專利名稱：：氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件。更具體地說，本發(fā)明涉及一種面朝上(face-up)型氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其配置有具有優(yōu)良透光性和歐姆特性的正電極。
背景技術(shù)：
：近年來，GaN基化合物半導體材料作為用于短波長發(fā)光器件的半導體材料吸引了人們的注意力。通過金屬有機化學氣相沉積方法(MOCVD方法)、分子束外延(MBE方法)等，在各種氧化物襯底例如藍寶石晶體或者III-V族化合物襯底上形成GaN基化合物半導體。GaN基化合物半導體材料的一個特性特征是，在橫向方向上的電流擴散很小。這導致許多位錯存在于外延晶體中，并且從襯底透到表面上，但尚不知道其詳細原因。此外，在P型GaN基化合物半導體中，電阻率比n型GaN基化合物半導體的電阻率高，因此，除非使與p型GaN基化合物半導體形成歐姆接觸的材料作為正電極，否則驅(qū)動電壓會大大地增加。與p型GaN基化合物半導體形成歐姆接觸的材料主要是金屬，特別地，具有大的功函數(shù)的金屬易于建立歐姆接觸。并且，從透光的觀點，正電極優(yōu)選對光透明。因此，迄今為止，已將容易與P型GaN基化合物半導體形成歐姆接觸的金屬材料形成為薄膜，以由此同時獲得低電阻和透光性。當金屬形成為薄膜時，產(chǎn)生在擴散方向上電阻變高的問題。為解決該問題，已提出了一種具有兩層結(jié)構(gòu)的正電極，該兩層結(jié)構(gòu)由歐姆接觸層和電流擴散層構(gòu)成，其中歐姆接觸層包括薄膜金屬，電流擴散層包括具有高透光率的透明導電膜(參見例如日本專利No.294173)。為了制造更亮的發(fā)光器件(LED)，反射或吸收光的金屬層的存在必須被消除。為此，已研究了一種使得透明導電膜本身與P型GaN基化合物半導體形成歐姆接觸的方法(參見例如日本待審的專利公開No.2001-210867)。在日本待審的專利公開No.2001-210867中，提出了通過除了濺射方法以外的方法制造與p型GaN基化合物半導體形成直接接觸的透明導電膜。在濺射方法中，由于P型GaN基化合物半導體層受到損傷，接觸電阻高，并且不能獲得低的工作電壓。然而，當通過除了濺射以外的方法形成透明導電膜，然后通過濺射方法增加透明導電膜的厚度時，由于在構(gòu)造層疊結(jié)構(gòu)的方式上改變了膜形成方法，因此在方法改變的界面處，電阻增加。并且，生產(chǎn)率很差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種具有低驅(qū)動電壓和高發(fā)光輸出的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其具有正電極，所述正電極包括與p型半導體層形成直接接觸的透明導電層。本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有正電極的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，所述正電極具有低接觸電阻和優(yōu)良的電流擴散性，其中通過相容的(consistent)膜形成技術(shù)形成具有不同目的的多個透明導電膜層，而在形成透明導電膜層時不損傷P型半導體層。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，例如當在構(gòu)成正電極的透明導電膜層的半導體側(cè)表面上和在p型半導體的正電極側(cè)表面上分別適當?shù)匦纬砂雽w金屬混合層和正電極金屬混合層時，可以獲得低的接觸電阻；當將透明導電膜層形成為具有包括與P型GaN基化合物半導體形成直接接觸的透明導電膜接觸層和透明導電膜電流擴散層的至少兩層的層疊結(jié)構(gòu)并且通過RF濺射方法形成所述透明導電膜接觸層時，可以形成透明導電膜層而不損傷p型氮化鎵基化合物半導體；當通過DC濺射方法在透明導電膜接觸層上連續(xù)地層疊導電透明膜電流擴散層時，可以抑制在這兩層之間的界面處的電阻的增加；當透明導電膜電流擴散層形成為具有大厚度時，在維持高透光率的同時可以提高電流的擴散；以及當在膜形成之后熱處理透明導電膜層時，在半導體金屬混合層中產(chǎn)生半導體金屬的大的濃度梯度。也就是說，本發(fā)明提供以下
發(fā)明內(nèi)容。(1)—種氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，包括依次形成在襯底上的n型半導體層、發(fā)光層和P型半導體層，其中每一層包括氮化鎵基化合物半導體，所述發(fā)光器件具有分別設(shè)置在所述n型半導體層上和所述p型半導體層上的負電極和正電極，所述正電極至少部分地由透明導電膜形成，所述透明導電膜至少部分地與所述P型半導體層接觸，在所述透明導電膜的半導體側(cè)表面上存在包含III族金屬成分的半導體金屬混合層，并且所述半導體金屬混合層的厚度為0.1至lOnm。(2)根據(jù)上述第1項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中在所述半導體金屬混合層中存在這樣的區(qū)域，其半導體金屬濃度為基于所有金屬的20原子％或更高。