[发明专利]氮化镓系Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体器件及其制造方法

说明书

本申请是申请号为94106935.4、发明名称为“具有欧姆电极的氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件及其制造方法”、申请日为94年4月28日的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及具有欧姆电极的氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件及其制造方法。

近年来，采用GaN、GaAlN、InGaN、InAlGaN等氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的发光器件备受关注。这类发光器件通常具有在衬底上将n型氮化镓系化合物半导体层与掺p型掺杂剂的氮化镓系化合物半导体层叠层的结构。

已往，掺p型掺杂剂的氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层仍是高阻i型，因而，已有的器件就是所谓的MIS结构。最近，将高阻i型层转化为低阻p型层的技术，例如已被特开平2-257676号、特开平3-218325号以及特开平5-183189号所揭示，由此可以制造出p-n结型氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体发光器件。

但是，为了实现此类p-n结型氮化镓化合物半导体器件，在p型层和/或n型层上形成与之接触的电极方面尚存在各种问题。

现在，因受制造方面的制约，在p-n结型氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体发光器件化合物半导体层内的最上层具有p型化合物半导体层。另外，作为此类器件的衬底，一般使用透明的蓝宝石衬底。与其它半导体发光器件中使用的GaAs、GaAlP等半导体衬底不同，因蓝宝石是绝缘的，为给化合物半导体层施加预定的电流使器件执行其发光机能，不能把电极直接固定在衬底本身上。p电极和n电极必须各自与p型化合物半导体层和n型化合物导体层形成直接接触。为保证向整个p型化合物半导体层施加均匀电流，以便得到来自器件的均匀发光，须将p型层基本上全面覆盖地形成p电极。但是，因为已有p电极是不透光的，为避免所发的光被p型电极衰减，外部量子效率变坏，不能从与形成p型化合物半导体层和n型化合物半导体层的衬底相反的一侧观察已有发光器件的发光。

但是，对于此类已有化合物半导体发光器件固定在引线架上的情况，为使未形成化合物半导体层的衬底面朝上，必须将p电极和n电极朝下安装于2个引线架上。即，必须将一个半导体芯片横跨安装于2个引线架上。此时，为了避免p型化合物半导体层与n型化合物半导体层的电短路，必须确保2个引线架有一定间隔，自然而然地不得不把半导体的一个芯片尺寸加大到1mm²以上。因而，以已有的器件结构而论，由一枚晶片所得到的芯片数目必然减少。另外，2个引线架还需要非常精密的位置配合，并需要氮化镓系化合物半导体的精细的腐蚀技术。

其次，就n电极而论，如上所述，为实现p-n结型氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体发光器件，是最近提出的课题。在已有的MIS型结构的发光器件中，因为关键是利用电极与高阻的i型层的肖特基势垒，几乎未对n电极给予关注。

作为已有MIS构造的氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体发光器件的n电极材料，例如已被特开昭55-9442号披露的铝或铝合金。另外也往往使用铟。由此可见，不管用铝或铟均难以得到与n型氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层十分满意的欧姆接触，还有，发觉由于退火使电极变质而容易失去导电性。

总而言之，已往尚没有达到与氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层十分满意的欧姆接触的电极材料。

因而，本发明之目的在于提供一种设有与氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层形成欧姆接触电极的氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体发光器件及其制造方法。

本发明的氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件包括：

一具有第1及第2主面的衬底、在该衬底上形成的含n型氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层及p型氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层的半导体叠层结构、连接该n型半导体层形成的含钛及铝或金的第1电极、以及紧接该p型半导体层形成的含金属材料的透光性第2电极。

本发明的氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件的制造方法包括下列步骤：提供具有第1及第2主面的衬底、及在该衬底第1主面上形成的具有包含n型氮化镓系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层和p型氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层的半导体叠层结构之氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体发光器件；连接该p型半导体层形成金属材料层；以及为该金属材料提供退火，在使该金属材料层变成透光性之同时使之与p型半导体层形成欧姆接触、以此提供与该第2半导体层直接接触的透明欧姆电极。

图1是表示将本发明的第一实施方案的发光器件安装在引线架上的状态示意断面图；

图2是表示本发明的p电极的电流-电压特性曲线图(图中X轴的1刻度为0.5V,Y轴的1刻度为0.2mA)；