专利名称：半导体发光元件的制作方法
技术领域：
在此描述的实施例总体涉及半导体发光元件。
背景技术：
近年来，包括GaN类半导体的蓝色和/或绿色的发光二极管(LED)的研究开发在进展。在FU(Face Up，面朝上)型的LED中，一般使用ITOandium Tin Oxide 氧化铟锡) 等氧化物透明导电体作为P型GaN层上的透明导电体。为了降低LED的驱动电压，ITO与ρ型GaN层间的接触电阻的减小不可或缺。但是，现状是，ITO与P型GaN层之间的肖特基势垒高度高为3. &V，使接触电阻减小是困难的。以下技术被提出通过使用在ITO中添加了氮的ITON(Indium TinOxynitride 氧氮化铟锡)来降低肖特基势垒高度，形成欧姆接触。此外，提出有在P型GaN层上层叠氧化物透明导电体和氧氮化物透明导电体的技术。
发明内容
本发明提供在透明导电体中使用了 ITON层的低驱动电压、高发光效率且发光强度分布均勻化了的半导体发光元件。半导体发光元件具有基板，在基板上形成的η型半导体层，在η型半导体层上形成的有源层，在有源层上形成的、最上部是ρ型GaN层的ρ型半导体层，在P型GaN层上形成的ITON(氧氮化铟锡)层，在ITON层上形成的ΙΤ0(氧化铟锡)层，在ITO层上的一部分形成的第1金属电极，以及与η型半导体层连接而形成的第2 金属电极。
图1是第1实施方式的半导体发光元件的示意剖面图。图2是表示第1实施方式的半导体发光元件的反射率的ITON层膜厚依赖性的图。图3是在图2的模拟中使用的元件结构的示意剖面图。图4是表示第1实施方式的ITON层的最适合膜厚的ITO层膜厚依赖性的图。图5是表示第2实施方式的电极的图案的俯视图。
具体实施例方式根据实施方式，提供在透明导电体中使用了 ITON层的低驱动电压、高发光效率且发光强度分布均勻化了的半导体发光元件。半导体发光元件具有基板，在基板上形成的η型半导体层，在η型半导体层上形成的有源层，在有源层上形成的、最上部是P型GaN层的 P型半导体层，在P型GaN层上形成的ITON(氧氮化铟锡)层，在ITON层上形成的ITO (氧化铟锡)层，在ITO层上的一部分形成的第1金属电极，以及与η型半导体层连接而形成的第2金属电极。以下，使用
实施方式。在以下的附图的记载中，对于相同或类似的部分赋予相同或类似的符号。(第1实施方式)本实施方式的半导体发光元件，具有基板、在基板上形成的η型半导体层、在η型半导体层上形成的有源层、在有源层上形成的最上部是P型GaN层的P型半导体层、在P型 GaN层上形成的ITON(氧氮化铟锡)层、在ITON层上形成的ITO (氧化铟锡)层、在ITO层上的一部分形成的第1金属电极以及与η型半导体层连接而形成的第2金属电极。本实施方式的半导体发光元件，通过使ρ型GaN层上的透明导电体成为ITON层与 ITO层的层叠结构，使P型GaN层与透明导电体的界面电阻减小，并且也使透明导电体的薄层电阻减小。因此，可以实现低驱动电压、高发光效率且发光强度分布被均勻化了的半导体发光元件。图1是第1实施方式的半导体发光元件的示意剖面图。图1(a)示出了整体的结构，图1(b)示出了有源层的结构。本实施方式的半导体发光元件是FU型的发光二极管。如图1(a)所示，在本实施方式的半导体发光元件中，在例如包括蓝宝石的基板10 的主面形成缓冲层11，在该缓冲层11上，形成η型GaN层21和η型GaN引导层22。η型 GaN层21以及η型GaN引导层22包含于η型半导体层20中。并且，在η型GaN引导层22之上，形成成为发光部的有源层40，在该有源层40上， 按顺序形成P型GaN第1引导层51、作为电子溢流防止层的P型AWaN层52、ρ型GaN第2 引导层53以及ρ型GaN接触层Μ。ρ型GaN第1引导层51、ρ型AKkiN层52、ρ型GaN第 2引导层53以及ρ型GaN接触层M包含于ρ型半导体层50中。进而，在ρ型半导体层50的最上部的ρ型GaN层上，按顺序形成ΙΤ0Ν(氧氮化铟锡)层60和ITO(氧化铟锡)层70。并且，在ITO(氧化铟锡)层70上的一部分形成ρ型电极80作为第1金属电极。ρ型电极80是例如钯-钼-金(Pd/Pt/Au)的复合膜。此外，作为η型半导体层20的η型GaN层21的一部分以及与该一部分对应的有源层40、ρ型半导体层50、ΙΤ0Ν (氧氮化铟锡)层60和ITO (氧化铟锡)层70被除去，形成 η型电极90作为第2金属电极。即，η型电极90与η型半导体层20连接。η型电极90是例如镍-金(Ni/Au)的复合膜。作为发光部的有源层40，例如如图1(b)所示，是以势垒层41、中间层42、量子阱层 43、中间层44以及势垒层45的层叠结构为一周期的结构。该层叠结构例如多次重复。也可以不设置中间层42、44，而是势垒层4K45)与量子阱层43的层叠重复结构。势垒层41 由 InAlGaN( —般地，表示为 Μ/Ιγ^ι^ΜΟ < χ < 1,0 < y < 1))) 形成，例如由厚度12. 5nm的Inaci2Ala33GEia65N形成。中间层42由InGaN( 一般地，表示为 InxGa1^xN(O <χ<1))形成，例如由厚度0. 5nm的 Intl.C12G^198N形成。量子阱层43 由 InGaN( — 般地，表示为InxGai_xN(0 < χ < 1))形成，例如由厚度2. 5nm的15G￡tQ.85N形成。中间层 44 由 InGaN(—般地，表示为 InxGa1^xN(O < χ < 1))形成，例如由厚度 0. 5nm 的 In0.02Ga0.98N 形成。势垒层 45 由 InAlGaN(—般地，表示为 InxAlyGa1^yN(O < χ < 1,0 < y < 1))形成，例如由厚度 11. 5nm 的 In0.02Al0.33Ga0.65N 形成。本实施方式的半导体发光元件，直至ρ型半导体层50为止使用公知的制造方法制造。并且，在P型半导体层50的最上部的P型GaN层M的形成后，例如通过在氮气氛围中的反应性溅射法形成ITON层60。接着，通过氧气氛围中的反应性溅射法形成ITO层70。此后，用公知的方法，形成ρ型电极80以及η型电极90，形成图1所示的半导体发光元件。图1所示的半导体发光元件，通过在ρ型电极80与η型电极90间施加电压而使电流在元件内流动，由有源层40进行发光。而且，关于ITON层60的形成，也可以代替氮气氛围中的反应性溅射法，而通过暂时在氧气氛围中利用反应性溅射法沉积ITO之后，通过在氨气(NH3)氛围中进行退火而将 ITO氮化来形成。在此情况下，只要在退火之后形成ITO层70即可。根据本发明人的研究，判明了 若仅由一层的ITON层形成ρ型GaN层讨与？型电极80之间的透明导电体，则在ITON层内、在水平方向(图1中从左侧朝向右侧的方向)上流动的电流分量会减少，结果，电流仅集中在P型电极80附近。因此，会产生发光将偏向于 P型电极正下方附近的问题。这起因于ITON的体积电阻率与ITO相比高2个数量级。根据本实施方式的半导体发光元件，利用ITON层60使ρ型GaN层M与透明导电体的接触电阻减小。由此，使半导体发光元件的驱动电压(Vf)降低，实现低驱动电压化以及高发光效率化。并且，通过层叠ITO层70，使透明导电体的薄层电阻减小，使电流在透明导电体内、在水平的方向上流动的电流分量的比例增加。由此，实现发光部中的均勻的发光，实现发光强度分布的均勻化。在此，在例如半导体发光元件是蓝色发光二极管的情况下，为了维持高的发光效率，P型GaN层M与P型电极80之间的透明导电体，需要使从有源层40发出的波长450nm 的蓝色的光透射。ITON的价电子带上端，由氮的非键合状态构成。随着ITON的氮含有量增加，价电子带上端的能级上升，ITON的带隙变窄。因此，为了不吸收蓝色光，期望ITON的吸收端能量大于等于2. SeV0在吸收端能量成为2. 8eV的ITON的氮浓度下，ρ型GaN层M与ITON层60的肖特基势垒高度约为2. OeV0 因此，在本实施方式中，期望ρ型GaN层M与ITON层60的肖特基势垒高度大于等于2. OeV0附带说明，由于ρ型GaN与ITO的肖特基势垒高度为3. &V，所以ρ型6鄉层M与 ITON层60的肖特基势垒高度必然成为小于等于3. 