(3)根據(jù)上述第l或第2項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中在距離所述半導體金屬混合層的半導體/透明導電膜界面小于3nm的范圍內(nèi)存在這樣的區(qū)域，其半導體金屬濃度為基于所有金屬的40原子％或更高。(4)根據(jù)上述第l至第3項中任何一項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中在距離所述半導體金屬混合層的半導體/透明導電膜界面大于等于3nm的范圍內(nèi)的所述半導體金屬濃度為基于所有金屬的15原子％或更低。(5)根據(jù)上述第l至第4項中任何一項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中所述透明導電膜在室溫下形成，并且在所述膜形成之后，在300至70(TC下被熱處理。(6)根據(jù)上述第l至第5項中任何一項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中所述透明導電膜包括透明導電膜接觸層和透明導電膜電流擴散層，并且所述透明導電膜接觸層與所述P型半導體層接觸。(7)根據(jù)上述第6項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中通過RF濺射方法形成所述透明導電膜接觸層。(8)根據(jù)上述第6或第7項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中通過DC濺射方法形成所述透明導電膜電流擴散層。(9)根據(jù)上述第6至第8項中任何一項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中所述透明導電膜接觸層的厚度為1至5nm。(10)根據(jù)上述第6至第9項中任何一項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中所述透明導電膜電流擴散層的厚度為150至500nm。(11)根據(jù)上述第6至第IO項中任何一項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中所述透明導電膜電流擴散層在接近和遠離所述P型半導體的兩側(cè)采用不同的結(jié)構(gòu)，并且在遠離所述半導體的一側(cè)的所述層的結(jié)構(gòu)是柱狀結(jié)構(gòu)。(12)根據(jù)上述第11項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中在更接近所述半導體的一側(cè)的結(jié)構(gòu)層的膜厚度為30至100nm。(13)根據(jù)上述第l至第12項中任何一項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中在所述P型半導體層中存在包含所述透明導電膜的金屬成分的正電極金屬混合層。(14)根據(jù)上述第13項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中所述正電極金屬混合層的厚度為O.1至5nm。(15)根據(jù)上述第13或第14項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中所述正電極金屬混合層中的所述透明導電膜金屬成分的濃度為基于在所述正電極金屬混合層中的所有金屬的O.1至20原子％。(16)根據(jù)上述第1至第15項中任何一項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中所述透明導電膜包括選自In、Sn、Zn、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir和Pt的至少一種金屬的氧化物。(17)根據(jù)上述第16項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中所述透明導電膜包括選自In、Sn、Zn、Al、Cu、Ag、Ga、Ge、W、Mo和Cr的至少一種金屬的氧化物。(18)—種燈，包括根據(jù)上述第l至第17項中任何一項的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件。(19)—種電子裝置，包括根據(jù)上述第18項的燈。(20)—種機器，包括根據(jù)上述第19項的電子裝置。本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件在構(gòu)成正電極的透明導電膜層的半導體側(cè)表面上適當?shù)鼐哂邪瑯?gòu)成所述半導體的III族金屬的半導體金屬混合層，因此在正電極與P型半導體層之間的接觸電阻可以很小。并且，在半導體金屬混合層中，產(chǎn)生半導體金屬的大濃度梯度，從而在半導體/透明導電膜層界面附近具有高的半導體金屬比例且在遠離界面的位置處具有低的半導體金屬比例，因此在界面附近可以減小半導體與透明導電膜層之間的接觸電阻，在遠離界面的位置處可以維持半導體的良好結(jié)晶性，并且發(fā)光器件可以具有低電阻。此外，使得正電極金屬混合層適當?shù)卮嬖谟趐型半導體層的正電極側(cè)表面上，其中該正電極金屬混合層包含構(gòu)成正電極的透明導電膜層的金屬，因此可以進一步減小半導體與透明導電膜層之間的接觸電阻。