专利名称：活化p-型半导体层的方法
技术领域：
本发明涉及一种活化半导体结构的方法，特别是一种活化半导体结构中的P-型半导体层的方法。
背景技术：
近年来，发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)的使用已经越来越普遍。然而，在发光二极管中，如何生产出可以含有诸如GaN之类的化合物的电子元件，例如可发出蓝光的发光二极管，仍是一项相当困难的技术。事实上，具有低阻抗(low-resistance)的P-型III-V族化合物半导体层并不容易通过传统的技术来形成。以包含GaN系列的P-型III-V族化合物的发光二极管的半导体层为例，即使是不添加n-型掺质，上述的半导体层仍然会表现出n-型的特性。所以，通常在GaN系列的化合物中会加入诸如Mg，或Zn之类的P-型掺质。但是，在加入掺质之后，上述包含GaN系列化合物的半导体层仍然存在着诸如高阻抗之类的问题，使得发光二极管无法发挥正常的效能。此时，就需要经过一个活化的步骤，使得发光二极管可以呈现出足够低的阻抗，以发挥预期的效能。
在现有技术中，通常是利用炉管加热或是快速回火制程(rapidthermal anneal)的方式来活化半导体结构中的P-型半导体层。上述的方法主要是将半导体结构送入炉管中，并以高温来加热上述的半导体结构，以达到活化上述P-型半导体层的目的。上述的高温通常是高达摄氏数百度。其缺点是，将整个发光二极管结构置于如此高的温度下，虽然可以达到活化P-型半导体层的目的，相对地，在半导体结构中的其它部分却有可能因为高温而受到伤害。
另一种众所周知的方法是使用电子束来活化半导体结构中的P-型半导体层。其主要的做法是在半导体结构的表面施加600℃以上的高温，并同时使用一电子束来活化位于最上层的P-型半导体层。然而，在此一方法中，其主要仍然是应用热效应来活化半导体结构中的P-型半导体层。此外，因为电子束不易被用于处理大面积的芯片，所以，此一活化法极少应用于量产制程上。
因此，提供一种除了热效应的外的方法来活化半导体结构中的P-型半导体层以降低半导体结构的阻抗并提升半导体结构的性能是一个很重要的课题。
发明内容
鉴于上述的背景技术，本发明的主要目的在于提供一种活化P-型半导体层的方法。上述的方法可以不经由热效应而达到活化P-型半导体层的目的。
本发明的再一目的为提供一种活化P-型半导体层的方法，上述的方法可以通过使用一电浆来活化一半导体结构中的P-型半导体层，使得上述P-型半导体层的阻抗得以降低。
本发明的另一目的在于提供一种活化半导体结构的P-型半导体层的方法。通过使用电浆来活化在半导体结构中的P-型半导体层中的P-型掺质，使得上述的P-型半导体层可以呈现出P-型的特性。
本发明的又一目的为提供一种活化半导体结构的P-型半导体层的方法。通过使用一非应用热效应的电浆活化过程，使得所得到的半导体结构可以发挥与现有技术中使用热效应来活化的半导体结构相似，甚至更好的效能。
根据以上所述的目的，本发明提供了一种活化半导体结构的P-型半导体层的方法。上述的活化方法包含提供一底材，形成一含有P-型掺质的半导体层于上述底材上，与使用一电浆来作用于上述的半导体层，以达到活化上述半导体结构的P-型半导体层的目的。上述的电浆可以使用诸如氧气(O2)，氧化氮(NO)，氧化二氮(N2O)，或是其它含有第VI族元素的气体来作为气体源。在本发明中，可以使用上述的电浆来活化在上述半导体层中的P-型掺质。更好的是，根据本发明来活化的半导体结构可以发挥与使用热效应来活化的半导体结构相似的效能。
图1为使用根据本发明的方法来活化一P-型半导体层的流程图；图2为一根据本发明的发光二极管装置的示意图。
图中符号说明100提供一底材的步骤120形成一半导体层于底材上的步骤140以一电浆来活化上述半导体层的步骤200底材220半导体层240氧化层具体实施方式
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行，且本发明的范围不受限定，其以权利要求书的范围为准。
再者，在本说明书中各元件的不同部分并没有依照尺寸绘图。某些尺度与其它相关尺度相比已经被夸张，以提供更清楚的描述和对本发明的理解。
本发明的一较佳实施例为一种活化一半导体结构的P-型半导体层的方法。首先，提供一底材，在上述底材上包含一P-型半导体层。上述的底材中至少包含蓝宝石(sapphire)，SiC，Si，GaAs，或是其它类似的材质。上述P-型半导体层中至少包含诸如GaN之类的III-V族化合物，或是其它的化合物。接着，使用一电浆来活化上述的P-型半导体层。上述电浆所使用的气体源可以是氧气(O2)，氧化氮(NO)，氧化二氮(N2O)，或是其它含有第VI族元素的气体。
