专利名称：紫外半导体发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用氮化物半导体材料作为发光层的材料的紫外半导体发光元件。
背景技术：
在紫外光的波长区发光的紫外半导体发光元件期待着在卫生、医疗、工业、照明、精密设备等多种领域中的应用。但是，采用氮化物半导体材料作为发光层材料的普通的紫外半导体发光元件的现状是，与发蓝色光的氮化物半导体发光元件相比，发光效率及光输出低，没有广泛产业化。这里，作为紫外半导体发光元件的发光效率低的原因，可列举出穿透位错密度 高、非发光再结合成为支配性、内部量子效率低或P型氮化物半导体层的性能不充分等理由，但发出的紫外光向外部的光取出效率低为主要原因。例如，在将发光层的材料规定为AlxGa1^xNCx彡O. 4)，且在p型氮化物半导体层上设置可较为提高空穴浓度的P型GaN层作为用于得到与P电极的欧姆接触的P型接触层的紫外半导体发光元件(参照非专利文献I)中，P型GaN层吸收360nm以下的紫外光，因此入射在P型GaN层中的紫外光被吸收，不能向外部取出，向外部的光取出效率降低。与此相对，提出了下述的紫外半导体发光元件在基板的一个表面侧具有层叠η型氮化物半导体层、由AlxGahN (O. 4 < X < I. O)层构成的发光层和P型氮化物半导体层而成的层叠结构，且由与发光层相比富Al的由Aly2Gapy2N (x < y2 ^ I. O)层构成的p型包覆层和该P型包覆层上的由Alz2Gah2N (O彡z2 < y2)层构成的p型接触层构成P型氮化物半导体层，在该紫外光半导体发光元件中，通过在P型接触层上形成槽部，能够从P型接触层的槽部取出紫外光(参照专利文献I)。现有技术文献非专利文献非专利文献I :M. ASIF KHAN,等，^III-Nitride UV Devices”, Jpn. J. Appl. Rhys ，Vol. 44，No. 10，2005，P. 7191-7206专利文献专利文献I :日本特开2008-171941号公报
发明内容
发明要解决的问题可是，在上述专利文献I所述的紫外半导体发光元件中，由于采用蓝宝石基板或SiC基板等作为基板，因此可从厚度方向的两表面侧取出紫外光。换句话讲，在该紫外半导体发光元件中，能够从基板的另一表面侧和与形成在P型接触层上的槽部对应的部位的表面侧取出紫外光。所以，在该紫外半导体发光元件中，作为整体，可取出更多的紫外光。但是，在实际使用紫外半导体发光元件的情况下，希望是只从厚度方向的一表面侧取出紫外光的结构。这是因为，紫外半导体发光元件由于内部量子效率低、注入的电力的大部分成为热，因而多用于倒装片安装。这里，是因为在采用上述专利文献I中公开的紫外半导体发光元件安装在组件等上时，从与形成在P型接触层上的槽部对应的部位的表面侧取出的紫外光被组件吸收，或者因组件与P电极之间的多重反射而衰减。本发明是鉴于上述事由而完成的，其目的在于提供一种可谋求提高从厚度方向的一表面侧的光取出效率的紫外半导体发光元件。用于解决课题的手段 本发明的紫外半导体发光元件的特征在于在η型氮化物半导体层3与P型氮化物半导体层5之间具有发光层4，而且至少具备与所述η型氮化物半导体层3接触的η电极6和与所述P型氮化物半导体层5接触的P电极7，在所述P型氮化物半导体层5上的与所述发光层4相反侧的表面上，避开所述P电极7的形成区域地形成有凹部8，在所述凹部8的内底面形成有反射从所述发光层4放射的紫外光的反射膜9。此外，本发明的紫外半导体发光元件的特征在于在η型氮化物半导体层与P型氮化物半导体层之间具有发光层，而且具有与所述η型氮化物半导体层接触的η电极和与所述P型氮化物半导体层接触的P电极，所述P型氮化物半导体层至少具备带隙比所述发光层小、与所述P电极的接触为欧姆接触的P型接触层，在所述P型氮化物半导体层上的与所述发光层相反侧的表面上，避开所述P电极的形成区域地形成有凹部，在所述凹部的内底面形成有反射从所述发光层放射的紫外光的反射膜。在该紫外半导体发光元件中，优选所述P型氮化物半导体层形成有多个所述凹部。在该紫外半导体发光元件中，优选所述P型氮化物半导体层从所述P电极侧依次具有所述P型接触层、带隙比所述P型接触层大的P型包覆层。在该紫外半导体发光元件中，优选将所述反射膜延伸设置到所述P电极上。发明效果在本发明的紫外半导体发光元件中，可谋求提高从厚度方向的一表面侧的光取出效率。
