TW201511042A - 透明導電膜用組成物、透明電極、半導體發光元件、太陽電池 - Google Patents
透明導電膜用組成物、透明電極、半導體發光元件、太陽電池 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201511042A TW201511042A TW103118432A TW103118432A TW201511042A TW 201511042 A TW201511042 A TW 201511042A TW 103118432 A TW103118432 A TW 103118432A TW 103118432 A TW103118432 A TW 103118432A TW 201511042 A TW201511042 A TW 201511042A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- layer
- light
- semiconductor layer
- nitride semiconductor
- type nitride
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 170
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 84
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 258
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 60
- 239000010408 film Substances 0.000 description 50
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 18
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 13
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 9
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 7
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 4
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 4
- HCVDENZMQSPJRI-UHFFFAOYSA-N 3,3,4-triethyldodecane Chemical compound CCCCCCCCC(CC)C(CC)(CC)CC HCVDENZMQSPJRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910015363 Au—Sn Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017755 Cu-Sn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017927 Cu—Sn Inorganic materials 0.000 description 2
- RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N Cyclopentane Chemical compound C1CCCC1 RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 2
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZSBXGIUJOOQZMP-JLNYLFASSA-N Matrine Chemical compound C1CC[C@H]2CN3C(=O)CCC[C@@H]3[C@@H]3[C@H]2N1CCC3 ZSBXGIUJOOQZMP-JLNYLFASSA-N 0.000 description 1
- 229910002677 Pd–Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- USZGMDQWECZTIQ-UHFFFAOYSA-N [Mg](C1C=CC=C1)C1C=CC=C1 Chemical compound [Mg](C1C=CC=C1)C1C=CC=C1 USZGMDQWECZTIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 150000001993 dienes Chemical class 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-BJUDXGSMSA-N germanium-72 Chemical compound [72Ge] GNPVGFCGXDBREM-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-IGMARMGPSA-N germanium-73 atom Chemical compound [73Ge] GNPVGFCGXDBREM-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-OUBTZVSYSA-N germanium-74 Chemical compound [74Ge] GNPVGFCGXDBREM-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N heptamethylene Natural products C1CCCCCC1 DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910002059 quaternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/42—Transparent materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/405—Reflective materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
實現可不使用In,而具有優良短波長之透光性的透明導電膜。
本發明的透明導電膜用組成物,其特徵為以以下式(1)表示。
AlxGayBzM1-x-y-zN (式1)
但是,於式中,0<x<1,0<y<1,0≦z<1,0.001≦1-x-y-z≦0.1,M包含Si、Ge任一種以上。
Description
本發明係主要關於包含Al與Ga的透明導電膜用組成物、包含其所構成的透明電極、半導體發光元件及太陽電池。
