CN110473943B - 发光二极管元件、以及发光二极管元件的制造方法 - Google Patents

发光二极管元件、以及发光二极管元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够降低横向电阻的倒装芯片型的发光二极管元件。该倒装芯片型的发光二极管元件具备依次层叠载流子浓度为1×1019cm‑3以上且小于3×1020cm‑3的第一n型III族氮化物半导体层(102)、载流子浓度为5×1017cm‑3以上且小于1×1019cm‑3的第二n型III族氮化物半导体层(103)、由III族氮化物半导体构成的发光层(104)、以及p型III族氮化物半导体层(105)的层叠体结构，所述第一n型III族氮化物半导体层(102)与所述第二n型III族氮化物半导体层(103)的界面的凹凸的高低差大于所述第二n型III族氮化物半导体层(103)与所述发光层(104)的界面的凹凸的高低差。

Description

发光二极管元件、以及发光二极管元件的制造方法
技术领域
本发明发光二极管元件、以及发光二极管元件的制造方法。
背景技术
以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物系化合物半导体、所谓的氮化物半导体作为发光二极管(LED)、激光二极管(LD)以及功率器件等新型器件的材料备受关注。氮化物半导体是通式由InxGayAl1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、x+y≤1)表示的、包含作为III族元素的铟(In)、镓(Ga)和铝(A1)、以及作为V族元素的氮(N)的化合物半导体。
以往，作为形成III族氮化物半导体器件的基板，使用蓝宝石、Si等异种基板，在这些异种基板上形成的III族氮化物半导体薄膜的位错密度高，而不能发挥氮化物半导体本来的物理潜力。与该异种基板相比位错密度更低的GaN基板虽然已被产品化，但尚存在位错密度和该基板的晶体取向的偏差大、而且价格昂贵的课题。
现在，氮化物系的LED中主要存在将蓝宝石基板用于基底基板的氮化物系的LED、和将GaN基板用于基底基板的氮化物系的LED。由于Si基板不透过LED的发光波长，因此在LED用途中基本不使用。在最通常使用的蓝宝石基板的情况下，由于基板是绝缘性的且热导率不高，通常采取在单侧面形成了p侧欧姆电极和n侧欧姆电极的倒装芯片结构(例如参照专利文献1)。
专利文献
专利文献1：日本专利第4118370号
发明内容
发明要解决的问题
然而，以往的构成的倒装芯片型的发光二极管元件也存在问题。这种发光二极管元件中，使发光二极管元件工作时，在n-GaN层内横向(表示相对于层的层叠方向垂直的方向。以下同样)流通工作电流。因此，在这种发光二极管元件中，流通该工作电流时，依据n-GaN层的电阻率的较大的串联电阻(以下，也称“横向电阻”)增加，结果工作电压有增大的风险。
本发明解决上述这样的课题，目的在于提供能够降低横向电阻的倒装芯片型的发光二极管元件、以及发光二极管元件的制造方法。
用于解决问题的手段
解决前述的课题的主要本发明为一种发光二极管元件，
其是倒装芯片型的发光二极管元件，具备依次层叠
载流子浓度为1×1019cm-3以上且小于3×1020cm-3的第一n型III族氮化物半导体层、
载流子浓度为5×1017cm-3以上且小于1×1019cm-3的第二n型III族氮化物半导体层、
由III族氮化物半导体构成的发光层、以及
p型III族氮化物半导体层的层叠体结构，
所述第一n型III族氮化物半导体层与所述第二n型III族氮化物半导体层的界面的凹凸的高低差大于所述第二n型III族氮化物半导体层与所述发光层的界面的凹凸的高低差。
另一方面为一种发光二极管元件的制造方法，
其是倒装芯片型的发光二极管元件的制造方法，具备如下工序：
在小面生长优先发生的条件下，按照载流子浓度成为1×1019cm-3以上且小于3×1020cm-3的方式，在基底基板上形成第一n型III族氮化物半导体层的工序；
