TWI585993B - Nitride light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Toru Sugiyama
Masashi Tsukihara
Kohei Miyoshi
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Ushio Electric Inc
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Description

氮化物發光元件及其製造方法
本發明係關於氮化物發光元件及其製造方法。
Al、Ga、In等之III族元素的氮化物所致之氮化物半導體元件，係藉由在由n型半導體所成的電子供給層，與由p型半導體所成的電洞供給層之間，使發光層中介存在，而利用來作為發光元件。更具體來說，藉由對n型半導體層與p型半導體層之間施加電壓，於發光層流通電流，使該區域發光。
在此，n型半導體層、發光層、及p型半導體層的層積體(以下，在此稱為「LED層」)，與例如層積於n型半導體層之上層的電極(以下，稱為「n側電極」)之間的電阻值較高時，為了流通發光所需之電流所需的電壓會變高，效率會降低。因此，對於為了利用較低工作電壓來取出高光量來說，重要的是盡量降低LED層與n側電極之間的電阻值。
對於此種課題，於後述專利文獻1，揭示依序 層積Si等的n型不純物以高濃度摻雜之高濃度層，與以比高濃度層還低的濃度摻雜n型不純物的低濃度層，來形成n型半導體層的LED元件。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-258529號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]S.Fritze, et al., "High Si and Ge n-type doping of GaN doping - Limits and impact on stress", Applied Physics Letters 100, 122104, (2012)
[非專利文獻2]谷保等，「Si摻雜AlN及高Al組成AlGaN的n型傳導性控制」，電子資訊通訊學會技術研究報告，102(114)，61-64，2002-06-06
對於為了盡可能利用較低的工作電壓，對於發光層流通所需的電流來說，盡可能減少元件電阻為佳。所以，考慮盡可能增加n型半導體層的Si摻雜量，實現n層與n側電極之間的歐姆連接的方法。
在此，作為氮化物發光元件，實現藍色LED 時，一般來說作為n型半導體層，使用GaN。但是，將對於該GaN層注入之n型摻雜物的濃度，設為1×1019/cm3以上的話，公知有因原子鍵結的狀態惡化等之原因，會產生膜粗化的現象(例如，參照前述非專利文獻1)。產生此種現象的話，不會形成低電阻的n層，結果，發光效率會降低。
在前述專利文獻1中，為了克服此課題，設為交互依序層積高濃度的n層與低濃度的n層的構造。依據同文獻，藉由此種構造，形成於高濃度層之表面的粗化會被低濃度層覆蓋，故可形成良質的n層。
但是，採用專利文獻1所記載的方法時，因作為n層需要依序交互層積複數組的高濃度層與低濃度層，故會產生製程複雜化的其他問題。
利用提高n層的載體濃度，可讓n層低電阻化。因此，一般認為需要盡可能提升Si摻雜濃度。例如，依據前述非專利文獻2，雖然提升摻雜的Si濃度的話，載體濃度也會跟著提升到某種程度，但是也揭示超過某臨限值時，載體濃度的上升會飽和的要旨，以及載體濃度比Si濃度低的要旨。
然而，如上所述，利用GaN來實現n層時，因為會產生膜粗化的問題，無法將Si濃度設為1×1019/cm3以上，結果，提升載體濃度所致之n層的低電阻化有其限度。
本案發明者藉由銳意研究，發現利用以一定 條件下成長的AlxGa1-xN(0<x≦1)來構成n層，可藉由簡單的製程而實現比先前更低電阻化，產生本案發明。亦即，本發明的目的係提供藉由此種包含n層的氮化物發光元件，即使低工作電壓也可實現高光取出效率，且可利用簡單的製程來製造的元件。
本發明的氮化物發光元件，係於支持基板上，具有n層、p層、及形成於被前述n層與前述p層挾持之位置的發光層的氮化物發光元件，其特徵為：前述n層，係以載體濃度比被摻雜之Si濃度還高的AlxGa1-xN(0<x≦1)構成。
