一种氧化镓器件用欧姆接触复合电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化镓器件用欧姆接触复合电极及其制备方法，实现与氧化镓材料形成欧姆接触的复合电极，与氧化镓材料形成欧姆接触的复合电极结构采用低阻复合中间层

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镓器件用欧姆接触复合电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种实现与氧化镓(Ga2O3)材料形成欧姆接触的复合电极制备方法，属于半导体材料制造工艺


技术介绍

[0002]氧化镓(Ga2O3)是一种新型直接带隙半导体材料，它具有超宽禁带，禁带宽度可达约4.9eV，在可见光乃至深紫外光区域内都有很高的透过率，平均透过率可以达到80％以上，因此常常适用于日盲紫外光电探测器，透明导电薄膜领域。同时它的击穿电压为8MV/cm，是Si的20多倍，SiC和GaN的2倍以上，它还具有大的巴利加优值，几乎为SiC的10倍，这意味着Ga2O3基功率器件具有更小导通损耗和更高的功率转换效率，因此它在高功率器件领域有广阔应用前景。
[0003]在半导体器件的实际应用中，金属与半导体之间接触电阻的大小直接影响半导体器件的输出功率、噪声频率特性及热稳定性。因此，如何制备具有低比接触电阻和高稳定特性的欧姆接触，成为Ga2O3器件工艺技术中的一个关键。对于高阻的氧化镓材料而言，很难获得良好的欧姆接触。目前Ti/Au多金属叠层电极仍是实现氧化镓材料欧姆接触最常用的电极，其机理是Ti层与Ga2O3表面的氧结合，使得Ga2O3表面形成大量氧空位浓度，起到施主的作用，有效降低Ga2O3与电极接触的势垒宽度，载流子隧道贯穿的几率增加，促使其能与电极形成较好的欧姆接触。但这样的多层金属叠层电极容易在合金化过程中产生一些不好的影响，如由于强界面反应而导致的表面结构退化和表面粗糙化，影响到器件的电学性能和可靠性。针对这些问题，为改善Ga2O3材料电极接触特性，我们提出一种新的复合电极结构，通过引入低电阻的半导体中间层，促进Ga2O3与电极形成好的欧姆接触。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种氧化镓器件用欧姆接触复合电极及其制备方法，能与氧化镓材料形成欧姆接触的复合电极结构，让其在电子器件的应用中能发挥更为优异的性能。本专利技术采用新的复合电极结构，通过引入低电阻的半导体中间层，促进Ga2O3与电极形成好的欧姆接触。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种氧化镓器件用欧姆接触复合电极，采用低阻复合中间层
‑
金属电极的组合形式，与氧化镓材料形成欧姆接触的复合电极结构，整体依次由氧化镓材料、低阻掺杂氧化镓中间层、低阻氧化物半导体中间层和金属电极四部分进行层叠组装而成。其中氧化镓材料包括单晶、多晶以及非晶氧化镓。所述复合电极引入由低阻掺杂氧化镓薄膜和低阻氧化物半导体薄膜组成的低阻复合中间层，减少界面的影响，实现对氧化镓材料更好更稳定的欧姆接触，使氧化镓器件的电学性能更加可靠。
[0007]上述低阻掺杂氧化镓中间层优选掺杂Ta,V中的任意一种元素。
[0008]优选电阻率不高于2Ω
·
cm，载流子浓度不低于10
17
cm
‑3的掺杂氧化镓薄膜做中间
层。
[0009]优选采用磁控溅射法生长掺杂氧化镓中间层，按照靶材所含杂质浓度比例作为靶材纯度的计算方法，优选氧化镓纯度为99.99％，掺杂元素含量不高于10at.％的靶材。
[0010]优选电阻率不高于0.02Ω
·
cm，载流子浓度不低于10
19
cm
‑3的氧化物半导体薄膜做低阻氧化物半导体中间层，进一步优选掺杂B元素和Ga元素的ZnO(BGZO)薄膜做低阻氧化物半导体中间层。
[0011]优选采用磁控溅射法生长低阻氧化物半导体中间层，按照靶材所含杂质浓度比例作为靶材纯度的计算方法，优选纯度不低于99.99％的氧化物半导体材料作为靶材。
[0012]按照材料所含杂质浓度比例作为金属材料纯度的计算方法，优选纯度不低于99％的高纯金属作为靶材，采用真空蒸发或电子束蒸发沉积金属电极。
[0013]优选制备上述金属电极的金属靶材至少为金、钛、铝或铬中的任意一种金属。
[0014]优选上述掺杂氧化镓中间层厚度为1～100nm；优选上述低阻氧化物半导体中间层厚度为1～200nm，优选上述金属电极厚度为1～200nm。
[0015]一种本专利技术氧化镓器件用欧姆接触复合电极的制备方法，包括如下步骤：
[0016](1)低阻掺杂氧化镓中间层的制备
[0017]采用磁控溅射的方法，在纯氧化镓上生长掺杂氧化镓中间层薄膜。选取含掺杂元素的氧化镓靶材，其中氧化镓纯度≥99.99％；溅射腔体的本底真空为≤10
‑6Torr，衬底温度100～900℃，往腔体内充入高纯氩气，控制溅射气压为10
‑3～10
‑2Torr，溅射功率为10～200W，托盘可旋转，控制生长厚度1～100nm，制备工艺结束后，使薄膜进行自然冷却至室温，取出即得到低阻掺杂氧化镓中间层；
[0018](2)低阻氧化物半导体中间层的制备
[0019]在所述步骤(1)中制备的掺杂氧化镓中间层上生长低阻氧化物半导体中间层；选用BGZO薄膜做该中间层，选取掺杂B元素和Ga元素的ZnO靶材，其中ZnO纯度为99.99％，掺杂0.1～1wt.％B2O3和1～1.9wt.％Ga2O3；溅射腔体的本底真空为≤10
‑6Torr，往腔体内充入高纯氩气，控制溅射气压为10
‑3～10
‑2Torr，溅射功率为10～200W，托盘可旋转，控制生长厚度1～200nm，制备工艺结束后，取出即得到低阻氧化物半导体中间层；
[0020](3)金属电极的制备
[0021]在所述步骤(1)和(2)中制备的低阻复合中间层上生长金属电极，按照材料所含杂质浓度比例作为金属材料纯度的计算方法，选取纯度为99～99.9999％的高纯金属作为靶材；采用电子束蒸发沉积方法，在低阻中间层上生长一层厚度为1～200nm的金属电极，从腔体中取出，获得氧化镓器件用欧姆接触复合电极。
[0022]优选生长温度为室温。本专利技术采用物理制备工艺，使用射频磁控法和电子束蒸发沉积法，相比其他生长工艺操作简单、成本更低、可大面积制备、批量生长可行性高。
[0023]作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(1)中，溅射腔体的本底真空为10
‑7Torr，衬底温度700℃，往腔体内充入高纯氩气，控制溅射气压为6
×
10
‑3Torr，溅射功率为150W，控制托盘旋转的速率为5rad/min，控制厚度50nm，制备工艺结束后，使薄膜进行自然冷却至室温，取出即得到掺杂氧化镓中间层。
[0024]作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(2)中，溅射腔体的本底真空为10
‑7Torr，往腔体内充入高纯氩气，控制溅射气压为6
×
10
‑3Torr，溅射功率为150W，控制托盘旋转的速
率为5rad/min，控制厚度100nm，制备工艺结束后，取出即得到低阻氧化物半导体中间层。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓器件用欧姆接触复合电极，其特征在于：采用低阻复合中间层
‑
金属电极的组合形式，与氧化镓材料形成欧姆接触的复合电极结构，整体依次由氧化镓材料、低阻掺杂氧化镓中间层、低阻氧化物半导体中间层和金属电极四部分进行层叠组装而成。2.根据权利要求1所述的氧化镓器件用欧姆接触复合电极，其特征在于：所述复合电极适用范围不受限于氧化镓的晶型，可用于单晶、多晶以及非晶氧化镓。3.根据权利要求1所述的氧化镓器件用欧姆接触复合电极，其特征在于：低阻掺杂氧化镓中间层优选掺杂Ta,V中的任意一种元素。4.根据权利要求1所述的氧化镓器件用欧姆接触复合电极，其特征在于：采用电阻率不高于2Ω
·
cm，载流子浓度不低于10
17
cm
‑3的掺杂氧化镓薄膜做中间层。5.根据权利要求1所述的氧化镓器件用欧姆接触复合电极，其特征在于：采用磁控溅射法生长掺杂氧化镓中间层，按照靶材所含杂质浓度比例作为靶材纯度的计算方法，氧化镓纯度不低于99.99％，掺杂元素含量不高于10at.％的靶材。6.根据权利要求1所述的氧化镓器件用欧姆接触复合电极，其特征在于：采用电阻率不高于0.02Ω
·
cm，载流子浓度不低于10
19
cm
‑3的氧化物半导体薄膜做低阻氧化物半导体中间层。7.根据权利要求1所述的氧化镓器件用欧姆接触复合电极，其特征在于：掺杂氧化镓中间层厚度为1～100nm；低阻氧化物半导体中间层厚度为1～200nm，金属电极厚度为1～200nm。8.一种氧化镓器件用欧姆接触复合电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)低阻掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世琳，王梦倩，黄浩斐，邓洁，刘尊，龚恒玥，贺新柳，唐可，黄健，王林军，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：