專利名稱：氮化鎵基化合物半導(dǎo)體器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有在p型氮化鎵(GaN)基化合物半導(dǎo)體層上形成的透光電極和電極焊盤的器件。
在普通的化合物半導(dǎo)體中，由于僅僅依靠淀積金屬不能獲得歐姆接觸，所以通過在半導(dǎo)體表面淀積金屬和加熱金屬、以將其轉(zhuǎn)換為合金并使金屬擴(kuò)散進(jìn)半導(dǎo)體中來獲得歐姆接觸。
即使當(dāng)p型GaN基化合物半導(dǎo)體經(jīng)受降低電阻的處理，例如用電子束照射，但這樣處理的半導(dǎo)體仍有比n型GaN基化合物半導(dǎo)體高的電阻率。因此，在這類p型GaN基化合物半導(dǎo)體中，p型層在橫向方向上幾乎沒有電流流過，僅在電極正下方的那一部分發(fā)光。
在這些情況下，已推薦有透光特性和歐姆特性的電流擴(kuò)散電極，淀積各層的厚度為幾十埃的鎳(Ni)層和金(Au)層，并加熱金屬層形成該電流擴(kuò)散電極(參見日本特開平6-314822)。
可是，淀積各自厚度為幾十埃的鎳(Ni)和金(Au)并加熱金屬來形成的電極會產(chǎn)生這樣的問題，即發(fā)光圖形質(zhì)量隨時間變長而劣化，導(dǎo)致驅(qū)動電壓增加。不過，該電極在初始階段有令人滿意的光學(xué)特性和電特性。
質(zhì)量劣化的原因如下所述。由于淀積的鎳(Ni)和金(Au)層過薄，所以在加熱期間，部分鎳(Ni)被金(Au)取代，使暴露在電極表面的鎳(Ni)氧化，形成NiO。當(dāng)使電流在此狀態(tài)下流過電極時，NiO就與氣氛中存在的水的OH基反應(yīng)，形成由NiOOH構(gòu)成的物質(zhì)，如下列式(1)所示。由于NiOOH與金(Au)和GaN基化合物半導(dǎo)體有較差的侵潤性，使NiOOH凝結(jié)。結(jié)果，發(fā)光圖形質(zhì)量就隨經(jīng)過時間和電極接觸電阻的增加而劣化。因此，采用推薦電極的現(xiàn)有技術(shù)的器件在光學(xué)和電特性上不佳。
(1)再有，由于這種電流擴(kuò)散電極較薄，因而在其上形成由Ni/Au成Au制成的用于焊接的電極焊盤。
但是，上述常規(guī)技術(shù)的器件在電極焊盤和電流擴(kuò)散電極之間沒有足夠的粘附力。因此，如果在其上形成電極焊盤的電流擴(kuò)散電極的表面被沾污的情況下，就會出現(xiàn)這樣的問題，即最終得到的器件存在諸如電極焊盤剝落和較差的發(fā)光圖形的問題。此外，即使電極焊盤對于電流擴(kuò)散電極有令人滿意的粘附力，但卻不能直接觀察出現(xiàn)在粘接焊盤形狀中的發(fā)光，不可避免的導(dǎo)致發(fā)光損失。
再有，還存在如下的另一問題。
在普通的GaN基化合物半導(dǎo)體中，僅通過摻入一種p型雜質(zhì)不能獲得低電阻率的p型導(dǎo)電性。因此，建議用電子束照射摻雜的半導(dǎo)體使摻有p型雜質(zhì)的GaN基化合物半導(dǎo)體有p型低電阻(參見日本特開平2-257679)，或把摻雜的半導(dǎo)體進(jìn)行加熱退火來提供p型低電阻(參見日本特開平5-183189)。還有進(jìn)行加熱退火，在為形成電極而合金化的同時提供p型低電阻的建議(參見日本特開平8-51235)。
可是，在采用日本特開平5-183189中披露的加熱退火方法中，為了獲得飽和的低電阻率，應(yīng)該在不低于700℃的溫度下進(jìn)行熱處理。盡管這種半導(dǎo)體一般采用鋁作為主要的電極材料，但為了電極合金化，使用不低于700℃的溫度，這會產(chǎn)生諸如因鋁熔化引起的形成鋁球、損傷表面形態(tài)、增加電極的接觸電阻和引線鍵合故障等問題。
因此，應(yīng)該在相對較低的500至600℃的溫度下進(jìn)行用于電極合金化的熱處理?？墒牵瑧?yīng)該指出，在500至600℃的溫度下進(jìn)行用于提供p型低電阻率的熱處理不能產(chǎn)生足夠低的電阻率。因此，必須以分開的步驟分別進(jìn)行用于提供p型低電阻的熱處理和用于電極合金化的熱處理。
另一方面，日本特開平8-51235中披露了通過在400至800℃的溫度下進(jìn)行熱處理，在電極合金化的同時進(jìn)行提供p型低電阻的建議。但是，這種方法有如下問題。在獲得令人滿意的電極合金的較低溫度范圍內(nèi)，提供的p型低電阻不充分。在適合充分提供p型低電阻的高溫區(qū)，不能令人滿意地進(jìn)行電極合金化，導(dǎo)致接觸電阻增加和不良的歐姆特性。
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供有透光特性和歐姆特性、在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定的發(fā)光圖形和穩(wěn)定驅(qū)動電壓的GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，并提供制造該器件的方法。
本發(fā)明的另一目的在于通過熱處理對GaN基化合物半導(dǎo)體提供p型低電阻，以便能夠采用較低的溫度處理實現(xiàn)飽和低電阻率值。
本發(fā)明的再一目的在于即使以同一步驟進(jìn)行用于提供p型低電阻和用于電極合金的熱處理，也能在較低溫度下實現(xiàn)提供p型低電阻，從而充分提供p型低電阻和獲得低接觸電阻和令人滿意的歐姆特性的電極。
本發(fā)明的再一目的在于改善電極焊盤和電流擴(kuò)散電極之間的粘附力，從而防止電極焊盤的剝落，同時在焊盤下形成高電阻率區(qū)，以便電流流入電流擴(kuò)散電極，有選擇地穿過除焊盤以下的區(qū)域，從而減少焊盤下的光發(fā)射，獲得光發(fā)射的有效利用。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的發(fā)光器件，可避免上述問題。該發(fā)光器件有在其上形成電極的p型GaN基化合物半導(dǎo)體層，該電極把光傳輸給半導(dǎo)體層，且由鈷(Co)合金、鈀(Pd)或鈀(Pd)合金構(gòu)成。由于構(gòu)成電極的元素對氧化不敏感，不僅使電極可防止隨時間因電極氧化引起的發(fā)光圖形變化，從而在較長時間段內(nèi)提供穩(wěn)定的發(fā)光圖形，而且該電極能夠降低接觸電阻，從而在較長時間段內(nèi)提供穩(wěn)定的驅(qū)動電壓。此外，由于鈷(Co)和鈀(Pd)都是具有較大功函數(shù)的元素，所以能夠獲得令人滿意的歐姆特性。
包括鈷(Co)合金的金屬層可這樣形成，即由從構(gòu)成兩層結(jié)構(gòu)的組合中選出一個部分構(gòu)成，兩層結(jié)構(gòu)包括由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上由金(Au)構(gòu)成的第二金屬層，或由金(Au)構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上由鈷(Co)構(gòu)成的第二金屬層，通過熱處理合金化成一個部分的由鈷(Co)和金(Au)構(gòu)成的合金層。這種金屬層擺脫了單獨(dú)由鈷(Co)構(gòu)成的電極中的問題，即由于鈷(Co)對氧化的敏感性造成發(fā)光圖形隨經(jīng)過的時間變化的問題。尤其是通過加熱包括由鈷(Co)構(gòu)成層和由金(Au)構(gòu)成層這種兩層結(jié)構(gòu)形成的電極或通過加熱帶有金(Au)和鈷(Co)的合金層形成的電極，防止了鈷(Co)氧化，降低了接觸電阻，能夠在較長時間內(nèi)有穩(wěn)定的發(fā)光圖形和良好的光傳輸特性。
降低了接觸電阻、能夠在較長時間內(nèi)有穩(wěn)定的發(fā)光圖形和良好透光特性的電極也可這樣獲得即能通過熱處理而合金化三層結(jié)構(gòu)來獲得，該三層結(jié)構(gòu)從包括由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層、在第一金屬層上由II族元素構(gòu)成的第二金屬層、和在第二金屬層上由(Au)構(gòu)成的第三金屬層；或通過熱處理而合金化兩層結(jié)構(gòu)獲得，該兩層結(jié)構(gòu)包括由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層、形成在第一金屬層上鉑(Pt)與鈀(Pd)合金構(gòu)成的第二金屬層。II族元素的實例包括鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鋅(Zn)和鎘(Cd)。