圖1是示意圖，示例了本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件的一般結(jié)構(gòu)；圖2是示意圖，示例了本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件的一個實施例；圖3是示意圖，示出了在實例1中制造的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件的截面圖；圖4是示意圖，示出了在實例1中制造的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件的平面圖；圖5是示出透明導電膜接觸層的截面TEM圖像的EDS分析結(jié)果的示例性圖表；圖6是示出p型接觸層的截面TEM圖像的EDS分析結(jié)果的示例性圖表；以及圖7是在實例1中制造的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件的透明導電膜電流擴散層的截面TEM照片。具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件是通過以下工序制造的半導體發(fā)光器件需要時通過緩沖層(2)，在襯底(1)上層疊氮化鎵基化合物半導體，形成n型半導體層(3)、發(fā)光層(4)和p型半導體層(5)，部分地去除發(fā)光層和p型半導體層，在暴露的n型半導體層上形成負電極(20)，并且在剩余的p型半導體層上形成正電極(10)。對于襯底，可以采用公知的襯底材料而沒有任何限制，實例包括氧化物單晶例如藍寶石單晶(A1203;A面、C面、M面、R面)、尖晶石單晶(MgAl204)、ZnO單晶、LiA102單晶、LiGa02單晶和MgO單晶；Si單晶；SiC單晶；GaAs單晶；A1N單晶；GaN單晶；以及硼化物單晶例如ZrB2。襯底的平面取向不限于任何特定方向。襯底的晶面可以傾斜到特定的晶面或者不傾斜。對于n型半導體層、發(fā)光層和p型半導體層的結(jié)構(gòu)，存在可以采用的各種公知的結(jié)構(gòu)而沒有任何限制。P型半導體層可以具有常規(guī)的載流子濃度。值得注意的是，本發(fā)明的透明電極還可應(yīng)用于具有低載流子濃度(例如約lX1017cm—3)的p型半導體層。對于用于形成這些層的氮化鎵基化合物半導體，已知由通用化學式AlxInyGai—x—yN(0《x<l，O《y<l，O《x+y<1)表示的各種組分的半導體，且可以沒有任何限制地使用包括已知的一些的由通用化學式AlJriyGa卜x—yN(0《x<l，O《y<1，0《x+y<1)表示的各種組分的半導體中的任何一種作為用于形成本發(fā)明中的n型半導體層、發(fā)光層和P型半導體層的氮化鎵基化合物半導體。不特別限制用于生長這種氮化鎵基化合物半導體的方法，可以采用任何已知的用于生長氮化鎵基化合物半導體的方法，例如MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)、HVPE(氫化物氣相外延)和MBE(分子束外延)。從膜厚度可控性和批量生產(chǎn)率的觀點，MOCVD是優(yōu)選的生長方法。在MOCVD方法中，將氫氣(H2)或氮氣(N2)用作載氣，并且將三甲基鎵(TMG)或三乙基鎵(TEG)、三甲基鋁(TMA)或三乙基鋁(TEA)和三甲基銦(TMI)或三乙基銦(TEI)分別用作作為來自m族的原材料的Ga源、Al源和In源，同時將氨(NH3)、肼(N2H4)等用作作為來自V族的原材料的N源。關(guān)于摻雜劑，可以將作為Si源材料的甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)和作為Ge源材料的鍺烷(GeH4)或有機鍺化合物用于n型，并且對于p型，將例如雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)或雙乙基環(huán)戊二烯基鎂((EtCp)2Mg)用作Mg源材料。為了形成在通過在襯底上依次形成n型半導體層、發(fā)光層和p型半導體層而制造的氮化鎵基化合物半導體中的n型半導體層接觸的負電極，部分地去除發(fā)光層和p型半導體層，以暴露下面的n型半導體層。此后，在p型半導體層的未被去除區(qū)域上形成本發(fā)明的透明正電極，并且在暴露的n型半導體層上形成負電極。公知各種組分和結(jié)構(gòu)的負電極，可以將包括已知的一些的各種組分和結(jié)構(gòu)的負電極中的任何一種用作負電極而沒有任何限制。例如，可以使用圖2中所示的層疊結(jié)構(gòu)，其是通過在藍寶石襯底(1)上依次層疊由AIN構(gòu)成的緩沖層(2)、包括由n型GaN構(gòu)成的n型接觸層(3a)和由n型GaN層構(gòu)成的n型覆層(3b)的n型半導體層(3)、由InGaN構(gòu)成的發(fā)光層(4)以及包括由p型GaN構(gòu)成的P型接觸層(5a)和由p型AlGaN層構(gòu)成的p型覆層(5b)的p型半導體層(5)而獲得的。通過蝕刻部分去除氮化鎵基化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)的p型接觸層(5a)、p型覆層(5b)、發(fā)光層(4)和n型覆層(3b)，并且在暴露的n型接觸層(3a)上形成由例如Ti/Au構(gòu)成的常規(guī)負電極(20)，在剩余的p型接觸層(5a)上形成正電極(10)。