專(zhuān)利名稱(chēng)：制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，尤指一種制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的歐姆電極(ohmic electrode)的方法。
背景技術(shù)：
III-V族半導(dǎo)體材料，包含氮化鎵系列(GaN series)、砷化鎵(GaAs series)系列等化合物半導(dǎo)體材料的應(yīng)用已成為發(fā)光組件制作的研究重點(diǎn)。在這些發(fā)光組件中，通常包含有一N型導(dǎo)電型式的III-V族化合物半導(dǎo)體層以及一P型導(dǎo)電型式的III-V族化合物半導(dǎo)體層堆棧于一基板上。此外，在P型半導(dǎo)體層上方另設(shè)有一P型接觸電極，以與設(shè)于N型半導(dǎo)體層上或?qū)щ姴牧匣灞趁娴腘型接觸電極配合，用來(lái)提供電流使組件發(fā)光。
一般而言，P型接觸電極必須覆蓋于P型半導(dǎo)體層的整個(gè)表面，以提供均勻電流至P型半導(dǎo)體層，使發(fā)光組件可以產(chǎn)生均勻的光線。然而，用來(lái)制作接觸電極的金屬材料透光率并不高，若完全覆蓋住發(fā)光組件的表層，必定會(huì)對(duì)發(fā)光組件的發(fā)光效率產(chǎn)生不良影響。為了同時(shí)兼顧發(fā)光均勻性以及發(fā)光效率，目前的改善方法是在P型半導(dǎo)體層上覆蓋一透明導(dǎo)電層，然后將P型接觸電極設(shè)于透明導(dǎo)電層上，以形成歐姆電極。
由于P型半導(dǎo)體層表面具有許多缺陷，使其與透明導(dǎo)電層間的接觸電阻增加，并不易形成良好的歐姆電極。現(xiàn)有技術(shù)利用有機(jī)金屬氣相磊晶成長(zhǎng)(metalorganic vapor phaseepitaxy，MOVPE)、分子束磊晶成長(zhǎng)(molecular beam epitaxy，MBE)或氫化物氣相磊晶成長(zhǎng)(hybride vapor phase epitzxy，HVPE)等方法制作這些半導(dǎo)體層時(shí)，必須經(jīng)過(guò)一約為900-1000℃的高溫磊晶成長(zhǎng)過(guò)程，同時(shí)加入含有適當(dāng)摻質(zhì)的氣體，以于基板上形成N型或P型導(dǎo)電型式的III-V族化合物半導(dǎo)體層。
在上述制作過(guò)程中，最常遇到的問(wèn)題便是無(wú)法形成具有足夠低阻抗的P型半導(dǎo)體層?？赡艿脑蚴窃诶诰С砷L(zhǎng)的過(guò)程中，偶發(fā)性的氫結(jié)合(hydrogen incorporation)導(dǎo)致受體鈍化(acceptor passivation)，進(jìn)而使得電洞載流子濃度不足，甚至產(chǎn)生一種阻抗高達(dá)108Ω的半絕緣性材料，又稱(chēng)為I型半導(dǎo)體層。為了去除P型半導(dǎo)體層中的氫鈍化現(xiàn)象，使得具有高阻抗的I型半導(dǎo)體層可以轉(zhuǎn)化為P型半導(dǎo)體層，現(xiàn)有技術(shù)中已有人提出可以利用熱退火、電子束照射或紫外光照射等技術(shù)來(lái)活化P型半導(dǎo)體材料。
由于為了形成良好的歐姆電極，P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層必須具有很高的載流子濃度或是較低的功函數(shù)，因此一般具有可制作良好歐姆電極的P型半導(dǎo)體材料導(dǎo)電層并不容易達(dá)成。以氮化鎵系列發(fā)光組件為例，其P型半導(dǎo)體層的載流子濃度不易達(dá)5e18/cm3以上，而P型氮化銦鎵(InGaN)雖然較易達(dá)到高載流子濃度以及低功函數(shù)的要求，然而在P型半導(dǎo)體層的活化制程(例如熱退火)中，卻又容易因高溫破壞其組成結(jié)構(gòu)，使得P型氮化銦鎵層成為高阻抗層。
另外為了制作良好的歐姆電極，除了P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層要具有高濃度載流子的條件外，透明導(dǎo)電層也是一重要的部分。以ITO為例，雖然理論上ITO可作為III-N半導(dǎo)體的透明導(dǎo)電層，但在文獻(xiàn)上或其它公開(kāi)的報(bào)導(dǎo)中，如Semiconductor Science andTechnology，vol.18(4)，2003，L21-L23(1)；Solid-State Electronics，vol.47(5)，2003，849-853；Materials Science and Engineering B Vol.106(1)，2004，69-72；Solid-State Electronics，vol.47(9)，2003，1565-1568；Photonics Technology Letters，IEEE，Vol.15(5)，2003，646-648，等等文獻(xiàn)中說(shuō)明單純使用ITO作為P-GaN layer的歐姆電極，雖具95％以上的透光率，但無(wú)法形成良好的歐姆電極，均呈現(xiàn)過(guò)高的組件順向電壓。因此在ITO與P-GaN之間添加Ni或Ni/Au以形成較佳的歐姆電極，降低組件的順向電壓，但Ni或Ni/Au透光性較差，所以以Ni/ITO或Ni/Au/ITO便會(huì)使發(fā)光組件的發(fā)光效率變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制作半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，能夠有效提高P型半導(dǎo)層的載流子濃度，并且降低其與透明電極的接觸阻抗，以形成良好的歐姆電極。