通過熱處理兩層結(jié)構(gòu)使其合金化，可以形成包括鈀(Pd)合金的金屬層，該兩層結(jié)構(gòu)或者是包括由鈀(Pd)構(gòu)成的第一金屬層和形成在第一金屬層上由(Au)構(gòu)成的第二金屬層的兩層結(jié)構(gòu)，或者是包括由金(Au)構(gòu)成的第一金屬層和形成在第一金屬層上由鈀(Pd)構(gòu)成的第二金屬層的兩層結(jié)構(gòu)。因此，可獲得降低的接觸電阻、能夠在較長時間內(nèi)有穩(wěn)定的發(fā)光圖形和良好透光特性的電極。
也可以通過熱處理來合金化由鉑(Pt)與鈀(Pd)合金構(gòu)成的層獲得降低接觸電阻、能夠在較長時間內(nèi)有穩(wěn)定的發(fā)光圖形和良好透光特性的電極。
通過溫度為400至700℃的熱處理，金屬層可形成在p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上。形成的金屬層是令人滿意的合金層。因此，能夠得到有穩(wěn)定光發(fā)射特性和穩(wěn)定電特性的電極。
可以在低真空條件下進(jìn)行熱處理形成具有降低接觸電阻的金屬層。這里使用的術(shù)語“低真空條件”是指10乇或更低的壓力。
在不降低發(fā)光圖形質(zhì)量的情況下，可通過熱處理，即通過在至少由氧(O2)組成或包含氧(O)的氣氛中進(jìn)行熱處理，或通過在惰性氣體氣氛中進(jìn)行熱處理來形成具有降低接觸電阻的金屬層。這里使用的術(shù)語“由氧(O2)組成的氣氛”包括100％氧(O2)。術(shù)語“包含氧(O)的氣氛”是指CO、CO2等。本發(fā)明考慮的惰性氣體的實例包括氮(N2)、氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)和氪(Kr)。
再有，按照本發(fā)明第二方面的制作本發(fā)明的p型GaN基化合物半導(dǎo)體的方法，可避免上述問題。制作p型GaN基化合物半導(dǎo)體的這種方法包括把摻有p型雜質(zhì)GaN基化合物半導(dǎo)體在至少包含氧的氣體中熱處理。
再有，按照本發(fā)明的第三方面，通過制作帶有p型GaN基化合物半導(dǎo)體層和電極的p型GaN基化合物半導(dǎo)體的方法，可避免上述問題。制作帶有p型GaN基化合物半導(dǎo)體層和電極的p型GaN基化合物半導(dǎo)體的方法包括形成摻有p型雜質(zhì)的GaN基化合物半導(dǎo)體；在GaN基化合物半導(dǎo)體層上形成電極；和把帶有在其上形成的電極的GaN基化合物半導(dǎo)體層在至少包含氧的氣體中熱處理。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第四方面，通過制作帶有p型GaN基化合物半導(dǎo)體層、n型GaN基化合物半導(dǎo)體層、和分別用于這些層的兩個電極的GaN基化合物半導(dǎo)體的方法，可避免上述問題。制作帶有p型GaN基化合物半導(dǎo)體層、n型GaN基化合物半導(dǎo)體層和分別用于這些層的兩個電極的GaN基化合物半導(dǎo)體的方法包括在摻有p型雜質(zhì)的GaN基化合物半導(dǎo)體層上形成第一電極；在摻有n型雜質(zhì)的GaN基化合物半導(dǎo)體層上形成第二電極；和把所形成的結(jié)構(gòu)在至少含有氧的氣體中熱處理。
術(shù)語“GaN基化合物半導(dǎo)體”是指以GaN為基體、并包含一種或多種III族元素、比如In和Al、通過它把其中鎵的部分替換的化合物。GaN基化合物半導(dǎo)體的一個例子是由通用公式(AlxGa1-x)yIn1-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)表示的四元素化合物。
按照本發(fā)明，在各工序中使用的含氧氣體是至少可從O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2和H2O中選擇的一種氣體，或包含兩種或多種該氣體的混合氣體。含氧氣體也可以是至少包含O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2和H2O的其中之一與一種或多種惰性氣體的混合氣體，或是包含O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2和H2O的兩種或多種混合氣體與一種或多種惰性氣體的混合氣體。簡單地說，含氧的氣體是指包含氧原子的氣體或分子包含氧原子中的氣體。
只要在熱處理的溫度下GaN基化合物半導(dǎo)體不被分解，就不必具體限定熱處理中進(jìn)行的氣氛壓力。在單獨(dú)使用O2氣體作為含氧氣體的情況下，該氣體可按大于GaN基化合物半導(dǎo)體的分解壓力引入。在使用混合有惰性氣體的O2的情況下，整個混合氣體的壓力可按大于GaN基化合物半導(dǎo)體分解壓力的值調(diào)整。在這種情況下，根據(jù)整個混合氣體，O2氣體比例不小于10-6就足夠了。簡單地說，由于后面將說明原因，所以極少量的氧就足以作為含氧氣體了。從實現(xiàn)p型低電阻和電極合金的觀點說，在含氧氣體量上沒有特定的上限。只要生產(chǎn)上可能，可采用任意高的壓力。
熱處理溫度的最佳范圍是500至600℃。如下所述，在溫度不低于500℃下可獲得具有完全飽和電阻率的p型GaN基化合物半導(dǎo)體。在溫度不高于600℃時，可使電極的合金處理令人滿意。
優(yōu)選的溫度范圍是450至650℃、400至600℃和400至700℃。溫度越低，p型電阻率就越高。溫度越高，電極特性就越差，晶體的熱退化的可能性就越大。
第一電極最好包括由鈷(Co)合金、鈀(Pd)或鈀(Pd)合金構(gòu)成的金屬層，并有透光特性和歐姆特性。通過熱處理進(jìn)行相同的合金，由包括鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上形成金(Au)構(gòu)成的第二金屬層組成的兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層、或是由包括金(Au)構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上形成的鈷(Co)構(gòu)成的第二金屬層組成的兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層、或是由金(Au)與鈷(Co)的合金層來形成包括鈷(Co)合金的這種金屬層?；蛘?，通過熱處理進(jìn)行三層結(jié)構(gòu)的合金，由包括鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層、在第一金屬層上形成的II族元素構(gòu)成的第二金屬層和在第二金屬層上形成的金(Au)構(gòu)成的第三金屬層組成的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成來形成包括鈷(Co)合金的金屬層。通過熱處理進(jìn)行兩層結(jié)構(gòu)的合金，包括鈀(Pd)合金的金屬層是由包括鈀(Pd)構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上形成的金(Au)構(gòu)成的第二金屬層組成的兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層、或是由包括金(Au)構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上形成的鈀(Pd)構(gòu)成的第二金屬層組成的兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層。
第一電極可以是利用合金化、通過熱處理、包括由鎳(Ni)構(gòu)成的第一金屬層和在其上形成的由金(Au)構(gòu)成的第二金屬層的兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層。
應(yīng)根據(jù)與p型GaN基化合物半導(dǎo)體的接觸電阻、發(fā)光圖形、時間變化特性、連接強(qiáng)度和歐姆特性來選擇第一電極的上述材料，以產(chǎn)生令人滿意的特性。