在本發(fā)明中，正電極(10)至少具有與p型半導體層形成接觸的透明導電膜(11)。在透明導電膜(11)的一部分上，設(shè)置接合襯墊層(15)，用于與電路板、引線框架等建立電連接。透明導電膜對發(fā)射波長區(qū)域內(nèi)的光透明，并且由具有導電性的材料構(gòu)成。例如，透明導電膜由選自In、Sn、Zn、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Sb、Hf、Ta、W、Re、0s、Ir和Pt的至少一種金屬的氧化物構(gòu)成。其中，由于其良好的透光性和高導電性，優(yōu)選選自In、Sn、Zn、Al、Cu、Ag、Ga、Ge、W、Mo和Cr的至少一種金屬的氧化物。特別地，優(yōu)選各種組分的ITO。透明導電膜的厚度優(yōu)選為50nm至1，OOOnm。如果厚度小于50nm，則表面電阻值不利地很低，而如果厚度超過1，OOOnm，則生產(chǎn)率降低。厚度更優(yōu)選為100至500nm，進一步更優(yōu)選150至300nm。優(yōu)選將透明導電膜構(gòu)造為具有兩層結(jié)構(gòu)，該兩層結(jié)構(gòu)由透明導電膜接觸層和透明導電膜電流擴散層構(gòu)成。形成設(shè)置為與P型半導體層接觸的透明導電膜接觸層而在膜形成時不損傷P型半導體層。為此，需要使進入P型半導體層的能量盡可能低。用弱入射能量形成透明導電膜接觸層，因此，膜的密度變低。透明導電膜接觸層的厚度優(yōu)選為l至5nm。如果膜厚度小于lnm，則在形成透明導電膜擴散層時p型半導體層受到損傷，而如果厚度超過5nm，則在透明導電膜接觸層中電流擴散效果差，且整個透明導電膜的電流擴散效果減弱。膜厚度更優(yōu)選為1.5至3.5nm。隨后形成的透明導電膜電流擴散層同時滿足高透光率和低表面電阻。透明導電膜電流擴散層優(yōu)選為高密度膜，以提高電流擴散效果。透明導電膜電流擴散層的厚度優(yōu)選為50nm至1，OOOnm。如果膜厚度小于50nm，則不能獲得低表面電阻，而如果厚度超過1，OOOnm，則不能獲得高透光率。膜厚度更優(yōu)選為150至700nm。優(yōu)選連續(xù)而沒有間斷地形成這兩層。如果插入時間空隙或者將系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一設(shè)備，則可能在兩層之間附著污染物，或者金屬氧化物膜可能進一步被氧化，從而形成高電阻層。當使得包含構(gòu)成半導體的金屬的半導體金屬混合層存在于透明導電膜的半導體側(cè)表面上時，透明導電膜與半導體之間的接觸電阻降低。即，在本發(fā)明中，將"半導體金屬混合層"定義為透明導電膜中的半導體金屬包含層，并且將存在于透明導電層中的包含其量為基于所有金屬成分的3原子％或更高的半導體金屬成分的層稱為"半導體金屬混合層"。半導體金屬混合層的厚度優(yōu)選為0.1至10nm。如果厚度小于0.lnm或超過10nm，則很難獲得低接觸電阻。為了獲得更低的接觸電阻，厚度更優(yōu)選為l至8nm。關(guān)于包含在半導體金屬混合層中的半導體金屬的比例，優(yōu)選存在以基于所有金屬成分的20原子％或更高的比例包含半導體金屬的區(qū)域。該比例具有分布，并且越接近于半導體/透明導電膜界面，半導體形成金屬的比例越高。特別地，在距離半導體/透明導電膜界面小于3nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選存在其中半導體金屬比例為基于半導體金屬混合層中的所有金屬的40原子％或更高的區(qū)域。這意味著在半導體/透明導電膜界面附近，即在距離界面小于3nm的范圍內(nèi)，半導體金屬向透明導電膜的擴散正在進行，從而接觸電阻降低。該機理的詳細情況尚不明了，但是，鑒于在p型GaN/透明導電膜的接觸界面處的能級圖，與不發(fā)生擴散的情況相比，當擴散進行時，空穴和電子位于彼此更靠近的距離內(nèi)，并且認為產(chǎn)生更大數(shù)量的復合中心。還可假定當存在復合中心時，空穴或電子流入該區(qū)域中，從而提供電中性和低勢壘狀態(tài)。另一方面，在遠離半導體/透明導電膜界面大于等于3nm的范圍內(nèi)，半導體金屬的比例優(yōu)選為15原子％或更低。如果在該范圍內(nèi)的半導體金屬比例超過15原子％，發(fā)光器件的驅(qū)動電壓有時增大。即，遠離半導體/透明導電膜界面大于等于3nm的透明導電膜優(yōu)選處于半導體金屬的擴散不在進行的狀態(tài)中。這是因為，如果連續(xù)地進行構(gòu)成半導體的金屬的擴散，半導體層的晶體被破壞，并且半導體層變?yōu)榫哂懈唠娮?。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，可以通過對截面TEM圖像的EDS分析來測量半導體金屬混合層的厚度和包含在該層中的半導體形成金屬的比例。由此，關(guān)于透明導電膜，在從p型半導體/透明導電膜界面開始的厚度方向上，可以在不同的點，例如五個點處進行對截面TEM圖像的EDS分析，并且可以在這些點處由每個圖表確定在每一點處包含的金屬的類型和含量。如果五個測量點不足以確定厚度，可以在幾個附加點處進行測量。并且，優(yōu)選在p型半導體層的正電極一側(cè)的表面上存在包含構(gòu)成透明導電膜(即正電極)的金屬的正電極金屬混合層。