通常在半导体结构的P-型半导体层中会加入掺质(impurities)，使得所形成的P-型半导体层可以达到所要求的发光效果。上述的掺质可以至少包含一二价元素，例如，Zn，Cd，Be，Mg，Ca，Ba，或是其它的掺质。在根据本发明的一范例中，在包含III-V族化合物，如GaN，的P-型半导体层中，可以加入包含第II族元素的P-型掺质，使得上述的P-型半导体层可以呈现出P-型的特性。在其它范例中，亦可以于P-型半导体层中加入含有第V族元素或是其它的P型掺质。然而，在制程中，上述的掺质往往会与氢，或是其它原子，产生键结，进而影响半导体结构的效能。在本实施例中，可以通过电浆来破坏上述的键结，进而达到活化半导体结构中的P-型半导体层的目的。
相较于现有技术中的活化方法，本实施例的活化方法可以在较低的温度下，低于400℃，活化半导体结构中的P-型半导体层。另一方面，在本实施例中，可以通过调整电浆的功率，使得电浆的活化过程不会影响到半导体结构中的其它结构。在现有技术中，因为是将整个结构送入炉管(stove)中以高温(至少600℃以上)来活化半导体结构中的P-型半导体层，所以，在活化的过程中，在底材与P-型半导体层之间的其它各层有可能会发生不必要的变化。
本发明的另一较佳实施例为一种活化一半导体结构中的P-型半导体层的方法。上述的半导体结构可以是一发光二极管。上述的发光二极管可以是一种可以发出蓝光，或紫光，或是紫外线的发光二极管。图1为一根据本实施例的活化方法的流程图。首先，提供一底材，如步骤100所示。上述底材可以是由蓝宝石(sapphire)，SiC，Si，GaAs，或是其它类似的材质所组成。接下来，形成一P-型半导体层于上述底材之上，如步骤120所述。上述的P-型半导体层可以是由诸如GaN之类的III-V族化合物，或是其它的化合物所组成。在上述的P-型半导体层中至少包含一P-型掺质。上述的P-型掺质可以包含一二价元素。在根据本实施例的一范例中，上述的P-型掺质可以包含诸如Zn，Cd，Be，Mg，Ca，Ba，上述材质的混合，或是其它含有第II族元素的材质。上述的发光二极管可以更包含其它的结构于上述的底材与P-型半导体层之间。
然后，使用一电浆来活化上述的P-型半导体层，如步骤140所述。上述的电浆可以使用诸如氧气，氧化氮，氧化二氮，或是其它含有第VI族气体的气体源。在发光二极管结构的磊晶过程中，可能会产生氢原子或是其它的原子。上述的掺质可能会因为与氢，或是其它的原子，产生键结，而丧失受体(acceptor)的功能，进而造成上述的P-型半导体层无法呈现出P-型的特性。通过使用上述的电浆活化制程，可以有效地破坏上述的键结。更好的是，使用上述电浆活化制程来活化的发光二极管可以发挥与在现有技术中使用炉管来活化的发光二极管相同，甚至更好的效能。
在现有技术中，通常是将底材及形成于其上方的结构直接送入炉管中，通过600℃，甚至更高的高温来活化上述的P-型半导体层。或是在高温下通过照射一电子束的方法来活化上述的P-型半导体层。然而，在本实施例中，主要是利用一电浆来破坏在上述P-型半导体层中掺质与氢之间的键结。虽然在电浆的作用期间内可能会产生热，但是，所产生的温度远低于400℃。所以，本实施例的活化方法并非利用热效应来活化发光二极管中的P-型半导体层。
本发明的另一较佳实施例为一种活化一半导体结构中的P-型半导体层的方法。上述的半导体结构可以是一种可以发出蓝光，紫光，或紫外线的发光二极管。图2为一根据本实施例的发光二极管的示意图。如图2所示，首先，提供一底材200。上述的底材可以是由蓝宝石(sapphire)，或是其它的IV-IV族化合物所组成。接着，形成一半导体层220于底材200之上，并形成一氧化层240于上述半导体层220之上。上述的半导体层220可以是上述发光二极管中的一P-型半导体层。上述的半导体层220可以是由一GaN之类的III-V族化合物所组成。在上述半导体层220中可以使用一包含二价元素的化合物来作为P-形掺质。在根据本实施例的一较佳范例中，可以使用Mg，Zn或是其它含II族元素的化合物来作为P-型掺质。上述的半导体层220可以经由一种诸如金属有机化学气相沉积法(metalorganic chemical vapordeposition；MOCVD)之类现有的制程来形成。在上述底材200与氧化层240之间除了上述的半导体层220之外，可以更包含其它的结构。
