專利名稱：用于p型氮化物發(fā)光裝置的超薄歐姆接觸及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，更具體地涉及具有形成于III族氮化物基外延層上的歐姆接觸的發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管和激光二極管是公知的能夠在施加足夠電壓時產(chǎn)生光的固態(tài)電子裝置。發(fā)光二極管和激光二極管通常稱為發(fā)光裝置(LED)。發(fā)光裝置通常包括形成于外延層內(nèi)的p-n結(jié)，該外延層生長在例如藍(lán)寶石、硅、碳化硅、砷化鎵等襯底上。由該LED產(chǎn)生的光的波長分布取決于形成P-n結(jié)的材料以及包含該裝置的有源區(qū)的薄外延層的結(jié)構(gòu)。通常，LED包含η型襯底、形成于該襯底上的η型外延區(qū)以及形成于η型外延區(qū)上的P型外延區(qū)。為了便于對裝置施加電壓，陽極歐姆接觸形成于該裝置的P型區(qū)(通常為暴露的P型外延層)上，陰極歐姆接觸形成于該裝置的η型區(qū)(例如襯底或者暴露的η型外延層)上。由于難以形成導(dǎo)電良好的ρ型III族氮化物材料(例如GaN、AWaN、InGa N,AlInGa N和AlInN)，p型層內(nèi)電流分布的缺乏可能成為這些材料所形成LED性能的限制因素。因此， 期望在暴露的P型層盡可能多的表面區(qū)域上形成歐姆接觸，從而引導(dǎo)電流穿過該裝置有源區(qū)盡可能大的區(qū)域。然而，提供大的陽極接觸從某些方面而言對裝置性能是有害的。通常期望從發(fā)光二極管提取盡可能多的光。由于陽極歐姆接觸通常包括金屬層，LED有源區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光會在歐姆接觸中部分地吸收，降低了該裝置的總發(fā)光效率。在一些裝置中，可能期望在暴露的P型層上形成反射金屬層，使得通常會穿過P型層從裝置逃逸的光被反射回到裝置內(nèi)，穿過襯底被提取。然而，例如鋁和銀的高反射金屬并不形成與P型氮化物材料的良好歐姆接觸。因此，通常在P型氮化物層和反射體之間提供歐姆接觸。降低歐姆接觸中的吸收成為這些裝置中關(guān)心的問題。因此，需要改善的歐姆接觸結(jié)構(gòu)以及在ρ型氮化物材料上形成歐姆接觸結(jié)構(gòu)的方法。
發(fā)明概要
根據(jù)本發(fā)明的實施方案可以提供用于P型氮化物發(fā)光裝置的超薄歐姆接觸和形成方法。根據(jù)這些實施方案，半導(dǎo)體基發(fā)光裝置(LED)可包含ρ型氮化物層和其上的金屬歐姆接觸，其中該金屬歐姆接觸平均厚度約小于25人，比接觸電阻率約小于IO-3Ohm. cm2。該金屬歐姆接觸可包括Pt。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸平均厚度約小于2 O人。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸平均厚度約為13人到18人。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸平均厚度約為15人。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸平均厚度約小于10人。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，通過對該金屬歐姆接觸的俄歇分析測量，該金屬歐姆接觸覆蓋約67%或更少的ρ型氮化物層。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸覆蓋P型氮化物層的一部分，該P型氮化物層的其余部分未被金屬歐姆接觸覆蓋。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸平均厚度約小于5人。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，通過對該金屬歐姆接觸的俄歇分析測量，該金屬歐姆接觸覆蓋約 47%或更少的ρ型氮化物層。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，在約350nm的測量波長下，該金屬歐姆接觸的標(biāo)準(zhǔn)化透射率約為92%。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸覆蓋ρ型氮化物層的一部分，該P型氮化物層的其余部分未被金屬歐姆接觸覆蓋。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸平均厚度約小于3人。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，通過對該金屬歐姆接觸的俄歇分析測量，該金屬歐姆接觸覆蓋約
或更少的P型氮化物層。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，在約350nm的測量波長下，該金屬歐姆接觸的標(biāo)準(zhǔn)化透射率約為94 %到96 %。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸平均厚度約為1人。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，通過對該金屬歐姆接觸的俄歇分析測量，該金屬歐姆接觸覆蓋約13%或更少的ρ型氮化物層。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，在約 350nm的測量波長下，該金屬歐姆接觸的標(biāo)準(zhǔn)化透射率約為大于98%。