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取的主要技術(shù)方案是該方法包含于一基板表面形成至少一半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，此半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)包含有一第一導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層、一發(fā)光層以及一第二導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層依序設(shè)于基板表面。然后于半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)表面形成一含銦元素的電極接觸層，并且進(jìn)行一微波處理，以活化半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，最后再于電極接觸層表面形成一透明導(dǎo)電層。前述的微波制程為超低溫制程，因此本發(fā)明亦可在形成透明導(dǎo)電層后再利用微波來(lái)活化半導(dǎo)體層，并不會(huì)影響透明導(dǎo)電層的品質(zhì)。
由于本發(fā)明于半導(dǎo)體發(fā)光元件中設(shè)置含銦元素的電極接觸層以提高載流子濃度，同時(shí)又利用低溫的微波處理來(lái)活化半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，因此可以避免因高溫活化使銦元素散出或半導(dǎo)體品質(zhì)變差所導(dǎo)致的阻抗增加等問(wèn)題，進(jìn)而可以獲得良好的歐姆電極。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1至4為本發(fā)明第一實(shí)施例的方法示意圖；圖5至7為本發(fā)明第二實(shí)施例的方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1至圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法示意圖。本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件包含發(fā)光二極管、雷射二極管、光檢測(cè)器以及太陽(yáng)能電池等。如圖1所示，本發(fā)明于制作半導(dǎo)體發(fā)光元件10時(shí)先提供一基板12，例如可直接提供磊晶成長(zhǎng)的藍(lán)寶石絕緣基板，然后于基板12表面形成由第一導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層14、發(fā)光層16以及第二導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層18所形成的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，并且在半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)表面形成一具有第一導(dǎo)電型式或第二導(dǎo)電型式的含銦元素的電極接觸層20。由于含銦元素的電極接觸層20相對(duì)于其下方的半導(dǎo)體層14、18而言可以提供較窄的材料能隙，因此載流子可以被聚集在含銦元素的電極接觸層20中，達(dá)到良好歐姆電極需求的高載流子濃度。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，第一導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層14為N型摻雜化合物半導(dǎo)體層，例如N型硅摻雜氮化鎵層；發(fā)光層16為氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)多重量子井結(jié)構(gòu)；第二導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層18為P型摻雜化合物半導(dǎo)體層，例如P型鎂摻雜氮化鎵層；至于含銦元素的電極接觸層20則可為厚度不大于500埃()的N型或P型氮化銦鎵層，較佳厚度約略為20埃。然而本發(fā)明并不限定于此，其它可應(yīng)用于半導(dǎo)體發(fā)光元件的摻質(zhì)以及半導(dǎo)體材料均可適用于本發(fā)明。此外，在半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)與基板12之間可另形成一緩沖層，例如氮化鎵層，以避免半導(dǎo)體層14、18表面晶格結(jié)構(gòu)于磊晶成長(zhǎng)的高溫過(guò)程中受到破壞。
之后如圖2所示，對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光元件10進(jìn)行一微波處理，以活化P型摻雜層，包含半導(dǎo)體層18(及電極接觸層20)。微波處理為一低溫處理，操作溫度應(yīng)小于400℃，以避免銦元素散出或半導(dǎo)體品質(zhì)變差而導(dǎo)致阻抗增加。為了達(dá)到量產(chǎn)的目的，本發(fā)明亦可在微波處理之前進(jìn)行一預(yù)熱處理，將基板12預(yù)熱至一預(yù)定溫度范圍內(nèi)，使其溫度高于室溫但低于400℃，以防止P型摻雜層于后續(xù)微波處理中產(chǎn)生芯片破裂的情形。
