的方式被形成。此外，覆蓋層174其端部與p型半導體層160相接。
覆蓋層174，以與最內側亦即第2導電層173等相接的方式被形成至少1層以上的金屬層。此外，在成為最外側的最表面層之金屬層一般使用金。作為覆蓋層174的構成之一例，可以舉出具有作為接於第2導電層173而被形成的第1層之鎳(Ni)層、作為被形成於此Ni層的外側的第2層之鉑(Pt)層，作為被形成於此Pt層的外側且為最外側的第3層之金(Au)層的構造。接著，覆蓋層174的全體厚度，只要是具有覆晶實裝時之作為墊電極之功能的厚度，可以無厚度限制地使用，較佳者為被設定於50nm(500)～8000nm(80000)。
又，作為構成覆蓋層174的第1層的材料，除了前述之Ni(鎳)以外，還可以使用Ta(鉭)、Ti(鈦)、NiTi(鎳鈦)合金、及這些之氮化物。
〈第2電極〉
針對第2電極180，可以使用公知的材料或構造、形狀，例如也可以採用與第1電極170同樣的構成。亦即，以單層構成第2電極180亦可，重疊複數材料以層積構成亦可。
〈保護層〉
如圖1所示，保護層190係以除了第1電極170的一部份及第2電極180的一部份以外覆蓋這些第1電極170與第2電極180的方式被層積的。保護層190例如以SiO2 等材料所構成，具有藉由抑制水等由外部浸入第1電極170及第2電極180以保護這些的功能。
其次，說明圖1所示之半導體發光元件1的使用方法。
圖4係顯示圖1所示之半導體發光元件1實裝於配線基板10之發光裝置的構成之一例。
於配線基板10之一方面上，被形成正電極11與負電極12。
接著，對配線基板10，在使圖1所示之半導體發光元件1之上下反轉的狀態，分別使用焊錫20將第1電極170(具體為覆蓋層174)導電連接於正電極11，此外，將第2電極180導電連接於負電極12同時機械性地固定住。這樣的對配線基板10之半導體發光元件1之連接手法，一般被稱為覆晶接續。於覆晶接續，從配線基板10來看，半導體發光元件1之基板110被置於比發光層150還要遠的位置。
接著，說明圖4所示之發光裝置的發光動作。
透過配線基板10的正電極11及負電極12，對半導體發光元件1使電流由正電極11往負電極12流動的話，在半導體發光元件1，電由從第1電極170透過p型半導體層160、發光層150及n型半導體層140朝向第2電極180流動，發光層150朝向基板110側及第1電極170側輸出藍色光。又，此時，在第1電極170，透過覆蓋層174、第2導電層173、反射層172以及第1導電層171流過電流，於p型半導體層160，於面上被供給均一化的狀態之電流。
從發光層150輸出的光之中朝向基板110側的光，透過n型半導體層140、下底層130、中間層120以及基板110，於圖4往箭頭所示的方向射出。另一方面，由發光層150射出的光之中朝向第1電極170側的光，透過p型半導體層160及第1導電層171到達反射層172，以反射層172反射。接著以反射層172反射的光，透過第1導電層171、p型半導體層160、發光層150、n型半導體層140、下底層130、中間層120以及基板110，於圖4往箭頭所示的方向射出。如此般，在本實施型態，於半導體發光元件1設反射層172，藉由使由發光層150往與基板110相反之側射出的光反射，而提高來自半導體發光元件1的光的取出效率。
其次，說明圖1所示之半導體發光元件1的製造方法。
圖5係顯示半導體發光元件1之製造步驟之一例之流程圖。
半導體發光元件1，係藉由在基板110上形成中間層120的中間層形成步驟(步驟101)、在中間層120上形成下底層130的下底層形成步驟(步驟102)、在下底層130上形成n型半導體層140的n型半導體層形成步驟(步驟103)、在n型半導體層140上形成發光層150的發光層形成步驟(步驟104)、在發光層150上形成p型半導體層160之p型半導體層形成步驟(步驟105)、由p型半導體層160側進行蝕刻於n型半導體層140形成半導體層露出面140c之半導體層露出面形成步驟(步驟106)、於p型半導體層160上形成第1導電層171之第1導電層形成步驟(步驟107)、於第1導電層171上形成反射層172之反射層形成步驟(步驟108)、在反射層172上形成第2導電層173之第2導電層形成步驟(步驟109)、以覆蓋這些第1導電層171、反射層172及第2導電層173的方式形成覆蓋層174之覆蓋層形成步驟(步驟110)、與形成保護層190的保護層形成步驟(步驟111)而製造的。
