氮化物半導體發光元件及其制造方法

專利名稱：氮化物半導體發光元件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種氮化物半導體發光元件及其制造方法。
背景技術：
眾所周知，目前作為氮化物半導體發光元件使用單面雙電極結構，其為
在絕緣性藍寶石襯底上將n型氮化物半導體層、發光層、p型氮化物半導體 層等疊層，在這種疊層結構上配置p側電極及n側電極。但是，這種單面雙 電極結構的氮化物半導體發光元件，由于不是在芯片上下對稱的位置上形成 雙電極的結構，因而存在發光強度在面內不均勻，發光集中在p側電極或n 側電極等問題。另外，由于這種問題的存在，還導致出現難以實現芯片的大 型化以及因老化而容易劣化等問題。而且，在單側表面具有雙電極，因而存 在焊盤電極相對芯片表面積所占的比例加大，難以將芯片微型化的問題。
為了解決上述問題，例如在(日本)特開2001 -244503號公報中，提 出了關于氮化物半導體發光元件的制造方法以及通過該制造方法得到的、具 有上下電極結構的氮化物半導體發光元件的技術方案，其中，所述氮化物半 導體發光元件的制造方法包括在村底上，使由氮化鎵系半導體構成的n層、 氮化鎵系半導體活性層以及由氮化鎵系半導體構成的p層依次生長的步驟； 在該p層上，依次形成例如Ni-Pt電極等p側歐姆電極及由Au-Sn構成的第 一導電性粘合劑層的步驟；對于依次形成了由Au構成的層以及由Au-Sn構 成的第二導電性粘合劑層的導電性襯底，通過將第二導電性粘合劑層與第一 導電性粘合劑層接合而使該導電性襯底接合于所述襯底的步驟；以及將上述 襯底分離的步驟。但是，該文獻記載的氮化物半導體發光元件中，電極的反 射率低，因而存在光取出效率差的問題。
作為用于改善光取出效率的元件結構，可知存在使用分布型布喇格反射 器(DBR)的結構。例如，(日本)特表2007-536725號公《^艮中公開了一種 半導體裝置的制造方法，即在藍寶石襯底上，依次形成n型GaN層、復合 型量子阱(MQW)層、p型GaN層后，在此p型GaN層上使用Ni / Au等p型接觸金屬形成p型接點，然后在其上形成由氧化銦錫(ITO )構成的DBR 層，之后，通過電鍍法形成支承村底。但是，在這種結構的情況下，由Ni /Au等接觸金屬造成的光吸收很大，因而不能充分提高光取出效率。而且， 關于ITO，當其約為300nm左右的厚度時可以忽略光的吸收，但是，當為了 形成DBR層而使用ITO形成多層膜等厚膜時，因為光吸收增大，所以不能 充分提高光取出效率。另外，在該文獻中，沒有〃/Hf通過ITO來制作DBR 的具體方法，假設在低折射率層中使用與高折射率相同的材料，很難使折射 率差變大，其結果是，存在不能使由ITO構成的DBR層的反射率增大的問 題。
(日本)特開2003-234542號公報中，公開了具有DBR的氮化物系共 振器半導體結構，其中，所述DBR的厚度為1/4波長，形成于p型接觸層 上，具有使Si02層與Ta20s層交互疊層的介電層。在此DBR上安裝支承襯 底，除去生長用襯底后，通過干蝕刻除去n型層和活性層，使p型層露出， 在露出的p型層上形成p型電極。在該文獻記載的半導體結構中，雖然介電 層的反射率高，但是在p型接觸層的整個面直接形成介電層，因而成為與p 型接觸層的介電層相反一側的面的一部分露出，而不得不在該一部分上形成 p型電極的結構。但是，正如在本技術領域中所公知的那樣，p型氮化物半 導體層具有非常高的電阻。因此，電流不能從形成有電極的部分橫向擴散， 即使僅擴散很小的電流，也會變為非常高的電阻。另外，在此結構中，不能 得到單面雙電極結構，存在與上述相同的問題。
(日本)特開2004-119831號公報中公開的垂直共振器型面發光激光元 件具有形成于由n型GaAs構成的半導體襯底上的DBR，該DBR由摻雜Si 的n型AlAs/AlGaAs的1 / 4波長疊層半導體層構成。在通過氮化物半導 體發光元件來實現與此DBR類似結構的DBR時，作為導電性襯底，通常使 用GaN襯底或SiN襯底，但是這兩種襯底無論哪種都價格昂貴，不適合制 作廉價的LED,并且，如果要在該襯底上由通過外延生長能夠形成的GaN 和AlGaN的多層結構構成DBR,因為折射率小，所以必須使其以非常多的 多個周期進行生長，會發生裂紋等，因而存在難以構筑DBR的問題。另夕卜， 在這種DBR上生長的活性層的品質差，內部量子效率低下。
另外，(日本)特表2008-506259號公報中，公開了以下技術方案，即， 在導電性的GaAs襯底上形成由導電性的ZnSSe和MgS/ZnCdSe超晶格構成的DBR，通過晶片接合將此DBR熔融接合到藍寶石襯底上的氮化物半導 體。但是，當不用粘合劑而進行熔融接合時，兩晶片的表面平坦性是必要的， 在晶片內，如果存在即便是極微小的凸部，也不可能進行晶片接合。在實際 的氮化物半導體中，在外延生長中，從反應器內部剝落的碎屑等經常會附著 于外延晶片表面，4艮難使晶片內沒有一點碎屑。
