专利名称：半导体元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成有一对正负电极构成发光元件或感光元件的半导体元件，特别涉及一种由AlxInyGa1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y＜11)构成的发光元件。
背景技术：
如今在我们的生活中，信号灯、车站或机场的航班来往显示板、设置在大楼外墙上的大型显示器、还有携带电话的背光光源等，可以说没有见不到发光元件之处。如此，层叠有半导体的发光元件或应用发光元件的感光元件渐渐成为不可或缺的物品，因此有不断提高上述元件特性的需求。
其中，蓝色发光元件比起其他3原色中的红、绿开发较晚，因此提高特性或因应各种目的的蓝色发光元件的呼声最强。
作为该蓝色发光元件，最常使用的是包含镓的氮化物半导体元件(以下称为GaN系半导体元件)。作为该GaN系半导体元件的构造，基本上是在蓝宝石基板上依次层叠由GaN构成的缓冲层、由掺杂Si的GaN组成的n侧接触层、包含单一量子井户构造或是多重量子井户构造的InGaN层的活性层、掺杂镁的A1GaN构成的p侧覆盖层、以及掺杂镁的GaN构成的p侧接触层，并且在蚀刻p侧接触层的一部分而露出的n侧接触层的表面上形成有由钛/铝组成的n电极，在p侧接触层的残余表面形成由镍/金组成的p电极，在20mA的情况下，当发光波长为450nm、5mW，外部量子效率为9.1％时有非常优良的特性。
图12是表示现有技术的GaN系半导体元件的一例的立体图，图13是从其上面观看的俯视图。在具有上述构造的GaN系半导体元件中，在基板301上依次层叠有包含n侧接触层或n侧覆盖层等的n导电型半导体层302、活性层303、以及p侧覆盖层或p侧接触层等的p导电型半导体层304，p电极306是在p侧接触层表面层叠镍/金而构成。此p电极306几乎形成在接触层的整个表面。n电极307是以可获得与n导电型半导体层302电性连接的方式设置。
GaN系半导体只要不掺p型的杂质就显示n型。为了实现具有pn接合的GaN系半导体元件必须为显示p型的GaN系半导体。
例如，在形成掺杂Mg的GaN的膜后，进一步通过使用回火或电子线照射等手法，可获得p型GaN。然而，正像周知的那样，不应用特别的手法就不容易成为p型，GaN系半导体难以成为p型，也就是说，显示p型的GaN系半导体与显示n型的GaN系半导体相比电阻率有变高的倾向。当显示该p型的GaN系半导体层为高电阻时，在发光元件中流动的电流即使在p型半导体层中也难以变广，在因载子的再结合而导致的发光中产生偏移，以致发光在面内不均匀。其对策是在p侧接触层整个面形成p电极，在p型半导体层整个面使电流均匀流动，使发光不均的现象消失。
另外，镍/金是200埃具有透光性，且与显示p型的GaN系半导体元件显示良好的电阻性接触，因此以使用p电极材料为佳。
然而，由于金具有吸收短于550nm短波长的光的性质，故使用金作为p电极材料时，在p电极下部会吸收所发出的光，使元件内部发光的光无法有效放出至外部。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光利用效率高，且具有高可靠性的半导体元件。
本发明是具有如下的构成。
(1)本发明之一的半导体元件，在基板上至少依次层叠第1导电型的半导体层和由与第1导电型相异的第2导电型构成的半导体层，在第2导电型半导体层表面形成有电极，其特征在于，在上述第2导电型半导体层表面分别形成至少含有银的第1电极以及不含银的第2电极。
(2)本发明之二的半导体元件，是本发明之一所述半导体元件，其中第1电极是具有由银、银-镍合金、银-钯合金、银-铑合金或是银-白金合金构成的层。
(3)本发明之三的半导体元件，是本发明之一或之二所述半导体元件，其中第2电极是在第2导电型半导体层表面上以包围第1电极周围的方式形成。
(4)本发明之四的半导体元件，是本发明之1至3项中任一所述半导体元件，其中第1电极与第2导电型半导体层的接触部的势垒是小于第2电极与第2导电型半导体层的接触部的势垒。
(5)本发明之五的半导体元件，是本发明之1至3项中任一所述半导体元件，其中第1电极与第2导电型半导体层的接触部的电阻性(ohmic性)优于第2电极与第2导电型半导体层的接触部的电阻性。
(6)本发明之六的半导体元件，是本发明之1至5项中任一所述半导体元件，其中第1电极是含有铑、钯、镍及白金中至少一种。
(7)本发明之七的半导体元件，是本发明之1至6项中任一所述半导体元件，其中第2电极是设定在与第1电极同电位、或是比第1电极高的电位。
