專利名稱：使化合物半導(dǎo)體層激活成為p－型化合物半導(dǎo)體層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使制造光學(xué)器件例如藍(lán)綠發(fā)光器件、紫色激光二極管、UV發(fā)光器件、激光二極管或者晶體管中所用化合物半導(dǎo)體器件所需的化合物半導(dǎo)體層激活成為P-型化合物半導(dǎo)體層的方法。


圖1是示出一般的GaN基光學(xué)器件結(jié)構(gòu)的剖面圖。如圖1所示，GaN基光學(xué)器件的構(gòu)成如下，在藍(lán)寶石襯底1上形成緩沖層2，在其上依次層疊GaN層3、n-GaN層4、InGaN層5、和p-型GaN層6，然后形成p-接觸層7和n-接觸層8，并且發(fā)出具有短波長(zhǎng)的藍(lán)光、紫光或綠光等，提供全色顯示。并且，GaN基光學(xué)器件可以應(yīng)用于存儲(chǔ)信息的大容量記錄介質(zhì)的領(lǐng)域。并且，由于GaN基光學(xué)器件呈現(xiàn)優(yōu)異的熱特性，所以可應(yīng)用于能夠工作在高溫的電子器件。
從短波長(zhǎng)光學(xué)器件商品化的角度來(lái)看，氮化物系化合物半導(dǎo)體是易于開發(fā)的，但是在p-型半導(dǎo)體的制造方面存在問(wèn)題，這與包括GaAs的其它系列的材料是不同的。
已知有幾種生長(zhǎng)化合物半導(dǎo)體層的方法，包括有機(jī)金屬化學(xué)汽相淀積法(MOCVD)、分子束外延法和氫化物汽相法。在GaN系化合物半導(dǎo)體具有例如采用有機(jī)金屬化學(xué)汽相淀積法(MOCVD)生長(zhǎng)的一層，并且用p-型雜質(zhì)摻雜的情形，由于GaN層的電阻率高而不能用做器件。估計(jì)是因?yàn)樵趯拥纳L(zhǎng)過(guò)程中用做反應(yīng)氣體的氫與晶體中將要包含的p-型雜質(zhì)鍵合，從而妨礙了p-型雜質(zhì)被電激活。為了解決這種問(wèn)題，已經(jīng)提出了采用電子束提高電導(dǎo)率的方法。根據(jù)這種方法，把電子束照射進(jìn)生長(zhǎng)層，從而降低電阻率。但是，這種方法存在層表面產(chǎn)生缺陷的問(wèn)題，因而降低了器件性能。并且，由于不能在大表面上照射電子束，所以電子束只能到達(dá)小的面積，必須對(duì)整個(gè)表面連續(xù)掃描電子束。于是，這種方法不適合于批量生產(chǎn)。另外，還提出了退火方法。根據(jù)這種方法，通過(guò)在400℃或以上的溫度對(duì)生長(zhǎng)層退火來(lái)降低電阻率。但是，采用這種方法，由于生長(zhǎng)層必須暴露于800-900℃的高溫，所以層的表面可能被損壞。并且，生長(zhǎng)過(guò)程中層中所含雜質(zhì)會(huì)擴(kuò)散，從而使制造的器件性能降低。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，更具體地是，提供一種采用電磁波使可以降低摻雜Mg的GaN的電阻率的化合物半導(dǎo)體層激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過(guò)增加Mg含量使可以降低退火溫度的化合物半導(dǎo)體激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層的方法。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一目的，在采用化合物半導(dǎo)體層和電極制造化合物半導(dǎo)體器件的方法中，所述化合物半導(dǎo)體層是通過(guò)汽相外延法(VPE)生長(zhǎng)的并且用p-型雜質(zhì)摻雜，把化合物半導(dǎo)體層激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層的方法包括以下工序，對(duì)p-型摻雜的化合物半導(dǎo)體層，照射可以被吸收進(jìn)p-型摻雜的化合物半導(dǎo)體層的電磁波。
在本發(fā)明中，最好在350℃以上溫度的退火的同時(shí)進(jìn)行照射工序。
特別是，在照射工序所用的p-型摻雜化合物半導(dǎo)體層如果是摻雜Mg的GaN層，則電磁波應(yīng)具有在空氣中短于385nm的波長(zhǎng)。