另外，(日本)特開2006-054420號公報公開了一種發光裝置，其中， 該發光裝置雖然不是上下電極結構，但是為了得到良好的反射效果，在倒裝 型發光元件的p層上形成有網狀型DBR反射層，在沒有形成網狀型DBR反 射層的部分形成接觸電極。此網狀型DBR反射層通過氮化物半導體而形成。 由氮化物半導體構成的DBR如前所述，制作困難，即使能夠制作，因為其 高電阻，電流無法注入DBR區域，注入面積變小。其結果是為了增大電流 密度而發光效率降低。另外，如果接觸電極部分為低反射率，則光取出效率 也會降低。而且，在該文獻中，作為歐姆接觸層，可以舉出Ag、 Ni、 Al、 Ph、 Pd、 Ir、 Ru、 Mg、 Zn、 Pt、 Au等，除了Ag以及Al以外，其他的反射 率都很低，因而成為高電阻，另外反射率高的Al與p型半導體層之間無法 形成歐姆接觸，也成為高電阻。使用Ag作為歐姆接觸層的時候，會發生電 遷移，在n側出現電遷移時會發生短路的問題，因而在可靠性方面存在嚴重 問題。
如上所述，目前的現狀是尚難以實現在內部量子效率、光取出效率以及 驅動電壓方面都出色，并且在批量生產方面也很出色的氮化物半導體發光元件。

發明內容
本發明是鑒于以上各點而作出的，其目的是提供一種能夠采用上下電極 結構，在內部量子效率、光取出效率以及驅動電壓方面都出色，并且在批量 生產方面也很出色的氮化物半導體發光元件及其制造方法。
本發明提供一種氮化物半導體發光元件，其依次包括由電介體(誘電 體)構成的反射層、透明導電層、p型氮化物半導體層、發光層以及n型氮 化物半導體層。還提供一種氮化物半導體發光元件，其依次包括支承襯底、 由電介體構成的反射層、透明導電層、p型氮化物半導體層、發光層以及n 型氮化物半導體層。透明導電層優選由導電性金屬氧化物或n型氮化物半導體構成。另外，由電介體構成的反射層優選具有高折射率電介體構成的層與低折射率電介體構成的層交互疊層而成的疊層結構。由電介體構成的反射層對于從發光層發出的放射光，優選具有80~100%的反射率。另外，優選使由電介體構成的反射層的厚度為0.2 ~ 5拜。
由p型氮化物半導體層、發光層以及n型氮化物半導體層構成的氮化物半導體層的表面當中，形成有由電介體構成的反射層一側的表面優選是平坦的，另外，該氮化物半導體層的表面當中，與形成有由所述電介體構成的反射層一側相反一側的表面優選具有凹凸形狀。
在本發明的氮化物半導體發光元件中，優選透明導電層在與厚度方向垂直的方向上的長度比p型氮化物半導體層在與厚度方向垂直的方向上的長度
體構成的反射層一側的表面相接，并且，與p型氮化物半導體層的透明導電層一側的部分表面、即不與透明導電層相接的表面相接。
由電介體構成的反射層優選在透明導電層的正下方的區域中具有在厚度方向上貫通的貫通口。另外，p型氮化物半導體層優選具有與透明導電層相接而形成的電流阻隔區域。在這種情況下，由電介體構成的反射層所具有的貫通口優選位于電流阻隔區域的正下方。
本發明的氮化物半導體發光元件可以在支承襯底和由電介體構成的反射層之間具有由含有共晶接合金屬的金屬或含有此金屬的合金構成的單層或多層結構的共晶接合層。另外，在由電介體構成的反射層和共晶接合層之間可以具有緊密接合層(密著層)。支承襯底可以是電鍍金屬或合金構成的襯底。
另外，本發明提供一種氮化物半導體發光元件的制造方法，其中，所述氮化物半導體發光元件依次包含支承襯底、電介體構成的反射層、透明導電層、p型氮化物半導體層、發光層以及n型氮化物半導體層，該制造方法包括在生長用襯底上，將n型氮化物半導體層、發光層、p型氮化物半導體層依次疊層的步驟(A),在所述p型氮化物半導體層表面上形成透明導電層的步驟(B)，在得到的疊層體的露出表面上形成由電介體構成的反射層的步驟(C),使支承村底疊層的步驟(D)，除去所述生長用襯底的步驟(E),通過進行芯片分割而得到多個氬化物半導體發光元件的步驟(F )。在本發明的氮化物半導體發光元件的制造方法中，優選在步驟(c)后，
使所述透明導電層的一部分露出的步驟(G)。在這種情況下，優選通過蝕刻形成所述貫通口，此時透明導電層優選作為蝕刻停止層起作用。另外，優選在步驟(E)和步驟(F)之間，還具有從n型氮化物半導體層一側，以大致一定的間隔形成凹部，使由電介體構成的反射層露出的步驟(H)。
另外，在本發明的氮化物半導體發光元件的制造方法中，優選在步驟(E )之后，還具有在n型氮化物半導體層的表面形成凹凸的步驟(1)。
在形成所述凹部的時候，優選在步驟(F)中，分割芯片的位置為該凹部的底面上的任一位置。
根據本發明，能夠提夠一種在內部量子效率、光取出效率以及驅動電壓方面出色，并且在批量生產方面也很出色的、具有上下電極結構或單面雙電極結構的氮化物半導體發光元件。
通過參照附圖和后述的關于本發明的詳細說明，能夠進一步明確本發明的上述內容以及其他內容、^t術特征和優點。


圖1是表示本發明的氮化物半導體發光元件的一例的剖面示意圖；圖2-7是表示圖1所示的氮化物半導體發光元件的制造方法的剖面示意圖8是表示本發明的氮化物半導體發光元件的其他例的剖面示意圖；圖9是表示在實施例4中制作的氮化物半導體發光元件的的剖面示意
具體實施例方式
下面，表示實施方式并詳細說明本發明的方法。(第一實施方式)