在平坦生长优先发生的条件下，按照载流子浓度成为5×1017cm-3以上且小于1×1019cm-3的方式，在所述第一n型III族氮化物半导体层上形成第二n型III族氮化物半导体层的工序；
在所述第二n型III族氮化物半导体层上形成由III族氮化物半导体构成的发光层的工序；和
在所述发光层上形成p型III族氮化物半导体层的工序。
发明效果
根据本发明的发光二极管元件，能够实现可大幅降低横向电阻、工作电压低的更高效率的LED。
附图说明
图1为表示构成本发明的一实施方式的发光二极管元件的层叠体结构的图。
图2为表示本发明的一实施方式的倒装芯片型的发光二极管元件的整体构成的图。
图3为表示本发明的一实施方式的LED结构的形成工序的流程图。
图4为表示n型III族氮化物半导体层中的、载流子浓度与迁移率和电阻率的关系的图。
图5为表示本发明的一实施方式的发光二极管元件的形成工序的流程图。
图6为表示通过阴极发光观察对第二n型GaN层和第一n型GaN层这两者露出的表面进行观察的观察结果的一例的图。
图7为表示本发明的一实施方式的发光二极管元件的电流一电压特性的图。
图8为表示本发明的变形例1的发光二极管元件的构成的图。
图9为表示本发明的变形例2的发光二极管元件的构成的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式参照附图进行说明。
[发光二极管元件的构成]
图1为表示构成一实施方式的发光二极管元件的层叠体结构(以下，也称“LED结构”)100的图。
图1中，101为包含与III属氮化物不同种类的材料的基底基板(异类材料基板)，102为第一n型III族氮化物半导体层，103为第二n型III族氮化物半导体层，104为发光层，105为p型III族氮化物半导体层。
本实施方式的LED结构100是在基底基板101上依次层叠第一n型III族氮化物半导体层102、第二n型III族氮化物半导体层103、发光层104、以及p型III族氮化物半导体层105而构成的。
“III族氮化物半导体”是指，由GaN、AlN和InN中的任一个、或它们的混合物构成的结构体。
基底基板101为氮化物半导体的种基板，可以使用例如蓝宝石基板。其中，作为基底基板101，除此以外还可以使用SiC、ZnO、Ga2O3或ScAlMgO4等对来自发光层104的光具有透光性的氧化物透明基板。
需要说明的是，使用GaN作为III属氮化物半导体的情况下，作为基底基板101，ScAlMgO4是适宜的。ScAlMgO4与GaN的晶格失配(由(GaN的晶格常数-ScAlMgO4的晶格常数)/GaN的晶格常数×100％表示)为-1.5％而较小，因此能够形成缺陷更少的高品质的GaN。此时，作为基底基板101，可以使用包含通式RAMO4表示的单晶(在此，通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素)的RAMO4基板来代替ScAlMgO4。
第一n型III族氮化物半导体层102是载流子浓度为1×1019cm-3以上且小于3×1020cm-3的n型III族氮化物半导体层。作为本实施方式的第一n型III族氮化物半导体层102，使用n型GaN(以下，也称“第一n型GaN层102”)。
第二n型III族氮化物半导体层103是比第一n型III族氮化物半导体层102的载流子浓度低、载流子浓度为5×1017cm-3以上且小于1×1019cm-3的n型III族氮化物半导体层。作为本实施方式的第二n型III族氮化物半导体层103，使用n型GaN(以下，也称“第二n型GaN层103”)。
发光层104包含具有比第二n型III族氮化物半导体层103小的带隙的III族氮化物半导体。发光层104可以是单层的块(bulk)层，也可以是量子阱结构这样的多层结构。作为本实施方式的发光层104，使用InGaN层。
需要说明的是，第一n型III族氮化物半导体层102与第二n型III族氮化物半导体层103在不同的生长条件下结晶生长(详细后述)。由此，第一n型III族氮化物半导体层102与第二n型III族氮化物半导体层103的界面的凹凸的高低差大于第二n型III族氮化物半导体层103与发光层104的界面的凹凸的高低差。
