CN114388614B - 欧姆接触结构及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种欧姆接触结构及其制备方法与应用。所述欧姆接触结构包括：p型半导体，至少在所述p型半导体表面的指定区域分布有多个凹坑结构；金属纳米线层，其至少覆设于所述p型半导体表面的指定区域，并与所述p型半导体电性接触，且其中部分的金属纳米线填充入所述凹坑结构；以及金属网格电极，其设置在所述金属纳米线层上，并与所述金属纳米线层电性接触。本发明的欧姆接触结构欧姆接触性能优良，金属纳米线层的金属元素与p型半导体层形成合金状物质，且金属网格电极中的金属元素能与金属纳米线中的金属元素形成合金状物质，接触紧密且接触电阻更小，并且载流子的浓度增大，可减少p型半导体层与金属元素之间的接触欧姆电阻。
Description
技术领域
本发明涉及一种欧姆接触结构，特别是涉及一种欧姆接触性能优良的欧姆接触结构及其制备方法与应用，属于半导体技术领域。
背景技术
宽禁带(WBG)半导体(例如碳化硅SiC和氮化镓GaN)，被认为是下一代电力电子设备中最具潜力的材料。宽禁带的半导体具有宽禁带、高击穿、高频等优异的半导体特性，相比Si基半导体，GaN材料的击穿场强是其10余倍，这使GaN材料优越的性能在射频微波和电力电子领域有着广阔的应用前景。
上述技术方案的实现需要性能优良的欧姆接触电极作为坚实的基础。造成p-GaN晶体管性能差的一个重要因素是p-GaN器件的源极/漏极的欧姆接触质量差，由于p-GaN材料功函数较大(7.5eV)，没有合适的金属形成优异的欧姆接触；Mg掺杂的p-GaN材料空穴浓度难以提高，一直以来p-GaN材料的欧姆接触的比接触电阻率很难做到n-GaN材料的10-6～10-8Ω·cm2的水平。目前业界研发人员提出了很多种p-GaN材料常用的欧姆接触电极体系，如：Ni/Au、Cr/Au、Pt/Au、Pd/Au、Pt/Ni/Au、Pd/Ni/Au等，其比接触电阻率在10-4～10-5Ω·cm2的量级，要比n-GaN材料的接触电阻率高出1-2个数量级。因此，亟需提供一种进一步降低p-GaN接触电阻，提高欧姆接触性能的电极结构。
发明内容
本发明的主要目的在于基于目前p-GaN材料的欧姆接触电阻高的问题提出一种欧姆接触性能优良的欧姆接触结构及其制备方法，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种欧姆接触结构，包括：
p型半导体，所述p型半导体由III-V族化合物组成，并且至少在所述p型半导体表面的指定区域分布有多个凹坑结构；
金属纳米线层，所述金属纳米线层至少覆设于所述p型半导体表面的指定区域，并与所述p型半导体电性接触，且其中部分的金属纳米线填充入所述凹坑结构，所述金属纳米线层的金属与氢的结合能力大于p型半导体的掺杂金属元素与氢的结合能力；以及
金属网格电极，所述金属网格电极设置在所述金属纳米线层上，并与所述金属纳米线层电性接触。
在一些实施例中，所述凹坑结构是以惰性元素的等离子体对所述p型半导体表面的指定区域进行刻蚀形成的，所述惰性元素选自氩、氪、氙中的任意一种或多种的组合。
在一些实施例中，组成所述金属纳米线层的金属元素与所述III-V族化合物能够在指定温度条件下形成合金状物质。
进一步地，组成所述金属网格电极的金属元素与组成所述金属纳米线层的金属元素能够在指定温度条件下形成合金状物质。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种欧姆接触结构的制备方法，其包括：
（1）提供基础结构，所述基础结构包括p型半导体层；
（2）以惰性元素的等离子体至少对所述p型半导体层表面的指定区域进行刻蚀，使所述指定区域内形成多个凹坑结构；
（3）至少在所述指定区域上覆设金属纳米线层，且使其中部分的金属纳米线填充入所述凹坑结构内，其中所述金属纳米线层的金属与氢的结合能力大于p型半导体的掺杂金属元素与氢的结合能力；
