專利名稱：氮化物半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件、電子器件等的氮化物半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
作為使用氮化鎵(GaN)等氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管的透光性電極，在日本特開平11-186599號公報(以下稱為專利文獻1)中公開了設(shè)置厚度20nm以下的銀(Ag)電極的方案。銀電極與氮化物半導(dǎo)體較良好地歐姆接觸。另外，銀電極也與電阻率較大的p型氮化物半導(dǎo)體較良好地歐姆接觸。另外，若設(shè)銀電極的厚度在20nm以下，則可透過具有350～600nm左右的波長的光，因此可將銀電極用作透光電極。特別是對于400nm以下的波長顯示出較大的透射率(例如60％以上)。在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，對于光取出側(cè)電極要求歐姆性和透光性這兩方面，因此銀電極適合作為光取出側(cè)電極。另外，不發(fā)射光的FET等氮化物半導(dǎo)體裝置的電極僅要求歐姆性，銀電極可滿足該要求。
可是，銀電極在10～100℃左右的較低溫度中化學(xué)性能不穩(wěn)定，容易氧化及硫化。另外，當用蒸鍍法形成銀電極時有時出現(xiàn)銀以島狀凝聚的情況。若銀電極氧化或硫化，則氮化物半導(dǎo)體與銀電極的接觸電阻增加，半導(dǎo)體裝置的電氣特性會下降。
專利文獻1日本特開平11-186599號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的是不能將氮化物半導(dǎo)體裝置的電極容易且穩(wěn)定性良好地形成的課題。因而，本發(fā)明的目的是提供能夠容易且穩(wěn)定性良好地形成電極的氮化物半導(dǎo)體裝置。
用以解決上述課題的本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于設(shè)有氮化物半導(dǎo)體區(qū)以及在該氮化物半導(dǎo)體區(qū)的主面上形成的電極，所述電極由Ag與從Au、Cu、Pd、Nd、Si、Ir、Ni、W、Zn、Ga、Ti、Mg、Y、In及Sn中選擇的至少1種添加元素的合金即Ag合金構(gòu)成。
還有，所述添加元素對所述Ag的比例最好為0.5～10重量％。
另外，設(shè)有氮化物半導(dǎo)體區(qū)以及在該氮化物半導(dǎo)體區(qū)的主面形成的電極，所述電極最好是由Ag與從Cu、Au、Pd、Ir及Ni中選擇的至少1種第一添加元素和從Nd、Si、W、Zn、Ga、Ti、Mg、Y、In及Sn中選擇的至少1種第二添加元素的合金。
另外，最好所述第一添加元素對所述Ag的比例是大于0.5重量％且小于10重量％的值，所述第二添加元素對所述Ag的比例是大于0.5重量％且小于10重量％的值，所述第一及第二添加元素的總和對所述Ag的比例為0.5～10重量％。
另外，最好所述氮化物半導(dǎo)體區(qū)包含用以形成半導(dǎo)體發(fā)光元件的多個半導(dǎo)體層，所述電極在所述多個半導(dǎo)體層內(nèi)的光取出面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體層形成，其厚度形成為可使光透過。
依據(jù)本發(fā)明，可借助于添加元素的作用來防止銀的氧化或硫化或這兩方面，能夠容易地形成對氮化物半導(dǎo)體的接觸電阻小的電極。


圖1是表示本發(fā)明實施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖3是表示本發(fā)明實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
(符號說明)1襯底，3主半導(dǎo)體區(qū)，4陽電極，5陰電極，10由Ag合金構(gòu)成的透光性電極。
具體實施例方式
以下，參照圖1～圖3說明與本發(fā)明實施方式有關(guān)的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
