專利名稱：光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光器件，并且更具體地涉及一種光器件及其制造方法，其中可獲 得電的/熱的/結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且P型電極和N型電極能夠被同時(shí)形成。另外，本發(fā)明涉及一種光器件，更具體地涉及一種光器件及其制造方法，其中特征接觸電阻被降低，并且從外部提供的載流子不僅能夠使用所述降低的接觸電阻執(zhí)行規(guī)則的 電流向器件中的擴(kuò)散，而且從所述器件中的活性層產(chǎn)生并且發(fā)出的光子可以很好地逃逸到 外部。另外，本發(fā)明涉及一種光器件，更具體地涉及一種光器件及其制造方法，其中金 屬_氫化合物被形成，以實(shí)施P型基于鎵氮化物的化合物半導(dǎo)體的歐姆電極。
背景技術(shù)：
一般地，為了實(shí)施光器件如發(fā)光二極管或者激光器，好的歐姆接觸應(yīng)該首先被制 成在半導(dǎo)體與形成為電極的金屬之間。另外，需要平面化的表面狀態(tài)，熱穩(wěn)定性，容易的處理，低接觸電阻，高的產(chǎn)出，好 的防腐性等。同時(shí)，基于GaN的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件被主要地生長在藍(lán)寶石基板或者碳化硅 (SiC)基板上。另外，基于GaN的多晶層以低的生長溫度生長在所述藍(lán)寶石基板或者SiC基 板上作為緩沖層，并且之后未摻雜的GaN層，摻雜硅(Si)的N型GaN層，或者具有組合結(jié)構(gòu) 的N型基于GaN層以高的溫度形成在所述緩沖層上。這之后，發(fā)光層(具有量子阱結(jié)構(gòu)的 活性層)被形成在所述N型基于GaN層上，并且P型基于GaN層被附加地形成在所述發(fā)光 層上，從而所述半導(dǎo)體發(fā)光器件被制造。另外，在所述半導(dǎo)體發(fā)光器件中，透明電極可以以下面的方法形成。首先，參照圖1簡要描述形成在傳統(tǒng)發(fā)光器件中的P型電極結(jié)構(gòu)。圖1是說明傳統(tǒng)發(fā)光器件的典型P型電極的視圖。圖1中所示的發(fā)光器件的P型電極被構(gòu)造為具有形成在P型GaN層101上的P型 透明電極層102，并且具有形成在所述P型透明電極層102上的P型接合電極103。上面構(gòu) 造的電極結(jié)構(gòu)為方便而被稱作‘封閉’電極結(jié)構(gòu)。在所述‘封閉’電極結(jié)構(gòu)的情況下，所述P型透明電極層102主要是由Ni/Au層形 成。另外，所述P型接合電極103是包括除Al和Cr之外基于Au的兩個(gè)或更多個(gè)金屬(例 如，Au，Ti，Ni，In和Pt)的單層，或者兩個(gè)或者更多個(gè)層的多層結(jié)構(gòu)。也就是說，其為Au， Ni/Au, Ti/Au 或 Pt/Au 層等。例如，如圖2中所示，一金屬被從由Ni，Pt，Ti，Cr和Au組成的組中選擇以在所述 P型基于GaN的層101上沉積第一金屬層102a，并且金(Au)被用于沉積第二金屬層102b，從而透明電極102能夠被形成。作為所述透明電極的典型例子，Ni/Au電極被使用?；蛘?，如圖3所示，用于形成良好的氧化物的第一金屬層102c形成在P型的基于 GaN的層101上并且隨后，在用于載流子導(dǎo)電的第二金屬層102d例如金(Au)被沉積之后， 在含氧氣氛中執(zhí)行熱退火。
作為典型的例子，有一種方法，其中在鈷(Co)和金(Au)被順序地沉積在所述P型 基于GaN的層101上之后，所述熱退火在含氧氣氛中被執(zhí)行以形成‘Co-0’氧化物?；蛘撸?一種使用鎳(Ni)代替鈷(Co)的方法也被提出。因此，金屬氧化物層102e被形成以具有透明性，以使透明電極102被形成在P型 基于GaN的層101上。發(fā)光器件的傳統(tǒng)P型電極也可以如圖4所示被構(gòu)造，并且圖4是說明所述傳統(tǒng)發(fā) 光器件的另一典型的P型電極的視圖。如圖4所示的發(fā)光器件的P型電極被構(gòu)造，以具有在P型GaN層201上形成的P型 透明電極層202，以及具有形成在所述P型透明電極層202上的P型接合電極203。此時(shí)， 透明電極層202被構(gòu)造為具有填充在其間的P型接合電極203的部分。上面構(gòu)造的電極結(jié)構(gòu)為方便而被稱作‘開放’電極結(jié)構(gòu)。在所述‘開放’電極結(jié)構(gòu)的情況下，包括Cr或Al層的結(jié)構(gòu)被提出以提高接合能力， 并且被形成為具有與所述‘封閉’電極結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，圖5是說明傳統(tǒng)發(fā)光器件的典型N型電極的視圖。如圖5中所示發(fā)光器件被構(gòu)造為具有形成在N型GaN層301上的N型電極層302。在所述N型電極層302的情況下，提出的是使用Ti，Al，Au的單層化的電極或者兩 個(gè)或者多個(gè)層的多層化的電極。但是在上面結(jié)構(gòu)化的P型電極的情況下，特征接觸電阻遠(yuǎn)大于10-3 Ω cm2，原因在 于高電阻的P型GaN層。另外，已知的是在不是氧化物結(jié)構(gòu)的透明電極結(jié)構(gòu)(參見圖2)中，由于特征接觸 電阻有10_2Qcm2那樣高，所述透明電極的主要功能之一的‘電流傳播器’在器件操作的過程 中不起作用。已知的是由于所述界面的高的特征接觸電阻，在器件操作時(shí)其在界面處充當(dāng)熱 源，從而對(duì)器件可靠性的降低直接引起很大影響。另外，被報(bào)告由參照圖3所描述的制造方法形成的透明電極結(jié)構(gòu)具有顯著改善的 特征接觸電阻，但是已知其在光透射方面性能惡化。已知這是由于金屬氧化物在含氧氣氛 中熱退火時(shí)是‘多晶’結(jié)構(gòu)的，而不是有助于改善透射的‘異質(zhì)外延(hetero印itaxial) ’結(jié) 構(gòu)，很多小尺寸的顆粒存在于所述透明電極內(nèi)，導(dǎo)致從所述半導(dǎo)體發(fā)出的光子的吸收或者 散射損失。另外，為了在上面結(jié)構(gòu)中實(shí)施好品質(zhì)的歐姆電極，所述載流子應(yīng)該在其中能夠進(jìn) 行載流子隧穿的摻雜區(qū)域中具有大于IO18CnT3的濃度，但是實(shí)際上P型基于鎵氮化物的化合 物半導(dǎo)體的載流子濃度低達(dá)1017cm_3。這樣，該低載流子濃度使肖特基勢壘高度增加所述金屬與所述半導(dǎo)體之間界面處 的特征接觸電阻，導(dǎo)致不良的歐姆特性。另外，存在于P型基于鎵氮化物的化合物半導(dǎo)體的表面上的自然氧化物層導(dǎo)致在所述熱退火時(shí)在所述金屬與所述半導(dǎo)體之間界面處的相互反應(yīng)，從而導(dǎo)致漏電流增加，反 向擊穿電壓降低，異常的閾電壓特性等很多缺點(diǎn)，并且結(jié)果是器件可靠性和壽命被減少。