具有透光性的導電材料(以下,稱為「透明導電膜」)係具有優良導電性及透光性,使用來作為各種裝置的透明電極。先前,作為此種透明導電膜,公知有作為摻雜物而包含銻(Sb)或氟(F)的氧化錫(SnO2)、作為摻雜物而包含鋁(Al)或鎵(Ga)的氧化鋅、及作為摻雜物而包含Sn的氧化銦(In2O3)等的氧化物。其中,作為摻雜物而包含Sn的氧化銦膜,係稱為ITO(Indium-Tin-Oxide)膜,因為容易取得低電阻的氧化物透明導電膜,所以被廣泛利用(例如參照專利文獻1)。
於ITO膜的形成,一般來說使用直流濺鍍法。在室溫下成膜的ITO膜係表示5×10-4Ω.cm程度的較低比電阻。ITO膜也具有良好之可視域的透光率,表示平
均80%以上的透光率。又,也具有化學性及熱穩定性。
然而,近年來,例如普及具有藍色發光或近紫外發光(例如波長300~400nm)之功能的發光材料及發光裝置(例如LED、雷射、有機或無機EL),開發有所進展。於該等電子裝置需要透明電極。
[專利文獻1]日本特開2007-113026號公報
[非專利文獻1]S.Fritze, et al., “High Si and Ge n-type doping of GaN doping - Limits and impact on stress”, Applied Physics Letters 100, 122104, (2012)
然而,以ITO膜為首之先前的氧化物透明導電膜,雖然具有優良之波長400~800nm的可視光線的平均透射率,對於波長400nm附近的近紫外光、及更短波長的近紫外光及深紫外光會發生吸收,故無法充分透射。因此,作為發出此種波長之光線的裝置的電極,使用先前
之氧化物透明導電膜時,在該電極中會產生光線的吸收,導致光線的取出率大幅降低。
又,作為其他問題,於ITO膜需要身為稀有金屬的In,故有因In的價格高騰化,並且會受到資源國的社會情勢等的影響而供給不穩定之狀況。因此,未使用In的透明導電膜有將來成為必要的可能性。
本發明的目的係有鑑於前述的課題,提供實現可不使用In,而具有優良之短波長的透光性的透明導電膜。又,本發明的目的係實現此種包含透明導電膜的透明電極、半導體發光元件及太陽電池。
本發明的透明導電膜用組成物,其特徵為以以下式(1)表示。
AlxGayBzM1-x-y-zN (式1)
但是,於式中,0<x<1,0<y<1,0≦z<1,0.001≦1-x-y-z≦0.1,M包含Si、Ge任一種以上。
依據前述透明導電膜用組成物,可實現不包含In,比電阻較小,亦即導電性高的透明導電膜。又,如「實施方式」中後述般,可因應Al的組成,於近紫外域及深紫外域設定吸收端,故可因應裝置的發光波長,即使對於近紫外光及深紫外光等之短波長的光線,也可確保高透射性。又,因關於對於可視光的透射性,也可實現超過90%的透射率,可確保比使用ITO膜之狀況更高的透射
性。
再者,硼(B)即使不被包含,或含有一定程度,依據前述透明導電膜用組成物所致之透明導電膜,也可無In地實現高透光性與導電性。
於前述的透明導電膜用組成物中,將Si或Ge的組成比,尤其設為0.005以上0.05以下亦可。利用設為該範圍內的組成比,可實現極高的導電性。
本發明的透明電極,其特徵為包含前述之透明導電膜用組成物所構成。
又,本發明的半導體發光元件,其特徵為具備前述之透明電極。藉此,可一邊抑制從發光元件放射之光線的吸收,一邊具有作為用以供給電流之電極的功能。
本發明的半導體發光元件,其特徵為包含前述之透明導電膜用組成物,構成為發光波長為400nm以下之短波長的發光元件。作為其具體的構造,想定各種構造。
作為一例,本發明的半導體發光元件,係在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層,具備:透明電極,係形成於前述p型氮化物半導體層的上層,包含前述之透明導電膜用組成物所構成;及反射電極,係形成於前述透明電極的上層;可利用表示發光峰值波長為400nm以下的氮化物半
導體層來構成前述發光層。
又,作為其他例,本發明的半導體發光元件,係在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層,具備:透明電極,係形成於前述n型氮化物半導體層的上層整面,包含前述之透明導電膜用組成物所構成;及供電端子,係形成於前述透明電極的上層;前述發光層,係可利用表示發光峰值波長為400nm以下的氮化物半導體層來構成。
藉由包含前述之透明導電膜用組成物來構成透明電極,可實現比電阻較小的透明電極。藉此,即使於p型氮化物半導體層及n型氮化物半導體層的上層,形成無In的透明電極,也可實現歐姆連接,所以,可實現抑制短波長之光線的吸收的發光元件。
又,作為其他例,本發明的半導體發光元件,係在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層,可包含前述之透明導電膜用組成物來構成前述n型氮化物半導體層。
依據該構造,因為包含前述之透明導電膜用組成物來構成n型氮化物半導體層,可利用較低比電阻之值來實現n型氮化物半導體層,即使較低的工作電壓,也可將發光所需之電流量流通於發光層,可提升發光效率。又,即使於該n型氮化物半導體層的上面,形成以工作函
數比較大之金屬材料(例如Ni等)所構成的電極,也可藉由無退火來實現歐姆連接。藉此,於製程中需要透過Au-Sn合金等的焊錫來進行基板的接合處理之縱型的半導體發光元件中,不需要超過焊錫之熔點的溫度的退火處理。
依據本發明的透明導電膜用組成物,可實現不使用In,尤其具有優良短波長之透光性的透明導電膜。
1,1a,1b‧‧‧半導體發光元件
2‧‧‧太陽電池胞
5‧‧‧間隙
11‧‧‧支持基板(藍寶石基板)
12‧‧‧支持基板
13‧‧‧無摻雜層
15‧‧‧n型氮化物半導體層
16‧‧‧以AlxGayBzM1-x-y-zN形成的n型氮化物半導體層
17‧‧‧發光層
19‧‧‧p型氮化物半導體層
20‧‧‧半導體層
21‧‧‧以AlxGayBzM1-x-y-zN形成的透明電極
23‧‧‧以AlxGayBzM1-x-y-zN形成的透明電極
24‧‧‧以AlxGayBzM1-x-y-zN形成的透明電極
25‧‧‧供電端子
26‧‧‧AlxGayBzM1-x-y-zN層
27‧‧‧供電端子
29‧‧‧以AlxGayBzM1-x-y-zN形成的透明電極
31‧‧‧反射電極
33‧‧‧反射電極
35‧‧‧光阻
37‧‧‧接合金屬
39‧‧‧接合金屬
41‧‧‧基板
42‧‧‧供電端子
43‧‧‧焊錫層
44‧‧‧導電層
45‧‧‧保護層
46‧‧‧焊錫層
47‧‧‧反射電極
48‧‧‧絕緣層
71‧‧‧玻璃基板
72‧‧‧p型非晶矽
73‧‧‧i型非晶矽
74‧‧‧n型非晶矽
75‧‧‧半導體層
76‧‧‧背面電極
90‧‧‧先前的半導體發光元件
91‧‧‧以ITO形成的接觸電極
93‧‧‧以ITO形成的接觸電極
[圖1]揭示AlXGaySi1-x-yN之Si組成比與比電阻的關係的圖表。
[圖2]揭示AlXGaySi1-x-yN之Al組成比與吸收端的關係的圖表。
[圖3]第1實施形態之半導體發光元件的概略剖面圖。
[圖4]先前之半導體發光元件的概略剖面圖。