第二電極最好由鋁(Al)或鋁合金組成。這些電極材料應(yīng)根據(jù)它與n型GaN基化合物半導(dǎo)體的接觸電阻和歐姆特性來選擇。
在本發(fā)明第二方面的方法中，把含氧氣體作為熱處理的環(huán)境氣體。因此，可以采用較低的溫度來獲得具有p型低電阻的GaN基化合物半導(dǎo)體。如下所述，采用不低于500℃的溫度會導(dǎo)致低飽和值的電阻率。在400℃左右時，電阻率開始降低。在450℃時，電阻率大約是400℃時的一半左右。
在根據(jù)本發(fā)明第三和第四方面的方法中，在如上所述的較低溫度下可獲得適合實際使用的低飽和電阻率。因此，可用相同的步驟進(jìn)行提供p型低電阻的熱處理和電極合金化的熱處理。結(jié)果，可簡化器件生產(chǎn)的工序。此外，由于可在低溫下進(jìn)行熱處理，可緩和器件的熱退化。
依據(jù)在含氧氣體中的熱處理在較低溫度下提供低電阻方面的有效事實，本發(fā)明者們提出下列解釋。僅靠摻有p型雜質(zhì)雜質(zhì)、比如鎂，不能制成具有p型低電阻的GaN基化合物半導(dǎo)體。這是因為p型雜質(zhì)的原子與氫原子鍵合，因而沒有作為受主的功能。因此，可以認(rèn)為，根據(jù)與p型雜質(zhì)原子鍵合的氫原子的去除，雜質(zhì)起到受主的作用。當(dāng)用含氧氣體進(jìn)行熱處理時，就可認(rèn)為通過氧進(jìn)行催化使雜質(zhì)原子與氫原子分離。結(jié)果，在較低的溫度下可獲得具有降低電阻率的半導(dǎo)體器件。
再有，根據(jù)本發(fā)明第五方面，帶有p型GaN基化合物半導(dǎo)體的GaN基化合物半導(dǎo)體器件可避免上述問題。帶有p型GaN基化合物半導(dǎo)體的這種GaN基化合物半導(dǎo)體器件包括有透光特性的電流擴(kuò)散電極，它形成在p型GaN基化合物半導(dǎo)體上；和用于焊接的電極焊盤，它形成在電流擴(kuò)散電極上、并包含至少一種能與氮反應(yīng)的金屬。該器件還包括置于電極焊盤以下部分的p型GaN基化合物半導(dǎo)體上的高電阻率區(qū)，利用金屬與p型GaN基化合物半導(dǎo)體的反應(yīng)來合金處理就能形成高電阻率區(qū)。
根據(jù)這種器件，把有透光特性的電流擴(kuò)散電極形成在p型GaN基化合物半導(dǎo)體上，并把包含至少一種能與氮反應(yīng)的金屬的電極焊盤形成在其上。
合金處理中，包含在電極焊盤中的能與氮反應(yīng)的金屬與p型GaN基化合物半導(dǎo)體反應(yīng)。結(jié)果，不僅改善了電極焊盤和電流擴(kuò)散電極之間的粘附力，而且改善了電極焊盤和p型GaN表面之間的粘附力，能夠避免電極焊盤的脫落。電極焊盤中包含的能與氮反應(yīng)的金屬與GaN基化合物半導(dǎo)體之間的反應(yīng)還產(chǎn)生一種作用，即由于該反應(yīng)在GaN基化合物半導(dǎo)體部分內(nèi)產(chǎn)生氮空位，在該部分由這些空位引起的施主補(bǔ)償了受主，從而在半導(dǎo)體的該部分形成高電阻率區(qū)。因此，電流從電極焊盤不是向下而是沿電流擴(kuò)散電極的橫方向流動。由于電極焊盤區(qū)本來就有較大的厚度和沒有透光特性，所以實際上不可能通過電極焊盤把光引出器件，或通過電極焊盤使外部光照在半導(dǎo)體上。根據(jù)本發(fā)明，僅僅使能有效利用光的部分改善了電流濃度。結(jié)果，改善了電光轉(zhuǎn)換或光電轉(zhuǎn)換的效率。


圖1是表示本發(fā)明第一實施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖2是大致表示在p+層上形成的電極結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的發(fā)光器件的合金化的透光電極的特性的說明圖；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的發(fā)光器件的合金化的透光電極特性的說明圖；圖5是表示采用根據(jù)本發(fā)明第三實施例提供p型低電阻方法的實例結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖6是表示在根據(jù)本發(fā)明第三實施例提供p型低電阻方法獲得的樣本中、電阻率隨熱處理溫度變化的變化曲線；
圖7是表示在根據(jù)本發(fā)明第三實施例提供p型低電阻方法獲得的樣本中，電阻率隨熱處理氧氣壓力變化的變化曲線；圖8是表示在根據(jù)本發(fā)明第三實施例提供p型低電阻方法獲得的樣本中電阻率隨熱處理氧氣分壓變化的變化曲線、和通過在純氧氣氣氛下的熱處理電阻率上的變化之間的比較；圖9是表示通過本發(fā)明第三實施例的方法制成的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖10是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的GaN基化合物半導(dǎo)體器件構(gòu)造的視圖；和圖11是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的GaN基化合物半導(dǎo)體器件中圍繞電極流動的電流圖。
下面，參照實施例來解釋本發(fā)明。可是，本發(fā)明并不局限于下列實施例。
第一實施例圖1是表示在藍(lán)寶石襯底1上形成的帶有GaN基化合物半導(dǎo)體的發(fā)光器件100的結(jié)構(gòu)的剖視圖。該發(fā)光器件包括在藍(lán)寶石襯底1上形成的包含AlN的緩沖層2，和在緩沖層2上形成的摻有硅(Si)的n型GaN層3(n+層)。發(fā)光器件還包括在n+層3上形成的厚度為0.5μm的摻有硅(Si)的n型Al0.1Ga0.9N層4(n層)；在n層4上形成的厚度為0.4μm的In0.2Ga0.8N層5(活性層)；和在活性層5上形成的摻有鎂(Mg)的p型Al0.1Ga0.9N層6(p層)。在P型層6上形成重?fù)诫s鎂(Mg)的P型GaN層7(p+)。通過金屬汽相淀積，把透光電極8A形成在p+層7上，同時在n+層3上形成電極8B。透光電極8A由與p+層7連接的鈷(Co)和與鈷(Co)連接的金屬元素例如金(Au)(金屬元素將在后面說明)組成。電極8B由鋁(Al)或鋁合金構(gòu)成。
下面，解釋制成該發(fā)光器件100的透光電極8A的方法。
通過金屬有機(jī)汽相外延(MOVPE)形成緩沖層2至p+層7的各層。可使用的氣體有氨氣(NH3)、運(yùn)載氣體(H2，N2)、三甲基鎵(Ga(CH3)3)(以下稱為“TMG”)、三甲基鋁(Al(CH3)3)(以下稱為“TMA”)、硅烷(SiH4)、環(huán)戊二烯基鎂(Mg(C5H5)2)(以下稱為“CP2Mg”)和三甲基銦(In(CH3)3)(以下稱為“TMI”)。掩模層(SiO2等)形成在p+層7上，除去掩模的預(yù)定區(qū)域。通過含氯氣體的反應(yīng)離子腐蝕除去p+層7、p層6、活性層5和n層4的未用生成的掩模覆蓋的那些部分以露出n+層表面。然后除去掩模。隨后，通過進(jìn)行下列步驟形成透光電極8A。
把光刻膠9均勻地涂敷在表面上。利用光刻除去要在p+層7上形成電極的相應(yīng)區(qū)域的那部分光刻膠9，形成如圖2所示的窗口部分9A。
用汽相淀積設(shè)備，在真空為10-6乇數(shù)量級或更小數(shù)量級的高真空下，在露出的p+層7上淀積厚度為40埃的鈷(Co)，形成如圖2所示的第一金屬層81。
接著，在第一金屬層81上按60埃的厚度淀積金(Au)，形成如圖2所示的第二金屬層82。
隨后，把樣本從汽相淀積設(shè)備中取出。通過剝離方法除去在光刻膠9上淀積的鈷和金，形成把光傳輸給p+層7的電極8A。
在透光電極8A的將要形成焊接的電極焊盤20的部位處，均勻地涂敷光刻膠，并除去與焊盤形成部分對應(yīng)的光刻膠部分，以形成窗口。隨后，用汽相淀積，形成厚度約1.5μm的鈷(Co)或鎳(Ni)與金(Au)、鋁(Al)或兩者的合金膜。通過上述剝離方法，除去在光刻膠上蒸鍍的鈷或鎳與金、鋁或兩者的薄膜合金，從而形成電極焊盤20。
隨后，用真空泵對樣品周圍的氣氛抽真空，把N2和O2(1％)的混合氣體導(dǎo)入淀積設(shè)備，把內(nèi)部壓力調(diào)整到大氣壓。把樣品周圍的該氣氛溫度升高至約550℃，對樣品加熱約3分鐘。因此，使第一金屬層81和第二金屬層82合金化。
