发光元件的制作方法

1.本发明涉及一种由iii族氮化物半导体构成的紫外发光的发光元件。


背景技术：

2.近年来，将紫外线led用于杀菌、消毒的情况备受关注，正在积极地进行面向紫外线led的高效率化的研究、开发。
3.以往的紫外线led在蓝宝石基板上依次层叠aln、n－algan、发光层、p－algan、p－gan，从p－gan表面侧对一部分区域进行蚀刻而使n－algan露出，在该露出的n－algan上形成n电极。
4.专利文献1中记载了通过在n－al
x
ga
1－x
n(0.7≤x≤1.0)与n电极之间设置由n－alyga
1－y
n(0≤y≤0.5)构成的中间层，从而降低n－al
x
ga
1－x
n与n电极的接触电阻。专利文献2中也记载了同样的技术。
5.专利文献1：日本特开2010－161311号公报
6.专利文献2：日本特开2012－89754号公报


技术实现要素：

7.但是，在n－algan的al组成比高的情况下，专利文献1、2的方法无法充分降低n－algan与n电极的接触电阻，需要扩大n电极的面积。因此，需要扩大用于使n层露出的蚀刻面积，导致发光面积变窄，无法实现高效率的元件。
8.因此，本发明在于，在由iii族氮化物半导体构成的紫外发光的发光元件中降低n层与n电极之间的电阻。
9.本发明涉及一种发光元件，其特征在于，在具有基板、位于基板上的n层、位于n层上的发光层、位于发光层上的p层、从p层表面到达n层的孔以及与在孔的底面露出的n层连接的n电极的、由iii族氮化物半导体构成的紫外发光的发光元件中，n层由al组成比为70％以上的n－algan构成，在n层与n电极之间进一步具有由al组成比小于n层的n－algan构成的接触层，接触层与n层和n电极这两者接触，n电极与接触层的接触面积比接触层与n层的接触面积宽。
10.在本发明中，将n电极与接触层的接触面积设为s1，将接触层与n层的接触面积设为s2，s1/s2可以为1.02～5。
11.在本发明中，接触层的上表面中与孔的上部相对应的区域的上表面可以位于比p层下表面更靠上方的位置。
12.在本发明中，接触层可以从p层的上部或上述孔的侧面遍及孔的底面形成。
13.在本发明中，接触层可以为n－gan。
14.根据本发明，能够充分降低由algan构成的n层与n电极之间的电阻。
附图说明
15.图1是表示实施例1的发光元件的构成的图。
16.图2是表示实施例1的发光元件的制造工序的图。
17.图3是表示实施例1的发光元件的制造工序的图。
18.图4是表示实施例1的发光元件的制造工序的图。
19.符号说明
20.10：基板11：n层12：发光层13：p层14：接触层15：缓冲层16：透明电极17：n电极18：p电极19：反射绝缘膜20：n侧接合电极21：p侧接合电极22～25：孔
具体实施方式
21.以下，参照附图对本发明的具体的实施例进行说明，但本发明并不限于实施例。
22.实施例1
23.图1是表示实施例1的紫外发光的发光元件的构成的图。发光波长例如是200～280nm。如图1所示，实施例1的发光元件具有基板10、缓冲层15、n层11、发光层12、p层13、接触层14、透明电极16、n电极17、p电极18、反射绝缘膜19、n侧接合电极20和p侧接合电极21。
24.(基板10的构成)
25.基板10是由以c面为主面的蓝宝石构成的基板。除了蓝宝石以外，只要是相对于发光波长的透过率高，且能够使iii族氮化物半导体生长的材料就可以使用任意的材料。实施例1的发光元件中，从基板10背面侧取出光。
26.(缓冲层15的构成)
27.缓冲层15位于基板10上。缓冲层15由aln构成。通过设置缓冲层15，改善半导体层的平坦性、结晶性。
28.(n层11的构成)
29.n层11位于缓冲层15上。n层11由al组成比为70％以上的n―algan构成。n型杂质为si。这里，iii族氮化物半导体的al组成比是al相对于iii族金属的摩尔比(％)。即以通式al
x
gayinzn(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1)表示iii族氮化物半导体时，al组成比为x
×
100(％)。n层11可以由多个层构成。在该情况下，只要n层11的最上层的al组成比为70％以上即可。更优选的n层11的al组成比为75～90％，进一步优选为80～85％。
30.(发光层12的构成)
31.发光层12位于n层11上。发光层12是阱层与障壁层交替地反复层叠而成的mqw结构。重复数例如为2～5。阱层由algan构成，其al组成比根据所希望的发光波长进行设定。障壁层是al组成比大于阱层的algan。可以为带隙能量大于阱层的algainn。另外，发光层12也可以为sqw结构。
