CN102769085A - 低接触阻值的半导体结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低接触阻值的半导体结构及其制作方法，其结构包含有一基板、一半导体堆叠层、一低接触阻值层以及一透明导电层，该低接触阻值层设置于该半导体堆叠层具有一P型氮化镓层的一侧，该低接触阻值层的厚度小于100埃且其材质选自于由铝、镓、铟及其组合所组成的群组。通过该低接触阻值层的设置，降低该P型氮化镓层与该透明导电层之间的阻抗，若应用于发光二极管上，可有效增加发光效率。而本发明还披露该结构的制作方法，其主要利用金属有机化学气相沉积的方式形成一致密且薄化的低接触阻值层，强化各层之间的匹配程度。

Description

低接触阻值的半导体结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种降低阻抗的结构，尤指一种低接触阻值的半导体结构及其制作方法。

背景技术

在半导体的制程中，运用不同材料做成PN界面可适用于不同的应用上，其中氮化镓(GaN)材料已大量应用于发光二极管上，但P型氮化镓的载子浓度不易提升，因而无法得到较高的导电能力，容易发生P型氮化镓与导电层之间的接触电阻过高，而有元件特性不佳(如低发光效率、高前向压降(forward Voltage))的问题。一般的解决方法利用一制作于该P型氮化镓上的匹配层以加强与其他材料之间的导电能力。已知技术通过设置于P型氮化镓与电极之间的镍金(Ni/Au)材料，以降低P型氮化镓的阻抗，以及使用氧化铟锡(ITO)材料，同样设置于P型氮化镓与导电层之间，以达到降低阻抗的问题，因为其透明度高，而于发光二极管发光时仍可有效穿透，而达到高亮度的需求。而对于目前市面上的需求来说，不论是镍金材料或者是氧化铟锡材料，其接触电阻仍然过高，且其与P型氮化镓的匹配程度仍有待改进。

此外，为了解决发光二极管于发光后射出半导体的反射问题，半导体制程利用粗化P型氮化镓表面的方式来减少光反射的可能，在这样的制程条件下，不论是使用上述所的镍金材料或氧化铟锡，其电阻值更是明显的飙高，其原因在于P型氮化镓的粗化表面与镍金材料或氧化铟锡的接触较差，且致密度不够，因而容易有阻抗升高的问题。请参阅图1A及图1B所示，由于粗化表面1非为平坦表面，因而在成长匹配层时。其无法完全顺着粗化表面1成长，因而会具有多个孔洞2，而由图1B中的放大图中更为明显的可以观察到孔洞2的间隙，由于导电接触面积不大，而当电性的横向传导不佳时，接触电阻也会随之升高。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种有效降低接触阻值的材料及结构，解决P型氮化镓与导电结构的匹配问题。

本发明的另一目的，在于解决已知技术应用于粗化表面而有接触阻抗升高的问题。

为达上述目的，本发明提供一种低接触阻值的半导体结构，其包含有一基板、一半导体堆叠层、一低接触阻值层以及一透明导电层。该半导体堆叠层设置于该基板的一侧，并具有一N型半导体层及一P型氮化镓层。而该低接触阻值层设置于该半导体堆叠层具有该P型氮化镓层的一侧并与该P型氮化镓层连接，该低接触阻值层的厚度小于100埃(Angstrom)且其材质选自于由铝、镓、铟及其组合所组成的群组，而优选地，该低接触阻值层是以铟(Indium)制成。该透明导电层设置于低接触阻值层远离该P型氮化镓层的一侧。

除此之外，本发明还披露一种低接触阻值的半导体结构的制作方法，其包含有以下步骤：

S1：准备一基板。

S2：设置一半导体堆叠层于该基板上，该半导体堆叠层具有一N型半导体层及一P型氮化镓层。

S3：设置一低接触阻值层，其设置于该半导体堆叠层具有该P型氮化镓层的一侧并与该P型氮化镓层连接，该低接触阻值层的厚度小于100埃且其材质为选自于由铝、镓、铟及其组合所组成的群组。