以下，依序說明各步驟。
〈中間層形成步驟〉
首先，準備藍寶石基板等基板110，施以前處理。作為前處理，例如可以在濺鍍裝置之處理室內配置基板110，以於形成中間層120之前進行濺鍍等方法來進行。具體而言，亦可於處理室內，藉由使基板110暴露於氬或氮之電漿中而進行洗淨上面之前處理。藉由使氬氣或氮氣等之電漿作用於基板110，可以除去附著於基板110的上面之有機物或氧化物。
其次，於基板110的上面，藉由濺鍍法層積中間層120。
藉由濺鍍法，形成具有單晶構造的中間層120的場合，處理室內之對氮原料與非活性氣體的流量之氮流量之比，最好是氮原料佔50%～100%，較佳者為成為75%。
此外，藉由濺鍍法，形成具有柱狀結晶(多晶)的中間層120的場合，處理室內之對氮原料與非活性氣體的流量之氮流量之比，最好是氮原料佔1%～50%，較佳者為成為25%。又，中間層120，不僅前述之濺鍍法，亦可藉MOCVD法形成。
<下底層形成步驟>
其次，於形成中間層120後，於中間層120的上面，形成單晶之下底層130。下底層130，可藉由濺鍍法形成，亦可以藉MOCVD法形成。
<n型半導體層形成步驟>
下底層130之形成後，層積n接觸層140a及n包覆層140b形成n型半導體層140。n接觸層140a及n包覆層140b，可藉由濺鍍法形成，亦可以藉MOCVD法形成。
<發光層形成步驟>
發光層150之形成，可以藉由濺鍍法、MOCVD法之任一方法，特別以MOCVD法為佳。具體而言，交互反覆層積障壁層150a與井層150b，而且，於n型半導體層140側及p型半導體層160側依障壁層150a被配置的順序進行層積即可。
<p型半導體層形成步驟>
此外，p型半導體層160之形成，可採濺鍍法、MOCVD法之任一方法。具體而言，只要依序層積p包覆層160a、p接觸層160b即可。
〈半導體層露出面形成步驟〉
先於第1電極170之形成，藉由公知之光蝕刻方法進行圖案化，蝕刻特定區域的層積半導體層100之一部分使n接觸層140a的一部份露出，形成半導體層露出面140c。
〈第1導電層形成步驟〉
以遮罩覆蓋半導體層露出面140c，於未蝕刻除去而殘存的p型半導體層160上，使用濺鍍法等公知的方法形成第1導電層171，其後，例如於氧氣氛圍下在700℃施以熱處理提高第1導電層171之結晶性。
又，於p型半導體層160上先形成第1導電層171後，在形成第1導電層171的狀態，蝕刻特定區域的第1導電層171及層積半導體層100的一部份以形成半導體層露出面140c亦可。又，於此場合，也以在形成第1導電層171之後，施以熱處理提高第1導電層171之結晶性為較佳。
<反射層形成步驟>
在以遮罩接著覆蓋半導體層露出面140c的狀態下於被層積於p型半導體層160上的第1導電層171上，使用濺鍍法等公知的方法形成反射層172。
又，反射層形成步驟，最好是與前述第1導電層形成步驟分開進行。這是因為在第1導電層形成步驟，要如前述進行熱處理的緣故。更具體說明的話，假使在p型半導體層160上形成第1導電層171及反射層172的狀態下進行熱處理的話，構成反射層172的銀會擴散至第1導電層171內，有使反射層172之反射率降低之虞。
〈第2導電層形成步驟〉
在以遮罩接著覆蓋半導體層露出面140c的狀態下，於被層積在第1導電層171上的反射層172上，使用濺鍍法等公知的方法形成第2導電層173。
又，反射層形成步驟及第2導電層形成步驟，例如以濺鍍法連續進行1批次較佳，在此場合，把反射層172的構成材料與第2導電層173的構成材料分別作為靶材預先設置於濺鍍裝置，在成膜程序之中藉由變更靶材與氛圍，連續地形成之為較佳。
此外，在第2導電層形成步驟之後，以不進行熱處理為較佳。這是因為，在被層積於第1導電層171上的反射層172之上形成第2導電層173的狀態下進行熱處理的話，構成反射層172的銀會擴散至第1導電層171或第2導電層173，有使反射層172之反射率降低之虞。
第2電極180與第1電極170為相同構造，以前述之半導體層露出面形成步驟形成半導體層露出面140c之後，可以同時形成雙方之電極。此外，作為第2電極180，可以在第1電極170的形成步驟之前、後、或中途形成公知構造之電極。