2eV0此外，期望对于波长450nm的蓝色光，ITON层60的折射率大于等于2. 11小于等于2. ；34。ρ型GaN的折射率约为2. 48。ITO的折射率为1. 8 2. 2。由有源层40发出的光，在ρ型GaN层M与ITON层60的界面以及ITON层60与 ITO层70的界面这2个界面上部分反射。为了使半导体发光元件的发光效率提高，需要降低在这2个界面上反射而未射出到外部的光。若将ρ型GaN层M的折射率设为npeaN，将ITON层60的折射率设为nITON，则光垂直地入射到ρ型GaN层M与ITON层60的界面时的界面的垂直反射率R1由下式表示R1 = (npGaN-nIT0N) 7 (npGaN+nIT0N)2 · · ·(式 1)在此，由于ρ型GaN层M与ITON层60的消光系数之差相对于折射率差相当小，所以忽略。同样，若将ITO层70的折射率设为nITQ，则ITON层60与ITO层70的界面的反射率&由下式表示R2 = (nIT0N-nIT0)2/ (nIT0N+nIT0)2···(式 2) 因此，为了使队以及&最小化，使因由2个界面反射而损失的光最少化，期望nITON 是的几何平均，即nITON =VnpGaNnIT。…(式3)如上所述，ρ型GaN对于波长450nm的蓝色光的折射率npeaN约为2. 48，ITO的折射率11 。为1.8 2.2。因此，期望ITON层的折射率nITON大于等于2. 11小于等于2. 34。通过将氮浓度设定为适合的值，可以使ITON层的折射率成为期望的值。此外，期望ITO层70的膜厚大于等于130nm小于等于170nm。这是因为，若比130nm 薄，则有可能由于薄层电阻过大而使发光过于偏向于ρ型电极80附近。此外，是由于，若超过170nm，则有可能不能忽略ITO层70的光的吸收量。此外，在ITO层70的膜厚大于等于130nm小于等于170nm的情况下，期望ITON层 60与ITO层70的总膜厚大于等于MOnm小于等于310nm。图2是表示本实施方式的半导体发光元件的反射率的ITON层膜厚依赖性的图。表示通过模拟产生的结果。图3是在图2的模拟中使用的元件结构的示意剖面图。在ITO的折射率分别为1.8、1.9、2.0、2. 1、2. 2的情况下，计算出了反射率的ITON膜厚依赖性。如图3所示，将元件结构设定为ρ型GaN层、ITON层、ITO层、SiO2层(折射率n = 1.45)、树脂层(折射率n = 1.4)的层叠结构。将光的波长设定为450nm。此外，将ITO层的膜厚设定为150nm。此外，将ITON层的折射率设定为ρ型GaN层与ITO层的折射率的几何平均。如图2所示，可判明在ITON膜厚为0 300nm的范围内，在所有折射率的情况下， 反射率成为低谷的膜厚都存在A、B、C这3个位置。在此，在膜厚处于A位置的情况下，由于膜厚过薄而在光学上是非活性的可能性高，此外，制造上膜厚的控制困难，所以不优选。并且，在膜厚处于C位置的情况下，由于膜厚变厚、ITON层的光的吸收增大，所以不优选。因此，期望ITON层的膜厚设定为B位置的膜厚。而且，即使使SW2层的膜厚在IOOnm 500nm的范围内变化，图2所示的结果也不会有大的变化。图4是表示ITON层的最适合膜厚的ITO层膜厚依赖性的图。是描绘使ITO层的膜厚在130nm 170nm的范围内变化的情况下的B位置的ITON层的膜厚的图。在ITO的折射率分别为1. 8,1. 9,2. 0,2. 1,2. 2的情况下进行了计算。如从图4可以看出的，在所有折射率的情况下，ITON层的相对于ITO层的最适合厚度，都处于斜率基本为1的直线上。因此，在反射率成为最低的条件下，ITO层的膜厚(图中tITQ)与ITON层的膜厚(图中tITQN)的总和基本固定。此外，即使ITO的折射率变化，该固定值也收敛于大于等于MOnm小于等于310nm的范围。因此，从控制反射率、实现高的发光效率的观点来看，期望ITO层的膜厚大于等于 130nm小于等于170nm，ITON层与ITO层的总膜厚大于等于MOnm小于等于310nm。而且， 在此虽然基于波长为450nm的情况下的模拟结果进行了说明，但是只要波长处于大于等于420nm小于等于480nm的范围，就由于伴随着波长变化的折射率的变化小，所以ITON层与 ITO层的总膜厚的期望范围为同样的范围。此外，期望ITON层60内的氮浓度从与ρ型GaN 54的界面朝向与ITO层70的界面降低。这是因为，由于ITON层60内的氮浓度高的一方其ρ型GaN层M与ITON层60之间的肖特基势垒下降，另一方面，如果ITON层60内的氮浓度降低则折射率降低，所以通过在与ITO层70的界面以氮浓度成为0的方式控制浓度分布，可以使与ITO层70的界面处的光的反射率成为0。(第2实施方式)本实施方式的半导体发光元件，除了 P型电极与η型电极的图形不同之外，其余与第1实施方式相同。因此，关于与第1实施方式重复的内容，省略记载。图5是表示第2实施方式的电极的图形的俯视图。图5(a)是第1实施方式的电极图形，图5(b)是本实施方式的电极图形。如图5(b)所示，在ρ型电极80以及η型电极90的各个中设置细线部80a以及 90a。这样，通过设置细线部80a、90a，可以使ρ型电极80与η型电极90间的电流向有源层 40的流动进一步均勻化，使发光强度分布进一步均勻化。因此，与第1实施方式的半导体发光元件相比，可实现发光效率更高且发光强度分布均勻化了的半导体发光元件。虽然对几个实施例进行了说明，但这些实施例仅是作为例子而呈现的，而并非要限定本发明的范围。在此描述的半导体发光元件能够以其他的各种方式进行实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够在此处描述的装置和方法的方式中进行各种省略、置换、变形。这些方式或变形包含于发明的范围和主旨内，并且包含于所附权利要求及其均等的范围内。
权利要求
1.一种元件，其特征在于，具有 基板；在前述基板上形成的η型半导体层；在前述η型半导体层上形成的有源层；在前述有源层上形成的、最上部是P型GaN层的ρ型半导体层；在前述P型GaN层上形成的ITON(氧氮化铟锡)层；在前述ITON层上形成的ITO (氧化铟锡)层；在前述ITO层上的一部分形成的第1金属电极；以及与前述η型半导体层连接而形成的第2金属电极。
2.根据权利要求1所述的元件，其特征在于前述ρ型GaN层与前述ITON层的肖特基势垒高度大于等于2. OeV小于等于3. 2eV0
3.根据权利要求1所述的元件，其特征在于前述ITON层的折射率大于等于2. 11小于等于2. 34。
4.根据权利要求3所述的元件，其特征在于前述ITO层的膜厚大于等于130nm小于等于170nm ；前述ITON层与前述ITO层的总膜厚大于等于240nm小于等于310nm。
5.根据权利要求1所述的元件，其特征在于前述ITON层内的氮浓度，从与前述ρ型GaN层的界面朝向与前述ITO层的界面降低。
6.根据权利要求1所述的元件，其特征在于 前述基板是蓝宝石基板。
7.根据权利要求1所述的元件，其特征在于 前述η型半导体层具有η型GaN层。
8.根据权利要求1所述的元件，其特征在于前述有源层是InMGaN的势垒层与InGaN的量子阱层的层叠结构。
全文摘要
根据实施方式，提供在透明导电体中使用了ITON层的低驱动电压、高发光效率且发光强度分布均匀化了的半导体发光元件。半导体发光元件具有基板，在基板上形成的n型半导体层，在n型半导体层上形成的有源层，在有源层上形成的、最上部是p型GaN层的p型半导体层，在p型GaN层上形成的ITON(氧氮化铟锡)层，在ITON层上形成的ITO(氧化铟锡)层，在ITO层上的一部分形成的第1金属电极，以及与n型半导体层连接而形成的第2金属电极。
文档编号H01L33/00GK102194955SQ20101027529
公开日2011年9月21日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年3月8日
发明者伊藤俊秀, 布上真也, 橘浩一 申请人:株式会社东芝