（4）在所述金属纳米线层上设置金属网格电极；
（5）在指定温度条件下对所述金属纳米线层和所述金属网格电极进行退火处理，获得欧姆接触结构。
本发明实施例还提供了一种半导体器件，其包含前述的欧姆接触结构。
与现有技术相比，本发明的显著优点和有益效果至少在于：
本发明提供的制备方法先对p型半导体层表面等离子体处理形成凹坑结构，之后依次设置金属纳米线层和金属网格电极，最后退火处理，不仅可以使p型半导体层中的掺杂元素激活，还可以使金属纳米线的金属元素与p型半导体层表面合金状物质，同时，金属网格电极中的金属元素能与金属纳米线中的金属元素形成合金状物质，并且金属纳米线的金属元素的吸氢能力大于p型半导体掺杂金属元素与氢结合的能力，这样金属纳米线与p型半导体层接触时，在高温下能够将p型半导体层掺杂金属与氢的结合键（以掺杂金属Mg为例来说，掺杂金属Mg会与氢形成Mg-H键）中的H吸附到金属纳米线的金属中，这样就可以增大p型半导体层的掺杂金属（如Mg）的浓度，载流子的数量会增多，有利于减少电阻，可减少p型半导体层与金属元素之间的接触欧姆电阻，并且制得的欧姆接触结构欧姆接触性能优良，具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一典型实施案例中欧姆接触结构的制备流程示意图；
图2是本发明一典型实施案例中对基础结构进行等离子体处理之前的结构示意图；
图3是本发明一典型实施案例中对基础结构进行等离子体处理之后的结构示意图；
图4是本发明一典型实施案例中在基础结构上形成金属纳米线层的结构示意图；
图5是本发明一典型实施案例中在金属纳米线层上形成金属网格电极的结构示意图；
图6是本发明一典型实施案例中金属网格电极的俯视图。
附图标记说明：100-基础结构，101-凹坑结构，200-金属纳米线层，300-金属网格电极，301-网格结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员应当理解：其依然可以对各实施例的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供的一种欧姆接触结构包括：
p型半导体，所述p型半导体由III-V族化合物组成，并且至少在所述p型半导体表面的指定区域分布有多个凹坑结构；
金属纳米线层，所述金属纳米线层至少覆设于所述p型半导体表面的指定区域，并与所述p型半导体电性接触，且其中部分的金属纳米线填充入所述凹坑结构，所述金属纳米线层的金属与氢的结合能力大于p型半导体的掺杂金属元素与氢的结合能力；以及
金属网格电极，所述金属网格电极设置在所述金属纳米线层上，并与所述金属纳米线层电性接触。
进一步地，所述III-V族化合物包括GaN，但不限于此。
进一步地，所述P型半导体中掺杂的受主元素包括Mg、Be或Zn等，但不限于此。
在一些实施例中，所述凹坑结构是以惰性元素的等离子体对所述p型半导体表面的指定区域进行刻蚀形成的，所述惰性元素选自氩、氪、氙等中的任意一种或多种的组合。本发明刻蚀采用的是惰性的等离子体（优选氩气），由于p型半导体表面会存在一定的晶格缺陷和位错密度，使用具有较大原子直径的惰性气体（Ar气）而不是较小的原子直径的He气，等离子体能够携带更高的能量，能够对晶格缺陷或者其他具有位错的区域进行较快刻蚀，在没有缺陷的区域，刻蚀较慢，能够在欧姆接触区域形成多个小的凹坑结构。由于基础结构在运输过程中，表面的p型半导体也容易吸附空气中的氧或水汽，吸附的氧容易形成一层天然的氧化物层，增大表面的接触电阻，而吸附的水汽中的氢会和表面的p型半导体中掺杂的Mg形成Mg-H键，这样会减少Mg的浓度，减少载流子的浓度，增大电阻。本发明经过刻蚀，也能够对表面吸附的水汽以及形成-H键去除，提高Mg的浓度，增加载流子的浓度，有利于降低接触电阻。
进一步地，所述凹坑结构的宽度和深度均在50~180nm之间。
