CN1612300A - GaN基III－V主族化合物半导体器件和p型电极 - Google Patents

GaN基III－V主族化合物半导体器件和p型电极 Download PDF

Info

Publication number
CN1612300A
CN1612300A CNA2004100879956A CN200410087995A CN1612300A CN 1612300 A CN1612300 A CN 1612300A CN A2004100879956 A CNA2004100879956 A CN A2004100879956A CN 200410087995 A CN200410087995 A CN 200410087995A CN 1612300 A CN1612300 A CN 1612300A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
electrode
ground floor
sill
gan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2004100879956A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100490078C (zh
Inventor
郭准燮
成泰连
南玉铉
宋俊午
林东皙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Gwangju Institute of Science and Technology
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Gwangju Institute of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd, Gwangju Institute of Science and Technology filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN1612300A publication Critical patent/CN1612300A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100490078C publication Critical patent/CN100490078C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28575—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising AIIIBV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45—Ohmic electrodes
    • H01L29/452—Ohmic electrodes on AIII-BV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen

Abstract

本发明披露p型电极和使用它的III－V主族GaN基化合物半导体器件。该电极包括第一层和第二层，所述第一层位于III－V主族氮化物半导体层之上，并由含溶质的Zn基材料形成；所述第二层层叠在所述第一层之上，并由选自Au、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge、Sb、Al、ITO和ZnO中的至少一种形成。该Zn基p型电极具有优选的电性能、光学性能和热性能。

Description

GaN基III-V主族化合物半导体器件和p型电极
技术领域
本发明涉及GaN基III-V主族化合物半导体器件和该半导体器件的p型电极。
背景技术
为利用GaN基化合物半导体实现光学器件，例如发光二极管(LED)和激光二极管(LD)，在半导体层和电极之间形成高质量的欧姆接触(ohmiccontact)十分重要。p型GaN半导体层的欧姆接触层可以是Ni基金属薄层，即由Ni和Au形成的透明金属薄层(请参考美国专利5877558和6008539)。
众所周知，当在O2气氛中退火Ni基薄层时，形成的欧姆接触具有约10-3至10-4Ωcm2的低接触电阻率。当在约500-600℃下在O2气氛中退火该Ni基薄层时，由于其接触电阻率低，在岛形(island-shaped)Au层之间以及在GaN层和Ni层之间的界面处的Au层之上形成氧化镍(NiO)，即p型半导体氧化物，从而降低了肖特基(Schottky)势垒高度(HBT)。因此，当HBT降低时，容易将多数载流子，即空穴供应至GaN层表面附近，因而可增加GaN层表面附近的有效载流子浓度。同时，当使Ni/Au层与p型GaN半导体层接触并退火时，除去了Mg和H之间的金属间复合物(intermetal complex)。这导致了再激活，其增加了p型GaN半导体层的表面内的Mg-波导的浓度(Mg-waveguident concentration)。因此，有效载流子浓度增至1019/cm3或更高，因而在p型GaN半导体层和电极层(即NiO层)之间产生隧穿现象，从而表现出欧姆导电特性。然而，因为Ni/Au薄层不适于用作需要较低欧姆接触电阻的LD，所以需要足够低接触电阻率的新型欧姆接触物质。
发明内容
本发明提供有关GaN基半导体层的欧姆接触金属系统，其具有优选的电性能、光学性能和热性能。
更具体地，本发明提供电极的欧姆接触金属系统，以将GaN基半导体应用到光学器件，所述电极由具有良好电性能、光学性能和热性能的透明薄层形成，这是使用p型GaN基半导体制造金属电极所必需的。