圖l是表示本發明的氮化物半導體發光元件的一例的剖面示意圖。圖1所表示的氮化物半導體發光元件具有依次層疊支承襯底101、第二接合層102及第一接合層103構成的共晶接合層104、由電介體構成的反射層105、透明導電層106、p型GaN層107及p型AlGaN層108構成的p型氮化物半導體層109、發光層110、以及n-GaN構成的n型氮化物半導體層111而成的疊層結構。n型氮化物半導體層111上形成有第一電極(n側電極)112,在支承襯底101的與共晶接合層104—側相反一側的表面上形成有第二電極
(p側電極)113,從而形成上下電極結構。
這樣，本實施方式的氮化物半導體發光元件具有以下特征，即，在支承襯底101和p型氮化物半導體層109之間，具有由電介體構成的反射層105和透明導電層106形成的疊層結構。根據這種結構，通過透明導電層106能夠有效地將電流注入整個發光元件，因此可以實現低電阻化，同時，通過由電介體構成的反射層105有效地反射從發光層110向支承襯底101側放射的光，因而能夠提高光取出效率。另外，在通過結晶生長制作DBR時，在其上生長的活性層的品質降低，會引起內部量子效率的降低，但是通過本發明所得到的DBR不會對結晶產生影響。即，根據本發明，由于結晶生長能夠在優化結晶品質的層結構及生長條件下進^f亍，因而可以提高內部量子效率。而且，在p層的大致整個表面形成有透明導電層，因而不會如(日本)特開2003-234542號公l艮所記載的那樣，露出p層的一部分且在該露出部形成電極時成為高電阻，能夠以低驅動電壓來驅動。
反射層105是由電介體構成的層，只要是對于從發光層IIO放射出的放射光具有良好的反射率，則不需要特別限定，但是，從容易得到相對該放射光具有高反射率的反射層的觀點來看，優選具有使高折射率的電介體構成的層與^氐折射率的電介體構成的層交互疊層而形成的疊層結構。所謂高折射率的電介體是指在放射光的發光波長450nm處，折射率為1.7-3左右，優選具有2-3左右的折射率的電介體，例如，可以舉出SiN(折射率2.1 )、 Ti02(折射率2.4 ~ 3)、 GaN (折射率2.4 )、 Ta2。3及Ta205 (折射率2.2 ~ 2.3 )、 Nb2Os
(折射率2.3)、 ZrO、 Zr02、 CeO、 A1203、 CeF3等。另外，所謂低折射率的電介體是指在放射光的發光波長450nrn處，折射率為1 ~ 2左右，優選具有1 ~ 1.8左右的折射率的電介體，例如，可以舉出Si02 (折射率1.47)、 MgF2
(折射率1.38)、 CaF2 (折射率1.43 )、 A1203、 CeFs等。具有中間折射率的八1203及CeF3可以用作高折射率層，也可以用作低折射率層。使反射層具有這樣的使高折射率電介體構成的層與低折射率電介體構成的層交互疊層而成的疊層結構時，以使高折射率電介體構成的層的折 率比低折射率電介體構成的層的折射率高的方式來選擇電介體材料。以一層高折射率電介體構成的層和一層低折射率電介體構成的層作為一個周期時，包含于反射層的疊層結構的周期數沒有特別限定。從提高反射
率的觀點出發，在圖1中優選將成為最下層的支承襯底101 —側的層作為高折射率電介體構成的層，將成為最上層的透明導電層106側的層作為低折射率電介體構成的層。
從對于在垂直方向上入射到反射層105中的光顯示出更優良的反射特性的角度出發，構成反射層105的、由高折射率電介體構成的層以及由低折射率電介體構成的層的厚度，優選分別設定為入射至反射層的光的波長[nm](從發光層放射的光的波長[nm]) x (層的折射率)/4[nm]。例如，高折射率電介體構成的層由SiN構成，從發光層放射的光的波長為450nm時，該SiN構成的層的厚度優選設定為約53nm。
另外，為了實現即使對于從斜方向入射到反射層105的光也能夠得到良好的反射率，反射層105的疊層結構也可以構成為，在具有由上式算出的厚度的疊層結構的1^5出上，還具有與該厚度不同厚度的、由高折射率電介體構成的層以及低折射率電介體構成的層構成的疊層結構。
反射層105整體的厚度取決于疊層結構的周期數等，并無特別限定，例如可以設定為0.2 5nm。在后述的本發明的氮化物半導體發光元件的制造方法中，優選設置通過蝕刻(例如干蝕刻)形成從n型氮化物半導體層111側到達反射層105的凹部的步驟，但是此時，優選使反射層105具有作為蝕刻停止層的功能，因此，優選將反射層105的厚度設定為0.2 ~ 5nm。
反射層105優選對于從發光層110放射出的放射光具有80 ~ 100%的反射率，更優選具有90~100°/。的反射率。
透明導電層106是與上述電介體構成的反射層105相接并疊層的層，優選使用導電性良好的材料。作為這種導電性材料可以舉出例如ITO (氧化銦錫)、IZO (氧化銦鋅)、ln203 (氧化銦)等導電性金屬氣化物。另外，可以使用n型氮化物半導體(例如n型AlxInyGa!-x.yN (0^x舀l、 O當ySl))。如果使用n型氮化物半導體，可以在MOCVD內連續成膜以及對于波長450nm的光的透過率與ITO等相比要高，在這些方面，使用n型氮化物半導體是有利的。透明導電層106的厚度沒有特別限定，可以設定為例如50- 1000nm，從提高透過率的觀點來看，優選為80 ~ 500nm。
