TWI553910B - Nitride semiconductor light emitting elements - Google Patents
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Description
本發明係關於一種具有透光性之導電性氧化物膜作為電極之氮化物半導體發光元件。
先前以來，作為氮化物半導體發光元件，眾所周知有於基板上積層有p型半導體層及n型半導體層，並形成分別與p型及n型半導體層電性連接之電極之構造。又，作為與p型半導體層電性連接之電極，眾所周知有於p型半導體層上之整個面藉由透光性材料而形成電極，且於其上形成金屬電極之構造。
上述構成之氮化物半導體發光元件中，為使光提取效率提高，作為p型半導體層上之整個面電極，廣泛使用ITO(indium tin oxide，氧化銦錫)(氧化銦中含有3~5 wt%之SnO2)(例如專利文獻1、2)。
然而，由於ITO顯示出n型半導體特性，故而與半導體層之歐姆接觸性未必良好，根據半導體層之種類、導電型、成膜方法等各種原因，形成肖特基能障，結果有時使接觸電阻增大。又，作為電極若使用ITO，則由一片晶圓所製造之複數個發光元件之間，正向電壓(Vf)存在偏差。因此，需要能夠減少複數個發光元件之間的正向電壓之偏差的透光性電極。
[專利文獻1]日本專利特開2001-210867號公報
[專利文獻2]日本專利特開2003-60236號公報
本發明係鑒於上述課題而成者，其目的在於提供一種氮化物半導體發光元件及其製造方法，該氮化物半導體發光元件係於p型氮化物半導體層上具有透光性電極者，且具備如下新穎之透光性電極：可使p型氮化物半導體層與透光性電極之間良好地進行歐姆接觸，且可減少由一片晶圓所獲得之複數個發光元件之間之正向電壓(Vf)之偏差。
本發明之氮化物半導體發光元件之特徵在於：其係具有：n側氮化物半導體層、p側氮化物半導體層、及形成於上述p側氮化物半導體層上之透光性電極者；且上述透光性電極包含含有Ge與Si之氧化銦。
又，本發明之氮化物半導體發光元件較佳為具備以下之1種以上之必要條件。
(1)上述透光性電極與上述p側氮化物半導體層中所含p型氮化物半導體層鄰接。
(2)上述透光性電極係以氧化銦為主成分，含有氧化鍺0.1重量%以上5.0重量%以下，且含有氧化矽0.1重量%以上5.0重量%以下。
(3)上述p型氮化物半導體層包含GaN。
(4)上述p型氮化物半導體層含有Mg作為p型雜質。
(5)上述透光性電極之膜厚為500 以上，5000 以下。
又，本發明之特徵在於：其係製造上述氮化物半導體發光元件之方法；且包括：形成上述n側氮化物半導體層與p側氮化物半導體層之半導體形成步驟，及於上述p側氮化物半導體層之上形成上述透光性電極之透光性電極形成步驟，並且上述透光性電極形成步驟包括：形成含有Ge與Si之氧化銦層膜之成膜過程，及對形成上述氧化銦層膜之上述氮化物半導體發光元件進行退火之退火過程。
根據本發明之氮化物半導體發光元件及其製造方法，可獲得具有較低正向電壓Vf且(由一片晶圓製造之複數個發光元件之間)正向電壓之偏差較小之氮化物半導體發光元件。
以下，使用圖式說明本發明之氮化物半導體發光元件。
圖1係本發明之實施形態之氮化物半導體發光元件之示意性俯視圖，圖2係圖1之A-A'剖面中之示意性剖面圖。
圖1及圖2所示之氮化物半導體發光元件具有於基板101之上依序積層有n側氮化物半導體層102、發光層103、p側氮化物半導體層104之層構成。又，於p側氮化物半導體層104之表面具有透光性電極105，於透光性電極105之表面之一部分具有p側焊墊電極106，於n型氮化物半導體層102之一部分切口面之上具有n側電極107。進而具有使p側焊墊電極與n側焊墊電極之一部分開口之絕緣性膜108。
此處，所謂「n側氮化物半導體層102」意指發揮作為發光元件之n型半導體層之功能之氮化物半導體層。藉此，若n側氮化物半導體層102能夠發揮作為n型半導體層之功能，則亦可由包含n型氮化物半導體層與n型氮化物半導體層以外之層(例如，p型氮化物半導體層等)之多層構造體構成n側氮化物半導體層102。