本发明的一个方面提供III-V主族GaN基化合物半导体器件的电极。该电极包括第一层和第二层，其中所述第一层位于III-V主族氮化物半导体层之上，并由含溶质的Zn基材料形成；所述第二层层叠在所述第一层之上，并由选自Au、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge、Sb、Al、ITO、ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12和Zn1-xMgxO(0≤x≤1)中的至少一种形成。
构成所述第一层的Zn基材料可为合金和固溶体之一。
所述Zn基材料可含有选自Ni、Mg、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge、Sb和Ag中的至少一种溶质。
所述电极可还包括中间层，所述中间层插入在所述第一层和所述第二层之间，所述中间层可由选自Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge和Sb中的至少一种形成。
包含在所述Zn基材料内的溶质量可在约0.1～49.9原子百分比的范围内。所述第一层和所述第二层的各层具有约0.1～100nm的厚度。
本发明的另一方面提供III-V主族GaN基化合物半导体器件，例如激光二极管(LD)或发光二极管(LED)，所述半导体器件由GaN和AlxInyGazN(0＜x+y+z＜1)之一形成。
若要形成p型GaN基半导体层(以下简称，p型半导体层)的高质量欧姆接触，则p型半导体层的载流子浓度应为约1×1017/cm3或更高。
同样，若要形成p型半导体层的欧姆接触，则在p型半导体层中使用在与N反应之前与Ga反应的金属。因此，p型半导体层中的Ga与金属反应，因而在p型半导体层的表面生成Ga空位。由于Ga空位起着p型掺杂剂的作用，所以p型半导体层的表面的p型载流子有效浓度得以增加。此外，为降低肖特基势垒，III-V主族GaN基化合物半导体器件需要金属物质；该金属物质减少了Ga2O3层，Ga2O3层是剩余在p型半导体层上的原生氧化层。Ga2O3层可作为电极物质和p型半导体层之间的界面处，载流子流动的障碍(barrier)。在这种情况下，可在电极物质和p型半导体层的之间的界面处发生隧穿导电现象。
在本发明中，通过沉积Zn基合金或Zn基固溶体而形成的p型电极由金属物质形成，其具有优越的氧化活性以还原原生氧化层以及在p型半导体层内起到p型掺杂剂的作用以增加p型半导体层表面附近的有效空穴浓度。同样，因为在空气中或者在含O2气氛中退火获得的ZnO和添加到Zn基电极物质的溶质氧化物与GaN具有相同的功函，所以当它们接触p型GaN时，可降低肖特基势垒高度(HBT)，从而提高了欧姆接触的特性。
诸如LD或LED的半导体器件的最上电极层应由Au或Ag形成，其可防止在高温(约300-600℃)半导体制造过程中的表面降解，抵抗氧化作用，以及具有良好的引线结合(wire bonding)特性和高透明度。
本发明中，Zn基电极物质是光学透明的。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和其他特征以及优点将更加显而易见，其中：
图1A是本发明一个实施方案的GaN基III-V主族化合物半导体发光二极管(LED)的截面示意图；
图1B是本发明另一实施方案的GaN基III-V主族化合物半导体激光二极管(LD)的截面示意图；
图2A是本发明一个实施方案的GaN基III-V主族化合物半导体器件的p型电极的截面示意图；
图2B是本发明另一实施方案的GaN基III-V主族化合物半导体器件的p型电极的截面示意图；
图3显示p型电极电性能的测量结果，所述p型电极是通过在p型GaN半导体基底上沉积Ni-Zn合金或固溶体/Au，以及在空气气氛中退火生成的结构而形成的，所述基底具有约4-5×1017/cm3的载流子浓度，其中(a)是指所沉积的非线性电流-电压(I-V)特性，以及(b)是指沉积后在约550℃下在空气气氛中退火1分钟的线性I-V特性；
图4显示p型电极电性能的测量结果，所述p型电极是通过在p型GaN半导体基底上沉积Ni-Zn合金或固溶体/Ni/Au，以及在空气气氛中退火生成的结构而形成的，所述基底具有约4-5×1017/cm3的载流子浓度，其中(a)是指所沉积的非线性I-V特性，以及(b)、(c)和(d)分别是指在约350、450和550℃下在空气气氛中退火1分钟的线性I-V特性；
图5显示x射线光电子光谱(XPS)深度曲线的结果，曲线分别为当在p型GaN基底上沉积Ni-Zn合金或固溶体/Au时以及当在空气气氛中退火生成的结构时所获得的，其中(a)是指所沉积的结果，以及(b)、(c)和(d)分别是指在约350、450和550℃下在空气气氛中退火1分钟的结果；
图6显示绿色InGaN LED的p型电极的I-V特性的测量结果，所述p型电极分别是通过沉积常规的Ni/Au和Zn-Ni合金或固溶体/Au，以及在空气气氛中退火生成的结构所获得的，其中，(a)是指Ni/Au结构的结果，以及(b)是指Zn-Ni合金或固溶体/Au结构的结果；
图7显示绿光InGaN LED的p型电极的I-V特性的测量结果，所述p型电极是通过沉积Zn-Ni合金或固溶体/Ni/Au以及在空气气氛中退火生成的结构所获得的；
图8显示p型电极的光透射率的测量结果，所述p型电极分别是通过在用于高温的石英上沉积常规的Ni/Au层和Zn-Ni合金或固溶体/Au，以及退火生成的结果所获得的；
图9显示p型电极电性能的测量结果，所述p型电极是通过在p型半导体基底上沉积Zn-Mg合金或固溶体/Au层，以及在空气气氛中退火生成的结构所获得的，所述基底具有约4-5×1017/cm3的载流子浓度，其中(a)是指所沉积的非线性I-V特性，以及(b)是所退火的线性I-V特性；以及
图10显示用于绿光InGaN LED的p型电极物质的I-V特性的测量结果，所述p型电极是通过沉积Zn-Mg合金或固溶体/Au，以及在空气气氛中退火生成的结构所获得的。
具体实施方式