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，該金屬歐姆接觸可以為鉬、銠、氧化鋅、鈀、氧化鈀、鈦、鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉬和/或鈦/金。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中， 該LED還可包含位于金屬歐姆接觸上的焊盤。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，LED可包含ρ型氮化物層和其上的金屬歐姆接觸，其中該金屬歐姆接觸平均厚度約為1人。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，LED可包含P 型氮化物層和其上的金屬歐姆接觸。該金屬歐姆接觸平均厚度約為1人,通過對該金屬歐姆接觸的俄歇分析測量，該金屬歐姆接觸覆蓋約13%或更少的ρ型氮化物層。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，LED包含P型氮化物層和其上的金屬歐姆接觸。 該金屬歐姆接觸可具有一定的平均厚度，其在約350nm的測量波長下足以提供約大于98% 的標(biāo)準(zhǔn)化透射率。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，通過以下步驟可提供用于形成半導(dǎo)體基發(fā)光裝置(LED)的方法在η型襯底上形成ρ型氮化物層，在該ρ型氮化物層上形成金屬歐姆接觸，直至其具有約小于25Α的平均厚度和約小于10_3ohm. cm2的比接觸電阻率，以及停止形成該金屬歐姆接觸。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，形成金屬歐姆接觸可進一步包含以一定速率在P型氮化物層上以及在參考陪片(Witness slide)上沉積金屬一時間段，以提供用于金屬歐姆接觸的具有第一平均厚度的金屬層，且陪片上該金屬層的厚度指示被監(jiān)控。如果該指示高于預(yù)定指示閾值，則進一步以后續(xù)時間間隔和/或后續(xù)速率沉積金屬以增加平均厚度。如果所述指示等于或小于預(yù)定指示閾值，則停止沉積金屬。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，通過測量金屬層的透射率、薄片電阻率、電容、 反射率和/或諧振頻率，以提供對厚度指示的監(jiān)控。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，進一步沉積該金屬層，直到該指示超過預(yù)定指示閾值。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，沉積速率約為每秒0. IA到0. 5A。


圖1為示出了本發(fā)明一些實施方案的剖面視圖。圖2A和2B為具有根據(jù)本發(fā)明一些實施方案的歐姆接觸的LED管芯(dice)的頂視圖。圖3為示出了本發(fā)明另外實施方案的剖面視圖。圖4為示出了本發(fā)明方法實施方案的流程圖。圖5為在波長范圍上測量的各種厚度鉬膜的透射率的曲線圖。圖6為示出了本發(fā)明另外的方法實施方案的流程圖。圖7為示出了本發(fā)明另外的方法實施方案的流程圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明一些實施方案的膜沉積系統(tǒng)的示意圖。圖9A和9B為根據(jù)本發(fā)明一些實施方案，平均厚度約為1 O人的Pt接觸層的掃描透射電子顯微鏡(STEM)圖像。圖IOA和IOB為根據(jù)本發(fā)明一些實施方案，平均厚度約為3人的Pt接觸層的STEM 圖像。圖IlA和IlB為根據(jù)本發(fā)明一些實施方案，平均厚度約為1人的Pt接觸層的STEM 圖像。發(fā)明詳述以下參考附圖更加全面地描述本發(fā)明，其中在附圖中示出了本發(fā)明的實施方案。 本發(fā)明不應(yīng)被理解為受限于這里所示的實施方案；相反，提供這些實施方案的目的為，使本公開說明變得徹底和完整，并將全面地向本領(lǐng)域技術(shù)人員傳達本發(fā)明的范圍。相同的數(shù)字始終表示相同的元件。此外，示意性地示出了圖中所示的各個層和區(qū)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，盡管結(jié)合半導(dǎo)體晶片和劃片的芯片描述了本發(fā)明，但是這種芯片可以劃片成任意尺寸。因此， 本發(fā)明不限于附圖所示相對尺寸和間距。此外，出于圖示清楚和便于解釋，以夸大的尺寸示出了圖示的某些特征例如層厚度和特征尺寸。在此使用的術(shù)語僅出于描述具體實施方案的目的，而非旨在限制本發(fā)明。在此使用單數(shù)形式“一”和“該”還包含復(fù)數(shù)形式，除非在上下文中明確另外說明。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)在說明書中使用時，術(shù)語“包括”指明了存在所述的特征、整體、步驟、操作、元件、和/或組成，但不排除存在或添加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組成、和/或其組合。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為位于另一個元件或?qū)印吧稀?，“連接”或者“耦合”到另一個元件或?qū)訒r，該元件或?qū)涌梢灾苯游挥谠摿硪粋€元件或?qū)由希苯舆B接或耦合到另一個元件或?qū)?，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接”位于另一個元件或?qū)?“上”，“直接連接”或者“直接耦合”到另一個元件或?qū)訒r，不存在中間元件。相同的數(shù)字總是表示相同的元件。