在一些实施例中，组成所述金属纳米线层的金属元素与所述III-V族化合物能够在指定温度条件下形成合金状物质。
在本发明的一些优选方案中，所述金属纳米线的材质可以是Ti、Ta等，因为Ti和Ta金属能够与III-V族化合物（如GaN）在高温下形成金属合金状物质，能够进一步防止III-V族化合物表面氧化，也能够减少接触电阻，并且Ti和Ta金属的吸氢能力大于Mg与氢结合的能力，Ti和Ta金属与p型半导体接触时，在高温下能够将p型半导体中存在的Mg-H键中的H吸附到Ti或Ta中，这样就可以增大p型半导体的Mg的浓度，载流子的数量会增多，从而有利于减少电阻。
进一步地，所述金属纳米线的尺寸在纳米级别即可，优选的，所述金属纳米线的长度在50-150nm之间，直径在5-100nm之间。
在一些实施例中，组成所述金属网格电极的金属元素与组成所述金属纳米线层的金属元素能够在指定温度条件下形成合金状物质。
进一步地，所述金属网格电极的材质包括Pt或Au等。
进一步地，所述金属纳米层的厚度为100-150nm。
进一步地，所述金属网格电极的网格孔径为500nm-1.5微米。
在一些实施例中，所述金属网格电极的厚度在200-400nm之间。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种欧姆接触结构的制备方法，其包括如下步骤：
（1）提供基础结构，所述基础结构包括p型半导体层；
（2）以惰性元素的等离子体至少对所述p型半导体层表面的指定区域进行刻蚀，使所述指定区域内形成多个凹坑结构；
（3）至少在所述指定区域上覆设金属纳米线层，且使其中部分的金属纳米线填充入所述凹坑结构内，其中所述金属纳米线层的金属与氢的结合能力大于p型半导体的掺杂金属元素与氢的结合能力；
（4）在所述金属纳米线层上设置金属网格电极；
（5）在指定温度条件下对所述金属纳米线层和所述金属网格电极进行退火处理，获得欧姆接触结构。
其中，本发明对指定区域进行刻蚀，刻蚀时有缺陷的区域会形成不规则分布的凹坑，也可以形成规则分布的凹坑结构，例如可以使用掩膜版进行刻蚀，在掩膜版开口的区域内形成凹坑结构。
在一些实施例中，组成所述金属纳米线层的金属元素与组成所述p型半导体层的III-V族化合物能够在所述指定温度条件下形成合金状物质，并且组成所述金属网格电极的金属元素与组成所述金属纳米线层的金属元素也能够在所述指定温度条件下形成合金状物质。
在一些实施例中，所述III-V族化合物包括GaN，但不限于此。
在一些实施例中，所述基础结构至少包括p型氮化镓层，在p型氮化镓层下方还可以包括衬底、N型层、有源层（发光层）等结构层，但由于本发明重点在于p型氮化镓层的欧姆接触问题，其他的层结构的形成工艺及结构不做进一步限定。本案发明人可以根据形成器件的类型不同，来设置不同结构的基础结构，如可以形成氮化镓基LED、micro LED、HEMT、功率器件或MOS晶体管等，只需要保证在所述基础结构的最上方为p型氮化镓层即可。
在一些实施例中，所述惰性元素选自氩、氪、氙中的任意一种或多种的组合。
在一些实施例中，步骤（2）具体包括：对所述基础结构的最上方的p型半导体层需要形成欧姆接触的区域进行处理，处理使用的是惰性的等离子体（如氩气），由于p型半导体层表面会存在一定的晶格缺陷和位错密度（如氮化镓的位错密度通常在104/cm2），使用具有较大原子直径的惰性气体（Ar气）而不是较小的原子直径的He气，等离子体能够携带更高的能量，能够对晶格缺陷或者其他具有位错的区域进行较快刻蚀，在没有缺陷的区域，刻蚀较慢，能够在欧姆接触区域形成多个小的凹坑结构。由于基础结构在运输过程中，表面的p型半导体也容易吸附空气中的氧或水汽，吸附的氧容易形成一层天然的氧化物层，增大表面的接触电阻，而吸附的水汽中的氢会和表面的p型半导体层中掺杂的Mg形成Mg-H键，这样会减少Mg的浓度，减少载流子的浓度，增大电阻。本发明经过刻蚀，也能够对表面吸附的水汽以及形成-H键去除，提高Mg的浓度，增加载流子的浓度，有利于降低接触电阻。