藉由本案發明者的銳意研究，發現不是以GaN，而是以AlxGa1-xN(0<x≦1)構成n層時，利用在所定條件下使n層成長，載體濃度會比被摻雜的Si濃度還高。
更詳細來說，將n層的成長條件，設為將包含藉由將作為包含III族元素之化合物的流量相對之包含V族元素之化合物的流量的比之V/III比是大於2000且10000以下的原料氣體，供給至處理爐內來進行結晶沉積。利用此方法使n層成長的話，會產生載體濃度比被摻雜之Si濃度高的n層。
依據包含該n層的氮化物發光元件，實現比摻雜的Si濃度還高濃度的載體濃度，所以，即使不將Si 濃度設為極高之值，也可實現n層的低電阻化。藉此，即使藉由較低的工作電壓，也可將發光所需的電流量，流通至發光層，可提升發光效率。
進而，在實現前述構造時，僅將使n層結晶沉積時之原料氣體的V/III比，設定在大於2000且10000以下的範圍內即可，製程本身相較於先前並未複雜化。因此，不需要複雜的製程，可利用簡易的製程來製造氮化物發光元件。
又，於前述構造中，將前述n層，設為以被摻雜之Si濃度為1×1019/cm3以上的AlxGa1-xN(0<x≦1)構成者亦可。
藉由本案發明者的銳意研究，在不是GaN，而是以AlxGa1-xN(0<x≦1)來構成n層時，可確認即使將摻雜的Si濃度，設為1×1019/cm3以上，進而即使設為7×1019/cm3以上，也不會產生膜粗化的問題。
亦即，利用將摻雜於以AlxGa1-xN(0<x≦1)構成之n層的Si濃度，設為GaN中不會產生膜粗化的上限值之1×1019/cm3以上之值，可比先前更提升Si濃度。進而，該n層的載體濃度，係實現比摻雜之Si濃度更高濃度。因此，與先前構造相較，可使n層極低電阻化。
依據本發明的氮化物發光元件，可使n層的電阻值降低，故藉由簡單的製程，即使利用較低工作電 壓，也可將發光所需的電流量，流通至發光層，可提升發光效率。
1‧‧‧氮化物發光元件
2A‧‧‧檢證用元件
2B‧‧‧檢證用元件
11‧‧‧支持基板
15‧‧‧焊錫層
17‧‧‧保護層
19‧‧‧反射電極
20‧‧‧導電層
21‧‧‧絕緣層
30‧‧‧LED層
31‧‧‧p層
33‧‧‧發光層
35‧‧‧n層(AlxGa1-xN)
36‧‧‧無摻雜層
41‧‧‧p+層
42‧‧‧供電端子
51‧‧‧貫穿式差排
52‧‧‧結晶缺陷
61‧‧‧藍寶石基板
[圖1]氮化物發光元件之一實施形態的概略剖面圖。
[圖2A]將Si濃度設為7×1019/cm3時之AlxGa1-xN(0<x≦1)的層表面的照片。
[圖2B]將Si濃度設為1.5×1019/cm3時之GaN的層表面的照片。
[圖3]用以檢證Si濃度與載體濃度之關係的檢證用元件的構造圖。
[圖4]將使V/III比變化來製作檢證用元件時，V/III比與檢證用元件的n層之Si濃度及載體濃度的關係，揭示於圖表者。
[圖5]用以檢證I-V特性及發光特性的檢證用元件的構造圖。
[圖6]揭示對於使n層形成時的V/III比不同的各檢證用元件施加電流時之電流-發光輸出的關係的圖表。
[圖7]揭示對於使n層形成時的V/III比不同的各檢證用元件施加電壓時之I-V特性的圖表。
[圖8]將V/III比設為2000、4000、8000、10000、12000，使n層成長之5種類的檢證用元件之n層的剖面TEM照片。
[圖9]氮化物發光元件之其他一實施形態的概略剖面圖。
針對本發明的氮化物發光元件及其製造方法，參照圖面來進行說明。再者，於各圖中，圖面的尺寸比與實際的尺寸比不一定一致。
[構造]
針對本發明的氮化物發光元件的構造之一例，參照圖1來進行說明。圖1係氮化物發光元件之一實施形態的概略剖面圖。
氮化物發光元件1係包含支持基板11、導電層20、絕緣層21、LED層30及供電端子42所構成。LED層30係由下依序層積p層31、發光層33及n層35所形成。
(支持基板11)
支持基板11係以例如CuW、W、Mo等的導電性基板或Si等的半導體基板所構成。
(導電層20)
於支持基板11的上層，形成由多層構造所成的導電層20。該導電層20係在本實施形態中，包含焊錫層15、 保護層17及反射電極19。
焊錫層15係例如以Au-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、Sn等所構成。焊錫層15係在製造方法項目中如後述般，在接合藍寶石基板與支持基板11時利用(參照步驟S5)。
