CN104409344A - 降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触的比接触电阻率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触的比接触电阻率的方法，包括如下步骤：步骤1：在p-GaN层上生长重掺杂的p-GaN薄层；步骤2：对p-GaN层和p-GaN薄层进行Mg激活退火；步骤3：在p-GaN薄层上生长重掺杂的p-InGaN薄层；步骤4：对p-InGaN薄层进行Mg激活退火，形成样品；步骤5：将样品表面进行处理，在样品表面光刻，形成图形；步骤6：在样品的表面通过电子束蒸发来蒸发Ni/Au金属层；步骤7：将多余的Ni/Au金属层剥离；步骤8：退火形成Ni/Au合金，形成欧姆接触，完成制备。本发明可以进一步提高p-GaN欧姆接触的性能，以更好的将宽禁带半导体材料应用于高频、大功率器件。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料器件制造技术，具体地说是一种降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触的比接触电阻率的方法。
背景技术
以GaN为代表的III族氮化物因具有一系列优越的性质，而成为近年来化合物半导体研究的热点之一。其禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、导热性能良好等特点适合于制作高频、大功率电子器件；利用其宽的直接带隙可以制作蓝、绿光和紫外光的光电子器件。但是GaN基器件的研制要求金属与半导体之间形成高质量的欧姆接触，对于n-GaN来说，其上的电极制备通过Ti/Al体系可获得比接触电阻率在10-6-10-8Ω·cm2范围的欧姆接触。而对于p-GaN来说，很难实现低比接触电阻率的欧姆接触，一方面由于很难获得高空穴浓度的p-GaN，另一方面是由于缺少合适的金属体系。Ni/Au是目前欧姆接触研究选用较多的金属之一，而受到Mg受主较高激活能的限制，p-GaN掺杂水平很难进一步提高，因此如何提高p-GaN欧姆接触的性能、降低比接触电阻率成为氮化物研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触的比接触电阻率的制备方法，从而进一步提高p-GaN欧姆接触的性能，以更好的将宽禁带半导体材料应用于高频、大功率器件。
本发明提供一种降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触的比接触电阻率的方法，包括如下步骤：
步骤1：在p-GaN层上生长重掺杂的p-GaN薄层；
步骤2：对p-GaN层和p-GaN薄层进行Mg激活退火；
步骤3：在p-GaN薄层上生长重掺杂的p-InGaN薄层；
步骤4：对p-InGaN薄层进行Mg激活退火，形成样品；
步骤5：将样品表面进行处理，在样品表面光刻，形成图形；
步骤6：在样品的表面通过电子束蒸发来蒸发Ni/Au金属层；
步骤7：将多余的Ni/Au金属层剥离；
步骤8：退火形成Ni/Au合金，形成欧姆接触，完成制备。
本发明的有益效果是，通过采用本发明提出的将重掺p-GaN薄层和重掺p-InGaN薄层分别采用不同温度退火的方法，可以将Ni/Au与p-GaN欧姆接触的比接触电阻率降低到3.07×10-7Ω·cm2，此效果的p-GaN欧姆接触可以很好地应用于制作高质量的高频、大功率器件。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图，并结合具体实验结果，对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明生长结构示意图；
图2为本发明提出的低比接触电阻率的欧姆接触的制备流程图；
图3为本发明提出重掺杂的p-GaN薄层和p-InGaN薄层生长及两次退火过程示意图；
图4为本发明制备的欧姆接触通过CTLM方法测得的I-V曲线；
图5为本发明制备的欧姆接触通过CTLM方法拟合得到的直线及算得的比接触电阻率。
具体实施方式
请参阅图1及图2所示，本发明生长结构依次为中度掺杂的p-GaN层01、重掺杂的p-GaN薄层02、重掺杂的p-InGaN薄层03、Ni/Au金属层04，具体来说一种降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触的比接触电阻率的方法，包括如下步骤：
步骤1：在p-GaN层01上生长重掺杂的p-GaN薄层02，该p-GaN薄层02的生长温度为800-1100℃，厚度为10-50nm，该生长条件可以通过MOCVD生长设备精确控制；
步骤2：对p-GaN薄层02进行Mg激活退火，所述p-GaN薄层02的Mg激活退火是在纯氮气条件下采用700-900℃的高温退火，退火的时间为2-20min，本次退火过程是在MOCVD生长设备中完成的；
步骤3：在p-GaN薄层02上生长p-InGaN薄层03，所述p-InGaN薄层03的生长温度为600-800℃，厚度约为2-20nm；