同樣地，所謂「p側氮化物半導體層104」意指發揮作為發光元件之p型半導體層之功能之氮化物半導體層。藉此，若p側氮化物半導體層104能夠發揮作為p型半導體層之功能，則亦可由包含p型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層以外之層(例如，n型氮化物半導體層等)之多層構造體構成p側氮化物半導體層104。
於本發明中，作為透光性電極105之材料若使用含有Ge與Si之氧化銦，則可獲得與p型氮化物半導體層之接觸電阻較低、正向電壓Vf較低、並且光輸出較高之發光元件。獲得該等效果之理由並不明確，但認為其原因在於：與先前之作為透光性電極用材料之ITO中所含Sn相比，Ge與氫原子之鍵能較大。
氮化物半導體之導電型通常為n型，藉由將p型摻雜劑導入氮化物半導體中，進而附加退火等之能量，而獲得p型氮化物半導體。該p型氮化物半導體含有氫且認為該氫會引起p型氮化物半導體之電阻上升及p型氮化物半導體與透光性電極之接觸電阻上升。
於本發明中，由於形成於p側氮化物半導體層104之上之透光性電極105中(與氫之鍵能大於Sn)含有Ge，故而認為Ge吸著氫。因此，認為自構成p側氮化物半導體層104之p型氮化物半導體層之表面至表面附近之氫減少且p型氮化物半導體與透光性電極之接觸電阻變低。又，由於透光性電極105中所含Ge連p型氮化物半導體層之內部所含氫亦吸著，故而認為p型氮化物半導體層之電阻亦變低。
若考慮利用Ge吸著氫之機制，則為提高自p型氮化物半導體層之表面吸著氫之效果，較佳為透光性電極105與p型氮化物半導體層之表面鄰接。於p側氮化物半導體層104包含多層構造體之情形時，較佳為多層構造體之最上層為p型氮化物半導體層。
然而，於p型氮化物半導體層與透光性電極105之間存在其他層(例如非摻雜氮化物半導體層或n型氮化物半導體層)之情形，或於Ge可經由該其他層自p型氮化物半導體層吸著氫之情形時(例如，其他層較薄之情形等)，p側氮化物半導體層104之多層構造體之最上層即便為該其他層，亦可達成本發明之目的。藉此，應理解亦包含本發明之氮化物半導體發光元件中，於p型氮化物半導體層與透光性電極105之間存在其他層之形態。
本發明之氮化物半導體發光元件中，透光性電極105係由含有Ge與Si之氧化銦而形成。尤佳為以氧化銦為主成分，由含有氧化鍺0.1重量%以上5.0重量%以下，且含有氧化矽0.1重量%以上5.0重量%以下之氧化銦形成透光性電極105。
又，p側氮化物半導體層104較佳為由InαAlβGa1-α-βN(0≦α，0≦β，α+β≦1)形成。於p側氮化物半導體層104包含多層構造體之情形時，較佳為由InαAlβGa1-α-βN(0≦α，0≦β，α+β≦1)形成p側氮化物半導體層104之最上層。
尤其若由GaN(即α=0，β=0)形成p側氮化物半導體層104(於多層構造體之情形時，p側氮化物半導體層104之最上層)，則可形成結晶性較佳之p側氮化物半導體層，於p側氮化物半導體層104與透光性電極105之間可獲得良好之歐姆接觸，故而尤佳。
作為p側氮化物半導體層104中所含p型摻雜劑，可使用Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Ca等p型雜質，其中較佳使用Mg。又，p型氮化物半導體層中所含p型雜質之濃度較佳為1×1018/cm3以上，5×1021/cm3以下。
透光性電極105之膜厚較佳為500 以上，5000 以下。若膜厚未達500 ，則透光性電極105之薄片電阻過高，電流無法充分地擴展。又，若膜厚超過5000 ，則透光性電極105之透光性過低，光提取效率下降。
基板101由與構成n側氮化物半導體層102之半導體具有晶格對準性之材料構成，以使該半導體可於基板101上磊晶成長。基板101之面積及厚度等並無特別限制。作為構成基板101之材料，例如可列舉：藍寶石、尖晶石等絕緣性材料，碳化矽、SiO2、ZnS、ZnO、Si、GaAs、鑽石、鈮酸鋰、鎵酸釹等氧化物材料等。