以下将参考附图，更完整地描述本发明。附图显示了本发明示例性地实施方案。在这些附图中，为清楚解释本发明，对层和区域地厚度和尺寸进行了放大。
图1A是本发明一个实施方案的GaN基III-V主族半导体发光二极管(LED)的截面示意图。
n-型III-V主族氮化物半导体叠层(stack layer)2形成在绝缘基底，如蓝宝石基底上，p型化合物半导体叠层3形成在它们之上。
p型电极4形成在所述p型化合物半导体叠层3之上。所述p型电极4是包括Zn基电极层的多层。用于电联结的结合片(bonding pad)5形成在所述p型电极4之上。以下将更详细地描述p型电极4。根据本发明另一实施方案，LED可包括不同与上述的层叠结构(stack structure)，但是特征在于包括位于p型半导体层上的p型电极4。
图1B是本发明另一实施方案的GaN基III-V主族化合物半导体激光二极管(LD)的截面示意图。
参考图1B，n-GaN下接触层12层叠在蓝宝石基底11之上。多层半导体层位于所述下接触层12之上，并形成了台式结构(mesa structure)。也就是说，n-GaN/AlGaN下覆盖层(clad layer)13、n-GaN下导波层(waveguidelayer)14、InGaN活性层15、p-GaN上导波层16和p-GaN/AlGaN上覆盖层17顺次层叠在n-GaN下接触层12之上。此处，所述n-GaN/AlGaN下覆盖层13和p-GaN/AlGaN上覆盖层17的折射率比n-GaN下导波层14和p-GaN上导波层16的折射率低，以及所述n-GaN下导波层14和p-GaN上导波层16的折射率比InGaN活性层15的折射率低。在所述台式结构中，具有预定宽度的突脊(protruding ridge)17a形成在p-GaN/AlGaN上覆盖层17的顶部表面中心，以提供脊导波结构(ridge wave guide structure)，且p-GaN上接触层18形成在脊17a的顶部之上。沉没层(buried layer)19形成在所述p-GaN上接触层18之上。所述沉没层19具有接触孔19a并且起到钝化层的作用。所述沉没层19的接触孔19a对应于形成在所述脊17a顶部之上的上接触层18的顶部，以及所述接触孔19a的外部与所述上接触层18的顶部表面的外部重合。
P型电极20形成在所述沉没层19之上。所述p型电极20是包括Zn基材料层的多层。所述p型电极20通过形成在沉没层19内的接触孔19a与上接触层18接触。n-型电极21形成在阶梯部分，而该阶梯部分形成在所述下接触层12的一侧。所述上覆盖层17之上的脊导波结构限制了施加到所述活性层15上的电流。因此，限制了共振区域(resonance region)的宽度，以稳定横向方式特性并减少了操作电流。
为制造典型的N-基半导体激光器件，多层GaN基半导体层形成在蓝宝石基底之上，通过使用干蚀刻，形成对应于电流施加区域的脊，以及台式结构形成在n-GaN下接触层之上，以暴露所述n-GaN下接触层并且形成了共振表面。该台式结构排列在基底，如蓝宝石基底之上，且最终使用刻绘(scribing)分隔成单元器件。
图2A和2B是本发明实施方案的GaN基III-V主族化合物半导体器件的p型电极的截面示意图。
参考图2A，本发明的各个p型电极4和12包括第一电极层41和第二电极层42。所述第一电极层41由Zn基材料形成，且与III-V主族GaN基化合物半导体层接触。所述第二电极层42位于所述第一电极层41之上，并由，例如金属或者透明氧化物导电物质形成，而结合片形成在该透明氧化物导电物质上。
形成所述第一电极层41的Zn基材料是Zn基合金或Zn基固溶体。所述Zn基材料含有选自Ni、Mg、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge、Sb和Ag中的至少一种溶质。
所述第二电极层42是金属层或透明导电氧化物(transparent conductiveoxide，TCO)层。此处，所述金属层可由Au、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge、Sb、Al形成。所述TCO层可由氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、锌掺杂的氧化铟锡(ZITO)、氧化铟锌(ZIO)、氧化铟镓(GIO)、氧化锡锌(ZTO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、镓掺杂的氧化锌(GZO)、In4Sn3O12或氧化镁锌(Zn1-xMgxO，0≤x≤1)。例如，所述氧化层可为Zn2In2O5层、GaInO3层、ZnSnO3层、F掺杂的SnO2层、Al掺杂的ZnO层、Ga-掺杂的ZnO层、MgO层或ZnO层。
图2B是本发明另一实施方案的p型电极的截面图，其中中间层43插入在所述第一电极层41和所述第二电极层42之间。
参考图2B，所述中间层43插入在所述第一电极层41和第二电极层42之间。所述中间层42由选自Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge和Sb中的至少一种形成。
在如图2A和2B所示的III-V主族GaN基化合物半导体的p型电极4和20中，构成所述第一电极层的Zn基材料内含有的溶质的量可在约0.1～49.9原子百分比的范围内。同样，所述第一电极层41、所述第二电极层42和所述中间层43的各层可具有约0.1～100nm的厚度。
将在下文中详细介绍由透明Zn基材料形成的LED或LD的p型电极4或20的欧姆特性。
图3显示p型电极电性能的测量结果，所述p型电极是通过在p型GaN半导体基底上沉积Ni-Zn合金或固溶体/Au，以及在空气气氛中退火生成的结构而形成的，所述基底具有约4-5×1017/cm3的载流子浓度。其中(a)是指所沉积的非线性电流-电压(I-V)特性，以及(b)是指沉积后在约550℃下在空气气氛中退火1分钟的线性I-V特性，该图表现出了欧姆接触且生成约10-6Ωcm2的接触电阻率。