〈覆蓋層形成步驟〉
在以遮罩接著覆蓋半導體層露出面140c的狀態下，於被層積在p型半導體層160的上面160c之第1導電層171、反射層172、及第2導電層173，使用濺鍍法，層積由金屬構成的覆蓋層174，在與p型半導體層160之間，完全覆蓋第1導電層171、反射層172、及第2導電層173。例如，作為覆蓋層174，依序層積鎳層、鉑層及金層。
又，覆蓋層形成步驟，最好是與前述第2導電層形成步驟分開進行。在此場合，在p型半導體層160的上面160c被形成第1導電層171、反射層172及第2導電層173的狀態由濺鍍裝置等成膜裝置取出，因為反射層172係以第2導電層173覆蓋，所以取出之後反射層172很難暴露於大氣中，可以抑制反射層172的劣化。
<保護層形成步驟>
除去覆蓋半導體露出面140c之遮罩後，例如把所SiO2 構成的保護層190，如圖1那樣形成於上面及蝕刻側面。又，為了使第1電極170之一部分區域與第2電極180之一部份區域露出，例如在形成保護層190之前先形成光阻的塗布亦可，在形成保護層190後使用乾蝕刻等形成露出區域亦可。
如此進行，可得半導體發光元件1。
接著，使用半導體發光元件1構成圖4所示之發光裝置時，把設於半導體發光元件1之第1電極170及第2電極180，分別使用焊錫20連接於設在配線基板10之正電極11及負電極12。又，此時焊錫20的溫度，例如設定於300℃以下，抑制由於透過焊錫20使反射層172過熱而使構成反射層172的銀擴散至第1導電層171或第2導電層173側。
然而，作為本實施型態之半導體發光元件1之反射層172使用的銀，伴隨著化學上、熱學上的因素發生作為離子以溶出、被還原的狀態移動的離子遷移(ion migration)(電化學遷移electrochemical migration)係屬已知。構成反射層172的銀的離子遷移，隨著與反射層172相接的材料而使其發生程度不同。
在本實施型態，反射層172之一方之面接續而被形成於第1導電層171，另一方之面則接續而被形成於第2導電層173。如後述之實施例所說明的，於反射層172之另一方之面例如形成由鎳、鈦等金屬所構成的第2導電層173的場合，可知由於銀的遷移，在反射層172與第2導電層173之間會析出樹枝狀(dendrite)的銀。如此般在與反射層172之界面析出樹枝狀銀的場合，反射層172之光的反射率降低，作為其結果，由半導體發光元件1之基板110射出的光的取出效率顯著降低。
對此，在本實施型態，於反射層172上不用金屬而形成氧化物所構成的第2導電層173。如在後述實施例所說明的，可知於反射層172上形成第2導電層173的場合，伴隨著銀的遷移之樹枝狀銀的析出變得不易產生。亦即，藉由在反射層172上形成氧化物所構成的第2導電層173，反射層172的反射性能被維持，可以抑制半導體發光元件1之光取出效率的降低。
此外，在本實施型態，於p型半導體層160之上形成第1導電層171，於此第1導電層171上形成反射層172，進而於此反射層172上形成第2導電層173，以不使第2導電層173與p型半導體層160直接接觸地構成。第2導電層173不一定對來自發光層150的光為透明，例如在使第2導電層173與p型半導體層160直接接觸地構成的場合，來自發光層150的光有被第2導電層173吸收之虞。然而，在本實施型態，藉由採用這樣的構成，可以抑制起因於第2導電層173的光吸收之半導體發光元件1的光取出效率之降低。
進而，在本實施型態，如此進行把在p型半導體層160之上依序被形成的第1導電層171、反射層172及第2導電層173使用覆蓋層174加以覆蓋。藉此，例如可以避免由銀所構成的反射層172暴露於外氣之情形，可以跨長期間抑制起因於與水或氧氣的反應之銀的劣化及伴隨此之半導體發光元件1之光取出效率的降低。
〈第1電極之其他構成例〉
圖6係顯示本實施型態適用的半導體發光元件1之剖面模式圖之另一例。此半導體發光元件1之基本構成與圖1所示者幾乎相同，特徵在第1電極170的剖面形狀。
第1電極170與圖1所示者同樣，具有第1導電層171、反射層172、第2導電層173與覆蓋層174。又，第1導電層171係以氧化物透明導電材料構成之點，與反射層172係以銀或含銀合金所構成之點，第2導電層173係由氧化物導電材料構成之點，以及覆蓋層174係以金屬材料構成之點，與前述者相同。