进一步地，本发明在刻蚀过程中会稍微减少表面p型半导体层的整体厚度，有缺陷的地方刻蚀速度快，没有缺陷的地方刻蚀速度慢，但这样对器件的功能不会产生影响，通过控制等离子体处理的时间可以控制刻蚀凹坑的深度，刻蚀时间在5-30s，可以在缺陷位置处形成形状不规则的凹坑结构，刻蚀的凹坑结构的宽度和深度均在50~180nm之间。
在一些实施例中，步骤（3）包括：
将金属纳米线分散于有机溶剂中形成金属纳米线分散液；
将所述金属纳米线分散液涂覆在所述p型半导体层表面的指定区域上，之后真空干燥，从而形成所述金属纳米线层。
进一步地，所述制备方法具体包括：采用旋涂的方式将搅拌均匀的金属纳米线分散液涂覆在经过前述步骤（2）处理的p型半导体层表面，然后在真空环境下烘烤，去除有机物，在p型半导体层表面形成金属纳米线层。
由于p型氮化镓在形成过程中通常在沉积过程中进行Mg元素的掺杂，而掺杂Mg元素的镁源在掺杂过程中不可避免的会形成Mg-H键，影响Mg的浓度，会使Mg的活化率降低，接触电阻变大。
因此，在本发明的一些优选方案中，所述金属纳米线可以包括Ti纳米线、Ta纳米线等，因为Ti和Ta金属能够与III-V族化合物（如GaN）在高温下形成金属合金状物质，能够进一步防止III-V族化合物表面氧化，也能够减少接触电阻，并且Ti和Ta金属的吸氢能力大于Mg与氢结合的能力，Ti和Ta金属与p型半导体层接触时，在高温下能够将p型半导体中存在的Mg-H键中的H吸附到Ti或Ta中，这样就可以增大p型半导体的Mg的浓度，载流子的数量会增多，从而有利于减少电阻。
进一步地，所述金属纳米线的尺寸在纳米级别即可，优选的，所述金属纳米线的长度限定在50-150nm之间，直径在5-100nm之间。
进一步地，所述有机溶剂可以包括异丙醇或正己烷等，但不限于此。
进一步地，由于单个的金属纳米线结构的尺寸在纳米级别，能够进入刻蚀的凹坑结构内，并且也会在p型半导体层的表面形成厚度为100~150nm的金属纳米线层。其中，过厚的金属纳米线层就意味着要涂覆很厚的金属纳米线有机悬浊液，会增大烘烤干燥的时间，而很薄的金属纳米线层可能在填充完凹坑结构之后，在p型半导体层表面会分布不均匀，对吸附Mg-H中的氢不利，所以本发明优先选择厚度为100~150nm的金属纳米线层。
在一些实施例中，步骤（4）包括：采用刻蚀、丝网印刷等中的任一种方式，形成所述的金属网格电极。
进一步地，所述金属网格电极的材质选用导电性良好且稳定性好的金属，例如可以是Pt、Au等，但不限于此。
进一步地，所述金属网格电极具有复数个网格结构，所述网格结构的形状可以包括矩形或六边形，所述网格结构的孔径为500nm~1.5µm，孔径之间的金属宽度（也就是相邻网格之间的距离）为0.1~0.8µm，金属网格电极在接触导电过程中具有多个接触点，能够使电流更均匀的注入；并且其具有网格孔径，孔径能够使LED或micro LED产生的光通过，不会对光全部遮挡，在作为焊垫区域时，能够增大焊垫的面积；即使不是发光器件，也能够提高电流注入的均匀性。
在一些实施例中，步骤（5）包括：在氮气气氛下，对所述金属纳米线层和金属网格电极进行所述的退火处理，所述退火处理的温度为400~500℃，时间为15min-1h。本发明进行退火处理的机理在于：一方面能够促进Mg离子的激活，增大载流子的迁移率，另一方面退火处理过程中能够时金属纳米线的金属元素与III-V族化合物形成表面合金状物质，接触更紧密且氮化镓不易被氧化，接触电阻更小，进一步的，在退火处理过程中金属纳米线的金属能够吸收p型半导体中的Mg-H键中的H，能够释放出更多的Mg的浓度，载流子的浓度增大，接触电阻减小。
进一步地，退火过程中，表面的金属网格电极中的金属能与下面的金属纳米线层中的金属形成合金状物质，结合紧密，也能够减少接触的电阻。但退火温度不能高于500℃，因为高于500℃时会使网格金属电极中的金属元素比如Pt或Au扩散穿过金属纳米线层，从而进入到p型半导体层中，影响III-V族化合物中的载流子的迁移率。