在這里，本實施方式中，透明導電層106的橫向的長度(與厚度方向垂直的方向上的長度)設定為比在其上疊層的p型氮化物半導體層109小，更具體來說，比p型GaN層107的橫向的長度(與厚度方向垂直的方向上的長度)小，構成為透明導電層106的兩側面以及反射層105側的表面祐反射層105所覆蓋。此時，反射層105形成為與p型GaN層107的透明導電層106側的表面當中、與透明導電層106不相接的表面相接。根據這種構成，能夠使透明導電層的端部和PN結分離，能夠防止漏泄，因此是優選的。另外，在通過干蝕刻形成用于芯片分割的凹部時，可以將由電介體構成的反射層105作為蝕刻停止層，因此也是優選的。
本實施方式的氮化物半導體發光元件中，在其p型GaN層107中，以與透明導電層106相接的方式，具有電流阻隔區域114。通過形成電流阻隔區域、并在其正上方的位置配置第一電極112，能夠防止光取出效率的P條低。
另外，在本實施方式中，反射層105中，在位于透明導電層106的正下方的部分具有在反射層105的厚度方向上貫通的貫通口 115。在貫通口 115的內部，埋入設置有構成配置于反射層105下方的第一接合層103的導電材料。在從上方看氮化物半導體發光元件的時候，此貫通口 115呈環狀。在從上方看氮化物半導體發光元件的時候，優選將此環狀的貫通口 115形成為收納于電流阻隔區域114的區域內。當這種環狀的貫通口 115"&置于反射層105時，由于能夠以低電阻導通透明導電層106和第一接合層103,因此是優選的。環的寬度(圖1所示的Wl)沒有特別限定，但是可以設定為例如0.5 ~5(Him，為了使其不從電流阻隔區域露出，以及為了以優良的成品率來進行制作，該寬度優選為1 ~30拜。
此外，在本發明的氮化物半導體發光元件中，上述電流阻隔區域及貫通口可以省略，但是從提高光取出效率、實現低電阻等觀點出發，優選具有這些結構。
P型氮化物半導體層109、發光層110以及n型氮化物半導體層111的結構及構成材料能夠適用目前公知的技術。為了提高向外部的光取出效率，在n型氮化物半導體層111的表面，如圖l所示，優選形成凹凸形狀。發光層110,可以形成為例如將帶隙互不相同的阱層和勢壘層相互疊層而成的多重量子阱結構。
由p型氮化物半導體層109、發光層110及n型氮化物半導體層111構成的氮化物半導體層中，與形成有電介體構成的反射層105 —側相反的一側
12的表面(n型氮化物半導體層111的、形成有第一電極112—側的表面)，優選具有凹凸形狀。由此，能夠提高光取出效率。另外，在該氮化物半導體層的表面當中，形成有電介體構成的反射層105—側的表面(p型氮化物半導體層的、形成有電介體構成的反射層105 —側的表面)，從提高反射率的觀點出發，優選設定為平坦。
另外，作為支7K襯底101,可以使用例如Si、 GaAs、 SiC、 GaP、金屬、合金等。
接下來，關于圖1中所示的氮化物半導體發光元件的制造方法，參照圖2-7進行說明。此外，在以下的說明及圖2-7中，說明關于由一個晶片得到三個發光元件的情況，但是在本發明中，由一個晶片得到的發光元件的數量沒有特別限定。
首先，在例如藍寶石襯底、SiC襯底、GaN襯底等生長用襯底201上，使GaN構成的緩沖層202、 n型GaN構成的n型氮化物半導體層111、發光層110、 p型AlGaN層108及p型GaN層107構成的p型氮化物半導體層109依次生長(步驟(A)、參照圖2)。作為生長方法，可以使用有機金屬氣相生長法(MOCVD法)等。接著，為了形成電流阻隔區域114,將例如以一定的間隖形成有圓形開口部的光致抗蝕劑掩^t形成于p型GaN層107上。然后，通過等離子照射等，使從光致抗蝕劑掩模的開口部內露出的p型GaN層107具有高電阻，從而形成電流阻隔區域114。
然后，在除去光致抗蝕劑掩模后，在p型GaN層107的整個表面使構成透明導電層的層疊層。在透明導電層由ITO等構成的情況下，可以通過濺射等形成此層。另外，在透明導電層由n型氮化物半導體等構成的情況下，可以通過MOCVD法等形成此層。然后，以一定間隔形成具有一定形狀(例如正方形或長方形等)的三個光致抗蝕劑掩模。光致抗蝕劑掩4莫優選配置為其中心位置和電流阻隔區域114的中心位置大致重合。然后通過蝕刻，得到以一定間隔形成有透明導電層106的、具有圖2所示結構的疊層體(步驟(B))。
然后，在除去光致抗蝕劑掩模后，使用MOCVD法等在疊層體的整個露出表面上形成反射層105,該反射層105例如由高折射率電介體構成的層與低折射率電介體構成的層形成的多層結構而構成。(步驟(C)、參照圖3)。然后，為了形成環狀的貫通口 115，制作具有環狀開口部的光致抗蝕劑掩一莫。優選使該光致抗蝕劑掩模對準，以使其環狀開口部收納于電流阻隔區域114 的區域內。然后，通過蝕刻除去開口部內的反射層，通過使透明導電層106 露出，來得到圖3所示的疊層體(步驟(G))。此時，作為透明導電層106 使用ITO、 IZO、 GaN等時，能夠使透明導電層106具有作為蝕刻停止層的 功能。此外，在不設置環狀貫通口的情況下，不需要步驟(G)。
然后，在除去光致抗蝕劑掩模后，在整個露出表面上形成第一接合層 103。此第一接合層103是為了在該疊層體上使支承襯底通過共晶接合來疊 層而設置的層。作為構成第一接合層103的共晶接合金屬，可以舉出例如 Au、 AuSn 、 AuSi、 AuGe等，也可以使用包含這些金屬中的任一個合金。 為了提高第一接合層103與反射層105的接合強度，在形成第一接合層103 之前，可以在反射層105表面上形成緊密接合層(未圖示)。緊密接合層使 用現有的公知結構即可，可以舉出例如Ti層和Pt層的疊層結構。
