專利名稱：：一種氮化鎵基半導(dǎo)體光電器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制作方法，特別是器件的制作工藝大大簡(jiǎn)化、成品率提高及成本降低的一種氮化鎵基半導(dǎo)體光電器件的制作方法。
背景技術(shù)：
：以GaN為代表的III-V族化合物氮化物因具有一系列優(yōu)越的性質(zhì)，而成為近年來化合物半導(dǎo)體研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一；基于其禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、導(dǎo)熱性能良好等特點(diǎn)適合于制作高頻、大功率電子器件；而利用其寬的直接帶隙可以制作短波長(zhǎng)可見光和紫外光的光電子器件。在氮化鎵基半導(dǎo)體器件的制造工藝中，n電極中的歐姆接觸層一般采用Ti/Al(鈦/鋁)雙層金屬結(jié)構(gòu)，但是Ti/Al雙層結(jié)構(gòu)容易被氧化，且熱穩(wěn)定性較差，在常規(guī)的器件封裝條件下(例如溫度150°C，空氣氛圍中，持續(xù)時(shí)間30分鐘)，接觸電阻就會(huì)升高，器件的可靠性變差；為此，通常要求在制作完n電極后對(duì)其進(jìn)行熱退火處理，以形成熱穩(wěn)定的歐姆接觸，同時(shí)為了防止用作焊墊的金屬層(例如Au)與歐姆接觸層之間發(fā)生相互擴(kuò)散而導(dǎo)致接觸性質(zhì)改變，通常會(huì)在兩者之間插入一層高熔點(diǎn)的金屬材料作為阻擋層。中國(guó)專利(名稱基于氮化鎵的III-V族化合物半導(dǎo)體裝置及其制造方法、專利號(hào)ZL00126376.5)所公開的產(chǎn)品及其制作方法就是該制作工藝的典型代表，然而，這樣的制作工藝，存在以下幾個(gè)比較明顯的問題首先，包含Ti/Al的電極經(jīng)過熱處理后，表面變得十分粗糙，這會(huì)給封裝過程中自動(dòng)焊線機(jī)的PR識(shí)別帶來很大困難；其次，為了獲得Ti/Al與n型氮化鎵基材料之間的低阻歐姆接觸，通常都會(huì)在較高的溫度下進(jìn)行退火(例如中國(guó)專利ZL00126376.5中提到的75095CTC)，這會(huì)導(dǎo)致焊墊金屬層(例如金或者鋁)變質(zhì)硬化，造成難焊線甚至無法焊線，所以若采用該工藝，在實(shí)際生產(chǎn)制造過程中需要將Ti/Al接觸層與焊墊金屬層分開制作，避免焊墊金屬層經(jīng)過高溫變質(zhì)硬化，但如此一來至少需要增加兩次光刻和鍍膜工藝處理，工藝復(fù)雜度增加不僅會(huì)造成良品率下降，更使得生產(chǎn)成本增加。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提出用于克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷、滿足批量生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用需要的一種氮化鎵基半導(dǎo)體光電器件的制作方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種氮化鎵基半導(dǎo)體光電器件的制作方法，其特征在于制作步驟如下①在襯底生長(zhǎng)面上形成半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)向上依次由n型氮化鎵基半導(dǎo)體層、有源層和P型氮化鎵基半導(dǎo)體層組成；②采用干法或者濕法蝕刻該半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，暴露出部分n型半導(dǎo)體層；③在P型氮化鎵基半導(dǎo)體層上制作P型歐姆接觸電極；④分別在n型氮化鎵基半導(dǎo)體層上和p型歐姆接觸電極上采用蒸發(fā)或者濺射的方法依次形成Ni/Au/Ti/Au金屬層，即依次為金層形成于鎳層之上、鈦層形成于金層之上、又一金層形成于鈦層之上，用剝離或者化學(xué)蝕刻的方法形成n電極和p電極；⑤對(duì)n電極和p電極在含有氧氣的氛圍中進(jìn)行40060(TC下的熱退火處理，使得n電極與n型氮化鎵基半導(dǎo)體層形成合金，n電極中，Ni/Au/Ti金屬層是歐姆接觸層，而最頂層的Au金屬層作為焊墊層。對(duì)n電極在含有氧氣氛圍中熱退火處理，即在40060(TC條件下可采用氧氣與氮?dú)狻錃獾刃纬苫旌蠚怏w對(duì)n電極熱退火處理，本發(fā)明優(yōu)先采用氧氣和氮?dú)庑纬傻幕旌蠚怏w對(duì)n電極熱退火處理。p型歐姆接觸電極是在臺(tái)面狀的p型氮化鎵基半導(dǎo)體層上制作一透明電極，使之與P型氮化鎵基半導(dǎo)體層形成良好的歐姆接觸。