并且，化合物半導(dǎo)體層最好是由選自如下集合的氮化鎵基半導(dǎo)體材料形成的InxGa1-xN、AlxGa1-xN、AlxGayInzN、BxGa1-xN和BxAlyGazN，其中，在三元素混晶化合物的情形，0≤x≤1，在四元素混晶化合物的情形，x+y+z＝1。化合物半導(dǎo)體層的p-型雜質(zhì)最好是選自Mg、Zn、Cd、Be、Ca和Ba中的至少一種。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二目的，在采用化合物半導(dǎo)體層和電極制造化合物半導(dǎo)體器件的方法中，所述化合物半導(dǎo)體層是通過(guò)汽相外延法(VPE)生長(zhǎng)的并且用p-型雜質(zhì)摻雜，把化合物半導(dǎo)體層激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層的方法包括以下工序，當(dāng)p-型摻雜的半導(dǎo)體層含有超過(guò)5×1019m-3的Mg作為p-型雜質(zhì)時(shí)，在200-850℃的低溫對(duì)p-型摻雜的半導(dǎo)體層進(jìn)行退火。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，在采用化合物半導(dǎo)體層和電極制造化合物半導(dǎo)體器件的方法中，所述化合物半導(dǎo)體層是通過(guò)汽相外延法(VPE)生長(zhǎng)的并且用p-型雜質(zhì)摻雜，降低化合物半導(dǎo)體層的接觸電阻的方法包括以下工序，把p-型雜質(zhì)摻雜進(jìn)化合物半導(dǎo)體層，其劑量超過(guò)p-型摻雜化合物半導(dǎo)體層的電阻率最低時(shí)的兩倍。
通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，可更加清楚地了解本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是一般的GaN基生長(zhǎng)的光學(xué)器件的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖2是設(shè)備的剖面示意圖，該設(shè)備用于根據(jù)本發(fā)明的采用電磁波把GaN半導(dǎo)體激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層的方法。
圖3是在有或沒(méi)有UV光照射的條件下，在各種溫度下流過(guò)激活的p-型化合物半導(dǎo)體層樣品的電流的各種值的曲線圖。
圖4是在800℃高溫下在氮?dú)鈿夥蘸涂諝鈿夥罩屑せ畹膬煞Np-型化合物半導(dǎo)體層的電壓-電流特性曲線圖。
圖5是在各種波長(zhǎng)的光照射在p-型摻雜的GaN層樣品上時(shí)，用于觀察發(fā)生光吸收的波長(zhǎng)范圍的光透射光譜。
圖6是展示電流隨照射在p-型化合物半導(dǎo)體層樣品上的UV光強(qiáng)度而變化的曲線圖。
圖7是對(duì)于含不同量的Mg的p-型化合物半導(dǎo)體層樣品，在520℃用UV照射激活的樣品所測(cè)量的電流值與在370℃不用UV照射激活的樣品所測(cè)量的電流值的比的曲線圖。
圖8是展示對(duì)含不同量的Mg的各種p-型化合物半導(dǎo)體層樣品施加0.1V電壓時(shí)測(cè)量的電阻的曲線圖。
以下，將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的把化合物半導(dǎo)體層激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層的方法。
本發(fā)明的重要特征在于，通過(guò)把化合物半導(dǎo)體層激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層，降低化合物半導(dǎo)體層的電阻率，以便提高化合物半導(dǎo)體器件的性能。為了實(shí)現(xiàn)這種目的，可以采用以下說(shuō)明的方法。第一，為了降低通過(guò)汽相外延(VPE)法生長(zhǎng)的并且摻雜有p-型雜質(zhì)的化合物半導(dǎo)體層的電阻率，在其上照射可以被吸收進(jìn)化合物半導(dǎo)體層的電磁波。第二，通過(guò)增加化合物半導(dǎo)體層所含p-型雜質(zhì)的濃度，降低退火溫度。