p型III族氮化物半导体层105由比发光层104的带隙大的p型III族氮化物半导体构成。作为本实施方式的p型III族氮化物半导体层105，使用p型GaN(以下，也称“p型GaN层105”)。
需要说明的是，作为LED结构100，可以进一步在第二n型III族氮化物半导体层103与发光层104之间***无掺杂的III族氮化物半导体层作为连接层(未图示)。另外，在p型III族氮化物半导体层105的表面可以层叠高浓度p型III族氮化物半导体层(例如掺杂了1×1020cm-3的Mg的p+GaN层。未图示)作为接触层。
图2为表示本实施方式的倒装芯片型的发光二极管元件200的整体构成的图。
图2中，206为包含绝缘膜的保护膜，207为n侧欧姆电极，208为p侧欧姆电极，209为焊盘电极，210为基座侧电极，211为基座基板。
n侧欧姆电极207和p侧欧姆电极208在LED结构100的同一面侧配设。
n侧欧姆电极207与第一n型III族氮化物半导体层102或第二n型III族氮化物半导体层103中的至少一个欧姆接触。本实施方式中，成为如下构成：n侧欧姆电极207与LED结构100的接触面位于第一n型III族氮化物半导体层102与第二n型III族氮化物半导体层103的界面的区域，n侧欧姆电极207与第一n型III族氮化物半导体层102和第二n型III族氮化物半导体层103二者欧姆接触。
p侧欧姆电极208与p型III族氮化物半导体层105欧姆接触。
[发光二极管元件的制造工序]
(结晶生长工序)
接着，参照图1、图3、图4，对用于形成LED结构100的结晶生长工序进行详述。
图3为表示LED结构100的形成工序的流程图。
首先，作为基底基板101，准备(0001)面为主面的蓝宝石基板(步骤S1)。需要说明的是，作为蓝宝石基板，可以使用主面相对于(0001)面倾斜0～5°左右的偏角基板。
接着，在基底基板101上形成第一n型GaN层102(步骤S2)。
作为本工序中的GaN的结晶生长方法，可以利用HVPE法(Hydride Vapor PhaseEpitaxy：氢化物气相生长法)或OVPE(Oxide Vapor Phase Epitaxy：氧化物气相生长法)等气相生长法。本实施方式中，利用HVPE法进行生长。在此，作为III族原料，使用使金属镓(Ga)与氯化氢(HCl)气体反应的GaCl。另外，作为V族原料，使用氨(NH3)气体，作为载气，使用氢(H2)和氮(N2)。另外，作为n型的施主杂质原料，使用氧(O2)气体或二氯硅烷(SiH2Cl2)。
本工序中，首先，对于导入HVPE炉内的基底基板101，在约500℃下在氢气氛中进行30分钟热清洁。由此清除附着于基底基板101的表面的碳系的污物等。其后，保持以500℃在基底基板101上堆积非晶状的低温缓冲层(未图示)约50nm。缓冲层的膜厚可以按照生长时间、生长温度、和供给的III族原料的比率进行调整。然后，在缓冲层生长后，将基板温度升温至约1000℃，使缓冲层再结晶化，形成用于主生长的结晶核。其后，以1000～1100℃层叠第一n型GaN层102。
使第一n型GaN层102从缓冲层生长时，按照第一n型GaN层102的表面成为凹凸大的3维生长的方式适时调整生长条件(也称小面生长)。对于小面生长而言，一边形成所谓的主面(0001)以外的斜面(小面)一边生长是结晶生长稳定的生长条件，通过改变生长温度、生长速率、V/III比(V族原料与III族原料的比率)等能够按照发生小面生长的方式进行调整。一般来说，通过向低生长温度、高生长速率、高V/III比的方向引导生长条件容易实现小面生长。本实施方式中，使用生长温度：1000℃、生长速率：200μm/h、V/III比：100的条件。另外，通过在基底基板101的表面预先形成凹凸结构，还能促进第一n型GaN层102中的凹凸生长。