[圖5A]用以說明第1實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖5B]用以說明第1實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖5C]用以說明第1實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖5D]用以說明第1實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖5E]用以說明第1實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖5F]用以說明第1實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖5G]用以說明第1實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖6]第2實施形態之半導體發光元件的概略剖面圖。
[圖7A]用以說明第2實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖7B]用以說明第2實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖7C]用以說明第2實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖7D]用以說明第2實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖7E]用以說明第2實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖7F]用以說明第2實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖7G]用以說明第2實施形態之半導體發光元件的製造方法的工程剖面圖的一部分。
[圖8]第3實施形態之半導體發光元件的概略剖面圖。
[圖9]用以說明氮化物半導體層與AlxGaySi1-x-yN層之間的歐姆特性的圖。
[圖10]揭示太陽電池胞之模式構造的剖面圖。
圖1係揭示AlXGaySi1-x-yN(0<x<1,0<y<1)之Si組成比與比電阻的關係的圖表。再者,利用將Al的組成固定為6%、40%,調整Ga與Si的比率,一邊使Si的組成比變化,一邊測定比電阻。再者,比電阻係使用霍爾測定裝置所測定者。
依據圖1,於Al0.06GaySi0.94-yN中,將Si組成設為0.16%,亦即,Al0.06Ga0.9384Si0.0016N時,為略1×10-3Ω.cm,可知越提升Si組成比,該比電阻越減少。例如,將Si組成設為0.5%,亦即Al0.06Ga0.935Si0.005N時,比電阻為4×10-4Ω.cm,將Si組成設為5%,亦即Al0.06Ga0.89Si0.05N時,比電阻為6×10-5Ω.cm。
然而,即使於作為氮化物半導體元件,一般所用的GaN中,以縮小其比電阻為目的,進行高濃度地摻雜Si。但是,將對於該GaN注入之摻雜物的濃度,設為1×1019/cm3以上的話,公知有因原子鍵結的狀態惡化等
之原因,會產生膜粗化的現象(例如,參照前述非專利文獻1)。因為起因於該膜粗化之結晶狀態的惡化,即使極高濃度地摻雜Si,比電阻也不會充分降低,反而造成表面粗化、白濁化。
對於GaN,將Si摻雜濃度設為不產生膜粗化之上限值1×1019/cm3的幾近附近的9×1018/cm3時,其比電阻為5×10-3Ω.cm。亦即,於GaN摻雜Si所形成之GaySi1-yN中,5×10-3Ω.cm程度的比電阻可稱為下限值。
相對於此,如圖1所示,可知設為Al0.06GaySi0.94-yN時,即使將Si組成從0.16%(Si組成比0.0016)增加至10%(Si組成比0.1)為止,也可實現比GaySi1-yN之狀況還低的比電阻。
於圖1中,一併揭示將Al的組成固定為40%,Si的組成設為0.5%時與5%時,亦即,Al0.4Ga0.595Si0.005N與Al0.4Ga0.55Si0.05N中之比電阻。在Al0.4Ga0.595Si0.005N中,比電阻為略1×10-3Ω.cm,在Al0.4Ga0.55Si0.05N中,比電阻為略1.5×10-4Ω.cm。藉此,可知即使使Al的組成不同之狀況中,也可利用提升Si的組成,來降低其比電阻,成功實現比GaySi1-yN之狀況還低的比電阻。亦即,無關於Al的組成,利用提升AlXGaySi1-x-yN的Si組成,可降低其比電阻之值。
再者,於圖1中,將Al的組成設為6%時,Si組成設為10%,亦即,Al0.06Ga0.84Si0.1N時,比電阻為6.5×10-5Ω.cm,相較於將Si組成設為5%,亦即
Al0.06Ga0.89Si0.05N時,比電阻稍微上升。此係可推測發生與於GaN中將Si設為高濃度時,結晶性惡化而比電阻上升相同的現象。亦即,可預測將AlXGaySi1-x-yN的Si組成設為比10%更高時,比電阻會比Al0.06Ga0.84Si0.1N更加上升。
因此,依據圖1,可知至少將Si的組成設為0.1%以上10%以下,亦即AlXGaySi1-x-yN(0<x<1,0<y<1,0.001≦1-x-y≦0.1)的話,可實現比電阻比先前的GaN還小的元件。尤其,可知將Si的組成設為0.5%以上5%以下,亦即AlXGaySi1-x-yN(0<x<1,0<y<1,0.005≦1-x-y≦0.05)的話,可實現比電阻相較於先前的GaN極小的元件。
圖2係揭示AlXGaySi1-x-yN之Al組成比與吸收端的關係的圖表。再者,在圖2中,利用將Si的組成固定為1%,調整Al與Ga的比率,一邊使Al的組成比變化,一邊求出吸收端。再者,比電阻係使用魏加氏定律(Vegard's law)所導出者。
依據圖2,可知利用提升Al的組成比,可使吸收端移位至短波長側。例如,將Al的組成比設為0.06的話,吸收端為約350nm,將組成比設為0.4的話,吸收端為約300nm。亦即,依據AlxGaySi1-x-yN,利用因應欲透射之光線的波長,來調整Al的組成比,可實現抑制短波長之光線的吸收的材料。又,因為吸收端成為大幅偏離可視光域的波長,關於可視光域的光線,可實現相較於
ITO等,極高的透光性。
亦即,依據圖1及圖2,藉由本發明的AlxGaySi1-x-yN,可實現不使用In,也具有優良之短波長的透光性的導電性材料。再者,於圖1中,即使在將Si組成設為相同之狀況中,相較於Al的組成為6%的Al0.06GaySi0.94-yN,Al的組成為40%的Al0.4GaySi0.6-yN之比電阻之值較大。藉此,將Si的比率設為一定時,暗示利用提升Al的組成,吸收端可移位至短波長側之外,比電阻變高。但是,依據將Al的組成設為40%,Si的組成設為0.5%所形成之Al0.4Ga0.595Si0.005N,是比GaN的比電阻的最小值還低之值的1×10-3Ω.cm,可成功將吸收端設為約300nm,達成對於深紫外光的高透射性與較低的比電阻。對於為了更降低比電阻來說,提高Si的組成比即可。