在一些具体实施方案中，可参阅图1所示，为了进一步减少p型氮化镓层与金属之间的接触欧姆电阻，本发明提出的欧姆接触性能优良的欧姆接触结构的制备方法包括以下步骤：
S01：提供基础结构100，所述基础结构100包括设置于最上方的p型氮化镓层，如图2所示；
S02：对所述基础结构100的p型氮化镓层进行等离子体处理，处理使用的是惰性的Ar等离子体处理，由于p型氮化镓表面会存在一定的晶格缺陷和位错密度，等离子体能够携带更高的能量，能够对晶格缺陷或者其他具有位错的区域进行较快刻蚀，在没有缺陷的区域，刻蚀较慢，能够在欧姆接触区域形成多个小的凹坑结构101，如图3所示；
S03：配置金属纳米线有机悬浊液，搅拌均匀后旋涂在步骤S02处理后的p型氮化镓层的表面，并烘干后得到金属纳米线层200，如图4所示；
S04：在所述金属纳米线层的表面形成金属网格电极300，金属网格电极可以通过刻蚀或者通过丝网印刷的方式形成，如图5所示。其中，金属网格电极的俯视图请参阅图6，其包含多个网格结构301，网格结构301可以为矩形或者六边形。
S05：对金属纳米线层200和金属网格电极300进行退火处理，退火处理在氮气气氛下进行，退火处理的温度为400~500℃。
本发明实施例的另一个方面还提供了由前述方法制备的欧姆接触结构。
相应的，本发明实施例的另一个方面还提供了一种半导体器件，其包含前述的欧姆接触结构。
进一步地，所述半导体器件可以包括半导体光电器件或半导体电子器件等。
更进一步地，所述半导体器件可以是氮化镓基LED、氮化镓基micro LED、氮化镓基HEMT器件、氮化镓基功率器件或氮化镓基MOS晶体管等，但不限于此。
如下将结合实施例及附图对本发明实施例的技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1）提供基础结构，其包括设置于最上方的p型氮化镓层；
2）对所述基础结构的p型氮化镓层进行Ar等离子体处理，Ar等离子体处理时，腔室内的压强控制在8.0×10-5托，气体流量调至30sccm，等离子体处理功率为20W，刻蚀时间为10s，在p型氮化镓层表面形成多个小的形貌不规则的凹坑结构，凹坑结构的宽度为100nm，深度为80nm；
3）将直径为60nm的Ti纳米线在异丙醇中混合均匀，形成金属纳米线有机悬浊液；将搅拌均匀的金属纳米线有机悬浊液旋涂在步骤2）处理后的p型氮化镓层的表面，然后在真空环境下烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为10min，去除有机物，在p型氮化镓表面形成厚度为100nm的金属纳米线层；
4）通过刻蚀或者通过丝网印刷的方式在所述金属纳米线层的表面形成厚度为200nm的Pt金属网格电极，其中，网格结构的形状为矩形，网格结构的孔径为800nm；
5）在氮气气氛下进行，对金属纳米线层和Pt金属网格电极进行退火处理，退火处理的温度为450℃，时间为50min，最终所获产品标记为样品12。
实施例2
1）提供基础结构，其包括设置于最上方的p型氮化镓层；
2）对所述基础结构的p型氮化镓层进行Ar等离子体处理，Ar等离子体处理时，腔室内的压强控制在8.0×10-5托，气体流量调至30sccm，等离子体处理功率为20W，刻蚀时间为5s，在p型氮化镓层表面形成多个小的形貌不规则的凹坑结构，凹坑结构的宽度为50nm，深度为50nm；
3）将直径为50nm的Ta纳米线在正己烷中混合均匀，形成金属纳米线有机悬浊液；将搅拌均匀的金属纳米线有机悬浊液旋涂在步骤2）处理后的p型氮化镓层的表面，然后在真空环境下烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为10min，去除有机物，在p型氮化镓表面形成厚度为120nm的金属纳米线层；