另外，上述缺陷在所有包括開放式電極結(jié)構(gòu)和封閉式電極結(jié)構(gòu)P型電極的發(fā)光器 件中都存在。因此，真切地需要開發(fā)具有高熱穩(wěn)定性和低接觸電阻的P型電極。另外，具有大于KT5Qcm2的特征接觸電阻的N型電極適合于所述發(fā)光器件，但是 基于Ti的電極被報(bào)告在熱特性方面很脆弱。另外，由于P型電極與N型電極被分開制造，所述傳統(tǒng)技術(shù)在器件生產(chǎn)和產(chǎn)出方面 具有很多缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明指向基本消除由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺點(diǎn)引起的一個(gè)或者多個(gè)問題 的一種光器件及其制造方法。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種光器件及其制造方法，其中電的/熱的/結(jié)構(gòu)的穩(wěn) 定性被獲得，并且P型電極與N型電極能夠被同時(shí)形成。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種光器件及其制造方法，其中透明電極的特征接觸 電阻被降低，并且從外部提供的載流子不僅能夠使用所述降低的電阻執(zhí)行到器件的規(guī)則電 流傳播，并且從該器件產(chǎn)生并發(fā)出的光子可以很好地逃逸到外部。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種光器件及其制造方法，其中金屬_氫化合物層被 形成在P型基于鎵氮化物的化合物半導(dǎo)體的歐姆電極內(nèi)，并且自然氧化物層被去除使低電 阻，高透射，高熱穩(wěn)定性可以被實(shí)現(xiàn)。為了得到如所實(shí)現(xiàn)的以及寬泛地描述的根據(jù)本發(fā)明的所述目的的這些以及其他 的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的光器件包括基于GaN的層；形成在所述基于GaN的層上 的高濃度基于GaN的層；形成在所述高濃度基于GaN的層上的第一金屬-Ga化合物層；形成 在所述第一金屬-Ga化合物層上的第一金屬層；形成在所述第一金屬層上的第三金屬-Al 化合物層；以及形成在所述第三金屬-Al化合物層上的導(dǎo)電的防氧化層。在另一實(shí)施中，一種光器件包括基于GaN的層；形成在所述基于GaN的層上的高 濃度基于GaN的層；形成在所述高濃度基于GaN的層上的透明電極層；形成在所述透明電 極層上的第一金屬-Ga化合物層；形成在所述第一金屬-Ga化合物層上第一金屬層；形成 在第一金屬層上的第三金屬-Al化合物層；以及形成在所述第三金屬-Al化合物層上的導(dǎo) 電的防氧化層。在再一實(shí)施中，一種光器件包括基于GaN的層；形成在所述基于GaN的層上的高 濃度基于GaN的層；形成在所述高濃度基于GaN的層上的第一金屬_Ga_N化合物層；形成在 所述第一金屬-Ga-N化合物層上的第一金屬層；形成在所述第一金屬層上的第三金屬-Al 化合物層；以及形成在所述第三金屬-Al化合物層上的導(dǎo)電的防氧化層。另外，所述基于GaN的層是P型的或者N型的。在另一實(shí)施中，一種光器件具有透明電極，其中所述透明電極包括由第一金屬形 成的金屬氧化物層；通過第三金屬與形成所述金屬氧化物層的第一金屬進(jìn)行反應(yīng)而形成的 混合氧化物層；以及導(dǎo)電布置材料，其由第二金屬形成，并且以金屬點(diǎn)形布置在所述金屬氧 化物層和所述混合氧化物層中。
在另一實(shí)施中，一種光器件包括半導(dǎo)體層；形成在所述半導(dǎo)體層上的高濃度雜 質(zhì)金屬氧化物層；以及形成在所述高濃度雜質(zhì)金屬氧化物層上的透明電極。在另一實(shí)施中，一種光器件具有一電極結(jié)構(gòu)，其中所述電極結(jié)構(gòu)包括基于GaN的 層；形成在所述基于GaN的層的上表面上并具有與氫的高反應(yīng)性的接觸層；形成在所述接 觸層的上表面上并具有與氧的低反應(yīng)性的接合墊(bonding pad)層；形成在所述接觸層與 所述接合墊層的界面處的擴(kuò)散擴(kuò)散阻擋層；以及通過自然反應(yīng)和/或熱退火過程形成在所 述接觸層和所述基于GaN的層的界面處的高濃度基于GaN的層以及金屬_氫化合物層。在另一實(shí)施例中，一種發(fā)光器件包括第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上形成的 活性層；在活性層上形成的第二半導(dǎo)體層；以及在第二半導(dǎo)體層上形成的電極，其中所述 電極包括在第二半導(dǎo)體層上形成的第一金屬層，其包括Au、Ni、Ti和/或Pt中的至少一 個(gè)；在第一金屬層上形成的第二金屬層，其包括Ni、Pt和/或Pd中的至少一個(gè)；以及在第 二金屬層上形成的第三金屬層，其包括Au和/或含Au的兩種或更多種類的化合物材料。在另一實(shí)施例中，一種發(fā)光器件包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；在第一導(dǎo)電型半導(dǎo) 體層上形成的活性層；在活性層上形成的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；以及在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體 層上形成的電極，其中所述電極包括至少三個(gè)金屬層，并且三個(gè)金屬層中的至少一個(gè)包括 Au、Ni、Ti和/或Pt中的至少一個(gè)。在本發(fā)明的另一方面中，一種光器件的制造方法包括的步驟是在第一基于GaN 的層和第二基于GaN的層上形成第一金屬層；在所述第一金屬層上形成由基于A1或者基 于(Ni-Al)的材料形成的第二金屬層；在所述第二金屬層上形成第三金屬層；在所述第三 金屬層上形成導(dǎo)電的防氧化層；以及對(duì)作為前面步驟的結(jié)果的材料執(zhí)行熱退火，使所述第 一基于GaN的層以及第二基于GaN的層的上部區(qū)域分別由高濃度第一基于GaN的層以及高 濃度第二基于GaN的層形成，第一金屬_Ga化合物層被形成在所述高濃度第一基于GaN的 層上以及第一金屬-Ga-N化合物層被形成在所述高濃度第二基于GaN的層上，第一金屬層 被形成在所述第一金屬_Ga化合物層以及第一金屬-Ga-N化合物層上，第三金屬-A1化合 物層被形成在所述第一金屬層上，以及導(dǎo)電的防氧化層被形成在所述第三金屬-A1化合物 層上。在另一實(shí)施中，一種光器件制造方法包括的步驟是在基于GaN的層上形成第一 金屬層；在所述第一金屬層上形成第二金屬層；在所述第二金屬層上形成第三金屬層；以 及在含氧氣氛中對(duì)作為前面步驟的結(jié)果材料執(zhí)行熱退火，使所述基于GaN的層的上部區(qū)域 為高濃度基于GaN的層，第一金屬層為金屬氧化物層，第三金屬層與形成第一金屬層的第 一金屬反應(yīng)以形成混合氧化物層，所述第二金屬層為在所述金屬氧化物層以及所述混合氧 化物層內(nèi)的金屬點(diǎn)形的導(dǎo)電布置材料。在另一實(shí)施中，一種光器件的制造方法包括的步驟是去除基于GaN的化合物半 導(dǎo)體的自然氧化物層；使用具有與氫的優(yōu)良反應(yīng)性的金屬來沉積接觸層；使用具有與氧的 低反應(yīng)性的金屬形成接合墊層并與所述接觸層形成穩(wěn)定的化合物；以及執(zhí)行熱退火。


