CN104201255A - 一种提升GaN基发光器件p型欧姆接触性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种提升GaN基发光器件p型欧姆接触性能的方法，包括如下步骤：并对蓝宝石为基底的GaN基发光外延片的p型GaN进行激活处理；在p型GaN一侧制作100~300nm厚度的铟锡氧化物ITO层；在氮气环境中，对样品进行退火处理，退火温度恒定在450~550℃，退火时间1~15分钟；用酸溶液腐蚀，去除铟锡氧化物ITO；去除铟锡氧化物ITO后的样品表面进行传统结构的p型GaN欧姆接触工艺，完成p型接触电极的制作。采用本发明的方法，ITO退火后可以使得p型GaN表面的Ga2p的结合能下降，从而降低肖特基接触势垒高度，因此有利于获得更优异的欧姆接触特性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料与器件领域，尤其涉及提升GaN基发光器件p型欧姆接触性能的方法，适用于GaN基光电器件，尤其适用于GaN基发光二极管和激光器。
背景技术
以GaN为代表的第三代半导体材料，由于其具有直接带隙，因此具有高的辐射复合效率。通过调整掺杂元素和掺杂浓度，可以使其发光波长覆盖紫外到近红外，从而实现RGB全色显示，因此，GaN基材料是制作可见光发光器件的理想材料。良好的欧姆接触特性是实现高效发光器件的重要基础。然而由于p型GaN材料的功函数（7.5eV）比一般金属都要大，没有合适的用于p型GaN欧姆接触的金属；另外，p型GaN材料的高浓度掺杂比较困难，增加了制作GaN材料良好p型欧姆接触的难度。
国内外众多研究小组不断探索降低p型GaN欧姆接触的方法，然而由于上述提到的制作难点， p型GaN材料欧姆接触有待进一步的提高。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种提高p型GaN材料欧姆接触性能的方法，此种方法可以有效降低p型电极与p型GaN的接触电阻，在此方法基础上制作的半导体器件，最终可以获得更低的器件工作电压，更高的器件外量子效率和更长的工作寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种提升GaN基发光器件p型欧姆接触性能的方法，其包括如下步骤：
（1）提供蓝宝石为基底的GaN基发光外延片，并对外延片的p型GaN进行激活处理；
（2）对得到的样品进行清洗处理，在p型GaN一侧制作100 nm~300 nm厚度的铟锡氧化物ITO层；
（3）在氮气环境中，对样品进行退火处理，退火温度恒定在450℃~550℃，退火时间1分钟~15分钟；
（4）用酸溶液腐蚀，去除铟锡氧化物ITO；
（5）去除铟锡氧化物ITO后的样品表面进行传统结构的p型GaN欧姆接触工艺，完成p型接触电极的制作。
进一步的，步骤（5）所述传统结构的p型GaN欧姆接触工艺包括制作Ni/Ag基反射电极和Ni/Au基电极。
进一步优选的，步骤（1）具体是：在蓝宝石基底上利用金属有机气相化学沉积方法，依次沉积低温缓冲层、未掺杂的u型GaN层、掺Si的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源层、掺Mg的AlGaN层和掺Mg的p型GaN层等GaN基外延层，并在外延生长后进行Mg激活。
进一步优化的，步骤（2）所述铟锡氧化物ITO层采用电子束蒸发制作。
进一步优选的，步骤（4）所述酸溶液为HCl和HNO3的混合溶液。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：采用本发明的方法，ITO退火后可以使得p型GaN表面的Ga2p的结合能下降，从而降低肖特基接触势垒高度，因此有利于获得更优异的欧姆接触特性。
附图说明
图1是实例中蓝宝石衬底上生长的GaN基外延片结构示意图；
图2是实例中处理前后p型GaN与Ni/Ag/Ni/Au的接触特性对比图；
图3是实例中垂直结构LED截面示意图；
图4是实例中处理前后垂直结构LED器件的IV特性对比图, 其中20mA下电压从处理前的3.23V降低至处理后的3.15V。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不限于此，以下若有未特别详细说明的过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
本实施方式中的一种提高p型GaN材料欧姆接触性能的方法包括如下步骤：
1. 提供蓝宝石为基底的GaN基发光外延层，并对p型GaN进行激活处理；
2. 对样品进行清洗和处理，在p型GaN一侧制作100 nm至300 nm厚度的铟锡氧化物（ITO）层；
3. 在氮气环境中，对样品进行退火处理，退火温度恒定在450℃至550℃之间，退火时间1分钟至15分钟；
4. 用酸溶液腐蚀，去除ITO；
5. 去除ITO后的样品表面进行传统结构的p型GaN欧姆接触工艺，如Ni/Ag基反射电极，Ni/Au基电极等，完成p型接触电极的制作。
以下再以垂直结构LED为例，具体说明实施过程。
1. 在蓝宝石基底11上利用金属有机气相化学沉积方法，依次沉积低温缓冲层、未掺杂的u型GaN层、掺Si的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源层、掺Mg的AlGaN层和掺Mg的p型GaN层等GaN基外延层12，并在外延生长后进行Mg激活，以提高空穴浓度；图1所示为蓝宝石衬底上生长的GaN基外延片结构示意图；
2. 对样品进行清洗处理，在p型GaN一侧利用电子束蒸发制作100 nm厚度的ITO层；
3. 在550℃氮气环境中，对样品退火10分钟；
4. 用HCl：HNO3：H2O=5:1:5的溶液中，腐蚀15 min，去除ITO层；
5. 上述样品上蒸发区域Ni/Ag/Ni/Au层21，厚度分别为0.5 nm/150 nm/150 nm/200 nm,并在500℃氧气环境中退火1分钟；
6. 在上述退火后的样品上蒸发Ni/Au层22，厚度分别为20 nm/200 nm；
7. 上述蒸发完Ni/Au的样品表面电镀Cu基底23；
8. 利用248 nm激光器辐照蓝宝石一侧，使得GaN层分解，从而去除原始蓝宝石衬底；
9. 利用感应耦合等离子刻蚀（ICP）去除未掺杂的u型GaN层至n型GaN层；
10. 利用KOH溶液粗化n型GaN表面24，光刻并蒸发n型Cr/Au（20 nm/200 nm）电极25；
11. 光刻后，利用ICP刻蚀分离器件，从而完成样品制作。
图2所示为垂直结构LED截面示意图；图3所示为处理前后p型GaN与Ni/Ag/Ni/Au的接触特性对比图，从图中可以看出处理后欧姆接触特性有了明显改善；图4所示为处理前后垂直结构LED器件的IV特性对比图, 其中20mA下对应工作电压从处理前的3.23 V降低至处理后的3.15 V，表明利用本发明所述方法可以提高p型GaN材料欧姆接触特性，降低器件工作电压。
Claims (5)
1.一种提升GaN基发光器件p型欧姆接触性能的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）提供蓝宝石为基底的GaN基发光外延片，并对外延片的p型GaN进行激活处理；
（2）对得到的样品进行清洗处理，在p型GaN一侧制作100 nm~300 nm厚度的铟锡氧化物ITO层；
（3）在氮气环境中，对样品进行退火处理，退火温度恒定在450℃~550℃，退火时间1分钟~15分钟；
（4）用酸溶液腐蚀，去除铟锡氧化物ITO；
（5）去除铟锡氧化物ITO后的样品表面进行传统结构的p型GaN欧姆接触工艺，完成p型接触电极的制作。
2.根据权利要求1所述的一种提升GaN基发光器件p型欧姆接触性能的方法，其特征在于步骤（5）所述传统结构的p型GaN欧姆接触工艺包括制作Ni/Ag基反射电极和Ni/Au基电极。
3.根据权利要求1所述的一种提升GaN基发光器件p型欧姆接触性能的方法，其特征在于步骤（1）具体是：在蓝宝石基底上利用金属有机气相化学沉积方法，依次沉积低温缓冲层、未掺杂的u型GaN层、掺Si的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源层、掺Mg的AlGaN层和掺Mg的p型GaN层等GaN基外延层，并在外延生长后进行Mg激活。
4.根据权利要求1所述的一种提升GaN基发光器件p型欧姆接触性能的方法，其特征在于步骤（2）所述铟锡氧化物ITO层采用电子束蒸发制作。
5.根据权利要求1所述的一种提升GaN基发光器件p型欧姆接触性能的方法，其特征在于步骤（4）所述酸溶液为HCl和HNO3的混合溶液。
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