32.(p层13的构成)
33.p层13位于发光层12上。p层13是从发光层12一侧依次层叠有p－algan、p－gan的结构。p型杂质为mg。通过使与透明电极16相接的最上层为p－gan，从而减少透明电极16与p层13的接触。
34.在p层13表面的一部分区域形成有多个到达n层11的深度的孔22。在孔22的底面露出有n层11。孔22周期性地排列，例如排列成蜂巢状、正三角格子状。孔22的俯视时的形状为
圆、正六角形等。应予说明，孔22可以为1个，可以为台面状。孔22的侧面可以垂直，也可以倾斜。
35.(透明电极16的构成)
36.透明电极16位于p层13上。透明电极16由ito构成。除了ito以外，也可以使用izo等透明导电性材料。另外，也可以没有透明电极，也可以使用ni/au等电极材料。这里，“/”是指层叠，a/b是指按照a、b的顺序层叠的结构。以下材料的说明中同样。
37.(p电极18的构成)
38.p电极18位于透明电极16上。p电极18例如为ni/au、ni/al等。
39.(反射绝缘膜19的构成)
40.反射绝缘膜19遍及p电极18上、透明电极16上、p层13上、孔22的侧面和底面连续地呈膜状设置。反射绝缘膜19保护元件表面，使从发光层12放射的光反射而提高光取出。反射绝缘膜19由sio2构成。除sio2以外，也可以使用sin、sio2/al/sio2等，也可以为dbr。dbr是使高折射率层和低折射率层以规定的厚度交替地层叠而成的结构，是通过适当地设定厚度而提高所希望的波长的反射率的结构。例如高折射率层为hfo2，低折射率层为sio2。通过利用该反射绝缘膜19使从发光层12放射的紫外线向基板10侧反射来改善光取出。
41.在反射绝缘膜19中与孔22底面上部相对应的区域设置有多个孔23。孔23贯通反射绝缘膜19。另外，孔23周期性地排列，例如排列成蜂巢状、正三角格子状。孔23的俯视时的形状为圆、正六角形等。孔23的侧面可以垂直，也可以倾斜。
42.(接触层14的构成)
43.接触层14在反射绝缘膜19上沿着孔22的底面、侧面、上表面(p层13上部的区域即侧面附近的区域)设置。虽然也可以不设置于侧面、上表面，但优选为了使n电极17与接触层14的接触面积增加而设置。另外，接触层14沿着孔23的底面、侧面设置，或者设置成填埋孔23，接触层14与n层11介由多个孔23相接。
44.接触层14由si掺杂的n－gan构成。接触层14并不限于n－gan，也可以为al组成比小于n层11的n－algan。其中，为了充分降低n电极17与n层11的电阻，优选尽可能减少al组成比，更优选al组成比为10％以下，进一步优选al组成比为0％，即n－gan。另外，接触层14可以由al组成比不同的多个层构成。
45.接触层14的n型杂质浓度例如为1
×
10
18
～1
×
10
21
/cm3。如果在该范围内，则能够充分降低n电极17与n层11的电阻。
46.接触层14的厚度例如为1nm～10μm。接触层14的厚度不需要均匀，只要平均膜厚在该范围内即可。通过为该范围，能够充分降低n电极17与n层11之间的电阻。更优选的厚度为10nm～1μm，进一步优选为20～500nm。
47.接触层14的下表面与n层11接触，上表面与n电极17接触。接触层14设置在反射绝缘膜19上，孔23的区域以外不与n电极17相接。另一方面，n电极17设置于接触层14上表面的大致整面。因此，n电极17与接触层14的接触面积比接触层14与n层11的接触面积宽。
48.接触层14的上表面中与孔23的上部相对应的区域的上表面优选位于比p层13下面更靠上方的位置。容易使n侧接合电极20与p侧接合电极21的高度一致，能够提高将实施例1的发光元件安装于子底座(submount)时的与子底座的接合强度。
49.实施例1中，如上所述设置有接触层14，因此能够降低n电极17与n层11之间的电
阻。n电极17与n层11之间的电阻是n电极17与接触层14的接触电阻、接触层14本身的电阻以及接触层14与n层11的接触电阻之和。这里，对于n电极17与接触层14的接触电阻，可以通过使用n－gan作为接触层14的材料，并加宽n电极17与接触层14的接触面积而充分地降低。另外，对于接触层14本身的电阻，由于材料使用n－gan，因此降低。另外，对于接触层14与n层11的接触电阻，由于均为iii族氮化物半导体材料，因此能够降低。因此，实施例1的发光元件中，对于n电极17与n层11之间的电阻，能够比n电极17与n层11直接接触的情况降低。其结果，能够降低发光元件的正向电压vf，也能够提高元件的可靠性。
