专利名称：氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法、氮化镓系化合物半导体发光元件和使用它的灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，特别是涉及
驱动电压(Vf)低的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法、氮化镓
系化合物半导体发光元件以及使用它的灯。
本申请基于在2006年3月23日在日本提出申请的特愿2006-080882 号要求优先权，将其内容援引于其中。
背景技术：
近年来，作为短波长光发光元件用的半导体材料，作为氮化物系半导 体的GaN系化合物半导体材料受到关注。GaN系化合物半导体，是以蓝
宝石单晶为首的各种氧化物、ni族 v族(即第ni主族 第v主族)化
合物为基板，在该基板上通过金属有机物化学气相淀积法(MOCVD法) 或分子束外延法(MBE法)等形成的。
作为GaN系化合物半导体元件的特性，可举出在横向上的电流扩散较 小。因此，只向电极正下方的半导体注入电流由发光层发出的光被电极遮 挡而不能取出到外部。因此，在这样的发光元件中，通常使用透光性正极， 通过透光性正极光被取出。
透光性正极中可使用Ni/Au或ITO等公知的导电材料。但是，虽然 Ni/Au等金属与p型半导体层的接触电阻较小，但是存在光透射率较低的 问题。另外，ITO等氧化物虽然透射率高，但是存在与金属相比接触电阻 较大的问题。
作为减少ITO之类的导电氧化膜的电阻率的方法，可举出在氮气(N2)、氢气气氛中进行退火处理的方法。通过该退火处理，导电氧化膜 中的氧空穴增加，导电氧化膜的载流子浓度增加。由于该载流子浓度的增 加，而使导电氧化膜的电阻率减少。 一般地，与氮相比使用氢时氧化膜的 还原作用较强，因此通过在含氢的气氛中进行退火处理，可获得电阻率得 到进一步降低的导电氧化膜。
然而，在含氢的气氛中的退火处理，掺杂于氮化镓系化合物半导体发 光元件的p型半导体层中的Mg、 Zn等与氢结合，妨碍Mg、 Zn等杂质作 为受体发挥作用。由于这样的受体杂质与氢的结合，因而产生p型半导体 层的电阻率上升的问题。
专利文献l:日本特开平6 - 88973号^^才艮
专利文献2:日本专利第2540791号公报
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的是提供可以得到能抑制由氢 退火处理所引起的p型半导体层的电阻率的增加，同时减少透光性导电氧 化膜的电阻率，驱动电压(Vf)较低的氮化镓系化合物半导体发光元件的 制造方法、氮化镓系化合物半导体发光元件以及使用它的灯。
本发明人为了解决上述问题而进行深入研究的结果，完成了本发明。
即，本发明涉及下述方案。或[2所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，其特
征在于，上述氢退火工序是在300'C 卯0。C的温度下进行退火处理。所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在 于，上述氢退火工序是在600'C 卯0。C的温度下进行退火处理。如[1~ [7的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造 方法，其特征在于，在上述氢退火工序之后，在上述透光性导电氧化膜上 层叠保护层。一种氮化镓系化合物半导体发光元件，是在氮化镓系化合物半导体 元件的p型半导体层上层叠有透光性导电氧化膜的氮化镓系化合物半导体 发光元件，其特征在于，上述透光性导电氧化膜是在含氢(H2)的气体气 氛中被退火处理了的透光性导电氧化膜。如[9j ~ [11的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元件，其特 征在于，上述透光性导电氧化膜的厚度为100nm lnm的范围。
14如9~ [13I的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元件，其特 征在于，在上述透光性导电氧化膜上层叠地形成有保护层。~[16的任一项所述的氮化 镓系化合物半导体发光元件。
发明效果
根据本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，在上述p 型半导体层上形成透光性导电氧化膜后，通过在含氢的气氛中进行退火处 理，可获得低电阻率的透光性导电氧化膜，同时还可抑制p型半导体层的 电阻率上升。由此，可得到驱动电压(Vf)低的氮化镓系化合物半导体发 光元件。
另外，通过使用本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件来构成灯， 可得到具有优异的发光特性的灯。