再者,前述的說明係想定AlXGaySi1-x-yN之四元系的化合物來進行說明,但是,即使有利用以不影響比電阻程度來混合不純物,構成五元系以上的化合物之狀況也可成立。亦即,即使對於前述AlXGaySi1-x-yN添加硼(B)所成之AlxGayBzSi1-x-y-zN(0<x<1,0<y<1,0≦z<1,0.001≦1-x-y-z≦0.1)中,也可同樣實現比先前的GaN還小的比電阻。
進而,在前述的說明中,想定化合物包含Si的AlXGaySi1-x-yN來進行說明,利用使用化學上與Si性質近似的Ge來代替Si,即使在實現AlXGayGe1-x-yN之狀況
中,也可進行相同的議論。亦即,此時,利用提高Ge的組成比,可使其比電阻降低。進而,作為包含Si與Ge兩者的化合物亦可。此時,利用提升Si與Ge兩者的組成比的合計,可使其比電阻降低。
亦即,電性傳導率σ及電阻率ρ係藉由移動度μ、載體密度n、載體電荷,以σ=1/ρ=qn μ來表示,所以,藉由對於三價元素的Al及Ga,摻雜包含四價元素中Si、Ge任一的元素,移動度μ會上升,故比電阻1/ρ會變小。因為四價元素中成為施體的活性化能量較少之理由,Si、Ge為佳,尤其使用Si為佳。
總結以上內容,依據本發明的組成物AlxGayBzM1-x-y-zN(0<x<1,0<y<1,0≦z<1,0.001≦1-x-y-z≦0.1,M包含Si、Ge任一種以上),可實現不使用In,也具有優良之短波長的透光性的導電性材料。
針對包含上述之本發明的組成物AlxGayBzM1-x-y-zN(0<x<1,0<y<1,0≦z<1,0.001≦1-x-y-z≦0.1,M包含Si、Ge任一種以上)的發光元件的實施形態,參照圖面來進行說明。再者,以下,將以該組成物構成之層稱為「AlXGaySi1-x-yN層」。
以下,針對半導體發光元件的第1實施形態,參照圖
面來進行說明。圖3係第1實施形態之半導體發光元件的概略剖面圖。再者,於以下各圖中,圖面的尺寸比與實際的尺寸比不一定一致。
半導體發光元件1係具備支持基板11、無摻雜層13、半導體層20、透明電極21、透明電極23、供電端子25、供電端子27、反射電極31及反射電極33。又,半導體層20係由下依序層積n型氮化物半導體層15、發光層17及p型氮化物半導體層19所形成。
然後,透明電極21及透明電極23係藉由AlXGaySi1-x-yN層所形成。於透明電極21的上層,隔著反射電極31,形成供電端子25。同樣地,於透明電極23的上層,隔著反射電極33,形成供電端子27。
圖3所示之半導體發光元件1係想定從紙面朝下方取出光線的元件。從發光層17放射的光線中,往上方進行的光線係透過透明電極23,照射至反射電極33,從反射電極33反射,往支持基板11側射出。在此,因為受到以藍寶石等實現之支持基板11與空氣之折射率的差的影響,一部分的光線不會從支持基板11放射至外部,而在其界面反射,在半導體發光元件1內重複多重反射。此時,該一部分的光線係往透明電極21側進行。在此,透射透明電極21的光線被照射至反射電極31,故從該反射電極31反射,可再次引導至支持基板11側。
圖4係先前之半導體發光元件的概略剖面圖。先前的半導體發光元件90係具備以ITO形成的接觸
電極91及93。此係根據於p型氮化物半導體層19的上面,直接形成由具有高反射性之金屬材料所成的反射電極33的話,不會形成良好的接觸電阻,故以提升接觸特性為目的,採用作為薄膜的接觸電極93而設置身為退化半導體的ITO或Ni,進而於該接觸電極93上,設置以Ag或Al形成之反射電極33的構造。關於接觸電極91也相同。
但是,ITO係於365nm附近具有吸收端,Ni係於比ITO更長波長側具有吸收端。所以,由ITO或Ni所成的接觸電極91、93係吸收短波長之光線,故短波長的光取出效率會降低。相對於此,依據圖3所示之半導體發光元件1,利用具備以AlXGaySi1-x-yN層形成的透明電極21及23,可一邊實現較低的比電阻,一邊使用吸收端位於比ITO或Ni更短波長側的材料,故可特別提升短波長側的光取出效率。
以下,針對圖3所示之半導體發光元件1的詳細構造及其製造方法進行說明。再者,以下的說明僅為一例。
支持基板11係以藍寶石基板所構成。再者,藍寶石之外,以Si、SiC、GaN、YAG等構成亦可。反射電極31及反射電極33係例如以Ag系的金屬、Al、Rh等所構成。
無摻雜層13係以GaN形成。更具體來說,藉由由GaN所成之低溫緩衝層,與於其上層由GaN所成之
基底層所形成。
透明電極21及透明電極23係藉由AlXGaySi1-x-yN層所形成。再者,如圖3所示,透明電極21與透明電極23係以於水平方向具有間隙5之方式配置。藉此,可獲得可抑制漏電流流通於透明電極23與透明電極21之間的效果。再者,透明電極23係形成於p型氮化物半導體層19的上層,p型氮化物半導體層19係形成於發光層17的上層,發光層17係與透明電極21相同,形成於n型氮化物半導體層15的上層。因此,如圖3所示,成為發光層17與透明電極21在彼此於水平方向具有間隙5之狀態下,形成於n型氮化物半導體層15的上層的構造。
供電端子25係形成於反射電極31的上層,供電端子27係形成於反射電極33的上層,例如以Cr-Au所構成。供電端子25係透過接合金屬37,電性連接於基板41,供電端子27係透過接合金屬39,電性連接於基板41。
半導體層20係由下依序層積n型氮化物半導體層15、發光層17及p型氮化物半導體層19所形成。
n型氮化物半導體層15係以GaN或AlGaN所構成,作為該等的多層構造亦可。例如可設為於接觸無摻雜層13的區域包含以GaN所構成之層(保護層),於接觸透明電極21的區域包含以AlnGa1-nN(0<n≦1)所構成之層(電子供給層)的多層構造。至少於保護層,摻雜Si、Ge、S、Se、Sn、Te等的n型不純物,尤其摻雜Si為佳。
發光層17係例如以具有重複由InGaN所成之量子井層與由AlGaN所成之障壁層的多量子井結構的半導體層所形成。該等之層係作為非摻雜型亦可,作為摻雜p型或n型亦可。
p型氮化物半導體層19係例如以GaN或AlGaN構成,摻雜Mg、Be、Zn、C等的p型不純物。
接著,針對圖3所示之半導體發光元件1的製造方法之一例,參照圖5A~圖5G所示之工程剖面圖來進行說明。
如圖5A所示,於支持基板11上形成半導體層20。更詳細內容如下所述。
首先,作為支持基板11,使用藍寶石基板時,進行c面藍寶石基板的清洗。該清洗更具體來說,藉由例如於MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金屬化學氣相沉積)裝置的處理爐內配置c面藍寶石基板,一邊對於處理爐內流通流量為10slm的氫氣,一邊將爐內溫度例如升溫至1150℃來進行。
接著,於支持基板11(c面藍寶石基板)的表面,形成
由GaN所成的低溫緩衝層,進而於其上層形成由GaN所成的基底層。該等低溫緩衝層及基底層對應無摻雜層13。
無摻雜層13的更具體形成方法係例如以下所述。首先,將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa,將爐內溫度設為480℃。然後,一邊對於處理爐內,作為載體氣體,流通流量分別為5slm的氮氣及氫氣,一邊作為原料氣體,將流量為50μmol/min的三甲基鎵(TMG)及流量為250000μmol/min的氨供給68秒鐘至處理爐內。藉此,於支持基板11的表面,形成厚度為20nm的由GaN所成的低溫緩衝層。