S4：设置一透明导电层于该低接触阻值层上。

由上述说明可知，相较于已知技术，本发明具有下列特点：

一、该透明导电层与该P型氮化镓层之间设置有该低接触阻值层，且该低接触阻值层的厚度必须小于100埃，因而形成一薄化的金属结构而具有透明的特性。

二、由于铟的接触阻值远低于氧化铟锡以及镍金材料，因而有效降低P型氮化镓层的接触阻值，若使用于发光二极管的状况下，可有效增加发光效率，并且降低前向压降。

附图说明

图1A是已知技术的粗化表面结构示意图。

图1B是已知技术的粗化表面结构放大示意图。

图2A至图2E是本发明一优选实施例的制作流程示意图。

图3是本发明一优选实施例的步骤流程图。

图4是本发明一优选实施例的前向压降与电流示意图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：

请参阅图2A至图2E所示，其为本发明一优选实施例的制作流程示意图，特别请参阅图2E的完成制程的结构示意图，如图所示：本发明为一种低接触阻值的半导体结构，且本发明以发光二极管作为优选实施例的说明。本发明的低接触阻值的半导体结构包含有一基板10、一半导体堆叠层20、一低接触阻值层30以及一透明导电层40。该半导体堆叠层20设置于该基板10的一侧，并具有一N型半导体层21、一P型氮化镓层23以及一发光层22，其中该P型氮化镓层23的材质为P型氮化镓(P-typeGaN)，该发光层22设置于该N型半导体层21及该P型氮化镓层23之间，该P型氮化镓层23设置于该N型半导体层21远离该基板10的一侧，且该P型氮化镓层23具有一上表面231。而该低接触阻值层30设置于P型氮化镓层23的上表面231，且于本实施例中，该上表面231经过研磨粗化处理而具有一凹凸结构，该低接触阻值层30的厚度小于100埃且其材质为选自于由铝、镓、铟及其组合所组成的群组，而优选地，该低接触阻值层30的材质是以铟制成。该透明导电层40为透光导电材质，其可以为氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、氧化铝锌、氧化锌、镍金材料或上述材料的组合，且该透明导电层40设置于低接触阻值层30远离该P型氮化镓层23的一侧。因本发明以发光二极管作为实施例的说明，该透明导电层40与该N型半导体层21分别连接一第一导电块50以及一第二导电块51以作为发光二极管的输入电源。

需特别说明的是，该低接触阻值层30优选的成长方式以金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)成长于该P型氮化镓层23表面，且制作该低接触阻值层30的温度介于150℃-1200℃之间，通过MOCVD的成长，可有效控制该低接触阻值层30的厚度，且优选为介于25-50埃之间，藉此形成铟薄膜(Thin film)或铟丛集(cluster)于该P型氮化镓层23表面，通过MOCVD的制程，还可将该低接触阻值层30的厚度控制到5埃，因为该低接触阻值层30的薄化效果，可以有效增加透明度，并且若该低接触阻值层30薄化后形成铟丛集，还可以使透明的效果更加显著，且由于铟的阻值较低，因而即使以丛集的状态显现，也不会影响太多的导电特性。

本发明还披露一种低接触阻值的半导体结构的制作方法，请配合参阅图3的步骤流程示意图所示，该制作方法包含有以下步骤：

S1：准备一基板10。

S2：将一半导体堆叠层20形成于该基板10上，该半导体堆叠层20具有一N型半导体层21、一P型氮化镓层23以及一发光层22，该发光层22设置于该N型半导体层21及该P型氮化镓层23之间，并且该P型氮化镓层23设置于该N型半导体层21远离该基板10的一侧，且该P型氮化镓层23具有一上表面231。

S2A：粗化该上表面231，对该上表面231进行粗化处理，使该上表面231形成一凹凸结构，藉此降低光产生后于射出该P型氮化镓层23时有可能产生的反射问题，而粗化的方式有很多种，在此便不进行详细说明。

S3：设置一低接触阻值层30，设置该低接触阻值层30于该上表面231，该低接触阻值层30的厚度小于100埃且其材质选自于由铝、镓、铟及其组合所组成的群组，需特别说明的是，本发明的优选实施方式是以金属有机化学气相沉积(MOCVD)通过一承载铟的气相载体(tri-methyl)将铟成长于该上表面231，形成该低接触阻值层30。由于MOCVD的制程特性，可以缓慢且致密的成长该低接触阻值层30于经过粗化后的该上表面231。

S4：设置一透明导电层40于该低接触阻值层30上，该透明导电层40为透明导电材质所制成，其可为氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、氧化铝锌、氧化锌、镍金材料或上述材料的组合。

S5：设置导电块，分别于该透明导电层40与该N型半导体层21上设置一第一导电块50以及一第二导电块51，以分别作为发光二极管的输入电源。

另外，除了上述以MOCVD直接将承载铟的气相载体直接沉积于该上表面231外，还可以在步骤S3中，先以一承载铟和镓的气相载体通过MOCVD成长于该半导体堆叠层20上，形成一混合结构，接着直接于MOCVD制程中通过高温的方式而使铟以相分离(Phase Separation)的方式自该混合结构中析出，而可得到该低接触阻值层30，其中该气相载体为含过饱和铟的氮化镓，其铟和镓的摩尔数含量比值大于0.2，通过这样的方式，可以使该低接触阻值层30与该上表面231做一优选的结合。请配合参阅图4，其为本发明一优选实施例的前向压降与电流示意图，利用上述的实施方式，含铟发光二极管的前向压降曲线60低于不含铟发光二极管的前向压降曲线61，因而可得知含铟发光二极管的前向压降曲线60的发光效率较好。

再者，另外一优选实施例以含高掺杂铟的氮化镓成长于该半导体堆叠层20上，并以高温回火的方式析出铟，其利用一炉管使用高温回火而使含过饱和铟的氮化镓中的铟相分离析出，形成该低接触阻值层30。