图1是模式地说明本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件的一例的 图，是表示剖面结构的概略图。图2是模式地说明本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件的一例的 图，是表示俯视结构的概略图。
图3是说明本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法的一 例的图，是表示氮化镓系化合物半导体的叠层结构体的剖面图。
图4是模式地说明本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件的另一例 的图，是表示剖面结构的概略图。
图5是^t式地说明使用本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件构成 的灯的剖面图。
图6是说明本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件的图，是表示实 施例中的驱动电压(Vf)与氢退火处理温度的关系的曲线图。是表示实施 例l和2中的驱动电压(Vf)的图。
附图标记说明
I. ..氮化镓系化合物半导体发光元件、
II、 21…基板、
12…n型GaN层(n型半导体层)、 13…发光层、
14…p型GaN层(p型半导体层)、
15,..正极(透光性导电氧化膜)、
16…正极焊盘、
17…负极、
18…保护层、
20…氮化镓系化合物半导体、 22…不掺杂GaN基底层(n型半导体层)、 23…n型GaN接触层(n型半导体层)、 24…n型AlGaN覆层(n型半导体层)、 25…发光层、
26…p型AlGaN覆层(p型半导体层)、27…p型GaN接触层(p型半导体层)、 30…灯具体实施例方式
以下，适当参照图1 ~ 5来说明本发明的氮化镓系化合物半导体发光元 件(以下有时简称为发光元件)的制造方法、氮化镓系化合物半导体发光 元件以及使用它的灯的一个实施方式。
但本发明并不限于以下各实施方式，例如还可以将这些实施方式的构 成要素彼此适当组合。
本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，是在氮化镓系 化合物半导体元件的p型半导体层上层叠透光性导电氧化膜的氮化镓系化 合物半导体发光元件的制造方法，是具有在p型半导体层上形成透光性导
电氧化膜后，在含氢(H2)的气体气氛中进行退火处理的氢退火工序的方 法。
图1是用剖面图模式地表示在本发明中得到的发光元件的一例的图。
图1所示的发光元件1，是在基板11上顺序层叠有n型GaN层12、 发光层13和p型GaN层(p型半导体层)14的氮化镓系化合物半导体元 件的上述p型GaN层14上，层叠形成透光性导电氧化膜而成的正极15 从而概略地构成的。另外，在正极15上形成有正极焊盘16，在n型GaN 层12上的负极形成区域形成有负极17。
在本发明中，在p型GaN层上成膜的正极，是在上述氢退火工序中对 透光性导电氧化膜实施氢退火处理而成的。
本发明中使用的对透光性导电氧化膜实施氩退火处理而成的正极，对 于在基板上根据需要介有緩冲层而层叠氮化镓系化合物半导体，并形成了 n型半导体层、发光层及p型半导体层的以往公知的氮化镓系化合物半导 体发光元件可以没有任何限制地使用。
图3是表示为用于本实施例的氮化镓系化合物半导体发光元件而制造 的外延结构体的剖面模式图。另外，图1示出本发明的氮化镓系化合物半 导体发光元件的剖面模式图，图2示出其平面模式图，以下适当参照进行 说明。
氮化镓系化合物半导体发光元件的制作1
作为如图3所示的氮化镓系化合物半导体20的叠层结构体，在由蓝宝 石的c面((0001 )晶面)制成的M21上，介有由A1N形成的緩沖层 (未图示)，顺次地层叠以下各层而构成，上述各层为未掺杂的GaN基底 层(层厚=2nm ) 22、掺杂Si的n型GaN接触层(层厚=2jim、载流子浓度=lxl019cnT3 ) 23、掺杂Si的n型Alo.o7Gao.93N覆层(层厚=12.5nm、 载流子浓度=lxl018cnT3) 24、包括6层的掺杂Si的GaN势垒层(层厚= 14.0nm、载流子浓度=lxl018cnT3 )和5层的未掺杂的In。.2oGa().8oN阱层(层 厚-2.5nm)的多量子结构的发光层25、掺杂Mg的p型Al^Ga^N覆 层(层厚=10nm ) 26和掺杂Mg的p型GaN接触层(层厚=lOOnm ) 27。 上述氮化镓系化合物半导体20的叠层结构体的各构成层22~27，采用一 般的减压MOCVD方法进行生长。
使用上述氮化镓系化合物半导体20的外延结构体，制作了氮化镓系化 合物半导体发光元件(参照图1)。首先，使用HF和HCl，洗涤p型GaN 接触层27表面后，在该p型GaN层接触层27上用賊射法形成包含ITO 的透光性导电氧化膜层。ITO通过DC磁控'减射以约250nm的膜厚成膜。 溅射中，使用Sn02浓度为10质量％的ITO靶，ITO成膜时的压力约为 0.3Pa。
