CN103814430A - 溅射设备和用于形成发光器件的透射导电层的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造氮化物半导体发光器件的方法以及由此制造的氮化物半导体发光器件。所述用于制造氮化物半导体发光器件的方法包括步骤：在衬底上形成第一和第二导电类型氮化物半导体层，以形成包括有位于第一和第二导电类型氮化物半导体层之间的有源层的发光结构；按顺序形成第一导电类型氮化物半导体层、有源层以及第二导电类型氮化物半导体层；形成连接到第一导电类型氮化物半导体层的第一电极；在第二导电类型氮化物半导体层上形成光刻胶膜以暴露出部分第二导电类型氮化物半导体层；以及在将用作第二电极的反射金属层和阻挡层顺序形成在被光刻胶膜暴露出来的第二导电类型氮化物半导体层上之后去除光刻胶膜。

Description

溅射设备和用于形成发光器件的透射导电层的方法
技术领域
本发明涉及溅射设备和用于形成发光器件的透射导电层的方法，更具体地说，为了提高生产率而使用溅射方法来在发光器件上形成透射导电层，本发明涉及的创新的设备以及使用该设备的溅射方法能够防止由于上述情况下产生的p型半导体劣化所造成的欧姆特性衰退。
背景技术
半导体发光器件是指一种利用半导体器件的p-n结结构来将由电子和空穴的复合所产生的能量转换成光并发光的器件。
也就是说，当向特定元素形成的半导体施加正向电压时，电子和空穴通过正电极与负电极之间的结移动并彼此复合，由此产生的能量比电子和空穴彼此分开时产生的能量要低。由于此时所产生的能量差从而会向外发光。
因此，如图1给出的MESA结构为例，发光器件1的基本形状可以是层叠结构，其包括有形成在衬底10上的n型半导体20和p型半导体40，以及形成在n型半导体20与p型半导体40之间的多量子阱（MQW）层30（在各个半导体中，例如可以提供GaN）。在将电流提供给该层叠结构的情况下，电子和空穴朝向多量子阱（MQW）层移动并彼此复合，从而产生光能。
在这种情况下，为了将电流提供给层叠结构，可在p型半导体40（更明确的说是p+-GaN（50））和n型半导体20上形成电极，从而将电流提供到这些电极上。具体来说，根据半导体的特性，可能需在p型半导体上形成具有较宽接触面积的电极。另外，为了能使所产生的光用作光源，需要高度的光提取效率，以使光无损地朝向发光器件的观测者发射。因此，可由诸如透明导电氧化物（TCO）层之类的透射导电层60来形成电极。
通常，形成透射导电层60的多数处理步骤都是由沉积方法形成的，并且在掺杂特性灵敏变化的p型半导体40上，尤其是在用于使p型半导体与电极彼此欧姆接触而形成的p+型半导体50的表面上来形成透射导电层所最为广泛采用的方法可能是电子束沉积方法。
然而，作为所述电子束沉积方法，一种靠蒸发待沉积材料并沉积该材料的批量型方法可能会具有以下缺陷，例如形成透射导电层的处理的稳定性下降以及生产率减小等。具有高处理稳定性和生产率的层形成替代方法例如可以是溅射方法。然而在溅射方法中，诸如p+-GaN等的半导体层可能会由于溅射时形成的等离子体而受到损坏，相应地，与电子束沉积方法相比，会在半导体层中引起欧姆特性衰退，从而溅射方法的应用也是有缺陷的。
发明内容
[技术问题]
本发明的一个方面提供了一种溅射设备，由该设备实现的方法能够在将透射导电层形成在发光器件上时使得半导体层与透射导电层彼此欧姆接触。
本发明的一个方面还提供了一种创新的方法，能够在通过溅射方法将透射导电层形成在发光器件上时使得半导体层与透射导电层彼此欧姆接触良好。
[技术方案]
根据本发明的一个方面，提供了一种用于形成发光器件的透射导电层的溅射设备，该溅射设备包括：腔室；布置在所述腔室的一个内壁上的靶容纳单元；与所述靶容纳单元相对形成的衬底容纳单元；以及由两层或更多层金属网形成的过滤器，其位于所述靶容纳单元和所述衬底容纳单元之间。
所述由两层或更多层金属网形成的过滤器的至少一层可被用作接地电极。
所述由两层或更多层金属网形成的过滤器可具有网眼或条纹图案的穿孔。所述由两层或更多层金属网形成的过滤器可具有彼此交替布置的开口部分。
在所述由两层或更多层金属网形成的过滤器中，金属部分的宽度可以是10μm至10mm，而穿孔的宽度可以是10μm至10mm，从而能够有效地防止由于溅射期间释放的等离子体和原子而导致用作衬底的p型半导体的劣化。