具體地，在第一種方法中，在化合物半導(dǎo)體層上照射電磁波，該電磁波具有的能量大于化合物半導(dǎo)體層可以吸收進(jìn)的最小能量，亦即帶隙能量。也就是說(shuō)，在圖2所示的激活工藝中，從光源9向化合物半導(dǎo)體層樣品10，照射p-型摻雜的化合物半導(dǎo)體層可以吸收的電磁波，同時(shí)在約350℃的溫度對(duì)樣品10退火。這里，標(biāo)號(hào)11代表加熱樣品10的加熱器，標(biāo)號(hào)12代表處理室。在此情形，如果p-型摻雜化合物是摻雜Mg的GaN層，則在照射UV光的過(guò)程其電阻率降低，UV光是能量大于帶隙能量的電磁波。并且，當(dāng)在350℃以上的溫度進(jìn)行退火時(shí)，電阻率降低更大。除了Mg之外還可以使用Ba、Be、Ca、Cd或Zn作為p-型雜質(zhì)。在使用AlGaN層代替摻雜Mg的GaN層作為化合物半導(dǎo)體層的情形，產(chǎn)生了與上述相同的現(xiàn)象。這就是說(shuō)，對(duì)于主要是氮化鎵基的III-V族化合物的InGaN、AlGaN、或者AlGaInN，當(dāng)在其上照射能量大于其帶隙能量的電磁波時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)相同的效果。
為了獲得上述結(jié)果，使用小尺寸GaN樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這是為了容易測(cè)量摻雜Mg的GaN電阻率。在樣品頂部淀積尺寸與小尺寸GaN樣品的尺寸相同的圓形電極，然后測(cè)量其間流過(guò)的電流。圓形電極由直徑為0.6mm的Pd金屬形成，布置成為隔開距離為0.6mm的兩維陣列。通過(guò)測(cè)量在5V電壓下流過(guò)圓形電極的電流，在圓形電極中比較電阻率的變化。由于在相同電壓測(cè)量的電流直接反比于層的電阻率，所以電流值是比較各個(gè)樣品的電阻率的合適指標(biāo)。這里，降低p-型摻雜化合物半導(dǎo)體層的電阻率的工藝，稱為激活工藝。而且，為了測(cè)量摻雜Mg的GaN半導(dǎo)體的接觸電阻，采用廣泛使用的傳輸線法(TLM)。寬200μm、長(zhǎng)100μm的7個(gè)Pd電極布置成一行，彼此分別相隔5、10、15、20、25和30μm的距離。通過(guò)在0.1V的電壓下測(cè)量差分電阻值獲得接觸電阻。
使用汞弧燈作為激活工藝中所用的UV光的光源。全部實(shí)驗(yàn)中光強(qiáng)保持在110mW/cm2，除非有其他特別說(shuō)明。激活工藝的時(shí)間固定在30分鐘。在不小于幾分鐘的短暫范圍內(nèi)激活程度沒(méi)有明顯的變化。上述實(shí)驗(yàn)中所用的p-型化合物半導(dǎo)體層是這樣構(gòu)成的，在藍(lán)寶石襯底上淀積約1μm厚的未摻雜GaN層，在其上生長(zhǎng)約1μm厚的摻雜Mg的GaN層。
圖3展示了流過(guò)激活的p-型化合物半導(dǎo)體層樣品的電流，是在各種溫度下在有或沒(méi)有UV光照射的條件下測(cè)量的。圖3還展示了UV光對(duì)電流隨溫度的變化的影響。通過(guò)退火，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)的生長(zhǎng)的半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成為有很多電流流過(guò)的半導(dǎo)體。這里，UV光有助于退火，從而可以在較低溫度流過(guò)相同量的電流。在流過(guò)相同量電流的條件下，與不照射UV光進(jìn)行退火的情形相比，具有UV光照射的退火可使溫度降低約70-80℃。而且，照射UV光時(shí)，與幾乎無(wú)電流流過(guò)的生長(zhǎng)半導(dǎo)體相比，即使在極低溫度退火電流量也可增加約30-40倍。另外，當(dāng)化合物半導(dǎo)體層樣品分別在100℃和200℃的溫度退火時(shí)，不照射UV光，結(jié)果顯示流過(guò)樣品的電流量與未退火的生長(zhǎng)化合物半導(dǎo)體層的差不多。亦即，如果照射UV光，通過(guò)對(duì)樣品僅施加微量熱能即可極大地提高流過(guò)樣品的電流量。而且，退火溫度在350℃以上時(shí)，照射UV光，電流量不再有增加。因此，通過(guò)在超過(guò)350℃的溫度的溫度范圍進(jìn)行激活處理，可以獲得具有低電阻率的p-型摻雜GaN半導(dǎo)體。