50.另外，由于接触层14与n层11的接触电阻小，因此能够减少接触层14与n层11的接触面积。因此，能够减少用于使n层11露出的孔22的面积，能够减少由孔22的形成所引起的发光层12的面积的减少。因此，能够与以往的发光元件相比增大发光面积，能够实现输出的提高。
51.将n电极17与接触层14的接触面积设为s1，将接触层14与n层11的接触面积设为s2，s1/s2优选为1.02～5。这是因为进一步降低n电极17与n层11之间的电阻，进一步提高输出。更优选为1.05～3。
52.(n电极17的构成)
53.n电极17位于接触层14上。n电极17例如可以使用ti/al、v、v/au、v/al、v/ti/al、v/ti/au、ni/al等。n电极17被绝缘膜26覆盖。另外，在绝缘膜26的规定区域设置有孔24、25。孔24、25贯通绝缘膜26，在其底面分别露出p电极18、n电极17。
54.(接合电极的构成)
55.n侧接合电极20设置在绝缘膜26上，介由孔25与n电极17见解。p侧接合电极21设置在绝缘膜26上，介由孔24与p电极18接触。n侧接合电极20、p侧接合电极21例如由au构成。
56.以上，实施例1的发光元件中，在n电极17与n层11之间设置接触层14，使接触层14与n电极17的接触面积比接触层14与n层11的接触面积宽。因此，能够降低n电极17与n层11之间的电阻。另外，能够使发光层12的面积的减少小，能够实现输出的提高。
57.接下来，参照附图对实施例1的发光元件的制造方法进行说明。
58.首先，在由蓝宝石构成的基板10上，通过mocvd法依次层叠由aln构成的缓冲层15、由n－algan构成的n层11、发光层12、由p－algan/p－gan构成的p层13(参照图2(a))。
59.接下来，在p层13上的规定的区域通过溅射形成由ito构成的透明电极16(参照图2(b))。
60.接下来，将p层13的规定区域干式蚀刻到n层11露出为止，形成孔22(参照图2(c))。
61.接下来，进行热处理，使透明电极16结晶化，进行低电阻化，并且进行p层13的mg活化。
62.接下来，通过cvd法在元件上表面整面形成反射绝缘膜19。然后，对反射绝缘膜19的规定区域进行蚀刻而形成孔23(参照图3(a))。
63.接下来，在反射绝缘膜19上的规定区域形成由n－gan构成的接触层14，介由孔23使接触层14与n层11接触(参照图3(b))。成膜使用溅射、mbe、psd、mocvd等。从防止因h2带来的p层13的失活的观点考虑，优选通过溅射进行成膜。另外，图案化使用干式蚀刻。
64.接下来，在接触层14上，使用蒸镀、溅射等方法形成n电极17(参照图3(c))。
65.接下来，对反射绝缘膜19的规定区域进行蚀刻而开口，在该开口露出的透明电极
16上，使用蒸镀、溅射等方法形成p电极18(参照图4(a))。
66.接下来，进行热处理，改善p电极18与透明电极16以及n电极17与接触层14的接触。
67.接下来，以覆盖元件上表面整体的方式形成绝缘膜26。然后，对绝缘膜26的规定区域进行蚀刻而形成孔24、25。接下来，在绝缘膜26上的规定区域形成p侧接合电极21、n侧接合电极20(参照图4(a))。
68.接下来，研磨基板10背面，使其变薄，通过激光、断裂分割成各个元件。以上，制造出实施例1的发光元件。
69.(制造方法的变形例)实施例1的发光元件也可以如下制作。
70.首先，与实施例1同样地依次在基板10上层叠缓冲层15、n层11、发光层12、p层13。
71.接下来，将p层13的规定区域干式蚀刻到n层11露出为止，形成孔22。
72.接下来，通过cvd法形成在元件上表面整面形成反射绝缘膜19。然后，对反射绝缘膜19的规定区域进行蚀刻而形成孔23。
73.接下来，与实施例1同样地在反射绝缘膜19上的规定区域形成接触层14。
74.接下来，在接触层14上形成n电极17。
75.接下来，对反射绝缘膜19中的p层13上部的区域进行蚀刻而开口。然后，在该开口露出的p层13上形成透明电极16。
76.接下来，在透明电极16上形成p电极18。
77.接下来，进行热处理。实施例1中，为了透明电极16的低电阻化和电极的接触改善，需要进行2次热处理，但变形例中可以仅进行1次热处理。
78.接下来，与实施例1同样地形成绝缘膜26、孔24、25，形成p侧接合电极21、n侧接合电极20，进行元件分割。
79.产业上的可利用性
80.本发明的发光元件能够用于杀菌、消毒等。