TW471185B - Method of forming transparent contacts to a p-type GaN layer - Google Patents
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Description
發明說明(1 ) 技術領域 本發明是關於一般的光電裝置,諸如光發出二極體和 雷射二極體,同時特別是關於形成光電裝置之發光層的接 點的方法。 技術背景 光電裝置,諸如發光二極體(LEDS)和雷射二極體,是 反應刺激訊號而產生光線的固態裝置。傳統地,該最有效 的LED所發的光的波長峰是在光譜中的紅光範圍中。不過 ,已經有氮化鎵形式的led被發展出來可以發出在波長峰 疋在光邊中的監光範圍中的光。該led可以明顯地提供比 傳統的LED更大的光輸出。而且,因為藍色的波長比紅光 更紐,由該氮化鎵式LED所產生的藍光可以迅速地轉換產 生一較長波長的光。此有效率的轉換會增加製造該可市場 化的’'白光nLEDs的可能性。該氮化鎵式的LED也可以被製 造用來產生綠光。 在一已知的氮化鎵式的LED的實施例中,一個發光半 導體結構是形成於一藍寶石基材上。該半導體結構包括一 η-型GaN區域和一個p_型GaN區域。這二個區域是磊晶地 生長。一般可以使用有機金屬汽相磊晶。該严型GaN可使 用鎂(Mg)或鋅(Zn)作為滲雜物來形成。也可以引進其他層 。舉例來說,在該藍寶石基材和半導體結構之間有一緩衝 曾被形成,以作為提供藍寶石基材和GaN材料之間黏附的 轉移層。該緩衝層可由鋁氮化物(A1N)來形成。 在操作上,光疋為了反應施加在該型Ga]sj區域與該 471185 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明說明(2 ) η -型GaN區域的刺激Λ 5虎而產生的。因此,歐姆接點必須 形成在這二個區域之上。對於該ρ-型GaN材料而言,有一 必須考量的是一可接受的低電阻歐姆接點得製造是有困難 的。許多不同結構的配置與製造方法已經測試可以用來形 成P_滲雜的GaN區域用之可接受的接點區域。較佳地,該 接點是光可穿透的’藉此所產生的光可以由該接點逸出。 二金屬光可穿透的已說明於Shibata之日本專利申請公報 (Kokai)第 10-135515 號和 Kamimura 等之第 1〇_2〇95〇〇 號與 第10-209493號。當在此三個參考資料中的其他材料是相 同時,用來形成該些接點的的較佳材料是鈷(c〇)和金(Au) 或鎳(Ni)和金。一個第一的金屬(舉例來說,鎳或鈷)是被 沈積在該p_型GaN材料的表面上。然後將一個第二金屬( 舉例來說,金)沈積在該第一個金屬上。該二金屬在一含 氧氣氛中被熱處理,使得該第一金屬被氧化,同時使得該 第二金屬穿透那該第一金屬,而到達該GaN材料。如果該 第一金屬是鎳,該熱處理將會形成一氧化鎳相,但 仍保留在金屬態中。 Λ 當用於光電材料之Ρ-型層之該已知的光可穿透接點沿 著該些㈣表面對於該穿透性與側邊導電性達到可接受的 效能時,則需要做進-步的改良。在應用一 ρ•型GaN層時 ’其需要-個用以形成具有所需要之光學與電氣特性的光 可穿透接點的方法。 發明摘要 在-實施例中,-種形成具有—卜型氮化錄(GaN)層 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4 (210 x 297公釐 I I I „ --* I------訂 ------I I —Awl (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4711S5 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 發明說明(3) 之光可穿透接點的方法,包括將一選定的金屬引進一氧化 的環i兄中’然後在該P_型GaN的表面上已被沈積之後,氧 化忒金屬。在選定的條件下,該些氧化的金屬接點可提供 充分的導電度(測量參數Vf),以摒除傳統上對一第二之高 導電性接點金屬,諸如金(Αιι),的需求。因為第二金屬相 反地容易影響該所得接點的通透性’將該接點結構減低成 一單一的氧化金屬是所想要的。 在此第一實施例中,該第一金屬被引進至在氧化條件 中之該GaN表面上,該氧化可以發生於該材料被引至該 GaN表面之前或期間。不過,該較佳的方法是,在一氧化 環境中將該金屬反應地蒸發或反應地濺鍍在該表面上。該 金屬較好是鎳(Ni) ’或第Π族或過渡金屬。如果需要一個 第二金屬,較好是貴金屬,金(Au)是最好的金屬。舉例來 說,鎳可被反應地蒸發或濺鍍,以形成氧化鎳,然後再進 行金蒸發或濺鍍以及退火。該退火會使金穿透該氧化的金 屬,並且融至該p-型氮化鎵層的表面。如果溫度足夠高( 至少550。〇,該退火將會活化該氮化鎵層的厂滲雜。另一 方面與該第一實施例一致的,該第一金屬可能被渗雜或被 注入到該第二金屬中,以提供該所需的光學特性(舉例來 說,一個窗)和需的電氣特性(也就是,一個歐姆接點)。 舉例來說,一個氧化鎂(Mg〇)滲雜或被金或銀(Ag)注入也 可提供該所需的特性。該氧化鎂可使用共蒸發或預混合的 方法,而與該第二金屬被共沈積。如此處所用的,參考那 些氧化物,諸如氧化鎳和氧化鎂是用來代表該些氧化物的 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 x 297公釐) -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471185