接著,將MOCVD裝置的爐內溫度升溫至1150℃。然後,一邊對於處理爐內作為載體氣體,流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣,一邊作為原料氣體,將流量為100μmol/min的TMG及流量為250000μmol/min的氨供給30分鐘至處理爐內。藉此,於第1緩衝層的表面,形成厚度為1.7μm的由GaN所成的基底層。
接著,於無摻雜層13的上層,形成由AlnGa1-nN(0<n≦1)的組成所成電子供給層。該電子供給層對應n型氮化物半導體層15。
n型氮化物半導體層15的更具體形成方法係
例如以下所述。在持續將爐內溫度設為1150℃的狀態下,將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後,一邊對於處理爐內,作為載體氣體,流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣,一邊作為原料氣體,將流量為94μmol/min的TMG、流量為6μmol/min的三甲基鋁(TMA)、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.025μmol/min的四乙基矽烷供給60分鐘至處理爐內。藉此,例如具有Al0.06Ga0.94N的組成,以Si濃度為3×1019/cm3,且厚度為2μm的n型氮化物半導體層15(電子供給層),形成於無摻雜層13的上層。
再者,之後,藉由停止TMA的供給,並且6秒鐘供給其以外的原料氣體,於電子供給層的上層,形成厚度為5nm的由n型GaN所成的保護層亦可。
在前述範例中,已說明作為n型不純物,使用Si之狀況,但是,作為其他不純物,可使用Ge、S、Se、Sn及Te等。
接著,於n型氮化物半導體層15的上層,形成具有以InGaN構成之量子井層及以n型AlGaN構成之障壁層被週期性重複的多量子井結構的發光層17。
發光層17的更具體形成方法係例如以下所述。首先,將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa,將爐內溫度設為830℃。然後,進行一邊對於處理爐內,作
為載體氣體,流通流量為15slm的氮氣及流量為1slm的氫氣,一邊作為原料氣體,將流量為10μmol/min的TMG、流量為12μmol/min的三甲基銦(TMI)及流量為300000μmol/min的氨,48秒鐘供給至處理爐內的步驟。之後,進行將流量為10μmol/min的TMG、流量為1.6μmol/min的TMA、0.002μmol/min的四乙基矽烷及流量為300000μmol/min的氨,120秒鐘供給至處理爐內的步驟。以下,藉由重複該等兩個步驟,具有厚度為2nm的由InGaN所成之量子井層及厚度為7nm的由n型AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的發光層17被形成於n型氮化物半導體層15的上面。
接著,於發光層17的上層,形成以AlmGa1-mN(0≦m<1)的組成所成之電洞供給層。該電洞供給層對應p型氮化物半導體層19。
p型氮化物半導體層19的更具體形成方法係例如以下所述。首先,將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa,一邊對處理爐內,作為載體氣體,流通流量為15slm的氮氣及流量為25slm的氫氣,一邊將爐內溫度升溫至1025℃。之後,作為原料氣體,將流量為35μmol/min的TMG、流量為20μmol/min的TMA、流量為250000μmol/min的氨及用以摻雜p型不純物之流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂,60秒鐘供給至處理爐內。藉此,於發光層
17的表面,形成厚度為20nm之具有Al0.3Ga0.7N的組成的電洞供給層。之後,藉由將TMG的流量變更為9μmol/min,並360秒鐘供給原料氣體,形成厚度為120nm之具有Al0.13Ga0.87N的組成的電洞供給層。藉由該等電洞供給層,形成p型氮化物半導體層19。
進而之後,藉由將雙(環戊二烯)鎂的流量變更為0.2μmol/min,並20秒鐘供給原料氣體,形成厚度為5nm的由p型GaN所成的高濃度層(接觸層)。
在前述範例中,已說明作為p型不純物,使用Mg之狀況,但是,作為其他不純物,可使用Be、Zn、C等。
接著,對於在步驟S1中所得之晶圓,進行活性化處理。更具體來說,使用RTA(Rapid Thermal Anneal:快速加熱)裝置,在氮氣氛下以650℃進行15分鐘的活性化處理。
如圖5B所示,到n型氮化物半導體層15的一部分上面露出為止,藉由使用ICP裝置的乾式蝕刻來去除p型氮化物半導體層19及發光層17。
如圖5C所示,於反射電極的非形成區域之n型氮化物半導體層15的上面,形成光阻35。
如圖5D所示,整面地形成AlXGaySi1-x-yN層26。
具體來說,使用反應性濺鍍,形成厚度為50nm的Al0.1Ga0.89Si0.01N層26。
之後,藉由使用丙酮等的藥物之光阻的剝離,去除光阻及位於該正上的AlxGayBzM1-x-y-zN層26。藉此,如圖5E所示,AlxGayBzM1-x-y-zN層26被分離成兩個,形成透明電極21與透明電極23。此時,於透明電極21與透明電極23之間,形成水平方向相關的間隙5。
接著,使用電子束蒸鍍裝置(EB裝置),於透明電極21的上面,將由Al或Ag所成的反射電極31,蒸鍍膜厚120nm程度,於透明電極23的上面,將由Al或Ag所成的反射電極33,蒸鍍膜厚120nm程度(參照圖5F)。
於反射電極31的上面,藉由膜厚100nm的Cr與膜厚3μm的Au所成之材料膜的成膜,來形成供電端子27,於反射電極33的上面,藉由膜厚100nm的Cr與膜厚3μm的Au所成之材料膜的成膜,來形成供電端子
27(參照圖5G)。之後,藉由接合金屬37,連接供電端子25與支持基板41,藉由接合金屬39,連接供電端子27與支持基板41。藉此,形成圖3所示之半導體發光元件1。
再者,在上述範例中,已針對具備形成於p型氮化物半導體層19的上面之透明電極23,與形成於n型氮化物半導體層15的上面之透明電極21雙方之狀況進行說明,但是,作為僅具備透明電極23的構造亦可。
以下,針對半導體發光元件的第2實施形態,參照圖面來進行說明。再者,在以下的實施形態中,關於與第1實施形態共通之處,有附加相同的符號,省略該說明之狀況。
圖6係第2實施形態之半導體發光元件的概略剖面圖。半導體發光元件1係包含支持基板12、導電層44、絕緣層48、半導體層20及供電端子42所構成。半導體層20係由下依序層積p型氮化物半導體層19、發光層17及n型氮化物半導體層16所形成。
在本實施形態中,n型氮化物半導體層16藉由AlXGaySi1-x-yN層所形成。如上所述,因AlXGaySi1-x-yN層可實現極低的比電阻,相較於先前構造的發光元件,可更降低n層的電阻值,藉由較低的工作電壓,也可將發光所需之電流量,流通於發光層,可提升發光效率。