形成於基板101之上之n側氮化物半導體層102係於包含半導體材料之層中摻雜n型摻雜劑而形成。又，於n側氮化物半導體層102之上部經由發光層103而形成之p側氮化物半導體層104係於包含半導體材料之層中摻雜p型摻雜劑而形成p型半導體層。作為構成該n側及p側氮化物半導體層102、104之半導體材料之具體例，可列舉InαAlβGa1-α-βN(0≦α，0≦β，α+β≦1)之III-V族氮化物半導體，或將該III-V族氮化物半導體之一部分替換成其他元素之混合晶(例如將III族元素之一部分或全部替換成B及/或將V族元素(N)之一部分替換成P、As、Sb等之混合晶)等。又，作為摻雜於半導體材料中之n型摻雜劑(n型雜質)，可列舉：Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr等IV族或VI族元素，作為p型摻雜劑(p型雜質)，可列舉：Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Ca等。
又，該等n側氮化物半導體層102及p側氮化物半導體層104亦可分別形成為多層構造。如此以多層構造形成之情形時，只要n側氮化物半導體層102發揮作為發光元件之n型之功能，並且p側氮化物半導體層104發揮作為發光元件之p型之功能，則n側氮化物半導體層102之一部分中亦可含有p型氮化物半導體層，p側氮化物半導體層104之一部分中亦可含有n型氮化物半導體層。
又，亦可於基板101與n側氮化物半導體層102之間形成緩衝層。
發光層103係n型或p型氮化物半導體層。於發光層103中，分別自n側氮化物半導體層102注入電子，自p側氮化物半導體層104注入電洞，該等再結合而生成之能量作為光而放出。發光層103較佳為具有含有井層與障壁層之量子井構造。再者，若為n側氮化物半導體層102與p側氮化物半導體層104直接接觸而發光之發光元件，則亦可省略發光層103。
繼而，對製造本發明之氮化物半導體發光元件之方法進行說明。
氮化物半導體發光元件之製造方法包括：形成上述n側氮化物半導體層與p側氮化物半導體層之半導體形成步驟；及於上述p側氮化物半導體層之上形成上述透光性電極之透光性電極形成步驟。
上述透光性電極形成步驟包括：形成含有Ge與Si之氧化銦層膜之成膜過程；及對形成上述氧化銦層膜之上述氮化物半導體發光元件進行退火之退火過程。
退火過程(熱處理步驟)係於p側氮化物半導體層104上形成本發明之透光性電極105之成膜過程之後進行。藉由退火過程，於p側氮化物半導體層104與透光性電極105之間獲得良好之歐姆接觸。
於p側氮化物半導體層104上形成包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105膜之成膜過程中，通常可使用眾所周知之物理蒸鍍法或化學蒸鍍法等成膜技術(例如濺鍍法、蒸鍍法、雷射剝離法、或旋轉塗佈法、噴塗法、浸塗法等)。尤佳為使用包含含有Ge與Si之氧化銦之靶材之濺鍍法。
就濺鍍裝置內之氣體環境而言，關於先前之ITO透光性電極，一面將氧氣導入濺鍍裝置中(即含氧氣體環境下)一面形成ITO膜。藉由濺鍍成膜之ITO於濺鍍過程中會引起氧脫附，故而含氧量會明顯低於理論值。因此，藉由於含氧氣體環境下進行濺鍍，可使成膜之ITO之含氧量接近理論值。如此成膜之ITO透光性電極與氮化物半導體之歐姆接觸亦良好。
然而，關於包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105，若於含有氧之氣體環境下濺鍍成膜，則可知變得難以取得與p側氮化物半導體層104之歐姆接觸。藉此，於本發明中，較佳為包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105於不含有氧之氣體環境下(惰性氣體環境下)形成。於惰性氣體環境下成膜之透光性電極105與p側氮化物半導體層104之歐姆接觸良好。
再者，所謂「惰性氣體環境」應理解成不僅為完全不含有氧之惰性氣體之氣體環境，亦包含含有實質上不受含氧影響之程度的低濃度氧(具體而言，相對惰性氣體之體積比小於0.2%之氧濃度)之惰性氣體之氣體環境。
就退火過程中之退火溫度及退火壓力而言，關於先前之ITO透光性電極，以退火溫度=300℃~475℃、退火壓力=常壓之條件進行退火。若以該溫度及壓力之條件進行退火，則ITO透光性電極之薄片電阻下降，並且與p側氮化物半導體層之歐姆接觸變得良好。