然后，準備支承襯底101，在其表面形成第二接合層102 (參照圖4). 構成第二接合層102的共晶接合金屬只要是能夠與構成上述第一接合層103 的共晶接合金屬進行共晶接合之物，并無特別限定。然后，通過將第一接合 層103和第二接合層102共晶接合，而接合具有生長用襯底201的疊層體和 具有支承村底101的疊層體，在具有生長用襯底201的疊層體上將支承襯底 疊層(步驟(D))。圖1中的共晶接合層104由第一接合層103及第二接合 層102構成。
然后，除去生長用襯底201 (步驟(E)、圖5)。當生長用襯底201為藍 寶石襯底、SiC襯底、GaN襯底等時，生長用襯底201的剝離除去可以優選 采用使用激光203的激光剝離。
在接下來的步驟中，在露出的n型氮化物半導體層111上以一定間隔形 成三個光致抗蝕劑掩才莫。光致抗蝕劑掩模優選配置為其中心位置和透明導電 層106的中心位置大致重合。然后，通過干蝕刻等，從n型氮化物半導體層 111側形成凹部601，并使反射層露出(步驟(H)、參照圖6)。這種凹部601 是為了容易地進行芯片分割而優選形成的。
然后，在除去光致抗蝕劑掩^^莫后，在露出的n型氮化物半導體層111的 表面形成凹凸(步驟(I)、圖6)。沒必要必須形成這樣的表面凹凸，但是為 了提高外部的光取出效率，優選形成表面凹凸。然后，在該表面凹凸上，形 成第一電極112，在支承村底101的背面形成第二電極113 (參照圖7)。第一電極112形成為收納于電流阻隔區域114的區域內，但是優選用于能夠防 止光取出效率的降低。最后，通過芯片分割，得到三個氮化物半導體發光元 件(步驟(F)、參照圖7)。芯片分割的位置優選采用凹部601底面(即， 反射層105的露出表面)的任一位置(例如，圖7所表示的虛線位置)。
(第二實施方式)
圖8是表示本發明的氮化物半導體發光元件的其他具體例的剖面示意 圖。圖8所示的氮化物半導體發光元件與圖1的氮化物半導體發光元件不同， 具體為，代替圖1所示的氮化物半導體發光元件的共晶接合層104、支承襯 底101以及第二電極113，采用電鍍底層803及電鍍層801。即，圖8所示 的氮化物半導體發光元件具有依次將電鍍層801、電鍍底層803、由電介體 構成的反射層805、透明導電層806、p型GaN層807以及p型AlGaN層808 構成的p型氮化物半導體層809、發光層810、以及n-GaN構成的n型氮化 物半導體層811疊層而成的疊層結構。n型氮化物半導體層811上形成有第 一電極(n側電極)812。在本實施方式中，電鍍層811起到支承襯底和p 側電極這兩方面的作用。因此，圖8的氮化物半導體發光元件也是上下電極 結構。與第一實施方式一樣，在p型GaN層807上也形成有電流阻隔區域 814。在這種結構的氮化物半導體發光元件中，也能夠得到與第一實施方式 同樣的效果。
在本實施方式中，反射層805也具有環狀的貫通口 815，該貫通口 815、 電流阻隔區域814和第一電極812的位置關系與第一實施方式相同。在本實 施方式的情況下，貫通口 815的內部埋入設置有構成電鍍底層803的導電材料。
在本實施方式中，作為構成電鍍底層803的導電材料可以使用現有的公 知之物，可以舉出例如Au、 Ni、 Cu、 Sn、 Pd、 Ti、 W等。電鍍底層803的 厚度只要為能夠埋藏環狀貫通口 815程度以上的厚度，并無特別限定。
電鍍層801可以使用例如Cu、 Ni、 Au或含有這些金屬中的任一個的合 金，其厚度為例如30-500Mm，可以優選設定為70 ~ 200pm。通過將這種使 用電鍍法形成的襯底作為支承襯底，即使在制作大面積的發光元件時，也可 以以優良的成品率來制作支承襯底。另外，與形成兩層接合層，并通過共晶 接合將這些接合層接合而使支承襯底疊層的方法比較，在將電鍍層作為支承襯底時，通過在反射層805上形成電鍍底層803，并在其上形成電鍍層801， 能夠直接將支承襯底疊層，因而有利于制造。
以下列舉實施例來更加詳細的說明本發明，但是本發明并不限于這些實 施例。
(實施例1 )
通過以下方法來制作具有圖1所示結構的氮化物半導體發光元件。以下 參照圖2~7來說明制作方法。首先，在藍寶石制成的生長用襯底201上， 通過MOCVD法依次生長GaN構成的緩沖層202、厚度為4pm的n型GaN 層構成的n型氮化物半導體層111、由GaN構成的勢壘層與InGaN構成的阱 層形成的六周期結構構成的MQW層即發光層110 (厚度為100nm)、 p型 AlGaN層108 (厚度為20nm)及p型GaN層107 (厚度為80nm)構成的p 型氮化物半導體層109 (步驟(A)、參照圖2)。接著，為了形成電流阻隔區 域114,將以400|jm的間隔形成有直徑90pm的圓形開口部的光致抗蝕劑掩 模形成于p型GaN層107上。然后，進行等離子照射，使從光致抗蝕劑掩 模的開口部內露出的p型GaN層107具有高電阻，從而形成電流阻隔區域 114。