實施例1圖1所示的本發(fā)明實施例1的半導(dǎo)體發(fā)光裝置由具有導(dǎo)電性的硅襯底1、緩沖層2、具有發(fā)光功能的主半導(dǎo)體區(qū)3、作為第一電極的陽電極4及作為第二電極的陰電極5構(gòu)成。主半導(dǎo)體區(qū)3為了構(gòu)成雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，一般設(shè)有稱為n型包覆層的n型半導(dǎo)體層6、活性層7和一般稱為p型包覆層的p型半導(dǎo)體層8。還有，緩沖層2也可認為是主半導(dǎo)體區(qū)3的一部分。主半導(dǎo)體區(qū)3的詳細情況將在后面描述。
硅襯底1具有例如5×1018cm-3～5×1019cm-3的例如n型雜質(zhì)濃度，且具有0.0001～0.01Ω·cm的電阻率，作為陽電極4與陰電極5之間的電流通路起作用。為了機械地支持緩沖層2、主半導(dǎo)體區(qū)3，該硅襯底1具有300～1000μm的厚度。
在硅襯底1的一方主面上通過公知的氣相生長方法形成的n型緩沖層2具有由例如多層AlN和GaN重復(fù)配置的多層淀積結(jié)構(gòu)的緩沖層。
構(gòu)成雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的主半導(dǎo)體區(qū)3在緩沖層2上通過公知的氣相生長法形成。在緩沖層2的正上方形成的n型半導(dǎo)體層6，最好是在例如用化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN表示的氮化物半導(dǎo)體中摻雜了n型雜質(zhì)的半導(dǎo)體層，這里x及y是滿足0≤x＜1、0≤y＜1的數(shù)值，若為n型GaN則更好。
n型半導(dǎo)體層6上的活性層7最好是例如用化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN表示的非摻雜的氮化物半導(dǎo)體，這里x及y是滿足0≤x＜1、0≤y＜1的數(shù)值，若為InGaN則更好。還有，在圖1中活性層7簡化為一層而示出，但實際上具有公知的多重量子阱結(jié)構(gòu)。當然，活性層7也可用一層構(gòu)成。另外，也可采用省去活性層7，使n型半導(dǎo)體層6與p型半導(dǎo)體層8直接接觸的結(jié)構(gòu)。另外，該實施例中活性層52中未摻雜導(dǎo)電型確定雜質(zhì)，但可摻雜p型或n型雜質(zhì)。
在活性層7上配置的p型半導(dǎo)體層8最好是在例如用化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN表示的氮化物半導(dǎo)體中摻雜了p型雜質(zhì)的半導(dǎo)體層，這里x及y是滿足0≤x＜1、0≤y＜1的數(shù)值，若為p型GaN則更好。
陽電極4由透光性電極10和焊盤電極11構(gòu)成。透光性電極10覆蓋具有發(fā)光功能的主半導(dǎo)體區(qū)3的主面即由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的p型半導(dǎo)體層8的基本上整個主面12，與p型半導(dǎo)體層8歐姆接觸(低電阻接觸)。透光性電極10具有使從活性層7發(fā)射的光透過的功能與對p型半導(dǎo)體層8歐姆接觸的功能。p型半導(dǎo)體層8的主面12的全部或大部分設(shè)有透光性電極10，因此從平面上看，使電流能夠流過焊盤電極11外周側(cè)的主半導(dǎo)體區(qū)3。
為獲得透光性與歐姆性這兩方面特性，透光性電極10由銀(Ag)為主成分的合金即Ag合金形成，并具有可使400～600nm波長的光透過的1～20nm厚度。用以形成透光性電極10的Ag合金的構(gòu)成最好為Ag90～99.5重量％添加元素 0.5～10重量％。
所述添加元素具有抑制Ag或Ag合金的氧化或硫化或這兩方面的功能，最好是從Cu(銅)、Au(金)、Pd(鈀)、Nd(釹)、Si(硅)、Ir(銥)、Ni(鎳)、W(鎢)、Zn(鋅)、Ga(鎵)、Ti(鈦)、Mg(鎂)、Y(釔)、In(銦)及Sn(錫)中選擇的一種或多種。
為抑制氧化與硫化這兩方面，所述添加元素使用Au(金)。
為抑制氧化，使用從Cu(銅)、Au(金)、Pd(鈀)、Ir(銥)及Ni(鎳)中選擇的一種或多種第一添加元素。
為抑制硫化，使用從Au(金)、Nd(釹)、Si(硅)、W(鎢)、Zn(鋅)、Ga(鎵)、Ti(鈦)、Mg(鎂)、Y(釔)、In(銦)及Sn(錫)選擇的一種或多種第二添加元素。
為抑制氧化與硫化這兩方面，使用上述第一添加元素與第二添加元素兩方。
若發(fā)生Ag或Ag合金構(gòu)成的透光性電極10的氧化或硫化或這兩方面，則透光性電極10與主半導(dǎo)體區(qū)3之間的歐姆接觸惡化，陽電極4與陰電極5之間的正向電壓降變大。
