半导体发光器件及其制造方法、以及电极层连接结构技术

在一构造成经过其衬底引出光的半导体发光器件中，电极层形成在有源层上形成的ｐ型半导体层（例如ｐ型ＧａＮ层）上，且镍层形成为电极层和ｐ型半导体层之间的且在厚度上被调整为不超出有源层中产生的光的干涉长度的接触金属层。由于镍层充分薄，所以反射效率可以提高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用氮化物半导体等制造的半导体发光器件，其制造方法和电极层连接结构。更具体地，本专利技术涉及一种类型的半导体发光器件、其制造方法和电极层的连接结构，该类型的器件用沉积在有源层上的电极层反射有源层中产生的光。
技术介绍
氮化镓系化合物半导体越来越多地用作可见光发射器件的半导体材料，其发展尤其在蓝光和绿光发光二极管方面得以进行。通常，发光二极管在蓝宝石衬底等上面具有通过氮化镓系化合物半导体层的晶体生长所获得的n型半导体层、有源层和p型半导体层的顺序沉积的结构。在发光二极管具有这种多层结构的情形下，电流被引入有源层，有源层中产生的光向外发出。对于这种类型的半导体发光器件，已经有了构造成通过透明衬底引出自有源层向上行进的光的结构，以及构造成通过透明衬底引出自有源层向下行进的光的结构。在构造成通过透明衬底引出光的这些结构中，有一种具有一种结构的器件，该结构将连接到p型半导体层上的电极用作反射层。例如，已有了日本专利申请公报平成11-191641公开的发光二极管器件、日本专利中请公报平成11-220170公开的发光二极管器件、以及日本专利申请公报2000-91638公开的半导体发光器件。在构造成在p侧电极界面上反射半导体发光器件中发射的光的这些器件中，由于被p侧电极界面反射的光添加到穿过衬底的光中作为经过衬底的输出光，所以发光器件的发射效率可以提高。对于日本专利申请公报平成11-191641中所公开的器件和日本专利申请公报2000-91638中所公开的半导体发光器件，具有公知的结构，即形成接触金属层以用于p型半导体层和用作反射层的电极层之间的欧姆接触。然而，即使在为了确保与p侧半导体层的可靠接触的目的而形成接触层的情形下，如果接触层的厚度厚至例如约50nm，则难以提高反射率，且需要提高其自身的反射结构，包括对越来越高的发光效率需求的接触金属层。因此，本专利技术的目的是提供一种能实现更高发射效率的半导体发光器件及其制造方法，并提供一种能实现更高效率的电极层的连接结构。
技术实现思路
根据本专利技术的一种半导体发光器件，该器件包括顺序沉积在光学透明衬底上的第一导电类型的半导体发光层、有源层和第二导电类型的半导体层，该器件包括形成在有源层上的第二导电类型的半导体层上的电极层；以及一接触金属层，其间插在电极层和第二导电类型的半导体层之间，并且在厚度上得以调节以不超出有源层中产生的光的干涉长度(intrusionlength)。对于以上概述的半导体发光器件，由于第一导电类型的半导体层、有源层和第二导电类型的半导体层顺序叠置，所以有源层可通过注入其中的电流产生光。因为衬底是光学透明的，所以有源层中产生的光通过衬底辐射，但有源层中产生的光的一部分向第二导电类型的半导体层行进。因为，电极层重叠第二导电类型的半导体层，所以其界面可反射向此半导体层行进的光。于是，向第二导电类型的半导体层行进的光反射向衬底。因为接触金属层间插在电极层和第二导电类型的半导体层之间，且其厚度被调节成不超过所产生的光的干涉长度，所以电极层导致的反射率可提高，同时确保欧姆接触，相应地可提高整个器件的发射效率。一种制造根据本专利技术的半导体发光器件的方法，其包括步骤在光学透明衬底上顺序沉积第一导电类型的半导体发光层、有源层和第二导电类型的半导体层；在第二导电类型的半导体层上形成接触金属层，该接触金属层在厚度上被调节得不超过有源层中产生的光的干涉长度；以及在接触金属层上形成电极层。在半导体发光器件的以上概述制造方法中，在第二导电类型的半导体层形成后，接触金属层在厚度上被调节得不超过有源层中产生的光的干涉长度，并且在形成具有该厚度的接触金属层后，形成电极层。因此，具有不超过有源层中产生的光的干涉长度的厚度的接触金属层可通过电极层提高反射率，同时确保欧姆接触，且向光学透明衬底反射的强度可相应提高。一种根据本专利技术的电极层连接结构，其包括光学透明半导体层；形成在该半导体层上、且在厚度上被调节成不超过穿过该半导体层的光的干涉长度的接触金属层；以及形成在该接触金属层上的电极层。通过电极层的这种连接结构，与半导体发光器件相似，因为接触金属层间插在电极层和半导体层之间，且在厚度上调节为不超过所产生的光的干涉长度，所以电极层导致的反射率可以提高，同时确保欧姆接触。附图说明图1是根据本专利技术第一实施例的半导体发光器件的横截面视图；图2是根据本专利技术第一实施例的半导体发光器件的主体部分的横截面视图；图3是一特性曲线图，示出了计算所得的GaN/Ni/Ag结构的反射率与Ni膜厚度的相关性；图4是一特性曲线图，示出了计算所得的GaN/Ni/Al结构的反射率与Ni膜厚度的相关性；图5是一特性曲线图，示出了计算所得的GaN/Ni/Au结构的反射率与Ni膜厚度的相关性；以及图6是根据本专利技术第二实施例由选择性生长形成的半导体发光器件的横截面视图。具体实施例方式以下将参照附图说明本专利技术的具体实施例。第一实施例图1是根据本专利技术当前实施例的半导体发光器件的横截面视图。根据第一实施例的半导体发光器件包括堆叠GaN化合物半导体形成的发光部分。即，在借助于GaN缓冲层的绝缘透明蓝宝石衬底11上，层叠掺杂硅的n型GaN层12、发射光的InGaN有源层13、以及掺杂有镁的p型GaN层14。硅掺杂的n型GaN层12用作第一导电类型的包层，掺杂有镁的p型GaN层14用作第二导电类型的包层。于是该器件具有双异质结构。在作为第二导电类型的包层的p型GaN层14上，形成作为用于欧姆接触的接触金属层的镍层15。镍层15的厚度被调节为不超过以下所述的有源层中产生的光的干涉长度。在此实施例中，厚度例如约为10nm。p侧电极层16形成在镍层15上。p侧电极层16是铝或银的薄膜，使得穿过作为接触金属层的镍层15的光被与p侧电极层16的界面反射。虽然此实施例中使用的p侧电极层16为铝或银的薄膜，但是其可以是铝或银薄膜上的金或铂金属层。通过首先在整个表面上堆叠n型GaN层12、InGaN有源层13和p型GaN层14，然后形成n侧电极引出区(extracting region)17，n侧电极18得以形成，从而位于n侧电极引出区17上以与n型GaN层12电连接，n型GaN层12在n侧电极引出区17处通过形成开口而露出。n侧电极层18具有Ti/Al/Pt/Au电极结构。图2是本专利技术第一实施例的主要部分的横截面视图。如图2所示，当前实施例的半导体发光器件具有将InGaN有源层13间插在作为包层的n型GaN层12和p型GaN层14之间的双异质结构(double-hetero structure)。作为用于形成欧姆接触的接触金属层的镍层15形成在p型GaN层14上，且铝或银的p侧电极层16形成在镍层15上。镍层15的厚度t被调整为不超过有源层13中产生的光的干涉长度λ。此实施例中，厚度约为10nm，但可以根据所产生的光改变，或可以根据通过例如气相沉积或电镀形成的膜的质量来改变。当光被金属表面反射时，作为具有能量的电磁波的光自金属表面进入金属至离开金属表面的所谓的干涉长度的深度。在全反射的情形中，光发生反射，同时通过声子相互作用获得同样的能量。另一方面，即使具有极薄的膜，欧姆接触可以获得。通过专利技术人的试验发现，即使镍层15极薄至1nm，也存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光器件，该器件包括顺序沉积在光学透明衬底上的第一导电类型的半导体发光层、有源层和第二导电类型的半导体层，该器件包括：形成在所述有源层上的所述第二导电类型的半导体层上的电极层；以及一接触金属层，其间插在所述电极层和所述第二导电类型的导体层之间，并且在厚度上调节得不超出所述有源层中产生的所发射的光的干涉长度。

【技术特征摘要】
JP 2001-2-21 044832/011.一种半导体发光器件，该器件包括顺序沉积在光学透明衬底上的第一导电类型的半导体发光层、有源层和第二导电类型的半导体层，该器件包括形成在所述有源层上的所述第二导电类型的半导体层上的电极层；以及一接触金属层，其间插在所述电极层和所述第二导电类型的导体层之间，并且在厚度上调节得不超出所述有源层中产生的所发射的光的干涉长度。2.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述第一导电类型的半导体层、所述有源层和所述第二导电类型的半导体层为氮化物系化合物半导体层。3.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述第一导电类型的半导体层、所述有源层和所述第二导电类型的半导体层分别是通过选择性生长形成的选择性生长层。4.如权利要求3所述的半导体发光器件，其中，所述选择性生长层生长成六边金字塔形式，且所述接触金属层和所述电极层形成在该六边金字塔的倾斜周面上。5.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述光学透明衬底是蓝宝石衬底、氮化镓衬底、玻璃衬底和透明树脂电极中的一种。6.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述接触金属层由能与所述第二导电类型的半导体层...

【专利技术属性】
技术研发人员：土居正人，奥山浩之，琵琶刚志，大畑丰治，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]