第1導電層171，係以覆蓋除p型半導體層160的上面160c的端部以外之幾乎全面的方式被形成。而第1導電層171的中央部具有一定之膜厚對上面160c被形成為幾乎平坦，另一方面第1導電層171之端部側膜厚逐漸變薄成為對p型半導體層160的上面160c傾斜而被形成的傾斜面171e。
反射層172，覆蓋第1導電層171之幾乎全面，且以幾乎不接於p型半導體層160的方式被形成。而反射層172的中央部被形成為具有一定之膜厚而幾乎平坦，另一方面反射層172之端部側膜厚逐漸變薄成為對p型半導體層160的上面160c傾斜而被形成的傾斜面172e。
第2導電層173，覆蓋反射層172之幾乎全面，且以幾乎不接於p型半導體層160與第1導電層171的方式被形成。而第2導電層173的中央部具有一定之膜厚且被形成為幾乎平坦，另一方面第2導電層173之端部側係成為對p型半導體層160的上面160c傾斜而被形成的傾斜面173e。
覆蓋層174，係以覆蓋第2導電層173的上面及傾斜面173e的方式被形成，其端部與p型半導體層160的上面160c相接。
如此般，在本實施型態，藉由第1導電層171與第2導電層173，成為在反射層172的端部很難露出於外部的狀態下夾入反射層172。而，把如此構成的第1導電層171、反射層172及第2導電層173對p型半導體層160使用覆蓋層174加以覆蓋。因此，在本實施型態，實現反射層172與覆蓋層174很難直接接觸的構成。
圖7～圖10係供說明圖6所示的半導體發光元件1之第1電極170的製造方法之一例之圖。此處，圖7及圖8係對應於圖5所示之流程圖之步驟107～109，圖9及圖10係對應於圖5所示之流程圖之步驟110。
接下來，首先參照圖7及圖8，說明第1導電層171、反射層172及第2導電層173之製造順序(稱為第1步驟)。
<第1步驟>
首先，如圖7(a)所示，使例如AZ5200NJ(製品名：AZ Electronics Materials株式會社製造)等光阻，在p型半導體層160之上面160c形成不溶性光阻部21。
其次，如圖7(b)所示，於不溶性光阻部21的前面以覆蓋形成第1電極170的位置的方式，配置橫寬幅L1 、縱寬幅L2 之第1遮罩25，照射不溶性光阻部21具有感度的波長的光。此時，被曝光的不溶性光阻部21，藉由光反應，成為第1可溶性光阻部22。此外，光反應是因應於光的強度而進行的，所以在光照射面側光反應的進行較快，在p型半導體層160側光反應的進行較慢，結果第1可溶性光阻部22，如圖7(b)所示，以其側面越朝向下方(p型半導體層160側)越後退的逆傾斜形狀(逆梯度(taper)形狀)的方式被形成。相反的，由第1遮罩25覆蓋的部分之不溶性光阻21，以側面越朝向上方越後退的傾斜形狀(梯度形狀)的方式被形成。
其次，藉由進行加熱，使圖7(c)所示之可溶性光阻部22成為硬化光阻部23，接著藉由進行全面曝光，使圖8(a)所示於一部份曝光之未被曝光的不溶性光阻部21成為第2可溶性光阻部24。
接著，藉由特定的顯影溶媒溶解除去第2可溶性光阻部24，殘留圖8(b)所示的硬化光阻部23。此硬化光阻部23，具有使p型半導體層160的上面160c露出之橫寬幅L1 、縱寬幅L2 之第1開口部23c。第1開口部23c的側面(內壁面)23d係越朝向下方越後退之逆傾斜形狀(逆梯度形狀)，第1開口部23c的開口長度越接近p型半導體層160越大，此外，第1開口部23c的側面(內壁面)23d之傾斜角度幾乎為一定。將此稱為第1逆傾斜型遮罩23(對應於第1遮罩)。
其次，藉由濺鍍法，透過第1逆傾斜型遮罩23，於p型半導體層160的上面160c形成由氧化物透明導電材料所構成的第1導電層171。第1導電層171，把第1逆傾斜型遮罩23之第1開口部23c之橫寬幅L1 、縱寬幅L2 形成為基本長。但是，如圖8(c)所示，在遠離濺鍍方向的(成為陰影)部分亦即第1導電層171的外緣側，被形成朝向外周側膜厚逐漸變薄的傾斜面171e。又，傾斜面171e的傾斜角度因應於膜厚來決定。
接著，藉由濺鍍法，透過第1逆傾斜型遮罩23，於第1導電層171上形成由銀或銀之合金所構成的反射層172。反射層172，以第1逆傾斜型遮罩23之第1開口部23c之橫寬幅L1 、縱寬幅L2 為基本長而被形成，但如圖8(c)所示，由濺鍍方向來看成為陰影的部分亦即在反射層172的外緣側，被形成朝向外周側膜厚逐漸變薄的傾斜面172e。又，傾斜面172e的傾斜角度因應於膜厚來決定。此外，反射層172，以完全覆蓋第1導電層171的方式被形成。
