氮化物半导体发光元件及其制造方法

专利名称：氮化物半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及利用氮化物半导体(InxAlyGa1HriO ^x<l,0^y<l)制作的发光元件，特别是涉及能够作为应用于液晶显示装置的背光源、普通照明等的高亮度光源使用的氮化物半导体发光元件及其制造方法。
背景技术：
为了在各种照明用途中应用化合物半导体发光元件，不可缺的是能够发出红、緑、蓝的光的三原色的发光元件。近年来，在发光二极管(LED)中，因为三原色中的蓝色LED未完成而欠缺，所以不能把LED应用于各种照明用途。但是，20世纪90年代利用氮化物半导体开发出蓝色LED之后，应用LED的照明产 品不仅在交通信号灯，还广泛应用于液晶监视器的背光源、液晶电视机的背光源以及家庭用的各种照明等中。最近，安装LED背光源的液晶电视机随着其价格的降低而开始迅速普及。另外，使用LED的照明器具，与现有的照明器具相比，能够降低电カ消耗，节省空间，而且没有水银，因此具有环保的优点。另外，在2009年夏天以后，开始销售使用价格与以前相比十分便宜的LED的照明器具，从而促进了 LED的普及。但是，照明器具、液晶电视机的背光源等需要的是白色光。利用LED的白色光一般可以通过蓝色LED和YAG (钇铝石榴石)黄色荧光体的組合，或者蓝色LED、绿色荧光体和红色荧光体的组合来实现。即，为了利用LED得到白色光，在哪ー种情况下都需要蓝色LED。因此，希望发明出能够大量地提供廉价且高亮度的蓝色LED的制造方法。一般，在能够发射出蓝色、蓝绿色等短波长光的LED和激光二极管(LD)的发光层中，使用含有V族元素氮的III-V族化合物半导体，例如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)以及它们的混晶等。—般的氮化物半导体发光元件包含在蓝宝石基板上依次沉积的η型氮化物半导体层、氮化物半导体发光层及P型氮化物半导体层。在这些P型半导体层侧和η型半导体层侧，形成有用于和外部电源连接的P侧电极焊盘和η侧电极焊盘。因为通常P型氮化物半导体层的薄层电阻(シー卜抵抗)比η型氮化物半导体层的薄层电阻高，所以以辅助P型半导体层内的电流扩散为目的，在P型半导体层的大致整个面上层叠例如ITO (铟锡氧化物)等透光性导电膜，在该透光性导电膜上形成P侧电极焊盘。即，透光性导电膜不仅使来自发光层的光透过，而且作为电流扩散层发挥作用。另ー方面，在使用蓝宝石基板等绝缘性基板的情况下，在该基板的背面上不能形成η侧电极焊盘，因此，从P型半导体层侧进行蚀刻以使η型半导体层侧部分露出，在该露出区域上形成η侧电极焊盘。然后，在P侧电极焊盘和η侧电极焊盘之间通电，由此使夹在P型半导体层和η型半导体层之间的发光层发光。例如在日本特表2003-524295号公报及日本特开2000-164930号公报中，公开了在将η侧电极焊盘和P侧电极焊盘形成于上述那样的基板的同一面侧的氮化物半导体发光元件中，形成从η侧电极焊盘和P侧电极焊盘以枝状延伸的延长部，由此改善发光元件中的电流分布的内容。在日本特表2003-524295号公报中,在P型半导体层上的由透光性导电膜构成的电流扩散层上形成P侧电极焊盘，从这里延伸P侧分支电极。该发光元件具有η型半导体层通过蚀刻局部露出的区域，在该露出区域上形成η侧电极焊盘，从这里延伸η侧分支电极。η侧分支电极和P侧分支电极在互相相対的部分上平行。S卩，电流从P侧分支电极通过由透光性导电膜构成的电流扩散层扩散的距离被设定为一定。同样，电流从η侧分支电极扩散的距离也被设定为一定。因此，通过这些分支电极，能够改善从P侧电极焊盘朝向η侧电极焊盘的方向流动的电流分布的均匀性。另外，例如在日本特开平8-250769号公报及日本特开2008-192710号·公报中，公开了在具有上述那样的透光性导电膜的氮化物半导体发光元件中，以抑制电流向电极焊盘正下方集中为目的，在电极焊盘正下方设置绝缘层的内容。根据日本特开平8-250769号公报及日本特开2008-192710号公报所公开的氮化物半导体发光元件，通过在电极焊盘正下方设置绝缘层，能够有效促进电流向透光性导电膜的横向扩散，提高发光效率，但是存在在η侧电极焊盘附近发光增强，难于得到良好的电特性，发光效率不一定提高的问题。