另外，所述过滤器与所述衬底容纳单元中所容纳的衬底之间的间隔可以为10至500mm。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于形成发光器件的透射导电层的溅射方法，该溅射方法包括步骤：制备衬底和靶；以及通过溅射将靶的元素沉积在衬底上，其中在溅射期间，由两层或更多层金属网形成的过滤器被提供在所述靶和所述衬底之间，并且所述过滤器的至少一层被用作接地电极。
为了利用溅射方法的有益效果来进一步促进生产率的提高，可令所述溅射步骤包括：第一溅射处理和第二溅射处理，第一溅射处理以0.1至
Figure BDA0000466402460000031
的沉积速率执行溅射，直到透射导电层的厚度达到10至
Figure BDA0000466402460000032
在所述透射导电层的厚度达到10到
Figure BDA0000466402460000033
之后，第二溅射处理以1至
Figure BDA0000466402460000034
的沉积速率执行溅射，达到所述透射导电层的最终厚度。
所述由两层或更多层金属网形成的过滤器可具有网眼或条纹图案的穿孔。所述由两层或更多层金属网形成的过滤器可具有彼此交替布置的开口部分。
[有益效果]
根据本发明的示例性实施例，当用作透射导电层的材料的粒子从靶释放而到达p型半导体（衬底）时，通过最大限度地减小所述粒子的能量以及使溅射期间生成的等离子体不对p型半导体的相邻部分产生影响，从而可防止p型半导体的劣化。结果能够以高处理稳定性和生产率来制造发光器件。
附图说明
图1是示意性示出具有MESA结构的发光器件形状的截面图。
图2是示出了通过溅射方法形成透射导电层时以及通过电子束方法形成透射导电层时欧姆接触特性发生变化的现象的曲线图。
图3是示出根据现有技术的溅射设备的形状的截面图。
图4是示出根据本发明示例性实施例的溅射设备的形状的截面图。
图5是示出构成过滤器的金属网的形状的平面图。
图6是示出构成过滤器的金属网的穿孔彼此交错的形状的示意图。
图7是示出根据本发明的发明示例形成的氧化铟锡（ITO）层的欧姆特性与根据现有技术的现有技术示例形成的氧化铟锡（ITO）层的欧姆特性二者的比较结果的曲线图。
具体实施方式
下面，将参考附图描述本发明的示例实施例。
然而，本发明可以具体实现为许多不同的形式，并且不应当被解释为限于这里所述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了使得本发明是详尽和完整的，并且将向本领域技术人员完整地传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，会放大元件的形状和尺寸
图3是示出根据现有技术的溅射方案的示意图。从图中能够看出，在根据现有技术的溅射设备中，在靶容纳单元110中容纳的靶120被提供为负极，而在衬底容纳单元130中容纳的衬底140被接地，从而生成电场。由所生成的电场可形成等离子体150，并且由于等离子体中所含Ar+160与靶120之间的碰撞时所产生的能量而使得形成靶120的元素170从靶中释放出来。所释放的元素170可被粘附于与靶相对放置的衬底140上，从而形成层。
上述方案与根据现有技术的电子束方法相比，具有较高的处理稳定性，并且允许容易地交换材料，从而具有较高生产率。
然而，为使元素（原子）170从靶上分离，必须形成Ar+等离子体。在靶120与接地电极180之间会形成等离子体并且该等离子体会具有足以使惰性的Ar气电离成离子化状态的高能级。
然而，根据本发明发明人在本申请中所公开的研究结果，由于溅射设备生成等离子体的特性，导致了高能等离子体会与衬底邻近并对衬底产生影响，结果是p型半导体的能级会增加，这会导致很难在p型半导体与形成在其上的透射导电层之间获得良好的欧姆接触。
发明人还发现由于用具有高能量的Ar+等离子体离子的碰撞而从靶中释放出来的原子同样会具有高能量，而在具有如此高能量的粒子与p型半导体碰撞以粘附于该p型半导体的情况下，会引起p型半导体的劣化，从而妨碍了获得良好的欧姆接触。
本发明是根据基于上述观点而得到的两项措施而获得的，对这两项措施简要描述如下。
第一，可能需要将衬底从等离子体生成区域屏蔽。也就是说，生成等离子体的区域与衬底会被彼此分离，从而可防止由于等离子体能量而导致的p型半导体（衬底）能级的增加。
第二，可能需要使靶释放出的原子在与衬底进行碰撞时具有减小的能量，从而防止衬底的劣化。
图4是示出根据本发明的独特方案的溅射设备的示意图。从图4能够看出，根据本发明的示例实施例的溅射设备包括：用于生成等离子体的腔室100，布置在腔室100的一个内壁上并容纳有靶120的靶容纳单元110，与靶容纳单元110相对布置并容纳有衬底140的衬底容纳单元130，以及位于靶容纳单元110和衬底容纳单元130之间的具有开口部分的过滤器190的两层或多层。容纳在靶容纳单元中的靶可以是负极。另外，如图5所示，过滤器190可以由金属网形成，该金属网具有网眼图案（如图5中的（a））或条纹图案（如图5中的（b））的穿孔，并且过滤器的两层或多层可被设置为接地电极200。在这种情况下，金属网190的网眼图案可以不必须为四边形，而是可以多样地形成为诸如圆形、椭圆形或多边形等等。
以下将对此进行详细描述。如上所述，在等离子体150与p型半导体（衬底140）直接接触的情况下，p型半导体的能级可能会增加，从而导致在透射导电层与p型半导体之间无法获得良好的欧姆接触。因此，根据本发明示例实施例的过滤器190被布置在作为负极的靶120与衬底140之间，并且过滤器190的至少一层被设置为接地电极200，从而等离子体150的区域可被限制在靶与过滤器之间的空间内。
在这种情况下，防止了等离子体与衬底（p型半导体）之间的直接接触，从而可获得良好的欧姆接触。
另外，在过滤器被配置为单层的情况下，从靶释放的原子在与衬底碰撞时会具有较高能量。因此有必要通过将过滤器配置为两层或更多层以尽可能延长原子到达衬底的路径或使原子的路径相比直线路径更为复杂，由此来防止高速（也就是高动能或高动量）的原子与衬底发生直接碰撞。
在这种情况下，当从靶朝向衬底的方向看时，如图6所示，过滤器的相邻网眼图案或条纹图案之间的开口区域（也就是能使原子从中穿过的打开的区域）可交替布置，以使得从靶释放出的原子无法经最短路径到达衬底而是尽可能以对角线那样的角度到达衬底。
在过滤器的层数增加的情况下可改善欧姆特性，但到达衬底的原子比率会下降，从而导致生产率降低。因此可将过滤器形成为两层。
形成过滤器的金属网中金属部分210的宽度可为10μm至10mm，而穿孔（非金属部分）220的宽度可为10μm至10mm。在金属部分210的宽度过小或穿孔220的宽度过大的情况下，过滤器可能不足以控制原子的路径，而在金属部分210的宽度过大或穿孔220的宽度过小的情况下，透射导电层的成膜效率会减小。由于类似的原因，形成过滤器的各个金属网之间的间隔可以是0.1至200mm。
另外，在溅射设备中，过滤器190和衬底140之间的间隔可以是10至500mm。这是因为衬底140与过滤器190之间要保持足够的间隔，从而可防止由等离子体150造成的欧姆特性衰退，同时可将靶释放出的原子极为高效地粘附到衬底140上。
因此，根据本发明示例实施例的用于形成透射导电层的溅射设备包括：腔室；布置在腔室的一个内壁上的靶容纳单元；与靶容纳单元相对形成的衬底容纳单元；以及位于靶容纳单元和衬底容纳单元之间的由两层或更多层金属网形成的过滤器。
作为根据本发明示例实施例的溅射设备，可使用任意类型的设备，优选的是使用直流（DC）溅射设备。在DC溅射设备的各个类型当中，优选使用DC磁电管溅射设备。
另外，根据本发明的示例实施例的用于形成透射导电层的溅射方法，即一种使用上述溅射设备的方法可包括步骤：制备衬底和靶；以及通过溅射将靶的元素沉积在衬底上，其中在溅射期间，由两层或更多层金属网形成的过滤器被提供在所述靶和所述衬底之间，并且所述过滤器被用作接地电极。在这种情况下，当所述衬底是以p型半导体为顶层的层叠结构的衬底时，可获得根据本发明的示例实施例的有益效果。
在这种情况下，在溅射期间，当以极快的速率释放原子时，随之产生的结果是对衬底与透射导电层之间的欧姆接触的改善并不明显。因此，有必要在溅射期间控制原子的释放速率，即控制沉积速率。也就是说，透射导电层的沉积速率在初始阶段可为0.1至
Figure BDA0000466402460000071
以防止衬底的劣化，而随后以1至
Figure BDA0000466402460000072
的增加的沉积速率沉积透射导电层，从而实现生产率的提高。
溅射过程可整体按照上述当前应用条件来进行，但在这样的情况下，沉积速率会相对较低，从而使生产率下降。因此，在根据本发明示例实施例的方法中，可将溅射过程分为两个可控的溅射处理。也就是说，一个溅射处理可在上述条件下执行以在初始阶段获得良好的欧姆接触。然而，当相应形成的透射导电层的厚度变为10至
Figure BDA0000466402460000073
时，该已形成的透射导电层就可用作保护层，由此欧姆特性不再会受到损坏，除非该透射导电层是以极高的速率被沉积的。因此，在厚度为10到
Figure BDA0000466402460000074
的情况下，即使当以增加的沉积速率执行另一溅射处理时，也可在衬底与透射导电层之间获得良好的欧姆接触特性。
因此，所述溅射可以以两个分开的处理步骤来执行，包括：第一溅射处理和第二溅射处理，第一溅射处理以0.1至
Figure BDA0000466402460000075
的沉积速率执行溅射，直到透射导电层的厚度达到10至
Figure BDA0000466402460000081
在所述透射导电层的厚度达到10到
Figure BDA0000466402460000082
之后，第二溅射处理以1至/秒的沉积速率执行溅射，达到所述透射导电层的最终厚度。
在上述设备和方法中，通过防止由等离子体造成的衬底劣化并防止由靶释放出的高动能原子造成的衬底劣化从而可以通过溅射方式将透射导电层形成在构成发光器件的层叠结构的p型半导体上，由此可使透射导电层与p型半导体之间的欧姆特性得以改善，从而可进一步提高发光器件的功能。
[所公开的实施方式]
此外，已经根据部分示例描述介绍了本发明的示例实施例，但必须明白本发明的范围并不限于这样的示例。也就是说，本发明的范围应由所附权利要求的描述以及根据权利要求合理构想的内容来确定，而不限于单个示例。
（示例）
在顶层形成有p+型半导体的衬底表面上通过使用溅射设备来以
Figure BDA0000466402460000084
的沉积速率形成氧化铟锡（ITO）层，所述溅射设备包括由两层金属网形成的过滤器，其中金属部分的宽度为1mm，穿孔的宽度为1mm，两层金属网彼此隔开5mm的距离，并以一个金属网的金属部分位于另一个金属网的穿孔中心上方的方式进行布置，从而使两层金属网的开口部分交替布置，两层金属网与衬底之间的距离为200mm。将这种情况称为发明示例。
将一个通过使用不带金属网的溅射设备来在其顶层形成有p+型半导体的衬底表面上形成ITO层的现有技术示例与上述发明示例进行比较。
图7是示出根据本发明的发明示例形成的ITO层的欧姆特性与根据现有技术的现有技术示例形成的ITO层的欧姆特性二者的比较结果的曲线图。从图7的曲线图中能够看出，在根据现有技术示例制造的ITO层中，即使电压增加，电流也几乎没有增加。另一方面，在根据发明示例制造的ITO层中，电流根据电压的增加而线性增加。
因此，根据本发明示例实施例的有益效果可被证实。
虽然上面已经示出并描述了示例性实施例，但是本领域技术人员将会清楚，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改和变化。

Claims (10)

1.一种用于形成发光器件的透射导电层的溅射设备，包括：
腔室；
靶容纳单元，其布置在所述腔室的一个内壁上；
衬底容纳单元，其与所述靶容纳单元相对形成；以及
由两层或更多层金属网形成的过滤器，其位于所述靶容纳单元和所述衬底容纳单元之间。
2.根据权利要求1所述的溅射设备，其中所述由两层或更多层金属网形成的过滤器的至少一层被用作接地电极。
3.根据权利要求1所述的溅射设备，其中所述由两层或更多层金属网形成的过滤器具有网眼图案或条纹图案的穿孔。
4.根据权利要求3所述的溅射设备，其中所述由两层或更多层金属网形成的过滤器具有彼此交替布置的开口部分。
5.根据权利要求3所述的溅射设备，其中在所述由两层或更多层金属网形成的过滤器中，金属部分的宽度为10μm至10mm，而穿孔的宽度为10μm至10mm。
6.根据权利要求3所述的溅射设备，其中所述过滤器与所述衬底容纳单元中所容纳的衬底之间的间隔为10至500mm。
7.一种用于形成发光器件的透射导电层的溅射方法，包括步骤：
制备衬底和靶；以及
通过溅射将所述靶的元素沉积在所述衬底上，
其中在溅射期间，由两层或更多层金属网形成的过滤器被提供在所述靶和所述衬底之间，并且所述过滤器的至少一层被用作接地电极。
8.根据权利要求7所述的溅射方法，其中所述溅射步骤包括：第一溅射处理和第二溅射处理，第一溅射处理以0.1至
Figure FDA0000466402450000021
的沉积速率执行溅射，直到透射导电层的厚度达到10至
Figure FDA0000466402450000022
在所述透射导电层的厚度达到10到
Figure FDA0000466402450000023
之后，第二溅射处理以1至的沉积速率执行溅射，达到所述透射导电层的最终厚度。
9.根据权利要求7所述的溅射方法，其中所述由两层或更多层金属网形成的过滤器具有网眼图案或条纹图案的穿孔。
10.根据权利要求9所述的溅射方法，其中所述由两层或更多层金属网形成的过滤器具有彼此交替布置的开口部分。
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