如此處所使用的，術(shù)語“和/或”包含一個或多個關(guān)聯(lián)的羅列項目的任意和所有組合。應(yīng)當(dāng)理解，盡管這里利用術(shù)語第一、第二等描述各種元件、組成、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組成、區(qū)域、層和/或部分不限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅僅是用于將一元件、組成、區(qū)域、層或部分區(qū)別于另一元件、組成、區(qū)域、層或部分。因此，接下來所說的第一元件、組成、區(qū)域、層或部分也可以稱為第二元件、組成、區(qū)域、層或部分，而不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)。此外，相對術(shù)語，例如“下部”或“底部”和“上部”或“頂部”在此可用于描述如圖所示的一個元件與另一個元件的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，相對術(shù)語旨在包含除了圖中所描述取向之外的裝置的不同取向。例如，如果圖中的裝置翻轉(zhuǎn)，描述為位于元件“下”側(cè)的其他元件于是位于該元件的“上”側(cè)。示范性術(shù)語“下部”因此可包含“下部”和“上部”兩種取向，取決于圖的具體取向。類似地，如果一個圖示中的裝置翻轉(zhuǎn)，則描述為在元件“之下”或“下方” 的其他元件于是將取向為在該元件“上方”。示范性術(shù)語“之下”或“下方”因此可包含上方和下方兩個取向。如在此涉及歐姆接觸的厚度所使用的，術(shù)語“約”是指在士 1人的容差之內(nèi)。除非另有限定，這里所用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同的意思。還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語，例如在常用字典中所定義的這些術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與相關(guān)技術(shù)和本說明書的上下文的意思一致的意思， 并不被解釋為是理想的或極度正式形式的意義，除非在這里作清楚的限定。在此參考剖面圖示描述本發(fā)明的實施方案，這些圖示為本發(fā)明理想實施方案的示意性圖示。因此，由于例如制造技術(shù)和/或容差引起的圖示形狀的改變是預(yù)料中的。因此， 本發(fā)明的實施方案不應(yīng)理解為限于此處所示的區(qū)域的具體形狀，而是包含例如由于制造引起的形狀偏差。例如，示為矩形的區(qū)域通常在其邊緣會具有圓的、彎曲的或者漸變的特征， 而不是從一個區(qū)域離散變化到下一個區(qū)域。因此，圖中所示區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，其形狀并不闡述裝置的區(qū)域的精確形狀且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。通常參考碳化硅基襯底上的氮化鎵基發(fā)光二極管描述本發(fā)明的實施方案。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，采用襯底和外延層的許多不同組合可以實施本發(fā)明的許多其他方法。例如，組合可包含GaP襯底上的AlfetInP 二極管、GaAs襯底上的InGaAs 二極管、GaAs 襯底上的AlGaAs 二極管、SiC或藍(lán)寶石(Al2O3)襯底上的SiC 二極管和/或氮化鎵、碳化硅、 氮化鋁、藍(lán)寶石、氧化鋅和/或其他襯底上的氮化物基二極管。GaN基發(fā)光裝置通常包括絕緣、半導(dǎo)體或?qū)щ娨r底，例如SiC或藍(lán)寶石，其上沉積多個GaN基外延層。該外延層包括有源區(qū)，其具有在受到激勵時發(fā)光的p-n結(jié)。盡管在此揭示的各種LED實施方案包含襯底，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其上生長了包括LED的外延層的結(jié)晶外延生長襯底可以被除去，該自支撐外延層可安裝在替代承載襯底或次貼裝臺(submoimt)上，后者可具有優(yōu)于原始襯底的熱學(xué)、電學(xué)、結(jié)構(gòu)和/或光學(xué)特性。在此描述的本發(fā)明不限于具有結(jié)晶外延生長襯底的結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合其中外延層已經(jīng)從原始生長襯底除去并鍵合到替代承載襯底的結(jié)構(gòu)使用。用于本發(fā)明實施方案的發(fā)光裝置可以是在碳化硅襯底上制造的氮化鎵基發(fā)光二極管或激光器，例如由Cree，Inc. of Durham, North Carolina所制造和銷售的裝置。例如，本發(fā)明適于使用如美國專利 6，740，906,6, 734，033,6, 664，560,6, 201，262,6, 187，606、 6，120，600,5，912，477,5，739，554,5，631，190,5，604，135,5，523，589,5，416，342, 5，393，993,5, 338，944,5, 210，051,5, 027，168,4, 966，862 和 / 或 4，918，497 所描述的 LED 和/或激光器，這些專利的揭示內(nèi)容于此引入作為參考，如同在此完全闡述了其全文一樣。其他合適的LED和/或激光器在題為〃 GROUP III NITRIDE BASED LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURES WITH A QUANTUM WELL AND SUPERLATTICE, GROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL STRUCTURES AND GROUP III NITRIDE BASED SUPERLATTICE STRUCTURES" 的美國專利申請No. 