于是,例如在日本特开2010-232649号公报中公开了一种氮化物半导体发光兀件，其目的是通过抑制电流集中在P侧电极焊盘电极正下方的透光性导电膜和半导体层中而使发光效率优良，并且通过抑制由电极引起的光的吸收或者多重反射带来的损失而使光取出效率优良，以便具有高的外部量子效率和电特性。在以往的氮化物半导体发光元件中，认为通过使η侧和P侧的层具有相同程度的薄层电阻而使电流均匀地扩散对提高发光效率而言是优选的，相对于此，在日本特开2010-232649号公报中，如图9(a)及(b)所示，通过把η侧的η型氮化物半导体层101的薄层电阻做成比P侧的透光性导电膜102的薄层电阻低，降低了 η侧电极焊盘103附近的发光，从而提高了光取出效率，并且，此时通过在P侧电极焊盘104的正下方设置绝缘层，防止了由P侧电极焊盘104引起的光的吸收或者多重反射。而且，在日本特开2010-232649号公报中，对氮化物半导体发光元件100的工作电压，使η侧的层的薄层电阻起到支配性作用，这样通过降低η侧的层的薄层电阻，大幅地提高了电特性，特别在发光元件上施加30 IOOmA左右的大驱动电流的情况下，能够大幅地提闻电特性。但是近年来，对氮化物半导体发光元件要求更高的特性(高输出、低电压、低发热)及低成本化。正在开发的是η侧和P侧的薄层电阻都不到10Ω/□的氮化物半导体发光元件。在这样的氮化物半导体发光元件中，进ー步降低薄层电阻是困难的。如果以进一步降低η型氮化物半导体层的薄层电阻为目的而添加η型杂质，则存在使η型氮化物半导体层的结晶性恶化的问题；另外，如果使η型氮化物半导体层的膜厚增厚，则存在生产率的恶化以及成本上升的问题
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是在提高氮化物半导体发光元件的电流扩散效率的同时，也能够降低接触电阻，即使在大的驱动电流密度下，也能够确保发光均匀性和大的光输出，并且降低工作电压。本发明人经过各种研究发现，在基板的同一面侧形成有η侧电极焊盘和P侧电极焊盘的氮化物半导体发光元件中，形成从P侧电极焊盘(及η侧电极焊盘)以枝状延伸的延长部，由此得到改善发光元件中的电流分布的电极结构的氮化物半导体发光元件，其中，在η侧和P侧的薄层电阻两者都充分低的情况下，通过在一定条件下提高在P型氮化物半导体层上形成的由透光性导电膜构成的电流扩散层的薄层电阻，能够降低P型氮化物半导体层和由透光性导电膜构成的电流扩散层的接触电阻，而且薄层电阻在面内的分布变得更加均匀，从而光输出得以提高。S卩，本发明的一方式所提供的氮化物半导体发光元件的特征在于，在基板上表面上的氮化物半导体区域内，按顺序包括ー个以上的η型氮化物半导体层、有源层及ー个以上的P型氮化物半导体层，η型氮化物半导体层具有从P型氮化物半导体层侧进行蚀刻而、形成的局部露出区域，在η型氮化物半导体层的局部露出区域形成有η侧电极焊盘，在P型氮化物半导体层上形成有电流扩散层，在电流扩散层上形成有P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的P侧分支电极，电流扩散层的薄层电阻Rs2大于η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl，电流扩散层的薄层电阻Rs2和η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl的关系为Rs2= xXRsl(式中，1·5<χ<4)。此外，优选η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl不到10 Ω / ロ。优选在η型半导体层的局部露出区域形成有η侧电极焊盘及从该η侧电极焊盘延伸的η侧分支电极。优选在基板上表面上的氮化物半导体区域内，η型氮化物半导体层的局部露出区域形成在由P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的P侧分支电极包围的大致中央部。优选在P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的P侧分支电极的下部形成的电流扩散层和P型氮化物半导体层之间形成有电流非注入层。优选氮化物半导体发光元件通过IOOmA以上的大电流来驱动。