進而接著，藉由濺鍍法，透過第1逆傾斜型遮罩23，於反射層172上形成由氧化物導電材料所構成的第2導電層173。第2導電層173，以第1逆傾斜型遮罩23之第1開口部23c之橫寬幅L1 、縱寬幅L2 為基本長而被形成，但如圖8(c)所示，由濺鍍方向來看成為陰影的部分亦即在反射層172的外緣側，被形成朝向外周側膜厚逐漸變薄的傾斜面173e。又，傾斜面173e的傾斜角度因應於膜厚來決定。此外，第2導電層173，以完全覆蓋反射層172的方式被形成。
其後，如圖8(d)所示，藉由使用光阻剝離劑等除去第1逆傾斜型遮罩23，於p型半導體層160的上面160c僅殘留第1導電層171、反射層172及第2導電層173所構成之3層構造體。
又，形成反射層172之前，施以洗淨第1導電層171的表面之前處理亦可。作為洗淨之方法，有暴露於電漿等根據乾式製程者與接觸於藥液之根據濕式製程者，由工程的簡便性的觀點來看，以乾式製程較佳。此外，當然亦可於p型半導體層160上形成第1導電層171後，進行熱處理使第1導電層171結晶化之後再形成反射層172。
接著，參照圖9與圖10說明覆蓋層174之製造順序(稱為第2步驟)。
<第2步驟>
首先，如圖9(a)所示，依據第1步驟，使用例如AZ5200NJ(製品名：AZ Electronics Materials株式會社製造)等光阻，以覆蓋第1導電層171、反射層172及第2導電層173所構成的3層構造體、與p型半導體層160之上面160c的方式形成不溶性光阻部31。
其次，如圖9(b)所示，於不溶性光阻部31的前面以覆蓋形成第1電極170的位置的方式，配置橫寬幅L3 、縱寬幅L4 之第2遮罩35，照射不溶性光阻部31具有感度的波長的光。又，第2遮罩35的橫寬幅L3 係具有比第1遮罩25的橫寬幅L1 還要大之值，第2遮罩35的縱寬幅L4 係具有比第1遮罩25的縱寬幅L2 還要大之值。此外，第2遮罩35，係以覆蓋於p型半導體層160上依序被層積的第1導電層171、反射層172及第2導電層173的全區域的方式進行配置為較佳。此時，被曝光的不溶性光阻部31，藉由光反應，成為第1可溶性光阻部32。此外，光反應是因應於光的強度而進行的，所以在光照射面側光反應的進行較快，在p型半導體層160側光反應的進行較慢，結果第1可溶性光阻部32，如圖9(b)所示，以其側面越朝向下方(p型半導體層160側)越後退的逆傾斜形狀(逆梯度(taper)形狀)的方式被形成。相反的，由第2遮罩35覆蓋的部分之不溶性光阻31，以成為側面越朝向上方越後退的傾斜形狀(梯度形狀)的方式被形成。
其次，藉由進行加熱，使圖9(c)所示之可溶性光阻部32成為硬化光阻部33，接著藉由進行全面曝光，使圖10(a)所示於一部份曝光之未被曝光的不溶性光阻部31成為第2可溶性光阻部34。
接著，藉由特定的顯影溶媒溶解除去第2可溶性光阻部34，殘留圖10(b)所示的硬化光阻部33。此硬化光阻部33，具有在與第1導電層171、反射層172與第2導電層173之三層構造體之間使p型半導體層160的上面160c露出之橫寬幅L3 、縱寬幅L4 之第2開口部33c。第2開口部33c的側面(內壁面)33d係越朝向下方越後退之逆傾斜形狀(逆梯度形狀)，第2開口部33c的開口長度越接近p型半導體層160越大，此外，第2開口部33c的側面(內壁面)33d之傾斜角度幾乎為一定。將此稱為第2逆傾斜型遮罩33(對應於第2遮罩)。
其次，藉由濺鍍法，透過第2逆傾斜型遮罩33，於p型半導體層160的上面160c及第2導電層173之上形成由一或複數金屬層所構成的覆蓋層174。此時，構成覆蓋層174的金屬，也進入被層積於第2導電層173的傾斜面173e與第2逆傾斜型遮罩33的側面33d之間。藉此，覆蓋層174，係以覆蓋第2導電層173的上面及傾斜面173e，且其端部與p型半導體層160的上面160c相接的方式被形成。
其後，如圖10(d)所示，藉由使用光阻剝離劑等除去第2逆傾斜型遮罩33，得到具備第1導電層171、反射層172、第2導電層173及覆蓋層174的第1電極170。