可在下列條件下進(jìn)行加熱處理。氣氛氣體可采用N2、He、O2、Ne、Ar和Kr中的一種或多種氣體?？墒褂脧恼婵罩粮哂诖髿鈮悍秶娜我鈮毫?。氣氛氣體N2、He、O2、Ne、Ar和Kr的分壓從0.01至1amt。可用密封在設(shè)備中的氣氛氣體進(jìn)行加熱，或同時使其在設(shè)備中流通。
淀積鈷(Co)和金(Au)后的熱處理結(jié)果是使在由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層81上形成的構(gòu)成第二金屬層82中的金(Au)的一部分通過p+層7上的第一金屬層81擴(kuò)散，從而形成與包含在p+層7中的GaN的良好接觸。
當(dāng)20mA的電流流過這樣形成的透光電極8A時，可獲得3.6V的驅(qū)動電壓。因此，可以確定，接觸電阻足夠低。p+層7的表面完全用這樣形成的透光電極8A覆蓋，就會有令人滿意的表面狀態(tài)。
由于透光電極8A由包括鈷(Co)制備的第一金屬層81和形成在其上的第二金屬層82的兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所以可抑制鈷(Co)氧化。因而，可避免因鈷(Co)氧化造成的發(fā)光圖形的變化、透光特性的下降和接觸電阻的增加。此外，由于透光電極8A由含有鈷(Co)的合金制成，鈷有較大的功函數(shù)，所以可獲得令人滿意的歐姆特性。把這種電極暴露在高溫和高濕度氣氛下較長時間來測試這種電極8A。結(jié)果，即使暴露1000小時后，該電極仍能夠穩(wěn)定地維持原來的發(fā)光圖形和驅(qū)動電壓。
除用于進(jìn)行由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層81和由金(Au)構(gòu)成的第二金屬層82的合金化的上述條件外，還可把下述兩組條件用于本實施例。一組條件是用真空泵對圍繞樣品的氣氛抽真空，形成低真空狀態(tài)，并把圍繞樣品的這種氣氛的溫度提高到約550℃，把樣品加熱約3分鐘，從而使第一和第二金屬層81和82合金化。另一組條件是對圍繞樣品的氣氛抽真空，隨后，按3升/分的速率導(dǎo)入N2，把內(nèi)部壓力調(diào)整到大氣壓，然后把圍繞樣品的這種氣氛的溫度提高到約550℃，把樣品加熱約3分鐘，從而使第一和第二金屬層81和82合金化。測量各器件獲得的驅(qū)動電壓。得到的結(jié)果如圖3中例1所示。
上述三組氣氛條件可用于合金化包括由金(Au)構(gòu)成的第一金屬層81和由鈷(Co)構(gòu)成的第二金屬層82的電極原始物(情況例2)；僅包括有鈷(Co)與金(Au)的合金的第一金屬層81的電極原始物(情況例3)；用于透光電極的三層原始物，由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層81、由鎂(Mg)構(gòu)成的第二金屬層82和在第二金屬層上形成的由金(Au)構(gòu)成的第三金屬層構(gòu)成(情況例4)；和包括由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層81和由鉑(Pt)與鈀(Pd)合金組成的第二金屬層82的電極原始物(情況例5)。測量獲得的各個器件的驅(qū)動電壓。得到的結(jié)果如圖3所示。
圖3給出的測定結(jié)果是根據(jù)20mA的電流流過透光電極8A時測量的驅(qū)動電壓。圖3中，○表示驅(qū)動電壓小于4V，×表示驅(qū)動電壓不低于5V。圖3中，對于各個金屬層，括弧中的數(shù)字表示膜厚度(埃)。
使上述所有器件樣品經(jīng)受高溫高濕氣氛下連續(xù)1000小時的驅(qū)動試驗。用○表示的器件樣品即使在1000小時驅(qū)動試驗后仍具有與初始時相同的驅(qū)動電壓和發(fā)光圖形，并在較長時間內(nèi)保持光學(xué)和電的穩(wěn)定特性。
在圖3所示的例1的情況中，在20mA的電流下測定出有一個器件的驅(qū)動電壓不低于5V。因此，當(dāng)在缺少O2的N2(單獨(dú))中進(jìn)行合金化時，獲得增加的接觸電阻。通過在低真空條件下合金化，器件具有低于4V的驅(qū)動電壓，因此可獲得降低的接觸電阻。在透光電極8A由包括由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層和由金(Au)夠成的第二金屬層組成兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的象例1一樣的情況下，通過在含有O2的氣氛和低真空條件下使兩層結(jié)構(gòu)合金化，可獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低驅(qū)動電壓。
在圖3所示的例2的情況中，在其上形成厚度為60埃的由鈷(Co)構(gòu)成的第二金屬層82之前，可形成厚度為40埃的由金(Au)構(gòu)成的第一金屬層81。通過在含有O2的氣氛或在低真空條件下進(jìn)行合金化，象例1一樣，可獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低驅(qū)動電壓。
在圖3所示的例3的情況中，通過同時汽相淀積厚度為100埃的金(Au)和鈷(Co)，可形成第一金屬層81。通過在含有O2氣氛或在低真空條件下進(jìn)行合金化，象例1和2的情況一樣，可獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低驅(qū)動電壓。
在圖3所示的例4的情況中，形成包括由鈷(Co)構(gòu)成的厚度20埃的第一金屬層81、在其上形成的由鎂(Mg)構(gòu)成的厚度為20埃的第二金屬層82和在第二金屬層82上形成的厚度60埃的金(Au)層，來形成有三層結(jié)構(gòu)的透光電極8A。在例4的情況中，可使用任何含有O2的氣氛、低真空條件和N2氣氛，以獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低驅(qū)動電壓。
在圖3所示的例5的情況中，可在由鈷(Co)構(gòu)成的厚度為40埃的第一金屬層81上同時汽相淀積厚度為80埃的鈀(Pd)和鉑(Pt)作為第二金屬層82。通過在低真空條件下或在N2氣氛下進(jìn)行合金化，可獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低驅(qū)動電壓。
如上所述，透光電極8A可用包括由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層81和在其上形成的第二金屬層82組成的兩層結(jié)構(gòu)來形成、或用包括由金(Au)構(gòu)成的第一金屬層81和在其上形成的由鈷(Co)構(gòu)成的第二金屬層82組成的兩層結(jié)構(gòu)來形成、或用包括由金(Au)-鈷(Co)合金構(gòu)成的第一金屬層81的單層結(jié)構(gòu)來形成。
盡管把鎂(Mg)作為上述實施例中例4的情況的構(gòu)成金屬層的材料，但也可采用其它II族元素作這種材料，例如鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鋅(Zn)和鎘(Cd)。
第二實施例與上述把鈷(Co)作為第一金屬層81或第二金屬層82的第一實施例相比，本實施例的特征在于，采用了單獨(dú)由鈀(Pd)構(gòu)成的或鈀(Pd)合金構(gòu)成的不含鈷(Co)的透光電極8A。
除透光電極8A的構(gòu)造外，采用的半導(dǎo)體器件與第一實施例有相同的結(jié)構(gòu)。圖4表示在各個原始物按與第一實施例相同的設(shè)定條件下合金化原始物之后，當(dāng)20mA的電流流過透光電極8A時測量的透光電極8A的各原始物成分與驅(qū)動電壓之間的關(guān)系。圖4中使用的符號有下列含義○表示驅(qū)動電壓小于4V；△表示驅(qū)動電壓為4V或大于4V但小于5V；×表示驅(qū)動電壓不低于5V。用○或△表示的器件樣品即使在1000小時的驅(qū)動試驗后仍有與初始時相同的驅(qū)動電壓和發(fā)光圖形，并在長時間內(nèi)保持光學(xué)上的穩(wěn)定特性。