2003/0006418和于2004年7月27日提交的題為〃 GROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL LIGHT EMITTING DEVICE STRUCTURES WITH AN INDIUM CONTAINING CAPPING STRUCTURE “的美國專利申請 No. 10/899，791 (Attorney Docket No. 5308-204IP)、于 2004 年 6 月 30 日提交的題為〃 LIGHT EMITTING DEVICES HAVING CURRENT BLOCKING STRUCTURES AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICES HAVING CURRENT BLOCKING STRUCTURES “的美國專利申請 No. 10/881，814 (Attorney Docket No. 5308-457)、和 / 或 2004 年 7 月 27 日提交的題為〃 LIGHT EMITTING DEVICES HAVING A REFLECTIVE BOND PAD AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICES HAVING A REFLECTIVE BOND PAD “美國專利申請 No. 10/899, 793 (Attorney Docket No. 5308-468)中有所描述，這些專利的揭示內(nèi)容于此引入作為參考，如同在此完全闡述了其全文一樣。在本發(fā)明具體實施方案中，發(fā)光裝置可包含ρ電極，該電極提供反射層以將有源區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光往回反射穿過裝置。反射P電極和相關(guān)結(jié)構(gòu)在題為〃 LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR “的美國專利公開 No. 2003/0123164 以及題為〃 REFLECTIVE OHMIC CONTACTS FOR SILICON CARBIDE INCLUDING A LAYER CONSISTING ESSENTIALLY OF NICKEL, METHODS OF FABRICATING SAME, AND LIGHT EMITTING DEVICES INCLUDING THE SAME"的美國專利公開No. 2003/0168663中有所描述，這些專利的揭示內(nèi)容于此引入作為參考，如同在此完全闡述了其全文一樣。這里，術(shù)語“歐姆接觸”是指這樣的接觸，其中在幾乎所有的預(yù)期工作頻率下，該接觸之間的阻抗基本由關(guān)系式阻抗=V/I給出，其中V為該接觸兩側(cè)電壓，I為電流(即， 在所有工作頻率下，與該歐姆接觸相關(guān)聯(lián)的阻抗基本相同)。例如，在根據(jù)本發(fā)明一些實施方案中，歐姆接觸可以是比接觸電阻率約小于10-°3ohm. cm2，且在一些實施方案中約小于 IO-04Ohm. cm2的接觸。因此，整流的或者比接觸電阻率高的接觸，例如比接觸電阻率大于約 IO-03Ohm. cm2的接觸不是這里的術(shù)語所指的歐姆接觸?？梢允挂r底向下將LED安裝在例如金屬板、印刷電路板或引線框(所有這些在此都稱為“次貼裝臺”)的次貼裝臺上。圖1示意性示出了 LED 1，包含η型SiC襯底10和有源區(qū)12，該有源區(qū)12包括生長在該襯底上并圖案化為平臺的n-GaN基層14和ρ-GaN基層 16。金屬ρ電極18沉積在p-GaN層16上并與之電學(xué)耦合，制備引線接合連接觀連接至ρ 電極18上的焊盤20。使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂沈?qū)?dǎo)電襯底上并與該導(dǎo)電襯底電學(xué)耦合的η電極22貼附到導(dǎo)電的次貼裝臺Μ。熱固化以硬化該環(huán)氧樹脂26，由此形成用于LED芯片的穩(wěn)定的和導(dǎo)電的貼裝臺(mount)。在有源區(qū)12內(nèi)產(chǎn)生的光向上行進并從裝置出射。然而， 所產(chǎn)生的光的一部分會被歐姆P電極18吸收(有時在此稱為歐姆接觸18)。為了減小和/或最小化ρ電極18對光的吸收，根據(jù)本發(fā)明一些實施方案，該ρ電極的厚度可以減小到25人以下。本發(fā)明的一些實施方案提供了可以通過可再現(xiàn)的、可控的和可制造的方式沉積的超薄P接觸金屬。在一些實施方案中，歐姆接觸18包括鉬。歐姆接觸18可以使用其他材料。例如，歐姆接觸18可包括銠、氧化鋅、鈀、氧化鈀、鈦、鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉬和/或鈦/金。在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于25人。 在另外實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于2 O人。在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度可以為13到18人。在另外實施方案中，歐姆接觸18平均厚度可以為15A士 1人。在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于10人。