[發明專利]將高阻值P型摻雜薄膜活化成低阻值P型摻雜薄膜的制造方法

無效

• 申請號: 01109031.6
• 申請日: 2001-02-27
• 公開（公告）號: CN1372305A
• 公開（公告）日: 2002-10-02
• 發明（設計）人: 曾堅信;蔡文忠;賴韋忠;陳聰育
• 申請（專利權）人: 連威磊晶科技股份有限公司
• 主分類號: H01L21/324
• 分類號: H01L21/324;H01L21/477;H01L21/205;H01L33/00;H01S5/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉朝華

本發明是有關于將高阻值P型摻雜薄膜活化成低阻值P型摻雜薄膜的制造方法，即降低薄膜阻值的活化方法，特別是有關于利用快速溫度變化，將高阻值P型摻雜的薄膜活化成P型摻雜的低阻值薄膜的活化方法。由于寬能隙的III族金屬氮化物(III-Nitride)，如氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)…等；以及，寬能隙的II-VI族化合物，如P-ZnSe、ZnMgSe…等，具有優越的光電特性，所以所述材料近幾年來也被廣泛地制作成薄膜型態，應用在光電組件上，例如：發光二極管(LEDs)和雷射二極管(LDs)。其主要缺陷在于：

將上述材料制作薄膜狀態時，其應用上仍有若干的困難及限制，阻礙了光電產業的進展。以氮化鎵為例，由于缺乏適當的基板，所以到目前為止在氮化鎵薄膜的制作上，仍然使用晶格不匹配的氧化鋁(sapphire)，主要通過氧化鋁基板上成長緩沖層(buffer?layer)的技術，配合有機金屬氣相沉積法(Metal-Organic?Chemical?Vapor?Deposition；以下簡稱為MOCVD法)形成氮化鎵薄膜。氮化鎵薄膜在摻入P型雜質，如：鈹Be、鎂Mg、鈣Ca、鋅Zn、鎘Cd等元素時，所述P型雜質非常容易與反應氣體中的氫結合，導致所形成的P型氮化鎵薄膜會呈現高阻值狀態。依傳統方式形成的P型氮化鎵薄膜，其薄膜阻值常高于10⁵Ωcm，且其電洞濃度常低于10¹²Ωcm^-3，因此在應用上受到相當大的限制。

日本名古屋大學的I·Akasaki和H?Amano使用低能量電子束(LEEBI；Low?Energy?Electron?Beam?Irradiation)照射處理摻雜有Mg的氮化鎵薄膜，將其活化而獲得P型氮化鎵薄膜。然而，名古屋大學所提出的方法，由于活化速率太慢，而且只有活化表面附近的薄膜，所以并不實用。

日亞化學公司S·Nakamura則使用雙氣流有機金屬化學氣相沉積法，以及低溫氮化鎵緩沖層來成長氮化鎵薄膜。再利用傳統高溫退火(annealing)的方式，將高阻值的P型(摻雜Mg)氮化鎵薄膜活化成低阻值的P型氮化鎵薄膜。其主要缺陷在于：

由于其退火的工藝條件是在氮氣的環境下，溫度400-1200℃之間，持溫1分鐘以上，再加上所需的升溫及降溫的時間，整個退火的過程會超過10分鐘。由于退火(熱處理)的時間長，因此當在異質接面或發光二極管的應用上，P型氮化鎵薄膜的高溫長時間活化，會使各層成分組成產生變化或使接合面(junction)的摻雜產生擴散，并可能因長時間熱處理所產生的擴散問題，影響其光電特性。

本發明的目的在于提供一種將高阻值P型摻雜薄膜活化成低阻值P型摻雜薄膜的制造方法，利用溫度梯度變化所產生的能量驅動力，將高阻值P型摻雜的薄膜活化成低阻值P型摻雜的薄膜；所述P型高阻值薄膜的材質是III族金屬氮化物，如氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)…等；以及，II-VI族化合物，如P-ZnSe、ZnMgSe…等。

本發明的目的是這樣實現的：一種將高阻值P型摻雜的薄膜活化成低阻值P型摻雜的薄膜的制造方法，包括如下步驟：

提供第一P型摻雜的薄膜，例如由MOCVD法制作而得；

以特定升溫速率(大于50℃/sec)，加熱所述第一P型摻雜的薄膜，使溫度由初始溫度快速上升到第一特定溫度(不小于850℃)；

以特定降溫速率(大于20℃/sec)，使溫度由所述第一特定溫度快速降到第二特定溫度(例如為400℃)；使所述第一P型摻雜的薄膜被活化成第二P型摻雜的薄膜；

以及持續降溫，使溫度回到所述初始溫度。

其中，在所述溫度變化過程中，溫度大于所述第二特定溫度的時間不大于1分鐘；所述第二P型摻雜薄膜的阻值低于所述第一P型氮化鎵薄膜。

又，當溫度由初始溫度快速上升到所述第一特定溫度時，是馬上以所述特定降溫速率進行降溫，而不進行持溫的操作(即持溫時間為0秒)。此外，依應用的所需，當溫度由初始溫度快速上升到所述第一特定溫度時，亦可先進行持溫操作，讓溫度保持所述第一特定溫度(持溫時間不大于25秒)；之后，再以所述特定降溫速率進行降溫。

本發明的主要優點是具有可將熱處理的時間縮短，進而減少長時間熱處理所衍生的擴散問題。

下面結合較佳實施例和附圖進一步說明。

圖1是本發明的方法所使用的溫度梯度曲線圖；

圖2是本發明的持溫時間與載子濃度的關系示意圖；