以下,針對圖6所示之半導體發光元件1的詳細構造及其製造方法進行說明。再者,以下的說明僅為一例。
支持基板12係以例如CuW、W、Mo等的導電性材料或Si等的半導體基板所構成。於支持基板12的上層,形成由多層構造所成的導電層44。該導電層44係在本實施形態中,包含焊錫層43、保護層45及反射電極47。
焊錫層43係例如以Au-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、Sn等所構成。焊錫層43係在製造方法項目中如後述般,在接合藍寶石基板與支持基板12時利用。
保護層45係例如以Pt系的金屬(Ti與Pt的合金)、W、Mo、Ni等所構成。如後述般,於製程中,進行隔著焊錫層之兩基板的貼合時,構成焊錫的材料會擴散至後述之反射電極47側,發揮防止反射率下落所致之發光效率的降低的功能。
反射電極47係例如以Ag系的金屬、Al、Rh等所構成。半導體發光元件1a係想定將從發光層17放射之光線取出至圖6的上方向(n型氮化物半導體層16側),反射電極47係利用使從發光層17朝下放射之光線朝上反射,發揮提升發光效率的功能。
再者,導電層44係於一部分中與半導體層20接觸,更詳細來說是與p型氮化物半導體層19接觸,對
支持基板12與供電端子42之間施加電壓的話,形成經由支持基板12、導電層44、半導體層20而流通至供電端子42的電流路徑。
絕緣層48係例如以SiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3等所構成。該絕緣層48係上面與p型氮化物半導體層19的底面接觸。再者,該絕緣層48係如後述般,具有作為元件分離時之蝕刻阻擋層的功能,並且也具有將電流往與支持基板12的基板面平行的方向擴散的功能。
供電端子42係形成於n型氮化物半導體層16的上面,例如以Cr-Au所構成。該供電端子42係連接例如以Au、Cu等所構成之電線(未圖示),該電線的另一方係連接於配置半導體發光元件1a之基板的供電圖案等(未圖示)。
接著,針對圖6所示之半導體發光元件1a的製造方法,參照圖7A~圖7G所示之工程剖面圖來進行說明。
如圖7A所示,於藍寶石基板11上形成半導體層20。更詳細內容如下所述。
首先,與第1實施形態的步驟S1相同,於藍寶石基板11上形成無摻雜層13。之後,藉由與第1實施形態的步驟S5中形成AlXGaySi1-x-yN層26相同的方法,
形成由AlXGaySi1-x-yN層所成的n型氮化物半導體層16。
更詳細來說,在將爐內溫度設為1150℃的狀態下,將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後,一邊對於處理爐內作為載體氣體,流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣,一邊作為原料氣體,將流量為94μmol/min的TMG、流量為6μmol/min的三甲基鋁(TMA)、流量為250000μmol/min的氨及流量為3.5μmol/min的四乙基矽烷供給30分鐘至處理爐內。藉此,形成厚度為1000nm之Al0.1Ga0.89Si0.01N的n型氮化物半導體層16。
之後,藉由與第1實施形態相同的方法,形成發光層17及p型氮化物半導體層19。
進行與第1實施形態的步驟S2相同的活性化處理。
如圖7B所示,於p型氮化物半導體層19的上層之所定處,形成絕緣層48。更具體來說,在之後的工程中在位於形成供電端子42的區域的下方之處,形成絕緣層48為佳。作為絕緣層48,例如將SiO2以膜厚200nm程度來成膜。再者,成膜的材料係絕緣性材料即可,例如SiN、Al2O3亦可。
如圖7C所示,以覆蓋p型氮化物半導體層19及絕緣層48的上面之方式,形成導電層44。在此,形成包含反射電極47、保護層45及焊錫層43之多層構造的導電層44。
導電層44的更具體形成方法係例如以下所述。首先,利用濺鍍裝置以覆蓋p型氮化物半導體層19及絕緣層48的上面之方式,整面成膜膜厚0.7nm的Ni及膜厚120nm的Ag,形成反射電極47。接著,使用RTA裝置,在乾空氣氣氛中,進行400℃、兩分鐘的接觸退火。
接著,以電子束蒸鍍裝置(EB裝置),於反射電極47的上面(Ag表面),3週期成膜膜厚100nm的Ti與膜厚200nm的Pt,藉此形成保護層45。進而之後,於保護層45的上面(Pt表面),蒸鍍膜厚10nm的Ti之後,蒸鍍膜厚3μm以Au80%Sn20%構成之Au-Sn焊錫,藉此形成焊錫層43。
再者,於此焊錫層43的形成步驟中,如圖7D所示,也於藍寶石基板11之外所準備之支持基板12的上面,形成焊錫層46亦可。該焊錫層係作為與焊錫層43相同材料構成者亦可。再者,作為該支持基板12,如前述般,例如使用CuW。
接著,如圖7E所示,貼合藍寶石基板11與支持基板12。更具體來說,在280℃的溫度、0.2MPa的壓力下,貼合焊錫層43與支持基板12。
接著,如圖7F所示,剝離藍寶石基板11。更具體來說,利用在使藍寶石基板11朝上,支持基板12朝下之狀態下,從藍寶石基板11側照射KrF準分子雷射,使藍寶石基板11與半導體層20的界面分解,進行藍寶石基板的剝離。藍寶石基板係雷射通過之外,其下層的GaN(無摻雜層)會吸收雷射,故該界面會高溫化,GaN被分解。藉此,剝離藍寶石基板11。
之後,藉由使用鹽酸等的濕式蝕刻、使用ICP裝置的乾式蝕刻,來去除殘存於晶圓上的GaN(無摻雜層),使n型氮化物半導體層16露出。
接著,如圖7G所示,分離鄰接的元件彼此。具體來說,對於與鄰接元件的邊際區域,使用ICP裝置,到絕緣層48的上面露出為止,對半導體層20進行蝕刻。藉此,分離鄰接區域的半導體層20彼此。再者,此時,絕緣層48具有作為蝕刻阻擋層的功能。
再者,在此蝕刻工程中,將元件側面不設為垂直,設為具有10°以上的錐形角的傾斜面為佳。如此一
來,在之後工程中形成絕緣層時,絕緣層容易附著於半導體層20的側面,可防止電流洩漏。
又,步驟S17之後,於半導體層20的上面以KOH等的鹼性溶液來形成凹凸面亦可。藉此,增加光取出面面積,可提升光取出效率。
接著,於n型氮化物半導體層16的上面形成供電端子42。更具體來說,形成由膜厚10nm的Ni與膜厚10nm的Au所成的供電端子42。如上所述,n型氮化物半導體層16係以比電阻較小的AlXGaySi1-x-yN層形成,故此工程之後,即使不進行退火處理,也可在n型氮化物半導體層16與供電端子42之間形成歐姆連接。藉此,形成圖6所示之半導體發光元件1a。
再者,雖然於圖6所示之半導體發光元件1a並未圖示,作為之後的工程,以絕緣層覆蓋被露出之元件側面及供電端子42以外的元件上面亦可。更具體來說,利用EB裝置來形成SiO2膜。再者,形成SiN膜亦可。然後,例如藉由雷射切割裝置來分離各元件彼此,將支持基板11的背面例如利用Ag焊膏來與封裝接合,對於供電端子42進行引線接合。
以下,針對半導體發光元件的第3實施形態,參照圖