在例1的情況下，在p+層7上形成40埃厚度的由鈀(Pd)構(gòu)成的第一金屬層81和在第一金屬層81上形成60埃厚度的由金(Au)構(gòu)成的第二金屬層82、然后在任何三組條件下合金化原始物來形成電極原始物，可獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低于4V的驅(qū)動電壓。因此，能夠獲得與第一實施例相同的效果。此外，由于透光電極8A由有較大的功函數(shù)的鈀(Pd)合金制成，所以可獲得與第一實施例一樣的令人滿意的歐姆特性。
在例2的情況下，在p+層7上形成40埃厚度的由金(Au)構(gòu)成的第一金屬層81和在第一金屬層81上形成60埃厚度的由鈀(Pd)構(gòu)成的第二金屬層82、然后在任何三組條件下合金化原始物來形成電極原始物，可獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低于4V的驅(qū)動電壓。由此獲得與第一實施例相同的效果。
在例1的情況和例2的情況中，以兩層結(jié)構(gòu)形成透光電極8A。在情況例3下與上面不同，通過同時汽相淀積鈀(Pd)和鉑(Pt)形成100埃厚度的單層結(jié)構(gòu)，并在低真空條件下合金化，以形成透光電極8A，從而可獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低驅(qū)動電壓。
再有，在例4的情況下，通過形成由鈀(Pd)構(gòu)成的100埃厚度的單層結(jié)構(gòu)并在低真空條件下合金化該結(jié)構(gòu)來形成透光電極8A，從而可獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低驅(qū)動電壓。當(dāng)在N2氣氛中合金化該單層結(jié)構(gòu)時，可獲得4至5V的驅(qū)動電壓。
如上所述，通過形成由鈀(Pd)與金(Au)或鉑(Pt)的合金制成的或單獨(dú)由鈀(Pd)制成的透光電極8A，可獲得長時間內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低驅(qū)動電壓，應(yīng)能夠獲得與第一實施例相同的效果。
盡管上述實施例中用于合金的氣氛溫度調(diào)整到約550℃，但能采用的合金化溫度并不限于此。熱處理可在400至700℃范圍的溫度下進(jìn)行。這是因為在低于400℃的溫度下進(jìn)行熱處理會導(dǎo)致電極不具有歐姆特性，同時在高于700℃溫度下進(jìn)行熱處理會導(dǎo)致電極接觸電阻的增加和損傷表面形貌。
以上作為本發(fā)明實施例中的發(fā)光器件100各自包括由In0.2Ga0.8N的單層構(gòu)成的有源層5。但是，本發(fā)明的發(fā)光器件可有這樣的發(fā)光層，即由包含按任意比例的四種或三種元素組成的混合晶體構(gòu)成，例如AlInGaN，或由比如In0.2Ga0.8N/GaN組成的多量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成或單量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
在上述實施例的制造中，把含有1％的O2氣氛作為含氧氣氛。但是，也可采用100％的O2氣氛或含有例如CO或CO2氣體的氣氛。
從透光特性的觀點來看，包括第一金屬層81和第二金屬層82的透光電極8A的總厚度最好不大于200埃。從粘附力和透光特性的觀點來看，厚度范圍最好在15至200埃。
如上所述，本發(fā)明可產(chǎn)生下列效果。在包括p型GaN基化合物的半導(dǎo)體表面上、由鈷(Co)合金、鈀(Pd)或鈀(Pd)合金所構(gòu)成的金屬層作為透光電極，不僅能夠抑制電極被氧化，從而防止電極透光特性的降低，而且還能夠使電極降低接觸電阻，從而能夠在長時間內(nèi)有穩(wěn)定的發(fā)光圖形和低驅(qū)動電壓。
第三實施例下面，參照圖5至圖9解釋本發(fā)明。
制備有圖5所示結(jié)構(gòu)的多個樣品。每個樣品包括藍(lán)寶石襯底1，其上按這樣的順序構(gòu)成即厚度為50nm的AlN緩沖層2；由摻有硅(Si)的GaN構(gòu)成的厚度為約4.0μm的n-GaN層103，電子濃度為2×1018/cm3、硅濃度為4×1018/cm3；和鎂(Mg)濃度為5×1019/cm3的p-GaN層104。
與前面所述的發(fā)光器件100一樣，用MOVPE制成這些樣品。
首先，將單晶藍(lán)寶石襯底1裝在位于MOVPE設(shè)備反應(yīng)室的基座上，該襯底的進(jìn)行過有機(jī)清洗和熱處理的表面作為主表面。把藍(lán)寶石襯底1在1100℃下常壓烘烤30分鐘，同時以2升/分的流率將H2穿過反應(yīng)室。
在把襯底1的溫度降至400℃后，分別按20升/分、10升/分和1.8×10-5摩爾/分鐘的流率供給H2、NH3和TMA1.5分鐘，形成厚度約為50nm的AIN緩沖層2。
隨后，保持藍(lán)寶石襯底1的溫度為1150℃，分別以20升/分、10升/分、1.7×10-4摩爾/分鐘和20×10-8摩爾/分鐘的流量送入H2、NH3、TMG、和用H2稀釋的0.86ppm的硅烷40分鐘，來形成4.0μm厚的n-GaN層103，其電子濃度為2×1018/cm3且硅濃度為4×1018/cm3。
然后，一邊保持藍(lán)寶石襯底1的溫度為1100℃，一邊分別以10升/分、10升/分、1.7×10-4摩爾/分鐘和2×10-5摩爾/分鐘的速率提供40分鐘的H2或N2、NH3、TMG和CP2Mg，形成厚度為4.0μm和鎂(Mg)濃度為5×1019/cm5的D-GaN層104。
把這樣準(zhǔn)備的多個樣品在1大氣壓(atm)氧氣氣氛下(僅有O2)進(jìn)行20分鐘多種溫度的熱處理。把針狀電極設(shè)置在各個這樣處理的p-GaN層104上，以測量在加上8V電壓下流過的電流，并確定這種電流值與使用的熱處理溫度之間的關(guān)系。另一方面，為了進(jìn)行比較，除了以1atm氮?dú)?僅有N2)作為與常規(guī)處理一樣的熱處理氣氛外，對半導(dǎo)體樣本進(jìn)行與上述相同的熱處理，按同樣的方式確定電流值與熱處理溫度之間的關(guān)系。計算電阻率的值，熱處理溫度和電阻率之間的關(guān)系如圖6所示。
從圖6中可看出下列特征。1)氧氣氣氛下的熱處理和氮?dú)夥障碌臒崽幚韮烧叨紝?dǎo)致電阻率降低104[(熱處理前的電阻率/熱處理后的電阻率)]。即，兩種熱處理之間在飽和電阻率值上沒有差別。2)在氧氣氛下比在氮?dú)夥障峦ㄟ^更低溫度下的熱處理可獲得飽和的低電阻率值。3)氧氣氛下的熱處理在電阻率上造成的隨熱處理溫度變化比氮?dú)夥障庐a(chǎn)生的變化更陡峭。4)500℃時氧氣氣氛下的熱處理產(chǎn)生飽和的低電阻率值，而500℃時氮?dú)鈿夥障聼崽幚懋a(chǎn)生的電阻率變化約為10倍。即，由500℃時的氧氣氣氛下的熱處理產(chǎn)生的電阻率比500℃時氮?dú)鈿夥障聼崽幚懋a(chǎn)生的電阻率低103。5)400℃時，氧氣氣氛下的熱處理和氮?dú)鈿夥障碌臒崽幚韮烧邘缀醵疾粶p小電阻率。在高于400℃的溫度時，熱處理在降低電阻率上是有效的。
總之，在氧氣氣氛下，不低于400℃溫度下的加熱在降低電阻率上是有效的。由于這種熱處理可提供完全飽和的低電阻率值，所以最好在不低于500℃的溫度下進(jìn)行熱處理。
下面，確定氧氣壓力與電阻率之間的關(guān)系。在800℃的溫度時，把半導(dǎo)體樣品在各種氧氣壓力下進(jìn)行熱處理。把針狀電極設(shè)置在各個這樣處理的p-GaN層104上，測量在加上8V電壓下流過的電流，并確定這種電流值與氧氣壓力之間的關(guān)系。圖7表示獲得的結(jié)果。
從這些結(jié)果中可看出下列特征。1)在氧氣壓力約為3至30Pa的范圍內(nèi)，電阻率急劇地跌落。2)在氧氣壓力不低于約100Pa下的熱處理可產(chǎn)生飽和的低電阻率值。
從上面可看出，氧氣有助于電阻率的有效降低。至少3Pa的氧氣壓力在降低電阻率上是有效的。使氧氣氣氛有30Pa或更高的氧氣壓力較好，100Pa更好。
隨后，把半導(dǎo)體樣品在600℃的溫度下、在由氧氣和氮?dú)饨M成的混合氣體氣氛下(1atm)進(jìn)行加熱處理，以按上述方式確定電阻率隨氧氣分壓力的變化情況。為了比較，確定了僅在氧氣下熱處理中隨壓力變化的電阻率的變化。圖8表示得到的結(jié)果。該結(jié)果表示，在氧氣分壓力不低于10帕(Pa)時可得到低電阻率。該結(jié)果還表明，在不低于30Pa的壓力、理想的是不低于100Pa時，電阻率是飽和的?？傊谑褂冒鯕夂鸵环N或多種其它氣體的混合氣體的情況下，在降低電阻率上有效的氧氣的分壓力是10Pa或更高、30Pa或更高較好、100Pa或更高則更好。
對于上述所有特性來說，用(AlxGa1-x)yIn1-yN(0≤x，y≤1)表示的摻有鎂的GaN基化合物半導(dǎo)體的層提供同樣的結(jié)果?？梢哉J(rèn)為，氧用于代替與鎂鍵合的氫原子，從而活化鎂原子。因此，除純氧氣外，能夠與鎂鍵合的氫原子鍵合含有氧原子(O)的氣體，例如含氧和惰性氣體的混合氣體就可以產(chǎn)生同樣的效果。
下面，參照圖9說明采用上述實現(xiàn)p型低電阻的方法來制作發(fā)光器件100的工序過程。圖9表示在藍(lán)寶石襯底1上形成的帶有GaN基化合物半導(dǎo)體的發(fā)光器件100的結(jié)構(gòu)的剖視圖。該發(fā)光器件100有與前面所述的實施例大致相同的結(jié)構(gòu)?？墒?，在本實施例中，把摻有硅(Si)的n型GaN構(gòu)成的覆蓋層114形成在高載流子濃度的n+層3上。
再有，在覆蓋層114上，形成多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)的發(fā)光層115，其包括各個厚度為35埃的由GaN構(gòu)成的阻擋層151和各個厚度為35埃的由In0.20Ga0.80N構(gòu)成的阱層152。阻擋層151的數(shù)量為六個，而阱層152的數(shù)量為五個。在發(fā)光層1 15上，形成由p型Al0.15Ga0.85N構(gòu)成的覆蓋層116。在覆蓋層116上形成由p型GaN構(gòu)成的接觸層117。
下面，與第一實施例中未說明的步驟一起解釋制作這種發(fā)光器件100的方法。
由MOVPE制成發(fā)光器件100。所用氣體為氨氣(NH3)、運(yùn)載氣體(H2，N2)、TMG、TMA、TMI、硅烷和CP2Mg。
首先，將單晶藍(lán)寶石襯底1裝在位于MOVPE設(shè)備反應(yīng)室的基座上，該襯底的進(jìn)行過有機(jī)清洗和熱處理的表面為主表面。把藍(lán)寶石襯底1在1100℃下常壓烘烤30分鐘，同時以2升/分的流率將H2通過反應(yīng)室。
在把襯底1的溫度降至400℃后，分別按20升/分、10升/分和1.8×10-5摩爾/分鐘的速率供給約1分鐘的H2、NH3和TMA，形成厚度約為25nm的AlN緩沖層2。
隨后，一邊保持藍(lán)寶石襯底1的溫度為1150℃，一邊分別以20升/分、10升/分、1.7×10-4摩爾/分鐘和20×1.0-8摩爾/分鐘的速率提供40分鐘的H2、NH3、TMG和用H2稀釋到0.86ppm的硅烷，形成厚度為4.0μm、電子濃度為2×1018/cm3和硅濃度為4×1018/cm3的GaN構(gòu)成的高載流子濃度的n+層3。
然后，一邊保持藍(lán)寶石襯底1的溫度為1150℃，一邊分別以10升/分、10升/分、1.12×10-4摩爾/分鐘、0.47×10-4摩爾/分鐘和5×10-9摩爾/分鐘的速率提供60分鐘的N2或H2、NH3、TMG、TMA和用H2稀釋到0.86ppm的硅烷，形成厚度為0.5μm、電子濃度為1×1018/cm3、硅濃度為2×1018/cm3的GaN構(gòu)成的覆蓋層114。
在覆蓋層114形成后，分別以20升/分、10升/分、2.0×10-4摩爾/分鐘的速率提供1分鐘的N2或H2、NH3和TMG，形成厚度約35埃的GaN構(gòu)成的阻擋層151。隨后，分別按7.2×10-5摩爾/分鐘和0.19×10-4摩爾/分鐘的速率提供1分鐘的TMG和TMI，同時按恒定速率提供N2或H2和NH3，從而形成厚度約35埃的In0.20Ga0.80N構(gòu)成的阱層152。在與上述相同的條件下，把總計五個阻擋層151與總計五個阱層152交替形成。然后，把GaN構(gòu)成的阻擋層151形成在其上。因此，形成5層MQW結(jié)構(gòu)的發(fā)光層115。
隨后，一邊保持藍(lán)寶石襯底1的溫度為1100℃，一邊分別以10升/分、10分/升、1.0×10-4摩爾/分鐘、1.0×10-4摩爾/分鐘和2.0×10-5摩爾/分鐘的速率提供3分鐘的N2或H2、NH3、TMG、TMA和CP2Mg，形成厚度約50mn的鎂(Mg)濃度為5×1019/cm3摻有鎂(Mg)的p型Al0.15Ga0.85N構(gòu)成的覆蓋層116。
隨后，一邊保持藍(lán)寶石襯底1的溫度為1100℃，一邊分別以20升/分、10升/分、1.12×10-4摩爾/分鐘、和2.0×10-5摩爾/分鐘的速率提供30秒的N2或H2、NH3、TMG和CP2Mg，形成厚度約100nm的鎂(Mg)濃度為5×1019/cm3摻有鎂(Mg)的p型GaN構(gòu)成的接觸層117。
本實施例中，通過第一實施例中的前述步驟，在接觸層117上用光刻法在光刻膠的預(yù)定區(qū)中形成窗口。在10-6乇或更低數(shù)量級的高真空條件下，分別汽相淀積厚度為200埃和1.8μm的釩(V)和鋁(Al)。然后除去光刻膠和SiO2掩模。
接著，把光刻膠9均勻地涂在表面上。用光刻法除去與要把電極形成在接觸層117上的區(qū)域所對應(yīng)的光刻膠9的部分，形成如圖2所示的窗口部分9A。
利用汽相淀積設(shè)備，在10-6乇或更低數(shù)量級的高真空條件下，在露出的接觸層117上形成厚度為15埃的鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層81，然后在第一金屬層81上形成厚度為60埃的金(Au)構(gòu)成的第二金屬層82。
隨后，用過與第一實施例中相同的工藝過程，形成電極8A和電極焊盤20。
之后，用真空泵對圍繞樣品的氣氛抽真空，并把O2引入淀積設(shè)備，以把內(nèi)部壓力調(diào)整到100Pa。把圍繞樣品的這種氣氛的溫度升至約550℃，對樣品加熱約3分鐘。由此，實現(xiàn)接觸層117和覆蓋層116的p型低電阻，同時制成合金化的接觸層117、第一金屬層81、第二金屬層82和合金化的電極8B及n+層3。
利用這種熱處理，接觸層117和覆蓋層116的電阻率分別為1Ωcm和0.71Ωcm。這種熱處理溫度的最佳范圍是500至600℃。只要在這個范圍的溫度下進(jìn)行熱處理，p型層就會達(dá)到足夠低的飽和的電阻率值，并且電極8A和8B的合金化更令人滿意。結(jié)果，不僅能夠降低電極的接觸電阻或降低電流擴(kuò)散電極的層電阻率，改善歐姆特性，而且還能防止透光電極8A氧化，從而最終得到的發(fā)光器件沒有不穩(wěn)定的發(fā)光圖形，并且隨著時間的推移發(fā)光圖形不發(fā)生變化?？稍?50至650℃的溫度下進(jìn)行熱處理，在某些情況下，可在400至700℃范圍的溫度下進(jìn)行熱處理。還可在含有N2和1％的O2的混合氣體和O2的分壓力為100Pa的氣氛下進(jìn)行熱處理。結(jié)果，可獲得與上述同樣的效果。在提供p型低電阻的情況下，作為熱處理的環(huán)境氣體的上述列舉的所有氣體在第一實施例中所述的電極8A和8B的合金中也是有效的。因此，除純氧以外，還能夠采用包含氧和N2、He、Ne、Ar和Kr的至少其中一種的混合氣體。在提供p型低電阻的前述最佳范圍內(nèi)，可采用任意的壓力和O2的分壓力。
在淀積鈷(Co)和金(Au)后，利用熱處理，在由鈷(Co)構(gòu)成的第一金屬層81上形成的構(gòu)成第二金屬層82的金(Au)的一部分穿過第一金屬層81擴(kuò)散到接觸層117中，從而在接觸層117中形成與GaN基化合物半導(dǎo)體的良好的接觸。
可以確定，在1000小時連續(xù)驅(qū)動試驗的情況下，與前面的實施例一樣，本實施例的發(fā)光器件100表現(xiàn)出足夠低的接觸電阻和穩(wěn)定性。
盡管把鎂(Mg)作為上述金屬層，但也可用其它II族元素替代它，例如可使用鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鋅(Zn)或鎘(Cd)。
再有，對于前面實施例中的透光電極8A、第一金屬層81、第二金屬層82、發(fā)光層115來說，可以采用其它結(jié)構(gòu)或其它部件。
第四實施例下面，參照圖10和圖11說明本發(fā)明的第四實施例。
圖10表示在藍(lán)寶石襯底1上形成的帶有GaN基化合物半導(dǎo)體的發(fā)光器件100的結(jié)構(gòu)剖視圖。與前面的實施例一樣，用過MOVPE制成發(fā)光器件100。
本發(fā)明光器件100有與第三實施例大致相同的結(jié)構(gòu)。但是，在電極8A的一部分上，形成由厚度約300埃的釩(V)構(gòu)成的第一金屬層201和帶有由厚度約1000埃的鈷層和厚度約1.5μm的金層組成的兩層結(jié)構(gòu)的第二金屬層202構(gòu)成的電極焊盤20。形成該電極焊盤20的方法如下。
在該電極8A的一部分上淀積厚度約300埃的釩膜，形成第一金屬層201。在第一金屬層201上，順序淀積厚度約1000埃的鈷膜和厚度約1.5μm的金膜，形成第二金屬層202。從而形成電極焊盤20。
在電極8A和8B及電極焊盤20形成后，把p型低電阻實現(xiàn)到接觸層117和覆蓋層116上，同時，用過與前面實施例中所述的相同方法，把接觸層117、金屬層81和82、第一金屬層201和第二金屬層202的合金化與電極8B及n+層3的合金化同步地進(jìn)行。
如在上述實施例中展示的那樣，與電極8A連接的電極焊盤20的第一金屬層201由釩構(gòu)成，釩能與氮發(fā)生反應(yīng)。因此，在合金化處理中，釩與接觸層117的GaN反應(yīng)，以改善電極焊盤20和電極8A之間的粘附力，從而能夠防止電極焊盤20的脫落。
此外，利用釩與接觸層117的GaN的反應(yīng)，在接觸層117內(nèi)產(chǎn)生氮空位。由于這些空位產(chǎn)生的施主補(bǔ)償了受主，導(dǎo)致空位濃度的降低，如圖11所示，所以在電極8A與接觸層117的連接處的電極焊盤20下面形成高電阻率區(qū)171。由于該高電阻率區(qū)171的形成，所以使電流不是向下而是沿電極8A的橫向方向從電極焊盤20中流過。電極焊盤20是沒有透光特性的不透明的部分，而且是光一般不能穿過的部分。通過把穿過電極焊盤20的電流沿電極8A流動，即流過透光的電極，使電極8A有增加的電流濃度，能夠得到改善的發(fā)光亮度。
在上述實施例中，把釩作為第一金屬層201的材料。但是，還發(fā)現(xiàn)采用厚度約為300埃的鉻(Cr)膜作為第一金屬層201，象釩膜一樣，在獲得牢固的粘附力方面和使電流不是向下而是沿電極8A從電極焊盤20中流過方面也是有效的。
盡管在上述實施例中用鉻或釩作為第一金屬層201，但也可用鉻、釩、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鉭(Ta)和鋯(Zr)的其中至少一種構(gòu)成層201。盡管用鈷和金作為第二金屬層202，但該層也可用作鈷、鎳、鋁和金的其中至少一種構(gòu)成。通過同時汽相淀積，還可以用兩種或多種這些材料來形成單層結(jié)構(gòu)的電極焊盤20。
電極8A還可包含鈀或鈀合金。只要使用這些材料，電極8A可以有單層結(jié)構(gòu)或象前面的實施例一樣的由三層或更多層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。
在上述實施例中，在550℃的溫度下進(jìn)行合金化的加熱。但是，也可使用400至700℃范圍內(nèi)的溫度。
在上述實施例中，在O2氣氣氛下進(jìn)行熱處理(如第一和第三實施例所述)。但是，熱處理氣氛也可以用從O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2和H2O中至少選擇一種氣體或含有兩種或多種這些氣體來構(gòu)成。熱處理氣氛也可以是至少包含O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2和H2O的其中一種與一種或多種惰性氣體的混合氣體，或是包含O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2和H2O的其中兩種或多種氣體與一種或多種惰性氣體混合的混合氣體?？傊?，熱處理氣氛可以是任何包含氧原子或分子含有氧原子的氣體。在熱處理中，把接觸層117中與p型雜質(zhì)鍵合的氫原子在包含氧的氣體中加熱，從而使其與p型雜質(zhì)原子分離。結(jié)果，使接觸層117能夠有較低的電阻。
在上述實施例中，在O2氣氣氛為3Pa壓力下進(jìn)行合金化。但是，熱處理的氣氛壓力并不局限于此，只要GaN基化合物半導(dǎo)體在熱處理的溫度下不被分解就行。在僅以O(shè)2氣體作為含氧氣體的情況下，可以按高于GaN基化合物半導(dǎo)體分解壓力引入該氣體。在使用由惰性氣體混合O2的情況下，可把整個混合氣體的壓力調(diào)整到高于GaN基化合物半導(dǎo)體分解壓力的值。在這種情況下，根據(jù)整個混合氣體，O2氣體比例不小于10-6就足夠了。例如，在由含有1％的O2氣體和O2氣體分壓力為100Pa的N2構(gòu)成的氣氛下進(jìn)行熱處理時，可得到與上述相同的效果。從提供p型低電阻和電極合金化的觀點來看，在含氧氣體的引入量上沒有特定的上限。只要生產(chǎn)上可能，可采用任意高的壓力。
如上所述，本實施例具有下列效果。通過在p型GaN基化合物半導(dǎo)體上形成具有透光特性和歐姆特性的電流擴(kuò)散電極和形成在其上的包含能與氮反應(yīng)金屬的電極焊盤，不僅能夠防止電極焊盤的脫落，而且還能夠使電流擴(kuò)散電極增加電流濃度和改善發(fā)光亮度。
本發(fā)明涉及帶有透光電極和電極焊盤的發(fā)光二極管。但是，本發(fā)明也可用于使用GaN基化合物半導(dǎo)體器件的激光二極管(LD)、光接收器件和其它電子器件的制作，例如高溫器件和功率器件的制作。
權(quán)利要求
1.一種GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括P型GaN基化合物半導(dǎo)體層；和固定在所述p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上有透光特性和歐姆特性的電極，所述電極包括從鈷合金、鈀和鈀合金組成的組中至少選擇一種構(gòu)成的金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述金屬層由鈷合金構(gòu)成，它通過熱處理來合金化包括固定在所述p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上由鈷構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上形成的由金構(gòu)成的第二金屬層而形成。
3.如權(quán)利要求1所述的GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述金屬層由鈷合金構(gòu)成，它通過熱處理合金化包括固定在所述p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上由金構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上形成的由鈷構(gòu)成的第二金屬層來形成。
4.如權(quán)利要求1所述的GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述金屬層由鈷合金構(gòu)成，它通過熱處理合金化由鈷和金構(gòu)成的單層來形成。
5.如權(quán)利要求1所述的GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述金屬層由鈷合金構(gòu)成，它通過熱處理合金化包括固定在所述p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上由鈷構(gòu)成的第一金屬層、在第一金屬層上形成的由II族元素構(gòu)成的第二金屬層和在所述第二金屬層上形成的由金構(gòu)成的第三金屬層來形成。
6.如權(quán)利要求1所述的GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述金屬層由鈷合金構(gòu)成，它通過熱處理合金化包括固定在所述p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上由鈷構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上形成的由含有鉑的鈀合金構(gòu)成的第二金屬層來形成。
