基于氮化镓的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体装置的制造方法制造方法及图纸

一种基于氮化镓的ＩＩＩ－Ｖ族化合物半导体装置的制造方法，包括：在基板上方形成半导体叠层构造，半导体叠层构造包括ｎ型半导体层、主动层以及ｐ型半导体层；蚀刻半导体叠层构造，以露出ｎ型半导体层的一部分；在ｎ型半导体层上形成第一电极，其中第一层电极包括欧姆接触层、阻障层与焊垫层；进行退火制作工艺，用以降低第一电极与ｎ型半导体层之间的接触电阻，同时活化ｐ型半导体层；与在ｐ型半导体层上形成一第二电极。（*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基于氮化镓的III-V族化合物半导体装置及其制造方法。自从III-V族氮化物，即包括例如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(GaAIN)、氮化镓铟(InGaN)、及氮化镓铝铟(InAlGaN)等的磊晶层被首次成功地成长出来之后，由于其具有直接能带、能带宽度高、饱合漂移速率高、击穿电场高、以及化学惰性等特性，故成为最有希望用于制造高温/高功率的电子装置与光电装置的材料。近来由于较高掺杂浓度的磊晶层的结晶品质的增进，故发展出以III-V族氮化物磊晶构造制造的高品质激光二极管、发光二极管、光侦测器以及微波场效应晶体管等。一般而言，III-V族氮化物装置的性能会受到其接触电阻的限制。因此，制造高性能III-V族氮化物装置的关键技术在于是否能制造出可靠性高的金属接触。以GaN为例，虽然已有文献指出有许多种金属可以作为其接触，但是钛/铝(Ti/Al)双层为现有上最广泛使用作为n型GaN的欧姆接触层。然而，这种Ti/Al双层易被氧化，而在后续制作工艺中与操作期间造成欧姆接触电阻的上升。为了避免Ti/Al双层在高温下易被氧化的倾向，可以在其上方覆盖一层低电阻的金(Au)作为钝化层(passivation)以使其表面钝化。但是，金会向内扩散至钛层、铝层中与渗透到GaN层中，而造成半导体装置的热稳定性、可靠度与欧姆接触特性变差。附图说明图1的剖视图显示基于GaN的III-V族化合物半导体发光二极管(light-emitting device；LED)100的典型构造。发光二极管100具有一透明且绝缘的基板1，其以例如蓝宝石(sapphire)所制。此基板1具有一第一主表面1a与一第二主表面1b。GaN所制的缓冲层2形成在基板1的第一主表面1a上。n型的基于GaN的III-V族化合物半导体层3形成在缓冲层2上。此n型半导体层3是以例如锗(Ge)、硒(Se)、硫(S)、或碲(Te)等n型掺质所掺杂。除此之外，此n型半导体层3可以掺杂硅(Si)。n型AlGaN层4形成在n型半导体层3上。主动层5形成在n型AlGaN层4上，此主动层5是由例如InGaN/GaN所构成的多重量子井(MQW)、单量子井(SQW)、或双异质(DH)结构。p型AlGaN层6形成在主动层5上。一P型的基于GaN的III-V族化合物半导体层7形成于p型AlGaN层6上。此p型半导体层7是以例如铍(Be)、锶(Sr)、钡(Ba)、锌(Zn)、或镁等p型掺质所掺杂。如图1所示，发光二极管100具有一电极8A形成在n型半导体层3上；与一电极8B形成在p型半导体层7上。现有的电极8A如上文所述包括钛、铝、金等金属材料。电极8B为一种欧姆电极，其可以包括例如镍(Ni)、铬(Cr)、金、铂(Pt)、或钛等金属材料。接着，参考图2的流程图说明现有的发光二极管100的制作工艺步骤。首先，如步骤201所示，将缓冲层2、n型半导体层3、n型AlGaN层4、主动层5、p型AlGaN层6、与p型半导体层7依序形成在基板1上方。接着，如步骤202所示，进行热处理以活化p型AlGaN层6与p型半导体层7。由于p型AlGaN层6与p型半导体层7中所掺杂的镁会形成Mg-H键结，而导致无法提供空穴。在此进行热处理的目的即为打断此Mg-H键结而活化p型AlGaN层6与p型半导体层7。此热处理的条件一般为在650至780℃下加热15至60分钟。接着，如步骤203所示，将p型半导体层7、p型AlGaN层6、主动层5、及n型AlGaN层4部分蚀刻移除，以将n型半导体层3的表面露出。在此，n型半导体层3的表面一部分也被蚀刻移除。之后，如步骤204所示，形成电极8A与8B，其中电极8A形成在n型半导体层3上，电极8B形成在p型半导体层7上。电极8A与8B的形成可以利用现有沉积技术，例如蒸镀法或溅射法等。接着，如步骤205所示，进行退火(annealing)制作工艺。此步骤的目的为降低电极8A与8B的欧姆接触电阻。此退火制作工艺的条件一般为在300至400℃进行。电极8A与8B也可以不必如步骤204所述般的同时形成，例如，也可以先形成电极8A、进行退火后，才形成电极8B。本专利技术的目的在于提供一种基于氮化镓的III-V族化合物半导体装置及其制造方法，以解决上述问题。本专利技术的目的是这样实现的，即提供一种基于氮化镓的III-V族化合物半导体装置的制造方法，包括以下各步骤提供一基板，其具有第一与第二主表面；在该基板的第一主表面上方形成一半导体叠层构造，其中该半导体叠层构造包括一n型的基于氮化镓的III-V族化合物半导体层、一主动层、以及一p型的基于氮化镓的III-V族化合物半导体层；蚀刻该半导体叠层构造，以露出n型半导体层的一部分；在n型半导体层上形成一第一电极，其中该第一电极包括一欧姆接触层、一阻障层位于该欧姆接触层上方、与一焊垫层位于该阻障层上方；进行退火制作工艺，用以降低该第一电极与该n型半导体层之间的接触电阻，同时达到活化该p型半导体层的效果；与在p型半导体层上形成一第二电极。本专利技术还提供种基于氮化镓的III-V族化合物半导体装置，包括一n型的基于氮化镓的III-V族化合物半导体层；以及一电极，位于该n型的基于氮化镓的III-V族化合物半导体层上，且该电极包括一欧姆接触层、一阻障层位于该欧姆接触层上方、与一焊垫层位于该阻障层上方。本专利技术还提供一种基于氮化镓的III-V族化合物半导体装置，包括一基板，其具有第一与第二主表面；一半导体叠层构造，其形成在该基板的第一主表面上方，且其包括一n型的基于氮化镓的III-V族化合物半导体层、一主动层、以及一p型的基于氮化镓的III-V族化合物半导体层；一第一电极，位于n型半导体层上，且该第一电极包括一欧姆接触层、一阻障层位于该欧姆接触层上方、与一焊垫层位于该阻障层上方；与一第二电极，位于p型半导体层上。本专利技术的n型GaN的欧姆接触，其热稳定耐受力(thermal stabilityendurance)远优于现有Ti/Al/Au多层的热稳定耐受力。因此，本专利技术的化合物半导体装置的制造方法比现有方法简化，且因而能降低成本并增高产能。下面结合附图，详细说明本专利技术的实施例，其中图1为依照本专利技术基于GaN的III-V族化合物半导体发光二极管的剖视图；图2为发光二极管100的制作工艺步骤的流程图；图3为本专利技术电极的详细构造剖视图4为显示于不同退火温度下电极Ti/Al/Pt/Au与n型GaN接触的特征接触电阻对于退火时间的函数图；图5为在不同退火温度下电极Ti/Al/Pt/Au与未恢复的植入硅的n型GaN接触的特征接触电阻对于退火时间的函数图；图6为在不同退火温度下电极Ti/Al/Pt/Au与植入硅并恢复的n型GaN接触的特征接触电阻对于退火时间的函数图；图7为在不同退火温度下电极Ti/Al/Pt/Au与n型GaN接触的特征接触电阻对于退火时间的函数图；图8为在不同退火温度下电极Ti/Al/Pt/Au与未恢复的植入硅的n型GaN接触的特征接触电阻对于退火时间的函数图；图9为在不同退火温度下电极Ti/Al/Pt/Au与植入硅并恢复的n型GaN接触的特征接触电阻对于退火时间的函数图；图10为显示本专利技术的发光二极管的制作工艺步骤流程图。本专利技术中，“基于氮化镓的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氮化镓的Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体装置的制造方法，包括以下各步骤： 提供一基板，其具有第一与第二主表面； 在该基板的第一主表面上方形成一半导体叠层构造，其中该半导体叠层构造包括一ｎ型的基于氮化镓的Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体层、一主动层、以及一ｐ型的基于氮化镓的Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体层； 蚀刻该半导体叠层构造，以露出ｎ型半导体层的一部分； 在ｎ型半导体层上形成一第一电极，其中该第一电极包括一欧姆接触层、一阻障层位于该欧姆接触层上方、与一焊垫层位于该阻障层上方； 进行退火制作工艺，用以降低该第一电极与该ｎ型半导体层之间的接触电阻，同时达到活化该ｐ型半导体层的效果；与 在ｐ型半导体层上形成一第二电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李清庭，
申请(专利权)人：光磊科技股份有限公司，李清庭，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]