利用這種結(jié)構(gòu)，可以進一步降低透明導電膜與P型半導體層之間的接觸電阻。簡言之，在此使用的"正電極金屬混合層"被定義為在P型半導體層中的包含構(gòu)成透明導電膜的金屬的層。正電極金屬混合層的電阻高于其他p型半導體層的電阻，但是，由于半導體與正電極之間的接觸電阻變低，因此通過形成適當膜厚度的正電極金屬混合層，可以使得驅(qū)動電壓最低。正電極金屬混合層的厚度優(yōu)選為0.lnm至5nm。如果厚度小于0.lnm，則降低接觸電阻的效果不足夠高，而如果厚度超過5nm，則半導體層表面的結(jié)晶性被不利地破壞。厚度更優(yōu)選為1至3nm。包含在正電極金屬混合層中的透明導電膜構(gòu)成金屬的比例優(yōu)選為O.1至30原子％。如果該比例小于O.1原子％，則降低接觸電阻的效果不足夠高，而如果該比例超過30原子％，則半導體層表面的結(jié)晶性可能被破壞，從而增大半導體層的電阻率。該比例更優(yōu)選為1至20原子％。與半導體金屬混合層類似地，可以通過對截面TEM圖像的EDS分析來測量正電極金屬混合層的厚度和正電極金屬含量。用于形成透明導電膜、半導體金屬混合層和正電極金屬混合層的方法如下所述。優(yōu)選通過基于RF放電的濺射來進行在p型半導體層上的透明導電膜的形成(即透明導電膜接觸層的形成)。已經(jīng)說明了可以通過RF放電濺射而不是通過氣相沉積或DC放電濺射，形成呈現(xiàn)低接觸電阻的電極。在通過RF放電濺射的膜形成中，沉積在p型半導體層上的濺射原子通過離子輔助效應(yīng)獲得能量。由此，認為促進了P型半導體(例如Mg摻雜的p型GaN)的表面部分中的濺射原子的擴散。另外，在膜形成期間，形成P型半導體的頂面的原子被賦予能量。這樣，認為提高了半導體材料(例如Ga)向透明導電膜接觸層中的擴散。通過對透明導電膜接觸層(即通過RF濺射在p型GaN層上形成的膜)的截面TEM圖像的EDS分析，觀測到包含來自半導體的Ga的部分(即半導體金屬混合部分)(參見圖5，其示出了在本發(fā)明的實例1中獲得的透明導電膜接觸層的分析結(jié)果的一個實例)。另一方面，在半導體側(cè)確認了其中通過對截面TEM圖像的EDS分析檢測到來自于透明導電膜的In和Sn的區(qū)域，即正電極金屬混合層(參見圖6，其示出了在本發(fā)明的實例1中獲得的P型半導體層的分析結(jié)果的一個實例)。在金屬氧化物的濺射中，當在濺射時將GaN層表面暴露于等離子體時，等離子體粒子會破壞GaN表面的結(jié)晶性。沒有觀測到顯示對結(jié)晶性的破壞的證據(jù)，但是發(fā)生了在半導體金屬混合層中的半導體金屬的高比例和混合層的膜厚度的增加。這被認為是由于這樣的原因而發(fā)生的，由于等離子粒子首先破壞GaN表面的結(jié)晶性，然后形成透明導電膜，因此其晶體結(jié)構(gòu)被更嚴重破壞的半導體金屬擴散到透明導電膜中。因此，為了防止接觸電阻的增加，必須將GaN層疊襯底設(shè)計為在濺射時不被暴露于等離子體。為此的方法的實例包括增大T-S(靶-襯底)距離，增大磁體的磁力以及設(shè)計磁體形狀以阻止等離子體朝向襯底方向蔓延。此外，透明導電膜接觸層的形成優(yōu)選在不高于室溫的溫度下進行。如果p型半導體被加熱，透明導電膜接觸層的入射粒子被賦予來自P型半導體的擴散能量且過度擴散，從而破壞半導體的結(jié)晶性且形成高電阻層。在形成透明導電膜之后在300至70(TC下的加熱產(chǎn)生這樣的狀態(tài)，其中在半導體/透明導電膜界面附近，即在距離界面小于3nm的范圍內(nèi)，透明導電膜形成金屬和半導體形成金屬的擴散在進行。在該熱處理時，不進行允許向半導體層的深部擴散的長時間處理。處理時間優(yōu)選為1至30分鐘。在透明導電膜接觸層之后形成透明導電膜電流擴散層的情況下，通過使用DC放電的濺射方法形成電流擴散層。與通過RF放電濺射的膜形成的情況相比，通過DC放電濺射形成的電流擴散層的優(yōu)點在于，透明導電膜的密度變高。并且，當通過DC放電濺射方法在室溫下形成透明導電層時，電流擴散層在靠近和遠離p型半導體的兩側(cè)采用不同的結(jié)構(gòu)，并且在遠離電流擴散層的半導體側(cè)的一側(cè)的層成為具有高密度的更清晰的柱狀結(jié)構(gòu)。雖然觀測到晶域(domain)，但靠近半導體側(cè)的層形成的結(jié)構(gòu)不是柱狀結(jié)構(gòu)。圖7示出在本發(fā)明的實例1中透明導電膜電流擴散層的截面TEM照片。由該圖可以看出，在A部分中觀測到清晰的柱狀結(jié)構(gòu)。在B部分中，觀測到晶域，但其結(jié)構(gòu)不是柱狀結(jié)構(gòu)。該部分的膜厚度通常為30至100nm，并且，通過將電流擴散層形成為大于該厚度的膜厚度，可以以高結(jié)晶性產(chǎn)生具有柱狀結(jié)構(gòu)的A部分。C是半導體層。另外，在該放大倍率下不能確認透明導電膜接觸層的存在?？梢栽诔Ｒ?guī)已知的任何合適地選擇的條件下使用任何已知的常規(guī)濺射設(shè)備進行濺射。將其上層疊有氮化鎵基化合物半導體層的襯底置于反應(yīng)室中。將反應(yīng)室抽真空至范圍在10—410—卞a的真空度?？梢詫e、Ne、Ar、Kr、Xe等用作濺射氣體。鑒于其可用性，優(yōu)選Ar。將這些氣體中的一種引入反應(yīng)室中直至壓力為0.110Pa，然后，進行放電。優(yōu)選地，壓力在O.25Pa的范圍內(nèi)。