在形成上述半导体层220的过程中，可能会产生氢或其它的原子。上述的原子可能会与半导体层220中的P-型掺质形成诸如Mg-H之类的键结，使得上述的P-型掺质无法发挥受体的性质，进而影响发光二极管的效能。举例来说，在形成由GaN之类的化合物所组成的半导体层220的时候，通常会使用NH3气体来作为N的来源。在磊晶的过程中，NH3会分解并产生氢原子。氢原子会与在上述半导体层220中用来作为受体的P-型掺质形成键结，使得上述的P-型掺质无法发挥受体的性质。
因此，在本实施例中，使用一电浆来破坏位于掺质与氢之间的键结，使得上述的掺质可以发挥受体的性质，进而达到活化上述发光二极管的P-型半导体层的目的。在本实施例中，可以将上述的发光二极管结构送入一反应室中，以进行上述的电浆活化步骤。在上述的反应室中，施加于用来承载底材200的平台的电压(platen power)为10-40W，电浆源的线圈电压(coil power)可以是400-900W。所使用的气体源可以是氧气(O2)，且其流速(flow rate)约为10-80sccm。上述反应室的压力约为20-60mTorr。在本实施例中，上述电浆所使用的气体源除了O2之外，还可以使用包含NO，N2O，或是其它含有第VI族元素的气体。
表格一为关于使用电浆活化的发光二极管与使用炉管活化的发光二极管之间的比较。在表格一中，编号1-1，1-2，与1-3分别表示在同一批制程中所生产的发光二极管装置。换言之，在表格一中，分别列举出四批发光二极管。在每一批发光二极管中，有一部分的发光二极管是使用根据本实施例的电浆来活化发光二极管中的P-型半导体层，有另一部分的发光二极管是使用加热方式来活化发光二极管中的P-型半导体层。
表格一使用不同活化方法的发光二极管的比较
从表格一可以发现，根据本实施例的发光二极管可以通过使用一电浆活化的方法有效的活化发光二极管中的P-型半导体层，使得根据本实施例的发光二极管可以达到与现有技术中使用炉管加热来活化的发光二极管相同，甚至更好的效能。
在根据本实施例的另一范例中，可以通过另一反应条件来进行活化一P-型半导体层。在本范例中，所使用的电浆源的线圈电压(coilpower)约为5-30W。所使用的气体源可以是二氧化氮(NO2)，且其流速(flow rate)约为200-800sccm。上述反应室的压力约为100-400mTorr。
相较于现有技术中的活化方法，根据本发明的方法是利用电浆来破坏掺质与氢之间的键结，而不是利用热效应来达到活化P-型半导体层的目的。在现有技术中，通常需要使用高于600℃的高温才可以通过热效应来破坏掺质与氢之间的键结，以达到活化P-型半导体层的目的。在本实施例中，虽然在电浆活化的过程中可能会在半导体层220的表面产生热，但是，在半导体层220表面的温度可以远小于400℃。
另一方面，在现有技术的活化过程中，整个半导体结构必须处于高温(数百度℃)之下。此时，在上述半导体结构中的其它部分有可能会因为高温而产生不必要的变化。在本实施例中，由于电浆的作用范围仅止于半导体结构的P-型半导体层，所以，上述半导体结构中的其它部分将不会受到影响。
综合以上所述，本发明揭露了一种活化半导体结构的P-型半导体层的方法。上述的方法可以通过使用一电浆来破坏P-型半导体层中的掺质与氢之间的键结，进而可以活化半导体结构中的P-型半导体层。上述的电浆可以使用含有第VI族元素的气体来作为上述电浆的气体源。使用根据本发明的方法来活化的半导体结构可以发挥与在现有技术中使用热效应来活化的半导体结构相似的效能。所以，本发明可以对于半导体结构的P-型半导体层提供了一种除了热效应之外的活化方法。另一方面，根据本发明，在使用一电浆来活化半导体结构的过程中，半导体结构中的其它结构不会受上述电浆影响而发生副反应。换言之，本发明的方法在活化P-型半导体层的过程中，不会对半导体结构的其它结构产生不必要的影响。因此，本发明提供了一种可以电浆取代热效应的活化方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种活化P-型半导体层的方法，其中该P-型半导体层为一半导体结构中的一半导体层，其特征在于，该活化P-型半导体层的方法包含提供一底材；形成该半导体层于该底材上；及使用一电浆来作用于该半导体层。
2.如权利要求1所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该电浆包含一至少具有一含有第VI族元素的气体的气体源。
3.如权利要求1所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该半导体层至少包含一III-V族化合物。
