TW201705534A - 氮化物半導體發光元件 - Google Patents
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Abstract
實現可一邊抑制光取出效率的降低，一邊以
低工作電壓發光的氮化物半導體發光元件。
半導體發光元件係具有支持基板、半導
體層、形成於半導體層之面中，接近支持基板之側之面上的第一電極、形成於半導體層之面中，與形成有第一電極之側相反側之面上的第二電極、及形成於第一電極之面中，與形成有半導體層之側相反側之面上的導電性的保護層。半導體層係以氮化物半導體所構成，保護層係包含熔點比Ag高的金屬材料所構成，第一電極係以包含Ge及Cu的Ag合金所構成。
Description
本發明係關於氮化物半導體發光元件。
近年來，進行使用氮化物半導體之發光元件的開發。該發光元件，係包含n型半導體層、p型半導體層、被該等n型半導體層及p型半導體層挾持之方式形成的活性層。利用在n型半導體層與p型半導體層之間設置電位差，對兩者間流通電流，在活性層內電子與電洞會再結合而發光。為了有效地利用活性層內產生之該光線，進行各種研究開發。
例如，於後述專利文獻1，揭示有具有所謂「縱型構造」的發光元件。縱型構造的元件係指利用對於活性層往正交於基板的方向施加電壓，讓活性層發光的元件。
尤其於縱型構造的元件中，為了提升光線的取出效率，大多設置有反射材料。即使於專利文獻1中，也記載有在電極設置反射性高的材料，尤其Ag為佳之要旨的記述。
圖12係模式揭示專利文獻1所揭示之發光元件的剖面圖。先前的發光元件90係於支持基板91上具備導電層92、反射膜93、絕緣層94、反射電極95、半導體層99、及n側電極100所構成。半導體層99係由支持基板91側依序層積p型半導體層96、活性層97、及n型半導體層98所構成。
於絕緣層94的下層，形成有由金屬材料所成的反射膜93，但是，該反射膜93並無法發揮作為具有歐姆特性之電極的功能。另一方面，反射電極95係由金屬材料所成，利用在p型半導體層96之間實現歐姆連接而具有作為電極(p側電極)的功能。
反射電極95係利用讓在活性層97產生的光線中，放射至朝向支持基板91之方向(圖面朝下)的光線反射，取出至n型半導體層98側(圖面朝上)，兼用於提升光線的取出效率的目的。在專利文獻1中，作為該反射電極95，如上所述，Ag為佳。
[專利文獻1]日本專利第4207781號公報
近年來，要求以更低的工作電壓來實現高亮
度的發光元件。藉由本案發明者的銳意研究，發現圖12中以Ag來構成反射電極95時，難以利用低工作電壓來發光。
本發明係有鑑於前述的課題，目的為實現可一邊抑制光取出效率的降低，一邊以低工作電壓發光的氮化物半導體發光元件。
關於本發明的氮化物半導體發光元件，係具有：支持基板；半導體層，係形成於前述支持基板的上層，包含n型半導體層、p型半導體層、及在與前述支持基板之面正交的方向被前述n型半導體層與前述p型半導體層挾持之活性層；第一電極，係形成於前述半導體層之面中，接近前述支持基板之側的面上；第二電極，係形成於前述半導體層之面中，與形成有前述第一電極之側相反側之面上；及導電性的保護層，係形成於前述第一電極之面中，與形成有前述半導體層之側相反側之面上；前述半導體層，係以氮化物半導體所構成；前述保護層，係包含熔點比Ag高的金屬材料所構成；
前述第一電極，係以包含Ge及Cu的Ag合金所構成。
Ag的工作函數為4.3eV，Ge的工作函數為5.1eV，Cu的工作函數為4.6eV。依據前述的構造，作為第一電極的構成材料，利用除了Ag之外，包含工作函數大的材料即Ge及Cu，可容易形成在與半導體層之間的歐姆接觸。又，利用第一電極的構成材料包含Cu，提升耐熱性。結果，抑制Ag的起球(Ball up)，提升半導體層與第一電極的密接性。因該等狀況，半導體層與第一電極的接觸電阻降低，故相較於先前可謀求工作電壓的減低。所謂「Ag的起球」係指因Ag的遷移而部分性凝縮的現象。
進而，利用第一電極包含Cu，相較於純粹的Ag更提升耐氧化性。又，利用第一電極包含Ge，相較於純粹的Ag更提升耐硫化性。結果，抑制因為第一電極所包含的Ag氧化或硫化而反射率降低之狀況。
亦即，依據前述的第一電極，可一邊抑制反射率的降低，一邊降低與半導體層之間的接觸電阻。因此，依據具備此種第一電極的氮化物半導體發光元件，可讓高光取出效率與低工作電壓兩立。
前述氮化物半導體發光元件，作為具有形成於前述保護層之面中，與形成有前述第一電極之側相反側之面上的接合層者亦可。此時，前述保護層，作為包含Pt、Ti的至少一方所構成者亦可。
該接合層係在製造氮化物半導體發光元件時，在與前述支持基板不同之其他基板(成長基板)上使半導體層成長後，為了貼合該成長基板與支持基板而設置。構成接合層的材料(例如Au-Sn等)係相較於Ag，反射率大幅降低。因此，假設構成接合層的材料擴散至第一電極側的話，第一電極之光線的反射率降低，導致光取出效率的降低。如上所述，利用在接合層與第一電極之間，具備包含Pt或Ti的至少一方所構成之保護層，抑制構成接合層的材料擴散至第一電極側，故抑制反射率降低。
可作為前述p型半導體層接觸於前述第一電極的構造。