若使用上述添加元素內(nèi)的從In(銦)、Sn(錫)、Ti(鈦)、Pd(鈀)及Ni(鎳)中選擇的一種或多種，則可改善透光性電極10與主半導(dǎo)體區(qū)3及焊盤電極11之間的密合性。因而，在要求改善密合性時，除向Ag添加用以抑制氧化或硫化的元素以外還添加具有改善上述的密合性的效果的元素。
若Ag合金中的相對于Ag的添加元素比例增大，則氧化或硫化的抑制效果及可能在蒸鍍銀時產(chǎn)生的銀的島狀凝聚的抑制效果增大。但是，添加元素的比例增大時，透光性電極10與主半導(dǎo)體區(qū)3之間的接觸電阻增大。因而，元素添加的比例最好確定為在使用本發(fā)明的Ag合金時的透光性電極10與主半導(dǎo)體區(qū)3之間的接觸電阻與伴隨以往作為透光性電極僅使用Ag時產(chǎn)生的氧化或硫化的透光性電極與主半導(dǎo)體區(qū)之間的接觸電阻相同或更小。
考慮所述接觸電阻與所述成本中的任一方面或兩方面，最好將添加元素對Ag的比例設(shè)為0.5～10重量％。若添加元素的比例少于0.5重量％，則難以獲得期望的抑制氧化或硫化的效果，若大于10重量％，則難以獲得期望值以下的接觸電阻。添加元素的更優(yōu)選的比例為1.5～5重量％，最優(yōu)選的比例為3.5～4.5重量％。
作為透光性電極10，用公知的方法將含有4重量％Au的Ag合金蒸鍍在p型半導(dǎo)體層8上，在形成焊盤電極11后，實施500℃的熱處理來完成圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，測定該半導(dǎo)體發(fā)光裝置中有30mA的正向電流流過時的陽電極4與陰電極5之間的正向電壓的結(jié)果為3.5V。
另外，使用含有2重量％Cu、含有2重量％Zn的Ag合金，與上述的含有Au的Ag合金時同樣地形成透光性電極10，也同樣地測定正向電壓，結(jié)果為3.6V。
另外，用含有4重量％Cu的Ag合金，與上述用含有Au的Ag合金時同樣形成透光性電極10，并同樣地測定正向電壓，結(jié)果為3.55V。
另外，用含有4重量％Zn的Ag合金，與上述的含有Au的Ag合金時同樣形成透光性電極10，并同樣地測定正向電壓，結(jié)果為3.65V。
為作比較而僅用Ag，與上述使用含有Au的Ag合金時同樣形成透光性電極，并測定正向電壓，結(jié)果為3.7V。
另外，為作比較而與上述的使用含有Au的Ag合金時同樣形成在Ag層上設(shè)置TiO2層的透光性電極，并測定正向電壓，結(jié)果為3.8V。
陽電極4中的焊盤電極11是焊接導(dǎo)線(未圖示)等的連接件的部分，由透光性電極10上形成的Ti(鈦)層11a和在該Ti(鈦)層11a上形成的Au(金)層11b構(gòu)成。由于焊盤電極11不透光，為不妨礙來自透光性電極10的光取出而僅設(shè)置在例如平面形狀四邊形的透光性電極10的中央的一部分上。透光性電極10與焊盤電極11電連接，因此起到使電流也流過與主半導(dǎo)體區(qū)3的焊盤電極11相對的部分的外周側(cè)的功能。
陰電極5設(shè)于硅襯底1的下面13，與硅襯底1歐姆接觸。還有，也可將陰電極5設(shè)于硅襯底1或緩沖層2或n型半導(dǎo)體層6的上面。
若在陽電極4與陰電極5之間施加正向電壓，則光從活性層7向透光性電極10側(cè)與陰電極5側(cè)這兩方向發(fā)射。從活性層7向透光性電極10側(cè)發(fā)射的光從未被焊盤電極11覆蓋的部分取出到外部。從活性層7向陰電極5側(cè)發(fā)射的光經(jīng)陰電極5反射后回到透光性電極10側(cè)，被取出到外部。
本實施例具有如下效果。
(1)可通過構(gòu)成透光性電極10的Ag合金的添加元素的作用，防止銀的氧化或硫化或這兩方面或蒸鍍時的銀的凝聚，并可容易地形成與氮化物半導(dǎo)體的接觸電阻小的電極。
(2)可提供透光性和歐姆性這兩方面均良好的透光性電極10。
(3)專利文獻1中公開了為實現(xiàn)Ag電極的穩(wěn)定化而在Ag電極上設(shè)置TiO2層的方案。若這樣為穩(wěn)定化而設(shè)置TiO2層，則需要為此設(shè)置特別的工序，導(dǎo)致發(fā)光二極管的制造成本增大。與此相比，本實施例中，不需要為Ag的穩(wěn)定化而設(shè)置特別的層，因此可減小發(fā)光二極管的制造成本。
實施例2接著，參照圖2說明本發(fā)明實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件。但是，在圖2及后述的圖3中，與圖1基本相同的部分采用同一符號，并省略其說明。
