专利名称：形成低电阻接触的方法
技术领域：
本发明的实施例通常是关于半导体处理，尤有关于形成以半导体元件作为介面的 导电接触。
背景技术：
当制造不同种类的半导体元件时，通常沉积一或多层的氮化镓(GaN)。例如，在发 光二极管(LEDs)的制造期间，可形成包含p-掺杂GaN (p-GaN)层及n-掺杂GaN (n-GaN)层 的"LED堆迭"的磊晶结构。图1说明此一结构104的例子，结构104包含一 n-GaN层106 及一p-GaN层110，其间由一多重量子井MQW层108所隔开。结构104—般沉积于合适材料 的基板102上，例如c-平面SiC、 c-平面蓝宝石。 沉积可包含气体反应，例如3GaCl+3NH3 — 3GaN+2H2+3HCl或
TMG+NH3 — GaN+CHx+H2。诸如此类在c_平面SiC、 c_平面蓝宝石上的沉积一般会导致晶体
结构沿六角晶体结构的c-轴以Ga与N间的原子键的表面具有如图2A所示的特定结构成
长。在沉积过程中，由于原子通常占据最低自由能态，所以此表面通常非常稳定。 如图3所示，为了施加一电压差跨过n-GaN及p-GaN层以使结构104发光，典型上
形成接触118。在现有的LED制造过程中，与n-GaN层106的n_焊垫接触形成为刚沉积的
n-GaN层106的顶端上的金属接触。已将利用Ni、Cr、Ti及Pt的现有金属接触结构用作为
刚沉积的表面用的接触材料。特定材料(如Cr/Au、 Ti/Al/Ni/Au及Ti/Ni/Au)已产生与
n-GaN的相对低电阻接触。Ni/Au及ITO已作为形成与p-GaN的欧姆接触。 在部分情况下，形成利用导致晶体结构的处理的半导体结构是有益的，晶体结构
具有原子键沿Ga与N原子间的晶体结构的C轴(沿朝向表面的方向)的反转结构。藉由
移除原本基板(c-平面蓝宝石、c-平面SiC)且暴露反转表面而实现原子键的反转结构，图
2B显示此反转表面。例如，2005年1月11日提出申请的美国专利申请案11/032， 882号揭
露制造垂直LED结构时可形成此类结构，在此并入其全文作为参考。如其中所述，垂直LED
元件(VLEDs)可具有诸多优点，如较佳散热、较佳电流分布、较高效率。 如图4A所示，在VLED制造过程中，于刚沉积的镓终止p掺杂GaN表面的顶端上，
可沉积或接合反射表面200及金属基板202。如图4B所示，可从遗留下来的结构中移除载
体基板102(c-平面蓝宝石、c-平面SiC)且暴露与载体基板接触的GaN。先参考图4C，移
除载体基板102所形成的VLED结构使外露层106GaN面朝上。相较于图2A所示，图2B所
示的相应晶体结构具有在反转结构中氮原子119与镓原子117之间的原子键。 因此，由于氮及镓原子的镜像结构，此新建构的GaN表面/反转表面可展现非常不
同于图2A所示刚沉积的GaN表面的特性。在本应用中，此新建构的n-掺杂GaN层具有由移
3除基板所外露的表面。此外露表面可由物理或化学方法所处理，例如湿式蚀刻、干式蚀刻、 研磨及/或抛光。 在Nu n-掺杂GaN表面处的自发性极化相较于刚沉积的GaN表面具有相反方向。 Nu-GaN是人为表面(如由移除沉积基板所产生)，且此一 Nu-GaN表面比刚沉积的GaN表面 不稳定，其中稳定性指的是形成接触时接触电阻的一致性。因此，在Nu-GaN上形成低电阻 电性接触尚未清楚了解。在现有LED技术中，用于刚沉积之n_掺杂或p-掺杂GaN层的金 属化技术是熟知的，但用于Nu-GaN的金属化技术是未熟知的。就VLED来说，与p电极的接 触是接触到现有P-掺杂GaN层表面，但n-电极必须与Nu_n-掺杂GaN层作接触且重要的 是具有低电阻及稳定接触。 因此，所需要的是形成以Nu n-掺杂GaN半导体层作为介面的接触的技术，Nu n-掺杂GaN半导体层提供低又稳定的电阻。
发明内容