保護層17係例如以Pt系的金屬(Ti與Pt的合金)、W、Mo、Ni等所構成。如後述般，於製程中，進行隔著焊錫層之兩基板的貼合時，構成焊錫的材料會擴散至後述之反射電極19側，發揮防止反射率下落所致之發光效率的降低的功能。
反射電極19係例如以Ag系的金屬(Ni與Ag的合金)、Al、Rh等所構成。氮化物發光元件1係想定將從LED層30的發光層33放射之光線取出至圖1的上方向(n層35側)，反射電極19係利用使從發光層33朝下放射之光線朝上反射，發揮提升發光效率的功能。
再者，導電層20係於一部分中與LED層30接觸，更詳細來說是與p層31接觸，對支持基板11與供電端子42之間施加電壓的話，形成經由支持基板11、導電層20、LED層30而流通至供電端子42的電流路徑。
(絕緣層21)
絕緣層21係例如以SiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3等所構成。該絕緣層21係上面與p層31的底面接觸。再者，該絕緣層41係如後述般，具有作為元件分離時之蝕 刻阻擋層的功能，並且也具有將電流往與支持基板11的基板面平行的方向擴散的功能。
(LED層30)
如上所述，LED層30係由下依序層積p層31、發光層33及n層35所形成。
p層31係例如利用包含以AlyGa1-yN(0<y≦1)所構成之層(電洞供給層)與以GaN所構成之層(保護層)的多層構造所構成。任一層都摻雜有Mg、Be、Zn、C等的p型不純物。
發光層33係例如以具有重複由InGaN所成之量子井層與由AlGaN所成之障壁層的多量子井結構的半導體層所形成。該等之層係作為無摻雜型亦可，作為摻雜p型或n型亦可。
n層35係於接觸發光層33的區域包含以GaN所構成之層(保護層)，並於其上層包含以AlxGa1-xN(0<x≦1)所構成之層(電子供給層)的多層構造。至少於保護層，摻雜Si、Ge、S、Se、Sn、Te等的n型不純物，尤其摻雜Si為佳。再者，僅利用以AlxGa1-xN(0<x≦1)所構成之電子供給層來形成n層35亦可。
又，以AlxGa1-xN(0<x≦1)所構成之n層35，係以載體濃度高於被摻雜之Si濃度之方式構成。關於實現此種構造的方法，係於後敘述。
進而，在本實施形態中，以被摻雜之Si濃度 成為1×1019/cm3以上之方式構成該n層35。依據藉由實驗所得之照片，如後述般，於本構造中，即使將n層35的不純物濃度設為大於1×1019/cm3之值，也不會產生膜粗化。
(供電端子42)
供電端子42係形成於n層35的上層，例如以Cr-Au所構成。該供電端子42係連接例如以Au、Cu等所構成之電線(未圖示)，該電線的另一方係連接於配置氮化物發光元件1之基板的供電圖案等(未圖示)。
再者，雖然未圖示，但是，於LED層30的側面及上面，形成作為保護膜的絕緣層亦可。再者，作為該保護膜的絕緣層，係以具有透光性的材料(例如SiO2等)構成為佳。
在上述的實施形態中，將構成p層31的一材料記載為AlyGa1-yN(0<y≦1)，將構成n層35的一材料記載為AlxGa1-xN(0<x≦1)，但是，該等為相同材料亦可。
[膜粗化之有無的檢證]
接著，如氮化物發光元件1，利用以AlxGa1-xN(0<x≦1)來構成n層35，針對即使使被摻雜的Si濃度大於1×1019/cm3，也不會產生膜粗化之狀況，參照圖2A及圖2B的實驗資料來進行說明。再者，以下將AlxGa1-xN(0<x≦1)略記為AlxGa1-xN。
圖2A係將Si濃度設為7×1019/cm3時之AlxGa1-xN的層表面的照片。又，圖2B係將Si濃度設為1.5×1019/cm3時之GaN的層表面的照片。再者，圖2A係利用AFM(Atomic Force Microscopy：原子力顯微鏡)所攝影者，圖2B係利用SEM(Scanning Electron Microscope：掃描式電子顯微鏡)所攝影者。
如圖2B所示，以GaN構成n層時，可知將Si濃度設為1.5×1019/cm3的話，表面會產生粗化。再者，即使將不純物濃度設為1.3×1019/cm3、2.0×1019/cm3，也可同樣確認表面的粗化。藉此，於GaN中，如非專利文獻1所記載般，可知大於1×1019/cm3的話，層表面會產生粗化。