圖1是說明傳統(tǒng)的發(fā)光器件的典型P型電極的視圖；圖2是說明傳統(tǒng)的發(fā)光器件的典型的多結(jié)構(gòu)的P型電極的視圖3是說明傳統(tǒng)的發(fā)光器件的另一典型的多結(jié)構(gòu)的P型電極的視圖；圖4是說明傳統(tǒng)的發(fā)光器件的另一典型的P型電極的視圖；圖5是說明傳統(tǒng)的發(fā)光器件的典型的N型電極的視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的P型電極的視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光器件的P型電極的視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的具有透明電極的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的具有透明電極的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的視圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的具有透明電極的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的具有透明電極的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的視圖；圖12是說明根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的具有在熱退火之前形成的金屬-氫化合 物層的P型基于鎵氮化物的化合物(P-(Al)x(In)y(Ga)1H)N)半導(dǎo)體的歐姆電極的截面 圖；圖13是說明根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的熱退火之后的P型基于鎵氮化物的化合 物(P-(Al)x(In)y(Ga)1H)N)半導(dǎo)體的歐姆電極的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖14是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的典型的N型電極的視圖；圖15是描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的透明電極的制造方法的視 圖；圖16是說明用于確認(rèn)通過根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第一歐姆電極 形成方法形成的鉬_氫化合物層的SIMS深度分析的結(jié)果的圖表；圖17是說明用于確認(rèn)通過根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第一歐姆電極 形成方法形成的鈦_氫化合物層的SIMS深度分析的結(jié)果的圖表；圖18是說明使用根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第二歐姆電極形成方法 制造的歐姆電極的電流-電壓特性的視圖；圖19是說明其中熱退火由根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第三歐姆電極 形成方法執(zhí)行的歐姆電極的電流-電壓特性的視圖；圖20是說明特征接觸電阻依賴于根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第三歐姆 電極形成方法中的熱退火時(shí)間流逝的結(jié)果的視圖；圖21是說明使用根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第四歐姆電極形成方法 制造的歐姆電極的電流_電壓特性的視圖；圖22是說明其中熱退火由根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第五歐姆電極 形成方法執(zhí)行的歐姆電極的電流-電壓特性的視圖；圖23是說明依賴根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第五歐姆電極形成方法中 的熱退火時(shí)間流逝的特征接觸電阻的結(jié)果的視圖；圖24是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的歐姆電極的表面電阻值的變化的視圖；圖25是描述根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的發(fā)光器件的電極制造方法的視圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。這里，關(guān)于由一對(duì)組成的元件分配同樣的參考號(hào)，并且所述對(duì)中的每個(gè)使用英文字母再分。
首先，將簡要描述本發(fā)明中所提出的發(fā)光器件的電極結(jié)構(gòu)，并且將作出根據(jù)本發(fā) 明的發(fā)光器件的制造方法的詳細(xì)描述。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的P型電極的視圖。如圖6中所示，所發(fā)明的發(fā)光器件具有P+-(In，Al)GaN層402作為高空穴濃度層 形成在P_(In，Al)GaN層401上。另外，第一金屬_Ga化合物層403被形成在所述P+-(In， Al)GaN層402上，以及第一金屬層404被形成在所述第一金屬_Ga化合物層403上。另外， 第三金屬-A1化合物層405被形成在所述第一金屬層404上，以及導(dǎo)電的防氧化層406被 形成在所述第三金屬-A1化合物層405上。這代表對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)的‘開放’電極結(jié)構(gòu)的P型 電極結(jié)構(gòu)。圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光器件的P型電極的視圖。如圖7中所示，所述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光器件具有P+-(In，Al)GaN層 402作為高空穴濃度層形成在P-(In，Al)GaN層401上，以及P型透明電極層410被附加形 成在所述P+- (In, Al) GaN層402上。 另外，第一金屬-Ga化合物層403被形成在所述P型透明電極層410上，以及第一 金屬層404被形成在所述第一金屬_Ga化合物層403上。另外，第三金屬-A1化合物層405被形成在所述第一金屬層404上，以及導(dǎo)電的防 氧化層406被形成在所述第三金屬-A1化合物層405上。這代表對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)‘封閉’電極 結(jié)構(gòu)的P型電極結(jié)構(gòu)。圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的具有透明電極的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的視圖。如圖8中所示，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的透明電極510是金屬氧化物層503，混合 氧化物層504以及導(dǎo)電布置材料505。另外，所述透明電極510被形成在高濃度P型基于 GaN的層502上，且所述高濃度P型基于GaN的層502被形成在所述P型基于GaN的層501上。這里，所述導(dǎo)電布置材料505被布置為在由所述金屬氧化物層503以及所述混合 氧化物層504組成的整個(gè)透明電極510中具有金屬點(diǎn)形，并且充當(dāng)‘導(dǎo)電橋’。此時(shí)，所述導(dǎo) 電布置材料505被布置為所述透明電極510內(nèi)的具有周期性布置的金屬點(diǎn)形。