专利名称：半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光元件及其制造方法。
背景技术：
现有技术中，作为半导体发光元件，公知半导体激光器和发光二 极管等(例如，参照下述专利文献1)。 一般而言，半导体发光元件具 有省电力且高亮度的特征，例如用作液晶显示装置的光源。
专利文献1:日本特开2003-243773号公报。
图IO表示现有的半导体发光元件的一个例子。在图示的半导体发 光元件X中，在基板101上，层叠有n-GaN层102、活性层103、和 p-GaN层104。 n-GaN层102和p-GaN层104被绝缘层107覆盖。绝 缘层107例如由SiO2构成，形成有2个开口 107a。该开口 107a使n-GaN 层102和p-GaN层104部分露出。n-GaN层102和p-GaN层104上， 经开口 107a分别连接有配线108。配线108由与n-GaN层102或p-GaN 层104相接的Ni层108a和在Ni层108上形成的Au层108b构成。
上述半导体发光元件X中，存在以下所述的问题。即，在半导体 发光元件X的制造工序中，开口 107a的形成是通过对于覆盖n-GaN 层102和p-GaN层104的绝缘层实施蚀刻而进行的。此时，n-GaN层 102和p-GaN层104会受到蚀刻导致的损伤。因此，该各层与配线108 的界面上的电阻会增大，半导体发光元件X的驱动电压会异常升高。
作为用于解决上述问题的方法之一，可以考虑例如在各开口 107a 内形成Au构成的中继电极(图示省略)，之后形成配线108。该情况 下，期望通过该中继电极使n-GaN层102或p-GaN层104与配线108 之间的导通状态良好。
但是，另一方面，也会产生别的问题。即，在较高气氛温度下进 行配线108的形成的情况下，Au有可能从上述中继电极向绝缘层107 扩散。结果，绝缘层107的至少一部分具有导电性，存在漏电电流增大的问题。
发明内容
本发明是基于上述情况而得出的。因此，本发明的课题在于，提
供一种能够防止驱动电压增大且抑制漏电电流的半导体发光元件。
本发明的第一方面提供的半导体发光元件，具备n型半导体层和 p型半导体层；由上述n型半导体层和上述p型半导体层包夹的活性层；
与上述n型半导体层相接的n侧电极；与上述p型半导体层相接的p 侧电极；覆盖上述n型半导体层和上述p型半导体层、且使上述n侧 电极和上述p侧电极的各一部分露出的绝缘层。上述n侧电极由以下 部分构成由Al构成且与上述n型半导体层相接的第一层；和在该第 一层上形成、且由Ni、 W、 Zr和Pt中的任意一种构成的第二层。上述 p侧电极由以下部分构成由Au构成且与上述p型半导体层相接的第 一层；和在该第一层上形成、且由Ni、 W、 Zr和Pt中的任意一种构成 的第二层。
根据这样的结构，能够享受到以下技术效果。即，在形成上述n 侧电极和上述p侧电极后，对于上述绝缘层实施蚀刻的情况下，各电 极中仅有上述第二层被蚀刻。另一方面，由于该第二层由Ni、 W、 Zr 或Pt构成，所以不会因蚀刻而使其表面被过分地破坏。因此，能够减 小各电极和与其导通的部件的界面上的电阻，能够以较低的电压驱动 半导体发光元件。另外，在各电极上，能够用第二层覆盖第一层的整 个上表面。该情况下，在各电极上，能够使与上述绝缘层相接的部分 几乎为第二层(例如，只要使第一层的厚度适当变薄即可)。形成上述 第二层的Ni、 W、 Zr或Pt，与Au不同，难以相对于上述绝缘层扩散。 从而，能够防止上述绝缘层异常地导体化，能够抑制上述半导体发光 元件的漏电电流。
优选本发明的半导体发光元件还具备与上述n侧电极(或p侧电 极)相接的配线。该配线包括第一层和在该第一层上形成的第二层， 配线的该第一层与上述n侧电极(或p侧电极)的上述第二层相接， 并且由与上述n侧电极(或p侧电极)相同的材质构成。另外，上述 配线的第二层由Au构成。根据这样的结构，上述n侧电极或p侧电极与上述配线在由相互相同的材质构成的部分上接合。由此，与不同种 类金属之间接合的情况相比，能够使上述各电极与上述配线之间的界 面上的电阻进一步减小。
根据本发明的第二方面，提供一种具备n型半导体层、p型半导体 层、由该n型半导体层和p型半导体层包夹的活性层的半导体发光元 件的制造方法。该制造方法包括以下各工序形成与上述n型半导体 层相接的n侧电极；形成与上述p型半导体层相接的p侧电极；形成 覆盖上述n型半导体层、上述p型半导体层、上述n侧电极和上述p 侧电极的绝缘层；通过对上述绝缘层实施蚀刻，使上述n侧电极和上 述p侧电极的一部分露出。上述n侧电极的形成，通过在上述n型半 导体层上形成由Al构成的第一层，进而在该第一层上形成由Ni、 W、 Zr或Pt中的任意一种构成的第二层而进行。上述p侧电极的形成，通 过在上述p型半导体层上形成由Au构成的第一层，进而在该第一层上 形成由Ni、 W、 Zr或Pt中的任意一种构成的第二层而进行。
根据这样的结构，在上述蚀刻中，上述n侧电极和上述p侧电极 中仅有上述第二层被蚀刻。由于上述第二层由Ni、 W、 Zr或Pt构成， 所以不会因蚀刻而使其表面被过分地破坏。从而，能够减小上述n侧 电极和上述p侧电极和与其导通的部件的界面上的电阻，能够以较低 的电压驱动该半导体发光元件。
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明得以理解。
图l是表示基于本发明的半导体发光元件的一个例子的主要部分 截面图。
图2是表示上述半导体发光元件的制造方法的一个工序的截面图， 表示在基板上层叠有半导体层的状态。
图3是表示上述制造方法的另一个工序的截面图，表示形成有n 侧电极和p侧电极的状态。
图4是表示上述制造方法的另一个工序的截面图，表示形成有绝 缘层的状态。图5是表示上述制造方法的另一个工序的截面图，表示对绝缘层实施蚀刻的情况。
图6是表示图1所示的半导体发光元件和比较例1、 2的顺方向电压-电流特性的图。
图7是表示图1所示的半导体发光元件的顺方向电压-电流特性的图。
图8是表示比较例2的顺方向电压-电流特性的图。图9是表示使用了图1所示的半导体发光元件的发光装置的一个例子的主要部分平面图。
图10是表示现有的半导体发光元件的一个例子的主要部分截面图。
具体实施例方式
以下对于本发明的优选实施方式，参照附图具体说明。
图1表示基于本发明的半导体发光元件的一个例子。图示的半导体发光元件A在基板1上形成，具备n-GaN层2、活性层3、 p-GaN层4、 n侧电极5、 p侧电极6、绝缘层7和配线8。半导体发光元件A是透过绝缘层7射出光的结构。
基板1例如为蓝宝石制造，支撑n-GaN层2、活性层3和p-GaN层4等。基板1的厚度例如为350 ix m左右。
n-GaN层2是在GaN中掺杂有Si的层。n-GaN层2的厚度，例如为3.5um左右。在基板1与n-GaN层2之间，层叠有缓冲层21和非掺杂GaN层22。该缓冲层21和非掺杂GaN层22是用于缓和基板1与n-GaN层2之间的晶格歪扭。缓冲层21和非掺杂GaN层22的厚度，分另U为0.05um、 2.0um左右。
活性层3具有多重量子井(MQW)结构。活性层3中，电子与空穴再结合，使光发出，并且进行该光的放大。此时的电子从n侧电极5供给，空穴从p侧电极6供给。活性层3是多个InGaN层和多个GaN层交互层叠。各InGaN层中In的组成比例如为15%左右。因此，InGaN层比n-GaN层2带隙更小，起到活性层3中的井层的功能。另外，上述各GaN层，是活性层3中的阻挡层。构成活性层3的InGaN层的数量和GaN层的数量，例如在3 7的范围内。另外，活性层3的厚度，例如为0.1ixm左右。
p-GaN层4，是在GaN中掺杂有Mg的层。p-GaN层4的厚度，例如为0.1um左右。
n侧电极5形成在n-GaN层2上。n侧电极5是用于向活性层3供给电子的电极，是由Al层(第一层)51和Ni层(第二层)52构成的层叠结构。Al层51与n-GaN层2相接，其厚度为4000A左右。Ni层52形成在A1层51上，其厚度为500A左右。其中，也可以不用Ni层52，而改为由W、 Zr或Pt构成第二层的结构。
p侧电极6形成在p-GaN层4上。p侧电极6是用于向活性层3供给空穴的电极，是由Au层(第一层)61和Ni层(第二层)62构成的。Au层61与p-GaN层4相接，其厚度为4000A左右。Ni层62形成在Au层61上，其厚度为500A左右。优选Ni层62构成为覆盖Au层61的整个上表面的结构。其中，也可以不用Ni层62，而改为由W、 Zr或Pt构成第二层的结构。本发明中，优选n侧电极5的第二层和p侧电极6的第二层为同一材质。
绝缘层7例如由Si02构成，覆盖n-GaN层2和p-GaN层4。绝缘层7上，形成有2个开口7a。在各开口7a内，设置有上述n侧电极5或p侧电极6，各电极的上表面部分地从绝缘层7露出。
配线8是用于使半导体发光元件A和与其相邻的其他半导体发光元件导通，或是使图外的端子和半导体发光元件A导通的配线。配线8由Ni层(第一层)81禾口Au层(第二层)82构成。Ni层81与n侧电极5的Ni层52或p侧电极6的Ni层62相接，与Ni层52、 62为相同的材质。Au层82形成在Ni层81上。Ni层81和Au层82的厚度分别为500A左右和8000A左右。配线8的第一层的材质，优选为与和该配线连接的p侧电极5或n侧电极6的第二层的材质相同。
接着，对于半导体发光元件A的制造方法的一个例子，参照图2 图5在以下进行说明。
首先，如图2所示，在基板1上层叠有缓冲层21、非掺杂GaN层22、 n-GaN层2、活性层3和p-GaN层4。这些层的形成，例如通过有机金属气相沉积法(MOCVD)进行。接着，如图3所示，形成n侧电极5和p侧电极6。具体而言，例如使用蒸镀法和提离的方法，形成A1层51、 Au层61和Ni层52、 53。此时，使A1层51、 Au层61的厚度为4000A，使Ni层52、 53的厚度为500A。
接着，如图4所示，形成绝缘层7A，使其覆盖n-GaN层2、 p-GaN层4、 n侧电极5和p侧电极6。绝缘层7A的形成例如通过使用Si02的蒸镀法进行。
接着，对于绝缘层7A通过例如用光刻的方法形成的掩模(图示省略)实施蚀刻，由此形成图5所示的2个开口 7a。该蚀刻例如是离子蚀刻，以40sccm (规定的标准状态下每1分钟的体积流量(cc-cm3))流量供给CF4作为蚀刻气体，在压强置为3.0Pa左右的状态，在高频电力置为100W左右的条件下进行。2个开口 7a使n侧电极5的Ni层52和p侧电极6的Ni层62露出。由此得到绝缘层7。
之后，例如用蒸镀法和提离的方法形成将厚度为500A左右的Ni层81和厚度为8000A左右的Au层82层叠的配线8，由此得到半导体发光元件A。
接着，说明半导体发光元件A的作用。
图6表示对于半导体发光元件A和比较例1、 2测定顺方向电压Vf和顺方向电流If的结果。该图中，图GA是半导体发光元件A的测定结果，图Gx、 Gy分别是比较例i、 2的测定结果。比较例1是与图10所示的半导体发光元件X同样的结构。比较例2基本上是与比较例1 (半导体发光元件X)同样的结构，但是在各开口 107a内设置中继电极这一点上不同。各中继电极是2层结构，由Ni制的下层和Au制的上层构成。是下层与半导体发光元件X的层102或层104相接、上层与配线108相接的结构。
首先，比较图GA (半导体发光元件A)与图Gx (比较例1)。例如为了得到在工业上的使用中能够适当发光而作为基准的1.0X10—5A左右的顺方向电流If，在比较例1中需要使顺方向电压Vf为12V左右。与此相对，根据本发明只需使顺方向电压Vf为7V左右即可。gp，根据本发明，能够使驱动电压与比较例1相比降低。其理由可以认为是如下所述。比较例1中，如图10所示，配线108相对于n-GaN层102
9和p-GaN层104直接接合。为了形成包围该接合部分的开口 107a, —般对于绝缘层107实施蚀刻。此时，n-GaN层102和p-GaN层104的表面因蚀刻而被破坏。在该被破坏的面上形成配线108时，n-GaN层102和p-GaN层104与配线108的界面上的电阻增大，所以需要较大的驱动电压。另一方面，根据本发明，如图5所示，不会使n-GaN层2和p-GaN层4暴露在蚀刻中。另外，被暴露在蚀刻的Ni层52、 62，蚀刻速度比较慢，不易被蚀刻破坏。从而，半导体发光元件A的驱动电压降低。
接着，比狡圏Ga (半导体发光元件A)与Gy (比较例2)。在比较例2中，即使在顺方向电压Vf为1.0以下的比较低的电压的状态下，顺方向电流If也有1.0X10^A左右流过。该电流是所谓漏电电流，经过发明人研究发现其几乎不对活性层103 (参照图10)中的发光作贡献。发生该漏电电流的理由，可以认为是如下所述。如上所述，比较例2中，在各开口 107a内设置中继电极，其上层为Au制。但是Au在60(TC左右的温度下会相对于绝缘层107扩散。结果，绝缘层107的一部分导体化，产生漏电电流。与此相对，在半导体发光元件A中，如图1所示n侧电极5和p侧电极6中与绝缘层7相接的部分几乎为Ni层52、 62。 Ni难以相对于由Si02等构成的绝缘层7扩散。从而，能够避免绝缘层7异常地导体化，能够抑制漏电电流。
图7表示在半导体发光元件A中多次进行与顺方向电压Vf相对的顺方向电流If的测定(Vf-If特性测定)的结果。具体而言，在固定对n侧电极5和p侧电极6的计测探头的位置的状态下，使顺方向电压Vf变化的同时测定顺方向电流If (第一次测定)。接着，改变计测探头的位置进行同样的测定(第二次测定)，之后进一步改变计测探头的位置进行同样的测定(第三次测定)。如该图所示，3个Vf-If特性测定结果中几乎没有误差。另一方面，图8是在比较例2中进行同样的测定的结果。在比较例2中变更计测探头的位置时，Vf-If特性也有较大改变。可以认为，该差别是因为在半导体发光元件A中，Ni层52、 62几乎没有被蚀刻破坏，所以p侧电极5和n侧电极6的表面整体是平滑所导致的。
n侧电极5和p侧电极6与配线8之间的接合，通过Ni层52、 62与Ni层81之间的接合实现。这样相同材质的部件之间的接合，与不同种类金属之间的接合相比更适于降低接合部的电阻，并且有利于使半导体发光元件A的驱动电压降低。
n侧电极5的Al层51，易于与n-GaN层2形成欧姆接触。另夕卜，p侧电极6的Au层61 ，易于与p-GaN层4形成欧姆接触。这有利于使半导体发光元件A的驱动电压降低。
图9表示使用了半导体发光元件A的发光装置的一个例子。本装置中，多个半导体发光元件A以矩阵状配置。其中，该图中，省略了图1所示的基板1和绝缘层7。以矩阵状配置的多个半导体发光元件A中相邻的元件通过配线8连接。本装置中，某个半导体发光元件A的n侧电极5与相邻的半导体发光元件A的p侧电极6连接。由此，这些半导体发光元件A相互串联连接。利用这样的发光装置，能够面发光，并且能够实现驱动电压的降低和漏电电流的抑制。
权利要求
1. 一种半导体发光元件，其具备n型半导体层和p型半导体层；由所述n型半导体层和所述p型半导体层包夹的活性层；与所述n型半导体层相接的n侧电极；与所述p型半导体层相接的p侧电极；覆盖所述n型半导体层和所述p型半导体层、且使所述n侧电极和所述p侧电极的各一部分露出的绝缘层，所述n侧电极由以下部分构成由Al构成且与所述n型半导体层相接的第一层；和在该第一层上形成、且由Ni、W、Zr和Pt中的任意一种构成的第二层，所述p侧电极由以下部分构成由Au构成且与所述p型半导体层相接的第一层；和在该第一层上形成、且由Ni、W、Zr和Pt中的任意一种构成的第二层。
2. 如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于 在进一步具备与所述n侧电极相接的配线的结构中，该配线包括第一层和在该第一层上形成的第二层，所述配线的所述第一层与所述n 侧电极的所述第二层相接，并且由与所述n侧电极的所述第二层同样 的材质构成；所述配线的所述第二层由Au构成。
3. 如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于 在进一步具备与所述p侧电极相接的配线的结构中，该配线包括第一层和在该第一层上形成的第二层；所述配线的所述第一层与所述P 侧电极的所述第二层相接，并且由与所述p侧电极的所述第二层同样 的材质构成；所述配线的所述第二层由Au构成。
4. 一种具备n型半导体层、p型半导体层、和由该n型半导体层 和p型半导体层包夹的活性层的半导体发光元件的制造方法，其特征 在于，包括以下各工序形成与所述n型半导体层相接的n侧电极；形成与所述p型半导体层相接的p侧电极；形成覆盖所述n型半导体层、所述p型半导体层、所述n侧电极 和所述p侧电极的绝缘层;'和通过对所述绝缘层实施蚀刻，使所述n侧电极和所述p侧电极的 各一部分露出，所述n侧电极的形成，通过在所述n型半导体层上形成由Al构成 的第一层，进而在该第一层上形成由Ni、 W、 Zr或Pt中的任意一种构 成的第二层而进行；所述p侧电极的形成，通过在所述p型半导体层 上形成由Au构成的第一层，进而在该第--层上形成由Ni、 W、 Zr或 Pt中的任意一种构成的第二层而进行。
全文摘要
本发明提供一种半导体发光元件及其制造方法。半导体发光元件(A)包括n型半导体层(2)、p型半导体层(4)和该半导体层(2，4)包夹的活性层(3)。并且，半导体发光元件(A)包括与n型半导体层(2)相接的n侧电极(5)和与p型半导体层(4)相接的p侧电极(6)。n型半导体层(2)和p型半导体层(4)被绝缘层(7)覆盖。另外，绝缘层(7)部分覆盖n侧电极(5)和p侧电极(6)，使各电极(5，6)的一部分露出。n侧电极(5)由以下部分构成由Al构成并且与上述n型半导体层(2)相接的第一层(51)；和在该第一层(51)上形成、且由Ni、W、Zr和Pt中的任意一种构成的第二层(52)。p侧电极(6)由以下部分构成由Au构成且与上述p型半导体层(4)相接的第一层(61)；和在该第一层(61)上形成、且由Ni、W、Zr和Pt中的任意一种构成的第二层(62)。
文档编号H01L33/12GK101479861SQ200780024519
公开日2009年7月8日 申请日期2007年7月3日 优先权日2006年7月4日
发明者尺田幸男 申请人:罗姆股份有限公司