TWI287305B - Method for forming an electrode - Google Patents

Description

1287305 > r 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於以Π I族氮化物系化合物半導體積層形 -成之半導體元件之電極形成方法。本發明尤其是關於形成 由氧化銦錫（ιτο)構成之透光性電極之方法。 【先前技術】 現今，111族氮化物系化合物半導體元件通常係用非導 電性藍寶石基板，使n電極、p電極皆形成於半導體元件 •層侧。此處，於所謂面朝上（face—up)型之ΙΠ族氮化物 系化合物半導體元件中，係於ρ型層表面用例如合金化之 由金（Au)及鈷（Co)所構成之薄膜透光性電極，自形成電極 之一側取出光。然而，Au/Co薄膜透光性電極之透光率為 60%左右，光取出效率並不理想。 另一方面，用氧化銦錫（ΙΤ0)作為III族氮化物系化合 物半導體發光元件之透光性電極之技術曾被提出。 春[專利文獻1]日本專利第3394488號公報 [專利文獻2]日本專利特開2003-17748號公報 【發明内容】 (發明所欲解決之問題） 有關氧化銦錫（IT0)用於111族氮化物系化合物半導體 發光元件之情況之特性尚未明朗，且形成為電極之最適條 件亦有待開發。因而，本發明之目的在於提供作為ΠΙ族 氮化物糸化合物半導體發光元件之透光性電極之由氧化 銦錫（ΙΤ0)構成的電極之形成方法。 312ΧΡ/發明說明書(補件)/94-12/94130082 1287305 (解決問題之手段） 為解決上述課題，依據申請專利範㈣i項 1=將111族氮化物系化合物半導體進行積層:形成: 體兀件之電極形成方法中，其特徵在於， 化姻錫（ΙΤ0)構成，使該氧化銦錫（⑽在至少有氧存: 環境下’藉由電子束蒸鍍法或離子喷鏟法形成。 、、又，依據申請專利範圍第2項記載之手段，於形成上 述氧化銦錫（ΙΤ0)膜後，於300它以上之溫度下進 5 το^虞Φ ^專利範圍第3項記載之手段，上述氧二錫 (_臈之㈣係於G.G1Pa以上之氧環境下進行。 又，依據申請專利範圍第4項記載之手段， 化銦錫請所構成的電極上’形成用以進行引線接合： ，塾電極，並形成含有錄⑽、鈦（Ti)、鉻⑹及铭⑼ 中之至少一種的膜作為該襯墊電極的最下層。 (發明效果） _如下所述，本發明者等發現，藉由在有氧存在之環境 下以電子束蒸鍍法或離子喷鍍法將ITG進行Μ，可形 良好之透光性電極。並發現，其後藉由加熱進行ΙΤ0之燒 成，可得到透光性高、電阻低的電極。又發現，於ΙΤ0^ 成時將氧設定為G.G6Pa以上，於不施行燒成之下，可形 成透光性高、電阻低的電極。 鄰接於由ITG構成之透光性電極，必須形成用以進行 引線接合之所謂襯墊電極，而本發明者等發現，例如於金 的厚膜電極與ιτο之間若設置鎳（Ni)、鈦（Ti)、鉻（以） 312XP/發明說明書(補件)/9孓】2/941 1287305 * 或銘（Al)，則可提高接合度。 【實施方式】 ττη本毛月之主要特徵之IT〇,以Sn的比例為2〜20%為佳。 之厚度以疋為l〇nm以上且1〇//m以下為佳。若未滿 ⑽’除了電流擴散不充分之外，亦容易發生剝離。又， 右超過ίο㈣’則透光性會變差。IT0的厚度以刚nm以 上且5"以下較佳，尤以2〇〇nm以上且〗^以下為更佳。 ΠΟ膜形成時之氧氣壓以G㈣以上且购以下為 佳，0.03Pa以上且2Pa以下較佳，〇 〇5pa以上且心以 下為更佳+。若定為以上，則可形成電阻值低的電 ，。又，藉由隨後步驟之燒成，可得到8〇%以上之透光度。 氧就昼右疋為〇.06Pa以上，即便不經過後步驟之燒成， 仍可仔到90%以上的透光度。燒成以3〇〇。。以上且1〇〇〇。。 