小面生长具有能够增大GaN层摄入掺杂剂杂质的效率的特征。通常的平坦生长(c面生长)例如若在GaN层内掺杂掺杂剂杂质(例如Si)1018cm-3以上，则容易招致结晶性的降低。在这点上，本申请的发明人等的研究结果明确了，在小面生长的情况下，能够在GaN层内掺杂更多的掺杂剂杂质，例如掺杂到1×1019cm-3以上，而不使GaN层的结晶性降低。特别是将作为轻元素的氧(O)作为施主杂质使用的情况下，能够使杂质浓度成为更高浓度。
本实施方式中，第一n型GaN层102的平均厚度设为30μm，按照凹凸的高低差成为5μm左右的方式调整生长条件。
第一n型GaN层102的厚度优选10μm以上且100μm以下，更优选30μm以上且80μm以下。通过设为这样的厚度，能够形成比以往的仅由MOCVD形成的LED结构(以往的LED结构中的n型层的厚度为10μm左右)更充分低电阻的n型层。另外，与使用市售的导电性GaN基板的情况相比，电能实现同等以上的低电阻的n型层。
第一n型GaN层102的凹凸的高低差优选1μm以上且10μm以下。需要说明的是，此处所说的凹凸的高低差是指各个小面生长区域的凹凸的高低差(例如PV值)。小面生长的情况下，通常一个小面生长区域与其高低差的尺寸比大致接近1比1。然而，若各个生长区域的凹凸的高低差小于1μm，则难以保持小面，因生长条件的略微的波动等，有可能变成非小面生长(即横向的生长优先的生长)。另一方面，若将各个小面设为大于10μm，则凹凸也变大，在继第一n型GaN层102之后层叠第二n型GaN层103时变得难以平坦化。
第一n型GaN层102中，例如作为n型杂质以2×1019cm-3的浓度掺杂氧(O)。作为掺杂的n型杂质，可以使用二氯硅烷(SiH2Cl2)来添加硅(Si)，若掺杂Si，则在5×1018cm-3以上的浓度下有时看到结晶性的劣化。因此，若考虑高浓度地掺杂n型杂质，则可以说氧(O)是适宜的。已经阐述了在掺杂氧(O)和硅(Si)的任一个的情况下，都能通过利用小面生长形成第一n型GaN层102来不降低结晶品质地掺杂1×1019cm-3以上。
作为形成第一n型GaN层102时产生的小面，若为(11-22)或(1-102)则能够容易地产生，但在其它高次的小面中也可以看到杂质的摄入增大效果，因此也可以是其它小面。另外，小面的单一化并非特别必要。
接着，在第一n型GaN层102上形成第二n型GaN层103(步骤S3)。
本实施方式的第二n型GaN层103与第一n型GaN层102同样利用HVPE法形成。
但是，在本工序中，按照使第一n型GaN层102的表面的凹凸缓缓降低的方式，即，按照第二n型GaN层103的表面变得平坦的方式，使第二n型GaN层103生长(也称平坦生长)。需要说明的是，该平坦生长是非小面生长。形成第二n型GaN层103后的表面的凹凸的高低差至少成为500nm以下，若为100nm以下则更优选。特别是若为第二n型III族氮化物半导体层103与发光层104的界面的凹凸的高低差在俯视下在10μm2的区域内小于100nm这样的构成，则在提高发光层104的品质方面是适宜的。
如上所述，在III族氮化物半导体层中，通过改变生长温度、生长速率、V/III比(V族原料与III族原料的比率)等能够调整生长模式。一般来说，通过向高生长温度、低生长速率、低V/III比的方向引导生长条件容易实现平坦生长。本实施方式中，在生长温度：1000℃、生长速率：100μm/h、V/III比：20的条件下，使第二n型GaN层103生长。第二n型半导体层中，作为n型的施主杂质掺杂硅(Si)1×1018cm-3。但是，作为n型杂质也可以使用氧(O)。
第二n型GaN层103具有使下个工序的形成发光层104的基底平坦的作用。假设使第二n型GaN层103小面生长的情况下，从下个工序中形成的发光层104放射的放射光中，产生与第二n型GaN层103的小面连动的波长分布，不能使从发光层104放射的放射光成为单一波长(此处的单一波长的波长光谱不是激光这样的完全单一的波长光谱，一般是指LED的单一峰的发光光谱。)。这是由于，根据第二n型GaN层103的小面的面取向，在发光层104内，作为该发光层104的材质的InGaN层中的In或其它杂质的摄入量发生变化。
出于以上的理由，使第二n型GaN层103的表面平坦非常重要。
