專利名稱：使用雷射光降低p型薄膜阻值的活化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種使用雷射光降低P型薄膜阻值的活化方法，特別是有關(guān)于利用雷射光將高阻值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(yōu)越的光電特性，所以上述材料近幾年來也被廣泛地制作成薄膜型態(tài)，應(yīng)用在光電組件上，例如發(fā)光二極管(LEDs)和雷射二極管(LDs)。然而，將上述材料制作成薄膜狀態(tài)時(shí)，其應(yīng)用上仍有若干的困難及限制，阻礙了光電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展。
以氮化鎵為例，由于缺乏適當(dāng)?shù)幕?，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(zhǎng)緩沖層(buffer layer)的技術(shù)，配合有機(jī)金屬氣相沉積法(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition；以下簡(jiǎn)稱為MOCVD法)形成氮化鎵薄膜。氮化鎵薄膜在摻入P型雜質(zhì)時(shí)，如鈹Be、鎂Mg、鈣Ca、鋅Zn、鎘Cd等元素時(shí)，上述P型雜質(zhì)非常容易與反應(yīng)氣體中的氫結(jié)合，導(dǎo)致所形成的P型氮化鎵薄膜會(huì)呈現(xiàn)高阻值狀態(tài)。依傳統(tǒng)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，也因此在應(yīng)用上受到相當(dāng)大的限制。
日本名古屋大學(xué)的I·Akasaki和H·Amano使用低能量電子束(LEEBI)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(xué)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(shí)用。
日亞化學(xué)公司S·Nakamura則使用雙氣流有機(jī)金屬化氣相沉積法以及低溫氮化鎵緩沖層來成長(zhǎng)氮化鎵薄膜。再利用退火的方式，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。其退火的工藝條件是在氮?dú)獾沫h(huán)境下，溫度400-1200℃之間，持溫1分鐘以上。日亞化學(xué)公司的活化方法必須在充滿氮?dú)饣蚴瞧渌铓獾沫h(huán)境下進(jìn)行，無法直接在大氣環(huán)境下進(jìn)行，故而會(huì)增加制作的成本及困難度。
本發(fā)明的目的在于提供一種利用雷射光將高阻值P型薄膜活化成低阻值P型薄膜的方法，其中，上述P型高阻值薄膜的材質(zhì)是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，II-VI族化合物，如P-ZnSe、ZnMgSe…等。
本發(fā)明的方法是直接在大氣環(huán)境下進(jìn)行，不需特別在惰氣環(huán)境下進(jìn)行，且可以通過變化雷射光的功率及焦點(diǎn)距離，以調(diào)整功率密度來縮短活化時(shí)間。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的將高阻值P型薄膜活化成低阻值P型薄膜的活化方法，包括如下步驟提供第一P型薄膜，例如由MOCVD法制作而得；使用雷射光照射(例如紅外線雷射)在上述第一P型薄膜上，提供能量將上述第一P型薄膜中P型摻雜和氫的鍵結(jié)打斷，以釋放出P型摻雜的載子，將上述第一P型薄膜活化成為第二P型薄膜，使得上述第二P型薄膜的阻值低于上述第一P型氮化鎵薄膜。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的方法可直接在大氣環(huán)境下進(jìn)行，不需特別在惰氣環(huán)境下進(jìn)行，且可以通過變化雷射光的功率及焦點(diǎn)距離，以調(diào)整功率來縮短活化時(shí)間。具有制程容易及節(jié)省制作成本的實(shí)用功效。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例和附圖進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明的雷射光功率與氮化鎵薄膜阻值的關(guān)系圖；圖2是本發(fā)明的雷射光照射時(shí)間與氮化鎵薄膜阻值的關(guān)系圖；圖3是本發(fā)明的雷射光功率與氮化鎵薄膜載子濃度的關(guān)系圖；圖4是本發(fā)明的雷射光照射時(shí)間與氮化鎵薄膜載子濃度的關(guān)系圖；圖5是本發(fā)明的雷射光功率與氮化鎵薄膜的光激光頻譜圖的關(guān)系圖；圖6是本發(fā)明的雷射光照射時(shí)間與氮化鎵薄膜載子濃度的關(guān)系圖。
參閱圖1-圖6，為簡(jiǎn)明起見，以下僅以P型氮化鎵薄膜為例，以說明本發(fā)明使用雷射光將P型高阻值薄膜活化成P型低阻值薄膜的方法。然而，本發(fā)明并不限定于活化P型氮化鎵薄膜，凡是III族金屬氮化物(III-Nitride)，如氮化銦鎵(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，所形成的P型薄膜，均可以應(yīng)用本發(fā)明的方法降低其阻值。
本發(fā)明提供一種將高阻值P型氮化鎵薄膜活化成低阻值P型氮化鎵薄膜的制造方法，包含單層、Bulk P型氮化鎵以及同質(zhì)或異質(zhì)接面結(jié)構(gòu)皆可適用。
依據(jù)本發(fā)明將高阻值P型氮化鎵薄膜活化成低阻值P型氮化鎵薄膜的制造方法，包括如下的步驟首先，提供第一P型氮化鎵薄膜，其是使用MOCVD法制作而得；由于所摻入氮化鎵薄膜的P型雜質(zhì)，如鈹Be、鎂Mg、鈣Ca、鋅Zn、鎘Cd等元素，非常容易與反應(yīng)氣體中的氫結(jié)合，所以無可避免地導(dǎo)致上述第一P型氮化鎵薄膜會(huì)呈現(xiàn)高阻值狀態(tài)。其中，上述第一P型氮化鎵薄膜，亦可使用分子束磊晶法(MBE)或是鹵化物化學(xué)氣相磊晶法(HVPE)制造而得。
接著，使用雷射光均勻照射在上述第一P型氮化鎵薄膜上，由于瞬間提供高能量，可將上述第一P型氮化鎵薄膜中P型摻雜和氫的鍵結(jié)打斷，以釋放出P型摻雜的載子；將上述第一P型氮化鎵薄膜活化成為第二P型氮化鎵薄膜。
由于第二P型氮化鎵薄膜中具有的P型載子濃度高于第一P型氮化鎵薄膜，所以第二P型氮化鎵薄膜的阻值低于上述第一P型氮化鎵薄膜。另外，上述雷射光可選自氣體雷射、固體雷射或液體雷射…等；在此較佳實(shí)施例中，上述雷射光是使用紅外線雷射光，例如二氧化碳雷射光。
本發(fā)明的實(shí)施例，主要是使用紅外線雷射光照射在由MOCVD法形成的第一P型氮化鎵薄膜上，以活化上述第一P型氮化鎵薄膜。紅外線雷射光的功率一般不大于50W，但是亦可以依需要使用功率高于50W的紅外線雷射光。
本發(fā)明的方法可以通過調(diào)整紅外線雷射的功率以及紅外線雷射與第一P型氮化鎵薄膜兩者之間的距離，來調(diào)整紅外線雷射光照射在上述第一P型氮化鎵薄膜上的功率密度(power density，W/cm2)，而使活化時(shí)間小于1分鐘。但是隨著紅外線雷射能量不同及焦距不同，活化時(shí)間亦可在1分鐘或1分鐘以上，亦可得到所需要的活化結(jié)果。
圖1顯示雷射光功率與氮化鎵薄膜阻值的關(guān)系。由圖1可知，當(dāng)?shù)谝籔型氮化鎵薄膜在未接受紅外線雷射照射前，其薄膜阻值相當(dāng)高，已達(dá)到偵測(cè)儀器的極限；但隨著紅外線雷射功率增大，其薄膜阻值亦逐漸下降，當(dāng)功率增加至10W時(shí)，阻值已下降至1、2Ωcm。
圖2顯示雷射光照射時(shí)間與氮化鎵薄膜阻值的關(guān)系。由圖2可知，若將紅外線雷射功率固定在10W，隨著照射時(shí)間增加，其薄膜阻值將逐漸下降。當(dāng)照射時(shí)間為9分鐘時(shí)，其阻值下降至1、48Ωcm；若時(shí)間增加至12分鐘時(shí)，其阻值下降至1、2Ωcm。
圖3顯示雷射光功率與氮化鎵薄膜載子濃度的關(guān)系。一般而言，當(dāng)?shù)谝籔型氮化鎵薄膜在未接受紅外線雷射照射前，其P型摻雜載子的濃度偏低，約為1012cm-3，主要是因?yàn)椴糠諴型摻雜載子會(huì)和氮化鎵薄膜中原有的N型載子結(jié)合之故，以及部分P型雜質(zhì)已和氫形成鍵結(jié)之故。但是隨著雷射功率增大(如圖3所示)，第一P型氮化鎵薄膜中P型雜質(zhì)和氫之間的鍵結(jié)被雷射光的高功率所打斷，因此有更多的P型載子釋出，而使第一P型氮化鎵薄膜活化成為第二P型氮化鎵薄膜。第二P型氮化鎵薄膜中的P型載子濃度亦隨雷射光功率的增加而增加，當(dāng)雷射光功率增加至10W時(shí)，其載子濃度可達(dá)7×1017cm-3以上。
圖4顯示雷射光照射時(shí)間與氮化鎵薄膜載子濃度的關(guān)系。由圖4可知，隨著雷射光照射時(shí)間的增加，雷射光有更充分的時(shí)間將第一P型氮化鎵薄膜中P型雜質(zhì)和氫之間的鍵結(jié)予以打斷，因此有更多的P型載子釋放出，而使第一P型氮化鎵薄膜活化成為第二P型氮化鎵薄膜。將雷射光功率固定于10W的情形下，把照射時(shí)間增加至9分鐘，其載子濃度可達(dá)4×1017cm-3，若把照射時(shí)間增加至12分鐘，其載子濃度可達(dá)7×1017cm-3。
圖5顯示雷射光功率與氮化鎵薄膜的光激光頻譜圖的關(guān)系。由圖5可知，當(dāng)?shù)谝籔型氮化鎵薄膜在未接受紅外線雷射照射前(曲線I)，在其光激光頻譜中，約450nm附近的藍(lán)光頻帶強(qiáng)度相當(dāng)?shù)匦。请S著雷射功率增大，其藍(lán)光頻帶的強(qiáng)度亦相對(duì)增強(qiáng)(曲線II、III)，此結(jié)果表示P型摻雜的活化程度隨著雷射功率增大而提高。
圖6顯示雷射光照射時(shí)間與氮化鎵薄膜的光激光頻譜圖的關(guān)系。由圖6可知，在固定雷射光功率為10W的情形下，隨著雷射照射時(shí)間增長(zhǎng)，其藍(lán)光頻帶的強(qiáng)度亦相對(duì)增強(qiáng)，此結(jié)果表示P型摻雜的活化程度隨著雷射功率增大而提高。
由上述圖1-圖6所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，將以MOCVD法制得具有高阻值的第一P型氮化鎵薄膜，使用本發(fā)明活化方法處理后，確實(shí)使得活化后的第二P型氮化鎵薄膜的阻值降低，其中的P型載子增加，更具有較強(qiáng)的藍(lán)光頻帶響應(yīng)。
目前最常用來將高阻值P型氮化鎵薄膜活化成低阻值P型氮化鎵薄膜的方法，是采用日亞化學(xué)公司所提出的方法(如上述)。但是日亞化學(xué)公司進(jìn)行熱退火的條件，必須在充滿氮?dú)饣蚴瞧渌铓獾沫h(huán)境下，且設(shè)定溫度400-1200℃之間，并且持溫1分鐘以上。然而，本發(fā)明的特點(diǎn)在于，可直接在大氣環(huán)境下使用雷射光進(jìn)行活化，不須在特殊氣體的環(huán)境下進(jìn)行；而且可以通過調(diào)整雷射光的功率和焦點(diǎn)距離、及功率密度來縮短活化時(shí)間。因此，本發(fā)明的活化方法，比傳統(tǒng)方式，不僅制程容易，可以節(jié)省制作成本，對(duì)于光電產(chǎn)業(yè)而言具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用性。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，但并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所做的更動(dòng)和潤(rùn)飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用雷射光降低P型薄膜阻值的活化方法，其特征在于它包括如下步驟提供第一P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜；使用雷射光照射在上述第一P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜上，將上述第一P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜活化成為第二P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜；其中，上述第二P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜的阻值低于上述第一P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的活化方法，其特征在于該雷射光為氣體雷射、固體雷射或液體雷射光。
3.如權(quán)利要求1所述的活化方法，其特征在于該雷射光為紅外線雷射光。
4.如權(quán)利要求1所述的活化方法，其特征在于該雷射光為紅外線二氧化碳雷射光。
5.如權(quán)利要求1所述的活化方法，其特征在于該第一P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜是使用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法、分子束磊晶法或是鹵化物化學(xué)氣相磊晶法制造而得。
6.如權(quán)利要求1所述的活化方法，其特征在于該第一P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜的材質(zhì)選自氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵或氮化鋁鎵銦。
7.如權(quán)利要求1所述的活化方法，其特征在于該第一P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜的P型雜質(zhì)選自鈹、鎂、鈣、鋇、鎘或鋅元素中的至少一種。
8.一種使用雷射光降低P型薄膜阻值的活化方法，其特征在于它包括如下步驟提供第一P型摻雜的II-VI族化合物半導(dǎo)體薄膜；使用雷射光照射在上述第一P型摻雜的II-VI族化合物半導(dǎo)體薄膜上，將上述第一P型摻雜的II-VI族化合物半導(dǎo)體薄膜活化成為第二P型摻雜的II-VI族化合物半導(dǎo)體薄膜；其中，上述第二P型摻雜的II-VI族化合物半導(dǎo)體薄膜的阻值低于上述第一P型摻雜的II-VI族化合物半導(dǎo)體薄膜。
9.如權(quán)利要求8所述的活化方法，其特征在于該雷射光為氣體雷射、固體雷射或液體雷射光。
10.如權(quán)利要求8所述的活化方法，其特征在于該雷射光為紅外線雷射光。
11.如權(quán)利要求8所述的活化方法，其特征在于該雷射光為紅外線二氧化碳雷射光。
12.如權(quán)利要求8所述的活化方法，其特征在于該第一P型摻雜的II-VI族化合物半導(dǎo)體薄膜是使用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法、分子束磊晶法或是鹵化物化學(xué)氣相磊晶法制造而得。
全文摘要
一種使用雷射光降低P型薄膜阻值的活化方法,利用雷射光使具有高阻值的P型薄膜活化成低阻值P型薄膜;高阻值P型薄膜為P型摻雜的III族金屬氮化物薄膜或P型摻雜的II－VI族化合物薄膜。本發(fā)明的方法可直接在大氣環(huán)境下進(jìn)行,不需特別在惰氣環(huán)境下進(jìn)行,且可以通過變化雷射光的功率和焦點(diǎn)距離,及調(diào)整功率來縮短活化時(shí)間。具有制程容易及節(jié)省制作成本的實(shí)用功效。
文檔編號(hào)H01L21/268GK1372307SQ0110903
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者曾堅(jiān)信, 蔡文忠, 陳聰育, 許家弘, 賴韋志 申請(qǐng)人:連威磊晶科技股份有限公司