此時，前述n型半導體層、及前述p型半導體層，作為任一都以包含Al及Ga的氮化物半導體所構成者亦可。又，前述活性層，作為以可產生波長365nm以上405nm以下之光線的氮化物半導體所構成者亦可。
針對波長為365nm以上405nm以下的近紫外區域的光線，藉由GaN被吸收5%以上90%以下程度。所以，作為射出近紫外區域之光線的氮化物發光元件，根據提升光取出效率的觀點，利用使帶間隙能比GaN高的AlN包含GaN的氮化物半導體(例如AlGaN及AlInGaN)來構成為佳。
然而，AlN與GaN的混晶材料(在此記載為AlGaN)係帶間隙能高於GaN，故p型化時的受體
(acceptor)位準變深。亦即，即使對於GaN與AlGaN以相同的不純物濃度導入p型摻雜物，例如以Al組成20%程度構成AlGaN時，電洞濃度係AlGaN比GaN還低1位數程度。因此，以AlGaN構成p型半導體層時，相較於以GaN構成之狀況有工作電壓上升的傾向。
但是，依據前述的構造，接觸形成於p型半導體層的第一電極以包含Ge及Cu的Ag合金所構成，故與p型半導體層的密接性高。因此，即使p型半導體層是以包含Al及Ga的氮化物半導體所構成之狀況，也可實現第一電極與p型半導體層之間的低接觸電阻。結果，可實現工作電壓低之近紫外區域的半導體發光元件。又，關於形成於與第一電極接觸的區域之p型半導體層，亦即p型接觸層，也利用顯示比GaN低的吸收率之包含Al及Ga的氮化物半導體所構成，故可實現高光取出效率。
構成前述第一電極的Ag合金包含Al亦可。
利用第一電極包含Al，抑制Ag的遷移，也抑制Ag的凝聚。結果，因抑制Ag的起球，故半導體層與第一電極的密接性更提升，可降低工作電壓。
又，在活性層中所產生之光線是近紫外區域的波長帶時，利用第一電極包含Al，可更提升反射率。
構成前述第一電極的Ag合金包含Pd亦可。
Pd的工作函數為5.1eV。依據前述的構造，利用第一電極包含工作函數大的材料即Pd，可容易形成在與半導體層之間的歐姆接觸。
構成前述第一電極的Ag合金，作為Ge的質量%濃度為0.1wt%以下，Cu的質量%濃度為0.5wt%以下亦可。
依據前述構造，可一邊最大限度抑制反射率的降低，一邊實現上作電壓低的氮化物半導體發光元件。
依據本發明的氮化物半導體發光元件，可一邊抑制光取出效率降低，一邊降低工作電壓。
1、1a‧‧‧氮化物半導體發光元件
3‧‧‧支持基板
5‧‧‧半導體層
7‧‧‧n型半導體層
9‧‧‧活性層
11‧‧‧p型半導體層
13‧‧‧第一電極
14‧‧‧電流遮斷層
15‧‧‧第二電極
17‧‧‧保護層
19‧‧‧接合層
21‧‧‧接合層
23‧‧‧保護層
24‧‧‧絕緣層
25‧‧‧成長基板
27‧‧‧無摻雜層
40a、40b、40c‧‧‧檢證用的半導體發光元件
41‧‧‧元件基板
43‧‧‧焊墊電極
45‧‧‧接合電極
50‧‧‧由Ag所成的第一電極
60‧‧‧斑點(起球)
90‧‧‧先前的發光元件
91‧‧‧支持基板
92‧‧‧導電層
93‧‧‧反射膜
94‧‧‧絕緣層
95‧‧‧反射電極
96‧‧‧p型半導體層
97‧‧‧活性層
98‧‧‧n型半導體層
99‧‧‧半導體層
100‧‧‧n側電極
[圖1]模式揭示氮化物半導體發光元件的一實施形態之構造的剖面圖。
[圖2A]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖2B]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖2C]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖2D]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖2E]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖2F]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖2G]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖2H]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖2I]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖2J]模式揭示氮化物半導體發光元件之製造方法的工程剖面圖之一部分。
[圖3A]模式揭示檢證用的氮化物半導體發光元件之構造的剖面圖。
[圖3B]模式揭示檢證用的氮化物半導體發光元件之構造的剖面圖。
[圖4A]揭示圖3A所示的發光元件之電流電壓特性的圖表。
[圖4B]揭示圖3B所示的發光元件之電流電壓特性的圖表。
[圖5]模式揭示檢證用的氮化物半導體發光元件之構造的剖面圖。
[圖6]比較圖1所示之發光元件及圖5所示之發光元件的電流電壓特性的圖表。
[圖7A]製造圖5所示之發光元件之途中階段的照片。
[圖7B]製造圖1所示之發光元件之途中階段的照片。
[圖8]揭示混雜於第一電極的Cu之濃度，與第一電極之反射特性及退火後的第一電極之表面狀態的關係的表。
[圖9]揭示混雜於第一電極的Ge之濃度，與發光元件的工作電壓及光輸出的關係的表。
