[发明专利]氮化镓基化合物半导体发光器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是基于35U.S.C.§111(a)提交的申请，根据35U.S.C.§119(e)(1)，要求根据35U.S.C.§111(b)于2005年11月23日提交的临时申请No.60/739,003的优先权。

技术领域

本发明涉及一种氮化镓基化合物半导体发光器件。更具体地说，本发明涉及一种面朝上(face-up)型氮化镓基化合物半导体发光器件，其配置有具有优良透光性和欧姆特性的正电极。

背景技术

近年来，GaN基化合物半导体材料作为用于短波长发光器件的半导体材料吸引了人们的注意力。通过金属有机化学气相沉积方法(MOCVD方法)、分子束外延(MBE方法)等，在各种氧化物衬底例如蓝宝石晶体或者III-V族化合物衬底上形成GaN基化合物半导体。

GaN基化合物半导体材料的一个特性特征是，在横向方向上的电流扩散很小。这导致许多位错存在于外延晶体中，并且从衬底透到表面上，但尚不知道其详细原因。此外，在p型GaN基化合物半导体中，电阻率比n型GaN基化合物半导体的电阻率高，因此，除非使与p型GaN基化合物半导体形成欧姆接触的材料作为正电极，否则驱动电压会大大地增加。

与p型GaN基化合物半导体形成欧姆接触的材料主要是金属，特别地，具有大的功函数的金属易于建立欧姆接触。并且，从透光的观点，正电极优选对光透明。因此，迄今为止，已将容易与p型GaN基化合物半导体形成欧姆接触的金属材料形成为薄膜，以由此同时获得低电阻和透光性。

当金属形成为薄膜时，产生在扩散方向上电阻变高的问题。为解决该问题，已提出了一种具有两层结构的正电极，该两层结构由欧姆接触层和电流扩散层构成，其中欧姆接触层包括薄膜金属，电流扩散层包括具有高透光率的透明导电膜(参见例如日本专利No.294173)。

为了制造更亮的发光器件(LED)，反射或吸收光的金属层的存在必须被消除。为此，已研究了一种使得透明导电膜本身与p型GaN基化合物半导体形成欧姆接触的方法(参见例如日本待审的专利公开No.2001-210867)。在日本待审的专利公开No.2001-210867中，提出了通过除了溅射方法以外的方法制造与p型GaN基化合物半导体形成直接接触的透明导电膜。在溅射方法中，由于p型GaN基化合物半导体层受到损伤，接触电阻高，并且不能获得低的工作电压。然而，当通过除了溅射以外的方法形成透明导电膜，然后通过溅射方法增加透明导电膜的厚度时，由于在构造层叠结构的方式上改变了膜形成方法，因此在方法改变的界面处，电阻增加。并且，生产率很差。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有低驱动电压和高发光输出的氮化镓基化合物半导体发光器件，其具有正电极，所述正电极包括与p型半导体层形成直接接触的透明导电层。本发明的另一个目的是提供一种具有正电极的氮化镓基化合物半导体发光器件，所述正电极具有低接触电阻和优良的电流扩散性，其中通过相容的(consistent)膜形成技术形成具有不同目的的多个透明导电膜层，而在形成透明导电膜层时不损伤p型半导体层。

本发明人发现，例如：当在构成正电极的透明导电膜层的半导体侧表面上和在p型半导体的正电极侧表面上分别适当地形成半导体金属混合层和正电极金属混合层时，可以获得低的接触电阻；当将透明导电膜层形成为具有包括与p型GaN基化合物半导体形成直接接触的透明导电膜接触层和透明导电膜电流扩散层的至少两层的层叠结构并且通过RF溅射方法形成所述透明导电膜接触层时，可以形成透明导电膜层而不损伤p型氮化镓基化合物半导体；当通过DC溅射方法在透明导电膜接触层上连续地层叠导电透明膜电流扩散层时，可以抑制在这两层之间的界面处的电阻的增加；当透明导电膜电流扩散层形成为具有大厚度时，在维持高透光率的同时可以提高电流的扩散；以及当在膜形成之后热处理透明导电膜层时，在半导体金属混合层中产生半导体金属的大的浓度梯度。

也就是说，本发明提供以下发明内容。

(1)一种氮化镓基化合物半导体发光器件，包括依次形成在衬底上的n型半导体层、发光层和p型半导体层，其中每一层包括氮化镓基化合物半导体，所述发光器件具有分别设置在所述n型半导体层上和所述p型半导体层上的负电极和正电极，所述正电极至少部分地由透明导电膜形成，所述透明导电膜至少部分地与所述p型半导体层接触，在所述透明导电膜的半导体侧表面上存在包含III族金属成分的半导体金属混合层，并且所述半导体金属混合层的厚度为0.1至10nm。