A7 五、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明(5) :其中之-是沈積在該層的表面上。用於形成該 點結構的該些金屬的選擇,基本上是與該第一實施例中 的材料選擇相同。該些材料之—主要是以它的高傳導係數 (舉例來說,金)做選擇,同時其他的材料是以連結至該f 型GaN層之機械特性’與在進行氧化作用之後的光學特性 來做選擇。锦是較適合進行氧化的材料,但是鎮可被用是 一種取代物以促進該爾的渗雜。其他π族和過渡 金屬可能被當作一是鎳的取代物。 在在第二實施例的一個應用中,該二個金屬被沈積, 同時氧化疋發生在-含有水蒸氣和氧氣的氣氛中。該氧氣 和水瘵氣混合物,其濃度比空氣中大(也就是,在2 1艽下 大於約40%相對濕度)。舉例來說,該氧化氣氛可以是電 子級之在氮氣中20%氧氣的混合物,該水蒸氣是以通過一 個被保持在95°C的水池中,而以氣泡的形式被加入。在一 足夠高的溫度(550°C或更高),這方法也可以活化該p—渗 雜。由實驗測試顯示,與只有氧氣而沒有水蒸氣的氧化氣 氛’或只有在氮氣中的水汽而沒有氧氣的氣氛相較,該氧 氣和水汽混合物可以提供更令人想要的結果。而且以這此 流程活化該些p-滲雜物的優點主要是由幾個考量。第一, 在各種實施例中之該滲雜物活化步驟和該退火步驟,可以 結合成單一步驟。該些步驟的消除可以節省加工時間,避 免該發光結構中額外的熱降解作用,並且能減少所需之加 工工具的數目。這結果是一有效的成本運用的製造方法。 其次,該金屬氧化物層的作用是獲得該過量的氫氣,其中 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 471185 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π A7 R7 五、發明說明(6 ) 該過量的氫是P-滲雜物的惰性試劑。最後,該金屬/金屬 氧化物系統是用來降低該氫氣滲雜物錯合物分解的能 量障礙,因此使其在該退火期間,該^參雜物的活化更容 易’其較好是發生在水與氧氣的混合物中。 相鄰鎳/金接點金屬之層中的鎮[Mg]的濃度是的濃度 也有最佳的範圍。在相鄰鎳/金接點金屬之層中的鎂濃度 會影響鎳變成氧化鎳的轉化。如果僅使在該相鄰層中鎂^ 濃度小於2xl02〇cm·3,則在高於55〇t的溫度下在乾燥的空 氣裡,以水汽使鎳轉化成氧化鎳是成功的。在較高的鎂濃 度下,㈣無法轉化成氧化鎳,而且該接點是不透明的。 對於要完成一歐姆接點,鎂濃度也有一個比較低的限度。 雖然在高550。(:溫度下,在乾燥的空氣裡,以水汽進行氧 化,則於相鄰鎳/金接點層較低的鎂濃度可以允許鎳轉化 成氧化鎳,但是該接點將不會是歐姆接點。完成一個歐姆 接點所需要的較低鎂濃度限制是5xl〇19cm_3。因此,為了 要完成一透明的歐姆接點,在該相鄰層中之鎂濃度需在 5x10 cm Jg[Mg]g2xl02°〇ir3之間。 在第二實施例的一個應用中,將被形成的第一層是鎳 材料。一個將該鎳轉換成氧化鎳之氧化退火週期是遍及它 的深度。該第二材料,諸如金,在該被氧化的第一材料上 被蒸發。一個再退火將驅使該第二金屬穿過該氧化的材料 ,同時使該第二金屬和P型GaN層形成合金。 使用該第一或第二實施例所形成的該接點結構的光學 特性可以藉由至少圖式化該第二金屬而被強化。那就 -----------··—--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
471185 A7 <1 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明(7 ) 如果β亥接點結構地選擇地圖式化以包括通過一個導電接點 材料的空白層之視窗,藉由該視窗可以增加光的輸出’同 時藉由該些接點材料的相互聯絡而維持充分的側邊導電率 。在這個觀念的一個應用中,只有該第二金屬被圖式化, 該第一金屬可以在或不在氧化條件。然後退火會驅使該第 二金屬到達該ρ型GaN表面。另一方面,在該第二金屬被 熱處理之前或之後,該二金屬可以被圖式化。然而在另一 個應用中,在該第二金屬已經被驅使通過該氧化的第一金 屬之後,一個或更多的額外層被形成在該歐姆接接點上。 在這個應用中,該額外層或該些層可以被圖式化。舉例來 說,一被圖式化的銀層可以被形成在一氧化鎳層:金的覆 蓋層的頂上,或該些氧化鎳:金和銦氧化亞錫(IT〇)的覆 蓋層的頂上。銀是所想要的,因為一薄銀層(小於1〇〇人)可 以比相同厚度的金層更透明且更導電。在所有的應用中, 該圖式被選擇以提供一高側邊導電率,也增加透明性。 同時該些已經說明的實施例是被限制在一或二層的金 屬,其它的接點結構也被考慮。最初’有一氧化鎳層被形 成在GaN ·錤表面之上,然後是鎳和金層。