如圖3與圖4所示，接著在電極接觸層20表面形成一透明導(dǎo)電層22，并進(jìn)行一蝕刻制程去除部分的透明導(dǎo)電層22、電極接觸層20、半導(dǎo)體層18、發(fā)光層16直至半導(dǎo)體層14表面，以于半導(dǎo)體層14表面形成一接觸電極24，在透明導(dǎo)電層22表面形成一接觸電極25。透明導(dǎo)電層22可選自金屬、金屬氧化物以及金屬氮化物所組成的群組，包含鎳、金、銀、鉻、鉑、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦、氧化鋅(ZnO)、氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、氧化錫、氧化銻錫(ATO)、氧化銻、氧化銻鋅(AZO)、氧化鎘錫(cadmium tin oxide，CTO)、氧化鎘、氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、氮化鈦鎢(TiWN)等。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，接觸電極24可由鈦/鋁等金屬形成，用來(lái)作為半導(dǎo)體發(fā)光元件10的N型接觸電極，接觸電極25可由鎳/金、鉻/金或鉑/金等金屬形成，用來(lái)作為半導(dǎo)體發(fā)光元件10的P型接觸電極。此外，當(dāng)基板12由N型半導(dǎo)體材料形成時(shí)，N型接觸電極亦可直接形成于基板12的背面，以省略前述蝕刻部分的透明導(dǎo)電層22、電極接觸層20、半導(dǎo)體層18以及發(fā)光層16等步驟。
相對(duì)于熱退火等高溫活化P型半導(dǎo)體層的方法，本發(fā)明利用超低溫的微波制程來(lái)活化P型半導(dǎo)體層，不僅可以縮短活化時(shí)間，有效降低P型半導(dǎo)體層的阻抗，同時(shí)更可以避免含銦元素的電極接觸層于活化過(guò)程中受高溫破壞，因此可使半導(dǎo)體發(fā)光元件具有高載流子濃度，以形成良好的歐姆電極。
為了避免透明導(dǎo)電層受到高溫退火制程影響其品質(zhì)，現(xiàn)有方法是在高溫活化P型半導(dǎo)體材料層后，再進(jìn)行透明導(dǎo)電層的制作。然而由于微波制程為操作溫度小于400℃的超低溫制程，因此本發(fā)明亦可在形成透明導(dǎo)電層后再利用微波來(lái)活化P型半導(dǎo)體層，并不會(huì)影響透明導(dǎo)電層的品質(zhì)。
圖5至圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例的制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法示意圖。本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件包含發(fā)光二極管、雷射二極管、光檢測(cè)器以及太陽(yáng)能電池等。如圖5所示，本發(fā)明于制作半導(dǎo)體發(fā)光元件30時(shí)先提供一基板32，例如可直接提供磊晶成長(zhǎng)的藍(lán)寶石絕緣基板，然后于基板32表面形成由第一導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層34、發(fā)光層36以及第二導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層38所形成的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，并且在半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)表面形成一具有第一導(dǎo)電型式或第二導(dǎo)電型式的含銦元素的電極接觸層40。由于含銦元素的電極接觸層40相對(duì)于其下方的半導(dǎo)體層34、38而言可以提供較窄的材料能隙，因此載流子可以被聚集在含銦元素的電極接觸層40中，達(dá)到良好歐姆電極需求的高載流子濃度。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，第一導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層34為N型摻雜化合物半導(dǎo)體層，例如N型硅摻雜氮化鎵層；發(fā)光層36為氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)多重量子井結(jié)構(gòu)；第二導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層38為P型摻雜化合物半導(dǎo)體層，例如P型鎂摻雜氮化鎵層；至于含銦元素的電極接觸層40則可為厚度不大于500埃()的N型或P型氮化銦鎵層，較佳厚度約略為20埃。然而本發(fā)明并不限定于此，其它可應(yīng)用于半導(dǎo)體發(fā)光元件的摻質(zhì)以及半導(dǎo)體材料均可適用于本發(fā)明。此外，在半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)與基板32之間可另形成一緩沖層，例如氮化鎵層，以避免半導(dǎo)體層34-38表面晶格結(jié)構(gòu)于磊晶成長(zhǎng)的高溫過(guò)程中受到破壞。
之后如圖6所示，在電極接觸層40表面形成一透明導(dǎo)電層42，并對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光元件30進(jìn)行一微波處理，以活化P型摻雜層，包含半導(dǎo)體層38(及電極接觸層40)。透明導(dǎo)電層42可選自金屬、金屬氧化物以及金屬氮化物所組成的群組，包含鎳、金、銀、鉻、鉑、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦、氧化鋅(ZnO)、氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、氧化錫、氧化銻錫(ATO)、氧化銻、氧化銻鋅(AZO)、氧化鎘錫(cadmium tin oxide，CTO)、氧化鎘、氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、氮化鈦鎢(TiWN)等。微波處理為一低溫處理，操作溫度應(yīng)小于400℃，以避免銦元素散出或半導(dǎo)體品質(zhì)變差而導(dǎo)致阻抗增加。為了達(dá)到量產(chǎn)的目的，本發(fā)明亦可在微波處理之前進(jìn)行一預(yù)熱處理，將基板32預(yù)熱至一預(yù)定溫度范圍內(nèi)，使其溫度高于室溫但低于400℃，以防止P型摻雜層于后續(xù)微波處理中產(chǎn)生破裂的情形。