[圖10]比較圖1所示之發光元件及圖5所示之發光元件雙方中，以GaN形成p型接觸層之狀況，與以AlGaN形成之狀況中的工作電壓的表。
[圖11]模式揭示氮化物半導體發光元件的其他實施形態之構造的剖面圖。
[圖12]模式揭示先前的發光元件之構造的圖面。
針對本發明的氮化物半導體發光元件，參照圖面來進行說明。再者，於各圖中，圖面的尺寸比與實際的尺寸比不一定一致。又，以下，「AlGaN」的記述係與AlmGa1-mN(0<m<1)的記述同義，單只是省略Al與Ga的組成比的記述所記載者，並不是限定於Al與Ga的組成比為1：1之狀況的趣旨。關於「InGaN」的記述也相同。
圖1係模式揭示本發明之氮化物半導體發光元件的一
實施形態之構造的剖面圖。圖1所示之氮化物半導體發光元件1係包含支持基板3、半導體層5、第一電極13、第二電極15、及保護層17所構成。以下，將氮化物半導體發光元件1僅適當略記為「發光元件1」。
(支持基板3)
支持基板3係以例如CuW、W、Mo等的導電性基板、或Si等的半導體基板所構成。
(半導體層5)
在本實施形態中，半導體層5係由接近支持基板3之側依序層積p型半導體層11、活性層9、及n型半導體層7所形成。
在本實施形態中，p型半導體層11係例如以摻雜Mg、Be、Zn、或C等之p型不純物的AlGaN所構成。
活性層9係以例如週期性重複以InGaN所構成之發光層及以n型AlGaN所構成之障壁層的半導體層所形成。該等層係作為無摻雜亦可，作為摻雜p型或n型亦可。活性層9只要層積至少能帶間隙不同之兩種類的材料所成之層來構成即可。活性層9的構成材料係因應預產生之光線的波長而適當選擇。在本實施形態中，活性層9係以可產生波長365nm以上405nm以下之光線的氮化物半導體所構成。
在本實施形態中，n型半導體層7係例如以摻雜Si、Ge、S、Se、Sn、或Te等之n型不純物的AlGaN所構成。n型半導體層7作為以與p型半導體層11不同之組成的材料所構成者亦可。
(第一電極13，第二電極15)
第一電極13係以對於從活性層9射出之光線顯示高反射率(例如75%以上，更理想為90%以上)之導電性的材料所構成。更具體來說，以包含Ge及Cu的Ag合金所構成。在本實施形態中，第一電極13構成p側電極。
第二電極15係形成於n型半導體層7的上面，例如以Cr-Au所構成。於第二電極15，連繫有例如以Au、Cu等所構成之引線(未圖示)亦可。此時，利用引線的另一端連接於封裝基板的供電圖案等，第二電極15具有作為發光元件1的供電端子的功能。在本實施形態中，第二電極15構成n側電極。
利用對第一電極13與第二電極15之間施加電壓，電流流通於活性層9內，活性層9會發光。
第一電極13係如上所述，以對於利用活性層9產生的光線顯示高反射率的材料構成。發光元件1係設想為將從活性層9射出之光線取出至圖1的上方向(n型半導體層7側)。第一電極13係利用使從活性層9朝向支持基板3側射出之光線，朝向n型半導體層7側反射，發揮提升光取出效率的功能。
(導電層20)
導電層20係形成於支持基板3的上層。在本實施形態中，導電層20係以保護層23、接合層21、接合層19及保護層17的多層構造所構成。
接合層19及接合層21係例如以Au-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、Sn等所構成。如後述般，該等接合層19與接合層21係利用使形成於支持基板3上的接合層21，與形成於其他基板(後述的成長基板25)上的接合層19對向之後，貼合兩者所形成者。該等接合層19及接合層21係作為單一層而一體化者亦可。
保護層17係在本實施形態中，以Ni/Ti/Pt的多層構造所構成。其中，Ti/Pt層係以防止構成接合層(19，21)的材料擴散至第一電極13側，第一電極13的反射率降低為目的所設置者。又，Ni層係以防止Ti/Pt層所包含的材料，尤其是Ti擴散至第一電極13側，第一電極13的反射率降低為目的所設置者。但是，保護層17係只要以具有至少抑制構成接合層(19，21)的材料擴散之功能的材料構成即可，包含Pt、Ti的至少一方即可。
保護層23係例如以與保護層17相同的材料構成，設置目的為抑制構成接合層(19，21)的材料擴散至支持基板3側。但是，保護層23不一定要具備亦可。
(電流遮斷層14)
發光元件1係於導電層20的一部分上面具備電流遮斷層14。在本實施形態中，電流遮斷層14係以與第一電極13相同的材料，亦即Ag合金所構成。
如圖1所示，第一電極13及電流遮斷層14係任一都與p型半導體層11接觸形成。第一電極13係與p型半導體層11之間形成有歐姆接觸。另一方面，電流遮斷層14係在與p型半導體層11之間形成有肖特基接觸，與p型半導體層11的接觸電阻比第一電極13高。
電流遮斷層14係在正交於支持基板3之面的方向(以下，作為一例，記載為「垂直方向」)，形成於與第二電極15對向的位置。假設，在垂直方向與第二電極15對向的位置中，形成有與p型半導體層11的接觸電阻低之層時，對於發光元件1施加電壓的話，大部分的電流會往在垂直方向與第二電極15對向的區域內流通。結果，僅活性層9的特定區域發光，發光效率降低。電流遮斷層14係具有利用將流通於活性層9的電流，往與支持基板3之面平行的方向(以下，作為一例，記載為「水平方向」)擴散，提升活性層9的發光效率的功能。