另一方面，作為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的透明電極的另一個(gè)例子，所述發(fā)光器件 的透明電極也可以被形成為如圖9到11中所示。圖9到11是說明根據(jù)本發(fā)明的第四到第六實(shí)施例的具有透明電極的發(fā)光器件的 結(jié)構(gòu)的視圖。如圖9中所示，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的透明電極具有P+_IrO層602，其具有高 空穴濃度(大于1018cm_3)形成在P型基于GaN的層601上，以及形成在所述P+_IrO層602 上的透明電極603。這里，所述透明電極603可以由某些金屬透明電極(例如，Co-0/Au, Ni-0/Au等)形成，以及可以由參考圖8所描述的透明電極形成。這里，所述P+_IrO層602可以以下面的方法形成。一種方法是使用濺射系統(tǒng)的沉積方法，其中使用用于IrO或者Ir靶的含氧的氣體 等離子體執(zhí)行沉積。在另一方法中，所述P+_IrO層602也可以通過蒸發(fā)器或者物理氣相沉積(PVD)方 法沉積Ir來形成，并且隨后在含氧氣氛中在至少400°C的高溫執(zhí)行所述熱退火。此時(shí)，所述氧化物自身具有‘P-導(dǎo)電’。另外，如圖10中所示，所述根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的透明電極具有P+-ZnO層 702，其具有高空穴濃度(大于IO18CnT3)形成在P型基于GaN的層701上，以及透明電極703 被形成在所述P+-IrO層702上。這里， 所述透明電極703可以是具有優(yōu)良導(dǎo)電性以及光透 射性的金屬，并且可以由參考圖8描述的透明電極形成。這里，作為形成方法，所述P+-IrO層702可以使用濺射，MBE (分子束外延)， MOV⑶(金屬氧化物化學(xué)氣相沉積)而形成。在此情形中，磷被用作摻雜劑。在所述濺射的情形中，所述高濃度P型ZnO可以使用用于ZnO靶的含氧氣體等離 子體和PH3來沉積，并且在所述MOV⑶的情況下，所述高濃度P型ZnO可以使用ZnCl2,02和 PH3來生長。另外，如圖11中所示，根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的透明電極具有形成在P型基于 GaN的層801上的高濃度N+-ZnO層802，以及透明電極803被形成在所述N+-IrO層802上。 其中，所述透明電極803可以是具有優(yōu)良導(dǎo)電性和光透射性的金屬，并且可以由參照圖8所 描述的透明電極形成。作為N+-ZnO層802形成方法，濺射沉積方法被使用，并且MOCVD方法也被考慮。在所述使用濺射的方法中，首先，如果ZnO，Al2O3靶被用于在所述含氧氣氛中形成 等離子體用于沉積，Al充當(dāng)ZnO內(nèi)的‘N導(dǎo)電摻雜劑’以沉積高濃度ZnO。作為如上形成的ZnO更確切的表達(dá)，所述ZnO被表達(dá)為ZnO: Al或者AZO (摻雜Al 的 ZnO)。上述本發(fā)明能獲得下面的特性。具有高空穴濃度(大于IO18CnT3)的所述P+型IrO 602或者所述P+型ZnO 702被 形成在所述P型基于GaN的層601或者701上，以使形成在所述P+型IrO 602或者所述P+ 型ZnO 702上的透明電極603或者703能夠通過隧穿工作原理容易地獲得歐姆接觸。也就是說，所述具有高濃度摻雜的IrO和ZnO充當(dāng)關(guān)于形成在其上的透明電極層 的隧穿層，使所述優(yōu)良的歐姆接觸能夠被獲得。已知如果所述摻雜濃度增加，由于所述載流子通過隧穿流動(dòng)而不考慮金屬半導(dǎo)體 接觸勢壘，所述歐姆接觸被自然地形成。另外，即使在N+型ZnO層802被形成的情況下，與其上形成的透明電極803的歐 姆接觸能夠通過所述隧穿工作原理而實(shí)現(xiàn)。圖12是說明根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的具有在熱退火之前形成的金屬-氫化合 物層的P型基于鎵氮化物的化合物(P-(Al)x(In)y(Ga)1H)N)半導(dǎo)體的歐姆電極的截面 圖；參見圖12，層疊的是P型基于鎵氮化物的化合物(P-(Al)x(In)y(Ga)1^y)N)半導(dǎo) 體層901，接觸層904以及接合墊層905。在所述接觸層904被形成之前，如果在P型基于鎵氮化物的化合物(P-(Al)x(In) y (G^1H)N)半導(dǎo)體的自然氧化物層被去除之后形成所述接觸層904的金屬被沉積，那么所 述形成所述接觸層904的金屬與所述P型基于鎵氮化物的化合物(ρ- (Al) x (In) y (Ga)卜⑷ N)半導(dǎo)體內(nèi)的氫結(jié)合以形成金屬-氫化合物層903，以及所述金屬-氫化合物層903的下 表面上的P+型基于鎵氮化物的化合物(ρ+-(Al)x(In)y (Ga)Hj^N)半導(dǎo)體層902。
所述接觸層904可以由單層或者多層形成，并且可以是鉬(Pt)，鈦(Ti)，鈀(Pd)， 鎳(Ni)，鉭(Ta)，鎢(W)，鋁(Al)，鉻(Cr)，釩(V)，銥(Ir)，鉿(Hf)和鈷(Co)。
另外，所述接合墊層905可以由單層或者多層形成，并且可以是金(Au)，鈀(Pd)， 釕(Ru)，鎳(Ni)，鎢(W)，鈷(Co)，鉬(Mo)和銅(Cu)。另外，當(dāng)假定所述接合墊層905的一元素是‘M’，那么Μ-0( ‘Μ’氧化合物)， M-Si ( ‘Μ’硅化合物)，Μ-Ν( ‘Μ’氮化合物)以及M-C( ‘Μ’碳化合物)也可以被形成。另外，所述金屬-氫化合物層903被形成，使P型基于鎵氮化物的化合物(P-(Al) x (In)y (Ga) ^yN)半導(dǎo)體的載流子能夠被增加以降低存在于所述金屬和所述半導(dǎo)體的界 面處的肖特基勢壘高度的高度。另一方面，所述P型基于鎵氮化物的化合物(P-(Al)x(In)y(Ga)1H)N)半導(dǎo)體內(nèi)的 自然氧化物層通過使用用于蝕刻的化學(xué)物質(zhì)或者等離子體源而去除。特別地，在所述化學(xué) 物質(zhì)被使用時(shí)，氟(F)，氯(Cl)，硫(S)，氫氧基(OH)等的元素的鈍化被形成在P型晶片上以 促進(jìn)在沉積金屬元素時(shí)所述金屬與所述P型晶片的氫的反應(yīng)。優(yōu)選地，作為所述化學(xué)物質(zhì)， BOE (緩沖的氧化物蝕刻)溶液被使用。圖13是說明根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的熱退火之后的P+型基于鎵氮化物的化合 物(P+-(Al)x(In)y(Ga)1^y)N)半導(dǎo)體的歐姆電極的結(jié)構(gòu)的視圖；參見圖13，與圖12不同，擴(kuò)散阻擋層910通過熱退火被附加地形成在所述接合墊 層905與所述接觸層904之間，并且P+型基于鎵氮化物的化合物(P+-(Al)x(In)y(Ga)Hj^ N)半導(dǎo)體層902以及金屬-氫化合物層903被形成得更深。所述擴(kuò)散阻擋層910通過與所述接合墊層905與所述接觸層904的相互反應(yīng)而形 成，并且所述金屬與所述半導(dǎo)體之間的不希望的反應(yīng)被抑制。另外，所述熱退火促進(jìn)了接觸層904以及P型基于鎵氮化物的化合物(P-(Al) x (In)y (Ga) ^yN)半導(dǎo)體901的反應(yīng)，以使所述接觸層的金屬與氫的活性反應(yīng)導(dǎo)致P+型基 于鎵氮化物的化合物(P+-(Al)x(In)y(Ga)Hhy)N)半導(dǎo)體層902以及金屬-氫化合物層903 被形成得更深，從而更增加所述載流子濃度。