於圖6所示的半導體發光元件1，第1電極170係使銀或含銀的合金所構成的反射層172與金屬所構成的覆蓋層174隔著第2導電層173而配置，所以可抑制銀往覆蓋層174側擴散。亦即，藉由採用這樣的構成，與圖1所示之構成相比，可使反射層172的反射性能進而被維持，進而抑制半導體發光元件1之光取出效率的降低。
[實施例]
其次，針對本發明之實施例進行說明，但本發明並不限於這些實施例。
本案發明人，進行使第1電極170的構成材料有所不同的半導體發光元件1之製造，根據由各半導體發光元件1所輸出的光量，針對各半導體發光元件1之反射層172的劣化進行評估。又，此處之各半導體發光元件1之構造係如圖1或圖6所示。
以下所示之表1，係顯示實施例1～7以及比較例1～3之第1電極170(更具體而言為第1導電層171、反射層172、第2導電層173與覆蓋層174)之構成。此外，以下顯示之表2，係顯示實施例1～7及比較例1～3之各個的評估結果。
在實施例1、3、4、7以及比較例1、2，第1導電層171全部為IZO(氧化銦鋅)，其厚度為50。此外，於實施例5、6，第1導電層171為IZO，其厚度為100。相對於此，在實施例2第1導電層171為ITO(氧化銦錫)，在比較例3為鉑(Pt)，其厚度皆為50。
此外，在除實施例2以外其他的實施例及比較例，反射層172全部為銀，其中實施例1、3、4、7及比較例1～3其厚度為1000，另一方面在實施例5及6其厚度為2000。對此，在實施例2，反射層172為含有銀(Ag)、鈀(Pd)以及銅(Cu)之APC-TR合金(FURUYA金屬公司製造)，其厚度為1000。
另一方面，針對第2導電層173，分別在實施例1、5、6及7使用IZO(氧化銦鋅)，在實施例2使用ITO(氧化銦錫)、在實施例3使用ICO(氧化銦鈰)，在實施例4使用IGO(氧化銦鎵)，其厚度分別為500。此外，在比較例1，第2導電層173為鎳(Ni)，其厚度為1000。進而，在比較例2、3，第2導電層173為鉑(Pt)，其厚度均為500。
進而，針對覆蓋層174，於實施例1～7及比較例1～3，分別為複數金屬之層積構成。此處，在實施例1，作為被層積於第2導電層173上的第1層使用厚度100的鎳(Ni)，作為被層積於第1層上的第2層使用厚度1000的鉑(Pt)、作為被層積於第2層上的第3層使用厚度3000之金(Au)。此外，在實施例2，作為第1層使用厚度200的鉭(Ta)，作為第2層使用厚度1000的鉑(Pt)、作為第3層使用厚度3000之金(Au)。進而，在實施例3，作為第1層使用厚度200的鉭(Ta)，作為第2層使用厚度1000的鎢(W)、作為第3層使用厚度3000之金(Au)。進而，在實施例4，作為第1層使用厚度200的鎳鈦合金(NiTi)，作為第2層使用厚度1000的鎢(W)、作為第3層使用厚度3000之金(Au)。在實施例5，作為第1層使用厚度100的鈦(Ti)，作為被層積於第1層上的第2層使用厚度1000的鉑(Pt)、作為被層積於第2層上的第3層使用厚度4000之金(Au)。在實施例6，作為第1層使用厚度100的氮化鉭(TaN)，作為第2層使用厚度1000的鉑(Pt)、作為第3層使用厚度5000之金(Au)。在實施例7，作為第1層使用厚度100的鎳(Ni)，作為第2層使用厚度1000的鉑(Pt)、作為第3層使用厚度3000之金(Au)。
另一方面，在比較例1～3，作為第1層使用厚度1000的鉑(Pt)，作為第2層使用厚度3000之金(Au)。
其次，說明各實施例及各比較例之半導體發光元件1的評估方法與評估結果。
準備分別具有各實施例及各比較例所示的電極構造之半導體發光元件1(主要波長為460nm之發光元件構造)，在常溫(20℃)、以及氮氣氛圍下分別在200℃、300℃及400℃之溫度，保持10分鐘後，進行各半導體發光元件1之順向電壓(Vf)之測定與發光輸出(Po)之測定。
首先，針對前者，對各半導體發光元件1，根據探針進行通電測定電流施加值20mA(順向)之順向電壓的大小。此外，針對後者，在將各半導體發光元件1實裝於TO-18CAN封裝的狀態下，藉由測試器測量電流施加值20mA(順向)之發光輸出。這些評估結果顯示於前述表2。
首先，在實施例1～7，於常溫至400℃的溫度範圍，均未見到順向電壓Vf的上升與發光輸出Po的降低。