(8)本发明之八的半导体元件，是本发明之7所述半导体元件，其中第2电极是在第2导电型半导体层表面上与第1电极部分接触。
(9)本发明之九的半导体元件，是本发明之8所述半导体元件，其中外部引出用衬垫电极以与第1电极及第2电极两方接触的方式形成。
(10)本发明之十的半导体元件，是本发明之1至9项中任一所述半导体元件，其中第2导电型半导体表面具有在形成第1电极的区域与形成第2电极的区域之间未形成电极的电极非形成区域。
(11)本发明之十一的半导体元件，是本发明之10所述半导体元件，其中电极非形成区域与第1电极及第2电极的最短距离设定为0.5μm以上。
(12)本发明之十二的半导体元件，是本发明之1至11项中任一所述半导体元件，其中第1电极在第1电极外围的内侧处，具有露出第2导电型半导体层的开口部。
(13)本发明之十三的半导体元件，是本发明之1至12项中任一所述半导体元件，其中半导体元件为发光元件，在第2导电型半导体层表面的发光区域中，第1电极周缘部的发光强度比周缘部以外的发光区域。
(14)本发明之十四的半导体元件，是本发明之12或13所述半导体元件，其中在第1电极，将露出第2导电型半导体层的多个开口部的总面积Sa与未露出第2导电型半导体层的非开口部面积Sb的合计值设为S，将各开口部的内周长总和设为L，则L/S≥0.024μm/μm2成立。
(15)本发明之十五的半导体元件，是本发明之14所述半导体元件，其中各开口部是具有大致相同形状或大致相同面积。
(16)本发明之十六的半导体元件，是本发明之1至15项中任一所述半导体元件，其中半导体层是以至少包含镓的氮化物半导体形成。
(17)本发明之十七的半导体元件，是本发明之1至16项中任一所述半导体元件，其中通过第2导电型半导体层的部分蚀刻露出第1导电型半导体层，在第1导电型半导体层的露出表面形成第3电极。
(18)本发明之十八的半导体元件，是本发明之1至17项中任一所述半导体元件，其中第1导电型半导体层n型半导体层，第2导电型半导体层为p型半导体层。
依据本发明，通过使用银作为电极材料，与现有技术使用金相比，不会吸收比约550nm短波长的光，使光利用效率提高。
另外，由于银的电阻率低，具有良好的导电性，故即使电极的膜厚薄，也可防止电极电阻的增加。因此，增加电极膜厚的设计自由度，例如通过形成厚的电极，以提高电极的光反射性，或通过形成薄的电极，以提高电极的光透过率。
另外，众所周知，银是容易引起电性迁移的材料，当在p电极材料以及n电极材料中的任一方对使用银的半导体元件通电时，一方电极中存在的银会通过元件侧面朝向另一方电极移动，因而会造成因为银的析出而导致短路的问题。
因此，通过在一方的电极形成面形成含有银的第1电极，并设置不含银的第2电极，即使产生银的电性迁移，也可防止因第2电极的存在引起的短路，可获得可靠性高的半导体元件。
另外，通过使第1电极在第1电极外围的内侧处具有露出第2导电型半导体层的开口部，可获得降低Vf(顺方向驱动电压)的元件。
图1是本发明一实施例的半导体元件立体图。
图2是从上面观看本发明一实施例的半导体元件俯视图。
图3是从上面观看本发明另一实施例的半导体元件俯视图。
图4是从上面观看本发明另一实施例的半导体元件俯视图。
图5是从上面观看本发明另一实施例的半导体元件俯视图。
图6是从上面观看本发明另一实施例的半导体元件俯视图。
图7是从上面观看本发明另一实施例的半导体元件俯视图。
图8A是表示本发明其他实施例的俯视图，图8B是其剖视图。
图9A、图9B分别表示本发明其他实施例的俯视图。
图10表示开口率相同，而使开口部5的内周长变化时的功率变换效率的曲线。
图11A是电极端面角度θ为90°时的局部剖视图、图11B是电极端面角度θ未满90°时的局部剖视图。
图12是现有技术的半导体元件立体图(比较例)。
图13是从上面观看现有技术的半导体元件的俯视图(比较例)。
具体实施例方式
继而，详细说明本发明的实施方式。
在本发明中，形成在第2导电型半导体层上的第1电极至少包含银即可，使用银的单层、或依次层叠有银与其他金属的层、或层叠有银与其他金属且经回火处理合金化的层。作为经合金化的层，可以采用例如在银(Ag)中添加1至30％的镍(Ni)、钯(Pd)、铑(Rh)或白金(Pt)的合金等。Ni、Pd以容易获得与p型GaN等的GaN系半导体的电阻性接触为佳，以使用Ni最理想。
另外，作为用于第1电极的金属，除了Ag、Ni、Pd以外，还有Co、Fe、Ti、Cu、Rh、Au、Ru、W、Mo、Ta、Pt等，但是以不包含光的吸收多的材料为佳。