圖2的實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件省略了圖1的緩沖層2，在n型半導(dǎo)體層6與硅襯底1之間設(shè)置光反射層20，其它與圖1基本相同地形成。光反射層20最好用與實施例1的透光性電極10相同的Ag合金形成。但是，光反射層20可換成Ag或其它金屬或半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的光反射層。這里的光反射層20通過將圖2中用點劃線區(qū)分表示的主半導(dǎo)體區(qū)3側(cè)的Ag合金構(gòu)成的第一貼合層20a和在襯底1側(cè)的由Ag合金構(gòu)成的第二貼合層(點劃線)20b例如伴隨250～400℃的熱處理而熱壓接來形成。該熱壓接時，使Ag或Ag合金材料彼此擴散，因此可將該熱壓接的接合稱為擴散接合。
光反射層20為阻止此處的光透射而最好具有50nm以上的厚度。另外，為了良好地得到主半導(dǎo)體區(qū)3對襯底1的粘接功能，最好將光反射層2的厚度設(shè)為80nm以上。但是，若光反射層2的厚度超過1500nm，則光反射層20上會發(fā)生裂縫。因而，光反射層20的優(yōu)選厚度為50～1500nm，更優(yōu)選的厚度為80～1000nm。
從活性層7向光反射層20側(cè)發(fā)射的光在光反射層20向主半導(dǎo)體區(qū)3的主面12側(cè)反射后取出到外部。
圖2的實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件與實施例1同樣具有透光性電極10，除了具有與實施例1相同的效果以外，還具有增大光反射層20的光取出效率的效果。
另外，在半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性及制造成本上，實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件優(yōu)于日本特開2002-217450號公報所示的傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件。即，日本特開2002-217450號公報所示的傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在光反射層與主半導(dǎo)體區(qū)之間分散配置了接觸用合金層。與此相比，實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件未設(shè)有相當于傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件的接觸用合金層的層。因此，可使光反射層20與主半導(dǎo)體區(qū)3及硅襯底1的基本上整個主面接觸。因而，本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件具有比所述日本特開2002-217450號公報大的光反射量，且具有較小的正向電壓。另外，由于未設(shè)置與所述特開2002-217450號公報所示的接觸用合金層相當?shù)膶?，可相?yīng)地減少制造成本。
另外，通過用與透光性電極10與光反射層20相同的Ag合金來形成，可降低制造成本。
實施例3圖3所示的實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件在圖1上增加了電流阻擋層21與保護膜22，其它與圖1相同。該電流阻擋層21配置在焊盤電極11的正下方的、透光性電極11與主半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面12之間配置。若未設(shè)有電流阻擋層21，則在活性層7的與焊盤電極11相對的部分有電流流過，即使從這里發(fā)射光，該光也被非透光性的焊盤電極11遮擋。因而，活性層7的與焊盤電極11相對的部分上流過的電流是對光取出無貢獻的電流。因此，抑制在與活性層7的焊盤電極11相對的部分的電流，對提高發(fā)光效率很重要。圖3的電流阻擋層21由硅氧化物等的絕緣膜構(gòu)成且配置在主半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面12的與焊盤電極11相對的區(qū)域，因此抑制了上述的對發(fā)光無貢獻的電流，有助于增大主半導(dǎo)體區(qū)3的外周側(cè)部分的電流而提高發(fā)光效率。從平面上看，即從與主半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面12垂直的方向看，電流阻擋層21在包含焊盤電極11內(nèi)側(cè)的至少一部分的圖案上形成。