可以在比傳統(tǒng)的激活工藝低的溫度進(jìn)行退火，避免在生長(zhǎng)的半導(dǎo)體上可能產(chǎn)生的表面損壞，從而降低半導(dǎo)體與電極之間的接觸電阻。
為了測(cè)量接觸電阻，在同一襯底上制備兩個(gè)樣品并且對(duì)其進(jìn)行不同的激活處理。這就是說(shuō)，為了激活摻雜Mg的GaN層，對(duì)兩個(gè)樣品進(jìn)行傳統(tǒng)的高溫退火和照射UV光的低溫退火，然后使用TLM測(cè)量其接觸電阻率。結(jié)果顯示在800℃激活的樣品的接觸電阻率在4.03×10-2Ωcm2～1.16×10-2Ωcm2的范圍，在370℃照射UV光激活的樣品的接觸電阻率在4.33×10-4Ωcm2-5.62×10-6Ωcm2的范圍。接觸電阻的這種差別約是100倍，是相當(dāng)大的差別，這意味著半導(dǎo)體表面已經(jīng)在高溫?fù)p壞從而產(chǎn)生了缺陷，所以半導(dǎo)體與電極之間的接觸電阻增大。
而且，與傳統(tǒng)的高溫退火不同，照射UV光的低溫退火可防止在化合物半導(dǎo)體層表面上產(chǎn)生氧化物或其它反應(yīng)物。于是，不必控制激活工藝的氣氛。圖4展示了在兩種氣氛亦即氮?dú)夥蘸涂諝鈿夥罩小⒂?00℃高溫激活的兩個(gè)樣品的電壓-電流特性，其中，表示在空氣氣氛激活的樣品的虛線，在0V左右是彎曲的，不是直線，而表示在氮?dú)鈿夥占せ畹臉悠返膶?shí)線在0V左右是直線。表示在空氣氣氛激活的樣品的虛線在0V左右彎曲的原因，是在化合物半導(dǎo)體層與電極之間不發(fā)生歐姆接觸。換言之，化合物半導(dǎo)體層與電極之間的歐姆接觸僅發(fā)生在氮?dú)夥者M(jìn)行激活處理的時(shí)候。另一方面，在空氣氣氛激活的具有如圖3所示特性的樣品，在其電流-電壓特性上成為直線，雖然并未示出。這表明歐姆電阻適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生于化合物半導(dǎo)體層和電極之間的界面，這是因?yàn)樵谡丈銾V光的低溫激活處理，層表面上不產(chǎn)生氧化物或其它反應(yīng)物。按此方式，由于氣氛不必控制成氮?dú)夥眨钥珊?jiǎn)化激活設(shè)備。于是，即使在空氣氣氛進(jìn)行照射UV光的低溫激活處理，所得的激活也與在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行的激活相同。
即使對(duì)由傳統(tǒng)VPE法生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體用p-型雜質(zhì)摻雜，其電阻率也很高。考慮上述原因，因?yàn)閜-型雜質(zhì)與氫鍵合，于是不起受主作用。在這方面，傳統(tǒng)的激活工藝中，與p-型雜質(zhì)鍵合的氫被高溫退火分離，因而降低了電阻率。另外，作為氫分離法，已經(jīng)提出了電子束照射法或者少數(shù)載流子注入法，這兩種方法均被認(rèn)為是基于氫和電子之間的反應(yīng)。這就是說(shuō)，如果注入電子，氫和p-型雜質(zhì)之間的鍵合被減弱，從而在無(wú)高溫退火的低溫從鍵合中去除氫，于是降低了半導(dǎo)體層的電阻率。對(duì)于電子注入，本發(fā)明基于的原理是將可以被吸收進(jìn)生長(zhǎng)的p-型摻雜的半導(dǎo)體層的光照射于其上，由此在半導(dǎo)體層中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。這里，能夠產(chǎn)生有助于激活的電子的光具有大于半導(dǎo)體層的帶隙能量的能量。通常，進(jìn)入半導(dǎo)體的光吸收在帶隙能量開始發(fā)生，并且隨著照射光波長(zhǎng)變短而增加。在照射于半導(dǎo)體的光能量低于半導(dǎo)體的帶隙能量時(shí)，不發(fā)生光吸收。
在p-型摻雜的GaN層的情形，如圖5所示，波長(zhǎng)短于385nm的光被吸收進(jìn)層，從而產(chǎn)生電荷。換言之，波長(zhǎng)短于385nm的光被吸收進(jìn)摻雜Mg的GaN層，于是有助于激活。在385nm的波長(zhǎng)范圍汞弧燈適合用做UV光源。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)中所用汞弧燈，不僅在UV光區(qū)而且還在可見光區(qū)發(fā)射大量電磁波。為了證實(shí)UV光照射所獲得的效果，使用不透過(guò)UV光的濾光器僅用可見光進(jìn)行激活。實(shí)驗(yàn)中所用濾光器不能透過(guò)波長(zhǎng)短于420nm的電磁波。此時(shí)，約130μA的電流流過(guò)在370℃激活，同時(shí)照射UV光的樣品，而用已經(jīng)做了UV濾光、亦即UV光已被濾光器屏蔽的光退火的樣品流過(guò)僅約10μA的電流。這證實(shí)了UV光是摻雜Mg的GaN層的激活的主要因素。