在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于5人，在另外實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于3人。在再另外實施方案中，歐姆接觸 18平均厚度小于約1人。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，小于IOA的膜厚，特別是小于5 A的膜厚可代表對表面的部分或亞單層覆蓋。因此，即使所得層稱為“膜”，該膜可能僅部分覆蓋P型GaN層的表面。 此外，該P型GaN層的一些未被覆蓋部分可表征為“暴露的”，因為這些部分沒有被比金屬歐姆接觸最小平均厚度厚的膜覆蓋(例如，被暴露的部分被亞單層的金屬歐姆接觸覆蓋)。因此，本發(fā)明的一些實施方案提供了覆蓋度小于70%的接觸層。本發(fā)明的另外實施方案提供了覆蓋度小于50%的接觸層。本發(fā)明的再另外實施方案提供了覆蓋度小于 30%的接觸層。本發(fā)明的附加實施方案提供了覆蓋度小于20%的接觸層。這里，當(dāng)金屬歐姆接觸描述為“僅僅”覆蓋特定百分比的P型氮化物層(例如70%)時，應(yīng)當(dāng)理解，該ρ型氮化物層的其余部分(例如30%)未被覆蓋(即，被暴露)，或者被小于覆蓋ρ型氮化物層的金屬歐姆接觸平均厚度的該金屬歐姆接觸部分所覆蓋。此外，這些覆蓋百分比不應(yīng)解釋為包含不位于金屬歐姆接觸外部邊緣下方的P型氮化物部分(例如過大的P型氮化物層)。可以通過電子束(e-beam)蒸鍍或用于可控地形成原子級金屬薄膜的任何其他合適技術(shù)，形成根據(jù)本發(fā)明一些實施方案的歐姆接觸。例如，假設(shè)可以維持足夠的工藝控制， 則可以通過電鍍形成歐姆接觸。在電子束蒸鍍中，在真空腔中使用熔化靶區(qū)域的高強度電子束將金屬源靶加熱到蒸發(fā)點?？煽氐貙⒄舭l(fā)的金屬涂敷到置于該腔體內(nèi)的外延晶片。 R. Jaeger 所著的 INTRODUCTION TO MICROELECTRONIC FABRICATI0M2002 年第二版)第六章中描述了電子束蒸鍍和其他膜沉積方法。通過改變電子束的電流和能量，可以控制該工藝的沉積速率。在一些實施方案中， 沉積速率維持在低的速率，例如每秒0.1到0. 5人，從而維持對膜厚的充分控制。此外。通過監(jiān)控其上同時沉積了歐姆金屬膜的參考陪片的透射性能，可以在沉積期間控制膜沉積。 該參考陪片可以是藍(lán)寶石、石英、或者其上可以沉積金屬膜的任何其他光學(xué)透射材料。對金屬厚度的透射靈敏度依賴于監(jiān)控過程中使用的光波長。也就是說，在較短波長可以提高透射靈敏度。因此，在一些實施方案中，通過采用能夠發(fā)射350nm或更短波長的UV光源例如 UV分光光度計的監(jiān)控系統(tǒng)，在膜沉積期間或之后測量藍(lán)寶石參考陪片的透射性能。緩慢的沉積速率可實現(xiàn)薄層的可再現(xiàn)和可控沉積。歐姆接觸18厚度范圍為1到2 5人。對于與倒裝裝置的鉬接觸，優(yōu)選厚度為1到5人。 倒裝裝置通常包含毯狀沉積于該歐姆接觸上的附加金屬層。例如，如圖3所示，該歐姆接觸 18上存在反射體層30，以及形成金屬疊層32的阻擋、鍵合和/或粘合層。因此，電流分布可在反射體層30和/或金屬疊層32中發(fā)生。對于與非倒裝裝置的鉬接觸，優(yōu)選厚度為13 到18人，且在歐姆接觸18上形成包含金屬電流分布指(spreading finger)的焊盤?！┏练e之后，歐姆接觸18提供了“沉積的”歐姆或非整流接觸。也就是說，為了提供與P型GaN層16的準(zhǔn)理想的電接觸，不需要進一步的處理或退火。然而，在一些情況下，可能需要或者期望對歐姆接觸18退火或者執(zhí)行其他沉積后工藝，從而改善其歐姆特性 (例如降低接觸層的比接觸電阻)。在一些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法包含在襯底上形成η型外延層；在該η型外延層上形成P型外延層，從而提供裝置前驅(qū)體結(jié)構(gòu)；將該裝置前驅(qū)體結(jié)構(gòu)置于電子束蒸鍍系統(tǒng)；在該蒸鍍系統(tǒng)內(nèi)放置參考陪片；以及在該裝置前驅(qū)體結(jié)構(gòu)和該參考陪片上形成鉬層，同時監(jiān)控該參考陪片上金屬膜的透射率。在一些實施方案中，在350nm測量波長下，在參考陪片上的金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率下降到98%以下之前，停止沉積該歐姆接觸金屬層。 在其他實施方案中，在350nm測量波長下，在參考陪片上的金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率下降到 96%以下之前，停止沉積該歐姆接觸金屬層。在另外實施方案中，在350nm測量波長下，在參考陪片上的金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率下降到92%以下之前，停止沉積該歐姆接觸金屬層。如圖5所示，沉積在參考陪片上的金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率根據(jù)該膜的厚度以及測量中使用的光波長而改變。換個角度，該金屬膜的吸收率為膜厚度以及穿過該膜的光的波長的函數(shù)。從圖5的曲線圖顯而易見，為厚度的函數(shù)的吸收率的最大變化發(fā)生于短波長。例如，在:350nm波長，1人鉬膜的透射率為98到100%，而平均厚度為3A的膜的透射率為94到 96%，平均厚度為5人的膜的透射率約為92%。在更短波長，這種效應(yīng)更加顯著。因此，在一些實施方案中，通過采用能夠在350nm或更短波長發(fā)光的UV光源的監(jiān)控系統(tǒng)，在膜沉積期間監(jiān)控藍(lán)寶石參考陪片的透射性能。通過原位監(jiān)控形成于經(jīng)校準(zhǔn)參考陪片上的金屬膜的透射率，可以在該金屬膜的透射率達到預(yù)定閾值水平之前或者之后停止該沉積工藝。