需要说明的是，作为发光层104，代替InGaN，使用AlGaN、AlInN或AlInGaN等多元系的材料、或GaN、AlN等材料的情况下，使基底的第二n型GaN层103的表面平坦也是有效的。这是由于，在发光层104由这些材料形成的情况下，也同样地因基底的第二n型GaN层103的小面的面取向，而发光层104内的III族元素的摄入效率、杂质的摄入效率发生变化。
接着，在第二n型GaN层103上形成发光层104(步骤S4)。
本实施方式中，通过MOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有机金属气相生长法)形成发光层104。作为III族原料，使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、三甲基铝(TMA)等，作为V族原料，使用氨(NH3)气。作为载气使用氢(H2)或氮(N2)。另外，作为p型的受主杂质，使用二茂镁(Cp2Mg)。需要说明的是，本实施方式的发光层104例如按照成为包含InGaN的量子阱结构的方式形成。
最后，在发光层104上形成p型GaN层105(步骤S5)。
本实施方式中，与发光层104同样地利用MOCVD法形成p型GaN层105。例如形成GaN层时，通过在该GaN层内掺杂镁(Mg)1×1019cm-3，从而形成p型GaN层105。
按照以上方式形成PN结型的LED结构100。
在此，第一n型GaN层102的载流子浓度优选为1×1019cm-3以上且小于3×1020cm-3。
图4为表示n型III族氮化物半导体层中的载流子浓度与迁移率和电阻率的关系的图。需要说明的是，图4示出使用氧(O)作为对于n型III族氮化物半导体层的n型掺杂剂时的关系。
图4中，·标记是对n型III族氮化物半导体层的电阻率(Ω·cm)的测定值进行标绘的标记，◇标记是对n型III族氮化物半导体层的迁移率(cm-2/Vs)的测定值进行标绘的标记。另外，图4中示出将各标绘点连结的图表。
n型III族氮化物半导体层中，一般来说越增大载流子浓度则电阻率越有降低的倾向，但若超过一定程度以上的载流子浓度则迁移率大幅降低。因此，n型III族氮化物半导体层的电阻率在特定的载流子浓度下变成极小值。将n型掺杂剂设为氧(O)的情况下，如图4可知以1019cm-3程度具有极小值。另一方面，可知在超过3×1020cm-3地掺杂的情况下，迁移率与理论值(虚线)相比降低接近3个数量级，招致n型III族氮化物半导体层的电阻率的增大。认为这是由于，若n型III族氮化物半导体层内的杂质量变多，则结晶品质下降，电子散射增加。
在这点上，通过将第一n型GaN层102的载流子浓度设为1×1019cm-3以上且小于3×1020cm-3，能够尽可能降低第一n型GaN层102的电阻率。
另一方面，第二n型III族氮化物半导体层103的载流子浓度优选为5×1017cm-3以上且小于1×1019cm-3。
第二n型III族氮化物半导体层103如上所述，由于需要按照表面变得平坦的方式生长，因此不可避免使第二n型III族氮化物半导体层103生长时的杂质的摄入效率的降低。因此，能够不使第二n型III族氮化物半导体层103的结晶品质降低地添加的掺杂量的上限为1×1019cm-3。若要使第二n型III族氮化物半导体层103内的杂质量多达1×1019cm-3以上，则导致在第二n型III族氮化物半导体层103内形成微小的凹坑(孔状的凹部)等结晶品质的下降。并且，由此导致迁移率的降低和电阻率的增大。另外，若掺杂量少于5×1017cm-3，则第二n型III族氮化物半导体层103的层自身的电阻率增大，因而不优选。
在这点上，通过将第二n型III族氮化物半导体层103的载流子浓度设为5×1017cm-3以上且小于1×1019cm-3，能够在确保第二n型III族氮化物半导体层103的表面的平坦性的同时，降低该第二n型III族氮化物半导体层103的电阻率。