面來進行說明。圖8係第3實施形態之半導體發光元件的概略剖面圖。半導體發光元件1b係包含支持基板12、導電層44、絕緣層48、半導體層20、透明電極24及供電端子42所構成。半導體層20係由下依序層積p型氮化物半導體層19、發光層17及n型氮化物半導體層15所形成。
在本實施形態中,作為於與第1實施形態相同構造之n型氮化物半導體層15的上面,具備藉由AlXGaySi1-x-yN層所形成的透明電極24,於其上面形成供電端子42的構造。利用具備此種透明電極24,可讓高透光性與低比電阻兩立。藉此,即使形成於n型氮化物半導體層15的上面整面,也不會讓光線的取出效率降低,關於水平於支持基板12的基板面之方向,可擴散電流路徑,故可於發光層17的廣泛區域流通電流,實現較廣的發光區域。
又,如上所述,AlXGaySi1-x-yN層的比電阻極小,故型氮化物半導體層15與透明電極24之間,可實現良好的歐姆特性。圖9係用以說明n型氮化物半導體層15與透明電極24之間的歐姆特性的圖。
圖9(a)係揭示評估用元件之構造的圖,於藍寶石基板11的上層,形成無摻雜層13及n型氮化物半導體層15,於n型氮化物半導體層15的上面兩處,形成由AlXGaySi1-x-yN層所成的透明電極24。圖9(b)係對於圖9(a)的評估用元件,對兩處的透明電極24抵接探針並流通
電流,將所得之電流電壓特性(I-V特性)圖表化者。
再者,在圖9(b)中,針對以將Si組成設為0.5%的Al0.06Ga0.935Si0.005N來形成透明電極24的評估用元件(實施例1),與以將Si組成設為5%的Al0.06Ga0.89Si0.05N來形成透明電極24的評估用元件(實施例2),測定I-V特性。依據圖9(b),於實施例1及實施例2雙方中,I-V特性顯示線形形狀,可知成功實現良好的歐姆特性。
關於本實施形態的詳細構造,除了使用與第1實施形態相同構造的n型氮化物半導體層15,來代替藉由AlXGaySi1-x-yN層所形成的n型氮化物半導體層16之處,及於其上面整面具備以AlXGaySi1-x-yN層形成的透明電極24之處,幾乎與第2實施形態的半導體發光元件1a相同,故省略該說明。
關於製造方法,在第2實施形態中經過與上述之步驟S11~S17相同的方法之後,利用與第1實施形態的步驟S5相同的方法,於n型氮化物半導體層15的上面整面,形成以AlXGaySi1-x-yN層形成的透明電極24,利用與第2實施形態的步驟S18相同的方法,於透明電極24的上面,形成供電端子42。之後係與第2實施形態共通。
針對包含上述之本發明的組成物AlxGayBzM1-x-y-zN(0
<x<1,0<y<1,0≦z<1,0.001≦1-x-y-z≦0.1,M包含Si、Ge任一種以上)的太陽電池的實施形態,參照圖面來進行說明。再者,以下,也將以該組成物構成之層稱為「AlXGaySi1-x-yN層」。
圖10係揭示太陽電池胞之模式構造的剖面圖。太陽電池胞2係具備玻璃基板70、以AlXGaySi1-x-yN層形成的透明電極29、半導體層75及背面電極76。在本實施例中,作為半導體層75,採用包含p型非晶矽72、i型非晶矽73及n型非晶矽74的pin二極體型。
先前的太陽電池胞,作為透明電極,使用ITO。如圖10所示,利用設為具備以AlXGaySi1-x-yN層形成之透明電極29的太陽電池胞2,可將可視光的透射效率提升到比ITO還高,故使透過玻璃基板71射入之可視光,照射至半導體層75的光量會增加,提升發電效率。
在製造圖10所示之太陽電池胞2時,於玻璃基板71上,藉由濺鍍法,堆積AlXGaySi1-x-yN層,形成透明電極29即可。之後,於透明電極29的上面,使非晶矽成長,形成半導體層75之後,於半導體層75的上面,形成以Al等形成的背面電極76,圖案化成所定電路圖案。
又,圖10所示之太陽電池胞2的構造僅為一例。不管任何形式的太陽電池,於作為先前透明導電膜,利用ITO膜之處,利用本發明的由AlXGaySi1-x-yN層所成的透明電極,藉此,可期待提升發電效率。
Claims (8)
- 一種透明導電膜用組成物,其特徵為以以下式(1)表示:AlxGayBzM1-x-y-zN (式1)(式中,0<x<1,0<y<1,0≦z<1,0.001≦1-x-y-z≦0.1,M包含Si、Ge任一種以上)。
- 如申請專利範圍第1項所記載之透明導電膜用組成物,其中,於前述式(1)中,0.005≦1-x-y-z≦0.05。
- 一種透明電極,其特徵為:包含申請專利範圍第1項或第2項所記載之前述透明導電膜用組成物所構成。
- 一種半導體發光元件,其特徵為具備申請專利範圍第3項所記載之前述透明電極。
- 一種半導體發光元件,係在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層的半導體發光元件,其特徵為:具備:透明電極,係形成於前述p型氮化物半導體層的上層,包含申請專利範圍第2項所記載之前述透明導電膜用組成物所構成;及反射電極,係形成於前述透明電極的上層;前述發光層,係以表示發光峰值波長為400nm以下的氮化物半導體層所構成。
- 一種半導體發光元件,係在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層的半導體發光元件,其特徵為:具備:透明電極,係形成於前述n型氮化物半導體層的上層整面,包含申請專利範圍第2項所記載之前述透明導電膜用組成物所構成;及供電端子,係形成於前述透明電極的上層;前述發光層,係以表示發光峰值波長為400nm以下的氮化物半導體層所構成。
- 一種半導體發光元件,係在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層的半導體發光元件,其特徵為:前述n型氮化物半導體層,係包含申請專利範圍第2項所記載之前述透明導電膜用組成物所構成。
- 一種太陽電池,其特徵為具備申請專利範圍第3項所記載之前述透明電極。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013126816A JP2015002290A (ja) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | 透明導電膜用組成物、透明電極、半導体発光素子、太陽電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW201511042A true TW201511042A (zh) | 2015-03-16 |
Family
ID=52104564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW103118432A TW201511042A (zh) | 2013-06-17 | 2014-05-27 | 透明導電膜用組成物、透明電極、半導體發光元件、太陽電池 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015002290A (zh) |
KR (1) | KR20160006787A (zh) |
TW (1) | TW201511042A (zh) |
