CN106252216A - 采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法，其步骤为：首先对氮化镓材料进行清洗去除表面污染及有机残留等，随后采用准分子激光进行辐照，通过掩膜版形成辐照图形，利用溅射或蒸发的方法在辐照图形上覆盖一层金属电极。电学测试结果表明，激光辐照后形成的电极具有良好的欧姆接触特性。与其它方法相比，本发明方法具有操作步骤简单，制作速度快，激光参数精确可控，无需高温退火等优点，可用于GaN基材料的各类器件的欧姆接触制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法,属于半导体材料领域。
背景技术
氮化镓（GaN）基材料作为第三代宽禁带半导体材料，具有许多优异的性能，例如其禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、热导率高等优点，在蓝紫光发射、高温、超高频、大功率等许多电力电子领域有着广阔的应用前景。半导体器件一般用金属电极输入或输出电流，这就要求在金属和半导体之间形成良好的欧姆接触，然而，目前GaN材料与金属间形成欧姆接触还有一些技术难题没有完全解决。
要实现欧姆接触，不考虑表面态的影响，若金属功函数Wm＜半导体功函数Ws，金属和N型半导体接触可以形成反阻挡层，而Wm＞Ws时，金属和P型半导体接触也能形成反阻挡层，反阻挡层没有整流作用。由此看来，选择合适的金属电极，就能得到欧姆接触。然而，大多数半导体材料都有很高的表面态密度，无论是N型材料还是P型材料与金属接触都形成势垒，而与金属功函数关系不大。
目前，金属与氮化镓材料接触获得高质量的欧姆接触的方法主要有电极金属的选择、氮化镓表面预处理、材料极化等。2013年，赵德刚等人在P-GaN表面镀Ni/Au电极，退火温度500℃，在氮氧气氛中退火，得到比接触电阻率为7.65×10-4Ω·cm2（Acta Phys. Sin.Vol. 62, No.20(2013) 206801）。S. Lee 等利用Al-Mg合金Ag/Ru与P-GaN形成接触电阻，450℃空气中退火，电阻率最低达到8.59×10-6Ω·cm2（Appl Phys Lett,2007, 91(22):2115）。Son 等人研究了150nm、5%（质量分数）Cu的Ag-Mg合金和/Ag/Ru与P-GaN形成接触电阻，在400℃空气中退火，得到最低接触电阻率为8.6×10-6Ω·cm2(Appl Phys Lett,2007,90(1):2106)。
上述各种方法虽然可以相对减小接触电阻率，但是得到的比接触电阻仍然很大，严重影响氮化镓基器件的性能，并且上述方法工艺复杂，步骤繁琐，结果不可控，成本高等劣势明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、以氮化镓外延片作为辐照样品，辐照前将氮化镓外延片分别在丙酮溶剂、酒精溶剂和去离子水中进行清洗，干燥；
（2）、设置激光光路系统，将步骤（1）处理过的氮化镓外延片固定在激光光路系统的工作台上；
（3）、利用准分子激光光源，在不同的环境气氛中辐照氮化镓外延片，通过掩膜版形成改性图形；
（4）、 在步骤（3）处理的氮化镓外延片上覆盖上掩膜板，用溅射或蒸发的方法在改性过的样品表面沉积金属电极。
在上述步骤（3）中所用的激光波长为157nm、193nm、248nm或者308nm。
在上述步骤（3）中所述的环境气氛是真空、标准大气、氮气、氩气或者氧气气氛。
在上述步骤（4）所用的金属电极为Ni电极、Ni/Au电极或者Ti/Al/Ni/Au电极。
本发明的优点在于：
1、操作步骤简单，制作速度快，激光参数精确可控；
2、无需高温退火，拓宽了应用范围；
3、经激光辐照改性后，氮化镓的欧姆接触特性改善明显。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的制备过程图。
图2为未用激光处理氮化镓样品的电流电压曲线图。
图3为用激光辐照氮化镓样品后的电流电压曲线图。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。此实施例仅用于说明本发明的目的，其不以任何方式限制本发明的范围。
选取氮化镓外延片作为辐照样品，样品辐照前，使用丙酮、乙醇及去离子水分别超声清洗10分钟，用氮气枪吹干，如制备过程图的步骤1和2所示。
设置激光光路，将清洗后的样品放置在工作台上，样品台置于空气中。
选取波长为248nm的准分子激光器作为激光光源，激光脉宽20ns，能量密度4.75J/cm2，脉冲数10，频率1Hz。
开启激光器，激光辐照到样品上，如制备过程图的步骤3所示。
将掩膜板固定在辐照后的样品表面，采用磁控溅射的方法在样品表面沉积Ni金属电极，如制备过程图的步骤4所示。
对经上述步骤得到的样品进行电学测试，得到辐照区域和未辐照区域的电流—电压曲线。结果表明未辐照区域形成的电极存在整流特性，未形成欧姆接触，如图2所示；而辐照后样品不存在整流特性，形成良好的欧姆接触，如图3所示。
Claims (6)
1.一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、以氮化镓外延片作为辐照样品，辐照前将氮化镓外延片分别在丙酮溶剂、酒精溶剂和去离子水中进行清洗，干燥；
(2)、设置激光光路系统，将步骤（1）处理过的氮化镓外延片固定在激光光路系统的工作台上；
(3)、利用准分子激光光源，在不同的环境气氛中辐照氮化镓外延片，通过掩膜版形成改性图形；
(4)、在步骤（3）处理的氮化镓外延片上覆盖上掩膜板，用溅射或蒸发的方法在改性过的样品表面沉积金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法，其特征在于：所述的氮化镓外延片表层为N型氮化镓、P型氮化镓或者未掺杂的本征氮化镓。
3.根据权利要求1所述的一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法，其特征在于：所述的激光波长为157nm、193nm、248nm或者308nm。
4.根据权利要求1-3中的任一权利要求所述的一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法，其特征在于：所述的环境气氛是真空、标准大气、氮气、氧气或者氩气。
5.根据权利要求1-3中的任一权利要求所述的一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法，其特征在于：所述的金属电极为Ni电极、Ni/Au电极或者Ti/Al/Ni/Au电极。
6.根据权利要求4所述的一种采用激光辐照氮化镓外延片提高其欧姆接触特性的方法，其特征在于：所述的金属电极为Ni电极、Ni/Au电极或者Ti/Al/Ni/Au电极。
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