圖3的保護膜22由絕緣膜構(gòu)成，覆蓋主半導(dǎo)體區(qū)3及緩沖層2的側(cè)面。該保護膜22可用與電流阻擋層21相同的絕緣物形成。
實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件除具有與實施例1相同的效果以外，還具有電流阻擋層21和保護膜22的效果。
也可將圖3的電流阻擋層21及保護膜22設(shè)于圖2的半導(dǎo)體發(fā)光元件上。
本發(fā)明并不限于上述的實施例，例如可進行如下變形。
(1)也可在晶體管、FET、高電子遷移率晶體管即HEMT(HighElectron Mobility Transistor)半導(dǎo)體激光器、光探測器、太陽能電池等的其它氮化物半導(dǎo)體裝置的電極上使用本發(fā)明的Ag合金。
(2)可在光反射層20與n型半導(dǎo)體層6之間設(shè)置由AlInGaN等構(gòu)成的緩沖層。
(3)可取代硅襯底1而使用具有導(dǎo)電性的SiC襯底、金屬襯底等的其它導(dǎo)電性襯底或藍寶石等的絕緣襯底。
(4)若襯底1為金屬襯底時，可作為電極使用而省略第二電極5。
(5)可將主半導(dǎo)體區(qū)3的各層的導(dǎo)電型設(shè)為與各實施例相反。
(6)可將圖2中襯底1用可與Ag或Ag合金擴散接合的金屬形成，可省略襯底1側(cè)的貼合層20b。
(7)可在圖1及圖3中硅襯底1與陰電極5之間按公知方式配置光反射層。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于設(shè)有氮化物半導(dǎo)體區(qū)以及在該氮化物半導(dǎo)體區(qū)的主面形成的電極，所述電極由Ag與從Au、Cu、Pd、Nd、Si、Ir、Ni、W、Zn、Ga、Ti、Mg、Y、In及Sn中選擇的至少1種添加元素的合金構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述添加元素對所述Ag的比例為0.5～10重量％。
3.一種氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于設(shè)有氮化物半導(dǎo)體區(qū)，以及在該氮化物半導(dǎo)體區(qū)的主面上形成的電極，所述電極是由Ag與從Cu、Au、Pd、Ir及Ni中選擇的至少1種第一添加元素和從Nd、Si、W、Zn、Ga、Ti、Mg、Y、In及Sn中選擇的至少1種第二添加元素的合金。
4.如權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述第一添加元素對所述Ag的比例是大于0.5重量％且小于10重量％的值，所述第二添加元素對所述Ag的比例是大于0.5重量％且小于10重量％的值，所述第1及第二添加元素的總和對所述Ag的比例為0.5～10重量％。
5.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述氮化物半導(dǎo)體區(qū)包含用以形成半導(dǎo)體發(fā)光元件的多個半導(dǎo)體層，所述電極在所述多個半導(dǎo)體層內(nèi)的光取出面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體層形成，且形成為可使光透過的厚度。
全文摘要
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置由硅襯底(1)、在其上配置的具有發(fā)光功能的主半導(dǎo)體區(qū)(3)及在主半導(dǎo)體區(qū)(3)上配置的p型半導(dǎo)體層(8)構(gòu)成。主半導(dǎo)體區(qū)(3)由n型半導(dǎo)體層(6)、活性層(7)和p型半導(dǎo)體層(8)構(gòu)成。透光性電極(10)由Ag合金構(gòu)成。在透光性電極(10)的Ag合金中摻入了用以抑制氧化或硫化的添加元素。摻入了添加元素的Ag合金穩(wěn)定性高且透光性及歐姆性優(yōu)異。
文檔編號H01L21/02GK1973360SQ200580021019
公開日2007年5月30日 申請日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者青柳秀和, 松尾哲二, 杢哲次, 田島未來雄 申請人:三墾電氣株式會社