在摻雜Mg的GaN層吸收電磁波情形，傳輸深度隨吸收率而變。換言之，如果待激活的摻雜Mg的GaN層表面周圍幾乎全部吸收UV光，則UV光的作用不能到達(dá)層內(nèi)部。在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚1μm的未摻雜GaN層，然后在其上生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中所用摻雜Mg的GaN層。為了證明UV光的傳輸深度對(duì)生長(zhǎng)的摻雜Mg的GaN層的激活的影響，激活在襯底頂部具有GaN層的樣品和在襯底底部具有GaN層的樣品，同時(shí)照射UV光。如果UV光的傳輸深度較短，則UV光被吸收進(jìn)入幾乎全部存在于襯底底部具有GaN層的樣品表面周圍的未摻雜層中。于是，該樣品將呈現(xiàn)低水平的電流。但是，實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明流過(guò)兩個(gè)樣品的電流量幾乎相同，這意味著UV光的傳輸深度的影響不明顯。
圖6展示了電流隨照射的UV光的強(qiáng)度的變化。實(shí)驗(yàn)所用的汞弧燈的最大發(fā)光強(qiáng)度是110mW/cm2。此時(shí)，導(dǎo)通電流約是25μA。而且，在與照射UV光時(shí)相同的溫度下不照射UV光進(jìn)行激活的樣品中，所流過(guò)的電流是2.9μA。此電流水平如圖6虛線所示。對(duì)于照射UV光激活的樣品，即使改變UV光的強(qiáng)度，電流也沒(méi)有變化。在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)中，由于受光源的限制，UV光強(qiáng)度不能降低到30mW/cm2以下。但是，如圖6所示，電流的變化根本不依賴于光強(qiáng)度。因此，結(jié)論是微量的光足以實(shí)現(xiàn)p-型化合物半導(dǎo)體層的激活。
作為實(shí)施本發(fā)明的另一種方法，為了降低由VPE法生長(zhǎng)的并且用p-型雜質(zhì)摻雜的化合物半導(dǎo)體層的電阻率，提出通過(guò)增加化合物半導(dǎo)體層所含p-型雜質(zhì)濃度，來(lái)降低退火溫度的方法。根據(jù)此方法，可以僅通過(guò)低溫退火而不照射UV光同時(shí)增加作為p-型雜質(zhì)的Mg含量，來(lái)提高化合物半導(dǎo)體層的激活程度。圖7是展示對(duì)于含不同量的Mg的p-型化合物半導(dǎo)體層，在520℃照射UV光激活的樣品中所測(cè)量的電流值，與在370℃不照射UV光激活的樣品中所測(cè)量的電流值的比的曲線。換言之，各個(gè)樣品在370℃的激活程度的比如圖7所示。當(dāng)樣品所含Mg含量是9.6×1019cm-3時(shí)，電流值超過(guò)飽和電流的50％。這表明不照射UV光、僅在低溫過(guò)摻雜Mg即可實(shí)現(xiàn)激活。當(dāng)Mg含量超過(guò)5×1019m-3時(shí)，約為飽和電流的4％的電流流過(guò)樣品。這里，通過(guò)200-850℃的低溫退火足以實(shí)現(xiàn)激活。在p-型雜質(zhì)除了Mg之外，例如是Ba、Be、Ca、Cd或Zn的情況下，也可以獲得同樣的結(jié)果。
而且，在使用AlGaN層作為化合物半導(dǎo)體層時(shí)，發(fā)生與上述相同的現(xiàn)象。于是，對(duì)于多數(shù)都是氮化鎵基III-V族化合物的InGaN、AlGaN或AlGaInN，通過(guò)如上所述的p-型雜質(zhì)過(guò)摻雜，可以實(shí)現(xiàn)激活。