优选氮化物半导体区域是矩形状，在用直线连接P侧电极焊盘的中心和η侧电极焊盘的中心时，将与该直线平行的氮化物半导体区域的边的长度设为Y，将与直线垂直的边的长度设为X，则满足O. 8 < Υ/Χ < I的条件，更加优选满足Υ/Χ = 0.9的条件。优选P侧电极焊盘及η侧电极焊盘在氮化物半导体区域的长边方向的中央沿着短边方向并排配置，与P侧电极焊盘相比，η侧电极焊盘配置在氮化物半导体区域的中央附近。本发明的另一方式所提供的半导体发光元件的制造方法，至少具有在基板上表面上的氮化物半导体区域内，按顺序形成ー个以上的η型氮化物半导体层、有源层及ー个以上的P型氮化物半导体层的エ序；通过蚀刻P型氮化物半导体层的一部分而形成η型氮化物半导体层的局部露出区域的エ序；在η型氮化物半导体层的局部露出区域形成η侧电极焊盘的エ序；在P型氮化物半导体层上形成电流扩散层的エ序；在电流扩散层上形成P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的P侧分支电极的エ序，该制造方法的特征在于，通过对电流扩散层进行退火，使电流扩散层的薄层电阻Rs2大于η型氮化物半导体层的薄层电阻 Rsl。此外，优选对电流扩散层进行退火，以使电流扩散层的薄层电阻Rs2和η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl的关系为Rs2 = xXRsl (式中I. 5彡X彡4)。优选η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl不到10Ω / ロ。优选电流扩散层的退火在380 450°C的温度范围内进行，更优选在410 430°C的温度范围内进行，最好在约410°C的温度下进行。根据本发明，在具有从P侧电极焊盘(及η侧电极焊盘)成分支电极延伸的延长部的氮化物半导体发光元件中，通过在一定条件下提高在P型氮化物半导体层上形成的由透光性导电薄膜构成的电流扩散层的薄层电阻，能够降低P型氮化物半导体层和由透光性导电薄膜构成的电流扩散层的接触电阻，而且薄层电阻在面内的分布变得更加均匀，使氮化物半导体发光元件的发光部在面内的发光均匀，从而提高了光输出。此时，通过在η侧电极焊盘上也形成以枝状延伸的延长部，能够进ー步使氮化物半导体发光元件的发光部在面内的发光均匀，从而更加提高光输出。另外，通过使η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl不到10 Ω / ロ，能够降低氮化物半导体发光元件的工作电压。另外，根据与η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl的关系，结果上能够将电流扩散层的薄层电阻Rs2抑制在较低，所以能够进一歩降低氮化物半导体发光兀件的工作电压。 另外，通过在由P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的P侧分支电极包围的大致中央部形成η型半导体层的局部露出区域，能够减小氮化物半导体发光元件外周部的非发光区域和光吸收区域，所以提高光的外部取出效率。另外，通过在P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的P侧分支电极的下部形成的电流扩散层和P型氮化物半导体层之间形成电流非注入层，使作为光吸收区域作用的P侧电极正下方成为非发光区域，并且通过由电流非注入层产生的光的反射效果，提高光的外部取出效率。另外，因为本申请发明的氮化物半导体发光元件即使用IOOmA以上的大电流来驱动，也能够稳定地动作，所以能够得到高效率且高可靠性。根据本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法，通过对电流扩散层进行退火，能够使电流扩散层的薄层电阻Rs2大于η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl，所以不需要进一歩降低η型氮化物半导体层的薄层电阻，因此不存在因添加杂质而引起的η型氮化物半导体层的结晶性恶化，通过使η型氮化物半导体层的膜厚增厚而引起的生产率恶化，以及成本提高的问题，并且，通过提高氮化物半导体发光元件的电流扩散效率，以及使退火温度条件最优化，也能够降低接触电阻，即使在大的驱动电流密度下，也能够得到发光均匀性和大的光输出，同时能够降低工作电压。