然而，關於包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105，若於常壓下以退火溫度300℃~475℃之條件進行退火處理，雖然透光性電極105之薄片電阻略微下降，但無法取得與p側氮化物半導體層104之歐姆接觸。若使退火溫度上升至500℃以上，則可取得歐姆接觸，但透光性電極105之薄片電阻上升。通常由於薄片電阻之上升與Vf之上升相關聯，故而認為500℃以上之退火溫度並不合適。然而，令人吃驚的是，若實際測定以500℃以上進行退火之本發明之氮化物半導體發光元件之正向電壓(Vf)，則可知Vf下降。為何Vf下降之正確理論不詳，但認為透光性電極105中所含Ge自p型氮化物半導體層吸著氫之作用，於500℃以上能更有效發揮。
根據該結果，如本發明所述，關於使用包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105之氮化物半導體層發光元件，若考慮歐姆接觸及Vf之下降，則認為較佳為將退火溫度設為500℃以上。即，藉由以500℃以上對本發明之氮化物半導體發光元件進行退火，可獲得透光性電極105與p側氮化物半導體層104之歐姆接觸變得良好之效果與(儘管透光性電極105之薄片電阻上升)透光性電極105之Vf下降之效果。
進而，若著眼於接觸電阻，則較佳為將退火溫度設為525℃以上。於將退火溫度設為525℃以上時，可降低透光性電阻105與氮化物半導體發光元件之接觸電阻。
再者，於退火過程之正中，無法直接測定氮化物半導體發光元件之溫度。因此，退火過程中之溫度管理係基於退火處理裝置內之加熱器溫度之測定值。藉此，於本說明書中將退火處理裝置內之加熱器之溫度設為「退火溫度」。
又，關於退火壓力，與先前之ITO透光性電極同樣於常壓(0.1 MPa)下進行退火之情形時，包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105中，薄片電阻較高。另一方面，若於高真空下(10-4~1 Pa)進行退火，則可知透光性電極105之薄片電阻下降，但有透光性電極105與p側氮化物半導體層104不進行歐姆接觸之虞。然而，若於1 kPa~30 kPa之減壓下進行退火，則明確透光性電極105與p側氮化物半導體層104進行歐姆接觸，薄片電阻及正向電壓Vf(與常壓退火相比)下降。
根據該結果，如本發明所述，關於使用包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105之氮化物半導體層發光元件，若考慮歐姆接觸及薄片電阻，則認為較佳為於減壓下進行退火。即，藉由於減壓下對本發明之氮化物半導體發光元件進行退火，可獲得透光性電極105與p側氮化物半導體層104之歐姆接觸變得良好之效果、透光性電極105之薄片電阻下降之效果及降低氮化物半導體發光元件之Vf之效果。
再者，本發明中所謂「減壓」係指1 kPa~30 kPa之範圍之壓力。
於本發明之氮化物半導體發光元件中，為檢查使用包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105之效果，利用以下方法評價發光元件。
對同時製成之複數個氮化物半導體發光元件，評價正向電壓(Vf)之偏差。
於1片晶圓內，製成複數個於p側氮化物半導體層104之上形成有包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105之氮化物半導體發光元件(樣品元件S)。並且，抽選n個樣品元件S，並測定Vf。為了比較，於1片晶圓內，製成複數個於p側氮化物半導體層之上形成有ITO透光性電極之比較用元件SITO，自其中抽選n個比較用元件SITO，並測定VfITO。
Vf之偏差係以標準偏差(σ)之3倍(3σ)之值進行評價。3σ之值越小，則Vf之偏差越小。
標準偏差(σ)之算法，如以下之順序(a)~(c)所示。
(a)將抽選之n個發光元件之Vf之測定值設為t1、t2......、tn。又，將該等之Vf之測定值(t1、t2......、tn)之平均值設為ta。
(b)分別自Vf之測定值(t1、t2......、tn)之中減去ta再乘方。將所得之所有值相加後除以n。
(c)相除所得之值之正的平方根為標準偏差(σ)。
該等之順序(a)~(c)可由下述式[1]表示。
[數1]
σ=[{(t1-ta)2+(t2-ta)2+......+(tn-ta)2}/n] 式[1]