本發(fā)明是Ni/Au/Ti/Au作為n型氮化鎵基半導(dǎo)體層的電極，在經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螅坏軌颢@得熱穩(wěn)定性良好的歐姆接觸，而且由于該n電極不含低熔點(diǎn)的A1，并且熱退火處理的溫度適中，可以較好地保持電極原有的金相結(jié)構(gòu)，避免給后續(xù)的封裝帶來困擾；再者，熱退火處理的溫度較為適中，可以將歐姆接觸層與焊墊層一同進(jìn)行熱處理，在保證不會(huì)造成焊墊層金屬變質(zhì)硬化的同時(shí)，避免接觸層與焊墊層分開制作，大大簡(jiǎn)化了工藝，從而提高成品率和降低成本。圖1為采用本發(fā)明制作的氮化鎵基半導(dǎo)體光電器件的截面示意圖2為本發(fā)明n電極的詳細(xì)構(gòu)造截面圖3為Ni/Au/Ti/Au電極的I-V伏安特性曲線圖4為分別采用Ti/Al，Ti/Al/Pt/Au和Ni/Au/Ti/Au作為n電極的氮化鎵基LED器件在不同環(huán)境溫度中烘烤，正向電壓(VF-LED)和相鄰n電極之間的電壓(VF-NN)相對(duì)于溫度的變化趨勢(shì)圖；圖5為Ni/Au/Ti/Au電極在50(TC熱退火處理后顯微鏡拍攝的金相結(jié)構(gòu)圖；圖6為Ti/Al/Pt/Au電極在60(TC熱退火處理后顯微鏡拍攝的金相結(jié)構(gòu)圖；圖7為Ti/Al/Pt/Au電極在75(TC熱退火處理后顯微鏡拍攝的金相結(jié)構(gòu)圖。圖中l(wèi).襯底；2.n型氮化鎵基半導(dǎo)體層；3.有源層；4.p型氮化鎵基半導(dǎo)體層；5.n電極；51.鎳層；52.金層；53.釹層；6.p型歐姆接觸電極；7.p電極。具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖和實(shí)施例及比較例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。說明中涉及的金屬元素Ni(鎳)、Au(金)、Ti(鈦)、Al(鋁)、Pt(鉑)。實(shí)施例如圖1和圖2所不的一種氮化鎵基半導(dǎo)體光電器件的制作方法，以藍(lán)寶石作為襯底1為例，其制作步驟為-步驟一在藍(lán)寶石襯底1生長(zhǎng)面上形成半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)向上依次由n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2、有源層3和p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4組成；步驟二在一以藍(lán)寶石作為襯底1的氮化鎵基發(fā)光二極管(LED)外延片上，采用干法感應(yīng)耦合等離子體(ICP)部分地蝕刻p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4和有源層3，形成一臺(tái)面狀并暴露出n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2;步驟三在p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4上制作p型歐姆接觸電極6，即在臺(tái)面狀的p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4上制作一透明電極，使之與p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4形成良好的歐姆接觸；步驟四分別在n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2上和p型歐姆接觸電極6上采用蒸發(fā)或者濺射的方法依次形成Ni/Au/Ti/Au金屬層，厚度分別為50/50/150/10000埃，即依次為金層52形成于鎳層51之上、鈦層53形成于金層52之上、又一金層52形成于鈦層53之上，用剝離或者化學(xué)蝕刻的方法形成n電極5和p電極7;步驟五n電極5中，Ni/Au/Ti金屬層是歐姆接觸層，而最頂層的Au金屬層作為焊墊層，對(duì)n電極5在氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚怏w(流量比N2:0產(chǎn)2:1)氛圍中進(jìn)行50(TC下的熱退火處理30分鐘，使得n電極5與n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2形成合金，這樣可以大幅度地降低n電極5與n型半導(dǎo)體之間的接觸電阻并形成良好的歐姆接觸。