图I示出实施方式I的紫外半导体发光元件，(a)为概略俯视图，(b)为(a)的A_A’线概略剖视图。图2示出实施方式2的紫外半导体发光元件，(a)为概略俯视图，(b)为(a)的A_A’线概略剖视图，(C)为概略仰视图。图3示出实施方式3的紫外半导体发光元件，(a)为概略俯视图，(b)为(a)的A_A’线概略剖视图。
具体实施例方式(实施方式I)以下，参照图I对本实施方式的紫外半导体发光元件进行说明。本实施方式的紫外半导体发光元件为紫外发光二极管，在基板I的一表面侧经由缓冲层2形成有η型氮化物半导体层3，在η型氮化物半导体层3的表面侧形成有发光层4，在发光层4的表面侧形成有P型氮化物半导体层5。所以，紫外半导体发光元件具有η型氮化物半导体层3、P型氮化物半导体层5和发光层4。发光层4被配置在η型氮化物半导体层3与P型氮化物半导体层5之间。此外，P型氮化物半导体层5具有与发光层4接触的接触面。此外，P型氮化物半导体层5具有第I面和第2面。P型氮化物半导体层5的第2面被定义为与发光层4接触的面。从P型氮化物半导体层5来看，P型氮化物半导体层5的第I面位于P型氮化物半导体层5的第2面的相反侧。此外，η型氮化物半导 体层3、发光层4和ρ型氮化物半导体层5按此顺序排列。将η型氮化物半导体层3、发光层4和ρ型氮化物半导体层5的排列方向定义为紫外半导体发光兀件的厚度方向。此外，紫外半导体发光元件在基板I的上述一表面侧具有方形的台面结构，η电极(阴极电极)6和ρ电极(阳极电极)7在基板I的上述一表面侧横向地排列。也就是说，紫外半导体发光元件在η型氮化物半导体层3上的在发光层4侧露出的表面3a上形成有η电极6，在ρ型氮化物半导体层5的表面侧(ρ型氮化物半导体层5上的与发光层4相反的侧)形成有P电极7。换句话讲，ρ型氮化物半导体层5具有第I面和第2面。ρ型氮化物半导体层5的第2面被定义为与发光层4接触的面。ρ型氮化物半导体层5的第I面，从ρ型氮化物半导体层5来看，位于ρ型氮化物半导体层5的第2面的相反侧。在ρ型氮化物半导体层5的第I面上设有P电极7。台面结构以下述方式形成在利用MOVPE法等在基板I的上述一表面侧形成缓冲层2、η型氮化物半导体层3、发光层4和ρ型氮化物半导体层5的层叠膜后，以露出η型氮化物半导体层3的一部分的方式对上述层叠膜进行图形加工而形成。于是，在η型氮化物半导体层3上的形成η电极6的表面3a，通过将上述层叠膜的规定区域从ρ型氮化物半导体层5的表面侧刻蚀到η型氮化物半导体层3的中途而露出。所以，η型氮化物半导体层3具有第I面和第2面。η型氮化物半导体层3的第I面被定义为与发光层4对置的面。η型氮化物半导体层3的第2面，从η型氮化物半导体层3来看，位于η型氮化物半导体层3的第I面的相反侧。另外，发光层4以露出η型氮化物半导体层3的一部分的方式被配置在η型氮化物半导体层3的第I面上。如果更详细地说明，发光层4以露出η型氮化物半导体层3的第I面的一部分的方式配置在η型氮化物半导体层3的第I面上。再有，在图I (b)中，发光层4被直接配置在η型氮化物半导体层3的第I面上。但是，没有必要将发光层4直接配置在η型氮化物半导体层3的第I面上。也就是说，将发光层4配置在η型氮化物半导体层3的第I面上包括将发光层4直接或间接地配置在η型氮化物半导体层3的第I面上。此外，紫外半导体发光元件在ρ型氮化物半导体层5上的与发光层4相反侧的表面上避开P电极7的形成区域地形成有凹部8，在凹部8的内底面8a上形成有反射从发光层4放射的紫外光的反射膜9。也就是说，在ρ型氮化物半导体层5的第I面上形成有凹部8。凹部8在与紫外半导体发光元件的厚度方向正交的方向与P电极7错开。换句话讲，在ρ型氮化物半导体层5的第I面上形成有ρ电极7和凹部8。凹部8被形成在形成有P电极7的区域以外的区域上。作为上述基板1，采用上述一表面为(0001)面即c面的蓝宝石基板。基板I并不局限于蓝宝石基板，只要相对于从发光层4放射的紫外光为透明的单晶基板就可以，例如也可以是尖晶石基板、碳化 硅基板、氧化锌基板、氧化镁基板、硼化锆基板、III族氮化物系半导体晶体基板等。缓冲层2是为降低η型氮化物半导体层3的穿透位错、同时降低η型氮化物半导体层3的残留应力而设的，由AlN层构成。