图I (a)是表示根据本发明的ー实施方式制作得到的氮化物半导体发光元件的一例的俯视图，图1(b)是图1(a)的A-A线的剖面示意图。图2是表示在图I的P侧分支电极图案和η侧分支电极图案的情况下光输出依赖于电流扩散层的薄层电阻Rs2和η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl的关系(Rs2/Rsl)的曲线图。图3(a) (C)是表示根据本发明的另ー实施方式使P侧分支电极的形状变形而制作得到的氮化物半导体发光元件的例子的俯视图。图4是表不在图3(a) (C)各个的电极图案的情况下光输出依赖于电流扩散层的薄层电阻Rs2和η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl的关系(Rs2/Rsl)的曲线图。图5是表示在上面形状接近正方形的氮化物半导体发光元件中将与连接P侧电极焊盘和η侧电极焊盘的直线平行的边的长度设为Y、将与该直线垂直的边的长度设为X时的Υ/Χ值影响发光元件的电カ效率(％)的曲线图。图6是表示长方形的氮化物半导体发光元件的一例的俯视图。图7是表示在长方形氮化物半导体发光元件的电极图案的情况下的Rs2/Rsl和光输出之间关系的曲线图。图8是表示退火温度与电流扩散层的薄层电阻Rs2之间的关系以及电流扩散层和P型接触层之间的接触电阻Re与退火温度之间的关系的曲线图。图9(a)是现有技术的氮化物半导体发光元件的俯视图，图9(b)是沿图9(a)的B-B线的不意首I]面图。
具体实施例方式
<氮化物半导体发光元件>图I (a)是表示根据本发明的ー实施方式制作得到的氮化物半导体发光元件一例的俯视图，图1(b)是图1(a)的A-A线的剖面示意图。需要说明的是，在本申请的附图中，为了图示的明了化和简单化而适宜地变更了长度、宽度、厚度等尺寸关系，不表示实际的尺寸关系。在图I (a)及(b)所示的氮化物半导体发光元件中，在基板I上按顺序沉积缓冲层
2、η型氮化物半导体层3、有源层4、作为P型氮化物半导体层的P型包覆层5及ρ型接触层6而形成了氮化物半导体层叠体。而且，在P型接触层6上形成有透光性的电流扩散层7，在该电流扩散层7的局部区域形成有ρ侧电极焊盘8及从该ρ侧电极焊盘8延伸的ρ侧分支电极8a。另ー方面，η型氮化物半导体层3的局部通过蚀刻而露出，在该露出区域设有η侧电极焊盘9及从该η侧电极焊盘9延伸的η侧分支电极9a。这里，由η型氮化物半导体层3、有源层4及ρ型包覆层5形成有双异质结。作为有源层4，可根据需要被选择为由非掺杂型氮化物半导体层，或者包含η型杂质或者ρ型杂质或者η型和ρ型两种杂质的氮化物半导体层构成单层或者多层量子阱结构。另外，夹着有源层4在η型氮化物半导体层3和ρ型包覆层5之间形成ρη结。<η型氮化物半导体层>按照双异质结结构的技术意义来讲，包覆层与发光层相比具有大的带隙，并且具有利用基于该带隙差的势垒把电子和空穴控制在发光层内的功能。需要说明的是，为方便起见，图I (a)及(b)所示的η型氮化物半导体层3也可以包含η型包覆层和用于良好地与η侧电极7进行欧姆接触的接触层。这样的η型氮化物半导体层3例如不仅可以是掺杂有η型杂质的氮化物半导体层，而且还可以形成为包含非掺杂氮化物半导体层等的多层。即，作为η型氮化物半导体层3，可以适当地包含例如非掺杂层、η型掺杂层、η型接触层等。如上所述，η型氮化物半导体层3可以是作为η型包覆层起作用的单层，也可以是多层，在单层的情况下，可以使用GaN、AlGaN, InAlGaN或者InGaN，其中可以包含Si，也可以不掺杂。另外，在η型氮化物半导体层3为多层的情况下,其可以是InGaN/GaN、InGaN/AlGaN, AlGaN/GaN, InGaN/InGaN等层叠结构，也可以是重复层叠多个层的周期性多层结构。进而这些多层结构也可以形成超晶格结构。〈有源层〉有源层4优选使GaN势垒层和含In氮化物半导体的阱层交替层叠而构成。阱层的理想的厚度依赖其发出的光的波长，优选在2 20nm的范围内。这样的有源层的结构不限于量子阱结构，可以是单阱结构、多重阱结构、多重量子阱结构等中的任ー种。