又，如本實施形態，利用電流遮斷層14以對於活性層9所產生之光線顯示高反射率的材料來形成，藉由與第一電極13相同理由，可提升光取出效率。
(絕緣層24)
於本實施形態中，發光元件1係具備形成於電流遮斷
層14的一部分上面的絕緣層24。絕緣層24係例如以SiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3等所構成。該絕緣層24係如製造方法的項目中後述般，以具有作為元件分離時之蝕刻阻擋的功能為目的所設置。
再者，雖然圖1中未圖示，但是，於半導體層5的側面，形成作為保護膜的絕緣層亦可。再者，作為該保護膜的絕緣層，係以具有透光性的材料(例如SiO2等)構成為佳。又，以更加提升光取出效率為目的，於n型半導體層7的上面形成微小的凹凸(台狀構造)亦可。
針對依據圖1所示之發光元件1，可一邊抑制光取出效率降低，一邊以比先前元件還低的工作電壓進行發光之方面，進行製造方法的說明之後參照實施例於後敘述。
接著，針對發光元件1的製造方法之一例，參照圖2A~圖2J所模式揭示之工程剖面圖來進行說明。再者，在以下所說明的製造條件及膜厚等的尺寸僅為一例。
(步驟S1)
如圖2A所示，準備成長基板25。作為成長基板25，作為一例，可使用具有c面的藍寶石基板。
作為準備工程，進行成長基板25的清洗。該清洗作為更具體的一例，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成長基板25，一邊對於處理爐內流通流量例如為10slm的氫氣，一邊將爐內溫度例如升溫至1150℃來進行。
(步驟S2)
如圖2B所示，於成長基板25的上層，依序形成無摻雜層27、n型半導體層7、活性層9、及p型半導體層11。此步驟S2例如利用以下的步驟進行。
首先，於成長基板25的上面，形成由GaN所成的低溫緩衝層，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27。具體之無摻雜層27的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，於成長基板25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250000
μmol/min的氨供給30分鐘至處理爐內。藉此，於低溫緩衝層的表面，形成由厚度為1.7μm的GaN所成的基底層。
接著，於無摻雜層27的上層形成n型半導體層7。n型半導體層7的具體形成方法係例如以下所述。
首先，在繼續將爐內溫度設為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0.013μmol/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，厚度為2μm的n型半導體層7，形成於無摻雜層27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n型AlGaN層的上層，實現具有厚度為5nm程度的由n型GaN所成之保護層所成的n型半導體層7亦可。
在前述說明中，已針對將包含於n型半導體層7的n型不純物設為Si之狀況進行說明，但是，作為n型不純物，除了Si以外，也可使用Ge、S、Se、Sn或Te等。
接著，於n型半導體層7的上面形成活性層9。活性層9的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，供給48秒鐘至處理爐內的步驟。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，供給120秒鐘至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，層積15週期之厚度為2nm的由InGaN所成之發光層、及厚度為7nm的由n型AlGaN所成之障壁層所成的活性層9，被形成於n型半導體層7的上層。
接著，於活性層9的上面形成p型半導體層11。p型半導體層11的具體形成方法係例如以下所述。
具體來說，將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa，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(Cp2Mg)，60秒鐘供給至處理爐內。藉此，於活性層9的表面，形成具有厚度為20nm之Al0.3Ga0.7N的組成的電洞供給層。之後，藉由將
TMA的流量變更為4μmol/min，並360秒鐘供給原料氣體，形成具有厚度為120nm之Al0.13Ga0.87N的組成的電洞供給層。藉由該等電洞供給層，形成p型半導體層11。
再者，於上述之電洞供給層的上層，形成p型不純物濃度為高濃度的接觸層亦可。此時，具體來說，作為原料氣體，將流量為17μmol/min的TMG、流量為2μmol/min的TMA、流量為250000μmol/min的氨及用以摻雜p型不純物之流量為0.2μmol/min的雙(環戊二烯)鎂(Cp2Mg)，供給180秒鐘至處理爐內。藉此，於活性層9的表面，形成具有厚度為20nm之Al0.1Ga0.9N的組成的p-AlGaN接觸層。
(步驟S3)