通常，隨著半導(dǎo)體層中所含p-型雜質(zhì)含量的增加，空穴載流子濃度也增加。因此，半導(dǎo)體層的電阻率降低，半導(dǎo)體層和電極之間的接觸電阻降低。特別是，在確定半導(dǎo)體層和電極之間的接觸電阻方面，空穴載流子濃度是重要的變量。但是，在氮化物半導(dǎo)體的情形，如果p-型雜質(zhì)的含量增加到1.5-2×1019cm-3以上，則空穴濃度降低，半導(dǎo)體層的電阻率增大。本發(fā)明中，雖然因大于1.5-2×1019cm-3的過(guò)摻雜Mg而使空穴濃度降低，但是在含大量p-型雜質(zhì)的層和電極之間產(chǎn)生了低的接觸電阻。在制造半導(dǎo)體器件中確定半導(dǎo)體器件的工作電壓的因素是半導(dǎo)體層的電阻率和半導(dǎo)體層和電極之間的接觸電阻。在GaN層的情況，電極和p-型GaN層之間的接觸電阻是最重要的因素，因?yàn)槠鋷赌芰看蟛⑶移淇昭舛鹊汀Ｒ虼?，即使p-型GaN層的電阻率稍有增加，在該層和電極之間的接觸電阻降低的條件下，通過(guò)使用生長(zhǎng)的p-型GaN層可以降低器件的整體電阻。但是，如果僅從降低接觸電阻的目的過(guò)量摻雜Mg，則p-型GaN層的電阻率可能過(guò)大。并且，空穴濃度的大量降低可能使例如LED和激光二極管的器件性能劣化。本發(fā)明中，為了克服這種問(wèn)題，提出了如下結(jié)構(gòu)，其中通過(guò)僅在與電極接觸的半導(dǎo)體層表面部分上形成過(guò)摻雜Mg的接觸層，并且在接觸層下?lián)诫s適量的Mg，由此降低該層的電阻率。在該GaN層中所含的Mg含量是1.5-2×1019cm-3，該GaN層的電阻率最低并且空穴載流子濃度最高。
通過(guò)在800℃進(jìn)行4分鐘的退火，使此實(shí)驗(yàn)所用樣品激活。然后，為了比較各樣品之間的接觸電阻，在0.1V測(cè)量彼此相隔5μm的兩個(gè)電極之間的微分電阻(ΔV/Δl)。在大接觸電阻的情形，由于測(cè)量值的變化過(guò)分依賴于各個(gè)電極之間的距離，所以難以用線性擬合獲得接觸電阻。因此，測(cè)量的電阻直接相互比較。在準(zhǔn)備施以TLM法的各個(gè)電極之中的兩個(gè)相鄰電極彼此最接近，并且對(duì)兩個(gè)電極施加約0.1V的低電壓時(shí)，半導(dǎo)體層和電極之間的接觸電阻是在低電壓測(cè)量的相互最接近的兩個(gè)電極之間的電阻的最主要的部分。于是，通過(guò)比較如此測(cè)量的電阻可以互相比較接觸電阻。
圖8展示了對(duì)含不同量的Mg的各種p-型化合物半導(dǎo)體層樣品施加0.1V電壓時(shí)測(cè)量的電阻。圖8中，點(diǎn)1和2代表的樣品1和2均具有1μm的厚度，并且是分別均勻摻雜2.0×1019cm-3和4.5×1019cm-3的Mg而制備的，點(diǎn)3和4代表的樣品3和4是通過(guò)在均勻摻雜2.0×1019cm-3的Mg的0.9μm厚的層上，生長(zhǎng)其中分別摻雜7.2×1019cm-3和10.0×1019cm-3的Mg的0.03μm厚的接觸層而制備的。這是為了防止在整個(gè)層上過(guò)量摻雜Mg時(shí)該層的電阻增加過(guò)大。由于對(duì)圖8所示4個(gè)樣品的測(cè)量電阻值中，因p-型GaN層的電阻部分在0.4kΩ-0.8kΩ的范圍，與整個(gè)電阻相比是非常小的值于是，測(cè)量的電阻值主要是起因于該層和電極之間的接觸電阻。如圖8所示，隨著Mg含量增加，接觸電阻降低。特別是，當(dāng)Mg含量超過(guò)4.5×1019cm-3時(shí)接觸電阻急劇降低。這里，該層所含Mg含量約是具有最低電阻率的層的兩倍或三倍左右，亦即1.5-2×1019cm-3。在樣品1含少量Mg的情況該層本身的電阻率是1.6Ωcm，在樣品2含大量Mg的情況是2.2Ωcm，這說(shuō)明該層的電阻率與接觸電阻呈現(xiàn)反比關(guān)系。這就是說(shuō)，當(dāng)該層的電阻因過(guò)量摻雜Mg而增加時(shí)，該層和電極之間的接觸電阻降低。樣品3和4均由含不同量的Mg的兩層組成。圖8所示電阻值是相對(duì)于接觸層中的Mg含量的測(cè)量值。這里，接觸層中含大量Mg的樣品具有低的接觸電阻。由于樣品3和4的0.9μm厚的層摻雜的Mg含量與樣品1摻雜的量相同，亦即每個(gè)樣品3和4的最大部分，所以該層本身的電阻率在樣品1、3和4中幾乎是相同的。