製成於p側氮化物半導體層104之上形成有包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性105之氮化物半導體發光元件(樣品元件S)，測定正向電壓Vfs。為了比較，製成於p側氮化物半導體層之上形成有ITO透光性電極的比較用元件SITO，並測定正向電壓VfITO。
當Vfs≦VfITO時，推斷樣品元件S之Vf良好。
製成於p側氮化物半導體層104之上形成有包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性105之氮化物半導體發光元件(樣品元件S)，測定施加-5 V~+5 V之電壓時之電流，並製成V-I曲線。於V-I曲線為直線之情形時，判斷透光性電極105與p側氮化物半導體層104進行歐姆接觸。
製成於p側氮化物半導體層104之上形成有包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性105之氮化物半導體發光元件(樣品元件S)，並測定接觸電阻ρcs。為了比較，製成於p側氮化物半導體層之上形成有ITO透光性電極之比較用元件SITO，並測定接觸電阻ρcITO。
當ρcs≦ρcITO時，推斷樣品元件S之接觸電阻良好。
於虛設基板(玻璃基板)之上製成包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極，並測定薄片電阻Rs。為了比較，於虛設基板(玻璃基板)之上形成ITO透光性電極，並測定薄片電阻RITO。
當Rs≦RITO時，判斷包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極之薄片電阻良好。
為評價Vf之偏差，同時製成複數個樣品元件S。
於2吋之藍寶石基板101之上，經由AlGaN緩衝層，積層有n型氮化物半導體層102、活性層103及p側氮化物半導體層104。
n型氮化物半導體層102係由未摻雜之GaN(1.5 μm)、摻雜Si之GaN(4.2 μm)、未摻雜之GaN(0.15 μm)、摻雜Si之GaN(0.01 μm)、未摻雜之GaN(0.15 μm)、摻雜Si之GaN(0.03 μm)、未摻雜之GaN(5 nm)、依序將GaN與InGaN反覆積層20次並最後積層有GaN之超晶格層(120 nm)而形成。
活性層103係將GaN(8 nm)與InGaN(3 nm)反覆積層6次，最後形成GaN(8 nm)。再者，最初積層之GaN層中摻雜Si，最後積層之GaN層未摻雜。
作為p側氮化物半導體層104，係依序形成有將摻雜Mg之AlGaN與摻雜Mg之InGaN反覆積層3次最後積層有摻雜Mg之AlGaN之超晶格層(24 nm)、未摻雜之GaN(0.11 μm)、摻雜Mg之GaN(0.11 μm)。
於n側氮化物半導體層102之一部分之區域中，除去積層於其上之活性層103及p側半導體層104，進而除去n側氮化物半導體層102本身之厚度方向之一部分而使其露出，於該露出之n側氮化物半導體層上形成有n側焊墊電極107。n側焊墊電極107係由Ti/Rh/W/Au依序以2 nm/100 nm/50 nm/550 nm之膜厚積層之積層構造體形成。
於p側氮化物半導體層104之表面大致整個面形成透光性電極105，於該透光性電極105之表面之一部分形成p側焊墊電極106。p側焊墊電極106由與n側焊墊電極107相同之積層構造體形成。進而於除去p側焊墊電極106與n側焊墊電極107之一部分之氮化物半導體發光元件之表面形成絕緣性膜108。
透光性電極105係使用含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉由濺鍍法，以170 nm之膜厚形成。
於形成透光性電極105膜後，對氮化物半導體發光元件進行退火。退火條件為退火溫度：525℃，退火氣體環境：N2氣體環境，退火壓力：3 kPa。
Vf之偏差之評價係自分割前之狀態(晶圓之狀態)下存在的多數氮化物半導體發光元件中，隨機抽選130個發光元件(樣品元件S)而進行。測定該130個氮化物半導體發光元件之正向電壓(Vf)，使用式[1]算出Vf之標準偏差σ，並且將σ提高3倍求出3σ。
將該操作進行3次(相當於3片晶圓)。
分別自3片晶圓所求出之樣品元件S之3σ之值為0.100、0.100及0.062。