由于本發(fā)明的n電極5不含低熔點(diǎn)的Al金屬，而且熱退火處理的溫度適中，可以較好地保持電極原有的表面形貌，如圖5所示n電極5的表面金相結(jié)構(gòu)，避免給后續(xù)的封裝帶來困擾；同時(shí)熱退火處理的溫度較為適中，可以將歐姆接觸層與焊墊層一同進(jìn)行熱處理，在保證不會(huì)造成焊墊金屬變質(zhì)硬化的同時(shí)，避免接觸層與焊墊層分開制作，大大簡(jiǎn)化了工藝，從而提高成品率和降低成本。為了對(duì)比說明本發(fā)明n電極5的性能特點(diǎn)，以下提供三個(gè)比較例加以說明。比較例一在一以藍(lán)寶石作為襯底1的氮化鎵基發(fā)光二極管(LED)外延片上，首先采用干法感應(yīng)耦合等離子體(ICP)部分地蝕刻p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4和有源層3，形成一臺(tái)面狀并暴露出n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2;接著在臺(tái)面狀的p型氮化鎵基半導(dǎo)休層4上制作一透明電極，使之與p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4形成良好的歐姆接觸；然后在暴露出的n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2和p型透明電極上采用蒸發(fā)或者濺射的方法同時(shí)依次形成Ti/Al金屬層，厚度分別為250/1000埃，最后用剝離或者化學(xué)蝕刻的方法形成n電極5和p電極7;比較例二在一以藍(lán)寶石作為襯底1的氮化鎵基發(fā)光二極管(LED)外延片上，首先采用干法感應(yīng)耦合等離子體(ICP)部分地蝕刻p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4和有源層3，形成一臺(tái)面狀并暴露出n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2;接著在臺(tái)面狀的p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4上制作一透明電極，使之與p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4形成良好的歐姆接觸；然后在暴露出的n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2和p型透明電極上采用蒸發(fā)或者濺射的方法同時(shí)依次形成Ti/Al/Pt/Au金屬層，厚度分別為250/1000/500/2000埃，用剝離或者化學(xué)蝕刻的方法形成n電極5和p電極7，最后在氮?dú)夥諊?，?duì)器件進(jìn)行60(TC的熱退火處理，如圖6所示，n電極5在60(TC熱退火后的表面金相結(jié)構(gòu)。比較例三在一以藍(lán)寶石作為襯底1的氮化鎵基發(fā)光二極管(LED)外延片上，首先采用干法感應(yīng)耦合等離子體(ICP)部分地蝕刻p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4和有源層3，形成一臺(tái)面狀并暴露出n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2;接著在臺(tái)面狀的p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4上制作一透明電極，使之與p型氮化鎵基半導(dǎo)體層4形成良好的歐姆接觸；然后在暴露出的n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2和p型透明電極上采用蒸發(fā)或者濺射的方法同時(shí)依次形成Ti/A]/Pt/Au金屬層，厚度分別為250/1000/500/2000埃，用剝離或者化學(xué)蝕刻的方法形成n電極5和p電極7，最后在氮?dú)夥諊?，?duì)器件進(jìn)行75(TC的熱退火處理；如圖7所示，n電極5在750。C熱退火后的表面金相結(jié)構(gòu)。在電極化的發(fā)光二極管外延片上，n電極5的接觸性質(zhì)可以用測(cè)量?jī)蓚€(gè)相鄰n電極5的電流一電壓(I-V)特性來表征。本發(fā)明實(shí)例的n電極5的I-V特性見圖3，從圖3中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例的n電極5與n型氮化鎵基半導(dǎo)體層2形成了良好的歐姆接觸；另外，光電參數(shù)測(cè)試結(jié)果也表明了依照本發(fā)明制作的發(fā)光二極管在光電性能方面與傳統(tǒng)的Ti/A1(比較例一)或者現(xiàn)有的Ti/Al/Pt/Au(比較例二、三)工藝制作的發(fā)光二極管基本一致(見附表l)。