因此，根據(jù)本發(fā)明實施方案可以高度精確地控制極薄金屬膜的沉積。在一些實施方案中，在350nm測量波長下，在參考陪片上的該金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率下降到98%以下之前，停止沉積該歐姆接觸。在其他實施方案中，在350nm測量波長下，在參考陪片上的金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率下降到96%以下之前，停止沉積該歐姆接觸。 在另外實施方案中，在350nm測量波長下，在參考陪片上的金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率下降到 92%以下之前，停止沉積該歐姆接觸?？梢圆捎闷渌椒ūO(jiān)控所沉積的金屬膜的厚度。例如，可以測量根據(jù)膜厚而改變的該膜(或者其上沉積了該膜的材料)的其他物理、電學(xué)或光學(xué)特性，并將其與已知標(biāo)準(zhǔn)比較，從而確定膜厚。這些特性可包含但不限于該膜的薄片電阻率、電容或者反射率。在一個實施方案中，在沉積過程中監(jiān)控被涂覆了蒸鍍材料的石英晶體的諧振頻率。該晶體的諧振頻率與所沉積的膜的厚度成比例地偏移，可以提供對膜厚足夠精確的測量。見R. Jaeger所著的 INTRODUCTION TO MICROELECTRONIC FABRICATI0M2002 年第二版)第六章。為了促進電流分布，焊盤可包含跨過歐姆接觸部分延伸的一個或多個電流分布指。如圖2A和2B所示，形成于歐姆接觸18上的焊盤20可包含從焊盤20跨過歐姆接觸18 部分延伸的一個或多個電流分布指21。電流分布指21可以如圖2A所示是直的，或者可以如圖2B所示是彎曲的。其他配置也是可能的。盡管圖2A和2B所示實施方案分別包含四個指21，但是根據(jù)所期望的電流分布的數(shù)量，可以使用更多或更少的指21。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施方案的其他LED，其中該LED設(shè)計為倒裝安裝 (即，襯底朝上地安裝)。圖3示意性示出了 LED 2，其具有η型SiC襯底10和有源區(qū)12， 該有源區(qū)包括生長于襯底上并被圖案化成平臺的n-GaN基層14和ρ-GaN基層16。金屬ρ 電極18沉積在p-GaN層16上并與其電學(xué)耦合，制備與ρ電極18上的焊盤20連接的引線接合連接觀。位于導(dǎo)電襯底10上并與其電學(xué)耦合的η電極22包含焊盤20，制備與該焊盤 20連接的引線接合連接觀。在圖3的實施方案中，該LED進一步包含反射體30。在反射體 30上形成金屬疊層32，例如上面引用的美國專利No. 6，740，906中所述金屬疊層，從而提供例如阻擋、粘合和/或鍵合層。整個裝置隨后通過焊料34安裝到次貼裝臺M上。為了減小或者最小化ρ電極18的光吸收而使得更多的光可以被反射體30反射， 根據(jù)本發(fā)明，該P電極的厚度減小到25人以下。在一些實施方案中，該ρ電極包括鉬。歐姆接觸18可以使用其他材料。例如，歐姆接觸18可包括銠、氧化鋅、鈀、氧化鈀、鈦、鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉬和/或鈦/金。在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于25Ao 在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于20人。在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度為13到18人。在另外實施方案中，歐姆接觸18平均厚度約為15人。在一些實施方案中， 歐姆接觸18平均厚度小于10人。在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于5人丨在另外實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于3人。在再另外實施方案中，歐姆接觸18平均厚度約為1人。在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于10人，且覆蓋度小于約70%。在一些實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于5人，且覆蓋度小于約50 % ；在另外實施方案中，歐姆接觸18平均厚度小于3人，且覆蓋度小于約30%。在再另外實施方案中，歐姆接觸18平均厚度為約1人,且覆蓋度小于約15%。反射體30優(yōu)選厚度約大于3 O O人,且優(yōu)選地包括鋁和/或銀。圖3的實施方案可以提供改進的電流分布，因為反射體30在薄的透明歐姆接觸18的整個表面積上接觸該薄的透明歐姆接觸18。因此，電流無需像在其他實施方案中那樣水平地穿過歐姆接觸18。在本實施方案中電流分布由此可得到增強。可以使用例如美國專利6，740，906中詳細(xì)描述的其他接觸結(jié)構(gòu)。如前所述，例如Al和Ag的高反射材料與ρ型GaN形成不良?xì)W姆接觸。盡管該現(xiàn)象仍未得到全面的研究，但是認(rèn)為，在P型GaN層和銀反射體之間提供超薄鉬層會充分降低銀在界面的功函數(shù)，從而允許該反射體和P型( N之間令人滿意的歐姆接觸的形成并同時維持高水平的反射率。本發(fā)明的實施方案可以減少由于ρ接觸金屬中的吸收所致的LED內(nèi)光學(xué)損耗。 需要該P接觸金屬以形成具有最小電壓降的歐姆接觸，但是通常該接觸金屬引入光學(xué)損耗。本發(fā)明的實施方案可提供一種接觸，其具有低光學(xué)損耗、低接觸電阻以及良好的金屬-半導(dǎo)體粘合，適用于采用反射或者透明P側(cè)金屬疊層的高亮度氮化物L(fēng)ED。