相對於此，在比較例1，於常溫至300℃的溫度範圍未看到順向電壓Vf的上升與發光輸出Po的降低，但於400℃見到發光輸出Po的降低。在比較例1的構成，於第2導電層173使用鎳，所以存在於與第2導電層173相接的反射層172的銀發生遷移，反射層172的反射率降低推測是否為原因。但是在比較例1，於400℃也不發生順向電壓Vf的上升。又，不發生順向電壓Vf的上升，應該是作為第1導電層171使用IZO，所以即使進行加熱的場合，在第1導電層171與反射層172之間還是被維持著良好的歐姆接觸所致。
此外，在比較例2，於常溫至200℃的溫度範圍未見到順向電壓Vf的上升與發光輸出Po的降低，但於300℃以上見到發光輸出Po的降低。在比較例2的構成，第2導電層173使用鉑，所以比起比較例1那樣使用鎳的場合，應該會在更低溫側顯著發生銀的遷移。但是在比較例2，於300℃～400℃之範圍也不發生順向電壓Vf的上升。又，不發生順向電壓Vf的上升，應該是與比較例1同樣，作為第1導電層171使用IZO，所以即使進行加熱的場合，在p型半導體層160與第1導電層171之間還是被維持著良好的歐姆接觸所致。
進而，在比較例3，在300℃以上會見到發光輸出Po的降低與順向電壓Vf的上升。此外，比較例3之發光輸出Po的降低與順向電壓Vf的上升的程度，比前述比較例1、2還要顯著。此處，針對發光輸出Po之降低，在比較例3之構成，被認為應該是在第1導電層171及第2導電層173二者使用鉑，所以伴隨著溫度上升之銀的遷移(migration)更容易發生所致。此外，針對順向電壓Vf的上升，在比較例3的構成，作為第1導電層171使用鉑，所以伴隨著進行加熱p型半導體層160與第1半導體層171之歐姆接觸變得不易取得所致。
1．．．半導體發光元件
10．．．配線基板
11．．．正電極
12．．．負電極
20．．．焊錫
100．．．層積半導體層
110．．．基板
120．．．中間層
130．．．下底層
140．．．n型半導體層
140a．．．n接觸層
140b．．．n包覆層
150．．．發光層
150a．．．障壁層
150b．．．井層
160．．．p型半導體層
160a．．．p包覆層
160b．．．p接觸層
170．．．第1電極
171．．．第1導電層
172．．．反射層
173．．．第2導電層
174．．．覆蓋層
180．．．第2電極
190．．．保護層
圖1係半導體發光元件之剖面模式圖之一例。
圖2係半導體發光元件之平面模式圖之一例。
圖3係構成半導體發光元件的層積半導體層之剖面模式圖之一例。
圖4係顯示將半導體發光元件覆晶實裝於基板之發光裝置之一例。
圖5係顯示半導體發光元件之製造步驟之一例之流程圖。
圖6係半導體發光元件之剖面模式圖之另一例。
圖7係供說明圖6所示的半導體發光元件之第1電極的製造方法之一例之圖。
圖8係供說明圖6所示的半導體發光元件之第1電極的製造方法之一例之圖(續)。
圖9係供說明圖6所示的半導體發光元件之第1電極的製造方法之一例之圖(續)。
圖10係供說明圖6所示的半導體發光元件之第1電極的製造方法之一例之圖(續)。
1．．．半導體發光元件
10．．．配線基板
11．．．正電極
12．．．負電極
20．．．焊錫
100．．．層積半導體層
110．．．基板
120．．．中間層
130．．．下底層
140．．．n型半導體層
150．．．發光層
160．．．p型半導體層
170．．．第1電極
171．．．第1導電層
172．．．反射層
173．．．第2導電層
174．．．覆蓋層
180．．．第2電極
190．．．保護層

Claims (15)

  1. 一種半導體發光元件，其特徵為具備：含藉由通電而發光之發光層、包含n型半導體層與該發光層與p型半導體層之III族氮化物半導體層、具有對由前述發光層射出的光之透光性，前述III族氮化物半導體層被層積之透明基板、被形成於前述p型半導體層上的第1電極、以及被形成於藉由切除該p型半導體層、前述發光層及前述n型半導體層之一部分而露出的該n型半導體層的半導體層露出面的第2電極；前述第1電極，具有：以具有對由前述發光層射出的光之透光性及導電性之金屬氧化物所構成，被層積於前述III族氮化物半導體層的前述p型半導體層上的第1導電層、以銀或含銀的合金所構成，被層積於前述第1導電層的反射層，被形成為不與前述III族氮化物半導體層接觸，且以具有導電性的金屬氧化物所構成，被層積於前述反射層用於與外部之電氣連接之第2導電層、及以具有導電性的金屬所構成，使被層積之前述第1導電層與前述反射層與前述第2導電層，以對前述III族氮化物半導體層覆蓋的方式設置之覆蓋層。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件，其中前述第1導電層作為前述金屬氧化物包含有銦之氧化物。