附表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>圖4是幾種電極的熱穩(wěn)定性比較試驗(yàn)結(jié)果，包括本發(fā)明實(shí)施例、比較例一和比較例二，試驗(yàn)方法是將發(fā)光二極管芯片放置在不同溫度中進(jìn)行烘烤，溫度分別為150、175、200、225和250°C，烘烤時(shí)間為30分鐘。測(cè)試烘烤前后的VF-LED和VF-NN，其中VF-LED和VF-顧分別表示20mA下測(cè)試的發(fā)光二極管的工作電壓和相鄰兩個(gè)n電極5之間的電壓降；從圖4可以看出Ti/Al的熱穩(wěn)定性最差，隨溫度的升高，VF-LED和VF-NN—同升高，而且兩者升高的趨勢(shì)和幅度基本上一致，這說明是n電極5接觸性質(zhì)的變差導(dǎo)致發(fā)光二極管工作電壓的升高；相比之下，Ti/Al/Pt/Au電極和Ni/Au/Ti/Au電極由于都經(jīng)過熱退火處理，熱穩(wěn)定性較好，而且Ni/Au/Ti/Au電極還要稍微優(yōu)于Ti/Al/Pt/Au電極。圖57是金相顯微鏡拍攝的熱處理后n電極5表面形貌，圖5是使用本發(fā)明方法制作的n電極5熱退火后的金相結(jié)構(gòu)圖，可以看出Ni/Au/Ti/Au電極在經(jīng)過熱處理后，表面依然光滑。圖6和圖7分別是比較例二和三所采用的工藝，可以看出Ti/Al/Pt/Au電極經(jīng)過不同高溫?zé)崽幚砗?，表面變得粗糙，而且溫度越高表面越粗糙，甚至出現(xiàn)異常顏色。因此通過本發(fā)明方法制作的n電極5不含低熔點(diǎn)的Al金屬，而且熱退火處理的溫度適中，可以較好地保持電極原有的表面形貌，方便后續(xù)的自動(dòng)焊線機(jī)的PR識(shí)別封裝，且熱退火處理的溫度較為適中，可以將歐姆接觸層與焊墊層一同進(jìn)行熱處理，在保證不會(huì)造成焊墊金屬變質(zhì)硬化的同時(shí)，避免接觸層與焊墊層分開制作，大大簡(jiǎn)化了工藝、提高成品率和降低成本。權(quán)利要求1.一種氮化鎵基半導(dǎo)體光電器件的制作方法，其特征在于制作步驟如下①在襯底生長(zhǎng)面上形成半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)向上依次由n型氮化鎵基半導(dǎo)體層、有源層和p型氮化鎵基半導(dǎo)體層組成；②采用干法或者濕法蝕刻該半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，暴露出部分n型半導(dǎo)體層；③在p型氮化鎵基半導(dǎo)體層上制作p型歐姆接觸電極；④分別在n型氮化鎵基半導(dǎo)體層上和p型歐姆接觸電極上采用蒸發(fā)或者濺射的方法依次形成Ni/Au/Ti/Au金屬層，即依次為金層形成于鎳層之上、鈦層形成于金層之上、又一金層形成于鈦層之上，用剝離或者化學(xué)蝕刻的方法形成n電極和p電極；⑤對(duì)n電極在含有氧氣的氛圍中進(jìn)行400～600℃下的熱退火處理，使得n電極與n型氮化鎵基半導(dǎo)體層形成合金，n電極中，Ni/Au/Ti金屬層是歐姆接觸層，而最頂層的Au金屬層作為焊墊層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基半導(dǎo)體光電器件的制作方法，其特征在于對(duì)n電極在含有氧氣氛圍中熱退火處理，即在40060(TC條件下可采用氧氣與氮?dú)?、氫氣等形成的混合氣體對(duì)n電極熱退火處理。全文摘要本發(fā)明所公開的一種氮化鎵基半導(dǎo)體光電器件的制作方法，在n型氮化鎵基半導(dǎo)體層上采用蒸發(fā)或者濺射的方法依次形成Ni/Au/Ti/Au金屬層，用剝離或者化學(xué)蝕刻的方法形成n電極；對(duì)n電極在含有氧氣的氛圍中進(jìn)行400～600℃熱退火處理，使得n電極與n型氮化鎵基半導(dǎo)體層形成合金，n電極中，Ni/Au/Ti金屬層是歐姆接觸層，而最頂層的Au金屬層作為焊墊層。由于該n電極不含低熔點(diǎn)的Al，并且熱退火處理的溫度適中，可以較好地保持電極原有的金相結(jié)構(gòu)，避免給后續(xù)的封裝帶來困擾；再者，熱退火處理的溫度較為適中，可以將歐姆接觸層與焊墊層一同進(jìn)行熱處理，在保證不會(huì)造成焊墊層金屬變質(zhì)硬化的同時(shí)，避免接觸層與焊墊層分開制作，大大簡(jiǎn)化了工藝，提高成品率和降低成本。文檔編號(hào)H01L33/00GK101207171SQ20071011478公開日2008年6月25日申請(qǐng)日期2007年11月30日優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日發(fā)明者吳志強(qiáng),林雪嬌,洪靈愿,潘群峰,陳文欣申請(qǐng)人:廈門三安電子有限公司