通過將P接觸金屬減小到極薄的層(例如，pt，l.5對25人)，可以顯著提高裝置的光輸出。例如，在 300 μ mX300 μ m芯片中獲得約10%的光輸出改善，在900 μ mX900 μ m芯片中獲得約20% 的改善。亮度水平提高可加速將固態(tài)光源引入用于通用照明以及其他專用照明用途例如汽車前燈的產(chǎn)品。圖4示出了本發(fā)明的方法實施方案。如圖4所示，方法實施方案可包含在步驟100 制造GaN基發(fā)光裝置前驅(qū)體結(jié)構(gòu)。該制造GaN基發(fā)光裝置前驅(qū)體結(jié)構(gòu)的步驟可包含，在襯底上形成η型外延層以及在該η型外延層上形成ρ型外延層。在步驟105，該方法包含將該裝置前驅(qū)體結(jié)構(gòu)和參考陪片置于例如電子束蒸鍍系統(tǒng)的金屬膜沉積系統(tǒng)內(nèi)。步驟110之后，該方法包含在該裝置前驅(qū)體結(jié)構(gòu)和參考陪片上沉積金屬膜。在步驟115中測量參考陪片上的金屬膜的透射率。如果膜透射率等于或小于預(yù)定閾值(判決框120)，該工藝停止。 否則繼續(xù)沉積金屬膜(步驟110)。在一些實施方案中，在350nm測量波長下，在參考陪片上的金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率下降到98%以下之前，停止沉積該歐姆接觸金屬。在其他實施方案中，在350nm測量波長下，在參考陪片上的金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率下降到96%以下之前，停止沉積該歐姆接觸金屬。在另外實施方案中，在350nm測量波長下，在參考陪片上的金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)化透射率下降到92%以下之前，停止沉積該歐姆接觸金屬。本發(fā)明的一些實施方案包含制造GaN基LED前驅(qū)體結(jié)構(gòu)；將前驅(qū)體結(jié)構(gòu)與例如參考陪片的測試襯底一起置入金屬膜沉積系統(tǒng)；以預(yù)定速率在該前驅(qū)體結(jié)構(gòu)和該測試襯底上沉積金屬膜預(yù)定時間；以及測量測試襯底上該膜的透射率。如果該膜的透射率小于預(yù)定閾值(表明該金屬膜太厚)，則從前驅(qū)體結(jié)構(gòu)除去該金屬膜，將前驅(qū)體置回膜沉積系統(tǒng)，并以第二預(yù)定時間和/或沉積速率在該前驅(qū)體結(jié)構(gòu)上沉積金屬膜。該過程可以重復(fù)任意次數(shù)，直到已經(jīng)沉積了可接受的厚度為止。如圖6所示，本發(fā)明的一些實施方案包含制造GaN基LED前驅(qū)體結(jié)構(gòu)的步驟(步驟200)。前驅(qū)體結(jié)構(gòu)與參考陪片或其他測試襯底一起置入膜沉積系統(tǒng)(步驟205)。隨后在該前驅(qū)體結(jié)構(gòu)和參考陪片上沉積金屬膜(步驟210)。隨后例如通過測量膜的透射率而測量參考陪片上該膜的厚度。如果該透射率小于預(yù)定閾值(表示該膜太厚)(步驟220)，則從該結(jié)構(gòu)除去該金屬膜(例如通過蝕刻)并將該前驅(qū)體結(jié)構(gòu)置回膜沉積系統(tǒng)。在圖7所示其他實施方案中，通過在該沉積系統(tǒng)內(nèi)對測試材料執(zhí)行校準(zhǔn)操作以確定該沉積步驟的恰當(dāng)時間和速率，由此可以控制膜厚。因此，本發(fā)明一些實施方案包含制造 GaN基LED前驅(qū)體結(jié)構(gòu)(步驟300)；將測試襯底置入膜沉積系統(tǒng)(步驟30 ；以預(yù)定沉積速率在該測試襯底上沉積金屬膜預(yù)定時間(步驟310)；以及測量所得膜的厚度(步驟315)。 如果該膜厚在預(yù)定的期望范圍之內(nèi)(步驟320)，則將GaN基LED前驅(qū)體結(jié)構(gòu)置入膜沉積系統(tǒng)(步驟325)，并以預(yù)定沉積速率在該前驅(qū)體結(jié)構(gòu)上沉積金屬膜預(yù)定時間(步驟330)。如果膜厚不是在預(yù)定范圍之內(nèi)，則將第二測試襯底(或者重新清理過的第一測試襯底)置入該膜沉積系統(tǒng)(步驟30 ，以第二預(yù)定時間和/或速率在第二測試襯底上沉積第二膜。在另外實施方案中，當(dāng)膜厚達到閾值水平時，該監(jiān)控系統(tǒng)可向膜沉積系統(tǒng)提供信號輸出。該膜沉積系統(tǒng)響應(yīng)于來自監(jiān)控系統(tǒng)的信號輸出而停止沉積工藝，從而提供對沉積工藝的自動閉合回路控制。圖8為根據(jù)本發(fā)明實施方案的膜沉積系統(tǒng)50的示意性圖示。系統(tǒng)50包含真空腔52，其中晶片載體M安裝在該腔內(nèi)。其上將沉積金屬膜的晶片56與參考陪片或測試結(jié)構(gòu)70 —起安裝在該晶片載體M上。真空泵系統(tǒng)58耦合到真空腔52，用于向外抽吸腔內(nèi)氣體。真空泵系統(tǒng)58可包括多個泵和量具(未示出)，以將真空腔52內(nèi)部的壓力降低到小于10_3Pa。真空腔內(nèi)的電子束發(fā)生器60以預(yù)定能量產(chǎn)生電子束，并將該電子束導(dǎo)向源靶64。 由電子束控制器62控制電子束發(fā)生器60。當(dāng)電子束發(fā)生器60產(chǎn)生的電子束轟擊源靶64 時，源材料從源靶64蒸發(fā)并再沉積于晶片56和參考陪片70上。通過監(jiān)控參考陪片的物理、 電學(xué)或光學(xué)特性，可以測量這些根據(jù)膜厚變化的特性并將其與已知標(biāo)準(zhǔn)比較以確定膜厚， 安裝在真空腔內(nèi)部或外部的傳感器66測量所沉積的膜的厚度。如前所述，這種特性可包含透射率、反射率、傳導(dǎo)率、諧振頻率或其他特性。傳感器66受傳感器控制器68 (實際應(yīng)用中可能與電子束控制器62相同)控制。