另一方面，可以减小第二n型III族氮化物半导体层103内的接近发光层104的位置的载流子浓度。例如，在接近第一n型III族氮化物半导体层102的位置，将载流子浓度设为5×1017cm-3以上且小于1×1019cm-3，在接近发光层104的位置，将载流子浓度设为5×1017cm-3以上且小于5×1018cm-3。另外，可以使第二n型III族氮化物半导体层103中的载流子浓度从第一n型III族氮化物半导体层102向发光层104缓缓减少。这些情况下，第二n型氮化物半导体层103变得具有多层结构。
需要说明的是，上述工序中，分两次用不同的装置实施基于HVPE法的第一和第二n型III族氮化物半导体层102、103的结晶生长工序以及基于MOCVD法的发光层104的结晶生长工序，另外，若准备具备MO原料和Ga原料以及HCl气体这二者的MO-HVPE设备，则能够以一次的培育形成LED结构100。
(发光二极管元件的形成工序)
接着，参照图2、图5、图6，对由利用上述的方法形成的LED结构100形成发光二极管元件200的工序进行详述。
图5为表示发光二极管元件200的形成工序的流程图。
首先，按照覆盖在LED结构100的p型GaN层105上的方式形成抗蚀剂膜，通过光刻进行图案化，由此仅使形成n侧欧姆电极207的区域露出(步骤S11)。
接着，在仅形成n侧欧姆电极207的区域露出的状态下，将LED结构100的p型GaN层105、发光层104、第二n型GaN层103的一部分、以及第一n型GaN层102的一部分通过干式蚀刻除去(步骤S12)。需要说明的是，作为干式蚀刻，例如利用使用Cl2或BCl3等氯系气体的ICP干式蚀刻等即可。
在此，如图2所示，将形成n侧欧姆电极207的面作为第二n型GaN层103的一部分和第一n型GaN层102的一部分这二者露出的面。通过这样，能够以高载流子浓度使低电阻的第一n型GaN层102与n侧欧姆电极207接触。也就是说，由此，能够一面使n侧欧姆电极207的接触电阻低、且一面充分确保n侧欧姆电极207下部的第一n型GaN层102的厚度，因此能够使总的器件电阻最小。换言之，在n侧欧姆电极207不与第一n型GaN层102接触的情况下，接触电阻有些增大。另一方面，若完全蚀刻到仅为第一n型GaN层102为止，则n侧欧姆电极207正下方的第一n型GaN层102的层厚度减小，因此导致电阻增大。
需要说明的是，第一n型半导体层102的载流子浓度为第二n型GaN层103的载流子浓度的5～10倍左右，因此若第一n型半导体层102与n侧欧姆电极207的总面积中的一半左右接触，则可以得到n侧欧姆电极207的电阻降低效果。
本工序中，基于干式蚀刻的蚀刻量例如可以通过电子显微镜(SEM)观察蚀刻表面，或通过阴极发光(CL)观察蚀刻表面来确认。
图6为表示通过阴极发光观察对第二n型GaN层103和第一n型GaN层102这二者露出的表面进行观察的观察结果的一例的图。阴极发光观察中，由于高载流子浓度区域501被观察为亮的区域，低载流子浓度区域502被观察为暗的区域，由此能够区别第二n型GaN层103的露出区域与第一n型GaN层102的露出区域。
接着，将抗蚀剂膜除去，在LED结构100的表面侧整体通过等离子CVD成膜包含SiO2的保护膜206(步骤S13)。需要说明的是，保护膜206的成膜也可以是常压CVD或溅射成膜。另外，保护膜206的厚度若能充分确保绝缘即可，优选100～500nm左右，例如设为200nm。
接着，在LED结构100的第二n型GaN层103上形成n侧欧姆电极207(步骤S14)。此时，按照仅形成n侧欧姆电极207的区域露出的方式，通过光刻将抗蚀剂膜图案化后，将保护膜206通过基于缓冲氢氟酸(BHF)溶液的湿式蚀刻除去，在第二n型GaN层103的一部分和第一n型GaN层102的一部分露出的表面形成包含Ti/Al/Au的n侧欧姆电极207。
接下来，在LED结构100的p型GaN层105上形成p侧欧姆电极208(步骤S15)。此时，也与n侧欧姆电极207的形成过程同样地进行基于光刻的抗蚀剂膜的图案化、和基于缓冲氢氟酸溶液的保护膜206的湿式蚀刻后，在p型GaN层105上形成包含Ag/Ti/Au的p侧欧姆电极208。