對於在步驟S2中所得之晶圓，進行活性化處理。作為具體的一例，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。
(步驟S4)
於p型半導體層11的上面之所定處，形成絕緣層24(參照圖2C)。
更具體來說，於與鄰接之元件的邊際的區域內之p型半導體層11的上面，藉由濺鍍法以膜厚100nm程度成膜例如Al2O3，形成絕緣層24。再者，成膜的材料
只要絕緣性材料即可，除了Al2O3之外，以SiN或SiO2構成亦可。再者，絕緣層24的膜厚適當設定亦可。
(步驟S5)
於p型半導體層11的上面之所定區域，形成第一電極13(參照圖2C)。第一電極13的具體形成方法係例如以下所述。
於p型半導體層11之上面的所定區域，成膜以包含Ge及Cu的Ag合金構成之材料膜。作為一例，利用濺鍍裝置，於p型半導體層11之上面的所定區域，成膜膜厚200nm程度的Ag合金。在本實施形態中，作為一例，成膜包含質量%為0.05%wt之Ge、0.3%wt之Cu的Ag合金。
之後，使用RTA裝置等，在乾空氣或惰性氣體氣氛中所定溫度條件下進行接觸退火處理，形成Ag合金與p型半導體層11的歐姆接觸。藉此，形成以Ag合金構成的第一電極13。
再者，在步驟S4之前進行本步驟S5亦可。
(步驟S6)
於p型半導體層11露出的區域，及絕緣層24的上面，形成電流遮斷層14(參照圖2D)。
作為更具體的一例，與步驟S5相同，利用濺鍍裝置成膜膜厚200nm的Ag合金。在本實施形態中，針
對成膜與步驟S5相同材料膜進行說明，但是，成膜材料不同亦可。
然後，以比步驟S5低溫來進行退火處理，或不進行退火處理。藉此，在本步驟中成膜之Ag合金、p型半導體層11之間形成肖特基接觸。藉此，形成電流遮斷層14。
(步驟S7)
以覆蓋第一電極13及電流遮斷層14的上面之方式，整面地形成保護層17。之後，於保護層17的上面形成接合層19(參照圖2E)。具體方法的一例如下所述。
首先，使用電子束蒸鍍裝置(EB裝置)，利用3週期成膜膜厚100nm的Ti與膜厚200nm的Pt，形成保護層17。進而之後，於保護層17的上面(Pt表面)，蒸鍍膜厚10nm的Ti之後，蒸鍍膜厚3μm之以Au80%Sn20%構成之Au-Sn焊錫，藉此形成接合層19。
(步驟S8)
於成長基板25不同之另外準備的支持基板3的上面，利用與步驟S7相同的方法，形成保護層23及接合層21(參照圖2F)。作為支持基板3，如上所述，可利用CuW、W、Mo等的導電性基板，或Si等的半導體基板。再者，關於保護層23，不形成亦可。
(步驟S9)
如圖2G所示，利用貼合形成於成長基板25之上層的接合層19，與形成於支持基板3之上層的接合層21，進行成長基板25與支持基板3的貼合。作為具體的一例，在280℃的溫度，0.2MPa的壓力下，進行貼合處理。
藉由此工程，利用接合層19及接合層21熔融接合，形成支持基板3與成長基板25的表背面被貼合的構造。亦即，接合層19與接合層21係作為於本步驟之後被一體化者亦可。然後，利用在本步驟S9的執行前的階段中形成保護層23及保護層17，抑制接合層(19，21)的構成材料的擴散。
(步驟S10)
接著，剝離成長基板25(參照圖2H)。更具體來說，在使成長基板25朝上，支持基板3朝下之狀態下，從成長基板25側照射雷射。在此，讓照射的雷射光，設為透射成長基板25的構成材料(在本實施形態中為藍寶石)，被無摻雜層27的構成材料(在本實施形態中為GaN)吸收的波長之光線。藉此，利用無摻雜層27吸收雷射光，故成長基板25與無摻雜層17的界面高溫化而GaN被分解，剝離成長基板25。
之後，藉由使用鹽酸等的濕式蝕刻、或使用ICP裝置的乾式蝕刻，來去除殘存於晶圓上的GaN(無摻雜層27)，使n型半導體層7露出。再者，於本步驟S10
中，去除無摻雜層27，殘存由支持基板3側依序層積p型半導體層11、活性層9、及n型半導體層7所成的半導體層5(參照圖2I)。
(步驟S11)
接著，如圖2J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24的上面露出為止，對半導體層5進行蝕刻。此時，如上所述，絕緣層24具有作為蝕刻阻擋層的功能。
再者，在圖2J中，圖示為半導體層5的側面對於垂直方向具有傾斜，但是，此為一例，並不是限定於此種形狀的趣旨。
(步驟S12)
接著，於n型半導體層7之上面的所定區域，更詳細來說，n型半導體層7的上面中對於第一電極13不對向於垂直方向的區域之一部分，亦即對於電流遮斷層14對向於垂直方向的區域之一部分，形成第二電極15。作為形成第二電極15的具體方法之一例，蒸鍍膜厚100nm的Cr與膜厚3μm的Au之後，在氮氣氛中以250℃進行1分鐘程度的退火處理。
(步驟S13)
接著，例如藉由雷射切割裝置來分離各元件彼此，將
支持基板3的背面例如利用Ag焊膏來與封裝接合。之後，對於第二電極15的一部分區域，進行引線接合。經由以上的工程，製造圖1所示的發光元件1。
以下，針對依據本實施形態的發光元件1，可相較於先前的元件更降低工作電壓之方面進行說明。
圖3A及圖3B係模式揭示檢證用所作成之發光元件的構造的剖面圖，任一元件都具有所謂倒裝晶片型的構造。再者，於圖3A及圖3B中，針對以與圖1所示之發光元件1相同的材料所構成者，附加相同符號。