4）通过丝网印刷的方式在所述金属纳米线层的表面形成厚度为300nm的Au金属网格电极，其中，网格结构的形状为六边形，网格结构的孔径为500nm；
5）在氮气气氛下进行，对金属纳米线层和Au金属网格电极进行退火处理，退火处理的温度为400℃，时间为60min。
实施例3
1）提供基础结构，其包括设置于最上方的p型氮化镓层；
2）对所述基础结构的p型氮化镓层进行Ar等离子体处理，Ar等离子体处理时，腔室内的压强控制在8.0×10-5托，气体流量调至30sccm，等离子体处理功率为20W，刻蚀时间为30，在p型氮化镓层表面形成多个小的形貌不规则的凹坑结构，凹坑结构的宽度为100nm，深度为180nm；
3）将直径为150nm的Ta纳米线在异丙醇中混合均匀，形成金属纳米线有机悬浊液；将搅拌均匀的金属纳米线有机悬浊液涂覆在步骤2）处理后的p型氮化镓层的表面，然后在真空环境下烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为10min，去除有机物，在p型氮化镓表面形成厚度为150nm的金属纳米线层；
4）通过丝网印刷的方式在所述金属纳米线层的表面形成厚度为400nm的Pt金属网格电极，其中，网格结构的形状为六边形，网格结构的孔径为1.5µm；
5）在氮气气氛下进行，对金属纳米线层和Pt金属网格电极进行退火处理，退火处理的温度为500℃，时间为15min。
实施例4
本实施例与实施例1之比，区别在于：步骤2）中，使用掩膜版刻蚀形成均匀凹坑。
以上实施例中，对金属纳米线有机悬浊液的浓度范围不做限定，只要是旋涂金属纳米线有机悬浊液并挥发掉其中的有机溶剂之后，剩下的金属纳米线能够形成金属纳米线层即可。实施例中的涂覆可以进行涂覆多次，以期望达到预定厚度的金属纳米线层。
以上实施例中采用的刻蚀或者通过丝网印刷的方式可以是业界技术领域人员熟知的技术。
对比例1
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤2）的p型氮化镓的等离子体处理，未进行步骤3），不包含金属纳米线层，最终所获产品标记为样品1。
对比例2
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤2）的p型氮化镓的等离子体处理，未进行步骤3），不包含金属纳米线层，未进行步骤5）的退火处理，最终所获产品标记为样品2。
对比例3
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤2）的p型氮化镓的等离子体处理，未进行步骤4），不包含金属网格电极，最终所获产品标记为样品3。
对比例4
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤2）的p型氮化镓的等离子体处理，未进行步骤4），不包含金属网格电极，未进行步骤5）的退火处理，最终所获产品标记为样品4。
对比例5
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤2）的p型氮化镓的等离子体处理，最终所获产品标记为样品5。
对比例6
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤2）的p型氮化镓的等离子体处理，未进行步骤5）的退火处理，最终所获产品标记为样品6。
对比例7
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤4），不包含金属网格电极，最终所获产品标记为样品7。
对比例8
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤4），不包含金属网格电极，未进行步骤5）的退火处理，最终所获产品标记为样品8。
对比例9
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤3），不包含金属纳米线层，最终所获产品标记为样品9。
对比例10
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤3），不包含金属纳米线层，未进行步骤5）的退火处理，最终所获产品标记为样品10。
对比例11
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未进行步骤5）的退火处理，最终所获产品标记为样品11。
本案发明人选取实施例1、对比例1-11所获产品来对比比接触电阻（Ω·cm2）的大小，结果如表1所示。其中，以上实施例1、对比例1-11中，为了控制单一变量，不同样品之间保证单一变量的不同，其他的结构或厚度或温度均相同。
表1实施例1、对比例1-11所获产品的比接触电阻
| 样品序号 | 比接触电阻（Ω·cm<sup>2</sup>） |
| 1 | 7×10<sup>-4</sup> |
| 2 | 2.5×10<sup>-2</sup> |
| 3 | 3×10<sup>-4</sup> |
| 4 | 8×10<sup>-2</sup> |
| 5 | 3×10<sup>-5</sup> |
| 6 | 1×10<sup>-2</sup> |
| 7 | 1×10<sup>-5</sup> |
| 8 | 1.5×10<sup>-2</sup> |
| 9 | 8×10<sup>-6</sup> |
| 10 | 1×10<sup>-2</sup> |
| 11 | 8×10<sup>-5</sup> |
| 12 | 2×10<sup>-7</sup> |
通过以上实施例1、对比例1-11的对比，可以得出：所有没有经过退火处理的样品会明显比经过退火处理的样品的比接触电阻率大2-3个数量级，这是因为退火能够对掺杂的载流子激活，能够降低接触电阻；而综合对比p型氮化镓层表面经过等离子体处理和没有经过等离子体处理的样品，经过等离子体处理的表面会降低比接触电阻率，这是因为等离子体处理表面之后除了进一步增大电极的接触面之外，还能够提高接触性能，降低比接触电阻率；而通过横向对比形成金属层（纳米金属线层）和形成金属网格电极的接触电阻，可以发现，形成金属网格电极的样品会比形成金属层（纳米金属线层）的样品的比接触电阻小，这是因为金属网格电极的接触点较多，电流注入时电子分布均匀，能够降低接触电阻；而在p型氮化镓层表面等离子体处理之后，既形成纳米金属线层，又形成金属网格电极的结构中，比接触电阻可以达到10-7数量级，比传统的金属层的10-4-10-5数量级的电阻小2~3个数量级。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
综上所述，本发明的欧姆接触结构欧姆接触性能优良，金属纳米线层的金属元素与p型半导体层形成合金状物质，且金属网格电极中的金属元素能与金属纳米线中的金属元素形成合金状物质，载流子的浓度增大，可减少p型半导体层与金属元素之间的接触欧姆电阻，具有广泛的应用前景。
对于本领域的技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有拜年话囊括在本发明。不应将权利要求的任何附图标记视为限制涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种欧姆接触结构，其特征在于，包括：
p型半导体，所述p型半导体由III-V族化合物组成，并且至少在所述p型半导体表面的指定区域分布有多个形貌不规则的凹坑结构，所述凹坑结构利用惰性元素等离子体处理过程中，无需使用掩膜，在III-V族化合物的缺陷和位错处形成；