所施加的電功率優(yōu)選在O.22.0kW的范圍內(nèi)。通過合適地調(diào)節(jié)放電時間和所施加的功率，可以調(diào)節(jié)所形成的層的厚度。作為接合襯墊層，公知使用例如Au、Al、Ni和Cu的材料的各種結(jié)構(gòu)，可以沒有限制地使用這些公知的材料和結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，厚度在1001000nm的范圍內(nèi)。由于接合襯墊的特性，利用厚接合襯墊可獲得更高的接合能力，因此厚度更優(yōu)選大于等于300nm。但是，從制造成本的角度，厚度優(yōu)選小于500nm。通過借助于本領(lǐng)域公知的方法整體地添加透明覆蓋層(cover)，可以將根據(jù)本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件用于構(gòu)成燈。還可以通過將本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件與包含熒光體的覆蓋層組合來制造白色燈。此外，由本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件制造的燈呈現(xiàn)低驅(qū)動電壓和高發(fā)射強度。因此，可以用很小的電功率來驅(qū)動均采用基于本技術(shù)制造的燈的電子裝置，例如移動電話和顯示面板；以及均采用該電子裝置的任何一種的機器和設(shè)備，例如汽車、計算機和游戲機，并且這些電子裝置以及機器和設(shè)備可實現(xiàn)優(yōu)良的特性。特別地，在由電池驅(qū)動的移動電話、游戲機、玩具和汽車部件中可以顯著地獲得電功率節(jié)省效果。實例接下來，將通過實例更詳細描述本發(fā)明，這些實例不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明。(實例1)圖3是示意圖，示出了在該實例中制造的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件的截面，以及圖4是示出其平面的示意圖。通過由A1N構(gòu)成的緩沖層(2)，在藍寶石襯底(1)上依次層疊以下層n型半導體層(3)，包括由未摻雜的GaN構(gòu)成的3ym厚的下伏層(underlyinglayer)(3c)、由Si摻雜的n型GaN構(gòu)成的2ym厚的n型接觸層(3a)和由n型ln。.^a。.9N構(gòu)成的0.03iim厚的n型覆層(3b);具有多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層(4)，其中層疊五次由Si摻雜的GaN構(gòu)成的0.03ym厚的勢壘層和由In。.2Ga。.8N構(gòu)成的2.5nm厚的阱層，并且最后設(shè)置勢壘層；以及P型半導體層(5)，包括由Mg摻雜的p型Al。.。7Ga。！N構(gòu)成的0.05iim厚的p型覆層(5b)和由Mg摻雜的p型GaN構(gòu)成的O.15iim厚的p型接觸層(5a)。在所產(chǎn)生的氮化鎵基化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)的P型接觸層上，形成透明導電膜(ll)，該透明導電膜(11)包括由ITO(氧化銦錫)構(gòu)成的2nm厚的透明導電膜接觸層(12)和由ITO構(gòu)成的400nm厚的透明導電膜電流擴散層(13)，并且在透明導電膜(11)上形成具有Cr/Ti/Au三層結(jié)構(gòu)(厚度4/10/200nm;Cr在IT0側(cè)上)的接合襯墊層(15)，以提供正電極(10)。隨后，在n型接觸層上形成具有Ti/Au的兩層結(jié)構(gòu)的負電極(20)。以此方式，制成其中半導體側(cè)用作光提取面的本發(fā)明的發(fā)光器件。正電極和負電極均具有如圖4中所示的形狀。在上述結(jié)構(gòu)中，由n型GaN構(gòu)成的n型接觸層中的載流子濃度為lX1019cm—3，由GaN構(gòu)成的勢壘層中的Si摻雜濃度為1X1018cm—3，由p型AlGaN構(gòu)成的p型接觸層中的載流子濃度為5X1018cm—3，并且在由p型AlGaN構(gòu)成的p型覆層中Mg摻雜的濃度為5X1019cm—3。在相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
中公知的通常的條件下通過MOCVD形成形成氮化鎵基化合物半導體層的各層。根據(jù)以下工序制造正電極和負電極。首先，以下面的方式通過反應(yīng)離子蝕刻暴露n型GaN接觸層的將要在其上形成負電極的部分并且在P型半導體層上形成蝕刻掩膜。工藝順序如下。在將抗蝕劑均勻地施加在整個表面上之后，通過使用已知的光刻技術(shù)從正電極區(qū)域去除抗蝕劑。然后，將該結(jié)構(gòu)置于真空蒸發(fā)室中，并且使用電子束方法，在小于等于4X10—4Pa的壓力下將Ni和Ti分別沉積至約50nm和300nm的厚度。此后，使用剝離技術(shù)，從除了正電極區(qū)域以外的所有區(qū)域去除金屬層和抗蝕劑。接下來，將其上制造有半導體層的襯底置于反應(yīng)離子蝕刻設(shè)備的蝕刻室中的電極上，并且將蝕刻室抽真空至10—乍a，此后供給作為蝕刻氣體的Cl2并且進行蝕刻，直至暴露出n型接觸層。在蝕刻之后，從反應(yīng)離子蝕刻設(shè)備中取出襯底，并且使用硝酸和氫氟酸去除蝕刻掩膜。此后，僅僅在其中形成正電極的區(qū)域中在p型接觸層上通過公知的光刻技術(shù)和剝離技術(shù)，形成由ITO構(gòu)成的透明導電膜接觸層和由ITO構(gòu)成的透明導電膜電流擴散層。在透明導電膜接觸層和透明導電膜電流擴散層的形成中，將其上層疊有氮化鎵基化合物半導體層的襯底置于濺射設(shè)備中并且使其處于襯底溫度為室溫的狀態(tài)中，在P型接觸層上通過RF濺射首先使約2nm的ITO成膜，然后通過DC濺射在其上層疊約400nm的ITO。順便提及，在通過RF濺射形成膜時，壓力為約1.OPa且供應(yīng)功率為O.5kW，而在通過DC濺射形成膜時，壓力為約0.8Pa且供應(yīng)功率為0.5kW。將襯底從濺射設(shè)備中取出，并根據(jù)公知的通常被稱為剝離的工序處理襯底。隨后，在透明導電膜電流擴散層的一部分上通過氣相沉積方法順序?qū)盈B由Cr構(gòu)成的第一層、由Ti構(gòu)成的第二層和由Au構(gòu)成的第三層，以形成接合襯墊層。這樣，在P型接觸層上形成正電極。通過該方法形成的正電極呈現(xiàn)透光性且在460nm的波長區(qū)域中具有大于等于90%的透光率。順便提及，使用通過在玻璃板上層疊均具有與上述厚度相同厚度的透明導電膜接觸層和透明導電膜電流擴散層而制備的用于測量透光率的樣品，用分光光度計測量透光率。通過考慮僅僅具有玻璃板的情況下在測量中的間隔(blank)，計算透光率的值。在55(TC下在爐中熱處理在直到正電極的膜形成之后的晶片10分鐘。接下來，通過以下工序在暴露的n型接觸層上形成負電極。在將抗蝕劑均勻地施加在整個表面上之后，通過使用公知的光刻技術(shù)在暴露的n型接觸層上從負電極區(qū)域去除抗蝕劑；然后，使用常規(guī)真空蒸發(fā)方法，通過在半導體上依次將Ti和Au分別沉積至100nm和200nm的厚度，形成負電極。此后，使用公知的技術(shù)去除抗蝕劑。在通過研磨和拋光襯底的背面將襯底厚度減薄至80iim之后，通過使用激光劃片機從半導體層側(cè)對其上形成有正電極和負電極的晶片進行劃片，然后施壓并使其分開，從而分離每個均為350iim見方的單獨的芯片。當通過使用針尖探針使20mA的電流流動而測量每個芯片時，正向電壓為3.3V。然后，在T0-18罐式封裝中安裝該芯片，并且當通過試驗裝置測量光發(fā)射輸出時，在20mA的施加電流下的輸出為10mW。來自發(fā)光表面的發(fā)射的分布表明，在與正電極對應(yīng)的發(fā)光表面的整個區(qū)域中發(fā)生光發(fā)射。通過對截面TEM圖像的EDS分析，估計半導體金屬混合層的厚度為3nm，且在該層中的Ga比例為相對于所有金屬原子(In+Sn+Ga)的3至50原子％。在遠離半導體/正電極界面lnm的部分處，Ga比例為相對于所有金屬原子的50原子％，而在遠離半導體/正電極界面3nm的部分處，Ga比例為相對于所有金屬原子的10原子％或更低。另一方面，估計正電極金屬混合層的厚度為2nm。存在于該層中的正電極材料為構(gòu)成透明導電膜的In和Sn。估計在該層中的這些金屬的比例為相對于所有金屬原子(In+Sn+Ga)的1至10原子％。圖5是示出透明導電膜接觸層的截面TEM圖像的EDS分析結(jié)果的示例性圖表，而圖6是示出p型接觸層的截面TEM圖像的EDS分析結(jié)果的示例性圖表。(實例2和3)除了改變正電極的膜形成條件(在形成透明導電膜接觸層時濺射設(shè)備的壓力)以外，以與實例1中相同的方式制造氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，并且評價器件特性。所得到的結(jié)果與實例1的結(jié)果一起顯示在表1中。順便提及，在這些發(fā)光器件中，正電極金屬混合層的厚度為1至5nm，且正電極金屬的比例為0.5至18%。關(guān)于半導體金屬混合層，它們被示于表1中。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>(實例4)除了在形成正電極之后不進行熱處理以外，以與實例1中相同的方式制造氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件。其器件特性也示于表l中。(實例5)除了在形成透明導電膜接觸層時將襯底加熱到20(TC以外，以與實例1中相同的方式制造氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件。其器件特性也示于表1中。(比較實例1)除了不形成透明導電膜接觸層以外，以與實例1中相同的方式制造氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件。其器件特性也示于表1中。工業(yè)適用性由本發(fā)明提供的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件具有優(yōu)良的特性和生產(chǎn)率，其可用作用于發(fā)光二極管、燈等的材料。