當(dāng)傳感器66探測到所沉積膜厚度已經(jīng)到達預(yù)定閾值， 該監(jiān)控系統(tǒng)可向電子束控制器62提供信號輸出，使電子束控制器停止該沉積工藝。因此， 根據(jù)本發(fā)明實施方案的系統(tǒng)50提供了對沉積工藝的自動閉合回路控制。如前所述制造厚度為25A、10A. 3A和IA的接觸層。接觸層為Pt。假設(shè)25A 層為連續(xù)Pt層。獲得10A、3A和IA層的STEM圖像。STEM圖像示于圖9A、10A和11A。 STEM圖像表明從10 A (圖9A)(覆蓋度>> 5O % ) IlJlA (圖11A)(覆蓋度<< 50% )Pt 數(shù)量的顯著變化。在對Pt數(shù)量進行定量的嘗試中，對STEM圖像應(yīng)用了一種閾值技術(shù)，該技術(shù)除去灰度級，使得高于特定數(shù)值的像素值被指定為純白(Pt)，小于特定數(shù)值的像素值被指定為純黑。經(jīng)過閾值化之后的圖像見圖9B、10B和11B。盡管閾值數(shù)值的選擇是主觀的， 將閾值化圖像與原始圖像比較，這種擬合看來是一致的。通過計算黑(無Pt)與白(Pt)的比率，可以獲得覆蓋度的指示。下表1示出了圖9B、IOB和IlB中STEM圖像的分析。表1. STEM 分析
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體基發(fā)光裝置的方法，包括 在η型襯底上形成ρ型氮化物層；在所述P型氮化物層上形成金屬歐姆接觸，通過對所述金屬歐姆接觸的俄歇分析測量，所述金屬歐姆接觸覆蓋小于100%的所述ρ型氮化物層；以及停止形成所述金屬歐姆接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成金屬歐姆接觸進一步包括以一定速率在所述P型氮化物層上和參考陪片上沉積金屬一時間間隔，以提供用于所述金屬歐姆接觸的具有第一平均厚度的金屬層； 監(jiān)控所述參考陪片上所述金屬層厚度的指示；如果所述指示高于預(yù)定指示閾值，則進一步以后續(xù)時間間隔和/或后續(xù)速率沉積金屬以增加平均厚度；以及如果所述指示等于或小于預(yù)定指示閾值，則停止沉積金屬。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中監(jiān)控所述參考陪片上的所述金屬層的厚度指示包括測量所述金屬層的透射率、薄片電阻率、電容、反射率和/或諧振頻率。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在350nm的測量波長下，92%的透射率表示該厚度包括小于5人的平均厚度； 在350nm的測量波長下，94%到96%的透射率表示該厚度包括小于3人的平均厚度；以及在350nm的測量波長下，大于98%的透射率表示該厚度包括1人的平均厚度。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中進一步沉積金屬包括繼續(xù)沉積金屬直到所述指示超過預(yù)定指示閾值。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述速率為每秒0.IA到0. 5人。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成金屬歐姆接觸進一步包括以一定速率在所述P型氮化物層上和參考陪片上沉積金屬一時間間隔，以提供用于所述金屬歐姆接觸的具有第一平均厚度的金屬層； 監(jiān)控所述參考陪片上所述金屬層厚度的指示； 如果所述指示等于或高于預(yù)定指示閾值，則停止沉積金屬；以及如果所述指示小于預(yù)定指示閾值，則從所述P型氮化物層和參考陪片除去所述金屬層，并以后續(xù)時間間隔和/或后續(xù)速率在所述P型氮化物層和參考陪片上進一步沉積金屬。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括在除去之后，調(diào)整金屬后續(xù)再沉積的后續(xù)時間間隔和/或后續(xù)速率，直到形成所述金屬層，使得相關(guān)指示等于或高于所述預(yù)定指示閾值。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成金屬歐姆接觸進一步包括以一定速率在第一測試襯底上沉積金屬一時間間隔，以提供第一金屬層； 監(jiān)控所述第一金屬層的厚度指示；如果所述指示落在所述金屬歐姆接觸的厚度容差范圍以內(nèi)，則以所述速率在所述P型氮化物層上沉積金屬所述時間間隔，以提供具有所述平均厚度的金屬歐姆接觸；如果所述指示不在所述厚度容差范圍之內(nèi)，則以第二時間間隔和/或第二速率在第二測試襯底上沉積金屬，以提供第二金屬層； 監(jiān)控所述第二金屬層的厚度指示；和如果所述第二金屬層的厚度指示落在所述厚度容差范圍以內(nèi)，則以第二時間間隔和/ 或第二速率在所述P型氮化物層上沉積金屬，以提供具有所述平均厚度的金屬歐姆接觸。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，所述方法進一步包括以所述速率繼續(xù)沉積金屬不同的時間間隔，并監(jiān)控所形成的金屬層的厚度以確定形成落在所述厚度容差范圍之內(nèi)的所述金屬層的足夠的時間間隔。
全文摘要
一種半導(dǎo)體基發(fā)光裝置(LED)，可包含p型氮化物層和該p型氮化物層上的金屬歐姆接觸。該金屬歐姆接觸平均厚度約小于比接觸電阻率約小于10-3ohm·cm2。
文檔編號H01L33/42GK102324452SQ20111027670
公開日2012年1月18日 申請日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月27日
發(fā)明者D·埃默森, J·伊貝特森, J·巴拉坦, K·哈貝雷恩, M·伯格曼, M·拉費托, T·李 申請人:克里公司