金属纳米线层，所述金属纳米线层至少覆设于所述p型半导体表面的指定区域，并与所述p型半导体电性接触，且其中部分的金属纳米线填充入所述凹坑结构，所述金属纳米线层的金属与氢的结合能力大于p型半导体的掺杂金属元素与氢的结合能力，所述金属纳米线层为金属纳米线分散液在真空环境下干燥后形成；以及
金属网格电极，所述金属网格电极设置在所述金属纳米线层上，并与所述金属纳米线层电性接触。
2.根据权利要求1所述的欧姆接触结构，其特征在于：所述惰性元素选自氩、氪、氙中的任意一种或多种的组合；
和/或，所述凹坑结构的宽度和深度在50-180nm之间。
3.根据权利要求1所述的欧姆接触结构，其特征在于：组成所述金属纳米线层的金属元素与所述III-V族化合物能够在指定温度条件下形成合金状物质；
和/或，组成所述金属网格电极的金属元素与组成所述金属纳米线层的金属元素能够在指定温度条件下形成合金状物质；
和/或，所述III-V族化合物包括GaN；
和/或，所述p型半导体中掺杂的受主元素包括Mg、Be或Zn；
和/或，所述金属纳米线的材质包括Ti、Ta中的任意一种或多种的组合；
和/或，所述金属网格电极的材质包括Pt或Au。
4.根据权利要求1所述的欧姆接触结构，其特征在于：所述金属纳米线层的厚度为100-150nm；和/或，所述金属网格电极的网格孔径为500nm-1.5微米；和/或，所述金属网格电极的厚度为200-400nm。
5.一种欧姆接触结构的制备方法，其特征在于，包括：
（1）提供基础结构，所述基础结构包括p型半导体层；
（2）以惰性元素的等离子体至少对所述p型半导体层表面的指定区域进行刻蚀，使所述指定区域内形成多个凹坑结构；
（3）至少在所述指定区域上覆设金属纳米线层，且使其中部分的金属纳米线填充入所述凹坑结构内，其中所述金属纳米线层的金属与氢的结合能力大于p型半导体的掺杂金属元素与氢的结合能力；
（4）在所述金属纳米线层上设置金属网格电极；
（5）在指定温度条件下对所述金属纳米线层和所述金属网格电极进行退火处理，获得欧姆接触结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述惰性元素选自氩、氪、氙中的任意一种或多种的组合，所述凹坑结构的宽度和深度在50-180nm之间；
和/或，组成所述金属纳米线层的金属元素与组成所述p型半导体层的III-V族化合物能够在所述指定温度条件下形成合金状物质，并且组成所述金属网格电极的金属元素与组成所述金属纳米线层的金属元素也能够在所述指定温度条件下形成合金状物质，所述III-V族化合物包括GaN。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）包括：
将金属纳米线分散于有机溶剂中形成金属纳米线分散液；
将所述金属纳米线分散液涂覆在所述p型半导体层表面的指定区域上，之后真空干燥，从而形成所述金属纳米线层；
所述金属纳米线包括Ti纳米线和/或Ta纳米线；
所述有机溶剂包括异丙醇或正己烷；
和/或，所述金属纳米线层的厚度为100-150nm。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）包括：采用刻蚀、丝网印刷中的任一种方式形成所述的金属网格电极；
和/或，所述金属网格电极的材质包括Pt或Au；
和/或，所述金属网格电极的网格孔径为500nm-1.5微米；
和/或，所述金属网格电极的厚度为200-400nm；
和/或，步骤（5）包括：在氮气气氛下，对所述金属纳米线层和金属网格电极进行所述的退火处理，所述退火处理的温度为400-500℃，时间为15min-1h。
9.一种半导体器件，其特征在于，包含权利要求1-4中任一项所述的欧姆接触结构。
10.根据权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：所述半导体器件包括半导体光电器件或半导体电子器件。
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