該起始層可以 作為在一氧化氣氛中使鎳進一步形成氧化鎳的"種源,,層。 該種源層可以促進進一步之氧化物的確實形成。其他的金 屬和金屬氧化物也可以類似的方式來形成,而且一金屬氧 化物的種源材料可被用來促進一不同金屬氧化物層的形成 〇 在該接點結構上使用兩層以上結構的概念可以被用在 -----------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 消 471185 五、發明說明(8) 其他的具體化中。一個ITO層可被沈積在該首先兩個金屬 層的頂上。該IT0可藉由退火的步驟(也就是,該ITO被驅 至包合该接點結構之其它的材料之中)與該接點結構之其 匕材料相互混合,或可能在退火之後被沈積。該ΙΤΟ層的 添加可提高側邊的導電率。可相信的ΙΤΟ也能被用作是該 起始氧化鎳層的取代物。一個重複的圖式可以被用來作為 另外個多層接點結構,例如一鎳/金的重複圖式。一鎳/ 金/鎳夕層堆豐已經被試驗。在氧化期間,該鎳的最上層 曰形成氧化起始層,其可允許不以金材料遮蓋該鎳的氧 化而進仃氧化。一旦氧化鎳的形成已經開始時,該金層會 ,至其中,以准許氧的進一步參入至該下面鏡層之内。該 氧化:用持續進行直到所有的鏡金屬被耗盡或被轉化成透 明的氧化物’同時金會移的卩型㈣層的表面。如此,該 乳化方法可以更有再現性且更均勻。與較少層所形成的結 構相比,此基本想法可以被延伸至三層以上的結構,在熱 處理期間可以交互作用形成具有優異光學及[或]電的特性 光學及[幻電的特性之接點結構。錦/金/锦多層堆疊有一 均勻的35Α層厚度。 圖式的概要說明 第1圖是在該p型GaN層上不含_彻拉田L _ 曰上個接點結構的光電裝 置的透視圖。 第2圖是如^圖的裝置’且具有依據本發明之—實施 例形成-透明金屬氧化物層之接點結構的側邊戴面圖。C 第3圖形成第2圖的裝置之加工步驟流程圖。 本紙張尺度適財關家標準(CNS)A4規格(210 X 297公髮了
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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471185 A7 _________R7 _ 五、發明說明(9 ) 第4圖是如第1圖的裝置’且具有如第2圖之透明金屬 氧化物層與一高導電率金屬層之組合物的接點結構的側邊 截面圖。 第5圖是如第4圖的裝置在進行退火步驟後的側邊截面 圖。 第6圖疋依據本發明第二實施例形成一接點結構的加 工步驟流程圖。 第7圖是依據本發明的另一應用形成一接點結構的加 工步驟流程圖。 第8圖是依據本發明的再另一應用形成一接點結構的 加工步驟流程圖。 第9圖是如第1圖的裝置且具有三層接點結構的側邊戴 面圖。 第10圖是如第1圖的光電裝置,且具有依據本發明所 形成之具有圖式化的接點結構的透視圖。 第11圖是第10圖裝置的側邊戴面圖。 第12圖是第10圖裝置之該具有圖式化接點結構的另一 應用。 詳細說明 參考第1圖,一GaN式發光二極體(LED)1〇包括一個基 材12和許多層。在圖式中所顯示的該基材和該些層的類型 ,並不是本發明的重點,其將被說明於下。照慣例該基材 12是由藍寶石形成,但是其他的基材材料包括碳化矽、氧 化鋅和二氧化矽。在該較佳的實施例中,該基材的上面表 I I------I I I I I I I I I I I I ·11111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
471185 A7 R7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明(10) 面是具有特定結構,以無規化由該LED之作用區所發出來 的入射光。该具有特定結構的基材會增加該入射光,由該 半導體結構的側邊或上表面逸出該LED的可能性。而且, 相對於在不具有特定結構基材上的生長,該具有特定結構 的基材有利於厚GaN外延層(層厚大於7微米)的生長,且 可以明顯地降低產生裂缝的敏感性。 可選擇地,該基材14的上面表面包括一個緩衝層。舉 例來說’該緩衝層可由氮化鋁所形成,且厚度大約是25奈 米(nm)。在一較佳的實施例中,在該緩衝層之上的該些層 至少有一層厚度是明顯大於傳統LED之相對層的厚度。該 增加的厚度准許由該作用區所發的光,以較少的通道經由 該結構的該表面逸出。特別地,該增加的厚度會增加所發 的光以一次反射,由一層_基材介面或一層·層介面而從該 裝置10的側邊逸出的可能性。如此的光將會被稱為,,第一 通道”擷取的光。該光每碰到該些介面之—次,就會有 一定百分比之光能量會損失。該單一或更多層所增加的厚 度’會增加在一次反射之後光線可以逸出之側表面的面積 。照慣例,在該緩衝層14之上的該些層的總厚度是3微米 。不過,如第1圖的裝置其總厚度較好至少是7微米,同時 也可以超過1 5微米。在LEDs中之厚外延層的形成是使用 如Fletcher等,其被指定為本發明的讓受人,之美國專利 第5,233,204號中說明的氮化鎵基材。 在該緩衝層14之上是一 n滲雜的(5_層16。如在技藝 中所為人熟知的,該GaN材料可使用有機金屬化學蒸汽沈 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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五、發明說明(11) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 積(MOC VD)的方法而被磊晶成長。一加