在有源层4包含多个阱层的情况下，只要至少ー个阱层发挥发光作用即可。这样的阱层优选例如由InpGa1-J5N(O < ρ < I)构成。〈ρ型包覆层>如上所述，按照双异质结结构的技术意义来讲，P型包覆层5与发光层相比具有大的带隙，并且具有利用基于该带隙差的势垒把电子和空穴控制在发光层内的功能。需要说明的是，图1(a)及(b)所示的ρ型包覆层5也可以包含防蒸发层、载流子阻挡层或者作为 电流扩散层起作用的P型层。即，P型包覆层5可以是单层或者是多层。在单层的情况下，可以使用在GaN、AlGaN、InAlGaN或者InGaN中掺杂或者不掺杂ρ型杂质的材料。在P型包覆层5为多层的情况下，其可以是InGaN/GaN、InGaN/AlGaN、AlGaN/GaN、InGaN/InGaN等层叠结构，也可以是重复层叠多个层的周期性多层结构。进而这些多层结构也可以形成超晶格结构。这样的ρ型包覆层5的厚度优选在500nm以下。其原因在于,在通过气相沉积形成厚度超过500nm的ρ型包覆层5的情况下，有源层4长时间暴露在高温度下，因此随着有源层4的热恶化，使非发光区域増加。需要说明的是，为了防止有源层4所包含的In的蒸发，优选与有源层4相接而设置防蒸发层，如上所述，其可以在上部ρ型包覆层5中包含。〈ρ型接触层>ρ型接触层6为了降低对于透光性的电流扩散层7的接触电阻而设置。这样的P型接触层6优选是ρ型杂质的掺杂浓度高于ρ型包覆层5的氮化物半导体。需要说明的是，也可以不设置P型接触层6而在ρ型包覆层5上形成电流扩散层7。在这种情况下，优选使P型包覆层5的上侧表面附近的ρ型杂质设为高浓度。〈ρ侧电极焊盘及从该ρ侧电极焊盘延伸的P侧分支电极>P侧电极焊盘8是与外部电路进行电连接的引线接合的台座。另ー方面，从P侧电极焊盘8延伸的ρ侧分支电极8a以向有源层4更加均匀地注入电流为目的形成在电流扩散层7上。ρ侧电极焊盘8及从该ρ侧电极焊盘8延伸的ρ侧分支电极8a能够通过公知的方式来形成，例如可以使用Ti、Al、Au等材料。另外，ρ侧电极焊盘8及从该ρ侧电极焊盘8延伸的ρ侧分支电极8a不限于单层结构，也可以形成为多层结构。当ρ侧电极焊盘8由多层结构构成吋，作为其最上层优选形成厚度500nm左右的Au层。由此，在将化合物半导体发光元件安装于封装中时，能够确保与外部电路进行引线接合的稳定性。需要说明的是，来自有源层4的发光的一部分朝向ρ型包覆层5侧的方向发出。因此，P侧电极焊盘8及从该ρ侧电极焊盘8延伸的ρ侧分支电极8a成为配置在从有源层4朝向P型包覆层5的光取出方向上的电极。<n侧电极焊盘及从该η侧电极焊盘延伸的η侧分支电极>η侧电极焊盘9是与外部电路进行电连接的引线接合的台座。另ー方面，从η侧电极焊盘9延伸的η侧分支电极9a以向有源层4更加均匀地注入电流为目的而形成。η侧电极焊盘9及从该η侧电极焊盘9延伸的η侧分支电极9a能够通过公知的方式来形成，例如可以使用Ti、Al、Au等材料。另外，η侧电极焊盘9及从该η侧电极焊盘9延伸的η侧分支电极9a不限于单层结构，也可以形成为多层结构。当η侧电极焊盘9由多层结构构成时，作为其最上层优选形成厚度500nm左右的Au层。由此，在将化合物半导体发光元件安装于封装中吋，能够确保与外部电路进行引线接合的稳定性。需要说明的是，图I (a)及(b)所示的η侧电极焊盘9及从该η侧电极焊盘9延伸的η侧分支电极9a例示基板I由绝缘性材料构成时的配置。即，当作为基板I使用绝缘性材料时，η侧电极焊盘9及从该η侧电极焊盘9延伸的η侧分支电极9a设置在η型氮化物半导体层3的局部露出区域。但是，当作为基板I使用导电性材料吋，η侧电极焊盘9可以形成在基板I上并且从该η侧电极焊盘9延伸的η侧分支电极9a可以形成在基板I的背面上。而且，即使在没有η侧分支电极9a的情况下，与现有例相比，也能够降低P型氮化物半导体层和由透光性导电膜构成的电流扩散层7的接触电阻，而且使薄层电阻在面内的分布变得更加均匀，使氮化物半导体发光元件的发光部在面内的发光均匀，从而提高光输 出，所以也可以不形成η侧分支电极9a,但是,当形成η侧分支电极9a时,能够使氮化物半导体发光元件的发光部在面内的发光进一步均匀，从而进ー步提高光输出。<电流扩散层>电流扩散层7为了以下目的而设置使来自有源层4的光透过，并且形成对于P型接触层6的接触以使电流向其整个表面上扩散，从而扩大位于其下方的有源层4的发光面积。