然后，在除去光致抗蝕劑掩模后，在p型GaN層107的整個表面通過 濺射形成100nm厚的ITO。然后，以400miti的間隔形成320^1^320拜的光 致抗蝕劑掩模，使該光致抗蝕劑掩模的中心位置與電流阻隔區域114的中心 位置大致重疊。然后利用含有鹽酸的蝕刻劑進行蝕刻，得到形成有透明導電 層106的、具有圖2所示結構的疊層體(步驟(B))。
然后，在除去光致抗蝕劑掩模后，通過在含有氧氣的環境中進行合金化，
戶1后，作為反:層105，通過MOCVD法進行合計七個周期的疊層，其中以 Si02層(厚度為76nm) /SiN層(厚度為53nm)為一個周期(步驟(C)、 參照圖3)。此外，將最初疊層的層設定為SiCb層，最后的層設定為SiN層。 然后，為了形成環狀的貫通口 115,將以400Mm的間隔形成有環狀開口部(環 的外^為70nm，環的寬度(開口寬度)為3nm)的光致抗蝕劑掩模形成于 反射層105上。此時，光致抗蝕劑掩模進行對準，使其環狀開口部收納于在 直徑90拜的區域內形成的電流阻隔區域114的區域內。然后，通過使用CHF3
16進行干蝕刻，從而除去環狀開口部內的Si02及SiN，通過使ITO構成的透明 導電層106露出，來得到圖3所示的疊層體(步驟(G))。這里，使用CHF3 的干蝕刻中的Si02及SiN與ITO的選擇比為5以上，因而ITO具有作為良 好的蝕刻停止層的功能。
然后，在除去光致抗蝕劑掩模后，作為緊密接合層，形成200nm的Ti、 100nm的Pt,然后作為第一接合層103，形成Au(厚度為1000nm)。然后， 準備Si襯底作為支承襯底，在其表面作為第二接合層102依次形成200nm 的Ti、 100nm的Pt、 500nm的Au、 3拜的AuSn (參照圖4)。然后，通 過使用加熱壓合方法將第一接合層103和第二接合層102共晶接合，而接合 具有生長用襯底201的疊層體和具有支承襯底101的疊層體，由此在具有生 長用襯底201的疊層體上將支承村底101疊層(步驟(D))。
然后，通過從生長用襯底201的背面照射激光203而剝離生長用襯底201 后(步驟(E)、參照圖5),通過干蝕刻除去剝離面的損傷層。
然后，在露出的n型氮化物半導體層111上以400jjm的間隔形成 340拜x340mji1的光致抗蝕劑掩模，使該光致抗蝕劑掩模的中心位置和透明 導電層106的中心位置大致重合。然后，通過干蝕刻，從n型氮化物半導體 層111側形成凹部601，佳反射層105露出(步驟(H)、參照圖6)
然后，在除去光致抗蝕劑掩模后，使用KOH在露出的n型氮化物半導 體層111的表面上形成六棱錐狀的凹凸形狀(步驟(1)、參照圖6)。然后， 使用光致抗蝕劑掩模在該表面凹凸上，通過剝離形成由Ti/Au構成的第一 電極112(參照圖7)。此時，第一電極112形成為收納于電流阻隔區域114 的區域內。另外，將第一電極112的直徑設為70拜，以便即使在發生少許 對位偏離的時候，第一電極112也會收納于直徑90jom的電流阻隔區域114 的區域內。然后，在支承襯底101的背面側形成由Ti/Au構成的第二電極 113(參照圖7)。最后，通過在圖7所示的虛線位置進行芯片分割，得到氮 化物半導體發光元件(參照步驟(F)、圖7)。
通過以上工序而得到的本實施例的氮化物半導體發光元件的光輸出為 25mW,驅動電壓為3.2V。 (實施例2 )
作為反射層105，以Si02層(厚度為102nm) /SiN層(厚度為72腿) 為一個周期，進行合計三個周期的疊層，然后，以SiCb層(厚度為76nm)/SiN層(厚度為53nm)為一個周期，進4于合計七個周期的疊層而形成。 除此以外，與實施例1同樣得到氮化物半導體發光元件。在得到的氮化物半 導體發光元件中，即使對于沿斜方向入射到反射層105的光，也表現出良好 的反射率，而且進一步提高了光取出效率。本實施例的氮化物半導體發光元 件的光輸出為26mW，驅動電壓為3,2V。 (實施例3 )
與實施例1同樣進行各工序，直到在反射層805上形成環狀的貫通口 815 的步驟，然后，以Au為2nm形成作為電鍍底層803,接下來，通過電解電 鍍法形成由Cu構成的厚度為80拜的電鍍層801。這之后的步驟與實施例1 相同，從而得到如圖8所示的氮化物半導體發光元件。本實施例的氮化物半 導體發光元件的光輸出為25mW,驅動電壓為3.2V。 (實施例4)
通過以下方法來制作具有圖9所示結構的氮化物半導體發光元件。首先， 作為生長用襯底901，準備在表面施加了凹凸加工的藍寶石襯底。此凹凸的 的周期間隔為5^im。另外，此凹凸中的凸部具有將底面為圓形的圓錐的上部 切除的形狀、或凸透鏡的形狀，其剖面為梯形或半圓或半橢圓形。凸部的直 徑(剖面形狀的底邊)為2.5拜。此外，凸部的形狀及尺寸不限于此實施例。 由于藍寶石襯底的表面具有這種形狀，而與在其上形成的氮化物半導體層的 界面變為凹凸形狀，因而能夠提高光取出效率。另外，能夠促進橫向生長， 抑制貫通位^睹，可以制成內部量子效率高的發光元件。
然后，在上述藍寶石襯底的凹凸表面上，通過MOCVD法依次形成GaN 構成的緩沖層(未圖示)、厚度為4拜的n型GaN構成的n型氮化物半導 體層902、由GaN構成的勢壘層與InGaN構成的阱層的六周期結構構成的 MQW層即發光層903 (厚度為100nm )、 p型AlGaN層904 (厚度為20nm) 及p型GaN層905 (厚度為80nm)構成的p型氮化物半導體層906。
