[发明专利]基于第Ⅲ族氮化物的化合物半导体发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及具有改善的光提取性能的基于第III族氮化物的化合物半导体发光器件。当在本文使用时，“基于第III族氮化物的化合物半导体”包括由式Al_xGa_yIn_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示的半导体；这种半导体包含预定的元素以获得例如n-型/p-型导电性；并且在这种半导体中，用B或Tl替代一部分第III族元素，用P、As、Sb或Bi替代一部分第V族元素。

背景技术

通常，基于第III族氮化物的化合物半导体发光器件采用折射率高达约2.5的基于第III族氮化物的化合物半导体。因此，在这样的器件中，光的全反射可能在由第III族氮化物化合物半导体制成的层(例如，GaN层)与由不同于第III族氮化物化合物半导体并表现出低折射率的材料制成的电极层、保护层或绝缘层之间的界面发生，导致由发光层至外部的光的提取性能低。已经采取了对策。例如，日本专利申请公开(kokai)No.2000-196152和2006-294907公开一种半导体发光器件，其中利用表面上具有浮凸(embossment)的透明电极覆盖最上层(p-GaN层)。在该器件中，通过在其上没有形成垫电极的区域处的透明电极的浮凸表面，光被提取而没有全反射。

同时，本发明人先前报道了一种赋予氧化钛(TiO₂)导电性的技术(见WO 2006/073189)。

发明内容

本发明人已经发现当在获得良好电导率的范围内加入杂质(例如，铌(Nb)或钽(Ta))以赋予氧化钛(TiO₂)导电性时，可成功地调整氧化钛的折射率。基于这个发现完成了本发明。

在本发明的第一方面中，提供具有透明电极的基于第III族氮化物的化合物半导体发光器件，其中所述透明电极包含用至少一种选自以下物质掺杂的氧化钛：铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、砷(As)、锑(Sb)、铝(Al)和钨(W)，掺杂的摩尔比为相对于钛(Ti)的1～10％，所述透明电极在其至少一部分上具有浮凸。

在本发明的第二方面中，透明电极包含选自氧化钛铌和氧化钛钽中的至少一种，其中铌(Nb)和钽(Ta)对钛(Ti)的摩尔比分别为3～10％。

在本发明的第三方面中，发光器件包括基于第III族氮化物的化合物半导体接触层，并且在透明电极和接触层之间没有由不同于接触层和透明电极的材料制成的层。

在本发明的第四方面中，透明电极与接触层接触，和透明电极和接触层的折射率之比为0.98～1.02。

在本发明的第五方面中，发光器件包括基于第III族氮化物的化合物半导体接触层，并且在透明电极与由基于第III族氮化物的化合物半导体制成的接触层之间仅有透明的导电层，该导电层由不同于接触层和透明电极的材料制成，并且其厚度为透明导电层中发射光的波长的四分之一或更小。该透明导电层不限于单层，而是包含总厚度为100nm或更小的多层膜。当用于本文中时，术语“透明电极(或层)”指的是至少相对于由本发明发光器件发出的光基本上是透明的。

在本发明的第六方面中，透明电极为p-电极。在本发明的第七方面中，透明电极为n-电极。

当用杂质如铌(Nb)或钽(Ta)掺杂氧化钛(TiO₂)时，掺杂的氧化物的电阻率显著降低。根据本发明人的新发现，当以1～10mol％的量的铌(Nb)或钽(Ta)替代氧化钛(TiO₂)中的钛(Ti)时，掺杂的氧化物的折射率(对于360～600nm的光)变得和氮化镓的电阻率几乎相同。图5是显示当钽的组成比例x由0.01变化至0.2(六个值)时，氧化钛钽(Ti_1-xTa_xO₂)的折射率相对于400～800nm的光的变化图。当将另一种杂质(例如，铌(Nb))加入氧化钛时，获得类似的结果。同时，根据例如由Isamu Akasaki，Baifukan Co.，Ltd.，编撰的Advanced Electronics SeriesI-21，“Group III Nitride Semiconductor”，第57页，图3.12，GaN在370nm的波长下折射率为约2.74，在400nm下为约2.57，在500nm下为约2.45，或在600nm下为约2.40。