因此，作为电流扩散层7，优选采用电阻比ρ型接触层6低的材料。由此，能够使从P侧电极焊盘8注入的电流沿着电流扩散层7的面方向扩散。作为构成这种电流扩散层7的材料，可以优选例如ΙΤ0、ΙΖ0等，特别优选ΙΤ0。其原因在于，在透光性及接触电阻方面ITO特别优异。电流扩散层7的厚度优选在IOOnm以上400nm以下的范围内。其原因在于，如果电流扩散层7薄于lOOnm，则因其高的薄层电阻而引起发光元件的工作电压上升，如果厚于400nm,则其透光性降低，导致发光元件的光取出效率下降。<电流扩散层的薄层电阻Rs2和η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl的关系>通过制作具有图1(a)所示的电极图案以及通过模拟而最优化的几个电极图案的P侧分支电极的氮化物半导体发光元件，确认了在具有从P侧电极焊盘(及η侧电极焊盘)以枝状延伸的延长部的氮化物半导体发光元件中，当电流扩散层的薄层电阻Rs2和η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl具有怎样的关系时能够提高氮化物半导体发光元件的光输出。图2是在图1(a)所示的氮化物半导体发光元件的电极图案的情况下，特别表示施加IOOmA以上的大电流时的Rs2/Rrsl与光输出的关系。从图2可知，当相对η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl增加电流扩散层的薄层电阻Rs2时，氮化物半导体发光元件的光输出逐渐増大，在Rs2/Rsl = 2. 5附近取极大值，之后逐渐减小。该倾向即使在具有下面表示的不同的电极图案的氮化物半导体发光元件中也同样出现。图3(a) (C)是以与图I所示的氮化物半导体发光元件相同的结构制造的氮化物半导体发光元件中改变P侧分支电极(及η侧分支电极)形状而制作的氮化物半导体发光元件的俯视图。在图3(a)的俯视图中示意性地表示的氮化物半导体发光元件与上述的图I (a)相比，其特征在于不设置η侧分支电极，而形成有ρ侧电极焊盘18、ρ侧分支电极18a及η侧电极焊盘19。另外，在图3(b)的俯视图中示意性地表示的氮化物半导体发光元件与上述的图3(a)相比，其特征在于以η侧电极焊盘29为中心大体等距离地设置ρ侧分支电极28a，并且在从ρ侧分支电极28a的一部分分支而形成有ρ侧电极焊盘28的ー侧的氮化物半导体发光元件的上面对角线方向上进而设置有P侧分支电极28b、28c。另外，在图3(c)的俯视图中示意性地表示的氮化物半导体发光元件与上述的图3(b)相比，其特征在于不设置从P侧分支电极38a的一部分分支的ρ侧分支电极，而形成有P侧电极焊盘38、ρ侧分支电极38a及η侧电极焊盘39。图4表示在这样的电极图案形状中的特别是施加IOOmA以上的大电流时的Rs2/Rsl与光输出的关系。从图4可知，即使在不设置η侧分支电极的情况下，当相对η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl增加电流扩散层的薄层电阻Rs2时，表示出氮化物半导体发光元件的光输出逐渐增大的倾向，但是，与设有η侧分支电极的情况相比，光输出的极大值具有更向使电流扩散层的薄层电阻Rs2增加的方向偏移的倾向，当满足2 ^ Rs2/Rsl ^ 4的条件时表示出高的光输出。 图5是表示在如上所述的图I和图3那样的上面形状接近正方形(将与连接P侧电极焊盘和η侧电极焊盘的直线平行的边的长度设为Y、将与该直线垂直的边的长度设为X)的氮化物半导体发光元件芯片中Υ/Χ值对发光元件的电カ效率)产生影响的曲线图。从该曲线图可知，优选满足O. 8彡Υ/Χ彡I的条件，更加优选Υ/Χ = 0.9。需要说明的是，不限于0.8彡Υ/Χ彡I的情况，也可以适用于上面形状为长方形的氮化物半导体发光元件芯片(O. 4彡Υ/Χ < O. 8)。但是，上面形状接近正方形的氮化物半导体发光元件芯片由于通过更小的尺寸(从上面看的面积換算)得到与上面形状为长方形的氮化物半导体发光元件芯片同等的电特性，所以能够实现氮化物半导体发光元件的小型化。图6是表示长方形的氮化物半导体发光元件的俯视图。