結(jié)果是，更優(yōu)良的歐姆電極被實(shí)現(xiàn)。另一方面，圖14是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的典型的N型電極的 視圖。在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的另一實(shí)例中，如圖14所示，N+-(In, Al)GaN層1002 被形成在N-(In，Al)GaN層1001上。另外，第一金屬-Ga-N化合物層1003被形成在所述 N+-(In, Al) GaN層1002上，以及第一金屬層1004被形成在所述第一金屬-Ga-N化合物層 1003 上。另外，第三金屬-Al化合物層1005被形成在所述第一金屬層1004上，以及導(dǎo)電的 防氧化層1006被形成在第三金屬-Al化合物層1005上。因此，上面發(fā)光器件的電極形成過程被參照圖15到25來描述。圖15是描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的透明電極的制造方法的視 圖；首先，第一金屬層1102被形成在P型基于GaN的層1101例如P-(In，Al) GaN層 上，透明電極要在其上形成。其中，所述第一金屬層1102是從具有與氫的優(yōu)良的親和力以 及與形成P型基于GaN的層1101的材料例如GaN具有低反應(yīng)性的金屬(特別地，具有與N的低反應(yīng)性的金屬)中選擇的一種。
另外，第二金屬層1103被形成在第一金屬層1102上。此時(shí)，第二金屬層1103是 選擇的能夠容易地在后面形成的氧化物內(nèi)形成金屬點(diǎn)形(參見圖8的導(dǎo)電布置材料)的材 料。這也將在后面再描述。另外，第三金屬層1104被附加地形成在第二金屬層1103上。這里，所述第三金屬 層1104是一種選擇的材料，其能夠在后面與第一金屬層1102執(zhí)行的熱退火過程中容易地 形成所述混合氧化物層(參見圖8的504)。這樣一來，作為用于所述層疊的隨后的過程，所述熱退火過程(或者等離子體過 程)在含氧氣氛中被執(zhí)行。因此，下面的反應(yīng)被執(zhí)行。首先，形成所述第一金屬層1102的金屬在所述含氧的熱退火過程(或者等離子體 過程)中有效地吸收存在于在所述P型基于GaN的層1101內(nèi)存在的Mg-H復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的氫。 因此，所述第一金屬層1102具有‘(第一金屬)_氧化物H’的結(jié)構(gòu)(圖8的金屬氧化物層
503)，并且同時(shí)，所述P型基于GaN的層1101是高濃度P型基于GaN的層(圖8的502)以 及P型基于GaN的層(圖8的501)。與此一起，由于形成第一金屬層1102的金屬具有與形成所述P型基于GaN的層 1101的材料例如GaN的低反應(yīng)性，所以很難形成金屬-氮化物如‘(第一金屬)_氮化物’， 從而獲得穩(wěn)定的歐姆電極結(jié)構(gòu)。另外，所述熱退火過程導(dǎo)致在第三金屬層1104以及所述第一金屬層1102的部分 處發(fā)生相互擴(kuò)散反應(yīng)，使得熱穩(wěn)定的‘(第三金屬)_(第一金屬)的混合氧化物’(圖8的
504)被形成。這允許透明層與‘(第一金屬)_氧化物H’層(圖8的金屬氧化物層503) 一起被形成，以幫助從器件內(nèi)產(chǎn)生的光被很好地從所述器件發(fā)出。另外，形成第二金屬層1103的金屬材料通過所述熱退火過程形成所述氧化物內(nèi) 的‘金屬點(diǎn)’(參見圖8的導(dǎo)電布置材料505)。所述金屬點(diǎn)充當(dāng)‘導(dǎo)電橋’以使由所述熱退 火過程所形成的所述氧化物層具有導(dǎo)電性，以幫助所述透明電極510充當(dāng)用于傳播所述電 流的‘電流傳播器’。與此一起，由于所述金屬點(diǎn)的大小和密度被控制以使所述氧化物內(nèi)的折射率被調(diào) 節(jié)，所以光子路徑的功能能夠被執(zhí)行以使所述光子能夠更多地在短波長區(qū)間中從所述器件
發(fā)出ο上述本發(fā)明能夠獲得下面的特性。首先，具有氧親和力以及與形成在其下部的所述P型基于GaN的層的低反應(yīng)性的 金屬材料被用作所述接觸層，以使由所述接觸電極層所導(dǎo)致的在所述P型氮化物半導(dǎo)體處 的摻雜濃度在所述熱退火過程之后被有效地增加。因此，好品質(zhì)的歐姆接觸能夠被實(shí)現(xiàn)并 且由于穩(wěn)定的界面使器件可靠性的提高更可預(yù)期。另外，所述充當(dāng)TCB(TC0導(dǎo)電橋)的‘金屬點(diǎn)’被形成在所述整個(gè)氧化物中，以使 所述折射率調(diào)節(jié)以及所述載流子導(dǎo)電特性被容易地改善。因此，由在所述透明電極處的吸 收和分散所導(dǎo)致的所述器件內(nèi)產(chǎn)生的光子的損失被減少，使所述器件的光輸出被顯著地增 加。另外，因?yàn)殡pTCO混合氧化物自身是非常熱穩(wěn)定的，上面結(jié)構(gòu)化的透明結(jié)構(gòu)在所 述器件中具有優(yōu)良的‘電流-傳播器’，‘光子路徑’，‘對(duì)界面能量的吸收系數(shù)’功能，使可以在所述發(fā)光器件的電的/結(jié)構(gòu)的/光學(xué)特性的改進(jìn)，可靠性安全等中獲得很多效果。另一方面，作為形成每個(gè)金屬層的材料的具體的例子，下面的材料可以被選擇第一金屬層:Pd,Ir, Zn，和 Ni第二金屬層Au和Pt第三金屬層:ZnO,IrO, Ir, Ni, Pd，Zn 和 V這里，作為形成所述第一金屬層的材料，所述金屬被選擇為其中與氫具有優(yōu)良的 反應(yīng)性同時(shí)所述氧化物容易被形成，并且?guī)缀醪痪哂信cN的反應(yīng)性的金屬被選擇。這是因 為如果形成所述第一金屬層的材料與N反應(yīng)，由于補(bǔ)償現(xiàn)象導(dǎo)致的所述P- (In,Al) GaN層內(nèi) 存在的摻雜濃度被降低，難以形成所述歐姆特性。另外，形成第二金屬層的材料從能夠形成所述金屬點(diǎn)的金屬中選擇。所述金屬點(diǎn)以下面的原理而形成。也就是說，如果形成所述氧化物的金屬與不形 成所述氧化物的金屬被層疊并且被熱退火，前者形成所述氧化物，而不形成所述氧化物的 金屬由于表面熱能量的差導(dǎo)致的張力現(xiàn)象而自然地處于點(diǎn)形。所述金屬點(diǎn)有助于所述氧化 物具有所述導(dǎo)電性，并且所述金屬點(diǎn)的尺寸被控制以使所述氧化物的折射率能夠被調(diào)節(jié)。 此時(shí)，可以通過改變形成每層的厚度，熱退火的時(shí)間和溫度，氣氛氣體等來控制所述金屬點(diǎn) 的大小和密度。形成所述第一金屬層的材料以及形成所述第二金屬層的材料以及氧的焓能量 (原子的KJ/mole)被表示如下。也就是說，Pd，Ir，Zn和Ni是其中容易形成氧化物的金屬， 并且其焓能量表示值為 Pd-0-(-56)，Ni-0(-120)，Ir-0(-80)，Zn_0(-174)。另外，Au和Pt是其中難以形成氧化物的金屬，并且其焓能量表示值為Au-O(-lO)， Pt-0(+值)。另外，所述第三金屬層是，如上所述，從形成所述第一電極層的金屬以及能夠容易 地形成所述混合氧化物層的金屬中選擇的。如果，在上面的材料中，Ir被作為第一電極層沉積在所述P-(In，Al)GaN層上，并 且Au被作為第二電極層沉積在所述第一電極層上，并且隨后ZnO被沉積作為第三電極層并 且熱退火在氧氣氛中在550°C被執(zhí)行，下面的層被形成。