相對於此，依據圖2A，以AlxGa1-xN構成n層的話，即使將Si濃度設為7×1019/cm3，也可確認台階狀的表面(原子台階)，可知層表面未產生粗化。再者，即使將Si濃度設為2×1020/cm3，也可取得與圖2A相同的照片。再者，作為構成材料，即使使Al與Ga的成分比例變化(AlxGa1-xN)，也可同樣確認層表面不會產生粗化。
又，即使在以GaN構成n層，將Si濃度設為0.5×1019/cm3，亦即，將Si濃度設為1×1019/cm3以下之狀況中，也可取得與圖2A相同的照片。
依據以上內容，利用以AlxGa1-xN構成n層，可知即使使Si濃度大於1×1019/cm3，也不會產生膜粗化的問題。
[Si濃度與載體濃度之關係的檢證]
接著，針對利用藉由後述之方法來實現n層35，可將載體濃度提升至高於被摻雜於n層35內之Si濃度之處，參照資料來進行說明。
圖3係為了進行Si濃度與載體濃度之關係的檢證所使用之元件的範例。圖3所示之元件2A係於以AlxGa1-xN構成n層35之狀況中，用以檢證使該AlxGa1-xN的成長條件變化時之n層35的Si濃度與載體濃度之關係的元件。因此，與氮化物發光元件1不同，在檢證所需的範圍中構成元件。
圖3所示之檢證用元件2A係於藍寶石基板61的上層，隔著無摻雜層36，形成以AlxGa1-xN構成之n層35者。
在形成以AlxGa1-xN構成之n層35時，需要於無摻雜層36的上面，使AlxGa1-xN結晶沉積。結晶沉積係一般來說，於MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)裝置等的裝置內，在所定溫度、所定壓力條件下，利用供給所定原料氣體來進行。
在使AlxGa1-xN結晶沉積時，將包含TMG(三甲基鎵)、TMA(三甲基鋁)、氨的混合氣體利用來作為原料氣體。進而，在摻雜Si時，也一併供給TES(四乙基矽烷)。在此，使包含III族元素之化合物的TMG、TMA的 流量相對之包含V族元素之化合物的氨之流量比的V/III比分別不同，製作複數個形成n層35的檢證用元件2A。此時，利用使TES的流量不同，製作具有表示不同Si摻雜濃度之n層35的檢證用元件2A。
圖4係將使V/III比變化來製作檢證用元件時，V/III比與檢證用元件2A的n層35之Si濃度及載體濃度的關係，揭示於圖表者。再者，n層35的Si濃度，係藉由SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry：二次離子質量分析法)來計測，載體濃度係藉由霍爾測定裝置來計測。
(實施例1)
形成作為n層35的成長條件，將Si摻雜濃度設為4×1019/cm3，將V/III比設為2000、4000、8000、10000、12000之5種類的檢證用元件2A。
(實施例2)
形成作為n層35的成長條件，將Si摻雜濃度設為1×1019/cm3，將V/III比設為2000、4000、8000、10000、12000之5種類的檢證用元件2A。
依據將n層35的摻雜濃度設為4×1019/cm3的實施例1，在將V/III比設為2000來使n層35成長時，n層35的Si濃度與載體濃度幾乎相等。然後，V/III比為4000時，實現載體濃度8×1019/cm3，Si濃度的一倍的載 體濃度之值。V/III比為8000時，表示載體濃度為7×1019/cm3，雖然相較V/III比為4000時，載體濃度之值較低，但是也實現Si濃度一倍的載體濃度之值。V/III比為10000時，表示載體濃度為5×1019/cm3，雖然相較V/III比為8000時，載體濃度之值有降低，但是依然表示比Si濃度還高之值。另一方面，V/III比為12000時，表示載體濃度為3×1019/cm3，低於Si濃度之值。
即使於將n層35的Si摻雜濃度設為1×1019/cm3的實施例2中，載體濃度之值的傾向，係與實施例1相同。亦即，將V/III比設為2000來使n層35成長時，n層35的Si濃度與載體濃度幾乎相等。V/III比為4000時，載體濃度表示4×1019/cm3，實現相較於Si濃度為極高的載體濃度之值。V/III比為8000、10000時，相較於V/III比為4000時，雖然載體濃度之值較低，依然實現比Si濃度還高的載體濃度。另一方面，在V/III比為12000時，載體濃度會低於Si濃度之值。