^ 低概下’一 GaN 成核層可被生長在-個藍寶石基材12上。然後進行_厚的 未滲雜GaN層或—適當的滲雜GaN層的生長。該未渗雜^ 本質上是η型,藉此所形成之該n型⑽層“的厚度是可以 被選定的。 在該η型GaN層16的頂上一個作用區18。當該作用區18 是如第1圖所示的單層結構時,該區域是由許多層所組成 ,其包括一個光產生層,或多個電動與電子可以在結合而 產生光的層。在該光產生層的另一面之上是如在技藝中所 熟知的包覆層。 在該作用區18上方是一p型GaN層2〇。像層16,該GaN 層20疋猫日日生長的。鎂是一個合適的滲雜物,但是其他的 滲雜物,如鋅,也可被使用。在一般為人所熟知的技藝中 ,該詞”層’’是指組件16、18與20中任一個,其包括合併完 成所想要的特性。舉例來說,該p型〇_層2〇可以是一系 列的層。 如第1圖所示,該作用區18和該P型GaN層2〇的部分 被移開,以暴露該η型GaN層16的上表面,並允許在該層16 上形成一接點22。該接點可使一激發訊號源能夠被施加到 該層16上。在伴隨形成一適當的通透接點結構時,用來在 一 P型GaN層形成一低電阻的接點的方法不會產生問題, 其可以將一電壓施加到該p型GaN層20之上。結果’該n型 GaN接點結構22的形成將不會在此處作說明。 現在談及第2圖,如圖所示之該LED有一單一層的接 Μ--------^---------線 (請先閱讀背面之注音?事項再填寫本頁)
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黑結構。該層24是一光通透金屬氧化物,其可以在一氧化 的條件下被引至該p型GaN層2〇的表面上。那就是,該金 屬疋在形成該層之前或期間被氧化,而非在沈積之後的退 火步驟中被氧化。在選定的條件之下,該氧化的金屬可提 供充分的側邊導電率,以消除對第二個高導電率接點金屬 的需求。在該較佳的實施例中,該氧化作用是藉由諸如反 應瘵發或反應濺鍍的方法,而發生在成形的期間。不過, 在一些應用中,在進行該LED製造步驟(舉例來說,商業 購貝)之前,先形成該金屬氧化物。如果金屬氧化物是唯 一被用在該P型GaN層20之該接點結構時,氧化鎳被決定 可以提供充分的側邊的導電率。使用單層接點結構的優點 疋该接點結構是的通透性會增加。傳統上所提供之一個第 二咼導電率接點金屬,諸如金,不利地會影響光線的輸出 ,因為該接點的光學通透性是與所累積之金屬試樣的量成 反比’且與該金屬樣品的通透性有關。 在第2圖中顯示的實施例使用的製造步驟的鉗五個步 驟如第3圖所示。那就是,第3圖的最後兩個步驟不是所有 的實施例都需要的。在步驟26中,該11型(}心層16被生長 。該磊晶生長是以熟悉的技藝來進行。在步驟28中所形成 的該作用區18,如先前所提,該作用區是數層的組合,包 括一個光產生層或數個夾在兩個包覆層之間的層。該口型 GaN層是生長在該作用區上,如步驟3〇所示。在該製造方 法的這個點上,該結構與該傳統的LED結構之間唯一的明 顯不同是該基材12的表面較佳地是粗糙的,而且至少 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱 * n n n n i 一l^i I n n n d II n n n n I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471185 五、發明說明(l3)
GaN層最好是比一 LED的傳統的GaN層厚。 在步驟32中,選擇一個接點金屬。該所需的特性是 關於機械、光學的和電性質。在機械性上,該金屬應該 在該p型GaN層的上表面上附著得很好。在光學上,在一 氧化條件忠時,該金屬應該是光可通透的。在電氣性上 ,该金屬應提供一明顯的側邊導電率,同時對該p型GaN 層有低電阻的歐姆接點。如果是使用第2圖中之單層結 1 構時’此電氣性質是特別重要的。如先前所提,鎳是較 佳的材料。不過,鎂則可增加該GaN層的p型滲雜。而且 ,如果該GaN層30是GaN :鋅時則需要鋅。其他π族或過 渡金屬也可被選用。可被使用之透明的金屬氧化物大概 包括 TiC^SiC^、ΥΟ、HfO、ZrO、Pr〇、c〇0和鈣鈦礦 (perovskite)氧化物,如鋇鰓鈦酸鹽(BST)。其它適合的 且可提供該些優點,特別是與至少一層結合而形成一接 點結構的材料是銦氧化亞錫(ITO),下面將有更詳細的說 明。 在步驟34中,在一氧化條件中,該選定的接點金屬被 引至該p型GaN層20的表面。該較佳的實施方法是反應蒸 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發或反應錢鑛。 如果疋使用單層接點結構,該用來提供側邊導電率之 該接點結構是在步驟34中完成。然後比較小的接點可被形 成在該η型GaN層16上(如第1圖中所顯示的接點2),和在 第2圖中之該光可通透金屬氧化物24的上表面上。不過, 在許多應用中,在該p型GaN層20上之該單層、單一金屬 17 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2】0 X 297公釐) A7
五、發明說明(14) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
471185 接點結構不是充分的。結果,在—接點結構的形成時至少 而要i力額外的材料,以提供沿著該P型GaN層20上足 夠的側邊導電率。該金屬較好是—貴金屬,而且最好是金 ^可接受的金屬大概包括鋁、鈀、鉑、鈷、鋅、銀、鎘、 汞、銥、銖 '锇、釕和铑。 在使用叫固第二金屬提供該第二側邊導電率的方法 中 個呵‘包率的金屬在第3圖中的步驟36被引入,以 提供第4圖的該雙金屬接點結構。該雙金屬結構包括該氧 化^ 24和-高導電層38。然後在步雜巾進行退火,以使 該第二金屬擴散通過該通透的金屬氧化物層24,而達得該 P型GaN層20的表面。如第5圖所示,在該退火步驟之後, 該高導電層38是與該?_層連接的。因為該層Μ是在 該層38的形成之前被氧化,該退火步㈣較好是在一非反 應的氣氛中進行。那就是’較料使用_惰性的或非反應 的氣體。舉例來說,可以在4〇〇t:至85(TC的溫度範圍中使 用氮氣。不過’使用含氧的氣氛是有其優點的。 當在步驟34所引進的材料是氧化鎳,且在步驟%中所 引進之該材料是金時,該氧化層24的厚度較佳是小於15〇a ’同時該金屬層38的厚度較佳是小於⑽A。在接著該退 火v驟40所形成之該接點的光學通透性是與在該接點材料 中金屬試樣所累積的量成反比,同時與該金屬試樣的通透 性有關。在另一方面,該接點結構的側邊導電率是直接與 在該接點材料中鄰近金屬試樣的量有關。因此,通透性= 側邊導電率是相互衝突的。小量的金屬即可獲得所需要 . I* — —.—--------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 X 297公釐) 471185 五、發明說明(15)
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一子通透性,但是大量的金屬則可增加側邊的導電率。這 一個考慮產生該二金屬之層厚度的最適範圍,特別是高傳 導性的金屬(例如’金)。該最適化的厚度會因應用的差異 :不同。舉例來說,在一典型的裝置中’在20mA驅動電 流下操作時,一個50A厚的金層所提供的W是在80至3.4 伏之間,且在50〇nm的波長下有8〇%的通透性。不過,對 於-個裝置而言其動力效率是小於一給定晶片區域的最大 的發光輸輸出值時,Vf範圍在4·〇到48伏是可接受的,藉 此該金層的厚度是在5至3 Ο Α。 第6圖是形成一接點結構的另—種方法,其中該接點 材料可以在將該材料引至該p型G a N層之前或期間被氧化 。第6圖較㈣步驟中,該接點結構的該二金屬是被共 沈積的。該生長該nMGa>^26、形成該作用㈣,和生 成P型GaN層30等前三個步驟’是如第3圖中所說明的傳統 步驟。在步驟42和44之中,有二接點材料被選定。狄後在 步驟46中共沈觀二敎㈣料,❹進行敎步職, 以提供第5圖中之結構。較佳地,積那些材㈣些金屬的 共沈積疋使用反應濺鍍或反應蒸發來進行,但是其他的技 術也可能被用來沈積積那些材料那些材料,藉此至少有一 個是在氧化的條件中。一可選擇的退火步驟钝是在如 之惰性或非反應氣體中進行。不過,使用含氧 其優點的。 > ” 在第0圖所使用的方法中,在步驟“中所選定的 是鎳,同時在步驟44中所選定的金屬可能是金。因此 氮氣 是有 金屬 該
I ^!* 裝·!--- - - 訂----I----線 C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471185 A7 則 化 五、發明說明(16) 所產生之結構疋-氧化鎳:I,其可提供所需要的電氣與 光學特性。該氧化鎳可能是被反應沈積,同時該金是被濺 錢蒸發。對於在第3或第6圖中說明的方法中之該第一金屬 的選擇是以氧化鎳較佳,但不是最重要的。以氧化鎂取代 氧化鎳可提高該GaN層20的p型滲雜。氧化鎖的渗雜或金 /主入可板仿5亥氧化鎳:金的行為,並作為一個歐姆接點和 視窗。具有金之銦氧化亞錫(IT〇)可提供一較大的側邊電 •的擴展。氧化鋅也可被當作是氧化錄的取代物,與該氧 化鎂的用途類似,提供額外的滲雜。而且,可以使用氧化 的IU矢或過渡金屬組合物(例#氧化鎮與氧化鎮或氧化⑴ 在鎳/金接點金屬的情況中,相鄰於該鎳/金接點金屬 之層中的鎂[Mg]也有最佳的範圍濃《。在才目鄰於該錄/金 接點金屬之層中的鎮濃度會影響該鎳變成該氧化鏡物的轉 換。如果僅使在該相鄰層中鎂的濃度小於2xl〇2Gcm_3 , 在向於55〇r的溫度下在乾燥的空氣裡,以水汽使鎳轉… 成氧化鎳是成功的。在較高的鎂濃度下’該鎳無法轉化成 乳化錄’而且該接點是不透明#。對於要完成一歐姆接點 ,鎂濃度也有一個比較低的限度。雖然在高550t溫度下 ,在乾燥的空氣裡,以水汽進行氧化,則於相鄰鎳/金接 點層較低的鎂濃度可以允許鎳轉化成氧化鎳,但是該接點 將不會是歐姆接點。完成一個歐姆接點所需要的較低鎂濃 度限制是5χ1〇ΐ9ατ3。因此’為了要完成—透日月的歐姆接 點,在該相鄰層中之鎂濃度需在5xl〇i9cir3s[M幻⑺2〇 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2】0 X 297公釐) : .I—.-19--------^---------ΜΙΨ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20
五、發明說明(17) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
cm·之間。一最適化的鎂濃度範圍也存在於其他的金屬/金 屬氧化物之組合物中。 第7圖說明本發明的另一個實施例,在這個實施例中 该氧化程序是僅發生於步驟5〇中該接點金屬沈積之後,它 是接在該傳統的LED製造步驟26、28和30之中。如該沈積 步驟50的一個實施例中’該第一金屬可能是厚度i〇〇A的 錄’同時該第二金屬可能是50A的金。將100A鎳/50A金在 650°C之各種氣氛中進行的實施例。該三個氣氛是(1)有水 汽的氮氣,(2)乾空氣,和(3)有水汽的乾空氣。該氧化氣 氛可以是電子級之在氮氣中20%氧氣的混合物,該水蒸氣 是以通過一個被保持在95艽的水池中,而以氣泡的形式被 加入0 在僅使用流量是每分鐘7·5升之乾燥空氣的情況中, 僅有部分的鎳被轉換成氧化鎳,且在直徑2英吋的裝置晶 圓上的一半上有一一明顯的部分是灰色不透明區域。該樣 品外觀與該相同晶圓被控制的另一半相似,它是在相同的 溫度下之一般空氣中被氧化。 在流量是每分鐘7.5升之有水汽的氮氣的情況中,與 該相同晶圓中被控制的另一半的部分轉化率相較,其有相 當大的部分轉化成氧化鎳。雖然比一般室溫空氣相較可以 更有效的將該鎳轉換成氧化鎳,使用具有水汽之氮氣其轉 化率並不完全。 關於在有水汽的乾空氣裡進行氧化,其結果明顯的比 較好。在一流量是每分鐘7.5的乾空氣與水汽的的混合物 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) — — — — — — — — — — — — — ·1111111 « — — — — — — I — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 21 471185 A7 B7 五、發明說明(18) 中,裝置晶圓的-半實質上是可以完全氧化的。㈣ 相同曰曰圓中被控制的另一半則只有部分被氧化,與該上述 完全㈣的兩個受控制的_半是相似的。第7圖的氧化步 驟52是較佳的一個,其利用氧氣和水汽混合物,濃度高& :般的空氣(也就是在2rc下高於4()%的相對濕度)。在較 高溫度下的氧氣和水汽混合物可以提供該似域構更均 勻且可再現的氧化成氧化鎳:金。沒有水汽的氧是較沒有 效的,如同在沒有氧氣下之氮氣中的水氣。在足夠高的溫 ^^55〇η.8500〇 ^ 〇雜而且以這些流程活化該ρ滲雜物的優點是源於幾個 方面的考1。首先,在各種實施例中所描述之該滲雜物活 化步驟和該退火步驟,可以結合成單一步驟。該些步驟的 消除可以節省加工時間,避免該發光結構中額外的熱降解 作用,並且能減少所需之加工工具的數目。這結果是_有 效的成本運用的製造方法。其次,該金屬氧化物層的作用 是獲得該過量的氫氣,其中該過量的氫是ρ_滲雜物的惰性 試劑。最後,該金屬/金屬氧化物系統是用來降低該氫氣_ρ_ 滲雜物錯合物分解的能量障礙,因此使其在該退火期間, 該Ρ-滲雜物的活化更容易,其較好是發生在水與氧氣的混 合物中。 第8圖式本發明的另一個應用。在此應用尹,該接點 結構是被暴露在兩個分開的退火步驟之中。在形成該也 GaN層和作用區之後進行傳統的步驟26、28和3〇。在步驟 54中鎳被蒸發到一選定的厚度。其他的金屬可被用來取代 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線· 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 22 471185
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錄,如II族和過渡金屬。在步驟54將該第—金心進之後 ,通過這些步驟個氧化退火週可被用來將該第—金屬 轉換成-個透明的金屬氧化物。因此,在步驟中引進鎳時 ,該金屬可以在步驟56中轉換成氧化鎳。 '、 在步驟58中,該第二金屬被引進。如上述說明,該較 佳的材料是金,但是其他的金屬可被用來取代金。該步^ 54和58可以用金屬蒸發步驟來進行。在一個實施例中,該 鎳層厚度為100A’同時該金的厚度為5〇人。 在步驟60中該結構被再退火,以驅使該第二金屬通過 該金屬氧化物,同時使該第二金屬與該卩型(}_層形成合 金,以形成如第5圖所示之該接點結構。該二次退火程序 可以提供一個具有所需要之光學、電學與機械性質之接點 結構。 當所說明之本發明與參考資料,可以提供一雙層(金 屬/金屬氧化物)接點結構時,其優點是包含多於兩個之接 點層。現在談及第9圖,如所示一個第三接點層62被形成 在先岫說明的第一接點層3 8的頂上。該第三接點層是丨丁〇 ,匕被沈積至允5午其所增加電流分佈超過該先前兩層的能 力的厚度。在一個應用中,該IT0層只有在該先前兩層24 和2 8被退火,且相互混合在一起之後被加入。在這個應用 中,該第二層62疋一個單獨層,其允許該第二金屬層(舉 例來5兒’金)的尽度可以被降低而不會犧牲其側邊導電率 。不過’在其他的應用中,該三層被退火以使該三層中所 有的材料相互混合。
------------裝—— f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂: 線· 本紙張又度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 X 297公釐) 471185
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在多層接點結構的另—個應用中,該第一24和第三層 62疋錄/1] 4 „玄中〜層是金。該最上層錄是想要被形成一 個氧化物起始層,它允許該氧化程序是在沒有金層%作為 該鎖和氧化氣體之間的遮蔽物下進行。—旦氧化鎮成形開 始時’該㈣轉進人其巾,並允許進—步使減滲進下 面的鎳層24。該氧化作用持續進行直到所有的鎳金屬被耗 盡或被轉化成透明的氧化物,同時金會移的㈣⑽層的 表面。如此,該氧化方法可以更有再現性且更均勻。與較 少層所形成的結構相比,此基本想法可以被延伸至其他型 式的材料以及較多層的結構,在熱處理期間可以交互作用 而形成具有優異光學及[或]電的特性光學及[或]電的特性 之接點結構。在第9圖之該鎳/金/鎳多層結構,三層24、38 和62的每一層厚度為35a。 多層結構可有一個重複圖式層,諸如鎳/金/鎳/金。當 只有三個接點層24、38和62顯示在第9圖中,額外添加的 層是可能存在的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 現在談及第10和11圖,在另外一個應用中,用於該? 型GaN層20之接點結構64包括一系列的開口 66,其可以藉 由以上述的任一個方法而形成該圖式化的接點結構。舉例 來說,該第一接點材料可在一個氧化條件中被沈積,該第 二材料可以在金屬氧化物之上被蒸發,而且在造成該第二 層滲透該金屬氧化物層之退火步驟之前或之後,該二層可 被圖式化(舉例來說,使用光微影技術)。傳統的技術可以 被用來圖式化該些接點層。 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4^格(210 X 297公釐) 24
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形成在該點結構64的頂上是一用來連接至刺激訊號源 的電極68。當所顯示的該電極是一個雙層結構,這不是關 鍵的。該電極可使用傳統的技術來形成。 參fl?、第11圖,該接點結構的材料64被連結,以提供沿 著該P型GaN層20的整個表面的導電率。不過,該些開口 66 是作為提高該光電裝置的發光輸出的一視窗。所顯示的該 些開口 66是圓形的,但這不是關鍵的。該視窗面積與該總 表面積的比例較佳是被最大化,同時維持充分的導電率。 當該圓形開口是優先的選擇時,橢圓的開口或其他的組態 也可被選用。 在第10和第11圖中,該接點結構的所有層都被圖式化 。在該高導電的金屬(舉例來說,金)在引至該金屬氧化物 (舉例來說,氧化鎳)之前或之後,可以進行該圖式化。依 …、第10和第11圖,如果以二層以上形成接點結構,該(些) 額外的層(舉例來說,一IT0層)也被圖式化。 该第11圖的結構的一個修正是如第丨2圖所示。不市街 點結構的所有層都被圖式化,至少留有一層未被圖式化。 舉例來說,一金屬氧化物層70(如氧化鎳)可參考第3圖所 說明的方法來沈積,而且一高導電層72(如銀)可形成在該 金屬氧化物層的頂上。在該金屬層中之開口 74的功能是作 為視S。该些視窗的形狀不是關鍵的,參考第1 〇和第1 1圖 。如另一個實施例,該為圖式化材料70可能是氧化鎳:金 ,而被圖式化層可能是銀。在這個實例中,金的濃度可被 減少,该金可以提供對該Ρ型GaN層的歐姆接點,同時該 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -------------^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 25 471185