7.如權(quán)利要求1所述的GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述金屬層由鈀合金構(gòu)成，它通過熱處理合金化包括固定在所述p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上由鈀構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上形成的由金構(gòu)成的第二金屬層來形成。
8.如權(quán)利要求1所述的GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述金屬層由鈀合金構(gòu)成，它通過熱處理合金化包括固定在所述p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上由金構(gòu)成的第一金屬層和在第一金屬層上形成的由鈀構(gòu)成的第二金屬層來形成。
9.如權(quán)利要求1所述的GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述金屬層由鈀合金構(gòu)成，它通過熱處理合金化由鈀和鉑構(gòu)成的單層來形成。
10.一種制作GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括如下步驟制備p型GaN基化合物半導(dǎo)體層；在p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上，用從鈷合金、鈀和鈀合金組成的組中選出的一種形成金屬層；和在400至700℃的溫度下對金屬層進(jìn)行熱處理，以便形成電極。
11.一種制作GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括如下步驟制備p型GaN基化合物半導(dǎo)體層；在p型GaN基化合物半導(dǎo)體層上，用從鈷合金、鈀和鈀合金組成的組中選出的一種形成金屬層；和在低真空條件下對金屬層進(jìn)行熱處理，以便形成電極。
12.如權(quán)利要求10所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，至少在含氧的氣氛中進(jìn)行用于合金化的熱處理。
13.如權(quán)利要求11所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，至少在含氧的氣氛中進(jìn)行用于合金化的熱處理。
14.如權(quán)利要求10所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，在含有惰性氣體的氣氛中進(jìn)行熱處理。
15.如權(quán)利要求11所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，在含有惰性氣體的氣氛中進(jìn)行熱處理。
16.如權(quán)利要求11所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，在400至700℃下進(jìn)行熱處理。
17.一種制作p型GaN基化合物半導(dǎo)體的方法，包括如下步驟用p型雜質(zhì)摻入GaN基化合物半導(dǎo)體；和使GaN基化合物半導(dǎo)體在至少含有氧的氣體中進(jìn)行熱處理。
18.一種制作p型GaN基化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟把p型雜質(zhì)摻入GaN基化合物半導(dǎo)體層；在GaN基化合物半導(dǎo)體層上形成電極；和使帶有形成在其上電極的GaN基化合物半導(dǎo)體層在至少含有氧的氣體中進(jìn)行熱處理。
19.一種制作GaN基化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟把p型雜質(zhì)摻入第一GaN基化合物半導(dǎo)體層；把n型雜質(zhì)摻入第二GaN基化合物半導(dǎo)體層；在第一GaN基化合物半導(dǎo)體層上形成第一電極；在第二GaN基化合物半導(dǎo)體層上形成第二電極；使包括第一和第二GaN基化合物半導(dǎo)體層和第一和第二電極的所得結(jié)構(gòu)在至少含有氧的氣體中進(jìn)行熱處理。
20.如權(quán)利要求17所述的制作p型GaN基化合物半導(dǎo)體的方法，其中，含氧氣體至少包括從O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2和H2O組成的組中選擇的一種。
21.如權(quán)利要求20所述的制作p型GaN基化合物半導(dǎo)體的方法，其中，含氧氣體還包括惰性氣體。
22.如權(quán)利要求18所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中，含氧氣體至少包括從O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2和H2O組成的組中選擇的一種。
23.如權(quán)利要求22所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中，含氧氣體還包括惰性氣體。
24.如權(quán)利要求19所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中，含氧氣體至少包括從O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2和H2O組成的組中選擇的一種。
25.如權(quán)利要求24所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中，含氧氣體還包括惰性氣體。
26.如權(quán)利要求17所述的制作p型GaN基化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中，在不低于400℃的溫度下進(jìn)行熱處理。
27.如權(quán)利要求18所述的制作p型GaN基化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中，在不低于400℃的溫度下進(jìn)行熱處理。
28.如權(quán)利要求19所述的制作p型GaN基化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中，在不低于400℃的溫度下進(jìn)行熱處理。
29.一種GaN基化合物半導(dǎo)體器件，包括p型GaN基化合物半導(dǎo)體；具有透光特性的電流擴(kuò)散電極，所述電流擴(kuò)散電極形成在所述p型GaN基化合物半導(dǎo)體上；和至少包含一種能與氮反應(yīng)的金屬的電極焊盤，所述電極焊盤形成在所述電流擴(kuò)散電極上；其中，根據(jù)金屬與p型GaN基化合物半導(dǎo)體的反應(yīng)，通過合金化處理，在電極焊盤下的p型GaN基化合物半導(dǎo)體的一部分上形成高電阻率區(qū)。
30.如權(quán)利要求29所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體器件，其中，所述電極焊盤包括由能與氮反應(yīng)的金屬構(gòu)成的第一金屬層和形成在其上的具有與該金屬不同成分的第二金屬層。
31.如權(quán)利要求29所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體器件，其中，能與氮反應(yīng)的金屬至少是從鉻、釩、鈦、鈮、鉭和鋯組成的組中選出的一種。
32.如權(quán)利要求30所述的制作GaN基化合物半導(dǎo)體器件，其中，能與氮反應(yīng)的金屬至少是從鉻、釩、鈦、鈮、鉭和鋯組成的組中選出的一種。
全文摘要
用汽相淀積在P
文檔編號H01L33/00GK1189701SQ9712971
公開日1998年8月5日 申請日期1997年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月29日
發(fā)明者上村俊也, 柴田直樹, 野朲靜代, 伊藤潤, 村上正紀(jì), 小出康夫 申請人:豐田合成株式會社