WO (1) | WO2014203829A1 (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI692887B (zh) * | 2018-03-08 | 2020-05-01 | 大陸商昆山工研院新型平板顯示技術中心有限公司 | Micro-LED晶片、顯示幕及製備方法 |
US10861834B2 (en) | 2018-03-08 | 2020-12-08 | Kunshan New Flat Panel Display Technology Center Co., Ltd. | Micro-LED chips, display screens and methods of manufacturing the same |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020126995A (ja) * | 2019-02-06 | 2020-08-20 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4687374B2 (ja) | 2005-10-18 | 2011-05-25 | 住友金属鉱山株式会社 | 透明導電膜及びそれを含む透明導電性基材 |
JP5352248B2 (ja) * | 2009-01-09 | 2013-11-27 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
JP5594530B2 (ja) * | 2010-10-21 | 2014-09-24 | 創光科学株式会社 | 窒化物半導体紫外線発光素子 |
JP5179611B2 (ja) * | 2011-03-04 | 2013-04-10 | シャープ株式会社 | ノーマリオフ型ヘテロ接合電界効果トランジスタ |
US8822976B2 (en) * | 2011-03-23 | 2014-09-02 | Soko Kagaku Co., Ltd. | Nitride semiconductor ultraviolet light-emitting element |
-
2013
- 2013-06-17 JP JP2013126816A patent/JP2015002290A/ja not_active Abandoned
-
2014
- 2014-05-27 TW TW103118432A patent/TW201511042A/zh unknown
- 2014-06-13 WO PCT/JP2014/065772 patent/WO2014203829A1/ja active Application Filing
- 2014-06-13 KR KR1020157035290A patent/KR20160006787A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI692887B (zh) * | 2018-03-08 | 2020-05-01 | 大陸商昆山工研院新型平板顯示技術中心有限公司 | Micro-LED晶片、顯示幕及製備方法 |
US10861834B2 (en) | 2018-03-08 | 2020-12-08 | Kunshan New Flat Panel Display Technology Center Co., Ltd. | Micro-LED chips, display screens and methods of manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015002290A (ja) | 2015-01-05 |
KR20160006787A (ko) | 2016-01-19 |
WO2014203829A1 (ja) | 2014-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4999696B2 (ja) | GaN系化合物半導体発光素子及びその製造方法 | |
KR101287365B1 (ko) | 반사 전극용으로 완만한 표면을 갖는 발광다이오드 | |
KR100670928B1 (ko) | GaN계 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
US9099627B2 (en) | Method for producing group III nitride semiconductor light-emitting device | |
KR100910964B1 (ko) | 오믹 전극 및 이의 형성 방법 | |
JP2006066903A (ja) | 半導体発光素子用正極 | |
TW201415657A (zh) | Led元件及其製造方法 | |
TWI488333B (zh) | LED element and manufacturing method thereof | |
JP2015115543A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
KR20120015733A (ko) | 오믹 전극 구조체를 갖는 반도체 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법 | |
TW201511042A (zh) | 透明導電膜用組成物、透明電極、半導體發光元件、太陽電池 | |
KR101239852B1 (ko) | GaN계 화합물 반도체 발광 소자 | |
KR100691264B1 (ko) | 수직구조 질화물 반도체 발광소자 | |
KR100751632B1 (ko) | 발광 소자 | |
JP2006100529A (ja) | 半導体発光素子 | |
TW201705534A (zh) | 氮化物半導體發光元件 | |
KR101289602B1 (ko) | 발광 다이오드 | |
TW201631796A (zh) | 半導體發光元件 | |
TW201715754A (zh) | 半導體發光元件 | |
TW201515259A (zh) | 氮化物半導體發光元件及其製造方法 | |
WO2008084950A1 (en) | Ohmic electrode and method for forming the same | |
KR101068864B1 (ko) | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
KR100998007B1 (ko) | 질화물계 반도체 발광소자 | |
JP2014170815A (ja) | Led素子 | |
JP2012138465A (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法およびiii族窒化物半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置 |