在接觸層中含7.2×1019cm-3的Mg的樣品中，接觸層的厚度從0.03μm增加到0.1μm時(shí)，電阻值從約7kΩ-10kΩ降低到0.84kΩ-1.0kΩ，如圖8所示，這是極低的。這對(duì)應(yīng)于1.58×10-3Ωcm2的接觸電阻。產(chǎn)生這種現(xiàn)象估計(jì)是因?yàn)橛筛邷丶せ钐幚韺?dǎo)致的Mg的擴(kuò)散。當(dāng)過(guò)量摻雜的層較薄時(shí)，與生長(zhǎng)層的情況相比，接觸電極的表面周圍的Mg含量因Mg的擴(kuò)散而降低。擴(kuò)散集中發(fā)生在Mg含量差別大的界面上。于是，通過(guò)增加過(guò)量摻雜的接觸層的厚度，以使接觸電極的表面更加遠(yuǎn)離Mg含量差別大的界面，可以減少表面周圍擴(kuò)散的影響。并且，在使用AlGaN層作為化合物半導(dǎo)體層的情形，得到與上述相同的現(xiàn)象。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，把化合物半導(dǎo)體層激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層的方法可以如下實(shí)現(xiàn)。首先，通過(guò)照射可以被由VPE生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體吸收的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁波，降低化合物半導(dǎo)體的電阻率。并且，進(jìn)一步降低化合物半導(dǎo)體和電極之間的接觸電阻率。其次，利用隨著化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)過(guò)程中摻雜到化合物半導(dǎo)體層中的p-型雜質(zhì)含量的增加，適于激活的退火溫度降低的事實(shí)，不照射UV光，提高p-型雜質(zhì)的濃度，僅通過(guò)低溫退火即可降低化合物半導(dǎo)體層的電阻率。
并且，根據(jù)本發(fā)明的降低化合物半導(dǎo)體層的接觸電阻的方法，通過(guò)提高p-型雜質(zhì)的濃度可以降低接觸電阻。
權(quán)利要求
1.一種使用化合物半導(dǎo)體層和電極制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，所述化合物半導(dǎo)體層是通過(guò)汽相外延法(VPE)生長(zhǎng)的并且用p-型雜質(zhì)摻雜，其中把化合物半導(dǎo)體層激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層的方法包括以下工序?qū)-型摻雜的化合物半導(dǎo)體層，照射可以被p-型摻雜的化合物半導(dǎo)體層吸收的電磁波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，進(jìn)行照射工序的同時(shí)進(jìn)行在350℃或以上溫度的退火。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在空氣氣氛或者氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行照射工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，在空氣氣氛或者氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行照射工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，如果照射工序所用的p-型摻雜化合物半導(dǎo)體層是摻雜Mg的GaN層，則電磁波具有在空氣中短于385nm的波長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，化合物半導(dǎo)體層是由選自如下集合的一種氮化鎵基半導(dǎo)體材料形成的InxGa1-xN、AlxGa1-xN、AlxGayInzN、BxGa1-xN和BxAlyGazN，其中，在三元素混晶化合物的情況下，0≤x≤1，在四元素混晶化合物的情況下，x+y+z＝1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，化合物半導(dǎo)體層的p-型雜質(zhì)是選自Mg、Zn、Cd、Be、Ca和Ba中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，化合物半導(dǎo)體層的p-型雜質(zhì)是選自Mg、Zn、Cd、Be、Ca和Ba中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，使用汞弧燈作為光源產(chǎn)生電磁波。