  3. 如申請專利範圍第2項之半導體發光元件，其中前述第1導電層作為前述金屬氧化物進而包含有鋅之氧化物。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件，其中前述透明基板係由藍寶石(sapphire)單晶所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件，其中前述反射層與前述覆蓋層被配置為非接觸。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件，其中前述第1導電層、前述反射層及前述第2導電層之中的某一層，具備沿著前述III族氮化物半導體層之面被形成的上面與由該上面之周緣部朝向該III族氮化物半導體層傾斜的傾斜面。
  7. 一種半導體發光元件，其特徵為具有：基板、包含藉由通電而發光之發光層而被層積於前述基板，使由該發光層射出的光，透過前述基板往外部輸出之III族氮化物半導體層、以具有對由前述發光層射出的光之透光性及導電性之金屬氧化物所構成，被層積於前述III族氮化物半導體層之與前述基板為相反之側的第1導電層、以銀或含銀的合金所構成，反射由前述發光層透過前述第1導電層入射的光之反射層、以具有導電性的金屬氧化物所構成，被層積於前述反射層用於與外部之電氣連接之第2導電層、及 以具有導電性的金屬所構成，使被層積之前述第1導電層與前述反射層與前述第2導電層，以對前述III族氮化物半導體層覆蓋的方式設置之覆蓋層。
  8. 如申請專利範圍第7項之半導體發光元件，其中前述第1導電層作為前述金屬氧化物包含有銦之氧化物。
  9. 如申請專利範圍第8項之半導體發光元件，其中前述第1導電層作為前述金屬氧化物進而包含有鋅之氧化物。
  10. 如申請專利範圍第7項之半導體發光元件，其中前述基板係由藍寶石單晶所構成。
  11. 如申請專利範圍第7項之半導體發光元件，其中前述第2導電層被形成為不與前述III族氮化物半導體層接觸。
  12. 如申請專利範圍第7項之半導體發光元件，其中前述反射層與前述覆蓋層被配置為非接觸。
  13. 如申請專利範圍第7項之半導體發光元件，其中前述第1導電層、前述反射層及前述第2導電層之中的某一層，具備沿著前述III族氮化物半導體層之面被形成的上面與由該上面之周緣部朝向該III族氮化物半導體層傾斜的傾斜面。
  14. 一種半導體發光元件之製造方法，其特徵為具有：於基板上形成包含發光層的III族氮化物半導體層之步驟， 於前述III族氮化物半導體層，形成具有供由入口側朝向該III族氮化物半導體層側擴開且使該III族氮化物半導體層之一部分區域露出之第1開口部之第1遮罩的步驟，透過前述第1開口部於前述III族氮化物半導體層上，形成以具有對從前述發光層射出的光之透光性及導電性之金屬氧化物所構成的第1導電層之步驟，透過前述第1開口部於前述第1導電層上，形成以銀或含銀的合金構成的反射層之步驟，透過前述第1開口部於前述反射層上，形成以具有導電性的金屬氧化物構成的第2導電層之步驟，由前述III族氮化物半導體層除去前述第1遮罩的步驟，於前述III族氮化物半導體層，形成具有供由入口側朝向該III族氮化物半導體層側擴開且使前述第2導電層及位於該第2導電層的周緣之該III族氮化物半導體層露出之第2開口部之第2遮罩的步驟，透過前述第2開口部於前述第2導電層上及前述III族氮化物半導體層上，形成以具有導電性的金屬構成的覆蓋層之步驟，及除去前述第2遮罩的步驟。
  15. 如申請專利範圍第14項之半導體發光元件之製造方法，其中前述第2遮罩之前述第2開口部之入口側之直徑，被設定為比前述第1遮罩之前述第1開口部之入口 側之直徑更大。
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