缓冲层2并不局限于AlN层，只要是作为构成元素含有Al的氮化物半导体层就可以，例如也可以由AlGaN层或AlInN层等构成。η型氮化物半导体层3用于向发光层4注入电子，膜厚或组成没有特别的限定，例如只要由形成在缓冲层2上的掺杂Si的η型Ala55Gaa45N层构成就可以。η型氮化物半导体层3不局限于单层结构，也可以是多层结构，例如也可以由缓冲层2上的掺杂Si的η型Ala7Gaa3N层和该η型Ala7Gaa3N层上的掺杂Si的η型Ala55Gaa45N层构成。发光层4具有量子阱结构，交替层叠有势垒层和势阱层。例如，发光层4只要由膜厚8nm的Ala55Gaa45N层构成势鱼层、由膜厚2nm的Ala4tlGaa6tlN层构成势讲层就可以。再有，势垒层及势阱层的各组成没有限定，例如只要根据250nm 300nm的波长区中的所希望的发光波长(发光峰波长)适宜设定就可以。此外，发光层4中的势阱层的数量没有特别的限定，发光层4并不局限于具有多个势阱层的多重量子阱结构，也可以采用将势阱层规定为一层的单一量子阱结构。此外，势垒层及势阱层的各膜厚也没有特别的限定。此外，也可以将发光层4形成为单层结构，通过该发光层4和该发光层4的厚度方向的两侧的层(η型氮化物半导体层3、ρ型氮化物半导体层5)形成双异质结构。ρ型氮化物半导体层5是用于向发光层4注入空穴的层，其膜厚或组成没有特别的限定，例如只要由形成在发光层4上的ρ型包覆层5a和形成在该ρ型包覆层5a上的ρ型接触层5b构成就可以。ρ型包覆层5a由第一 ρ型半导体层和第二 ρ型半导体层形成，该第一 P型半导体层由形成在发光层4上的掺杂Mg的ρ型AlGaN层构成，该第二 ρ型半导体层由形成在第一 P型半导体层上的掺杂Mg的P型AlGaN层构成。此外，P型接触层5b由掺杂Mg的ρ型GaN层构成。这里，第一 ρ型半导体层及第二 ρ型半导体层的各组成是以第一P型半导体层的带隙能大于第二P型半导体层的带隙能的方式设定的。此外，第二P型半导体层的组成是以该第二P型半导体层的带隙能与发光层中的势垒层的带隙相同的方式设定的。此外，P型氮化物半导体层5中，将第一 ρ型半导体层的膜厚设定为15nm，将第二P型半导体层的膜厚设定为50nm，将ρ型接触层5b的膜厚设定为15nm，但这些膜厚没有特别的规定。此外，P型氮化物半导体层5中采用的氮化物半导体也没有特别的规定，关于ρ型包覆层5a，例如也可以采用AlGaInN、InAlN。此外，关于ρ型接触层5b，不仅可采用GaN、AlGalnN，也可以采用 InGaN、InAIN。ρ型氮化物半导体层5只要至少具有P型接触层5b就可以，但ρ型氮化物半导体层5优选为从ρ电极7侧依次具有ρ型接触层5b、带隙比该ρ型接触层5b大的ρ型包覆层5a的层叠结构。通过如此的层叠结构，能够降低该P型氮化物半导体层5和ρ电极7的接触电阻，可得到优良的电接触(良好的欧姆接触)。此外，通过该层叠结构，可缓和P型氮化物半导体层5和发光层4的带隙及晶格常数的各自的差异。再有，ρ型氮化物半导体层5并不局限于上述层叠结构，也可以在P型包覆层5a与发光层4之间具备与ρ型包覆层5a不同的P型半导体层。此外，P型包覆层5a并不局限于2层结构，也可以是单层结构，也可以是2层结构以外的多层结构。η电极6与η型氮化物半导体层3电接触，只要接触电阻小，可进行欧姆接触，则对材料或膜厚、层叠结构等就没有特别的限定。再有，η电极6例如可以由膜厚20nm的Ti膜、膜厚IOOnm的Al膜、膜厚20nm的Ti膜和膜厚200nm的Au膜的层叠膜构成。此外，为了提高η电极6的面内方向的导电性，也可以在η电极6上设置第I凸缘电极(pad electrode)。再有，作为紫外半导体发光元件，基板I的外周形状为矩形状，在形成于基板I的上述一表面侧的整面上的η型氮化物半导体层3的4个角部中的I处，使η型氮化物半导体层3的上述表面3a露出，使η电极6的俯视形状形成矩形状。ρ电极7与ρ型氮化物半导体层5的ρ型包覆层5a电接触，只要接触电阻小，可进行欧姆接触，则对材料或膜厚、层叠结构等就没有特别的限定。再有，P电极7例如可以由膜厚20nm的Ni膜和膜厚IOOnm的Al膜的层叠膜构成。此外，为了提高ρ电极7的面内方向的导电性，也可以在P电极7上设置第2凸缘电极。通过设置第2凸缘电极，能够容易使P电极7中流动的电流在ρ电极7的面内均匀地扩散，能够提高P电极7中的电流密度
的面内均匀性，可谋求提高发光效率。在以上说明的本实施方式的紫外半导体发光元件中，在具备P型接触层5b的ρ型氮化物半导体层5上的与发光层4相反侧的表面，避开ρ电极7的形成区域地形成凹部8，在凹部8的内底面8a上形成有反射从发光层4放射的紫外光反射的反射膜9，因此能够降低从发光层4放射的紫外光中的在ρ型接触层5b处被吸收的光量，而且可谋求提高从该紫外半导体发光元件的厚度方向的一表面侧(这里从基板I的另一表面侧)的光取出效率。另外，本实施方式的紫外半导体发光元件在ρ型氮化物半导体层5形成有多个凹部8，分别在各凹部8的内底面8a形成有反射膜9。这里，紫外半导体发光元件中，将ρ电极7形成网状的形状，在ρ型氮化物半导体层5中在与ρ电极7的多个矩形状的开口部(网眼的部分)7b各自对应的区域形成有开口尺寸比开口部7b小的凹部8。该凹部8以矩形状开口。而且，在凹部8的内底面8a形成有平面尺寸比该内底面8a小的矩形状的反射膜9。在该紫外半导体发光元件中，通过形成多个凹部8，分别在各凹部8各自的内底面8a形成反射膜9，由此可以提高用于提高光取出效率的反射膜9的配置设计的自由度。关于图I所示出的紫外半导体发光元件，其俯视形状为正方形状，在I个对角线的一端侧配置有η电极6，在该对角线的另一端侧配置有在ρ电极7中未设开口部7b的矩形状的部位7a。于是，在本实施方式的紫外半导体发光元件中，通过如此的ρ电极7的形状及η电极6的配置，可提高在ρ型氮化物半导体层5中流动的电流的面内均匀性，结合反射膜9的反射紫外光的效果，可提闻光取出效率。在图I所示的例子中，与ρ型接触层5b的厚度尺寸相比加大地设定凹部8的深度尺寸，凹部8的内底面8a由ρ型包覆5a的露出表面构成。这里，凹部8利用光刻技术及刻蚀技术(例如干刻技术)而形成。凹部8的深度尺寸可以设定为下述范围从P型接触层5b的厚度成为IOnm的深度尺寸(P型接触层5b的厚度-IOnm)到发光层4上的ρ型氮化物半导体层5侧的表面露出的深度尺寸(P型氮化物半导体层5的厚度尺寸)。这里，优选反射膜9正下的ρ型接触层5b的厚度为IOnm以下(包含O),通过规定为10 μ m以下,可抑制P型接触层5b中的紫外光的吸收，提高光取出效率的效果增大。例如，在将发光层4的发光波长规定为280nm、由膜厚IOnm的ρ型GaN层构成ρ型接触层5b时,如果从ρ型包覆层5a入射到ρ型接触层5b的光透过P型接触层5b并被反射膜9反射回来，则只被ρ型接触层5b就吸收大约30%的紫外光。所以，如果反射膜9正下的ρ型接触层5b的厚度超过10nm，即使提高反射膜9的反射率，提高光取出效率的效果也减小。反过来讲，如果使反射膜9正下的ρ型接触层5b的厚度在IOnm以下，则能够抑制ρ型接触层5b中的反射膜9正下的部位的光吸收，提高光取出效率的效果增大。此外，从电接触性的观点出发，P型接触层5b越厚越好，因此作为光吸收及电接触性双方的容许界限，将反射膜9正下的ρ型接触层5b的厚度的上限规定为10nm。再有，也可以在反射膜9的正下完全不存在ρ型接触层5b，但如果ρ型接触层5b中的反射膜9正下的厚度为IOnm以下，则在对ρ型接触层5b的面积减小导致的接触电阻的增大进行抑制的同时还可得到反射膜9的反射效果。反射膜9优选相对于从发光层4放射的紫外光的反射率为60%以上,与小于60%时相比，可增大提高光取出效率的效果。换句话讲，如果反射率小于60%，则提高光取出效率的效果下降。 在发光层4的发光波长处于250nm 300nm的波长区时，反射膜9的材料优选从Al、Rh、Si、Mo或它们的合金的组中选择。通过将反射膜9的材料规定为选自该组中的材料，能够使反射膜9对从发光层4放射的紫外光的反射率大于60%,可抑制紫外光的吸收或透过。例如，从对265nm的紫外光的反射率来看，Al为92. 5%、Si为72. 2%、Rh为67. 9%、Mo为 66. 7%ο以下，对图I所示的紫外半导体发光元件的具体的制造方法进行说明。首先，将由蓝宝石基板形成的基板I导入MOVPE装置的反应炉内。接着，将反应炉内的压力保持在规定的生长压力(例如IOkPa ^ 76Torr),同时在将基板温度上升到规定温度(例如1250°C)后，通过进行规定时间(例如10分钟)的加热使基板I的上述一表面净化。然后，在将基板温度保持在与上述规定温度相同的生长温度(这里为1250°C)下的状态下，将铝的原料即三甲基铝(TMAl)的流量按标准状态设定在O. 05L/min (50SCCM)，且将氮的原料即氨(NH3)的流量按标准状态设定在O. 05L/min (50SCCM)，然后同时向反应炉内开始供给TMAl和NH3，使由单晶的AlN层构成的缓冲层2生长。再有，作为缓冲层2，并不局限于单晶的AlN层，也可以采用单晶的AlGaN层。作为η型氮化物半导体层3的生长条件，将生长温度规定为1200°C，将生长压力规定为上述规定的生长压力(这里为IOkPa),作为铝的原料采用TMA1，作为镓的原料采用三甲基镓(TMGa)，作为氮的原料采用NH3，作为赋予η型导电性的杂质即硅的原料采用四乙基硅烷(TESi)，作为输送各原料的载气采用H2气。这里，将TESi的流量按标准状态设定在O. 0009L/min (O. 9SCCM)。再有，各原料没有特别的限定，例如作为镓的原料也可以采用三乙基镓(TEGa)，作为氮的原料也可以采用肼的衍生物，作为硅的原料也可以采用甲硅烷(SiH4)0作为发光层4的生长条件，将生长温度规定为与η型氮化物半导体层3相同的1200°C，将生长压力规定为上述规定的生长压力(这里为IOkPa),作为铝的原料采用TMA1，作为镓的原料采用TMGa，作为氮的原料采用NH3。这里，关于发光层4的势垒层的生长条件，除了不供给TESi以外，与η型氮化物半导体层3的生长条件同样地设定。此外，关于发光层4的势阱层的生长条件，为了得到所希望的组成，与势垒层的生长条件相比较小地设定III族原料中的TMAl的摩尔比([TMAl]/{[TMA1] +[TMGa]})。再有，在本实施方式中，在势垒层中不掺杂杂质，但也不局限于此，也可以以势垒层的结晶品质不劣化的程度的杂质浓度掺杂硅等η型杂质。作为ρ型氮化物半导体层5中的ρ型包覆层5a的第一 ρ型半导体层及第二 P型半导体层的生长条件，将生长温度规定为1050°C，将生长压力规定为上述规定的生长压力(这里为IOkPa),作为铝的原料采用TMA1，作为镓的原料采用TMGa，作为氮的原料采用NH3,作为赋予P型导电性的杂质即镁的原料采用二茂镁(Cp2Mg),作为输送各原料的载气采用H2气。此外，ρ型氮化物半导体层3中的ρ型接触层5b的生长条件基本上与第二 ρ型半导体层的生长条件相同，不同点在于停止供给TMA1。这里，在第一 ρ型半导体层、第二 ρ型半导体层、P型接触层5b的所有的生长时都将Cp2Mg的流量按标准状态规定为O. 02L/min(20SCCM)，根据第一 ρ型半导体层、第二 ρ型半导体层、P型接触层5b各自的组成使III族原料中的摩尔比(流量比)适宜变化。
在按上述各生长条件在基板I的上述一表面侧上依次生长缓冲层2、n型氮化物半导体层3、发光层4和ρ型氮化物半导体层5的晶体生长工序结束后，从MOVPE装置的反应炉取出具有层叠了缓冲层2、η型氮化物半导体层3、发光层4和ρ型氮化物半导体层5的
层叠结构的基板I。然后，形成η电极6、ρ电极7、凹部8、反射膜9等。具体而言，首先，利用光刻技术，在缓冲层2、η型氮化物半导体层3、发光层4和ρ型氮化物半导体层5的层叠膜中，在与台面结构的上表面对应的区域上形成抗蚀层(以下称为第I抗蚀层)。接着，以该第I抗蚀层作为掩模，通过反应性离子刻蚀从P型氮化物半导体层5的表面侧到η型氮化物半导体层3的中途进行刻蚀，由此形成台面结构。再有，台面结构的面积及形状没有特别的限定。在形成上述台面结构后，将第I抗蚀层除去，然后利用光刻技术，形成ρ型氮化物半导体层5上的与形成凹部8的预定区域对应的部位被开口的抗蚀层(以下称为第2抗蚀层)。接着，以该第2抗蚀层作为掩模，通过反应性离子刻蚀从P型氮化物半导体层5的表面侧到规定深度进行刻蚀，由此形成凹部8。然后，在将第2抗蚀层除去后，通过采用BHF (缓冲氢氟酸)的湿刻将η型氮化物半导体层3及ρ型氮化物半导体层5的各自表面的自然氧化膜除去。再有，作为除去自然氧化膜所用的药液，并不特别限定于BHF，也可以采用可除去自然氧化膜的其它药液(酸类)。在将上述自然氧化膜除去后，利用光刻技术，形成以只露出基板I的上述一表面侧上的形成η电极6的预定区域(即η型氮化物半导体层3的表面3a的一部分)的方式进行了图形加工的第3抗蚀层。然后，采用电子束蒸镀法成膜η电极6，通过剥离(lift-off)将第3抗蚀层及该第3抗蚀层上的不需要的膜除去。然后，为了使η电极6与η型氮化物半导体层3的接触成为欧姆接触，在N2气气氛中进行RTA处理(急速热退火处理)。再有，η电极6为膜厚20nm的Ti膜、膜厚IOOnm的Al膜、膜厚20nm的Ti膜和膜厚200nm的Au膜的层叠膜，作为RTA处理的条件，例如可以将退火温度规定为900°C，将退火时间规定为I分钟。接着，利用光刻技术，形成以只露出基板I的上述一表面侧上的形成P电极7的预定区域(即P型氮化物半导体层5的表面的一部分)的方式进行了图形加工的第4抗蚀层。然后，采用电子束蒸镀法成膜P电极7，通过剥离将第4抗蚀层及该第4抗蚀层上的不需要的膜除去。然后，为了使P电极7与ρ型氮化物半导体层5的ρ型接触层5b的接触成为欧姆接触，在N2气气氛中进行RTA处理(急速热退火处理)。再有，ρ电极7为膜厚20nm的Ni膜和膜厚IOOnm的Al膜的层叠膜，作为RTA处理的条件，例如可以将退火温度规定为500°C，将退火时间规定为10分钟。接着，利用光刻技术，形成以只露出基板I的上述一表面侧上的形成反射膜9的预定区域(即P型氮化物半导体层5的凹部8的内底面8a的一部分)的方式进行了图形加工的第5抗蚀层。然后，采用电子束蒸镀法成膜反射膜9，通过剥离将第5抗蚀层及该第5抗蚀层上的不需要的膜除去，由此可得到图I的构成的紫外半导体发光元件。将反射膜9规定为膜厚IOOnm的Al膜。此外，在形成了反射膜9后，为了提高反射膜9与ρ型氮化物半导体层5的密合性，也可以在不使该反射膜9的反射特性降低的条件下进行热处理。在制造上述紫外半导体发光元件时，在以晶片水平进行了直到反射膜9的形成结·束为止的全部工序后，可通过切片工序分割成各个紫外半导体发光元件。此外，在上述实施方式中，例示了用MOVPE法制造紫外半导体发光元件的方法，但晶体生长方法并不限定于MOVPE法，例如也可以采用卤化物气相外延法(HVPE法)或分子束外延法(MBE法)等。此外，形成台面结构的工序和形成凹部8的工序的顺序也可以相反。此夕卜，关于形成η电极6的工序、形成ρ电极7的工序和形成反射膜9的工序的顺序，也可以根据各个工序的热处理温度的高低等适宜变更。此外，在能够使η电极6和ρ电极7的层叠结构及材料相同的情况下，也可以同时进行形成η电极6的工序和形成ρ电极7的工序。凹部8或η电极6、ρ电极7的配置或形状没有特别的限定，可根据电流路径或光取出面等的情况适宜设定。但是，在是利用了上述的氮化物半导体(III族氮化物半导体)的紫外半导体发光元件的情况下，因P型氮化物半导体层5中的空穴的有效质量大，而大致只在发光层4中的ρ电极7的投影区域发光。因此需要进行配置设计，以便增大ρ电极7的面积，且缩短P电极7与η电极6的电流路径，并且提高光取出效率。如上所述，紫外半导体发光元件具有η型氮化物半导体层3、ρ型氮化物半导体层
5、发光层4、η电极6和ρ电极7。发光层4被配置在η型氮化物半导体层3与ρ型氮化物半导体层5之间。η电极6与η型氮化物半导体层3接触。ρ电极7与ρ型氮化物半导体层5接触。ρ型氮化物半导体层5从ρ型氮化物半导体层5来看具有位于与发光层4相反侧的表面。P型氮化物半导体层5在其表面形成有凹部8。凹部8避开ρ电极7的形成区域地形成。更详细地讲，P型氮化物半导体层5具有P电极7的形成区域。于是，凹部8避开P电极7的形成区域地形成。换句话讲，凹部8位于与ρ电极7不同的区域。再换句话讲，紫外半导体发光元件具有厚度方向。η型氮化物半导体层3、发光层4和ρ型氮化物半导体层5沿着紫外半导体发光元件的厚度方向配置。凹部8在紫外半导体发光元件的厚度方向不与ρ电极7重复。凹部8在与紫外半导体发光元件的厚度方向相交的方向上与ρ电极7错开。另外，在凹部8的内底面，形成有反射从发光层4放射的紫外光的反射膜9。在此种情况下，可谋求提高从紫外半导体发光元件的厚度方向的一表面侧的光取出效率。