P-(In, Al)GaN/P+-(In，Al)GaN/Ir0:H/Ir-Zn0(Au以金屬點(diǎn)形存在于所述氧化物內(nèi))這里，由于Ir0:H與Ir相比具有大的金屬功函數(shù)(Ir = 4. 7eV，Ir0:H彡5. 4eV)， 所述P型歐姆形成能夠被很大地幫助。另外，在產(chǎn)生所述氧化物的時(shí)刻熱的/結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性被得到，并且所述氧化物通 常具有多晶的結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有與GaN的外延的關(guān)系。因此，形成在頂部的所述Ir-ZnO混合氧化物層被幫助以具有同樣的異質(zhì)外延關(guān)系。這有助于從所述光器件內(nèi)產(chǎn)生的光子能夠很好地從所述器件發(fā)出。與此一起，由 于所述穩(wěn)定的電極界面能夠被形成，所述電極的可靠性能夠被提高很多。下文中，根據(jù)本發(fā)明的P型基于鎵氮化物的化合物半導(dǎo)體(p- (Al) x (In) y (Ga)卜⑷ N)的歐姆電極的形成過程的具體例子將被描述。第一歐姆電極形成方法
所述P型基于鎵氮化物的化合物(P-(Al)x(In)y(Ga)1^)N)半導(dǎo)體在超聲清洗器 中使用三氯乙烯(TCE)，丙酮，甲醇，以及蒸餾水在60°C的溫度進(jìn)行表面清洗5分鐘。另外， 為了去除P型基于鎵氮化物的化合物(P-(Al)x(In)y(Ga)1^)N)半導(dǎo)體內(nèi)的所述自然氧化 物層，使用為基于氟的濕溶液的BOE以煮的方法執(zhí)行表面處理10分鐘以去除所述自然氧化物層。之后，使用電子束沉積設(shè)備分別沉積為與氫有優(yōu)良反應(yīng)性的金屬鉬(Pt)和鈦 (Ti)作為所述接觸層。圖16和17是說明用于確認(rèn)通過根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第一歐姆 電極形成方法形成的鉬_氫化合物層以及鈦_氫化合物層的SIMS深度分析的結(jié)果的圖表；第二歐姆電極形成方法 在以與第一歐姆電極形成方法相同的方法去除了 P型基于鎵氮化物的化合 物(P-(Al)x(In)y(Ga)1^)N)半導(dǎo)體內(nèi)的所述自然氧化物層之后，圓形-傳輸線模型 (circular transmission line model,C-TLM)圖案使用光刻技術(shù)形成，并且隨后執(zhí)行金屬 沉積。在所述沉積中，以大約10-7托的壓力沉積具有20nm厚度的鉬(Pt)作為接觸層，并 且與氧具有低反應(yīng)性的金(Au)被沉積為具有20nm厚度作為所述接合墊層。之后，使用丙 酮執(zhí)行剝離工藝，以使具有TLM(傳輸線模型)圖案的歐姆電極被制造。圖18是說明使用根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件的第二歐姆電極形成方法 制造的歐姆電極的電流_電壓特性的視圖。第三歐姆電極形成方法在所述第二歐姆電極形成方法全部完成之后，在爐中的氮，空氣，氧或者氬氣氛中 在600°C執(zhí)行所述熱退火一分鐘，以找到歐姆條件。圖19是說明其中熱退火由發(fā)光器件的第三歐姆電極形成方法執(zhí)行的歐姆電極的 電流-電壓特性的視圖，以及圖20是說明依賴所述發(fā)光器件的第三歐姆電極形成方法中的 熱退火時(shí)間的流逝的特征接觸電阻的結(jié)果的視圖。參見圖19和20，可以理解通過上述過程所述優(yōu)良的歐姆接觸特性被得到。特別 地，可以理解的是所述特征接觸電阻值達(dá)到了小于10_5Ω cm2。第四歐姆電極形成方法所述第四歐姆電極形成方法幾乎與所述第二歐姆電極形成方法相同，但是其差別 僅在于鈦(Ti)取代鉬(Pt)被沉積作為所述接觸層。圖21是說明使用發(fā)光器件的第四歐姆電極形成方法制造的歐姆電極的電流-電 壓特性的視圖。第五歐姆電極形成方法為了在所述第四歐姆電極形成過程全部完成之后找到所述歐姆條件，第五歐姆電 極形成方法在所述爐中的氮，空氣，氧或者氬氣氛中在600°C執(zhí)行所述熱退火一分鐘。圖22是說明其中熱退火由第五歐姆電極形成方法執(zhí)行的歐姆電極的電流-電壓 特性的視圖，以及圖23是說明依賴第五歐姆電極形成方法中的熱退火時(shí)間的流逝的特征 接觸電阻的結(jié)果的視圖。參見圖22和23，可以理解通過上面的過程所述優(yōu)良的歐姆接觸特性被得到。下文中，在根據(jù)本發(fā)明的精神內(nèi)的所述歐姆電極的表面電阻值以及傳統(tǒng)的表面電阻值被互相比較以描述。圖24是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的歐姆電極的表面電阻值的變化的視圖；參見圖24，可以理解的是P型基于鎵氮化物的化合物(p-aiharOyte^^wN) 半導(dǎo)體內(nèi)的載流子濃度是由所述金屬氫化合物層的形成所導(dǎo)致的。例如，與其中自然氧化物層被去除并且所述金屬_氫化合物層沒有形成的傳統(tǒng)的 歐姆電極的表面電阻值比較，在具有根據(jù)本發(fā)明的金屬-氫化合物層的歐姆電極中較低的 表面電阻值被看到。所述圖示出了不僅所述鉬_氫化合物以及所述鈦_氫化合物通過所述實(shí)施例提出 的方法形成，而且所述鎳_氫化合物以及所述鈀_氫化合物也以相同條件形成時(shí)所述表面 電阻值的變化。圖25是描述根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的發(fā)光器件的電極制造方法的視圖；這里，其特征在于所述P型電極以及所述N型電極不僅被分別地形成，而且所述P 型電極以及所述N型電極以相同的過程一起形成。首先，描述的將是其中如圖6所示的‘開放’電極結(jié)構(gòu)化的P型電極以及如圖14中 所示的N型電極同時(shí)被形成的過程。如圖25中所示，第一金屬層1202被形成在P_ (In，Al) GaN層以及N_ (In,Al) GaN層 1201上。這里，所述P-(In，Al)GaN層1201是其中形成所述P型電極的區(qū)域，所述N-(In， Al)GaN層1201表示其中形成所述N型電極的區(qū)域。附加地，由基于A1的材料形成的第二金屬層1203被形成在所述第一金屬層1202上。另外，第三金屬層1204被形成在所述第二金屬層1203上，以及導(dǎo)電的防氧化層 1205被附加地形成在所述第三金屬層1204上。這里，形成所述第一金屬層1202的材料是金屬或者具有與Ga和N的高反應(yīng)性的 化合物。另外，形成所述第三金屬層1204的材料是具有與A1的高反應(yīng)性的金屬或者化合 物，并且是與形成所述導(dǎo)電的防氧化層1205的材料不具有反應(yīng)性的金屬或者化合物。下文中，對(duì)前面步驟的結(jié)果材料執(zhí)行所述熱退火，使本發(fā)明所提出的發(fā)光器件的 所述P型電極以及所述N型電極可以同時(shí)形成。如果這樣，通過所述熱退火過程形成的每個(gè)層將被具體地描述。通過所述熱退火過程，所述P_(In，Al)GaN層(參見圖6的401)以及所述N-(In， Al) GaN層(參見圖14的1001)的上部被分別由所述P+_ (In，Al) GaN層402以及所述N+- (In, Al)GaN 層 1002 形成。另外，所述第一金屬_Ga化合物層403被形成在所述P+_ (In，Al) GaN層402上，以 及所述第一金屬-Ga-N化合物層1003被形成在所述N+-(In，Al)GaN層1002上。另外，所述第一金屬層404以及1004被形成在所述第一金屬_Ga化合物層403以 及所述第一金屬-Ga-N化合物層1003上，以及所述第三金屬-A1化合物層405和1005形 成在所述第一金屬層404以及1004上。另外，所述導(dǎo)電的防氧化層406和1006被提供在 所述第三金屬-A1化合物層405和1005上。另一方面，如圖25中所示的第一金屬層1202是用于形成擴(kuò)散阻擋的層，所述擴(kuò)散 阻擋被引入以在所述熱退火過程被執(zhí)行時(shí)抑制所述第一金屬層1202的上部金屬元素與所
