一种低比接触电阻率的p型III-V族半导体材料与导电电极欧姆接触的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低比接触电阻率的p型III

【技术实现步骤摘要】
一种低比接触电阻率的p型III
‑
V族半导体材料与导电电极欧姆接触的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种具有低比接触电阻率的p型III
‑
V族半导体材料与导电电极欧姆接触的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料已经在许多重要的领域有大量的应用，例如半导体激光器、预警机雷达、快速充电器等。许多半导体器件都是由n型和p型半导体组成，而与外界电路的连接还需要使用接触电极。通常来说，需要调整电极的制备工艺来保证欧姆接触。良好的欧姆接触，有利于降低串联电阻，从而在大电流工作状态下减少接触界面的热量累积。如果接触不良，接触电阻较大，容易累积热量烧坏器件。因此良好的欧姆接触是提高III
‑
V族半导体器件寿命和工作性能的重要指标之一。
[0003]由于III
‑
V族半导体材料和金属等导电电极材料的功函数差异，常常会在接触的界面形成接触势垒，而接触势垒的存在会阻碍载流子的输运，增加了接触电阻，降低了器件的电学性能。以p
‑
GaN为例来说，制备具有较低比接触电阻率的电极一直以来都比较困难，造成这种困难的原因主要有几方面：首先是p
‑
GaN功函数较高，几乎找不到与之匹配功函数的金属材料；其次，p
‑
GaN提高掺杂浓度困难，并且空穴载流子的激活也很困难，因此很难获得高于10
19
/cm3的空穴浓度；再次，p
‑<br/>GaN常常具有高密度的表面态，从而形成费米能级的钉扎，不利于制备欧姆接触的导电电极。为了降低比接触电阻率，常见的解决方案，主要围绕以下几个方面入手：1)选择功函数更接近的金属，并进行合金化处理，从而降低界面势垒；2)制备一个重掺的接触层，提高载流子浓度，从而减薄界面势垒，让载流子可以隧穿通过；3)通过表面处理手段，降低界面势垒或者修复表面态；4)增加界面缺陷能级密度，使用深能级缺陷辅助载流子隧穿。
[0004]针对p
‑
GaN高质量欧姆接触制备困难的问题，国内外研究者提出了多种改善的方案。针对电极材料选择的优化方向，有多个专利可以参考。例如日本日亚公司专利《具有欧姆电极的氮化镓系III
‑
V族化合物半导体器件及其制造方法》(专利公告号1102507)提供了一种使用Ni/Au电极制备欧姆接触电极的方法；上海北大蓝光专利《低阻p型GaN基材料欧姆接触制备方法》(专利号ZL02155062.X)提出了一种用氧等离子体处理Ni/Au电极从而降低接触电阻的方法。这些针对电极材料选择和处理方法的技术，对最终获得较低接触电阻的影响相对较小，而影响更大的是接触的半导体材料本身的载流子浓度。因此有另一类重要的技术是针对提高半导体材料载流子浓度的，例如专利《一种p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法》(申请号201410520243.8)提出了一种制备重掺接触层的方法，通过适当的激活条件来提高半导体侧的载流子浓度。但是如我们所知，MOCVD(金属有机物化学气相沉积)生长p
‑
GaN过程中重掺Mg是困难的，普通方法很难超过10
20
/cm3，并且由于Mg离子的受主激活能较高，且容易和H离子形成离子对使得Mg的激活率较低，通常低于10％，并且高掺杂下的自补偿效应使得激活率进一步降低，因而载流子浓度很难超过10
19
/cm3，不利于欧姆接触电
极的制备。专利《一种低比接触电阻率的p
‑
GaN欧姆接触电极及其制备方法和应用》(申请号201910943294.4)中使用的方法是用离子注入的方法注入大剂量的Mg离子，从而减少Mg
‑
H复合对的形成，提高Mg的激活率。该方法的缺点是高能大剂量的离子注入会产生表面损伤，使得界面附近半导体材料晶体质量下降，缺陷散射增加，导电性能下降。并且离子注入需要依赖专门的设备，增加了工艺步骤，设备成本和制造时间成本都有所增加，不利于降低生产成本和提高生产效率。在针对半导体材料表面进行处理来提高接触效果的方面，有专利《一种实现金属与p型GaN之间低阻欧姆接触的方法》(申请号201911198532.X)提出使用F等离子体进行表面处理，可以利用F离子强电负性修复界面态，使得费米能级退钉扎，从而降低接触电阻。也有专利《一种GaN器件欧姆接触的改良方法》(申请号201910095568.9)提出使用适当剂量的质子辐照半导体材料来降低表面势垒，从而提高接触性能。但是这两种方法都需要依赖专门的设备，增加了工艺步骤，不利于降低生产成本和提高生产效率。
[0005]因此对于以GaN为代表的III
‑
V族氮化物半导体材料，p型电极接触的比接触电阻率通常&gt;10
‑3Ω
·
cm2，而业内普遍认为，比接触电阻率需要达到10
‑4Ω
·
cm2量级或者更低才能保证良好的电学性能。然而目前还是缺少生产制备效率高并且不增加成本的低比接触电阻率欧姆接触电极的制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的旨在解决p
‑
GaN与导电电极之间低比接触电阻率欧姆接触制备的困难，同时不增加生产工序和生产成本。p电极的欧姆接触对于Ⅲ/
Ⅴ
族氮化物半导体器件的电学性能非常关键。由于p
‑
GaN本身的特点，使得很多器件的瓶颈都在p区，例如p区具有高的串联电阻、高的接触电阻、高的发热量等。很明显，高质量的欧姆接触能够有效的减少整体的串联电阻，同时会减少p区的功率消耗和发热量，从而提高器件的效率和寿命。而欧姆接触的关键是接触层的制备方法。本专利技术的核心是通过改进接触层的制备方法，再配合适当的电极材料，可以获得低于10
‑4Ω
·
cm2的比接触电阻率。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种低比接触电阻率的p型III
‑
V族半导体材料与导电电极欧姆接触的制备方法，采用delta掺杂技术生长重掺杂接触层。
[0009]进一步地，所述采用delta掺杂技术生长重掺杂接触层，是在采用MOCVD工艺生长p型III
‑
V族半导体材料的过程中进行一次或多次的delta掺杂操作。
[0010]进一步地，所述采用delta掺杂技术生长重掺杂接触层，掺杂的元素为Mg，在接触层中Mg的平均掺杂浓度为10
20
/cm3以上。
[0011]进一步地，接触层的生长速率控制在5～15nm/min，生长温度控制在700～900℃。
[0012]进一步地，在开始生长接触层后，先常规生长0～5nm后，开始进行第一次delta掺杂生长，然后进行周期性的delta掺杂生长，两次delta掺杂之间的间隔厚度为1～10nm，更优的间隔厚度为1～3nm。
[0013]进一步地，进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低比接触电阻率的p型III
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V族半导体材料与导电电极欧姆接触的制备方法，其特征在于，采用delta掺杂技术生长重掺杂接触层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用delta掺杂技术生长重掺杂接触层，是在采用MOCVD工艺生长p型III
‑
V族半导体材料的过程中进行一次或多次的delta掺杂操作。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用delta掺杂技术生长重掺杂接触层，掺杂的元素为Mg，Mg的平均掺杂浓度为10
20
/cm3以上。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接触层的生长速率控制在5～15nm/min，生长温度控制在700～900℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在开始生长接触层后，先常规生长0～5nm后，开...

【专利技术属性】
技术研发人员：付建波，宗华，蒋盛翔，
申请(专利权)人：广西飓芯科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：