η型氮化物半导体层3具有与发光层4对置的第I面。η电极6以位于η型氮化物半导体层3的一部分上的方式与η型氮化物半导体层3接触。ρ电极7具有与ρ型氮化物半导体层5对置的第I面。ρ型氮化物半导体层5的第I面从ρ型氮化物半导体层5来看位于发光层4的相反侧。ρ型氮化物半导体层5在其第I面上形成有凹部8。在此种情况下，可谋求提高从紫外半导体发光元件的厚度方向的一表面侧的光取出效率。此外，ρ型氮化物半导体层5形成有多个凹部8。在此种情况下，也可谋求提高从紫外半导体发光元件的厚度方向的一表面侧的光取出效率。此外，ρ型氮化物半导体层5具有ρ型接触层5b。ρ型接触层5b具有比发光层4 小的带隙。P型接触层5b以与P电极7进行欧姆接触的方式构成。在此种情况下，能够降低ρ型氮化物半导体层5与ρ电极7的接触电阻，可得到优良的电接触。此外,ρ型氮化物半导体层5从ρ电极7侧依次具有ρ型接触层5b、带隙比ρ型接触层5b大的ρ型包覆层5a。在此种情况下，也可降低ρ型氮化物半导体层5与ρ电极7的接触电阻，可得到优良的电接触。再有，η型氮化物半导体层3与η电极6接触，意味着η型氮化物半导体层3与η电极6电接触。同样,ρ型氮化物半导体层5与ρ形电极接触,意味着P型氮化物半导体层5与ρ电极7电接触。另外,在实施方式中,η电极6直接与η型氮化物半导体层3接触。ρ电极7直接与ρ型氮化物半导体层5接触。但是，只要η电极6与η型氮化物半导体层3电连接就可以。此外，只要P电极7与ρ型氮化物半导体层5电连接就可以。(实施方式2)本实施方式的紫外半导体发光兀件的基本构成与实施方式I大致相同，相对于在实施方式I中设置台面结构，如图2所示，不同之处在于没有实施方式I中说明的基板1(参照图1)，在η型氮化物半导体层3中的与发光层4侧成相反侧的表面形成有η电极6等。也就是说，本实施方式的紫外半导体发光元件为所谓的纵型注入结构。再有，对于与实施方式I相同的构成要素附加相同的符号，并省略说明。在本实施方式的紫外半导体发光元件中，为了提高从η型氮化物半导体层3中的由与发光层4侧成相反侧的表面构成的一表面侧的光取出效率,不仅ρ电极7,而且η电极6也形成网状的形状，η电极6和ρ电极7的大部分在发光层4的厚度方向对置(重合)。所以，η电极6形成有与ρ电极7的多个开口部7b分别I对I地对应的多个开口部6b。此外，在本实施方式的紫外半导体发光元件中，在实施方式I中说明的对角线的一端侧配置有在η电极6中未设开口部6b的矩形状的部位6a。于是，在本实施方式的紫外半导体发光元件中，通过如此的P电极7、n电极6的形状及配置，可提高在ρ型氮化物半导体层5中流动的电流的面内均匀性，结合反射膜9的反射紫外光的效果，可谋求提高光取出效率。再有，关于η电极6，如果相对于从发光层4放射的紫外光是透明的电极，也可以形成在η型氮化物半导体层3中的与发光层4侧成相反侧的表面的整面上。在制造本实施方式的紫外半导体发光元件时，首先，与在实施方式I中说明的制造方法同样地，利用MOVPE法等晶体生长方法，在基板I (参照图I)的上述一表面侧依次形成缓冲层2、η型氮化物半导体层3、发光层4和ρ型氮化物半导体层5。然后，形成ρ电极
7、凹部8和反射膜9等。而且，利用激光光刻法等剥离基板I。接着，利用干刻技术将缓冲层2等除去，由此使η型氮化物半导体层3中的与发光层4侧成相反侧的表面露出。然后，形成η电极6。即使在以上说明的本实施方式的紫外半导体发光元件中，也与实施方式I同样地设有η型氮化物半导体层3、ρ型氮化物半导体层5、发光层4、ρ电极7和η电极6。发光层4被配置在η型氮化物半导体层3与ρ型氮化物半导体层5之间。η电极6与η型氮化物半导体层3接触。ρ电极7与ρ型氮化物半导体层5接触。而且，在具备ρ型接触层5b的ρ型氮化物半导体层5中的与发光层4成相反侧的表面，避开P电极7的形成区域地形成凹部8，在凹部8的内底面8a形成有反射从发光层4 放射的紫外光的反射膜9，因而能够降低从发光层4放射的紫外光中的在ρ型接触层5b处被吸收的光量，而且可谋求提高从该紫外半导体发光元件的厚度方向的一表面侧(这里，是从η型氮化物半导体层3中的与发光层4侧相反的表面侧)的光取出效率。此外，从η型氮化物半导体层3来看，η型氮化物半导体层3在与发光层4相反的侧具有第2面。在η型氮化物半导体层3的第2面具有η电极6。此外，从ρ型氮化物半导体层5来看，ρ型氮化物半导体层5在与发光层4相反的侧具有第I面。在P型氮化物半导体层5的第I面设有ρ电极7。此外，在本实施方式的紫外半导体发光元件中，除了紫外半导体发光元件整体的电阻减小以外，还能够增加发光层4的面积，谋求提高光取出效率。但是，在本实施方式的紫外半导体发光元件中，制造时也可以采用具有与η型氮化物半导体层3相同的导电形的导电性的单晶基板(例如η型的碳化硅基板等)作为基板1，也可以不将基板I除去，在基板I的上述另一表面侧形成η电极6。