依據圖4所示結果，可知無關於Si濃度之值，作為使n層35成長時的成長條件，將V/III比設為高於2000且10000以下時，於n層35，會形成比Si濃度還高的載體濃度。尤其，將V/III比設為4000時，於n層35，會形成相較於Si濃度極高的載體濃度。藉此，可知即使不以極高的高濃度來摻雜Si，也可利用將V/III比設為高於2000且10000以下使n層35成長，來實現較高的載體濃度，使n層35低電阻化。
再者，將V/III比設為如12000，極為高之值時，形成於n層35的載體濃度，係低於摻雜之Si濃度。此係可推測n層35的成長過程，係藉由蝕刻與成長的均衡來成長，將V/III比設為過高的結果，蝕刻會變強，因為產升結晶缺陷而造成載體不活性化。再者，該現象的產生，係參照圖8所示之n層35的剖面照片而於後敘述。
[I-V特性、發光特性的檢證]
接著，針對利用將V/III比設為高於2000且10000以下，使n層35成長來形成元件，可以較低的工作電壓將發光所需的電流流通至元件之處，參照實施例來進行說明。
圖5係用以檢證I-V特性及發光特性的檢證用元件的範例。圖5所示之檢證用元件2B，係於圖3所示之檢證用元件2A的n層35的上面，進而形成發光層33、p層31及p+層41，於p+層41的上面，形成兩處供電端子42。p+層41係用以減低p層31與供電端子42之接觸電阻所形成者，在此，以高濃度摻雜的p-GaN構成。
然後，形成作為n層35的成長條件，將Si摻雜濃度設為4×1019/cm3，將V/III比設為2000、4000、8000、10000、12000之5種類的檢證用元件2B。
圖6係揭示對於使n層35形成時的V/III比不同的各檢證用元件2B施加電流時之電流-發光輸出的關係的圖表。
又，圖7係揭示對於使n層35形成時的V/III比不同的各檢證用元件2B施加電壓時之I-V特性的圖表，將對於各檢證用元件2B，於供電端子42施加電壓V時所流通之電流I的關係予以圖表化者。
依據圖6，可知將V/III比設為4000、8000、10000，形成n層35的檢證用元件2B，相較於將V/III比設為2000、12000，形成n層35的檢證用元件2B，流通相同電流時的發光輸出較高。又，依據圖7，可知將V/III比設為4000、8000、10000，形成n層35的檢證用元件2B，相較於將V/III比設為2000、12000，形成n層35的檢證用元件2B，可將流通相同電流所需電壓抑制為較低。
根據圖6及圖7的結果，可知利用將V/III比設為高於2000且10000以下，來使n層35成長，成功讓n層35低電阻化。亦即，藉由形成包含將V/III比設為高於2000且10000以下所形成之n層35的氮化物發光元件1，可利用較低的驅動電壓來流通必要的電流量，又，可提升供給相同電流量時的發光量。亦即，可不讓n層35的Si摻雜濃度明顯提升，來提升發光效率。
[V/III比之上限值的檢證]
參照圖4，如前述般，將V/III比設為如12000，極為高之值時，形成於n層35的載體濃度，係低於摻雜之Si濃度。此係可推測n層35產生結晶缺陷。針對此點，參 照圖8所示之n層35的剖面TEM(Transmission Electron Microscope：穿透式電子顯微鏡)照面來進行說明。
圖8係將圖3所示之檢證用元件2A，V/III比設為2000、4000、8000、10000、12000來使n層35成長之5種類的檢證用元件2A(參照圖3)之n層35的剖面TAM照片。依據圖8，將V/III比設為12000時，可確認從無摻雜層36涵蓋n層35所形成之貫穿式差排51的周圍，產生結晶缺陷52。另一方面，將V/III比設為2000、4000、8000、10000時，並未確認到此種結晶缺陷52。
將V/III比設為12000時，因n層35內形成該結晶缺陷52，發生被摻雜之Si的不活性化，據此，n層35被高電阻化，並且因該結晶缺陷52所致之非輻射再結合中心增加，讓發光效率降低。
根據該圖8的TEM照面，與圖4的圖表，可知n層35的形成時之V/III比過高的話，因為起因於結晶缺陷52的發生之Si的不活性化，載體濃度會低於被摻雜之Si濃度。因此，n層35的形成時之V/III比，係將不會產生結晶缺陷52的發生之值，設為該上限為佳。依據圖4及圖8，至少在n層35的形成時之V/III比為10000時，未確認結晶缺陷52的發生，成功形成表示比Si濃度高之載體濃度的n層35。因此，n層35的形成時之V/III比設為10000以下為佳。