本发明的实施例通常提供形成低电阻接触的技术，用于所谓Nu n-掺杂GaN表面 的反转n-掺杂GaN表面。 本发明的一实施例提供一半导体元件。此元件通常包含一层的氮化镓(GaN)材 料，具有Nu n-掺杂GaN人为表面/反转GaN表面及具有反转GaN表面的金属接触以电连 接于该层。 本发明的一实施例提供一种发光二极管(LED)元件。此元件通常包含一层的 n-掺杂氮化镓(GaN)材料，具有与作为n-电极的一部分的金属相接触的反转表面；一层的 P-掺杂氮化镓(GaN)，具有与作为p-电极的一部分的金属接触的刚沉积的表面；一多重量 子井结构，位于n-掺杂与p-掺杂GaN层之间；及一 n_电极金属，形成与反转n_掺杂GaN 层的接触以电连接于该层。 本发明的一实施例提供一种制造垂直发光二极管(VLED)结构的方法。此方法通 常包含形成一发光二极管(LED)堆迭于一载体基板上，该LED堆迭包含至少一n-掺杂GaN 层及至少一 P-掺杂GaN层，其间由一多重量子井层所分开；沉积一或更多层的金属基板于 该LED上；移除蓝宝石基板；及形成一金属接触于反转n-掺杂GaN表面上与形成一金属接 触于刚沉积的P-掺杂GaN上。
上述简短摘要的本发明的更特定说明，可参考部分说明于附加图式中的实施例，
以使本发明的上述特征可被详细了解。然而，应注意，因为此发明可容许其他均等的实施
例，所以附加图式仅为说明本发明的代表性实施例，且因此不应被视为其范围的限制。 图1说明具有GaN层的半导体结构例。 图2/B说明刚沉积的GaN层的晶体结构例。 图3说明依据现有技术在图1上形成接触的结构。 图4A-4C说明制造垂直LED结构的不同阶段，其显示Nu n_掺杂GaN表面的建构。
图5说明符合本发明的一实施例的在图4的结构上形成接触结构。
具体实施例方式
本发明的实施例通常提供在n-掺杂GaN层上形成接触的技术，n_掺杂GaN层具 有由移除基板所外露的一表面(在此称之为Nu n-掺杂GaN层)。以下参考垂直发光二极 管(VLED)的制造而说明的技术为特定但非限制的例子。然而，熟悉此项技术者将体认到此 技术可应用于具有欲与一导性电接点相连接的反转结构的多样化的半导体元件。
—例示性接触制造方法 现参考图4C，移除载体基板102后，可将元件翻转，使外露的n-GaN层106面向上。 其结果，n-GaN层现具有Nu-表面。图2A显示相应的晶体结构，其中氮原子119面向表面 及下方的镓原子117。 现参考图5，可形成用于外部连接至n-掺杂层106的接触焊垫217。尽管Nu n_GaN 表面存在相当不稳定的晶体结构，接触焊垫217可利用下述材料之一或其组合来制造，以 努力达到具有低电阻的高稳定接触。 图4C VLED元件结构具有Nu_n掺杂-GaN在顶端上。Nu_n掺杂-GaN具有不稳定 晶体结构且很具反应性。在Nu n-掺杂GaN表面处的自发性极化相较于刚沉积的GaN表面 具有相反方向。因此，用于具有如此沉积的GaN表面的现有LED的现有金属接触材料(如 Ni、Pd、Cr、Ti)，对于VLED Nu n_掺杂GaN表面无法成功地施行。 然而在此提供的技术可容许形成低电阻接触、稳定且低电阻接触金属结构，以降 低顺向偏压(VF)而获得高功率效率及较佳稳定度。此处所使用的低电阻接触的术语通常 是指小于5X 10—2欧姆-cm2的接触，较佳的情况是小于5X 10—5欧姆-cm2。此处当论及接 触电阻时所使用的"稳定"一词通常指操作期间中变化小于10%，较佳的情况为变化小于 5%。 本发明的实施例利用A1或A1基底合金(如AlTi、AlSi、AlCu、AlNi)的低功函数， 以达到与Nu-n-GaN表面的低电阻及稳定接触。利用铝或铝合金作为与NT n_掺杂GaN的 接触材料来达到低电阻及稳定接触，可成功使用诸多金属结构(如Al/Ni/Au、AlTi/Ni/Au、 Al/Pt/Au、 Al/TaN/Au、 AlTi/Pt/Au、 AlTi/TaN/Au、 AlSi/Ni/Au、 AlSi/Pt/Au、 AlSi/TaN/Au、 AlCu/Ni/Au、 AlCu/Pt/Au、 AlCu/TaN/Au。 就部分实施例来说，可使用其他低功函数金属(如Sn、Zn、Mg、Hf、W、Ta、Co、Vd、Mo 及其合金)，以制造与Nu n掺杂GaN的低电阻及稳定接触。