再有，本实施方式的紫外半导体发光兀件具有与实施方式I同样的构成。所以，可与实施方式I中公开的技术特征进行组合。(实施方式3)本实施方式的紫外半导体发光元件的基本构成与实施方式I大致相同，如图3所示，不同之处在于反射膜9延伸设置到ρ电极7上等。再有，对于与实施方式I相同的构成要素附加相同的符号，并省略说明。此外，在本实施方式中，不同之处在于将ρ电极7形成条纹状，而且相对于ρ型氮化物半导体层5将多个凹部8形成条纹状，所有的ρ电极7通过反射膜9而电连接。本实施方式的紫外半导体发光元件中的反射膜9以覆盖ρ型氮化物半导体层5上的凹部8的内底面8a及内侧面、ρ型氮化物半导体层5的表面上没有形成凹部8及反射膜9的区域、ρ电极7的表面的方式形成。于是，在本实施方式的紫外半导体发光元件中，能够通过反射膜9电连接全部的ρ电极7，而且能够使反射膜9具有作为保护各ρ电极7的保护层的功能。这里，在本实施方式中，将凹部8形成随着远离内底面8a而开口面积逐渐增大的锥状的形状，因而能够抑制反射膜9的断线。再有，凹部8的开口形状或配置也可以与实施方式I相同。本实施方式的紫外半导体发光元件的制造方法基本上与实施方式I相同，只有形成P电极7时的抗蚀层的图形不相同。该抗蚀层为只覆盖η型氮化物半导体层3的表面3a及η电极6的图形。再有，在实施方式2的紫外半导体发光元件的结构中，与本实施方式同样，也可以将反射膜9延伸设置到ρ电极7上。此外，在作为ρ电极7的构成要素具有包含与反射膜9相同的材料的构成要素的情况下，也可以同时形成该构成要素和反射膜9。再有，也可以在η型氮化物半导体层3的表面3a上的没有形成η电极6的部位及η电极6上设置反射紫外光的反射膜。再有，本实施方式的紫外半导体发光元件具有与实施方式I相同的构成。所以，可与实施方式I中公开的技术特征进行组合。此外，本实施方式中公开的技术特征也可与实施方式2中公开的技术特征进行组符号说明I一基板，3— η型氮化物半导体层，4一发光层，5— ρ型氮化物半导体层，5a— ρ型包覆层，5b — ρ型接触层，6— η电极，7— ρ电极，8 —凹部，8a—内底面，9一反射膜。
权利要求
1.一种紫外半导体发光元件，其特征在于在η型氮化物半导体层与P型氮化物半导体层之间具有发光层，而且具有与所述η型氮化物半导体层接触的η电极和与所述P型氮化物半导体层接触的P电极，在所述P型氮化物半导体层中的与所述发光层相反侧的表面上，避开所述P电极的形成区域地形成有凹部，在所述凹部的内底面形成有反射从所述发光层放射的紫外光的反射膜。
2.根据权利要求I所述的紫外半导体发光元件，其特征在于所述P型氮化物半导体层形成有多个所述凹部。
3.根据权利要求I或2所述的紫外半导体发光元件，其特征在于所述P型氮化物半导体层至少具备带隙比所述发光层小、且与所述P电极的接触为欧姆接触的P型接触层。
4.根据权利要求3所述的紫外半导体发光元件，其特征在于所述P型氮化物半导体层从所述P电极侧依次具有所述P型接触层、带隙比所述P型接触层大的P型包覆层。
5.根据权利要求I 4中任一项所述的紫外半导体发光元件，其特征在于所述反射膜被延伸设置到所述P电极上。
6.根据权利要求I 5中任一项所述的紫外半导体发光兀件,其特征在于 所述P型氮化物半导体层(5)具有与所述发光层(4)对置的表面； 从所述P型氮化物半导体层(5)中的与所述发光层(4)对置的表面到所述凹部(8)的内底面为止的距离为IOnm以下。
全文摘要
本发明提供一种紫外半导体发光元件，其在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间具有发光层，而且具有与n型氮化物半导体层接触的n电极和与p型氮化物半导体层接触的p电极，p型氮化物半导体层具备带隙比发光层小、与p电极的接触为欧姆接触的p型接触层。在p型氮化物半导体层中的与发光层相反侧的表面上，避开p电极的形成区域地形成有凹部，在凹部的内底面形成有反射从发光层放射的紫外光的反射膜。
文档编号H01L33/32GK102947955SQ20118002976
公开日2013年2月27日 申请日期2011年6月17日 优先权日2010年6月21日
发明者野口宪路, 椿健治, 高野隆好 申请人:松下电器产业株式会社