需要说明的是，在倒装芯片型的LED的情况下，作为p侧欧姆电极208，优选使用反射率高的材料，例如使用以Ag为主的材料。但是，在Ag单质的情况下，耐热性和耐蚀性存在问题，因此可以使用加入了微量的添加物的Ag合金。
接着，在n侧欧姆电极207和p侧欧姆电极208上通过镀Au形成焊盘电极209(步骤S16)。镀Au的厚度优选为10μm以上且100μm以下，本实施方式中为30μm。
接着，通过刀片切割，分割成各个LED芯片(步骤S17)。然后，将该LED芯片按照焊盘电极209与基座侧电极210连接的方式搭载在基座基板211上。
按照这种方式，制作倒装芯片型的发光二极管元件200。
[效果]
按照以上这样，本实施方式的倒装芯片型的发光二极管元件200成为如下构成：具备载流子浓度为1×1019cm-3以上且小于3×1020cm-3的第一n型III族氮化物半导体层102、载流子浓度为5×1017cm-3以上且小于1×1019cm-3的第二n型III族氮化物半导体层103、由III族氮化物半导体构成的发光层104、以及p型III族氮化物半导体层105依次层叠的层叠体结构(LED结构)100，第一n型III族氮化物半导体层102与第二n型III族氮化物半导体层103的界面的凹凸的高低差大于第二n型III族氮化物半导体层103与发光层104的界面的凹凸的高低差。
因此，根据本实施方式的发光二极管元件200，不会使发光层104的品质劣化，与现有技术的发光二极管元件相比，能够使n型半导体层的厚度厚到5倍以上、且使n型半导体层的电阻率降低至1/10以下。由此，能够实现良好的发光特性的同时，与现有技术的发光二极管元件相比使基于n型半导体层的串联电阻成分(即横向电阻)降低至1/50以下。
图7为表示本实施方式的发光二极管元件200的电流-电压特性的图。
由图7可知，本实施方式的发光二极管元件200中，与现有技术的发光二极管元件相比，恒电流时的工作电压变低。换言之，根据本实施方式的发光二极管元件200，能够实现更高效率的LED。
另外，根据本实施方式的发光二极管元件200，由于能够使用异种基板构成LED，因此对低成本化也有贡献。
(变形例1)
图8为表示变形例1的发光二极管元件200的构成的图。
变形例1的发光二极管元件200将形成n侧欧姆电极207的面制成仅第二n型GaN层103露出的面，在这点上与上述实施方式不同。
图8中，减少上述蚀刻工序(步骤S12)中的基于干式蚀刻的蚀刻，使形成n侧欧姆电极207的面在第二n型GaN层103中。例如，在想要减小基于干式蚀刻的蚀刻高低差的情况下等，也可以采取这样的结构。
本变形例的发光二极管元件200中，有可能因n型半导体层厚膜化而降低电阻。但是，另一方面，n侧欧姆电极207的接触电阻有些许变高的倾向。因此，设为变形例1的构成的情况下，优选尽可能提高第二n型GaN层103的载流子浓度，例如期望尽可能接近1×1019cm-3。
(变形例2)
图9为表示变形例2的发光二极管元件200的构成的图。
变形例2的发光二极管元件200将形成n侧欧姆电极207的面制成仅第一n型GaN层102露出的面，在这点上与上述实施方式不同。
图9中，使形成n侧欧姆电极207的面在第一n型GaN层102中。例如在第一n型GaN层102的厚度充分厚的情况下、在凹凸小而难以在界面停止蚀刻的情况下等，通过设为这样的结构能够使过程工序简便。
本变形例的发光二极管元件200中，最能够降低n侧欧姆电极207的接触电阻。但是，另一方面，n侧欧姆电极207正下方的第一n型GaN层102导致的基板电阻由于层的厚度减小而有些增大。因此，没为变形例2的构成的情况下，尽可能增厚第一n型GaN层102的厚度，能够使厚度的减小导致的电阻的增大为最小限度，因此例如期望为100μm。
(变形例3)
上述实施方式中，示出将第二n型GaN层103通过一次结晶生长过程形成的方案。然而，在第一n型GaN层102的凹凸非常大的情况下等，难以使第二n型GaN层103的表面成为完全的平坦面，担心在形成该第二n型GaN层103后残留几百nm左右的凹凸。另外，担心为了平坦化而第二n型GaN层103的厚度变得过厚。