又，依據圖4，將n層35的形成時之V/III比設為2000時，Si濃度與載體濃度幾乎同等，將V/III 比設為4000、8000、10000時，則成功形成表示比Si濃度還高之載體濃度的n層35。藉此，可知利用至少將n層35的形成時之V/III比設為高於2000且10000以下，可形成表示比Si濃度還高之載體濃度的n層35。
[製造方法]
接著，針對氮化物發光元件1的製造方法之一例，進行說明。再者，在後述製造方法中說明的製造條件及膜厚等的尺寸，僅為一例，並不是限定於該等數值者。
(步驟S1)
於藍寶石基板上形成LED磊晶層。此工程例如藉由以下的步驟進行。
〈藍寶石基板的準備〉
首先，進行c面藍寶石基板的清洗。該清洗更具體來說，藉由例如於MOCVD裝置的處理爐內配置c面藍寶石基板，一邊於處理爐內流通流量為10slm的氫氣，一邊將爐內溫度例如升溫至1150℃來進行。
〈無摻雜層的形成〉
接著，於c面藍寶石基板的表面，形成由GaN所成的低溫緩衝層，進而於其上層形成由GaN所成的基底層。該等低溫緩衝層及基底層對應無摻雜層。
無摻雜層的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為480℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量分別為5slm的氮氣及氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為50μmol/min的TMG及流量為250000μmol/min的氨供給68秒間至處理爐內。藉此，於c面藍寶石基板的表面，形成厚度為20nm的由GaN所成的低溫緩衝層。
接著，將MOCVD裝置的爐內溫度升溫至1150℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣體及流量為15slm的氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為100μmol/min的TMG及流量為250000μmol/min的氨供給30分鐘至處理爐內。藉此，於低溫緩衝層的表面，形成厚度為1.7μm的由GaN所成的基底層。
〈n層35的形成〉
接著，於無摻雜層的上層，形成由AlxGa1-xN(0<x≦1)的組成所成之n層35。再者，因應需要，於其上層形成由n型GaN所成的保護層亦可。
n層35的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後，對處理爐內，一邊作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將TMG、 TMA及氨，在包含III族元素之化合物的TMG、TMA的流量相對之包含V族元素之化合物的氨的流量之比的V/III比成為高於2000且10000以下的條件下，供給至處理爐內，將因應摻雜至n層35之Si濃度的流量之TES，供給至處理爐內。
例如，藉由將TMG的流量設為50μmol/min，將TMA的流量設為3μmol/min，將氨的流量設為220000μmol/min，將TES的流量設為0.045μmol/min，供給30分鐘至處理爐內，將具有Al0.06Ga0.94N的組成，V/III比為4000，被摻雜之Si濃度為4×1019/cm3，厚度為500nm的高濃度電子供給層，形成於無摻雜層的上層。
如上所述，將包含III族元素之化合物的TMG、TMA的流量相對之包含V族元素之化合物的氨的流量比之V/III比，設為高於2000且10000以下，來使n層35成長。藉此，形成具有比被摻雜之Si濃度還高濃度的載體的n層35。
在形成由GaN所成之保護層時，之後，藉由停止TMA的供給，並且6秒間供給其以外的原料氣體，於電子供給層的上層，形成厚度為5nm的由n型GaN所成的保護層。
〈發光層33的形成〉
接著，於n層35的上層，形成具有以InGaN構成之量子井層及以AlGaN構成之障壁層被週期性重複的多量 子井結構的發光層33。