14述P型電極中的所述P_(In，Al)GaN層1201的界面的反應(yīng)，以形成所述歐姆特性。另外，所 述第一金屬層1202具有與所述N型電極中的Ga和N的優(yōu)良的反應(yīng)特性，并且因此導(dǎo)致所 述(第一金屬)“(Ga) -N化合物層1003被形成在所述界面處，與所述電極層的接觸特性是 優(yōu)良的。根據(jù)上面的基本觀點(diǎn)形成的所述P型電極以及所述N型電極通過所述熱退火過程 具有如下的結(jié)構(gòu)變化發(fā)生。首先，形成所述第一金屬層1202的材料與所述P-(In，Al)GaN層1201的Ga反應(yīng)， 以轉(zhuǎn)換成第一金屬_Ga化合物層403/第一金屬層404的雙層。其中，所形成的雙層充當(dāng)?shù)?一擴(kuò)散阻擋，用于在所述第二金屬層1203之后抑制與所述半導(dǎo)體以及所述上部電極材料 的相互反應(yīng)。同時(shí)，所述 P-(In，Al)GaN 層 1201 被轉(zhuǎn)換為 P_(In，Al)GaN 層 401/P+-(In，Al)GaN 層402。上面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的完成是因?yàn)橛伤龅谝唤饘賍Ga化合物層403的形成所導(dǎo)致的在 所述P-(In，Al) GaN層401中形成的Ga空位充當(dāng)所述P型氮化物半導(dǎo)體中的受主。同時(shí)，N-(In, Al) GaN氮空位導(dǎo)致所述第一金屬_Ga_N化合物層1003的形成，從 而增加了接近表面的載流子濃度，使所述轉(zhuǎn)換的N-(In，Al)GaN層1001/N+-(In，Al)GaN層 1002結(jié)構(gòu)被得到。另外，作為形成所述第二金屬層1203的材料的A1與作為形成所述第三金屬層 1204的材料的所述第三金屬反應(yīng)，使所述第三金屬-A1化合物層405和1005被形成。另 外，所述第三金屬-A1化合物層405和1005充當(dāng)?shù)诙U(kuò)散阻擋，用于抑制形成所述導(dǎo)電的 防氧化層1205的材料與所述下電極以及所述半導(dǎo)體的不希望的反應(yīng)，并且最終用于增加 所述電極的熱穩(wěn)定性。用于形成所述導(dǎo)電的防氧化層1205的材料防止在所述熱退火以及其他隨后的過 程中容易產(chǎn)生的污染材料如氧，水等侵入到所述電極。另外，所述導(dǎo)電的防氧化層1205是高導(dǎo)電材料，使所述載流子從外部很好地引入 到所述電極，并且因此是用以增加所述電極表面的熱的/化學(xué)的穩(wěn)定性的材料。同時(shí)，上面描述的每個(gè)金屬層可以是下面的材料。第一金屬層Cr，V或W第二金屬層A1或Ni-Al第三金屬層Ni，Pt或Pd導(dǎo)電的防氧化層Au或由包含Au的兩種或者更多種構(gòu)成的多_金屬或者化合物
層這里，形成所述第一金屬層的Cr，V，ff具有與所述P-GaN層中的Ga的優(yōu)良的反應(yīng) 性，并且具有與N-GaN層中的N的優(yōu)良的反應(yīng)性。這樣，為什么同樣的金屬在所述P-GaN層 以及N-GaN層中的反應(yīng)互相不同的原因是由于形成在金屬-半導(dǎo)體界面處的電負(fù)性以及界 面能量之間的差別。也就是說，所述Cr，V，W金屬都是具有與Ga和N的反應(yīng)性的金屬。此時(shí)，由于上述 原因所反應(yīng)的材料被區(qū)分，使所述反應(yīng)結(jié)果在所述P-GaN層以及N-GaN層中是不同的。表示每種材料的反應(yīng)性的‘熱形成焓能量’如下。P型電極
Cr-Ga 原子的-20 到-30KJ/moleV-Ga 原子的 _67KJ/moleW-Ga 原子的-lKJ/moleN型電極Cr-(Ga)-N 原子的 _35KJ/moleV-(Ga)-N 原子的 _40KJ/moIeW-(Ga)-N 原子的 _24KJ/moIe另外，包含Al的所述擴(kuò)散勢壘區(qū)具有一結(jié)構(gòu)，其中其可以在室溫沉積時(shí)較早地被 形成[原因是 NiAl (在 298K 原子的-38KJ/mole)，PtAl (在 298K 原子的-lOOKJ/mole)， PdAl (在373K原子的-84KJ/mole)]，并且通過所述熱退火，更完美的金屬-Al化合物被形 成。例如，如果通過使用電子束蒸發(fā)器，Cr, Al,Ni, Au被順序地沉積在構(gòu)造所述發(fā)光器 件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，Cr/Al/Ni/Au結(jié)構(gòu)在所述室溫下被得到，并且所述熱退火在520°C在含 氮的氣氛氣體中被執(zhí)行，使本發(fā)明所提出的電極結(jié)構(gòu)能夠被形成。同時(shí)，由于同時(shí)形成如圖7所示的所述‘開放’電極結(jié)構(gòu)化的P型電極以及如圖14 所示的N型電極的過程與上面的描述類似，詳細(xì)的描述被省略。但是，為了形成所述‘封閉’電極結(jié)構(gòu)化的P型電極，所述P型透明電極層(參見圖 7的410)被附加地形成在所述P-(In，Al)GaN層1201與所述第一金屬層1202之間。也就 是說，在所述P型透明電極層410被形成在所述P- (In, Al) GaN層1201上之后，所述第一金 屬層1202，所述第二金屬層1203，所述第三金屬層1204以及所述導(dǎo)電的防氧化層1205被 層疊并且隨后被熱退火。另外，本發(fā)明中提出的所述電極結(jié)構(gòu)不僅能夠被應(yīng)用到NP型發(fā)光器件以及NPN型 發(fā)光器件，而且能夠被直接應(yīng)用到使用所述(In，Al)GaN半導(dǎo)體的其他電子器件，光電子器 件等。詳細(xì)而言，在單極η溝道器件(HEMT，MISFET,MESFET等)中，本發(fā)明所提出的電極 可以被應(yīng)用為源和漏電極，以及在P溝道器件中，可以被應(yīng)用為柵電極。另外，即使是在雙極器件的情況下，可以直接被應(yīng)用于根據(jù)NPN或者PNP結(jié)構(gòu)的發(fā) 射極，基極，集電極電極。另外，作為歐姆或者肖特基電極甚至可以應(yīng)用到光檢測器的電極。本發(fā)明可以實(shí)施同時(shí)發(fā)生型的歐姆電極，用于通過一個(gè)電極結(jié)構(gòu)同時(shí)滿足所述P 型歐姆電極以及N型歐姆電極特性，不同于其中形成分開的應(yīng)用到傳統(tǒng)發(fā)光器件的N型和 P型電極的方法。另外，在本發(fā)明中，與傳統(tǒng)的電極相比所述電極的熱的/結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性被大大提 高，原因在于上述作為第一擴(kuò)散阻擋的所述P型電極的‘第一金屬-Ga化合物層403/第一 金屬層404’和所述N型電極的‘第一金屬-Ga-N化合物層1003’，以及作為第二擴(kuò)散阻擋 的‘第三金屬-Al化合物層405和1005’以及‘導(dǎo)電的防氧化層406和1006’的穩(wěn)定性。