然后，在p型GaN層卯5的整個表面通過濺射形成200nm厚的ITO。 然后，以250^imx500Mm的間隔形成大約230^x480^的光致抗蝕劑掩模。 然后通過使用含有鹽酸的蝕刻劑進行ITO的蝕刻，形成透明導電層907。
然后，在除去上述光致抗蝕劑掩模后，通#含有氧氣的環境中進行合 金化，同時進行p型氮化物半導體層906的活性化和ITO的低電阻化以及透 明化。然后，以250pmx500Mm的間隔形成用于臺面蝕刻(^廿工:y千y夕、、)的大約240Mmx490jjm的光致抗蝕劑掩模以后，通過干蝕刻，對p型GaN層 905、 p型AlGaN層904、發光層903、 n型GaN層構成的n型氮化物半導體 層902的一部分進行蝕刻，使n型GaN層露出。
然后，作為反射層908的一部分，形成厚度為200nm的Si02層。由此， 全反射臨界角變小。然后，形成四個周期的、厚度為102nm的Si02和厚度 為72nm的SiN,以使在約25。的方向上反射率變高。然后，形成七個周期的 厚度為76nm的&02和厚度為53nm的SiN，以使在垂直方向上反射率變為 最大。通過形成由這種疊層結構構成的反射層908，首先在臨界角的影響下 使全反射的光增多，然后，關于臨界角以內的光，通過將在斜25。的方向上 因干涉而反射率變為最大的周期結構和在垂直方向上反射率變為最大的周 期結構相結合，對于從MQW層向任何方向放射的光，能夠使反射率變高。
然后，為了在形成焊盤電極的位置開出約cp = 30Mm的孔，通過形成光 致抗蝕劑掩模，并使用CHF3氣體進行干蝕刻，來除去沒有形成光致抗蝕劑 掩模的部分Si02和SiN，使ITO及n型GaN層露出。這里，對于CHF3的 Si02及SiN和ITO的選擇比為5以上，因而ITO作為良好的蝕刻停止層而 起作用。同樣，Si02及SiN與GaN層相對于CHF3的選擇比為5以上，因而 GaN層作為良好的蝕刻停止層而起作用。
然后，形成用于通過剝離形成焊盤電極的光致抗蝕劑^^漠，并作為焊盤 電極910及920，蒸鍍150nm的Ti、 20nm的Mo、 500nm的Au并進行剝 離。焊盤電極同時形成在p側和n側。如此制作的發光元件為25mW，驅動 電壓為3.2V。
通過以上方法制作的發光元件，通過ITO電極(透明導電層907)效率 良好地^使電流注入發光元件的整個面，因而電阻低，而且Si02和SiN的多 層膜具有高反射率，因此從發光層903向由電介體構成的反射層908 —側放 射的光可以被效率良好地反射，通過藍寶石襯底和氮化物半導體層界面，光 效率良好地被取出至藍寶石襯底側，并且從藍寶石村底的背面及藍寶石襯底 側面向外部效率良好地凈皮取出。
本實施例的發光元件，可以將藍寶石襯底側安裝在框架等基座上，通過 藍寶石襯底的側面取出光，也可以以倒裝方式通過凸起等安裝焊盤電極，從 藍寶石襯底的背面及側面取出光。
無論在焊盤電極上進行引線接合時，還是通過凸起等進行倒裝片安裝
19時，焊盤電極的尺寸通常需要為(p = 80Mm左右。這是由焊球接合的焊球尺 寸及凸起尺寸決定的。另外，作為焊盤電極材料通常使用Au等反射率低的 材料。在本實施例中，在這種反射率低的焊盤電極和發光層之間，除去中央 的(p-3(Vm的孔區域，形成由電介體構成的反射層，因此從發光層向焊盤 電極方向放射的光在中央的(p = 30Mm的孔區域以外，通過由電介體構成的 反射層反射。因此，很大程度能夠防止光被焊盤電極吸收。
另外，在芯片尺寸變小的情況下等，因為無法使焊盤電極變小，所以芯 片的幾乎全部表面都被反射率低的焊盤電極所覆蓋，但是，通過形成由電介 體構成的反射層，可以不受反射率低的焊盤電極的影響，制作出光取出效率 高的發光元件。
通過以上實施例對本發明進行了詳細說明，但是，很顯然，這些實施例 僅僅是用于說明和舉例，而并非限定本發明。本發明的技術范圍由
發明內容
中所記載的內容表述。
20
權利要求
1.一種氮化物半導體發光元件，其特征在于，依次包括由電介體構成的反射層、透明導電層、p型氮化物半導體層、發光層及n型氮化物半導體層。
2. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于，依次包括 支承襯底、由電介體構成的反射層、透明導電層、p型氮化物半導體層、發光層及n型氮化物半導體層。
3. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 所述透明導電層由導電性金屬氧化物構成。
4. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 所述透明導電層由n型氮化物半導體構成。
5. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 由所述電介體構成的反射層具有高折射率電介體構成的層與低折射率電介體構成的層交互疊層而成的疊層結構。
6. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于，100%的反射率。
7. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 由所述p型氮化物半導體層、所述發光層及所述n型氮化物半導體層構成的氮化物半導體層的表面當中，形成有由所述電介體構成的反射層的一側 的表面是平坦的。
8. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 由所述p型氮化物半導體層、所述發光層及所述n型氮化物半導體層構成的氮化物半導體層的表面當中，與形成有由所述電介體構成的反射層的一 側相反的 一側的表面具有凹凸形狀。
9. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 所述透明導電層在與厚度方向垂直的方向上的長度比所述p型氮化物半導體層在與厚度方向垂直的方向上的長度短；由所述電介體構成的反射層，與所述透明導電層的兩側面相接，并與所 述透明導電層的由所述電介體構成的反射層一側的表面相接，并且，與所述P型氮化物半導體層的所述透明導電層一側的部分表面、即不與所述透明導 電層相接的表面相接。
10. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于，由所述電介體構成的反射層在所述透明導電層的正下方的區域中具有 在厚度方向上貫通的貫通口 。
11. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于，所述p型氮化物半導體層具有與所述透明導電層相接而形成的電流阻隔區域。
12. 如權利要求11所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 由所述電介體構成的反射層在所述透明導電層的正下方的區域中具有在厚度方向上貫通的貫通口；由所述電介體構成的反射層所具有的貫通口位于所述電流阻隔區域的 正下方。
13. 如權利要求2所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 在所述支承襯底與由所述電介體構成的反射層之間，具有含有共晶接合金屬的金屬或含有此共晶接合金屬的合金構成的單層或多層結構的共晶接
14. 如權利要求13所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于，在由所述電介體構成的反射層與所述共晶接合層之間，具有緊密接合層。
15. 如權利要求2所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 所述支承襯底是由電鍍金屬或合金構成的襯底。
16. 如權利要求1所述的氮化物半導體發光元件，其特征在于， 由所述電介體構成的反射層的厚度為0.2 ~ 5拜。
17. —種氮化物半導體發光元件的制造方法，所述氮化物半導體發光元 件依次包含支承襯底、由電介體構成的反射層、透明導電層、p型氮化物 半導體層、發光層以及n型氮化物半導體層，該制造方法的特征在于，包括在生長用村底上，將n型氮化物半導體層、發光層、p型氮化物半導體 層依次疊層的步驟(A),在所述p型氮化物半導體層表面上形成透明導電層的步驟(B)，在得到的疊層體的露出表面上形成由電介體構成的反射層的步驟(c),使支承襯底疊層的步驟(D)， 除去所述生長用襯底的步驟(E)，通過進行芯片分割而得到多個氮化物半導體發光元件的步驟(F )。
18. 如權利要求17所述的氮化物半導體發光元件的制造方法，其特征在于，在所述步驟(C)之后，還具有在由所述電介體構成的反射層上形成在 其厚度方向上貫通的貫通口 ，并使所述透明導電層的一部分露出的步驟(G)。
19. 如權利要求18所述的氮化物半導體發光元件的制造方法，其特征在于，在所述步驟(G)中，通過蝕刻形成所述貫通口，所述透明導電層作為 蝕刻停止層起作用。
20. 如權利要求17所述的氮化物半導體發光元件的制造方法，其特征在于，在所述步驟(E)和步驟(F )之間，還具有從所述n型氮化物半導體層 一側，以大致一定的間隔形成凹部，并使由所述電介體構成的反射層露出的 步驟(H)。
21. 如權利要求17所述的氮化物半導體發光元件的制造方法，其特征在于，在所述步驟(E)之后，還具有在所述n型氮化物半導體層的表面形成 凹凸的步驟(1)。
22. 如權利要求20所述的氮化物半導體發光元件的制造方法，其特征在于，在所述步驟(F)中，分割芯片的位置為所述凹部的底面上的任一位置。
全文摘要
本發明提供了一種氮化物半導體發光元件及其制造方法，其中，該氮化物半導體發光元件依次包括由電介體構成的反射層、透明導電層、p型氮化物半導體層、發光層以及n型氮化物半導體層。透明導電層優選由導電性金屬氧化物或n型氮化物半導體構成，由電介體構成的反射層優選具有高折射率電介體構成的層與低折射率電介體構成的層交互疊層而成的疊層結構。
文檔編號H01L33/00GK101645482SQ20091016530
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月5日 優先權日2008年8月5日
發明者筆田麻佑子 申請人:夏普株式會社