10.一種采用化合物半導(dǎo)體層和電極制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，所述化合物半導(dǎo)體層是通過(guò)汽相外延法(VPE)生長(zhǎng)的并且用p-型雜質(zhì)摻雜，其中把化合物半導(dǎo)體層激活成為p-型化合物半導(dǎo)體層的方法包括以下工序當(dāng)p-型摻雜的半導(dǎo)體層含有作為p-型雜質(zhì)的超過(guò)5×1019cm-3的Mg時(shí)，在200-850℃的低溫對(duì)p-型摻雜的半導(dǎo)體層進(jìn)行退火。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，化合物半導(dǎo)體層是由選自如下集合的一種氮化鎵基半導(dǎo)體材料形成的InxGa1-xN、AlxGa1-xN、AlxGayInzN、BxGa1-xN和BxAlyGazB，其中，在三元素混晶化合物的情況下，0≤x≤1，在四元素混晶化合物的情況下，x+y+z＝1。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，化合物半導(dǎo)體層的p-型雜質(zhì)是選自Zn、Cd、Be、Ca和Ba中的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，化合物半導(dǎo)體層的p-型雜質(zhì)是選自Zn、Cd、Be、Ca和Ba中的至少一種。
14.一種采用化合物半導(dǎo)體層和電極制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，所述化合物半導(dǎo)體層是通過(guò)汽相外延法(VPE)生長(zhǎng)的并且用p-型雜質(zhì)摻雜，其中降低化合物半導(dǎo)體層的接觸電阻的方法包括以下工序把p-型雜質(zhì)摻雜進(jìn)化合物半導(dǎo)體層，其劑量為p-型摻雜化合物半導(dǎo)體層的電阻率最低時(shí)的劑量的兩倍以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，將作為p-型雜質(zhì)的超過(guò)4.5×1019cm-3的Mg摻雜進(jìn)化合物半導(dǎo)體層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括以下工序通過(guò)把作為p-型雜質(zhì)的超過(guò)4.5×1019cm-3的Mg僅僅摻雜進(jìn)與電極接觸的化合物半導(dǎo)體層的表面，形成厚0.03μm的過(guò)量摻雜Mg的層。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，化合物半導(dǎo)體層是由選自如下集合的一種氮化鎵基半導(dǎo)體材料形成的InxGa1-xN、AlxGa1-xN、AlxGayInzN、BxGa1-xN和BxAlyGazN，其中，在三元素混晶化合物的情況下，0≤x≤1，在四元素混晶化合物的情況下，x+y+z＝1。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，化合物半導(dǎo)體層的p-型雜質(zhì)是選自Zn、Cd、Be、Ca和Ba中的至少一種。
全文摘要
提供了一種把化合物半導(dǎo)體層激活成p－型化合物半導(dǎo)體層的方法。為了降低由VPE法生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體層的電阻率,照射其能量大于化合物半導(dǎo)體層的帶隙能量的電磁波并且進(jìn)行退火。如果在生長(zhǎng)過(guò)程中該層所含p－型雜質(zhì)含量增加,則該層的電阻率增加,退火溫度降低。并且,化合物半導(dǎo)體層和電極之間的接觸電阻降低。
文檔編號(hào)H01L21/265GK1241820SQ99107659
公開日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1999年5月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月8日
發(fā)明者申鉉義 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社