利用Sn、 Zn、Mg、 Hf、 W、 Ta、 Co、 Vd、Mo或上述合金作为与NT n-掺杂GaN的接触材料以作成低电阻及稳定接触，亦可使用许 多金属结构(如Sn/Ni/Au、 Sn/TaN/Au、 Sn/Pt/Au、 Zn/Ni/Au、 Zn/TaN/Au、 Zn/Pt/Au、Mg/Ni/ Au、 Mg/TaN/Au、 Mg/Pt/Au、 Hf/Ni/Au、 Hf/TaN/Au、 Hf/Pt/Au、 W/Au、 W/Ni/Au、 W/Pt/Au、 Ta/ Ni/Au、 Co/Ni/Au)或其合金以制造具有Nu n-掺杂GaN的VLED。 此处所形成的低电阻接触存在有许多好处。例如，与Nu-GaN的低电阻接触(不管 是未掺杂GaN、 n-GaN及/或p-GaN)可导致较佳电源效率及改善可靠度。虽然这些优点适 用于VLED元件，然而熟悉此项技艺者将体认到诸如此类优点通常适用于大多数半导体元 件。因此，对于任何具有氮终端表面的半导体元件类型，可使用在此所述的技术以形成低电 阻接触。 虽然上述是指向本发明的实施例，然而在没有离开本发明的基本范畴下，可想出 本发明其他及另外的实施例，且其范畴由权利要求书范围来决定。
权利要求
一种半导体装置，包含一氮化镓GaN材料层，具有藉由移除一基板而外露的一表面，所述GaN层原本形成于所述基板上；及一金属接点，与所述外露表面形成接触以电连接于所述GaN层。
2. 如权利要求1所述的半导体装置，其中，所述金属接点包含Al、 AlTi、 AlSi、 AlCu、 AINi及其合金至少其中一种。
3. 如权利要求1所述的半导体装置，其中，所述金属接点包含Sn、Zn、Mg、Hf、W、Ta、Co、 Vd、Mo及其合金至少其中一种。
4. 如权利要求1所述的半导体装置，其中，所述GaN材料层包含一n-掺杂GaN材料。
5. —种发光二极管LED装置，包含一 n-掺杂GaN材料层，具有由移除一基板而在所述LED装置制造期间外露的一表面， 所述GaN层原本形成于所述基板上；其中，所述n_掺杂GaN层表面与一金属接触，所述金属 为一 n-电极的一部分；一 P-掺杂GaN层，具有与一金属接触的一刚沉积的GaN表面，所述金属为一 p_电极的 一部分；及一多重量子井结构，位于所述n-掺杂GaN层与p-掺杂GaN层之间。
6. 如权利要求5所述的LED装置，其中，所述n-电极包含Al、 AlTi、 AlSi、 AlCu、 AINi 及其合金至少其中一种。
7. 如权利要求5所述的LED装置，其中，所述n-电极包含Sn、Zn、Mg、Hf 、W、Ta、Co、Vd、 Mo及其合金至少其中一种。
8. —种垂直发光二极管VLED结构的制造方法，包含于一载体基板上形成一 LED堆迭，所述LED堆迭包含至少一 n-掺杂GaN层及至少一 p-掺杂GaN层，所述至少一 p-掺杂GaN层藉由 一多重量子井层而与所述至少一 n_掺杂GaN 层隔开；沉积一或更多金属基板层于所述LED堆迭上； 移除所述蓝宝石基板以使所述n-掺杂GaN层的一表面外露；及 形成一金属接点于所述外露的表面上。
9. 如权利要求8所述的VLED结构的制造方法，包含利用Al、AlTi、AlSi、AlCu、AlNi及 其合金至少其中一种形成所述金属接点。
10. 如权利要求8所述的VLED结构的制造方法，包含利用Sn、Zn、Mg、Hf、W、Ta、Co、Vd、Mo及其合金至少其中一种形成所述金属接点。
全文摘要
本发明提供在半导体元件的GaN层的反转结构表面上制造接触的技术。可形成具有藉由移除一基板而外露之表面的一n-掺杂GaN层，该n-掺杂GaN层原本形成于该基板上。此一表面的晶体结构可具有非常不同于刚沉积的p-掺杂GaN的表面的结构。
文档编号H01L23/48GK101772840SQ200880020116
公开日2010年7月7日 申请日期2008年6月10日 优先权日2007年6月12日
发明者刘文煌, 朱俊宜, 朱振甫, 樊峰旭, 段忠, 郑兆祯, 郑好钧 申请人:旭明光电股份有限公司