步骤4：对p-InGaN薄层03进行Mg激活退火，所述对p-InGaN薄层03的Mg激活退火是在纯氮气条件下采用550-750℃的低温退火，时间为2-20min，形成样品；以上四个步骤都是在MOCVD设备中进行的，具体过程如图3所示，中途不需要将样品取出设备，步骤四完成后才将样品从MOCVD设备中取出样品。
步骤5：将样品表面进行处理，所述对样品进行表面处理的具体过程为：丙酮超声10min；酒精超声10min；盐酸超声10min，在样品表面光刻，形成图形。圆形传输线模型方法需要在材料表面制作一组圆形电极，每个圆形金属电极的半径r相同，为200μm。在圆形金属电极外留下一个圆环状的空白区域，而且每个圆环的外径R是逐渐减小的，从大到小依次为260、250、240、235、230、225、220、215μm，由此可得圆环的宽度d分别为60、50、40、35、30、25、20、15μm，也就是说圆环的宽度d是逐渐减小的，在圆环外是大面积的金属；
步骤6：在样品的表面通过电子束蒸发Ni/Au金属层04，所述蒸发的Ni/Au金属层04中的Ni的厚度分别为10-40nm，Au的厚度为20-80nm；
步骤7：将多余的Ni/Au金属层04剥离；
步骤8：退火，所述退火的温度为450-600℃，退火是在含氧气氛中合金化处理3-20min，形成欧姆接触，完成制备。
如上述制作步骤所述，本发明的重要创新点在于将重掺的p-InGaN薄层的Mg激活退火过程与底下p-GaN层和重掺的p-GaN薄层的Mg激活退火过程分离开来，因为InGaN材料的生长需要较低的温度，而p-GaN层和重掺的p-GaN薄层的Mg激活退火需要较高的温度，该温度一般高于InGaN薄层的生长温度。所以采用一次统一退火的话往往两者不能兼顾，为了保证InGaN薄层的质量，只能采用较低退火温度统一对三层退火，p-GaN层和重掺的p-GaN薄层的Mg激活效率很低，导致空穴浓度很低，不利于跟金属层形成高性能的欧姆接触。而本发明提出的分开退火的方法可以很好地解决这一矛盾。
制备好的样品进行测试实验中测量仪器为Keithley6430，将源表的正负极分别接在每个圆环的两侧，测得的8组I-V曲线如图4所示，所示曲线的线性度非常好，说明制备的欧姆接触样品有很好的欧姆特性。测量被圆环隔开的圆点电极与大面积电极之间的电阻Rt，并根据CTLM方法将Rt与ln(R/r)进行线性拟合，所得直线如图5所示，经过一系列计算，得到的比接触电阻率可以低至3.07×10-7Ω·cm2，比原来只采用一次退火进行Mg激活样品得到的比接触电阻率(4.0×10-5Ω·cm2)降低了两个数量级。该质量的欧姆接触可以很好地应用于GaN基大功率器件，如蓝绿光激光器，从而提高器件性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触的比接触电阻率的方法，包括如下步骤：
步骤1：在p-GaN层上生长重掺杂的p-GaN薄层；
步骤2：对p-GaN层和p-GaN薄层进行Mg激活退火；
步骤3：在p-GaN薄层上生长重掺杂的p-InGaN薄层；
步骤4：对p-InGaN薄层进行Mg激活退火，形成样品；
步骤5：将样品表面进行处理，在样品表面光刻，形成图形；
步骤6：在样品的表面通过电子束蒸发来蒸发Ni/Au金属层；
步骤7：将多余的Ni/Au金属层剥离；
步骤8：退火形成Ni/Au合金，形成欧姆接触，完成制备。
2.根据权利要求1所述的降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触比接触电阻率的方法，其中p-GaN薄层的生长温度为800-1100℃，厚度为10-50nm。
3.根据权利要求2所述的降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触比接触电阻率的方法，其中p-GaN薄层的Mg激活退火是在纯氮气条件下采用700-900℃的高温退火，退火的时间为2-20min。
4.根据权利要求1所述的降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触比接触电阻率的方法，其中p-InGaN薄层的生长温度为600-800℃，厚度为2-20nm。
5.根据权利要求4所述的降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触比接触电阻率的方法，其中对p-InGaN薄层的Mg激活退火是在纯氮气条件下采用550-750℃的低温退火，时间为2-20min，该退火温度一定要低于p-InGaN薄层的生长温度。
6.根据权利要求1所述的降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触比接触电阻率的方法，其中对样品进行表面处理的具体过程为：丙酮超声10min；酒精超声10min；盐酸超声10min。
7.根据权利要求1所述的降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触比接触电阻率的方法，其中蒸发的Ni/Au合金中的Ni的厚度分别为10-40nm，Au的厚度为40-80nm。
8.根据权利要求1所述的降低Ni/Au与p-GaN欧姆接触比接触电阻率的方法，其中步骤8所述退火的温度为450-600℃，退火是在含氧气氛中合金化处理3-20min。
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