因此，在第二n型GaN层103的形成过程中，可以对第二n型GaN层103实施机械研磨、CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械研磨)。例如，可以在利用HVPE法使第二n型GaN层103结晶生长后，进行机械研磨，再次通过MOCVD法等使第二n型GaN层103结晶生长。
通过设为这样的构成，能够减少在第一n型半导体层102的表面形成的凹凸。换言之，由此能够使发光层104的结晶品质提高，因此能够实现提高发光层104的发光特性。
以上，对本发明的具体例进行了详细说明，但这些仅为例示，不能限定技术方案。在技术方案记载的技术中，包括将以上例示的具体例进行各种变形、变更的方案。
产业上的可利用性
根据本发明的发光二极管元件，能够大幅降低横向电阻，能够实现工作电压低的更高效率的LED。
符号说明
100 LED结构
101 基底基板
102 第一n型III族氮化物半导体层
103 第二n型III族氮化物半导体层
104 发光层
105 p型III族氮化物半导体层
200 发光二极管元件
206 保护膜
207 n侧欧姆电极
208 p侧欧姆电极
209 焊盘电极
210 基座侧电极
211 基座基板

Claims (8)

1.一种发光二极管元件，
其是倒装芯片型的发光二极管元件，其具备依次层叠
载流子浓度为1×1019cm－3以上且小于3×1020cm－3的第一n型III族氮化物半导体层、
载流子浓度为5×1017cm－3以上且小于1×1019cm－3的第二n型III族氮化物半导体层、
由III族氮化物半导体构成的发光层、以及
p型III族氮化物半导体层的层叠体结构，
所述第一n型III族氮化物半导体层与所述第二n型III族氮化物半导体层的界面的凹凸的高低差大于所述第二n型III族氮化物半导体层与所述发光层的界面的凹凸的高低差，
所述第一n型III族氮化物半导体层与所述第二n型III族氮化物半导体层的界面的凹凸的高低差为1μm以上且10μm以下。
2.根据权利要求1所述的发光二极管元件，其中，
所述层叠体结构在对于所述发光层的发光波长透明的绝缘性基板上形成。
3.根据权利要求2所述的发光二极管元件，其中，
所述绝缘性基板由蓝宝石、SiC、ZnO、Ga2O3或ScAlMgO4中的任一个构成。
4.根据权利要求1所述的发光二极管元件，
其还具备与所述第一n型III族氮化物半导体层或所述第二n型III族氮化物半导体层中的至少一个欧姆接触的n侧欧姆电极、和与所述p型III族氮化物半导体层欧姆接触的p侧欧姆电极，
所述n侧欧姆电极和所述p侧欧姆电极在所述层叠体结构的同一面侧配设。
5.根据权利要求4所述的发光二极管元件，其中，
所述n侧欧姆电极与所述层叠体结构的接触面位于所述第一n型III族氮化物半导体层与所述第二n型III族氮化物半导体层的界面的区域，
所述n侧欧姆电极与所述第一n型III族氮化物半导体层和所述第二n型III族氮化物半导体层两者欧姆接触。
6.根据权利要求1所述的发光二极管元件，其中，
所述第一n型III族氮化物半导体层的施主杂质为氧。
7.根据权利要求1所述的发光二极管元件，其中，
所述第一n型III族氮化物半导体层的平均厚度为10μm以上且100μm以下。
8.一种发光二极管元件的制造方法，
其是倒装芯片型的发光二极管元件的制造方法，具备如下工序：
在小面生长优先发生的条件下，按照载流子浓度成为1×1019cm－3以上且小于3×1020cm－3的方式，在基底基板上形成第一n型III族氮化物半导体层的工序；
在平坦生长优先发生的条件下，按照载流子浓度成为5×1017cm－3以上且小于1×1019cm－3的方式，在所述第一n型III族氮化物半导体层上形成第二n型III族氮化物半导体层的工序；
在所述第二n型III族氮化物半导体层上形成由III族氮化物半导体构成的发光层的工序；和
在所述发光层上形成p型III族氮化物半导体层的工序，
所述第一n型III族氮化物半导体层与所述第二n型III族氮化物半导体层的界面的凹凸的高低差为1μm以上且10μm以下。
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