以下為佳。若未滿議。C，燒成的效果並不理想，若超過 _〇°C ’則會導致半導體元件之特性變差。更佳者為5〇〇 C以上且_t以下’以6G(rc以上且剔。c以下為更佳。 又，燒成以在惰性氣體環境下（尤其是氮環境下）進行為 佳。 用以進行引線接合之襯墊電極，以由厚膜的金㈤形 成為佳。厚度可任意設定於0.5，m的範圍。於主要以 金（All)形成㈣電極之情況’若於與由iTG構成的透光性 電極之間形成鎳（Ni)、鈦（π)、鉻（Cr)或鋁（A1)，則襯墊 電極與由ITG構成的透光性電極之接合度可提高。尤其是 用鎳（Ni)的情況，接合度可更高。 312XP/發明說明書(補件)/94-12/94130082 1287305 * -· 本發明之in族氮化物系化合物半導體發光元件，除 了上述發明的主要構成之限定外，可採用任意的構成了 '又，發光元件可為發光二極體（LED)、雷射二極體（LD)、 光耦合器（photo coupler)及其他任意之發光元件。尤 其，本發明之III族氮化物系化合物半導體發光元件之製 造方法可使用任意的製造方法。 π 具體而言，用以使結晶成長之基板可使用藍寶石、尖 ，^、^、^^…、^◦或⑴族氮化物系化合物單^ 曰曰等。使111族氮化物系化合物半導體層結晶成長之有效 方法為分子束氣相成長法（MBE)、有機金屬氣相成長法 (M0VPE)、_化物氣相成長法（hvpe)、液相成長法等。 於將發光層作成為多量子井結構的情況，以含有至少 由含銦（In)之111族氮化物系化合物半導體AlxGay 所構成之井層為佳。發光層之構 成，可舉出例如經摻雜或未摻雜之GayIni 所構 籲成之井層、與由光譜帶間隙較該井層大的任意組成之HZ 族氮化物系化合物半導體A1GaInN所構成之障壁層。較佳 的例子為由未摻雜之GayIni-yN(0<ygl)的井層與未摻雜 之GaN所構成的障壁層。 電極开> 成層等之111族氮化物半導體層，可由至少以 八1^&“11卜"|\1(0$)^1，0$5^1，〇$}(+5^1)表示之2元 系、3元系或4元系的丰導體所構成之ΙΠ族氮化物系化 合物半導體形成。又，此等丨丨丨族元素之一部份可由硼 (Β)、鉈（Τ1)取代，又，氮（Ν)之一部份亦可由磷（ρ)、砷 312ΧΡ/發明說明書(補件)/94· 12/94130082 1287305 (As)、銻（Sb)、鉍（μ)取代。 合物再半者導體於:之此:半導體形成n型之ΙΠ族氮化物系化 〆-玲之情況，作為n型雜質可添加Si、Ge、以、 等作為P型雜質可添加Zn、Mg、Be、ϋ 等。 藉由上述之本發明手段，可有效地或合理地解決前述 (實施例1) •、首先L藉由本發明之電極形成方法達到之ιτ〇 $透光11提W與薄片電阻之抑制效果，進行下述實驗。以 虱，錫與氧化銦的混合物（氧化錫5%)作為革巴，藉由電子 束二錢法在i賃石基板上形成〇⑽膜厚之。此 ，：鍍裝置内部成為lxl(r2pa以下的高真空後，以4種壓 ‘入氧，分別形成no。氧氣壓係定為〇· 〇Pa(即，未 ^A)、〇.〇〇5Pa、U15Pa、U6Pa、〇1Pa#Ul 籲f，測定對波長47〇nm的藍光之透光性與薄片電阻。其 -人，分別在氮環境下以4〇(rc燒成1〇分鐘後，再次 $光性與薄片電阻。其結果示如表！。又，透光性係/以藍 ^石基板定為1 Q Q%時之相對值。 】2XP/發明說明書(補件)/94-12/94130082 1287305 « r [表1] 燒成之有無 S- 透明度％ ~~65~~ 電阻值~ .J1ZDL 100 --1_ 100 + 102 無 60 24 90 ~~57~~ 27 ~~Π~~ 有 88 16 無 93 16 ΙΙΙΙΪΖΙΙ 92 18 無 96 14 有 96 8 八孔况，現成前後之透光性有 :員者的差異。亦即，燒成前透光性係停 無 I〇^115Pa) XLj6Pa) --' XL_l£a) =則，_。另—方面，薄片電&為画/□=成 成剷後幾乎沒有差別。 透先Ht005^存在下形成1το之情況，燒成前後之 m/、者的差異。亦即，燒成前透光性停止於60%， v〇成後成為90%。又，薄片電阻於燒成 為加/□左右，雖仍有改善之餘地，但比較 丨於氧以〇.〇15Pa存在下形成IT〇之情況，燒成前後之 透光性有顯著的差異。亦即’燒成前透光性停止於㈣， 而燒成後成為88%。又，薄片電阻於燒成前後幾， 為16 Ω /□左右，極為良好。 …^ 燒成前後之这 亦即，透光担 於氧以0.06Pa存在下形成ΙΤ0之情況 光性、薄片電阻幾乎沒有差異，極為良好 為93%左右，薄片電阻為16Ω/□左右。 於氧以O.lPa存在下形成ΙΤ0之情況，透光性 312沿/發明說明書(補件)/94·12/94130082 1287305 * . =皆極良好。亦即，透光性於燒成前後皆為撕左右， :電阻由燒成前之HQ/□變小成為8〇/口，薄片電阻 • 付到改善。 由上述之釔果可s兒明，藉由燒成，由於促進ιτο的再 H▲，使透光性變佳，藉由在氧微量存在τ形成ΙΤ0，於 匕學計量上（stoichiometric)可成為理想的ΙΤ〇組成，故 可抑制電阻值。如上所述，依據本發明，可形成作為透光 性電極極佳的IΤ0膜。 鲁（實施例2) 立圖1顯示本發明之實施例之半導體發光元件1〇〇之示 意截面圖。半導體發光元件100，如圖i所示般，於厚度 約300 //m的藍寶石基板101上成膜由氮化鋁（A1N)所構成 之膜厚約15nm的緩衝層102,在其上成膜未摻雜之由 構成的膜厚約500nm的層1〇3,在其上形成膜厚約5以出 的由摻雜矽（SiMxlO^Vcm3之GaN構成的n型接觸層 鲁1〇4(高載體濃度η+層）。 又，在此η型接觸層104上，形成膜厚25nm的由摻雜 石夕（Si)lxl〇17/cm3 之 η 型 Alo.i5Gao.85N 構成的 n 型層 1〇5。 再於其上積層3組之膜厚3nm的由未摻雜之inG 2Ga。州構 成的井層1061與膜厚20nm的由未摻雜之GaN構成的障壁 層1062，形成多量子井結構之發光層ι〇6。 再於此發光層106上，形成膜厚25nm之由以2X 10 /cm Mg摻雜之ρ型a 1 〇· i5Ga〇. 85Ν構成的ρ型屠1 〇7。於 P型層107上形成膜厚lOOnni之由以8xl019/cm3Mg摻雜之 312ΧΡ/發明說明書(補件)/94-12/94130082 1287305 P型GaN構成的p型接觸層。 又，於P型接觸層108上形成由IT0構成之透光性p 電極110 ’於n型接觸層1〇4上形成n電極14〇。透光性 Ρ電極110係由與ρ型接觸们〇8直接接合之膜厚約 的ΙΤΟ構成。 厚膜Ρ電極120,係於透光性ρ電極11〇上依序積声膜 厚約30nm之由鎳（Ni)構成之第}層121、膜厚約 之由金（Au)構成之第2層122、與膜厚約1〇職之由紹（ 構成之第3層123而構成。 多層構造之η電極14〇，係於n型接觸層1〇4部分露出 之部分上積層膜厚約18nm的由鈒（V)構成之第！層141鱼 膜厚約1〇〇nm的由銘（A1)構成之第2層142而構成。” 發光元件’糾藍寶石絲上依序進行緩衝層 未4雜GaN層103、高载體濃度n+層104、n型層105、 發/光層1〇6、P型層107、P型接觸層⑽之蟲晶成長，再 .進订二以形成n電# 14〇之蝕刻後，如後述般形成電極。 以光阻劑形成遮罩’使必須形成透光性Ρ電極 (Τ0)11()的區域形成為窗，鈇後以氢#餛 合物(氧化錫⑻_，藉由==氧化=混 0. 06Pa下形成膜厚3_ ^ _乱愿 110。然後，在氮抒了 a 構成的透先性P電極 然後將光㈣Γ除去兄下’於_°c進行5分鐘之燒成。 的二 =劑形成遮罩，使必須形成厚膜P電極120 ㈣域形成為窗，再於透光性p電極ιι〇上依序形成膜厚 312XP/發明說明書(補件)/94-12/94130082 12 1287305 約的由鎳⑹構成之第 由金（Au)構成之第2禺19q k 膘尽，力1.5# m之 •構成之第θ 2、、膜厚約lOnm之由紹⑷） 冓^之第3層123。然後將光阻劑除去。 π同樣itb U光阻劑形成遮罩，使必 ㈣區域形成為窗，再於高載體 成” 域，形成膜厚約―的由鈒⑺構成之第〗層14=; 約l〇〇nm的由銘（A1)構成之笛？展⑷與膜晷 去。 構成之第2層142。然後將光阻劑除 ►然後，對透光性P電極（IT〇)11〇、厚 Γ: 熱處理。最後再形成由⑽2構成之保護膜η 0。又，保護膜130亦可用SiNx代替Si〇2。 (比較例） 於上^實施例中’以自最下層依序積層91之c〇、㈣ 代替1弁：C 〇、3 °A之AU共4層而形成薄膜透明電極， 極⑽⑽’以自最下層依序形成膜厚 nm之Au、膜厚30run之Cr、膜里βςη 之Ai者代替厚膜ρ電極12〇 & 之AU、膜厚1〇nm *代打予膜P電極12〇，傷妥此種比較用之半導體 二H ’與上述半導體發光元件⑽進行物性之比較。 蚪，安裝於Ag桿（stem)上，並被覆透明糊。 具有積層著Au/Co/Au/Co之4層而合金化之透明電極 二比較用半導體發光元件，其驅動電壓為3.⑽，光度為 咖，總轄射通量為3 4mW，相對於此，本發明之圖1 之半導體發光元件100，驅動電壓為3m，光产為 ⑽cd’總輻射通量為7.6mW。亦即’相對於具有^c〇 12XP/發明說明書(補件)/94-12/94130082 13 1287305 之 :專膜透明電極之半導體發光元件，本發明之具有由jt〇 成之透光性電極的半導體發光元件，驅動電壓幾乎無變 化’且光度及總輻射通量顯著地提高。 【圖式簡單說明】 圖1為表示本發明實施例2之半導體發光元件100的 構成之截面圖。 【主 要元件符號說明】 100 半導體發光元件 101 藍寶石基板 102 緩衝層 103 未摻雜GaN層 104 η型接觸層（高載體濃度n+層） 105 η型層 106 發光層 107 Ρ型層 108 Ρ型接觸層 110 透光性ρ電極（ΙΤΟ) 120 厚膜Ρ電極 121 厚膜ρ電極之第 1層 122 厚膜ρ電極之第 2層 123 厚膜ρ電極之第 3層 130 保護膜 140 η電極 141 η電極之第1層 312XP/發明說明書(補件 V94-12/94130082 1287305 I ^ 142 n電極之第2層 1061 發光層之井層 -1 062 發光層之障壁層

312XP/發明說明書(補件)/94-12/94130082 15

Claims (1)

1287305 4 » 十、申請專利範圍： 上-種電極形成方法，係將IU族氮化物系化 導體積層而形成的半導體元件者，其特徵在於·· 〇 上述電極係由氧化銦錫（ΙΤ〇)構成， 該氧化銦錫（⑽録至少有氧存在之環境下 * 子束瘵鍍法或離子喷鍍法形成。 / 2.如申請專利範圍帛j項之電極形成方法，其中，於 形成上述氧化銦錫UT0)膜後，於30(rc以上之溫 谁 行燒成。 狐又 •如申％專利範圍第1項之電極形成方法，其中，於 〇· OlPa以上之氧環境下形成上述氧化銦錫（Ιτ〇)膜。 4·如申請專利範圍第1至3項中任一項之電極形成方 法，其中， 於由上述氧化銦錫（I TO)所構成的電極上，形成用以進 行引線接合之襯墊電極， 形成含有錄（Ni)、鈦（Ti)、鉻（Cr)及銘（A1)中之至少 一種的膜作為該襯墊電極的最下層。 16 312XP/發明說明書(補件)/94-12/94130082