如圖7所示，接著進(jìn)行一蝕刻制程去除部分的透明導(dǎo)電層42、電極接觸層40、半導(dǎo)體層38、發(fā)光層36直至半導(dǎo)體層34表面，以于半導(dǎo)體層34表面形成一接觸電極44，在透明導(dǎo)電層42表面形成一接觸電極45。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，接觸電極44可由鈦/鋁等金屬形成，用來(lái)作為半導(dǎo)體發(fā)光元件30的N型接觸電極，接觸電極45可由鎳/金、鉻/金或鉑/金等金屬形成，用來(lái)作為半導(dǎo)體發(fā)光元件30的P型接觸電極。此外，當(dāng)基板32由N型半導(dǎo)體材料形成時(shí)，N型接觸電極亦可直接形成于基板32的背面，以省略前述蝕刻部分的透明導(dǎo)電層42、電極接觸層40、半導(dǎo)體層38以及發(fā)光層36等步驟。
權(quán)利要求
1.一種制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，該方法包含有下列步驟(1)提供一基板；(2)于所述的基板表面形成至少一半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，且該半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)包含有一第一導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層、一發(fā)光層以及一第二導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層依序設(shè)于該基板表面；(3)于所述的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)表面形成一含銦元素的電極接觸層；(4)進(jìn)行一微波處理，以活化所述的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)；以及(5)于所述的電極接觸層表面形成一透明導(dǎo)電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于所述的第一導(dǎo)電型式為N型，所述的第二導(dǎo)電型式為P型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于所述的微波處理是用來(lái)活化所述的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)中的P型半導(dǎo)體層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于所述的電極接觸層由P型半導(dǎo)體材料形成，并利用所述的微波處理予以活化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于所述的透明導(dǎo)電層選自金屬、金屬氮化物以及金屬氮化物所組成的群組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于所述的微波處理的操作溫度小于400℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于所述的電極接觸層的厚度不大于500埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件包含發(fā)光二極管、雷射二極管、光檢測(cè)器或太陽(yáng)能電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于所述的步驟(4)和(5)的次序可以互換。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制作一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。該方法包含于一基板表面形成至少一半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，此半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)包含有一第一導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層、一發(fā)光層以及一第二導(dǎo)電型式半導(dǎo)體層依序設(shè)于基板表面；然后于半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)表面形成一含銦元素的電極接觸層，并且進(jìn)行一微波處理，以活化半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，最后再于電極接觸層表面形成一透明導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1601775SQ20041008583
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者蔡宗良, 張智松, 陳澤澎 申請(qǐng)人:國(guó)聯(lián)光電科技股份有限公司