發光層33的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為830℃。然後，進行一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為1slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為10μmol/min的TMG、流量為12μmol/min的TMI(三甲基銦)及流量為300000μmol/min的氨，48秒間供給至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為10μmol/min的TMG、流量為1.6μmol/min的TMA、0.002μmol/min的TES及流量為300000μmol/min的氨，120秒間供給至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，具有厚度為2nm的由InGaN所成之量子井層及厚度為7nm的由AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的發光層33被形成於n層35的表面。
〈p層31的形成〉
接著，於發光層33的上層，形成以AlyGa1-yN(0<y≦1)構成之層(電洞供給層)，進而於其上層形成以GaN構成之層(保護層)。該等電洞供給層及保護層對應p層31。
p層31的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa，一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為25slm的氫氣，一邊將爐內溫度升溫至1050℃。 之後，作為原料氣體，將流量為35μmol/min的TMG、流量為20μmol/min的TMA、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂，60秒間供給至處理爐內。藉此，於發光層33的表面，形成具有厚度為20nm之Al0.3Ga0.7N的組成的電洞供給層。之後，藉由將TMA的流量變更為9μmol/min，並360秒間供給原料氣體，形成具有厚度為120nm之Al0.13Ga0.87N的組成的電洞供給層。
進而之後，藉由停止TMA的供給，並且將雙(環戊二烯)鎂的流量變更為0.2μmol/min，並20秒間供給原料氣體，形成厚度為5nm的由p型GaN所成的接觸層。
再者，作為p型不純物，可使用鎂(Mg)、鈹(Be)、鋅(Zn)、碳(C)等。
如此一來，於藍寶石基板上，形成由無摻雜層、n層35、發光層33及p層31所成的LED磊晶層。
(步驟S2)
接著，對於在步驟S1中所得之晶圓，進行活性化處理。更具體來說，使用RTA(Rapid Thermal Anneal：快速加熱)裝置，在氮氣氛下以650℃進行15分鐘的活性化處理。
(步驟S3)
接著，於p層31的上層之所定處，形成絕緣層21。更具體來說，在之後的工程中在位於形成供電端子42的區域的下方之處，形成絕緣層21為佳。作為絕緣層21，例如將SiO2以膜厚200nm程度來成膜。再者，成膜的材料係絕緣性材料即可，例如SiN、Al2O3亦可。
(步驟S4)
以覆蓋p層31及絕緣層21的上面之方式，形成導電層20。在此，形成包含反射電極19、保護層17及焊錫層15之多層構造的導電層20。
導電層20的更具體形成方法係例如以下所述。首先，利用濺鍍裝置以覆蓋p層31及絕緣層21的上面之方式，整面成膜膜厚0.7nm的Ni及膜厚120nm的Ag，形成反射電極19。接著，使用RTA裝置，在乾空氣氣氛中，進行400℃、兩分鐘的接觸退火。
接著，以電子束蒸鍍裝置(EB裝置)，於反射電極19的上面(Ag表面)，3週期成膜膜厚100nm的Ti與膜厚200nm的Pt，藉此形成保護層17。進而之後，於保護層17的上面(Pt表面)，蒸鍍膜厚10nm的Ti之後，蒸鍍膜厚3μm以Au80%Sn20%構成之Au-Sn焊錫，藉此形成焊錫層15。
再者，於此焊錫層15的形成步驟中，也於藍寶石基板之外所準備之支持基板11的上面，形成焊錫層亦可。該焊錫層係作為與焊錫層15相同材料構成者亦 可。再者，作為該支持基板11，在構造的事項中如前述般，例如使用CuW。
(步驟S5)
接著，貼合藍寶石基板與支持基板11。更具體來說，在280℃的溫度、0.2MPa的壓力下，貼合焊錫層15與支持基板11。
(步驟S6)
接著，剝離藍寶石基板。更具體來說，利用在使藍寶石基板朝上，支持基板11朝下之狀態下，從藍寶石基板側照射KrF準分子雷射，使藍寶石基板與LED磊晶層的界面分解，進行藍寶石基板的剝離。藍寶石係雷射通過之外，其下層的GaN(無摻雜層)會吸收雷射，故該界面會高溫化，GaN被分解。藉此，剝離藍寶石基板。