图4显示p型电极电性能的测量结果，所述p型电极是通过在p型GaN半导体基底上沉积Ni-Zn合金或固溶体/Ni/Au，以及在约350-550℃的温度下在空气气氛中退火生成的结构而形成的，所述基底具有约4-5×1017/cm3的载流子浓度。其中(a)是指所沉积的非线性I-V特性，其表现出整流行为，而(b)、(c)和(d)是指退火的线性I-V特性，各曲线表现出欧姆接触且生成约10-5-10-6Ωcm2的接触电阻率。
图5显示x射线光电子光谱(XPS)深度曲线的结果，曲线分别为当在p型GaN基底上沉积Ni-Zn合金或固溶体/Au时以及当在空气气氛中退火生成的结构时所获得的。从(b)中可知，当在空气气氛中退火时，将氧供应至p型电极，以产生相变，即分别从Zn变成ZnO以及从Ni变成NiO。同样，因为Ni和Au扩散至p型电极内，且直接与p型半导体层接触，从而形成了高质量的欧姆接触。
图6分别显示绿色InGaN LED的p型电极的I-V特性的测量结果，所述p型电极分别是通过沉积Ni/Au和Zn-Ni合金或固溶体/Au，以及在空气气氛中退火生成的结构所获得的。在20mA的电流下，Ni/Au层和Zn-Ni合金或固溶体/Au层分别具有约3.65V和3.34V的驱动电压。
图7显示绿光InGaN LED的p型电极的I-V特性的测量结果，所述p型电极是通过沉积Zn-Ni合金或固溶体/Ni/Au以及在空气气氛中退火生成的结构所获得的。如在使用Zn基合金或固溶体的其他欧姆接触金属系统中所获得的一样，在20mA电流下，Zn-Ni合金或固溶体/Ni/Au层具有约3.4V的良好驱动电压。
图8显示p型电极的光透射率的测量结果，所述p型电极分别是通过在用于高温的石英上沉积常规的Ni/Au层和Zn-Ni合金或固溶体/Au，以及退火生成的结果所获得的。从结果中可知，由Zn基合金或固溶体形成的欧姆系统具有与Ni/Au层的光透射率同样高的光透射率。
图9显示p型电极电性能的测量结果，所述p型电极是通过在p型半导体基底上沉积Zn-Mg合金或固溶体/Au层，以及在空气气氛中退火生成的结构所获得的，所述基底具有约4-5×1017/cm3的载流子浓度。其中(a)是指所沉积的非线性I-V特性，其表现出整流行为；以及(b)是所退火的线性I-V特性，其表现出欧姆接触且生成约10-5Ωcm2的接触电阻率。
图10显示用于绿光InGaN LED的p型电极物质的I-V特性的测量结果，所述p型电极是通过沉积Zn-Mg合金或固溶体/Au，以及在空气气氛中退火生成的结构所获得的。当形成的Zn-Mg合金或固溶体和Au层的厚度分别为8nm或小于8nm或更小时，在20mA的电流下，它们具有约3.5V的良好驱动电压。
以下，将描述本发明实施方案的p型电极的制造方法。
实施方案1
在操作1中，开始时，在60℃下，于超声浴中分别用三氯乙烯(TCE)、丙酮、甲醇、甲醇和蒸馏水洗涤试样的表面，每次洗涤5分钟；在所述试样中，包括p型半导体层的GaN基半导体结晶层形成在基底之上。然后，在100℃下，硬焙烘(hard bake)生成的结构10分钟，以从该试样中除去湿气。
在操作2中，以4500RPM的速率将光刻胶(photoresist)层旋涂在所述p-type化合物半导体层之上，并且在85℃下，软焙烘生成的结构15分钟。
在操作3中，为显影掩膜图案，使用掩膜调整该试样，使其暴露在22.8mW的紫外线(UV)中，然后将其浸入含1∶4比率的显影溶液和蒸馏水的混合溶液中25秒。
在操作4中，将显影的试样浸入缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)溶液中5分钟，以从试样中除去残余的污染物。
在操作5中，使用电子束(e-beam)蒸发器，在生成结构的整个表面上沉积本发明的Zn基电极物质(5nm)/Au(5nm)，以及使用丙酮进行剥离(lift-off)以对电极形成图案。
在操作6中，将该试样装入快速热退火(RTA)的炉中以及在约550℃下在空气气氛中退火1分钟。结果是，通过利用欧姆接触的形成，在位于基底之上的p型半导体层的表面上形成了透明电极。
实施方案2
在操作1′中，以相同的方式进行实施方案1的操作1～4。
在操作2′中，使用电子束蒸发器，在生成结构的整个表面上沉积本发明的Zn-Ni合金(10nm)/Au(10nm)，以及使用丙酮进行剥离以对电极形成图案。
在操作3′中，将该试样装入RTA的炉中以及在约350-550℃下在空气气氛中退火1分钟。结果是，在位于基底之上的p型半导体层的表面上形成了透明电极。
实施方案3
在操作1″中，以相同的方式进行实施方案1的操作1-4。
在操作2″中，使用电子束蒸发器，在生成结构的整个表面上沉积本发明的Zn-Ni合金(3nm)/Ni(2nm)/Au(5nm)，以及使用丙酮进行剥离以对电极形成图案。
在操作3″中，将该试样装入RTA的炉中以及在约350-550℃下在空气气氛中退火1分钟。结果是，在位于基底之上的p型半导体层的表面上形成了透明电极。
如上所述，本发明提供了欧姆电极的形成方法，该方法是提高使用p型GaN基半导体的LED和LD的商业实用性的最重要技术之一。因此，GaN基半导体变得极具有商业实用性。同样，因为在形成欧姆接触的过程中电极的表面处于十分良好的状况中，所以期望在器件封装过程中提高引线结合能力，从而提高产率。而且，由于具有优选的电性能，如低接触电阻率和良好的I-V特性，所以减少了电损失，因而也能改进光学效应。因此，GaN基半导体有助于LED和LD的发展。特别是，实施方案2被认为可用于实现高质量的倒装片(flip-chip)LED，该倒装片LED的发光效率比常规的顶发射LED的发光效率高的多。
欧姆接触特性被认为是由p型GaN基半导体形成的LED和LD中产生的等幅波型(continuous wave mode)的基本问题之一，该特性极大地影响了LED和LD的电性能、光学性能和热性能。考虑到上述因素，本发明利用了在p型欧姆接触模型中从未报道过的Zn基合金或固溶体，以及提供了高质量的欧姆接触金属系统，该系统具有比常规情况更好的电性能以及与典型的Ni/Au结构一样高的光透射率。
尽管已经参考本发明示例性的实施方案具体地显示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当理解：在不偏离本发明权利要求所限定的范围内，可对本发明进行形式变换和细节变换。

Claims (28)

1.III-V主族GaN基化合物半导体器件的电极，所述电极包括：
第一层，所述第一层位于III-V主族氮化物半导体层之上，并由含溶质的Zn基材料形成；以及
第二层，所述第二层层叠在所述第一层之上，并由选自Au、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge、Sb、Al、ITO、ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12和Zn1-xMgxO(0≤x≤1)中的至少一种形成。
2.如权利要求1所述的电极，其中构成所述第一层的Zn基材料是合金和固溶体之一。
3.如权利要求1所述的电极，其中所述Zn基材料含有选自Ni、Mg、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge、Sb和Ag中的至少一种溶质。
4.如权利要求1所述的电极，还包括位于所述第一层和第二层之间的中间层，该中间层由选自Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge和Sb中的至少一种形成。
5.如权利要求3所述的电极，还包括位于所述第一层和第二层之间的中间层，该中间层由选自Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge和Sb中的至少一种形成。
6.如权利要求1所述的电极，其中包含在所述Zn基材料内的溶质量在约0.1～49.9原子百分比的范围内。
7.如权利要求3所述的电极，其中包含在所述Zn基材料内的溶质量在约0.1～49.9原子百分比的范围内。
8.如权利要求4所述的电极，其中包含在所述Zn基材料内的溶质量在约0.1～49.9原子百分比的范围内。
9.如权利要求5所述的电极，其中包含在所述Zn基材料内的溶质量在约0.1～49.9原子百分比的范围内。
10.如权利要求1所述的电极，其中所述第一层和所述第二层各自具有0.1～100nm的厚度。
11.如权利要求4所述的电极，其中所述第一层、所述第二层与所述中间层各自具有0.1～100nm的厚度。
12.如权利要求5所述的电极，其中所述第一层、所述第二层与所述中间层各自具有0.1～100nm的厚度。
13.如权利要求1所述的电极，其中所述III-V主族氮化物半导体层由GaN和AlxInyGazN(0＜x+y+z＜1)之一形成。
14.如权利要求1所述的电极，其中所述第一层和所述第二层各自在至少含O2的气氛中退火。
15.III-V主族GaN基化合物半导体器件，其包括：
GaN基化合物半导体层，其是通过层叠多层而形成的，且包括用于发射的活性层；
p型半导体层，其位于所述GaN基化合物半导体层之上；以及
p型电极层，其位于所述p型半导体层之上；
其中所述p型电极层包括：
第一层，所述第一层位于所述p型半导体层之上，并由含溶质的Zn基材料形成；以及
第二层，所述第二层层叠在所述第一层之上，并由选自Au、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge、Sb、Al、ITO、ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12和Zn1-xMgxO(0≤x≤1)中的至少一种形成。
16.如权利要求15所述的器件，其中构成所述第一层的Zn基材料是合金和固溶体之一。
17.如权利要求15所述的器件，其中所述Zn基材料含有选自Ni、Mg、Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge、Sb和Ag中的至少一种溶质。
18.如权利要求15所述的器件，还包括位于所述第一层和第二层之间的中间层，该中间层由选自Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge和Sb中的至少一种形成。
19.如权利要求17所述的器件，还包括位于所述第一层和第二层之间的中间层，该中间层由选自Co、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Ta、Cr、Mn、Mo、Tc、W、Re、Fe、Sc、Ti、Sn、Ge和Sb中的至少一种形成。
20.如权利要求15所述的器件，其中包含在所述Zn基材料内的溶质量在约0.1～49.9原子百分比的范围内。
21.如权利要求17所述的器件，其中包含在所述Zn基材料内的溶质量在约0.1～49.9原子百分比的范围内。
22.如权利要求18所述的器件，其中包含在所述Zn基材料内的溶质量在约0.1～49.9原子百分比的范围内。
23.如权利要求19所述的器件，其中包含在所述Zn基材料内的溶质量在约0.1～49.9原子百分比的范围内。
24.如权利要求18所述的器件，其中所述第一层与所述第二层的各层具有0.1～100nm的厚度。
25.如权利要求20所述的器件，其中所述第一层、所述第二层与所述中间层的各层具有0.1～100nm的厚度。
26.如权利要求21所述的器件，其中所述第一层、所述第二层与所述中间层的各层具有0.1～100nm的厚度。
27.如权利要求15所述的器件，其中所述III-V主族氮化物半导体层is由GaN和AlxInyGazN(0＜x+y+z＜1)之一形成。
28.如权利要求15所述的器件，其中所述p型电极层在至少含O2的气氛中退火。
CNB2004100879956A 2003-10-27 2004-10-26 GaN基III-V主族化合物半导体器件和p型电极 Active CN100490078C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR75219/2003 2003-10-27
KR75219/03 2003-10-27
KR1020030075219A KR100647278B1 (ko) 2003-10-27 2003-10-27 ＩＩＩ - Ｖ 족 ＧａＮ 계 화합물 반도체 및 이에적용되는 ｐ-형 전극

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1612300A true CN1612300A (zh) 2005-05-04
CN100490078C CN100490078C (zh) 2009-05-20

Family

ID=34464730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100879956A Active CN100490078C (zh) 2003-10-27 2004-10-26 GaN基III-V主族化合物半导体器件和p型电极

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7285857B2 (zh)
EP (1) EP1536481B1 (zh)
JP (1) JP5128755B2 (zh)
KR (1) KR100647278B1 (zh)
CN (1) CN100490078C (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009036642A1 (fr) * 2007-09-21 2009-03-26 Podium Photonics (Guangzhou) Ltd. Couche conductrice transparente de puce del a base de gan et procede de fabrication associe
CN102007611A (zh) * 2009-04-02 2011-04-06 松下电器产业株式会社 氮化物系半导体元件及其制造方法
CN102696122A (zh) * 2010-04-01 2012-09-26 松下电器产业株式会社 氮化物系半导体元件及其制造方法

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7960746B2 (en) * 2004-01-06 2011-06-14 Samsung Led Co., Ltd. Low resistance electrode and compound semiconductor light emitting device including the same
JP4476912B2 (ja) * 2005-09-29 2010-06-09 株式会社東芝 半導体発光素子およびその製造方法
WO2007123239A1 (ja) 2006-04-24 2007-11-01 Asahi Glass Company, Limited 発光装置
JP5035241B2 (ja) 2006-05-18 2012-09-26 旭硝子株式会社 発光装置の製造方法および発光装置
JP5202897B2 (ja) * 2007-07-25 2013-06-05 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 電界効果トランジスタおよびその製造方法
US8686412B2 (en) * 2007-07-31 2014-04-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microelectronic device
JP2009049267A (ja) * 2007-08-22 2009-03-05 Toshiba Corp 半導体発光素子及びその製造方法
JP2009129943A (ja) * 2007-11-20 2009-06-11 Mitsubishi Electric Corp 窒化物半導体装置とその製造方法
JP4952534B2 (ja) * 2007-11-20 2012-06-13 三菱電機株式会社 窒化物半導体発光素子の製造方法
US7932541B2 (en) * 2008-01-14 2011-04-26 International Business Machines Corporation High performance collector-up bipolar transistor
JP4977158B2 (ja) * 2009-03-23 2012-07-18 株式会社東芝 情報記録再生装置
WO2010113238A1 (ja) * 2009-04-03 2010-10-07 パナソニック株式会社 窒化物系半導体素子およびその製造方法
DE102009030045B3 (de) 2009-06-22 2011-01-05 Universität Leipzig Transparente gleichrichtende Metall-Metalloxid-Halbleiterkontaktstruktur und Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung
CN102214762A (zh) * 2010-04-06 2011-10-12 尚安品有限公司 发光二极管芯片及其封装结构
DE102010027070A1 (de) * 2010-07-13 2012-01-19 Eberhard-Karls-Universität Tübingen Gas-Sensor und Verfahren zu seiner Herstellung
CN102181826B (zh) * 2011-03-28 2012-07-04 扬州大学 镓钼共掺杂铟锡氧化物陶瓷靶、透明导电薄膜及制备方法
CN102169944B (zh) * 2011-04-06 2012-11-07 上海大学 Ag/ITO/氧化锌基复合透明电极的发光二极管及其制备方法
CN103493225A (zh) 2011-07-06 2014-01-01 松下电器产业株式会社 氮化物半导体发光元件及其制造方法
US10043942B2 (en) * 2013-10-17 2018-08-07 Luminus Devices, Inc. Vertical multi-junction light emitting diode
CN107210338B (zh) * 2015-02-03 2021-05-25 索尼公司 发光二极管
US9799747B2 (en) 2015-03-12 2017-10-24 International Business Machines Corporation Low resistance contact for semiconductor devices
KR102367248B1 (ko) * 2015-05-12 2022-02-25 삼성디스플레이 주식회사 터치 스크린 패널
US9846277B1 (en) * 2016-07-28 2017-12-19 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Semiconductor devices
US20210257463A1 (en) * 2018-06-20 2021-08-19 Lawrence Livermore National Security, Llc Field assisted interfacial diffusion doping through heterostructure design
WO2021055599A1 (en) * 2019-09-18 2021-03-25 The Regents Of The University Of California Methods of hole injection in indium aluminum gallium nitride light-emitting diodes
CN112071768B (zh) * 2020-09-04 2022-09-20 晶能光电（江西）有限公司 P面工艺监测结构及方法、晶圆结构
CN113488531A (zh) * 2021-07-14 2021-10-08 南方科技大学 P型氮化镓基器件、其欧姆接触系统、及其电极制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5585060A (en) * 1978-12-21 1980-06-26 Mitsubishi Electric Corp Forming method of ohmic electrode to p-type 3-5 group compound semiconductor
JP2748818B2 (ja) * 1993-05-31 1998-05-13 日亜化学工業株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
EP0622858B2 (en) 1993-04-28 2004-09-29 Nichia Corporation Gallium nitride-based III-V group compound semiconductor device and method of producing the same
US5708301A (en) 1994-02-28 1998-01-13 Sumitomo Chemical Company, Limited Electrode material and electrode for III-V group compound semiconductor
JP3620926B2 (ja) 1995-06-16 2005-02-16 豊田合成株式会社 ｐ伝導形３族窒化物半導体の電極及び電極形成方法及び素子
US5760423A (en) 1996-11-08 1998-06-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device, electrode of the same device and method of manufacturing the same device
JPH10173226A (ja) * 1996-12-06 1998-06-26 Rohm Co Ltd 半導体発光素子
JP3737226B2 (ja) 1996-12-24 2006-01-18 ローム株式会社 半導体発光素子
US6185238B1 (en) * 1997-02-21 2001-02-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride compound semiconductor laser and its manufacturing method
JPH10270758A (ja) 1997-03-26 1998-10-09 Toyoda Gosei Co Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体素子
US6268618B1 (en) * 1997-05-08 2001-07-31 Showa Denko K.K. Electrode for light-emitting semiconductor devices and method of producing the electrode