進而根據自晶圓單片化成各個發光元件之發光元件之平均值評價特性，結果以20 mA之電流輸入計，Vf為3.18 V，光輸出為24.0 mW。
又，為了比較，製成將樣品元件S之透光性電極變更成ITO之發光元件(比較用元件SITO)。ITO透光性電極係使用ITO靶材，藉由濺鍍法，以170 nm之膜厚形成。
為評價該比較用元件SITO之Vf之偏差，自分割前之狀態(晶圓之狀態)中存在的很多氮化物半導體發光元件中，隨機抽選130個發光元件，並測定正向電壓(Vf)。由該等之Vf之測定值，使用式[1]算出Vf之標準偏差σ，並且將σ提高3倍算出偏差(3σ)。自3片晶圓所得之3σ之值為0.280、0.337及0.156。
若比較樣品元件S之3σ之值(0.100、0.100及0.062)與比較用元件SITO之3σ之值(0.280、0.337及0.156)，則可知本發明之氮化物半導體發光元件與先前之具有ITO透光性電極之氮化物半導體發光元件相比，Vf之偏差明顯較小。
又，根據自晶圓分別單片化成各個發光元件之發光元件之平均值評價特性，結果以20 mA之電流輸入計，Vf為3.24 V，光輸出為21.9 mW。即，本發明之發光元件與先前之具有ITO透光性電極之氮化物半導體發光元件相比，Vf下降0.05 V。又，光輸出提高約10%。
評價透光性電極105之退火條件對正向電壓Vf之影響。
於本實施例中，就對晶圓晶片化後進行測定之方面而言，與實施例1不同。關於其以外方面與實施例1相同。
以與實施例1相同之方式，積層n型氮化物半導體層102、活性層103及p側氮化物半導體層10後，形成透光性電極105膜。
透光性電極105係使用含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉由濺鍍法，於Ar氣體環境下形成170 nm之膜厚。
於形成透光性電極105膜之後，對氮化物半導體發光元件進行退火。退火條件(退火溫度、退火氣體環境及退火壓力)如表1及表2所示退火後，以與實施例1相同之方式，製成n側焊墊電極107、p側焊墊電極106及絕緣性膜108，進而分割成各發光元件，獲得樣品元件S。
測定形成有包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極之氮化物半導體發光元件(樣品元件S)之正向電壓Vfs。為了比較，製成形成有ITO透光性電極之比較用元件SITO，並測定正向電壓VfITO。測定結果示於表1及表2。
當Vfs≦VfITO時，推斷樣品元件S之Vf良好。
Vf之比較係於以相同之濺鍍裝置成膜之樣品元件S及比較用元件SITO之間進行。表1之6個樣品元件S(No.1~6)及1個SITO(No.7)係使用相同之濺鍍裝置。又，表2之4個樣品元件S(No.8~11)及1個SITO(No.12)係使用相同之濺鍍裝置。
評價透光性電極105之成膜條件及退火條件對歐姆接觸之影響。
於本實施例中，透光性電極105之成膜條件與實施例1不同。又，於本實施例中，就對晶圓晶片化後進行測定之方面而言，與實施例1不同。關於其此外之方面與實施例1相同。
以與實施例1相同之方式，積層n型氮化物半導體層102、活性層103及p側氮化物半導體層10後，形成透光性電極105膜。
透光性電極105係使用含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉由濺鍍法，形成170 nm之膜厚。此時，製成成膜時之濺鍍裝置內之氣體環境不同之樣品。各樣品之氣體環境僅為Ar(樣品No.13、16~19)、Ar與O2(Ar流量：60 sccm，O2流量：0.27 sccm)(樣品No.14)及Ar與O2(Ar流量：60 sccm，O2流量：0.6 sccm)(樣品No.15)。
形成透光性電極105膜後，對氮化物半導體發光元件進行退火。退火條件(退火溫度、退火氣體環境及退火壓力)如表3所示。
退火後，以與實施例1相同之方式，製成n側焊墊電極107、p側焊墊電極106及絕緣性膜108，進而分割成各發光元件，獲得6個樣品元件S。
測定對6個樣品元件S施加-5 V~+5 V之電壓時之電流，製成V-I曲線。於V-I曲線為直線之情形時，評價歐姆接觸良好(○)，於V-I曲線彎曲(例如，彎曲成s字狀)之情形時，評價歐姆接觸不良(×)。評價結果示於表3。
評價透光性電極105之退火條件對接觸電阻之影響。
於本實施例中，就對晶圓晶片化後進行測定之方面而言，與實施例1不同。關於其以外之方面與實施例1相同。
以與實施例1相同之方式，積層n型氮化物半導體層102、活性層103及p側氮化物半導體層10後，形成透光性電極105膜。
透光性電極105係使用含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉由濺鍍法，於Ar氣體環境下成膜170 nm之膜厚。
形成透光性電極105膜後，對氮化物半導體發光元件進行退火。退火條件(退火溫度、退火氣體環境及退火壓力)如表4所示。
退火後，以與實施例1相同之方式，製成n側焊墊電極107、p側焊墊電極106及絕緣性膜108，進而分割成各發光元件，獲得樣品元件S。
測定形成有包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極之氮化物半導體發光元件(樣品元件S)的接觸電阻ρcs。為了比較，製成形成有ITO透光性電極之比較用元件SITO，並測定接觸電阻ρcITO。測定結果示於表4。
當ρcs≦ρcITO時，推斷樣品元件S之接觸電阻良好。
評價透光性電極105之退火條件對薄片電阻之影響。
於本實施例中，於虛設基板(玻璃基板)上製成包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105。
透光性電極105係使用含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉由濺鍍法，於Ar氣體環境下成膜170 nm之膜厚。
形成透光性電極105膜後，對氮化物半導體發光元件進行退火。退火條件(退火溫度、退火氣體環境及退火壓力)如表5所示。
測定形成於虛設基板(玻璃基板)之上的包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105之薄片電阻Rs。為了比較，於虛設基板(玻璃基板)之上形成ITO透光性電極，並測定薄片電阻RITO。測定結果示於表5。
當Rs≦RITO時，判斷包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極之薄片電阻良好。
根據表3之樣品No.13~15之結果可知，於含有氧之氣體環境下成膜之透光性電極105不與p側氮化物半導體層104進行歐姆接觸。另一方面可知於不含有氧之惰性氣體環境下成膜之透光性電極105與p側氮化物半導體層104進行歐姆接觸。
根據表5之樣品No.24~26之結果可知，於常壓退火中，若退火溫度上升(500℃→550℃→600℃)，則薄片電阻上升。又，根據表5之樣品No.27、28之結果可知，於真空退火中，若退火溫度上升(500℃→600℃)，則薄片電阻上升。
根據表3之樣品No.16~18之結果可知，於常壓退火中，若以退火溫度500℃以上進行退火，則透光性電極105與p側氮化物半導體層104進行歐姆接觸。
並且，根據表1之樣品No.1~6之結果可知，減壓退火(3 kPa)中，若以退火溫度500℃以上進行退火，則氮化物半導體發光元件之Vf亦會低於先前之ITO氮化物半導體發光元件(樣品No.7)之Vf。
根據該等之結果可知，於本發明之氮化物半導體發光元件中，若使退火溫度上升至500℃以上，則透光性電極105之薄片電阻上升，透光性電極105會與p側氮化物半導體層104進行歐姆接觸，並且正向電壓(Vf)下降。
根據表4之樣品No.20~22之結果可知，若以退火溫度525℃以上進行退火，則氮化物半導體發光元件之接觸電阻ρc會低於先前之ITO氮化物半導體發光元件(樣品No.23)之接觸電阻ρc。
根據表3之樣品No.19之結果可知，若於高真空下(0.001 Pa)進行退火，則透光性電極105與p側氮化物半導體層104無法進行歐姆接觸。又，根據表3之樣品No.13、18可知，於525℃下，無論常壓或減壓(3 kPa)，透光性電極105與p側氮化物半導體層104均進行歐姆接觸。
根據表5之樣品No.27、28之結果可知，若於高真空下(0.001 Pa)進行退火，則包含含有Ge與Si之氧化銦之透光性電極105之薄片電阻R會低於先前之包含ITO之透光性電極(樣品電極No.30)之薄片電阻R。又，可知減壓下進行退火之透光性電極105(樣品No.29)相較於常壓下進行退火之透光性電極105(樣品No.26)，薄片電阻變低。
根據表2之樣品No.8~11之結果可知，於退火壓力60 kPa下進行退火之樣品元件S(樣品No.10)之Vf高於常壓下進行退火之樣品元件S(No.11)之Vf。另一方面，可知於減壓下進行退火之樣品元件S(樣品No.8、9)之Vf，低於常壓下進行退火之樣品元件S(樣品No.11)之Vf。
於退火壓力1 kPa下進行退火之樣品元件S(樣品No.8)之Vf與先前之ITO氮化物半導體發光元件(樣品No.12)相同。又，於退火壓力3 kPa下進行退火之樣品元件S(樣品No.9)之Vf雖略高於先前之ITO氮化物半導體發光元件(樣品No.12)，但Vf值充分良好。
根據該等之結果可知，藉由將退火壓力設為1 k~3 kPa，獲得對半導體發光元件而言所有重要之特性(歐姆接觸、透光性電極之薄片電阻及正向電壓Vf)均較佳之結果。即，於1 k~3 kPa之減壓下進行退火之氮化物半導體發光元件中，透光性電極105可與p側氮化物半導體層104進行歐姆接觸，可降低透光性電極105之薄片電阻(與常壓退火相比)，並且可降低正向電壓Vf(與常壓退火相比)。
本發明之氮化物半導體發光元件可用於構成背光光源、顯示器、照明、車輛用燈等各種光源之半導體發光元件。
101．．．基板
102．．．n側氮化物半導體層
103．．．發光層
104．．．p側氮化物半導體層
105．．．透光性電極
106．．．p側焊墊電極
107．．．n側焊墊電極
108．．．絕緣性膜
圖1係本發明之實施形態之氮化物半導體發光元件之示意性俯視圖。
圖2係圖1之A-A'剖面中之示意性剖面圖。
101．．．基板
102．．．n側氮化物半導體層
103．．．發光層
104．．．p側氮化物半導體層
105．．．透光性電極
106．．．p側焊墊電極
107．．．n側焊墊電極
108．．．絕緣性膜
Claims (8)
- 一種氮化物半導體發光元件之製造方法，其特徵在於：該氮化物半導體發光元件具有n側氮化物半導體層、p側氮化物半導體層、及形成於上述p側氮化物半導體層上之透光性電極；且該製造方法包括：形成上述n側氮化物半導體層與上述p側氮化物半導體層之半導體形成步驟，及於上述p側氮化物半導體層之上形成上述透光性電極之透光性電極形成步驟，並且上述透光性電極形成步驟包括：形成含有Ge與Si之氧化銦層膜之成膜過程，及對形成上述氧化銦層膜之上述氮化物半導體發光元件進行退火之退火過程，其中於上述退火過程中，於減壓下進行退火。
- 如請求項1之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中於上述成膜過程中，使用包含含有Ge與Si之氧化銦之靶材，藉由濺鍍，形成上述氧化銦層膜。
- 如請求項1之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中於上述成膜過程中，於惰性氣體環境下進行成膜。
- 如請求項1之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中於上述退火過程中，退火溫度為500℃以上。
- 如請求項3之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中於上述退火過程中，退火溫度為500℃以上。
- 如請求項1之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中 於上述退火過程中，退火溫度為525℃以上。
- 如請求項3之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中於上述退火過程中，退火溫度為525℃以上。
- 如請求項1至7中任一項之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中於上述退火過程中，於1kPa~30kPa之減壓下進行退火。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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