4.如权利要求1所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该半导体层至少包含一P-型掺质。
5.如权利要求4所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该P-型掺质包含一二价元素。
6.如权利要求4所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该P-型掺质选自Zn，Cd，Mg，Ca，Ba，或是上述材质的混合物。
7.一种活化P-型半导体层的方法，其特征在于，上述活化P-型半导体层的方法包含提供一底材；形成一半导体层于该底材上，其中该半导体层包含一P-型掺质；及使用一电浆来作用于该半导体层。
8.如权利要求7所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该电浆包含一至少具有一含有第VI族元素的气体的气体源。
9.如权利要求7所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该气体源包含氧气。
10.如权利要求7所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该气体源包含NO。
11.如权利要求7所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该气体源包含N2O。
12.如权利要求7所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该半导体层包含一III-V族的化合物。
13.如权利要求7所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该P-型掺质包含一二价元素。
14.如权利要求7所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该P-型掺质选自Zn，Cd，Mg，Ca，Ba，或是上述材质的混合物。
15.一种活化P-型半导体层的方法，其特征在于，上述活化P-型半导体层的方法包含提供一底材；形成一半导体层于该底材上，其中该半导体层至少包含一P-型掺质；及使用一电浆来作用于该半导体层，其中该电浆包含一至少包含一含有氧原子的气体的气体源。
16.如权利要求15所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该气体源包含O2。
17.如权利要求15所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该气体源包含NO。
18.如权利要求15所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该气体源包含N2O。
19.如权利要求15所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该P-型半导体层包含GaN。
20.如权利要求15所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该P-型掺质至少包含一第II族元素。
21.如权利要求15所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该P-型掺质为Mg。
22.如权利要求15所述的活化P-型半导体层的方法，其特征在于，该P-型掺质为Zn。
全文摘要
本发明涉及一种活化P－型半导体层的方法，主要是利用一电浆来活化P－型半导体层中的掺质，上述电浆的气体源至少包含一含有第VI族元素的气体，使用根据本发明的电浆来活化的P－型半导体层可以发挥与现有技术中使用热效应来活化的P－型半导体层相似的效能，故本发明可以对于P－型半导体层提供一种除了热效应的外的活化方法，此外，在使用一电浆来活化P－型半导体层的过程中，在半导体结构中的其它部分并不会受上述电浆影响而发生副反应，换言之，本发明的方法在活化P－型半导体层的过程中，不会对半导体结构的其它部分产生不必要的影响，因此，提供了一种可以电浆取代热效应的活化方法。
文档编号H01L21/02GK1525576SQ03106368
公开日2004年9月1日 申请日期2003年2月26日 优先权日2003年2月26日
发明者吴伯仁, 易乃冠, 张源孝 申请人:洲磊科技股份有限公司