JP3736181B2 (ja) 1998-05-13 2006-01-18 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
JP3654037B2 (ja) * 1999-03-25 2005-06-02 住友電気工業株式会社 オーミック電極とその製造方法、および半導体装置
WO2001045185A1 (en) 1999-12-17 2001-06-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Battery and portable device
JP4024994B2 (ja) * 2000-06-30 2007-12-19 株式会社東芝 半導体発光素子
JP3767496B2 (ja) * 2002-03-01 2006-04-19 セイコーエプソン株式会社 面発光型発光素子およびその製造方法、光モジュール、光伝達装置
KR100612832B1 (ko) 2003-05-07 2006-08-18 삼성전자주식회사 고성능의 질화갈륨계 광소자 구현을 위한 니켈계 고용체를 이용한 오믹 접촉 형성을 위한 금속박막 및 그 제조방법
KR100624411B1 (ko) 2003-08-25 2006-09-18 삼성전자주식회사 질화물계 발광소자 및 그 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009036642A1 (fr) * 2007-09-21 2009-03-26 Podium Photonics (Guangzhou) Ltd. Couche conductrice transparente de puce del a base de gan et procede de fabrication associe
CN102007611A (zh) * 2009-04-02 2011-04-06 松下电器产业株式会社 氮化物系半导体元件及其制造方法
CN102007611B (zh) * 2009-04-02 2013-01-02 松下电器产业株式会社 氮化物系半导体元件及其制造方法
CN102696122A (zh) * 2010-04-01 2012-09-26 松下电器产业株式会社 氮化物系半导体元件及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1536481A3 (en) 2006-10-18
EP1536481B1 (en) 2011-06-08
CN100490078C (zh) 2009-05-20
US20050087758A1 (en) 2005-04-28
KR100647278B1 (ko) 2006-11-17
JP2005136415A (ja) 2005-05-26
EP1536481A2 (en) 2005-06-01
US7285857B2 (en) 2007-10-23
KR20050040069A (ko) 2005-05-03
JP5128755B2 (ja) 2013-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100490078C (zh) GaN基III-V主族化合物半导体器件和p型电极
US7485479B2 (en) Nitride-based light emitting device and method of manufacturing the same
JP5214861B2 (ja) 窒化物系白色光発光素子及びその製造方法
JP5385614B2 (ja) 光学素子およびその製造方法
CN1217425C (zh) 半导体元件
KR100634503B1 (ko) 질화물계 발광소자 및 그 제조방법
CN1744334A (zh) 反射电极以及包括该反射电极的化合物半导体发光器件
CN1638155A (zh) 上发射氮化物基发光装置及其制造方法
CN1949551A (zh) Ⅲ－氮化物基顶发射型光发射装置及其制造方法
KR100910964B1 (ko) 오믹 전극 및 이의 형성 방법
CN1917245A (zh) 氮化物基发光器件及其制造方法
CN1622348A (zh) 薄膜电极、采用它的氮化镓基光学器件及其制备方法
CN1617365A (zh) 氮化物基发光装置及其制造方法
US6946372B2 (en) Method of manufacturing gallium nitride based semiconductor light emitting device
CN1577904A (zh) 氮化物基化合物半导体发光器件及其制造方法
CN1591917A (zh) 氮化物基发光器件及其制造方法
CN1652362A (zh) 电极层、包括该电极层的发光器件、以及形成电极层的方法
US7208752B2 (en) Structure and manufacturing of gallium nitride light emitting diode
CN1674310A (zh) 氮化镓基ⅲ－v族化合物半导体发光器件及其制造方法
CN1263172C (zh) 生产第ⅲ族氮化物化合物半导体器件的方法
JP4174581B2 (ja) 発光素子の製造方法
CN1290967A (zh) 发光二极管及其制作方法
CN1577908A (zh) 电极层、含有电极层的发光器件及形成电极层的方法
KR20060007948A (ko) 탑에미트형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법
KR100611642B1 (ko) 탑에미트형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant