制作发光二极管外延晶片的方法技术

一种在一基底上制作一低电阻系数Ｐ型化合物半导体材料的方法，包括利用ＨＶＰＥ、ＯＭＶＰＥ或ＭＢＥ工艺，在该基底上形成一Ｐ形掺杂化合物半导体层；以及对该Ｐ型掺杂化合物半导体层进行一微波处理。该方法可以将高电阻系数的Ｐ型化合物的半导体材料转变成为具有低电阻系数。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体材料的制作方法，尤其涉及一种用于制作发光二极管外延晶片的低电阻系数P型化合物半导体材料的制作方法。大多数的半导体元件例如发光二极管(1ight emitting diode)、激光二极管(laser diode)、光检测器(photodetector)以及晶体管(transistor)等等，都需要设置N型掺杂薄膜以及P型掺杂薄膜。但是，要将高浓度的P型杂质掺杂于Ⅲ-Ⅴ族以及Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料之中以形成P型导电型式，是相当困难的一件事。典型的例子如将P型的镁(Mg)掺杂于磷化铟(InP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、氮化铝镓铟(AlGaInN)等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料中或硒硫化锌(ZnSSe)等Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料中，便不易形成P型导电型式。主要原因之一是在外延成长(epitaxial growth)过程中或成长的冷却工艺中，会产生偶发性的氢结合(unintentional hydrogen incorporation)，进而导致受主钝化(acceptor passivation)，使得半导体材料中的P型杂质无法达到高浓度的要求。Antell等人[Appl.phys.Lett.,53,(1988),758]以及Cole等人[Electron.Lett.,24,(1988),929]首先针对磷化铟在大气压力的有机金属气相外延(organometallic vapor phase epitaxy,OMVPE)的成长过程中，研究冷却环境对锌受之钝化的影响。他们发现相比于锌掺杂P型磷化铟层的表面上设有一N型覆盖层，当锌掺杂P型磷化铟层的表面上覆盖有一P型砷化铟镓(InGaAs)层且在氢化砷(AsH3)环境下被冷却，其空穴载流子浓度(hole carrierconcentration)会明显地减少约80％。不过，若在氮气环境中进行此一退火(annealing)工艺，则可以将空穴载流子浓度回复到预期数值。在P型磷化铝镓铟(AlGaInP)材料中，氢钝化是更为严重的问题，尤其是含铝比重高的P型磷化铝镓铟(AlGaInP)材料。Hamada等人[IEEE J.Quantum Electron.27,(1991),1483]发现对含铝比重高的P型磷化铝镓铟(AlGaInP)材料进行500℃的退火工艺之后，其空穴载流子浓度会增加，且经由二次离子质谱(SIMS)分析证实氢含量会减少，因此得知氢钝化的程度会随着铝比重增加而提升。对于P型氮化铝镓铟(AlGaInN)材料而言，氢钝化效应是最严重的问题，会使P型氮化铝镓铟(AlGaInN)材料无法达到P型导电型式的要求。Akassaki等人[Japaness J.Appl.Phys.28,(1989),L2112]使用低能量电子束辐射(lowenergy electron beam irradiation,LEEBI)将补偿的镁掺杂氮化镓(GaN)转换成导电的P型材料。但是，由于加速电压为5kV～15kV的电子束只能穿过0.5μm的厚度，而P型氮化镓的厚度设计常超过0.5μm，因此低能量电子束辐射将不是一个最有效的方法。此外，要将整个氮化铝镓铟晶片转换成导电的P型材料，也可采用电子束扫描(electron beam scanning)技术，不过电子束扫描技术是一种相当慢的工艺过程，并不适用于大量制作上。在美国专利第5,306,662号中，Nakamura等人揭露一种方法，是在超过400℃的氮环境中进行退火工艺，可以降低P型氮化镓的电阻。但是为了加强其功效，退火工艺必须在600～1200℃下进行。对于未设置保护层的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料而言，尤其是在低温环境中会产生高分压的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料并无法适用。因此，本专利技术的主要目的在于提供一种低电阻系数P型化合物半导体材料的制作方法，以解决上述的问题。本专利技术提供一种制作一低电阻系数P型化合物半导体材料的方法。本专利技术第一种方法包括在一基底上形成一P型掺杂Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层；以及对该P型掺杂Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层进行一微波处理。本专利技术第二种方法为一种在一基底上制作一低电阻系数P型化合物半导体材料的方法。该方法包括在该基底上形成一P型掺杂Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体层；以及对该P型掺杂Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体层进行一微波处理。本专利技术第三种方法为一种制作一发光二极管的方法，该发光二极管包括一基底，在该基底上的一N型下覆盖层，以及一活性层，设于该下覆盖层上。该方法包括在该活性层的表面上形成一具有一P型掺杂的上覆盖层；以及对该P型掺杂的上覆盖层进行一微波处理。本专利技术第四种方法为一种制作一发光二极管的方法，该发光二极管包括一基底。该方法包括在该基底上形成一P型掺杂下覆盖层；对该P型掺杂下覆盖层进行一微波处理；接着，在该P型掺杂下覆盖层上成长一活性层；以及在该活性层上形成一N型掺杂上覆盖层。本专利技术提供了简单且有效的方法，可以将高电阻系数P型掺杂Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料或P型掺杂Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料转变成低电阻系数P型材料。本专利技术利用氢化物气相外延成长(hydride vapor phase epitaxy,HVPE)、有机金属气相外延成长(organometallic vapor phase epitaxy,OMVPE)或分子束外延成长(molecular beam epitaxy,MBE)的方式来成长P型掺杂Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料或P型掺杂Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，而P型掺杂Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料或P型掺杂Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料会因为氢钝化效应而具有高电阻系数。然后将高电阻系数P型掺杂Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料或P型掺杂Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料进行一段时间的微波处理之后，便能够将其转变成低电阻系数P型材料。以下结合附图来描述本专利技术的优选实施例。附图中附图说明图1为本专利技术的一试验结构的示意图；图2A为图1所示镁掺杂氮化镓层的电阻系数与活化时间的关系图；图2B为图1所示镁掺杂氮化镓层的载子浓度与活化时间的关系图；图3为镁掺杂氮化镓层的光谱示意图；图4为本专利技术的发光二极管的示意图；以及图5为本专利技术另一发光二极管的示意图。附图符号说明10 成长中的试验品12蓝宝石基底14 氮化镓缓冲层 16镁掺杂氮化镓层20 发光二极管22蓝宝石基底24 氮化镓缓冲层 26N 型硅掺杂氮化镓层28 多层量子井结构30P 型镁掺杂氮化镓层32 镍/金欧姆接触金属 34钛/铝欧姆接触金属40 发光二极管42蓝宝石基底44 氮化镓缓冲层 46N型硅掺杂氮化镓层48 氮化铟镓/氮化镓多层量子井结构50 P 型镁掺杂氮化镓层52 镍/金欧姆接触金属 54钛/铝欧姆接触金属本专利技术提供一种简单且有效的方法，来制作一种低电阻系数P型化合物半导体材料。首先，进行一氢化物气相外延成长(hydride vapor phase epitaxy,HVPE)工艺，或一有机金属气相外延成长(organometallic vapor phase epitaxy,OMVPE)工艺，或一分子束外延成长(molecular beam epitaxy,MBE)工艺，以直接或间接的方式，在一基底上形成一P型掺杂化合物半导体层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在一基底上制作一低电阻系数Ｐ型化合的半导体材料的方法，该方法包括： 在该基底上形成一Ｐ型掺杂化合物半导体层；以及 对该Ｐ型掺杂化合物半导体层进行一微波处理。

【技术特征摘要】
US 2000-2-3 09/497,3161．一种在一基底上制作一低电阻系数P型化合的半导体材料的方法，该方法包括在该基底上形成一P型掺杂化合物半导体层；以及对该P型掺杂化合物半导体层进行一微波处理。2．如权利要求1所述的方法，其中该方法还包括进行一预热处理，是在形成该P型掺杂化合物半导体层与进行该微波处理的过程中间，对该基底加热至一预定温度范围。3．如权利要求2所述的方法，其中该预定温度范围为低于400℃。4．如权利要求3所述的方法，其中该预热处理为一电阻加热工艺。5．如权利要求3所述的方法，其中该预热处理为一红外线加热工艺(infrared lamp heating process)。6．如权利要求1所述的方法，其中该P型掺杂化合物半导体层是由进行一氢化物气相外延成长工艺形成的。7．如权利要求1所述的方法，其中该P型掺杂化合物半导体层是由进行一有机金属气相外延成长工艺形成的。8．如权利要求1所述的方法，其中该P型掺杂化合物半导体层是由进行一分子束外延成长工艺形成的。9．如权利要求1所述的方法，其中该P型掺杂化合物半导体层是由磷化铝镓铟(AlxGayIn1-x-yP,0≤x≤1,0≤y≤1-x)所构成。10．如权利要求1所述的方法，其中该P型掺杂化合物半导体层是由氮化铝镓铟(AlxGayIn1-x-yN,0≤x≤1,0≤y≤1-x)所构成。11．如权利要求1所述的方法，其中该P型掺杂化合物半导体层是由硒硫化锌(ZnSSe)所构成。12．如权利要求9所述的方法，其中该P型杂质是至少为锌(Zn)、镉(Cd)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、钡(Ba)之其中一个所构成。13．如权利要求10所述的方法，其中该P型杂质是至少为锌(Zn)、镉(Cd)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、钡(Ba)之其中一个所构成。14．如权利要求11所述的方法，其中该P型杂质是至少为锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、氮(N)、磷(P)、氧(O)之其中一个所构成。15．如权利要求1所述的方法，其中该基底为一外延成长的蓝宝石基底。16．如权利要求1所述的方法，其中该微波处理是在2.45GHz的微波以及560W的输出功率的条件下进行。17．一种制作一发光二极管外延晶片的方法，该发光二极管外延晶片包括一基底，一具有一第一导电型式的下覆盖层设于该基底上，以及一活性层，设于该下覆盖层上，该方法包括在该活性层的表面上形成一具有一第二导电型式的上覆盖层；以及对该上覆盖层进行一微波处理。18．如权利要求17所述的方法，其中该第一导电型式为一N型导电型式，且该第二导电型式为一P型导电型式。19．如权利要求18所述的方法，其中该方法还包括进行一预热处理，是在形成该上覆盖层与进行该微波处理的过程中间，对该基底加热至一预定温度范围。20．如权利要求19所述的方法，其中该预定温度范围为低于400℃。21．如权利要求20所述的方法，其中该预热处理为一电阻加热工艺。22．如权利要求20所述的方法，其中该预热处理为一红外线加热工艺。23．如权利要求17所述的方法，其中该上覆盖层是由进行一氢化物气相外延成长工艺所形成。24．如权利要求17所述的方法，其中该上覆盖层是由为进行一有机金属气相外延成长工艺所形成。25．如权利要求17所述的方法，其中该上覆盖层是由进行一分子束外延成长工艺所形成。26．如权利要求17所述的方法，其中该上覆盖层是由磷化铝镓铟(AlxGayIn1-x-yP,0≤x≤1,0≤y≤1-x)所构成。27．如权利要求17所述的方法，其中该上覆盖层是由氮化铝镓铟(AlxGayIn1-x-yN,0≤x≤1,0≤y≤1-x)所构成。28．如权利要求17所述的方法，其中该上覆盖层是由硒硫化锌(ZnSSe)所构成。29．如权利要求26所述的方法，其中该上覆盖层所掺杂的杂质是至少为锌(Zn)、镉(Cd)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、钡(Ba)之其中一个所构成。30．如权利要求27所述的方法，其中该上覆盖层所掺杂的杂质是至少为锌(Zn)、镉(Cd)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、钡(Ba)之其中一个所构成。31．如权利要求28所述的方法，其中该P型的杂质是至少为锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、氮(N)、磷(P)、氧(O)之其中一个所构成。32．如权利要求17所述的方法，其中该基底为一可直接外延成长的蓝宝石基底。33．如权利要求17所述的方法，其中该微波处理是在2.45GHz的微波以及560W的输出功率的条件下进行。34．如权利要求17所述的方法，其中该活性层为一多层量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宗良，张中英，
申请(专利权)人：国联光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]