圖3A所示之檢證用的發光元件40a係利用以下步驟所製作的元件。
首先，進行與上述之步驟S1~S3相同的工程。之後，對一部分區域內的p型半導體層11及活性層9進行蝕刻，使n型半導體層7露出。之後，與步驟S5相同，於p型半導體層11的上面形成包含Ge及Cu的Ag合金所成的第一電極13，與步驟S12相同，於n型半導體層7的上面形成第二電極15。然後，對於第一電極13及第二電極15分別形成成為電流供給部的焊墊電極43之後，藉由接合電極45連結形成配線圖案的元件基板41與焊墊電極43。藉此，形成圖3A所示之發光元件40a。
再者，圖3B所示之檢證用的發光元件40b係形成由純粹的Ag所成之第一電極50來代替由Ag合金所
成之第一電極13之處以外，與發光元件40a相同的構造。
圖4A係揭示圖3A所示的發光元件40a之電流電壓特性的圖表。又，圖4B係揭示圖3B所示的發光元件40b之電流電壓特性的圖表。依據圖4A及圖4B，在倒裝晶片型的發光元件中，可確認具備由包含Ge及Cu的Ag合金所成的第一電極13之狀況，與具備由純粹的Ag所成的第一電極50之狀況中，工作電壓幾乎不會產生差。
圖5係模式揭示檢證用所製作的發光元件之構造的剖面圖。圖5所示之發光元件40c係將第一電極50及電流遮斷層51任一都以純粹的Ag構成之方面與圖1的發光元件1不同。
圖6係對比圖5的發光元件40c與圖1的發光元件1之電流電壓特性的圖表。與圖4A及圖4B所示之結果不同，依據圖6，可知以Ag合金形成之第一電極13的發光元件1，相較於以純粹的Ag形成第一電極50的發光元件40c，工作電壓被減低。
根據以上的結果，比較以Ag合金形成用以對於p型半導體層11供給電流的電極之狀況與以純粹的Ag形成用以對於p型半導體層11供給電流的電極之狀況的話，可知在倒裝晶片型的元件中工作電壓不會產生差之外，在縱型的元件中利用以Ag合金形成，可獲得使工作電壓降低的效果。關於該理由在現在時間點並未確定，但
本案發明者如下來進行推測。
構成發光元件40c之第一電極50的Ag，係具有藉由加熱而容易凝聚的性質。因此，利用藉由用以確保在與p型半導體層11之間的歐姆接觸的退火工程(步驟S5)，加熱第一電極50，構成第一電極50的Ag會凝聚，於一部分的區域中發生起球現象。相對於此，如發光元件1，以Ag合金構成第一電極13時，可抑制相關之起球現象的發生。
圖7A及圖7B係揭示在形成第一電極(13，50)之狀態下加熱後的表面狀態的照片。圖7A對應發光元件40c的照片，圖7B對應發光元件1的照片。於圖7A的照片，表面出現多數黑色斑點60，此係暗示發生Ag的起球現象。另一方面，圖7B的照片幾乎未出現如圖7A的斑點。
然而，在作為成長基板25所用的藍寶石，與各半導體層(27，7，9，11)中，晶格參數不同。因此，在各半導體層的磊晶成長工程完成的時間點(參照圖2B)中，實際上，各半導體層(27，7，9，11)係在對於成長基板25具有應變之狀態下成長。亦即，在此時間點位於最上層的p型半導體層11實際上在上面彎曲之狀態下形成。
形成發光元件1及發光元件40c時，在具有如此彎曲之上面的p型半導體層11的上面，形成第一電極(13，50)及保護層17之後，進行貼合工程(步驟
S9)。因此，在該貼合工程時，在接合層(19，21)可熔融的溫度條件下，且需要施加所定壓力。尤其，第一電極(13，50)係在被以高熔點金屬所構成之保護層17與p型半導體層11挾持之狀態，置放於加熱‧加壓環境下。
利用置放於此種環境下，在發光元件40c中，在一部分地方發生起球現象的第一電極50與p型半導體層11的密接性降低，導致接觸電阻降低。相對於此，在發光元件1之狀況中，可推測以Ag合金構成第一電極13，抑制起球現象的發現，故即使被置放於前述的環境下也依然相較於發光元件40c，與p型半導體層11的密接性較高，可實現低接觸電阻。該考察係根據不需要貼合工程之倒裝晶片型的構造中，工作電壓不會出現差之外(圖4A及圖4B)，於縱型構造中於具備由Ag合金所成之第一電極13的發光元件1中，工作電壓比具備由Ag所成之第一電極50的發光元件40c更為降低的結果(圖6)。
如發光元件1，作為利用具備由Ag合金所成的第一電極13，提高與p型半導體層11的密接性的理由之一，本案發明者推測是於第一電極13混雜Cu。利用讓Ag包含Cu，提升耐熱性的結果，抑制了加熱時發生Ag凝聚的現象。
然而，Cu相較於Ag，對於從活性層9射出之光線的反射率較低。因此，在過剩混雜Cu時，有讓光取出效率降低的可能性。圖8係揭示混雜於第一電極13的
Cu之濃度D1，與第一電極13之反射特性及退火後的第一電極13之表面狀態的關係的表。
具體來說，反射特性係對於Ag與Cu的合金，照射波長365nm的光線，將作為反射光所受光之光線的光量，對於光量是80%以上者評估為「A」，將低於80%以下者評估為「B」。又，針對表面狀態，對退火後之Ag-Cu合金以照片進行攝影，將發現之起球的比例高者評估為「B」，將幾乎未確認到起球，或即使確認，該比例也低者評估為「A」。在此，對於攝影之Ag-Cu合金的面積，以起球狀態的區域專有之面積的比例為10%以上者，判斷為發現之起球的比例高。
相較於Ag完全未混雜Cu之狀況，即使微量也混雜Cu，耐熱性會提升，抑制起球現象的發現，故有助於接觸電阻的降低。但是，在將Ag合金所包含之Cu的比率，重量%設為未滿0.1wt%時，無法說大幅抑制了起球現象的發現，使發光元件之工作電壓降低的效果並不太大。因此，對於為了大幅降低發光元件的工作電壓來說，將構成第一電極13的Ag合金所包含之Cu的比率，重量%設為0.1wt%以上為佳。
另一方面，將Ag合金所包含之Cu的比率，重量%混雜多於0.5wt%的話，對於活性層9所產生之光線的反射率會降低，故讓光取出效率降低。因此，根據抑制光取出效率的降低之觀點，將構成第一電極13的Ag合金所包含之Cu的比率，重量%設為0.5wt%以下為佳。
Cu是相較於Ag，工作函數較大的材料。因此，利用Ag混雜Cu，在與p型半導體層11之間可容易確保良好的連接。亦即，利用Ag混雜Cu，不僅提升Ag的耐熱性，也增大第一電極13本身的工作函數，結果，有助於與p型半導體層11的接觸電阻的降低。進而，利用Ag混雜Cu，提升耐氧化性，抑制Ag氧化，故也有抑制反射率的降低的作用。
然而，公知Ag不僅氧化，也具有容易硫化的性質。然後，Ag係發生氧化或硫化的話，會變化成其他物質而反射率降低。因此，發光元件1具備的第一電極13係以提升耐硫化性為目的，使Ag混雜Ge。該Ge係與Cu相同，是工作函數比Ag還大的物質，故可利用混雜Ge，一邊抑制反射率的降低，一邊讓與p型半導體層11的接觸電阻降低。
圖9係揭示混雜於第一電極13的Ge之濃度D2，與發光元件1的工作電壓及光輸出的關係的表。所謂圖9之「電壓」係表示為了對於發光元件1流通1A的電流所需之工作電壓者。又，所謂圖9之「輸出」係以將對於發光元件1供給1A時所取出之光輸出，將對於具備由純粹的Ag所成之第一電極50的發光元件40c供給1A時所取出之光輸出設為1時的相對值進行表示者。
依據圖9，可知以重量%濃度Ge為0.1%wt以下的範圍內，越提升混雜於第一電極13之Ge的濃度，則越可成功減低工作電壓。此係暗示因Ge是工作函數大的
材料，利用混雜Ge，第一電極13在與p型半導體層11之間可容易確保良好的連接。亦即，根據提升連接性的觀點，即使微量也於第一電極13混雜Ge為佳。
另一方面，依據圖9，以重量%濃度Ge超過0.1%wt以下的話，相較於0.01%wt以上0.1%wt以下之狀況，發光元件1的工作電壓更上升。此係可推測起因於Ge是比電阻大的材料，故第一電極13本身比電阻上升。
又，重量%濃度Ge超過0.1wt%以下的話，光輸出也降低。此係起因於因第一電極13多包含Ge，而反射率降低。
總結以上內容，根據一邊抑制發光元件1之光取出效率的降低，一邊使工作電壓降低的觀點，可說將混雜於第一電極13之Ge的濃度，重量%設為0.1wt%以下為佳。
再者，將混雜於第一電極13之Ge的濃度，重量%設為0.1wt%以下之狀況中，使混雜於第一電極13之Cu的濃度變化時，可確認與圖8相同的結果。又，將混雜於第一電極13之Cu的濃度，重量%設為0.5wt%以下之狀況中，使混雜於第一電極13之Ge的濃度變化時，可確認與圖9相同的結果。據此，利用將發光元件1設為具備由包含Cu及Ge的Ag合金所成之第一電極13的構造，將該Ag合金所包含之Cu濃度，重量%設為0.5wt%以下，Ge濃度，重量%設為0.1wt%以下，可在維持高光取出效率下使工作電壓降低。進而，利用將Ag合金所包
含之Cu濃度，重量%設為0.1wt%以上0.5wt%以下，將Ge濃度，重量%設為0.01wt%以上0.1wt%以下，可提升提升光取出效率的效果，與使工作電壓降低的效果。
圖10係於發光元件1與發光元件40c雙方中，針對作為p型半導體層11，以GaN形成與第一電極(13，50)接觸的區域，亦即p型接觸層之狀況，與以AlGaN(在此為Al0.1Ga0.9N)形成之狀況，比較工作電壓的表。於圖10記載有為了對於發光元件(1，40c)流通1A的電流所需之工作電壓。
再者，該檢證所用的發光元件1係採用經由上述之步驟S1~S13所製造的元件。又，關於發光元件40c，也採用於步驟S5及S6中，除了成膜純粹的Ag來代替Ag合金之方面以外，藉由與發光元件1相同的步驟所作成的元件。
AlGaN相較於GaN，帶間隙能較高，故可預測電洞濃度變低，工作電壓變高。因此，即使於製造365nm以上405nm以下之波長帶的光線(例如近紫外光)的發光元件之狀況中，先前也進行作為p型接觸層，使用GaN。
但是，依據圖10，根據具備由Ag合金所成之第一電極13的發光元件1，可確認即使以AlGaN構成p型接觸層，也可成功實現與以GaN構成時幾乎同程度的工作電壓。相對於此，在具備由純粹的Ag所成之第一電極50的發光元件40c之狀況、以AlGaN構成p型接觸層
之狀況，相較於比GaN構成之狀況，工作電壓變高。此係如上所述，AlGaN難以實現高電洞濃度，故接觸電阻相較於GaN之狀況變高為原因。
根據以上之檢證的結果，可知依據以包含Cu及Ge的Ag合金構成第一電極13的發光元件1，相較於以純粹的Ag構成第一電極50的發光元件40c，可謀求與p型半導體層11之間的接觸電阻的減低，可成功實現低工作電壓。又，利用將混雜的Cu及Ge設為所定範圍內的濃度，關於以Ag合金構成之第一電極13，也可實現與Ag電極相同程度或其以上的反射率。