之後，藉由使用鹽酸等的濕式蝕刻、使用ICP裝置的乾式蝕刻，來去除殘存於晶圓上的GaN(無摻雜層)，使n層35露出。
(步驟S7)
接著，分離鄰接的元件彼此。具體來說，對於與鄰接元件的邊際區域，使用ICP裝置，到絕緣層21的上面露出為止，對LED層30進行蝕刻。藉此，分離鄰接區域的LED層30彼此。再者，此時，絕緣層21具有作為蝕刻阻 擋層的功能。
再者，在此蝕刻工程中，將元件側面不設為垂直，設為具有10°以上的錐形角的傾斜面為佳。如此一來，在之後工程中形成絕緣層時，絕緣層容易附著於LED層30的側面，可防止電流洩漏。
又，步驟S7之後，於LED層30的上面以KOH等的鹼性溶液來形成凹凸面亦可。藉此，增加光取出面面積，可提升光取出效率。
(步驟S8)
接著，於n層35的上面形成供電端子42。更具體來說，形成由膜厚10nm的Ni與膜厚10nm的Au所成的供電端子42之後，在氮氣氛中以250℃進行1分鐘的燒結。
作為之後的工程，以絕緣層覆蓋被露出之元件側面及供電端子42以外的元件上面。更具體來說，利用EB裝置來形成SiO2膜。再者，形成SiN膜亦可。然後，例如藉由雷射切割裝置來分離各元件彼此，將支持基板11的背面例如利用Ag焊膏來與封裝接合，對於供電端子42進行引線接合。
[其他實施形態]
以下，針對其他實施形態進行說明。
〈1〉在圖1中，作為氮化物發光元件1，想 定所謂縱型構造的LED元件來進行說明，但是，如圖9所示，將氮化物發光元件1，作為橫型構造的LED元件來實現亦可。
圖9所示之氮化物發光元件1係於藍寶石基板61上，具有無摻雜層36，於其上層，由下依序層積n層35、發光層33及p層31所構成。n層35的上面一部分露出，於n層35的該露出面的上層，與p層31的上面形成供電端子42。
即使於該構造中，藉由將V/III比設為高於2000且10000以下，使AlxGa1-xN成長，來形成n層35，藉此，實現載體濃度高於被摻雜之Si濃度的n層35，故可謀求元件電阻的減低化，實現與上述之縱型的氮化物發光元件1相同的效果。
在形成圖9所示之氮化物發光元件1時，上述之步驟S1~S2之後，到n層35的一部分上面從p層31側露出為止，進行蝕刻。之後，於p層31的上面及n層35的一部分上面，進行與步驟S8相同的處理，形成供電端子42。
再者，於圖9的氮化物發光元件1中，於藍寶石基板61的背面側，形成反射電極19亦可。又，形成覆蓋除了供電端子42上面之LED層30的上面及LED層30的側面的絕緣層亦可。
〈2〉圖1所示構造以及上述之製造方法，係為理想的實施形態之一例，並不是必需具備該等構造及製 程全部。
例如，焊錫層15係應有效率地進行兩基板的貼合所形成者，只要可實現兩基板的貼合，在實現氮化物發光元件1的功能之觀點不一定必要。
反射電極19係於更提升從發光層33放射之光線的取出效率的觀點上具備為佳，但是，不一定是必須具備者。保護層17等也相同。
又，絕緣層21係為了具有作為步驟S7之元件分離時之蝕刻阻擋層的功能所形成，但是，不一定是必須具備者。但是，利用將絕緣層21，於與支持基板11的基板面正交的方向中，形成於與供電端子42對向的位置，可期待將電流往與支持基板11的基板面平行之方向擴散的效果。
1‧‧‧氮化物發光元件
11‧‧‧支持基板
15‧‧‧焊錫層
17‧‧‧保護層
19‧‧‧反射電極
20‧‧‧導電層
21‧‧‧絕緣層
30‧‧‧LED層
31‧‧‧p層
33‧‧‧發光層
35‧‧‧n層(AlxGa1-xN)
42‧‧‧供電端子

Claims (2)

  1. 一種氮化物發光元件，係於支持基板上，具有n層、p層、及形成於被前述n層與前述p層挾持之位置的發光層的氮化物發光元件，其特徵為：前述n層，係以載體濃度比被摻雜之Si濃度還高的AlxGa1-xN(0<x≦1)構成，並以被摻雜之Si濃度為1×1019/cm3以上的AlxGa1-xN(0<x≦1)構成。
  2. 一種氮化物發光元件的製造方法，係申請專利範圍第1項所記載之氮化物發光元件的製造方法，其特徵為：包含藉由將作為包含III族元素之化合物的流量相對之包含V族元素之化合物的流量的比之V/III比是大於2000且10000以下的原料氣體，供給至處理爐內來進行結晶沉積，形成前述n層的工程。
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