包含ITO的透光性导电氧化膜成膜后，使用RTA退火炉进行200°C 卯0。C的氢(H2)退火处理。此时的氩退火处理在含有1体积％的112的 N2气氛中进行。然后，通过众所周知的光刻和湿蚀刻，形成为只在p型 GaN接触层27上的形成正极的区域上形成ITO膜的状态。这样，就在p 型GaN接触层27上形成了本发明的正极(参照图l及图2的符号15)。
用上述方法形成的正极显示出高的透光性，在460nm的波段中具有 卯％以上的透射率。另外，光透射率是使用将与上述相同的厚度的透光性 导电氧化膜层层叠于玻璃板上的透射率测定用样品，通过分光光度计进行 测定。另外，光透射率的值是在考虑了仅用玻璃板测定的光透射空白值的 基础上算出的。
接着，对形成n型电极(负极)的区域实施一般的干蚀刻，仅限于该 区域，使掺杂Si的n型GaN接触层的表面露出(参照图l)。然后，利 用真空蒸镀法，在透光性导电氧化膜层(正极)15上的一部分及掺杂Si 的n型GaN接触层23上，顺序层叠由Cr形成的第1层(层厚=40nm )、由Ti形成的第2层(层厚=lOOnm )、由Au形成的第3层(层厚=400nm )， 分别形成了正极焊盘16和负极17。 [发光元件的分割l
形成正极焊盘16和负极17后，使用金刚石微粒等磨粒研磨由蓝宝石 制成的基板ll的背面，最终加工成镜面。然后，裁断叠层结构体，分离成 为350nm见方的正方形的一个个芯片，栽置于引线框上后，用金(Au) 线与引线框连接。
驱动电压(Vf)和发光输出功率(Po)的测定
通过探针通电，对这些芯片测定在电流施加值20 mA下的正向电压(驱 动电压Vf)。另外，采用一般的积分球测定发光输出功率(Po)。发光 面的发光分布可确认在正极15的整个面都发光。
以氢退火温度为横坐标，在图6的曲线图中示出上述测定的发光元件 的驱动电压(Vf)。
另外，Po与氢退火温度无关，全部为10mW。
下述表2中示出实施例1的元件特性的一览。
如图6的曲线图所示，在300'C以上的温度下进行了氢退火处理的场 合，发光元件的Vf为低的结果。另一方面，当为300'C以下的温度时，Vf 为高的结果。
在200'C的温度下进行了氢退火处理的ITO，电阻率较高，为4xl(T 4Qcm，因此如图6所示，在300。C以下的温度下进行了氢退火处理的场合 Vf变高是因为ITO的电阻率完全没有下降的缘故。
在60(TC以上的温度进行氢退火处理之前，在含氧的气体气氛中进行 了 250°C、 l分钟的氧退火处理，除此以外与实施例1同样操作，制作了氮 化镓系化合物半导体发光元件。
进行了这样的氧退火处理的ITO膜，与不进行氧退火处理的ITO膜 相比，在460nm的波段显示出高3~5%左右的光透射率。另外，进行了 氧退火处理的场合的发光输出功率(Po)为llmW,与不进行氧退火处理 的情况(实施例l)相比，为高lmW的结果。
将实施例3的退火条件及元件特性的一览与实施例1的数据一起示于 表2中。
表2
02退火112退火Vf/VPo/mW
实施例1无600 。C3.310
实施例3250 。C600 。C3.311
[实施例4
在除了正极焊盘和负极以外的区域形成100nm的Si02保护层，除此 以外与实施例3同样操作，制作了氮化镓系化合物半导体发光元件。
测定了在实施例4的发光元件发光的状态下的100小时后的输出功率 劣化度，与不形成保护层的情况相比，输出功率的劣化变小。可以认为通 过形成保护层，可抑制由空气中的02原子所导致的ITO电阻率的增加。
根据以上结果可知本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件，其驱动 电压(Vf)低，具有高的元件特性。
20产业上的可利用性
本发明可用于氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，特别是可
用于驱动电压(Vf)低的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法、氮
化镓系化合物半导体发光元件和使用它的灯。
本发明中表示数值范围的"以上，，和"以下"均包括本数。
权利要求
1. 一种氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，是在氮化镓系化合物半导体元件的p型半导体层上层叠透光性导电氧化膜的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有在所述p型半导体层上形成所述透光性导电氧化膜之后，在含氢(H2)的气体气氛中进行退火处理的氢退火工序。
2. 如权利要求1所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法， 其特征在于，顺序具有下述(a) ~ (c)各工序(a )在所述p型半导体层表面的全部区域形成透光性导电氧化膜的成 膜工序；(b )在含氢的气体气氛中将所述透光性导电氧化膜进行退火处理的氢 退火工序；(c) 通过蚀刻将所述透光性导电氧化膜图案化的蚀刻工序。
3. 如权利要求1或2所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方 法，其特征在于，所述氢退火工序是在300'C 卯0。C的温度下进行退火处 理。
4. 如权利要求1所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法， 其特征在于，顺序具有下述(d) ~ (f)各工序(d) 在所述p型半导体层表面的全部区域形成透光性导电氧化膜的 成膜工序；(e) 通过蚀刻将所述透光性导电氧化膜图案化的蚀刻工序；(f) 在含氢的气体气氛中将所述透光性导电氧化膜进行退火处理的氢 退火工序。
5. 如权利要求4所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法， 其特征在于，所述氢退火工序是在600'C ~ 900'C的温度下进行退火处理。
6.如权利要求1 ~ 5的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的 制造方法，其特征在于，所述氢退火工序是在以0.1~5体积％的范围含有氢的气体气氛中进行退火处理。
7. 如权利要求1 ~ 6的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的 制造方法，其特征在于，在所述氢退火工序的前工序中，具有在含氧(02) 的气体气氛中在200'C 300'C的温度下进行退火处理的氧退火工序。
8. 如权利要求1 ~ 7的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元件的 制造方法，其特征在于，在所述氢退火工序之后，在所述透光性导电氧化 膜上层叠保护层。
9. 一种氮化镓系化合物半导体发光元件，是在氮化镓系化合物半导体 元件的p型半导体层上层叠有透光性导电氧化膜的氮化镓系化合物半导体 发光元件，其特征在于，所述透光性导电氧化膜是在含氢(H2)的气体气 氛中被退火处理了的透光性导电氧化膜。
10. 如权利要求9所述的氮化镓系化合物半导体发光元件，其特征在于， 所述透光性导电氧化膜包含选自ITO、 IZO、 IWO、 GZO、 ZnO系导电体、 Ti02系导电体中的至少一种以上的材料。
11. 如权利要求10所述的氮化镓系化合物半导体发光元件，其特征在 于，所述透光性导电氧化膜至少含有ITO。
12. 如权利要求9~11的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元 件，其特征在于，所述透光性导电氧化膜的厚度为35nm 10jim的范围。
13. 如权利要求9~11的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元 件，其特征在于，所述透光性导电氧化膜的厚度为100nm ljmi的范围。
14. 如权利要求9~13的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元 件，其特征在于，在所述透光性导电氧化膜上层叠地形成有保护层。
15. 如权利要求14所述的氮化镓系化合物半导体发光元件，其特征在 于，所述保护层的厚度为20nm~500nm的范围。
16. —种氮化镓系化合物半导体发光元件，是通过权利要求1~8的任 一项所述的制造方法得到的。
17. —种灯，其特征在于，使用了权利要求9~ 16的任一项所述的氮化 镓系化合物半导体发光元件。
全文摘要
本发明提供一种能够得到可抑制由氢退火处理所导致的p型半导体层的电阻率的增加，同时减少透光性导电氧化膜的电阻率，并且驱动电压(Vf)低的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法、氮化镓系化合物半导体发光元件以及使用它的灯。能够得到这样的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，是在氮化镓系化合物半导体元件的p型GaN层(14)上层叠由透光性导电氧化膜形成的正极(15)的氮化镓系化合物半导体发光元件的制造方法，为具有在含氢(H<sub>2</sub>)的气体气氛中对正极15进行退火处理的氢退火工序的构成。
文档编号H01L33/32GK101449397SQ200780018239
公开日2009年6月3日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月23日
发明者大泽弘, 福永修大 申请人:昭和电工株式会社