另外，所述電極具有優(yōu)良的電的/熱的/結(jié)構(gòu)的特性，有助于提高所述發(fā)光器件的 可靠性，并且這可以大大增加器件壽命。另外，由于本發(fā)明具有增加所述器件注入的實(shí)際電流密度的效果，所述器件的開 啟電壓的減小可以被有效地實(shí)現(xiàn)，從而減小器件的功率消耗。
工業(yè)應(yīng)用性如上面所述，根據(jù)本發(fā)明的光器件及其制造方法具有優(yōu)點(diǎn)，其在于電的/熱的/結(jié) 構(gòu)的穩(wěn)定性被得到，并且P型電極和N型電極可以同時(shí)被形成。另外，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于P型電極和N型電極能夠同時(shí)被形成，從而簡化制造過 程，并且降低成本。另外，所述透明電極內(nèi)的特征接觸電阻被降低，并且從外部供應(yīng)的載流子使用所 述降低的電阻執(zhí)行向所述器件內(nèi)規(guī)則的電流的傳播。另外，從所述器件內(nèi)產(chǎn)生并發(fā)出的光子可以被允許很好地逃逸到外部。另外，所述金屬_氫化合物層被形成在所述歐姆電極內(nèi)，使所述P型基于鎵氮化物 的化合物(p-aiharOy^ah+wN)的優(yōu)良?xì)W姆電極能夠被實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的所述實(shí)施例中，所述發(fā)光器件的所述電極結(jié)構(gòu)及其制造方法被描述， 但是它們不僅可以被應(yīng)用到所述發(fā)光器件，而且能夠被直接應(yīng)用到使用所述(In，Al)GaN 半導(dǎo)體的其他器件，光電子器件等。盡管本發(fā)明已經(jīng)被參照其優(yōu)選的實(shí)施例描述和說明，對(duì)熟悉該技術(shù)的人來說很明 顯可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改和變化。因此，本發(fā)明的目的在于覆 蓋所附權(quán)利要求及其等價(jià)物的范圍內(nèi)此發(fā)明的所有修改和變化。
權(quán)利要求
一種發(fā)光器件，包括第一半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層上形成的活性層；在所述活性層上形成的第二半導(dǎo)體層；以及在所述第二半導(dǎo)體層上形成的電極，其中所述電極包括在所述第二半導(dǎo)體層上形成的第一金屬層，其包括Au、Ni、Ti和/或Pt中的至少一個(gè)；在所述第一金屬層上形成的第二金屬層，其包括Ni、Pt和/或Pd中的至少一個(gè)；以及在所述第二金屬層上形成的第三金屬層，其包括Au和/或含Au的兩種或更多種類的化合物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述電極包括在所述第一金屬層和所述第二 金屬層之間的第四金屬層，所述第四金屬層包括Cr、V和/或W中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層是n型基于GaN的層，并且 所述第二半導(dǎo)體層是P型基于GaN的層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光器件，其中所述第二半導(dǎo)體層包括在所述活性層上形成 的第一基于GaN的層、以及在所述第一基于GaN的層和所述電極之間的第二基于GaN的層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一金屬層是透明電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一金屬層包括從包括Pd、Ir、Zn、Ni、 Au、Pt、ZnO、IrO和/或V的組中選擇的一個(gè)的至少兩個(gè)金屬層。
7.一種發(fā)光器件，包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成的活性層；在所述活性層上形成的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；以及在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成的電極；其中所述電極包括至少三個(gè)金屬層，并且三個(gè)金屬層中的至少一個(gè)包括Au、Ni、Ti和/ 或Pt中的至少一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中所述電極包括在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 上形成的第一金屬層，其包括Au、Ni、Ti、Pt、Cr、V和/或W中的至少一個(gè)；在所述第一金屬 層上形成的第二金屬層，其包括Ni、Pt和/或Pd中的至少一個(gè)；以及在所述第二金屬層上 形成的第三金屬層，其包括Au和/或含Au的兩種或更多種類的化合物材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層是n型基于GaN的 層，并且所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層是P型基于GaN的層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光器件，其中所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層包括在所述活性 層上形成的第一基于GaN的層、以及在所述第一基于GaN的層和所述電極之間的第二基于 GaN的層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中所述電極是透明電極層。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中所述電極包括從包括？pd、ir、zn、ni、11、au、pt、ZnO、IrO和/或V的組中選擇的一個(gè)的至少兩個(gè)金屬層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光器件及其制造方法。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供該光器件及其制造方法，由此獲得電的/熱的/結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且能夠同時(shí)形成P型電極和N型電極。為了達(dá)到上述目的，所述發(fā)明的光器件包括第一半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層上形成的活性層；在所述活性層上形成的第二半導(dǎo)體層；以及在所述第二半導(dǎo)體層上形成的電極，其中所述電極包括在所述第二半導(dǎo)體層上形成的第一金屬層，其包括Au、Ni、Ti和/或Pt中的至少一個(gè)；在所述第一金屬層上形成的第二金屬層，其包括Ni、Pt和/或Pd中的至少一個(gè)；以及在所述第二金屬層上形成的第三金屬層，其包括Au和/或含Au的兩種或更多種類的化合物材料。
文檔編號(hào)H01L33/36GK101872822SQ20101020334
公開日2010年10月27日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月16日
發(fā)明者張子淳, 秋圣鎬 申請人:Lg伊諾特有限公司