在图6的俯视图中示意性地表示的氮化物半导体发光元件与上述图I及图3不同，将氮化物半导体发光元件芯片的长边X和短边Y的比率设计为O. 4。在图6的氮化物半导体发光元件中，形成有P侧电极焊盘48、ρ侧分支电极48a、n侧电极焊盘49及η侧分支电极49a。图7表示在这样的电极图案的情况下注入电流30mA时的Rs2/Rsl与光输出的关系。图7表示在长方形的氮化物半导体发光元件的情况下，当相对η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl增加电流扩散层的薄层电阻Rs2时，氮化物半导体发光元件的光输出逐渐增大的倾向，但是，与上面形状接近正方形的情况相比，光输出的极大值具有更向电流扩散层的薄层电阻Rs2的增加小的方向偏移的倾向，长方形的氮化物半导体发光元件的光输出在满足I. 5彡Rs2/Rsl彡3. 5的条件时表示出高的光输出。从上述的研究结果可以发现，电流扩散层的薄层电阻Rs2和η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl的关系在至少满足I. 5彡Rs2/Rsl彡4的条件时，与氮化物半导体发光元件的外观形状和电极图案形状无关，表示出高的光输出。以下记载的本发明的实施例I 4的发光元件根据上述图I (a)及(b)所示的发光元件结构来制作，实施例5的发光元件根据上述图3(c)所示的发光元件结构来制作。
表I中列出通过实施例I 5得到的氮化物半导体发光元件的各种特性。<实施例1>在实施例I的氮化物半导体发光元件的制造方法中，如图I (b)中示意性地表示的那样，例如在由具有(0001)面方位的主面的蓝宝石构成的基板I上，隔着由AlN构成的缓冲层2沉积η型氮化物半导体层3。该η型氮化物半导体层3包含在约1000°C的基板温度下沉积的厚度9 μ m的GaN基底层和厚度约2 μ m的掺杂Si的η型GaN接触层(载流子浓度约6 X IO18cnT3)，薄层电阻约为6 8 Ω / ロ。在η型氮化物半导体层3上沉积有源层4，该有源层4具有多重量子阱结构，例如在基板温度约890°C下重复六次层叠有厚度3. 5nm的η型Inai5Gaa85N量子阱层和厚度6nm的掺杂Si的GaN势垒层。
在基板温度约1080°C下，在有源层4上例如沉积厚度15nm的由掺杂表I
权利要求
1.ー种氮化物半导体发光元件，其特征在干， 在基板上表面上的氮化物半导体区域内，按顺序包括ー个以上的η型氮化物半导体层、有源层及ー个以上的P型氮化物半导体层， 所述η型氮化物半导体层具有从所述P型氮化物半导体层侧进行蚀刻而形成的局部露出区域， 在所述η型氮化物半导体层的所述局部露出区域形成有η侧电极焊盘， 在所述P型氮化物半导体层上形成有电流扩散层， 在所述电流扩散层上形成有P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的P侧分支电极， 所述电流扩散层的薄层电阻Rs2大于所述η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl， 所述电流扩散层的薄层电阻Rs2和所述η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl的关系为Rs2 = xXRsl,式中 I. 5 < X < 4。
2.根据权利要求I所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl不到10Ω / ロ。
3.根据权利要求I所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，在所述η型氮化物半导体层的所述局部露出区域形成有所述η侧电极焊盘及从该η侧电极焊盘延伸的η侧分支电扱。
4.根据权利要求I所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，在所述基板上表面上的所述氮化物半导体区域内，所述η型氮化物半导体层的所述局部露出区域形成在由所述P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的所述P侧分支电极包围的大致中央部。
5.根据权利要求I所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，在所述P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的所述P侧分支电极的下部形成的所述电流扩散层和所述P型氮化物半导体层之间形成有电流非注入层。
6.根据权利要求I所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氮化物半导体发光元件通过IOOmA以上的大电流来驱动。
7.根据权利要求I所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氮化物半导体区域是矩形状，在用直线连接所述P侧电极焊盘的中心和所述η侧电极焊盘的中心吋，将与该直线平行的所述氮化物半导体区域的边的长度设为Y，将与所述直线垂直的边的长度设为X，则满足O. 8彡Υ/Χ < I的条件。
8.根据权利要求7所述的氮化物半导体发光元件，其特征在干，满足Υ/Χ= O. 9的条件。
9.根据权利要求7所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述P侧电极焊盘及所述η侧电极焊盘在所述氮化物半导体区域的长边方向的中央沿着短边方向并排配置，与所述P侧电极焊盘相比，所述η侧电极焊盘配置在所述氮化物半导体区域的中央附近。
10.ー种氮化物半导体发光元件的制造方法，至少具有 在基板上表面上的氮化物半导体区域内，按顺序形成ー个以上的η型氮化物半导体层、有源层及ー个以上的P型氮化物半导体层的エ序； 通过蚀刻所述P型氮化物半导体层的一部分而形成所述η型氮化物半导体层的局部露出区域的エ序； 在所述η型氮化物半导体层的所述局部露出区域形成η侧电极焊盘的エ序；在所述P型氮化物半导体层上形成电流扩散层的エ序； 在所述电流扩散层上形成P侧电极焊盘及从该P侧电极焊盘延伸的P侧分支电极的エ序; 该制造方法的特征在于，通过对所述电流扩散层进行退火，使所述电流扩散层的薄层电阻Rs2大于所述η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl。
11.根据权利要求10所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在干，对所述电流扩散层进行退火，以使所述电流扩散层的薄层电阻Rs2和所述η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl的关系为 Rs2 = xXRsl,式中 I. 5 < X < 4。
12.根据权利要求10所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述η型氮化物半导体层的薄层电阻Rsl不到10Ω / ロ。
13.根据权利要求10所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述电流扩散层的退火在380 450°C的温度范围内进行。
14.根据权利要求13所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述电流扩散层的退火在410 430°C的温度范围内进行。
15.根据权利要求14所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述电流扩散层的退火在约410°C的温度下进行。
全文摘要
本发明公开了一种氮化物半导体发光元件及其制造方法。在基板的同一面侧形成有n侧及p侧电极焊盘的氮化物半导体发光元件中，形成从p侧电极焊盘(及n侧电极焊盘)以枝状延伸的延长部，由此得到改善发光元件中的电流分布的电极结构的氮化物半导体发光元件，其中，在n侧及p侧的薄层电阻两者都充分低的情况下，通过在一定条件下提高在p型氮化物半导体层上形成的由透光性导电膜构成的电流扩散层的薄层电阻，降低了p型氮化物半导体层和电流扩散层的接触电阻，而且薄层电阻在面内的分布变得更加均匀，从而光输出得以提高。
文档编号H01L33/62GK102738376SQ20121011999
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者M·布罗克利, 翁宇峰 申请人:夏普株式会社