權(quán)利要求一種氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，具有包括氮化鎵基化合物的p型半導體層和與該p型半導體層接觸的透明導電膜，在該透明導電膜上存在相對于所有金屬成分含有20原子％或更高的構(gòu)成半導體的金屬的區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中構(gòu)成半導體的金屬相對于所有金屬成分的比例具有以下分布，越接近半導體/透明導電膜界面，構(gòu)成半導體的金屬的比例越高。3.根據(jù)權(quán)利要求2的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中在距離半導體/透明導電膜界面大于等于3nm的透明導電膜中，構(gòu)成半導體的金屬相對于所有金屬成分的比例為15原子％或更低。4.根據(jù)權(quán)利要求l的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中透明導電膜包括膜的密度低的透明導電膜接觸層和膜的密度高的透明導電膜電流擴散層，并且透明導電膜接觸層與P型半導體層接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求4的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中透明導電膜電流擴散層在接近和遠離p型半導體層的兩側(cè)采用不同的結(jié)構(gòu)，并且在遠離p型半導體層的一側(cè)的透明導電膜電流擴散層的結(jié)構(gòu)是柱狀結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求5的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中接近p型半導體層的一側(cè)的結(jié)構(gòu)層的膜厚度為30至100nm。7.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中在P型半導體層中存在相對于所有金屬成分以120原子％的比例含有透明導電膜的金屬成分的區(qū)域。8.—種氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，具有包括GaN的半導體層和與該半導體層接觸的包括ITO(氧化銦錫)的透明導電膜，在該透明導電膜上存在相對于所有金屬成分(In+Sn+Ga)包含20原子％或更高的Ga的區(qū)域。9.根據(jù)權(quán)利要求8的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中Ga相對于所有金屬成分(In+Sn+Ga)的比例具有以下分布，越接近半導體/透明導電膜界面，Ga的比例越高。10.根據(jù)權(quán)利要求9的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中在距離半導體/透明導電膜界面大于等于3nm的透明導電膜中，Ga相對于所有金屬成分(In+Sn+Ga)的比例為15原子％或更低。11.根據(jù)權(quán)利要求8的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中透明導電膜包括膜的密度低的透明導電膜接觸層和膜的密度高的透明導電膜電流擴散層，并且透明導電膜接觸層與半導體層接觸。12.根據(jù)權(quán)利要求11的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中透明導電膜電流擴散層在接近和遠離半導體層的兩側(cè)采用不同的結(jié)構(gòu)，并且在遠離半導體層的一側(cè)的透明導電膜電流擴散層的結(jié)構(gòu)是柱狀結(jié)構(gòu)。13.根據(jù)權(quán)利要求12的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中接近半導體層的一側(cè)的結(jié)構(gòu)層的膜厚度為30至100nm。14.根據(jù)權(quán)利要求8的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其中在半導體層中存在相對于所有金屬成分(In+Sn+Ga)以120原子％的比例含有In以及Sn的區(qū)域。全文摘要本發(fā)明的一個目的是提供一種具有低驅(qū)動電壓和高發(fā)光輸出的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件，其具有正電極，所述正電極包括與p型半導體層形成直接接觸的透明導電層。本發(fā)明的氮化鎵基化合物半導體發(fā)光器件包括依次形成在襯底上的n型半導體層、發(fā)光層和p型半導體層，其中每一層包括氮化鎵基化合物半導體，所述發(fā)光器件具有分別設(shè)置在所述n型半導體層上和所述p型半導體層上的負電極和正電極，所述正電極至少部分地由透明導電膜形成，所述透明導電膜至少部分地與所述p型半導體層接觸，在所述透明導電膜的半導體側(cè)表面上存在包含III族金屬成分的半導體金屬混合層，并且所述半導體金屬混合層的厚度為0.1至10nm。文檔編號H01L33/00GK101699637SQ200910178209公開日2010年4月28日申請日期2006年11月14日優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日發(fā)明者龜井宏二申請人:昭和電工株式會社