综上所述，由于本发明中的透明导电层40与该P型氮化镓层23之间设置有该低接触阻值层30，且该低接触阻值层30的厚度必须小于100埃，因而形成一薄化的金属结构而具有透明的特性。此外，由于铟的接触阻值远低于氧化铟锡以及镍金材料，因而有效降低P型氮化镓层23的接触阻值，若使用于发光二极管的状况下，可有效增加发光效率，并且降低前向压降。再者，利用MOCVD进行低接触阻值层30的制作，可接续半导体堆叠层20的制程，而较能与P型氮化镓层23的结构匹配，且通过MOCVD制程，所形成的低接触阻值层30的致密度较高，可有效强化后续非MOCVD制程的匹配程度，并且所形成的薄膜或丛集能形成透光度较好的层面

以上已将本发明做一详细说明，以上所述者，仅为本发明的一优选实施例而已，当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明权利要求范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。

Claims (14)

1.一种低接触阻值的半导体结构，其特征在于，包含有：

一基板(10)；

一半导体堆叠层(20)，包括一形成于所述基板(10)上的N型半导体层(21)及一设于所述N型半导体层(21)上方的P型氮化镓层(23)，所述P型氮化镓层(23)具有一上表面(231)；

一低接触阻值层(30)，设置于所述上表面(231)，所述低接触阻值层(30)的厚度小于100埃且其材质选自由铝、镓、铟及其组合所组成的群组；及

一透明导电层(40)，设置于所述低接触阻值层(30)远离所述P型氮化镓层(23)的一侧。

2.根据权利要求1所述的低接触阻值的半导体结构，其特征在于，所述上表面(231)具有一凹凸结构。

3.根据权利要求1所述的低接触阻值的半导体结构，其特征在于，所述半导体堆叠层(20)还包括一设置于所述N型半导体层(21)及所述P型氮化镓层(23)之间的发光层(22)。

4.根据权利要求1所述的低接触阻值的半导体结构，其特征在于，所述低接触阻值层(30)以金属有机化学气相沉积成长于所述P型氮化镓层(23)的上表面(231)。

5.根据权利要求1所述的低接触阻值的半导体结构，其特征在于，所述低接触阻值层(30)的厚度介于25-50埃之间。

6.根据权利要求5所述的低接触阻值的半导体结构，其特征在于，所述低接触阻值层(30)的材质为铟，且形成铟薄膜或铟丛集于所述P型氮化镓层(23)表面。

7.根据权利要求1所述的低接触阻值的半导体结构，其特征在于，所述透明导电层(40)的材料为选自由氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、氧化铝锌、氧化锌及镍金材料所组成的群组。

8.一种低接触阻值的半导体结构的制作方法，其特征在于，包含有下列步骤：

准备一基板(10)；

将一半导体堆叠层(20)形成于所述基板(10)上，所述半导体堆叠层(20)依序包括一形成于所述基板(10)上的N型半导体层(21)及一设于所述N型半导体层(21)上方的P型氮化镓层(23)，所述P型氮化镓层(23)具有一上表面(231)；

于所述上表面(231)形成一低接触阻值层(30)，所述低接触阻值层(30)的厚度小于100埃且其材质选自由铝、镓、铟及其组合所组成的群组；及

设置一透明导电层(40)于所述低接触阻值层(30)上。

9.根据权利要求8所述的低接触阻值的半导体结构的制作方法，其特征在于，在形成所述低接触阻值层(30)前，先对所述上表面(231)进行一粗化处理，使所述上表面(231)形成一凹凸结构。

10.根据权利要求8所述的低接触阻值的半导体结构的制作方法，其特征在于，所述低接触阻值层(30)是以一金属有机化学气相沉积法成长于所述P型氮化镓层(23)的上表面(231)。

11.根据权利要求10所述的低接触阻值的半导体结构的制作方法，其特征在于，所述金属有机化学气相沉积法使用一承载铟的气相载体将铟成长于所述P型氮化镓层(23)表面，形成所述低接触阻值层(30)。

12.根据权利要求10所述的低接触阻值的半导体结构的制作方法，其特征在于，所述金属有机化学气相沉积法使用一承载过饱和铟的氮化镓的气相载体成长所述低接触阻值层(30)，接着通以高温，使铟以相分离的方式析出。

13.根据权利要求12所述的低接触阻值的半导体结构的制作方法，其特征在于，所述气相载体为含过饱和铟的氮化镓，其铟和镓的摩尔数含量比值大于0.2。

14.根据权利要求8所述的低接触阻值的半导体结构的制作方法，其特征在于，以含高掺杂铟的氮化镓成长所述半导体堆叠层(20)上，并以高温回火析出铟，其利用一炉管使用高温回火而使含过饱和铟的氮化镓中的铟相分离析出，形成所述低接触阻值层(30)。

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