再者，Ge有具有耐硫化性的性質。因此，因第一電極13混雜Ge，利用與使用時一起讓Ag硫化，也可獲得抑制反射率降低的效果。依據圖9，揭示有具備將Ge濃度設為0.1wt%以下之第一電極13的發光元件1，是與具備由純粹的Ag所成之第一電極50的發光元件40c相同程度的光輸出之要旨，但是，此係短時間供給1A所致者。亦即，連續性發光時，因與時間經過一起，Ag硫化，於發光元件40c中除第一電極50的反射率降低之外，發光元件1所具備之第一電極13，耐硫化性被提升，故反射率的降低速度比發光元件40c還慢。結果，可推測伴隨時間的經過，發光元件40c的光輸出比發光元件1的光輸出更為降低。
以下，針對其他實施形態進行說明。
<1>如圖11所示之發光元件1a，採用不具備電流遮斷層14而於該處具備絕緣層24的構造亦可。但是，具備由反射率高的材料所成之電流遮斷層14的發光元件1相較於發光元件1a，可更提升光取出效率。
再者，於圖1所示之發光元件1中，關於電流遮斷層14，以純粹的Ag構成亦可。該區域係不會發生與p型半導體層11之連接性的問題，即使以純粹的Ag構成，也可與發光元件1相同地讓工作電壓降低。但是，純粹的Ag之狀況中，容易發生氧化或硫化，因此有反射率降低的可能性，故關於電流遮斷層14，也利用Ag合金構成可實現更高的光取出效率。
<2>如圖10中參照般，即使於以GaN構成p型接觸層之狀況中，發光元件1也可成功實現比發光元件40c還低的工作電壓。因此，即使p型半導體層11中，以GaN構成p型接觸層的發光元件1中，也可實現比先前還低的工作電壓。
<3>在上述之實施形態中，作為第一電極13，設為Ag混雜Ge及Cu的合金所成者。此外，為了更讓工作電壓降低，作為第一電極13的構成材料，設為微量混雜工作函數大之材料即Pd者亦可。又，作為第一電極13的構成材料，為了提升反射率，設為微量混雜對於近紫外區域的光線顯示高反射率的材料即Al者亦可。再者，也發現利用第一電極13混雜Al，有抑制Ag的起球的效
果，故可獲得更使工作電壓降低的效果。
又，於形成第一電極13的工程(步驟S5)中，於Ag合金的上面形成膜厚為數nm程度的Ni薄膜亦可。利用此種構造，可更提升抑制Ag的起球的效果。
<4>在上述之實施形態中，已作為n型半導體層7是利用AlGaN構成者進行說明，但是，不限於AlGaN，例如以AlInGaN等，包含Al及Ga的氮化物半導體構成者亦可。關於p型半導體層11也相同。
再者，本發明並不是從權力範圍排除從活性層9射出之光線的波長為365nm以上405nm以下之狀況中，於n型半導體層7或p型半導體層11的一部分包含薄膜之GaN層的構造之趣旨。
<5>在上述之實施形態中，已針對活性層9是以可產生波長365nm以上405nm以下之光線的氮化物半導體所構成之狀況進行說明，但是，設為以可產生其他波長之光線的材料構成者亦可。
1‧‧‧氮化物半導體發光元件
3‧‧‧支持基板
5‧‧‧半導體層
7‧‧‧n型半導體層
9‧‧‧活性層
11‧‧‧p型半導體層
13‧‧‧第一電極
14‧‧‧電流遮斷層
15‧‧‧第二電極
17‧‧‧保護層
19‧‧‧接合層
20‧‧‧導電層
21‧‧‧接合層
23‧‧‧保護層
24‧‧‧絕緣層
Claims (7)
- 一種氮化物半導體發光元件，其特徵為：具有：支持基板；半導體層，係形成於前述支持基板的上層，包含n型半導體層、p型半導體層、及在與前述支持基板之面正交的方向被前述n型半導體層與前述p型半導體層挾持之活性層；第一電極，係形成於前述半導體層之面中，接近前述支持基板之側的面上；第二電極，係形成於前述半導體層之面中，與形成有前述第一電極之側相反側之面上；及導電性的保護層，係形成於前述第一電極之面中，與形成有前述半導體層之側相反側之面上；前述半導體層，係以氮化物半導體所構成；前述保護層，係包含熔點比Ag高的金屬材料所構成；前述第一電極，係以包含Ge及Cu的Ag合金所構成。
- 如申請專利範圍第1項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，具有：接合層，係形成於前述保護層之面中，與形成有前述第一電極之側相反側之面上；前述保護層，係包含Pt、Ti的至少一方所構成。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，構造是前述p型半導體層接觸於前述第一電極的構造。
- 如申請專利範圍第3項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，前述n型半導體層、及前述p型半導體層，係任一都以包含Al及Ga的氮化物半導體所構成；前述活性層，係以可產生波長365nm以上405nm以下之光線的氮化物半導體所構成。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，構成前述第一電極的Ag合金包含Al。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，構成前述第一電極的Ag合金包含Pd。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，構成前述第一電極的Ag合金，係Ge的質量%濃度為0.1wt%以下，Cu的質量%濃度為0.5wt%以下。
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