五、發明說明(22) 銀則提供該所f的側邊導電率。如果該未圖式化的材料( 也就是,覆蓋材料)包括一 IT0頂層和該高導電率的圖式化 層α玄ΙΤΟ的覆盖層引吏該視窗面積與總表面積的比例會 增加’同時維持足夠的側邊導電率。 元件標號對照 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10…發光二極體 44…選擇第二金屬 12…基材 4 6…共沈積 14…緩衝層 48…退火 16…η型GaN層 5 0…沈積 1 8…作用區 52…氧化 2〇…p型GaN層 54·.·引進金屬 22…接點 56…氧化 24…光通透金屬氧化物 5 8…引進金屬 26···成長GaN層 60…再退火 28…形成作用區 62…第三接點層 30…成長GaN層 64…接點結構 32…選擇金屬 6 6…開口 34···引進接點金屬 68…電極 36…引進第二金屬 70···氧化層 38…導電層 72·.·金屬層 40…退火 74…開口 42…選擇第一金屬 本紙張尺錢財 s ίϋΐ (CNS)A4 (210 x 297 26 --------餐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) P - I ^ «— — — — — I — I - I .— IP — — — — I*.----I I I I___
Claims (1)
- 471185 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8第89 Π 1 072號專利申請案申請專利範圍修正本 修正曰期:90年8月 1 ’種形成一光源之一個光可通透接點的方法,其步驟包 括: 形成至少一層p型氮化鎵((;}以)(2〇和3〇)作為一個 光電裝置(10)的一層; /選擇一個金屬(32),以在該p型氮化鎵層的一表面 上形成一導電的光通透層(24);和 將該選定的金屬(34)引至該表面上作為一氧化材 料,藉此該選定的金屬可以在將該選定金屬被引至該p 型氮化鎵層之前或期間被氧化。 2. 如申响專利範圍第丨項的方法,其中該選擇一個金屬ο] 的步驟是在鎳(N〇、一 π族金屬和一個過渡金屬之間作 選擇,藉此引進該選定的金屬(34)之該步驟可以被進行 ,以作為沈積一被選定金屬氧化物,如氧化鎳、一丨^矣 金屬氧化物和一個過渡金屬氧化物的步驟。 3. 如申請專利範圍第2項的方法,更進一步包含在該選定 的金屬氧化物上形成一個貴金屬(36和38)層,並且熱處 =(40)該選疋的金屬、氧化物與該貴金屬層,藉此能使該 貝金屬滲透該選定的金屬氧化物,並且滲透至該p型氮 化鎵層(20) 〇 4. 如申明專利範圍第2項的方法,其中沈積該選定的金屬 氧化物(34)之該步驟包括’同時將-個貴金屬(36)引至:_ ”亥表面(2〇)之上,藉此形成一個層(24和38),該層是該' 選定金屬氧化物與該貴金屬的組合。 5· 士申明專利範圍第4項的方法,其中同時沈積該選定的 _金^氧化物2和該貴金屬的步驟包括使氧化鎳和金 適用中國國家標準-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 P. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471185 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ^Jfj ίΕfj充 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 if 社 印 製 行反應共汽化與反應共濺鑛中之_者。 6. ^申請專利範圍第!或2項的方法,進一步的包含的步驟 在該選定的金屬上形成一個第二金屬(38); 使該第二金屬擴散通過該選定的金屬;和 ^成-個氧化銦錫ITq(62)層,以提高沿著 化叙層之該表面的側邊導電率。 虱 7· ^申請專利範圍第1或2項的方法,其進—步包含的步驟 ⑽二氧化的選定金屬(24)上形成一個高導電材料 二層在ί w導電材料上形成—個該選定金屬(62)的第 進行退火以氧化該莖-思 ^ 散通涡兮“ 並且使該高導電材料擴 政、過該氧化的選定材料,而到達兮^ ^ ^ g , ' 的該表面。 詞違該P型氮化鎵層(20) δ·==ΓΚ2或3項的方法,其中該將選定金 包括使用反應汽化與反應賤鍵中之 α積氧化鎳,該沈積之後的步驟為: 沈積金(36);和 在一個實質上沒有氳 鎳和金。 又百氧虱的銥境中退火(40)該氧化 9.如申請專利範圍 (34)引進的步驟包括使用二二f中該將選定金屬 者以、十接g 匕括使用反應Ά化與反應⑽中之一 〜積氧化鎳,該沈積之後的步驟為·· 沈積導電材料(3 6);和 化嫁層的。摻雜被活化。 國豕榡準( 210X297公私 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 471185 A8 B8 C8 D8 穴、申請專利範圍 10.如申請專利範圍第1項的方法,進一步包含在該氧化的 選定金屬上形成至少一圖案化的導電層(64和72)。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297」^」
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GD4A | Issue of patent certificate for granted invention patent | ||
MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |