[發明專利]基于第Ⅲ族氮化物的化合物半導體發光器件

無效

• 申請號: 200810097730.2
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101339969A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 守山實希;五所野尾浩一;一杉太郎;長谷川哲也
• 申請（專利權）人: 豐田合成株式會社;財團法人神奈川科學技術研究院
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 蔡勝有;劉繼富

技術領域

本發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導體發光器件。當在本文使用時，“基于第III族氮化物的化合物半導體”包括由式Al_xGa_yIn_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示的半導體；這種半導體包含預定的元素以獲得例如n-型/p-型導電性；并且在這種半導體中，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。

背景技術

通常，基于第III族氮化物的化合物半導體發光器件采用折射率高達約2.5的基于第III族氮化物的化合物半導體。因此，在這樣的器件中，光的全反射可能在由第III族氮化物化合物半導體制成的層(例如，GaN層)與由不同于第III族氮化物化合物半導體并表現出低折射率的材料制成的電極層、保護層或絕緣層之間的界面發生，導致由發光層至外部的光的提取性能低。已經采取了對策。例如，日本專利申請公開(kokai)No.2000-196152和2006-294907公開一種半導體發光器件，其中利用表面上具有浮凸(embossment)的透明電極覆蓋最上層(p-GaN層)。在該器件中，通過在其上沒有形成墊電極的區域處的透明電極的浮凸表面，光被提取而沒有全反射。

同時，本發明人先前報道了一種賦予氧化鈦(TiO₂)導電性的技術(見WO?2006/073189)。

發明內容

本發明人已經發現當在獲得良好電導率的范圍內加入雜質(例如，鈮(Nb)或鉭(Ta))以賦予氧化鈦(TiO₂)導電性時，可成功地調整氧化鈦的折射率。基于這個發現完成了本發明。

在本發明的第一方面中，提供具有透明電極的基于第III族氮化物的化合物半導體發光器件，其中所述透明電極包含用至少一種選自以下物質摻雜的氧化鈦：鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、砷(As)、銻(Sb)、鋁(Al)和鎢(W)，摻雜的摩爾比為相對于鈦(Ti)的1～10％，所述透明電極在其至少一部分上具有浮凸。

在本發明的第二方面中，透明電極包含選自氧化鈦鈮和氧化鈦鉭中的至少一種，其中鈮(Nb)和鉭(Ta)對鈦(Ti)的摩爾比分別為3～10％。

在本發明的第三方面中，發光器件包括基于第III族氮化物的化合物半導體接觸層，并且在透明電極和接觸層之間沒有由不同于接觸層和透明電極的材料制成的層。

在本發明的第四方面中，透明電極與接觸層接觸，和透明電極和接觸層的折射率之比為0.98～1.02。

在本發明的第五方面中，發光器件包括基于第III族氮化物的化合物半導體接觸層，并且在透明電極與由基于第III族氮化物的化合物半導體制成的接觸層之間僅有透明的導電層，該導電層由不同于接觸層和透明電極的材料制成，并且其厚度為透明導電層中發射光的波長的四分之一或更小。該透明導電層不限于單層，而是包含總厚度為100nm或更小的多層膜。當用于本文中時，術語“透明電極(或層)”指的是至少相對于由本發明發光器件發出的光基本上是透明的。

在本發明的第六方面中，透明電極為p-電極。在本發明的第七方面中，透明電極為n-電極。

當用雜質如鈮(Nb)或鉭(Ta)摻雜氧化鈦(TiO₂)時，摻雜的氧化物的電阻率顯著降低。根據本發明人的新發現，當以1～10mol％的量的鈮(Nb)或鉭(Ta)替代氧化鈦(TiO₂)中的鈦(Ti)時，摻雜的氧化物的折射率(對于360～600nm的光)變得和氮化鎵的電阻率幾乎相同。圖5是顯示當鉭的組成比例x由0.01變化至0.2(六個值)時，氧化鈦鉭(Ti_1-xTa_xO₂)的折射率相對于400～800nm的光的變化圖。當將另一種雜質(例如，鈮(Nb))加入氧化鈦時，獲得類似的結果。同時，根據例如由Isamu?Akasaki，Baifukan?Co.，Ltd.，編撰的Advanced?Electronics?SeriesI-21，“Group?III?Nitride?Semiconductor”，第57頁，圖3.12，GaN在370nm的波長下折射率為約2.74，在400nm下為約2.57，在500nm下為約2.45，或在600nm下為約2.40。