关于电极膜厚，当第1电极的膜厚较厚时，元件内部所产生的光以第1电极反射，可有效率地使光返回到半导体层层叠侧，使元件侧面的光放出效率提高。反之，当第1电极的膜厚较薄时，第1电极会具有透光性，当是发光元件时在元件内部产生的光可有效率放出至外部，当是感光元件时可使来自外部的光有效入射至元件内部。
银的电阻率为1.59×10-6(Ωcm)与其他金属相比较低，即使第1电极的膜厚形成较薄，第1电极的电阻也不会急剧升高，即使形成较薄处理也容易。
下述表(1)是表示在变更第1电极的材料时，半导体发光元件的Vf(顺方向驱动电压)、光输出及其相对值。此外，各测定值为测定10个元件的平均值。
(表1)
从上述结果可以看出，当以银形成第1电极时，可较Cu或Pd下降Vf，光输出也比Ni/Au明显增加。
在第2导电型半导体层上，形成不具有银的第2电极。第2电极的材料是使用难以产生电性迁移的金属，可使用单层、或是层叠有多层金属的层、或层叠有多层金属且通过回火合金化的层。第2电极虽然也可包含金等光吸收多的材料，但通过不包含上述材料，在第2导电型半导层的表面整个面可实现光吸收少的半导体元件。
关于电极膜厚，与第1电极相同，当第2电极形成较厚时，在半导体层层叠侧更可有效使光返回，使来自元件侧面的光放出效率提高。反之，当第2电极的膜厚较薄时，第1电极会具有透光性，当是发光元件时在元件内部产生的光可有效率放出至外部，当是感光元件时可使来自外部的光有效入射至元件内部。
另外，在本发明中，第2电极在第2导电型半导体层表面以包围第1电极的方式形成为佳。通过形成如此的第2电极，在元件通电时，可阻止因电性迁移引起的银原子的移动。也就是说，第1电极所包含的银原子从第1电极通过原子的侧面，朝向第1导电型半导体层或基板所形成的另一方电极(例如后述的第3电极)移动时，因第2电极的存在使银原子的移动停止，可防止因银的再析出等导致的元件短路或绝缘电阻降低。
另外，在本发明中，第1电极与第2导电型半导体层的接触部分的势垒比第2电极与第2导电型半导体层的接触部的势垒小为佳。因此，在使半导体元件通电时，比从第2电极容易使电流从第1电极流到第2导电型半导体层，例如发光元件，因第1电极注入的载子引起的发光变强，使光利用效率提高。反之，当第2电极与第2导电型的半导体层的接触部分的势垒小时，用以防止电性迁移的第2电极电流较容易流动，以致光利用效率降低。
另外，在本发明中，第1电极与第2导电型半导体层的接触部分的电阻性比第2电极与第2导电型半导体层的接触部分的电阻性佳较为理想。因此，使半导体元件通电时，从第1电极比从第2电极更容易使电流流至第2导电型半导体层，例如发光元件，因第1电极注入的载子引起的发光变强，使光利用效率提高。反之，当第2电极与第2导电型的半导体层的接触部分的势垒小时，用以防止电性迁移的第2电极电流较容易流动，以致光利用效率降低。
在本发明中，第1电极最好含有铑(Rh)、钯(Pd)、镍(Ni)或白金(Pt)的合金中至少一种。因此，第1电极在热中稳定，光吸收变少，容易获得与GaN系半导体的电阻性接触。
本发明中，第2电极与第1电极同电位，或设定为比第1电极高的电位为佳。因此，在第1电极与第2电极之间没有电位差，或形成从第2电极往第1电极下降的电位梯度。结果，可抑制第1电极所包含的银原子的移动，可防止电性迁移的产生。
另外，在本发明中，第2电极在第2导电型半导体层表面上，与第1电极部分接触为佳。通过以第2电极的一部分与第1电极接触的方式形成，可使第1电极与第2电极容易设为同电位，可抑制电性迁移的产生。作为第2电极的一部分与第1电极接触的形式，只要第2电极与第1电极导通即可，例如可以是几nm左右宽度的第2电极棒状地延伸到第1电极与第1电极相接而形成，或者，也可以是第1电极棒状地延伸到第1电极与第2电极相接而形成，还可以是第1电极及第2电极之外的另一导电性材料与第1电极及第2电极两方相接而形成。这种导通部的面积越小则光的取出面越大。若将这样使第1电极及第2电极导通的部分称为导通部，则该导通部的面积越小越好。理想的是，所形成的导通部具有比第1电极与第2电极之间的非电极形成区域的最短距离更短的宽度。
另外，第2电极与第1电极的导通部是在第1电极上覆盖第2电极而形成也可，第2电极覆盖在第1电极上形成也可。
另外，作为第2电极的一部分与第1电极接触的其他形式，也可以不特意地形成如上述的导通部，而在具有银的第1电极与第2电极之间施加电压，通过产生银的电性迁移，使第1电极与第2电极之间短路而导通，结果，两方的电极成为相同电位。即使因电性迁移引起导通部分断线，由于接着在其他的场所会引起电性迁移，因此可维持持续的导通，而实质上使第1电极与第2电极成为同电位。
另外，本发明中，外部引出用衬垫电极以接触第1电极以及第2电极两方的方式形成为佳。在第2导电型的半导体表面上形成焊垫等的衬垫电极时，焊垫也可与第1电极或第2电极任一方相接形成，仅形成在第1电极上也可，仅形成在第2电极上也可，或是从第1或第2电极延伸形成，在离开第1以及第2电极的位置上焊接焊线也可。较理想的是，形成在第1电极以及第2电极的一部分上，也可设置在第1及第2电极上，通过形成在其一部分上，可使第1电极与第2电极容易设为同电位。
此外，由于焊线衬垫为用以安装焊线等的电极，因此在安装时，为了以不损伤半导体元件的方式形成，必须形成一定程度的膜厚，比较第1电极及第2电极，其膜厚较厚。在此，发光元件从第2导电型半导体层取出光时，从焊线衬垫部无法使光放出至外部，因此在第1电极与第2电极形成焊线衬垫时，必须尽可能形成较小的焊线衬垫。
本发明的半导体元件也可在第2导电型半导体层以及第1导电型半导体层的露出部、以及层叠有半导体层的元件侧面连续形成SiO2、SiN等具有电性绝缘性的膜。通过形成具有该绝缘性的膜，可获得保护元件的可靠性高的半导体元件。尤其是具有该绝缘性的膜以设计在第2导电型半导体层表面的非电极形成部为佳，因此，可抑制第1电极的银的电性迁移的产生。
另外，以保护元件为目的，也可在含有银的第1电极及第2电极上形成SiO2、SiN等电性绝缘性膜。此时，通过元件的温度上升，产生银的氧化物时，因为第1电极的光反射特性有降低的倾向，故形成未包含氧的材料例如以SiN形成电性绝缘性膜为佳。
另外，在形成焊线衬垫等衬垫电极时，由于通过在焊线衬垫与第2导电型半导体层之间设置具有绝缘性的膜，可缩小第1电极及第2电极与非电极形成部的段差，形成在其上的焊线衬垫成为平坦面且容易安装，故较为理想。
在本发明中，第2导电型的半导体层表面在形成第1电极的区域与形成第2电极的区域间，以具有未形成电极的非电极形成区域为佳。该非电极形成区域与第1电极和第2电极的最短距离以成为0.5μm以上的方式设置为佳。
第1电极虽为至少具有银的材料，但是银具有容易反射长340nm以上的长波长光的性质。例如在340nm以上具有发光峰值的发光元件时，反射在第1电极下部发光的光，以致来自于第2导电型半导体层侧外侧的光无法有效率的放出于外部。因此，通过在第1电极与第2电极之间设置非电极形成区域，使光可有效率地放出至外部。如此，当设置非电极形成区域时，所发光的光即使未形成第1电极与发光元件的电极，在一方的表面(安装底座等、其安装面)之间反复反射，最后其光大多从非电极形成区域出去外部。另外，通过设置非电极形成区域，对于第2电极使用的金属材料的选择没有限制，对于已发光的光而言，及使用容易吸收的材料，也可获得光的取出效率佳的发光元件。
另外，本发明中，第1电极以在比第1电极外围内侧之处，具有使具有第2导电型半导体层露出的开口部。通过设置这种开口部，例如在340nm以上具有发光峰值的发光元件的情况下，在第1电极下部发光的光虽然在第1电极形成部反射，但是在开口部将光放出至外部。另外，所发光的光即使未形成第1电极与发光元件的电极，在一方的表面(安装底座等、其安装面)之间反覆反射的光，最后大多从开口部射出至外部，使光的取出效率提高。
在本发明中，半导体元件为发光元件，在第2导电型半导体层表面的发光领域中，在第1电极周缘部的发光强度已高于周缘部以外的发光区域为佳。在此，第1电极的周缘部相当于第1电极的轮廓，形成开口部时其开口部的轮廓也完全包含于周缘部。在包含这种开口部轮廓的第1电极周缘部显示强发光。这是因为在第1电极周缘部局部产生高电场，在电极周缘部流动强电流的缘故。因此，该开口部的开口率相对于第1电极设定为固定时，第1电极周缘部的距离加长则显示强发光的部分变多，另外，Vf有下降的倾向较佳，具体而言，在形成第1电极后，多个设置圆形开口部时，若缩小圆的直径，形成多数成为开口部的圆的个数，则Vf下降。
另外，本发明中，在第1电极中，合计露出第2导电型半导体层的多个开口部总面积Sa与未露出第2导电型半导体层的非开口部面积Sb的值设为S，各开口部的内周长总和设为L，以L/S≥0.024μm/μm2成立为佳。因此，第2导电型半导体层的表面的发光区域中，提高光的取出效率，可获得显示低Vf的半导体元件。
另外，本发明中，各开口部以具有略相同形状或略相同面积为佳。因此，开口部的形成变为容易，面内发光分布变为均匀，光的取出效率提高。
图10是表示开口率相同，也就是说，开口部5的总面积相同，使开口部5的内周长变化时的功率变换效率的曲线。通过使开口部5的总面积相同，第1电极1与具有p型导电性的半导体层104的接触面积也相同，因此推测Vf及量子效率相同。然而，通过变化内周长，功率变化效率是如图10的图的变化。
通过该图表，可知即使开口率相同，通过使开口部的内周长变化，更可设为高输出。因此，在本发明中，通过设定为满足L/S≥0.024μm/μm2的范围，可获得高输出的发光元件。当L/S小于0.024μm/μm2时，因为设置开口部5的效果变少而不佳。另外，虽上限无特定，但是实质上大于1μm/μm2时，开口部5的大小变得过小，变为不实用。
如上所述，开口部5的内周长比开口部5的总面积更能左右具有p型导电性的半导体层104侧的输出效率的原因是，在电极与半导体层104的边界中，可观测到特别强的发光的缘故，因其边界增多，也就是说，内周长变长，可更有效放出光。为了增加其边界，不仅是开口部，通过使第1电极1的最外周部不为直线，而是沿半导体层104的端部设置折曲的连续线的方式，可增加第1电极1与半导体层104的边界，更可提高输出。
如上述的多个开口部，通过设为大致相同的形状，容易形成效率佳的多个开口部。再者，面内分布也容易均匀，可获得无斑点的发光。在形状方面，可使用方形、圆形、三角形等种种形状。开口部以方形为佳，通过以与相邻的开口部保留固定距离间隔均匀分散的方式多个形成，可容易获得均匀的发光。另外，通过以各开口部的面积约相同的方式形成，可依据开口部的形成位置选择较佳的形状。
包含开口部轮廓的第1电极周缘部的剖面形状，是电极端面为垂直的矩形剖面形状，电极上端以朝上倾斜的方向形状为佳，因此电极周缘部的发光强度变高，全体提高光的取出效率。
图11A是电极端面角度θ为90°时的局部剖视图、图11B是电极端面角度θ未满90°时的局部剖视图。电极端面相对于半导体层表面为垂直时，从电极端面放射的光偏向比元件上方的侧方。另外，电极端面相对于半导体层表面为倾斜时，从电极周缘部放射的光多分布在元件上方。结果，电极周缘部的发光强度变高，可提高全体光的取出效率。
电极端面角度θ相对于半导体层表面以30°≤θ＜90°为佳。当角度θ未满30°时，因电极倾斜部分的电阻变高，边缘部分的发光强度变低，因此角度θ以30°以上为佳。
本发明的半导体元件尤在包含镓的氮化物半导体中显示明显的功效。包含镓的氮化物半导体(GaN系半导体)意味著由AlxInyGa1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y＜1)构成的半导体，包含镓的氮化物半导体包含于构成半导体元件的一部分中。也就是说，AlxInyGa1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y＜1)的其他氮化物半导体层即使包含硼或磷，也包含于此。尤其是GaN系半导体不掺入杂质(无掺杂)时，导电型显示n型，通过掺杂成为Mg等的p型杂质显示p型。然而，p型GaN系半导体难以低电阻化，与n型GaN系半导体相比电阻率高。因此，在GaN系半导体流动的电流在p型半导体层中难以扩大，所以在p侧接触层整个面形成p电极，在p型半导体层整个面使电流均匀流动。因而，本发明是在半导体层表面设置具有银的第1电极与不具银的第2电极的各种电极上具有种种特徵的构成，尤其在GaN系半导体显示明显功效。
在此，形成第1电极以及第2电极的第2导电型半导体层以包含具有p型导电性的镓的氮化物半导体(GaN系半导体)为佳，更以掺杂Mg的AlmGa1-mN(0≤m＜1)为佳，最理想的是掺杂Mg的GaN。掺杂Mg的AlmGa1-mN(0≤m＜1)是GaN系半导体中可形成较佳结晶性者，掺杂Mg的AlmGa1-mN(0≤m＜1)表面为平滑面，第1电极以及第2电极又称为衬垫电极，即使在如本发明的复杂电极构造中可靠性也佳，尤其是当m＝0时，掺杂Mg的GaN即使在具有p型导电性的GaN系半导体中，由于可容易形成低电阻，故可容易谋求与电极的电阻性接触。
另外，在本发明中，通过第2导电型的半导体层部分蚀刻露出第1导电型的半导体层，以在第1导电型半导体层的露出表面形成第3电极为佳。
本发明的半导体元件具有两个主面，以第2导电型半导体层表面为第1主面，以基板侧为第2主面时，在第1主面上形成第1电极以及第2电极，在具有第2主面上形成第3电极也可。使用SiC基板等具有导电性的基板时，可在基板形成第1导电型电极。然而，本发明的半导体元件的第1导电型半导体层表面所形成的电极(以下称为第3电极)，也可形成在蚀刻第2导电型半导体层的一部分而露出的第1导电型半导体层表面。例如，包含镓的氮化物半导体(GaN系半导体)以在蓝宝石基板等绝缘性基板上使GaN系半导体成长为佳。在这种绝缘性基板上依次层叠第1导电型半导体层与第2导电型半导体层的半导体元件，是难以从蓝宝石基板侧取出电极，形成在第1导电型半导体层的第3电极必须蚀刻第2导电型半导体层表面的一部分，使第1导电型半导体层的表面露出而形成，无法从背面取出另一侧的电极。这种无法从背面取出另一侧电极的方式形成的半导体元件，尤其是使用包含银的第1电极时，银从第1电极朝向第3电极，容易引起电性迁移，此时通过本发明的构成，可明显发挥本发明的功效。在此，第3电极是以可与第1导电型半导体层获得良好的电阻接触的材料为佳。
本发明的半导体元件是将第1导电型半导体层设为n型半导体层，将第2导电型半导体层设为p型半导体层为佳。如上所述，虽然GaN系半导体不掺入杂质(无掺杂)时，导电型显示n型，通过掺杂Mg等成为p型的杂质显示p型，然而掺杂Mg仅能使GaN系半导体成长，无法获得显示良好p型的GaN系半导体，在基板上层叠掺杂n型半导体层与Mg的半导体层之后，例如600℃进行回火，使Mg电性活性化。可获得低电阻的p型GaN系半导体。这是考虑的原因之一，p型的GaN系半导体层所包含的氢可通过回火除去，也是引起低电阻化的原因之一。如此，在通过回火低电阻化时，低电阻化层设置在离基板最远侧，由于可有效除去氢，因此将第1导电型半导体层设为n型，将第2导电型半导体层设为p型可以说是最好的形态。
本发明虽是就层叠有GaN系半导体的半导体发光元件进行说明，惟若满足上述条件的半导体元件，则并不限于发光元件者，或不限于GaN系半导体者。
另外，本发明中，第1导电型半导体层是具有一层以上的第1导电型半导体层者，第2导电型半导体层是具有一层以上的第2导电型半导体层者。
以下，说明本发明的具体构成例。
本实施例是在蓝宝石等基板101上具有层叠n型导电性的氮化物半导体层102(n型导电型半导体层)、活性层103、p型导电性氮化物半导体层104(p型导电型半导体层)的构造。如图1(立体图)以及图2(从上方观看的俯视图)所示，该半导体元件在特定的区域上除去p型导电性氮化物半导体层104、活性层103以及n型导电性的氮化物半导体层102的一部分，在n型导电性的氮化物半导体层102上露出用以形成电极的表面。
如取该半导体元件的p型导电性氮化物半导体层104表面的外形，在于所露出的n型导电型的氮化物半导体层102表面整个面涂敷抗蚀剂，利用溅镀法在整个面形成含有银的第1电极1，再通过除去抗蚀剂形成第1电极1。继而，沿著所形成的第1电极1的外形，以从第1电极1外侧沿著p型导电性氮化物半导体层104表面的外形，在p型导电性氮化物半导体层104外形的内侧形成第2电极的方式，涂敷抗蚀剂，在整个面形成不含银的第2电极2，再除去抗蚀剂以形成第2电极2。
继而，利用光阻涂敷以及溅镀，在n型导电性氮化物半导体层102的露出面形成由W/Al/W/Pt/Au构成的n侧电极3(n导电型侧的电极)。
该发光元件在第1电极1与第2电极2连接正极，在n侧电极3连接负极，施加电压使的发光时，相对于后述比较例1所示的发光元件，观测出光取出效率可提高150％。
本比较例是在蓝宝石等基板301上具有层叠n型导电性的氮化物半导体层302(n型导电型半导体层)、活性层303、p型导电性氮化物半导体层304(p型导电型半导体层)的构造。如图12所示，该半导体元件在特定的区域上除去p型导电性氮化物半导体层304、活性层303以及n型导电性的氮化物半导体层302的一部分，在n型导电性的氮化物半导体层302上露出用以形成电极的表面。
继而，通过光阻涂敷以及溅镀法在该氮化物半导体元件的p型导电性氮化物半导体层304表面约整个面形成由Ni/Au构成的p侧电极306(第2导电型侧电极)，在n型导电性氮化物半导体层302的露出面形成由Ti/Al构成的n侧电极307(n导电型侧的电极)。
将该发光元件在p侧电极306设为正极，在n侧电极307连接负极，施加电压使的发光，此时光的取出效率设为基准值100％。
本实施例在蓝宝石等基板101上具有层叠n型导电性的氮化物半导体层102(n型导电型半导体层)、活性层103、p型导电性氮化物半导体层104(p型导电型半导体层)的构造。如图3所示，该半导体元件在特定的区域上除去p型导电性氮化物半导体层104、活性层103以及n型导电性的氮化物半导体层102的一部分，在n型导电性的氮化物半导体层102上露出用以形成电极的表面。
继而，在第2电极形成部以外的p型导电性氮化物半导体层104表面以及n型导电性氮化物半导体层102表面整个面涂敷抗蚀剂，通过溅镀法形成第2电极2，在通过除去抗蚀剂形成第2电极2。此时第2电极2在取p型导电性的氮化物半导体层104的表面外形的形状下，一部分宽度0.3μm、长度0.8μm朝向p形导电性氮化物半导体层表面的内部延伸的状态下，而后设置与所形成的第1电极的导通部2a。
然后，在比第2电极2内部的p型导电性氮化物半导体层104表面设置第1电极1。首先，在第1电极形成部以外的p型导电性氮化物半导体层104表面以及n型导电性氮化物半导体层102表面整个面涂敷抗蚀剂，利用溅镀法形成由银构成的第1电极1，在通过除去抗蚀剂形成第1电极1。此时，第1电极1是以一部分(例如宽0.3μm、长度0.3μm)覆盖在第2电极2的导通部2a(宽0.3μm、长度0.8μm)前端的方式形成。
之后，通过光阻涂敷以及溅镀法在n型导电性氮化物半导体层102露出面形成由W/Al/W/Pt/Au构成的n侧电极3(n导电型侧的电极)。
将该发光元件在第1电极1与第2电极2设为正极，在n侧电极3连接负极，施加电压使之发光时，光的取出效率大致与实施例1相等，大致上不会观测到发光斑点。
在实施例1的发光元件中，如图4所示，在第1电极1与第2电极2之间，第1电极以一部分宽度0.3μm、长度0.8μm朝向p型导电性氮化物半导体层表面的外部延伸的状态设置第2电极的导通部1a。此时，第1电极1的导通部1a以前端一部分(例如宽度为0.3μm、长度0.3μm)覆盖在第2电极2上部的方式形成。将该发光元件连接在第1电极1与第2电极2为正极，连接在n侧电极3为负极，施加电极，使其发光时，光取出效率与实施例1约相同，再者大致观测不到发光斑点。
在实施例1的发光元件中，如图5所示，从发光元件的层叠方向观看，在与n侧电极3相同的对角线上的相对角部形成以金构成的p侧衬垫电极4。使该p侧衬垫电极4横跨第1电极1与第2电极2的一部分而形成。也就是说，p侧衬垫电极4是分别部分连接在具有p形导电性的氮化半导体层与第1电极及第2电极。将此发光元件连接于第1电极1与第2电极2为正极，连接在n侧电极3为负极，施加电极，使其发光时，光取出效率比实施例1低，可获得光取出效率高于比较例1的发光元件。
在实施例1的发光元件中，如图6所示，在含有银的第1电极1内部以露出具有p型导电性的半导体层的方式予以蚀刻，以开口部面积相对于第1电极1开口率成为50％的方式多个设置直径20μm的圆形开口部5。施加电极，使其发光时，具有与实施例1相等的光取出效率，并且与实施例1相比可获得Vf小的发光元件。
在实施例1的发光元件中，如图7所示，在含有银的第1电极1内部以露出具有p型导电性的半导体层的方式予以蚀刻，以开口部面积相对于第1电极1开口率成为50％的方式多个设置直径10μm的圆形开口部5。施加电极，使其发光时，具有与实施例1相等的光取出效率，并且比实施例5更可获得Vf小的发光元件。如此，在设置开口部5时，通过缩小开口部的面积，并多个设置其开口部5，可观测所谓Vf下降的功效。
在实施例1的发光元件中，如图8A至8B所示，在具有p型导电性的半导体层104上形成含有银的第1电极1以及以包围第1电极1外侧的方式不含银的第2电极2。第1电极1是以SiO2或SiN等绝缘保护膜予以覆盖。
以金构成的p侧衬垫电极4，从发光元件的层叠方向观看，在与n侧电极3相同的对角线上形成在相对的角部。在第1电极1上，几乎在整个面形成150个一边为5μm的近似四方形的开口部5。
如此获得的发光元件是所露出的开口部5的内周长总和L成为3000μm，在第1电极1最外周部上包围的露出面积S为46000μm2，上述的比L/S为0.065。另外，所露出的开口部5的总面积与露出面积S的比、也就是开口率为6.25％，Vf为3.4V，发光输出为11.5mW、电流值20mA，功率变换效率约为16.9％。如此，通过在第1电极1形成多个开口部5，使发光输出增加。
在实施例7的发光元件中，在第1电极1上几乎在整个面形成600个一边2.5μm的近似四方形的开口部5。
如此所获得的发光元件是所露出的开口部5的内周长总和L成为6000μm，在第1电极1最外周部上包围的露出面积S为46000μm2，上述的比L/S为0.13。另外，所露出的开口部5的总面积与露出面积S的比、也就是开口率为6.25％，Vf为3.4V，发光输出为12mW、电流值为20mA，功率变换效率约为17.4％。如此，通过在第1电极1形成多个开口部5，使发光输出增加。
在实施例1的发光元件中，如图9A至9B所示，在具有p型导电性的半导体层104上形成含有银的第1电极1以及以包围第1电极1外侧的方式不含银的第2电极2。
以金构成的p侧衬垫电极4从发光元件的层叠方向观看，在与n侧电极3相同的对角线上形成在相对的角部。第1电极1是如图9A或图9B所示，形成条带状。通过采用这种条带状电极构造，从p侧衬垫电极4供给半导体层104的电流在面内均一化，使发光效率提高。
第1电极1的条带状间隙为了形成露出半导体层104的开口部5，可特别增加电极边缘长，结果，提高光取出效率。此时，将与露出半导体层104的多个条带状间隙相对应的开口部5的总面积Sa与未露出半导体层104的电极部分面积Sb的合计值设为S，将开口部5内周长总和设为L，使L/S≥0.024μm/μm2成立。
如此获得的发光元件是Vf为3.5V，发光输出为10mW、电流值为20mA，功率变换效率约为14.3％。
如上所说明，在本发明中，在基板上至少依次层叠第1导电型半导体层和由与第1导电型相异的第2导电型组成的半导体层，在第1导电型半导体层表面以及第2导电型半导体层表面形成电极的半导体元件中，在第2导电型半导体层表面以完全包围至少具有银的第1电极与第1电极周围的方式，形成不具有银的第2电极。通过这种构成，可获得光取出效率佳，且不引起短路具有高可靠性的元件。
另外，第1电极在第1电极外围内侧之处，具有露出第2导电型半导体层的开口部，可获得Vf降低的元件。
权利要求
1.一种半导体元件，在基板上至少依次层叠有第1导电型的半导体层和由与第1导电型相异的第2导电型构成的半导体层，在第2导电型半导体层表面形成有电极，其特征在于在所述第2导电型半导体层表面上，分别形成有至少含有银的第1电极和不含银的第2电极。
2.如权利要求1所述半导体元件，其特征在于第1电极具有由银、银-镍合金、银-钯合金、银-铑合金或银-白金合金构成的层。
3.如权利要求1或2所述半导体元件，其特征在于第2电极在第2导电型半导体层的表面上以包围第1电极周围的方式形成。
4.如权利要求1～3中任一项所述半导体元件，其特征在于第1电极与第2导电型半导体层的接触部的势垒，小于第2电极与第2导电型半导体层的接触部的势垒。
5.如权利要求1～3中任一项所述半导体元件，其特征在于第1电极与第2导电型半导体层的接触部的电阻性优于第2电极与第2导电型半导体层的接触部的电阻性。
6.如权利要求1～5中任一项所述半导体元件，其特征在于第1电极含有铑、钯、镍及白金中的至少一种。
7.如权利要求1～6中任一项所述半导体元件，其特征在于第2电极设定为与第1电极等电位，或高于第1电极的电位。
8.如权利要求7所述半导体元件，其特征在于第2电极在第2导电型半导体层表面上与第1电极部分接触。
9.如权利要求8所述半导体元件，其特征在于外部引出用衬垫电极以与第1电极及第2电极两者接触的方式形成。
10.如权利要求1～9中任一项所述半导体元件，其特征在于第2导电型半导体层表面，具有在形成第1电极的区域与形成第2电极的区域之间未形成电极的电极非形成区域。
11.如权利要求10所述半导体元件，其特征在于电极非形成区域，与第1电极及第2电极之间的最短距离设置为0.5μm以上。
12.如权利要求1～11中任一项所述半导体元件，其特征在于第1电极在第1电极外围的内侧处，具有露出第2导电型半导体层的开口部。
13.如权利要求1～12中任一项所述半导体元件，其特征在于半导体元件为发光元件，在第2导电型半导体层表面的发光区域中，在第1电极周缘部的发光强度高于周缘部以外的发光区域。
14.如权利要求12或13所述半导体元件，其特征在于在第1电极中，将第2导电型半导体层露出的多个开口部的总面积Sa与第2导电型半导体层未露出的非开口部面积Sb的合计值设为S，将各开口部的内周长总和设为L，则L/S≥0.024μm/μm2成立。
15.如权利要求14所述半导体元件，其特征在于各开口部具有大致相同形状或大致相同面积。
16.如权利要求1～15中任一项所述半导体元件，其特征在于半导体层由至少包含镓的氮化物半导体形成。
17.如权利要求1～16中任一项所述半导体元件，其特征在于通过第2导电型半导体层的部分蚀刻，露出第1导电型半导体层，在第1导电型半导体层的露出的表面上形成第3电极。
18.如权利要求1～17中任一项所述半导体元件，其特征在于第1导电型半导体层为n型半导体层，第2导电型半导体层为p型半导体层。
全文摘要
一种半导体元件，在基板上至少层叠具有n型导电性的GaN系半导体与具有p型导电性的GaN系半导体，并在具有n型导电性的GaN系半导体层表面以及具有p型导电性的GaN系半导体层表面上形成电极，其中，在具有p型导电性的GaN系半导体层表面，形成至少含有银的第1电极，和包围第1电极周围且不含银的第2电极。并且，第1电极在比第1电极外围内侧之处，具有使具有p型导电性的GaN系半导体层露出的开口部。从而可以实现光利用效率，并具有高可靠性的半导体元件。
文档编号H01L33/38GK1479948SQ02803274
公开日2004年3月3日 申请日期2002年7月12日 优先权日2001年7月12日
发明者山田元量, 园部真也, 佐野雅彦, 也, 彦 申请人:日亚化学工业株式会社