一种在GaN基器件的表面上形成电极结构的方法与流程

一种在gan基器件的表面上形成电极结构的方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种在gan基器件的表面上形成电极结构的方法。


背景技术：

2.现有技术中，在gan(氮化镓)基器件的表面上形成电极结构的常规方法如下：
3.在gan基器件的表面上依序形成ti、al、ni、au层，以此形成复合金属层；
4.将对ti/al/ni/au复合金属层进行退火，从而使ti/al/ni/au复合金属层被构成为gan基器件的电极结构。其中，ti层是势垒层金属，与gan形成tin，形成n空位，有利于形成欧姆接触，al层用于防止ga原子向外扩散，ni层和au层属于保护层。
5.但是，通过上述方法形成电极结构后的gan基器件的良率不高。其原因是，在复合金属层的退火过程中所产生的高温(一般是800℃左右)会影响到gan基器件。例如：黄光氮化镓基led多量子阱结构具有高in组分的情况下，退火过程中所产生的高温会使in原子容易出现相分离，从而影响了黄光氮化镓基led器件的性能。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种在gan基器件的表面上形成电极结构的方法，以对应现有技术中的不足。
7.针对上述的现有技术中的不足，本发明采用了如下的技术方案：
8.在本发明的一方面提供了一种在gan基器件的表面上形成电极结构的方法，所述方法仅包括：
9.在gan基器件的表面上生长石墨烯层；
10.在所述石墨烯层上形成单质金属层。
11.优选地，所述单质金属层为图形化的单质金属层。
12.优选地，所述单质金属层的图形化过程具体包括：
13.在所述石墨烯层上涂覆光刻胶；
14.对所述光刻胶进行图案化，以形成光刻胶图案层；
15.在所述光刻胶图案层上沉积单质金属层；
16.剥离所述光刻胶图案层和其上方的单质金属层，以此形成图形化的单质金属层。
17.优选地，在所述gan基器件的表面上生长所述石墨烯层时，所述石墨烯层中形成有结构缺陷，将所述结构缺陷做为漏电通道，使所述gan基器件与所述石墨烯层之间形成欧姆接触。
18.优选地，所述石墨烯层的生长方法为pecvd工艺。
19.优选地，所述石墨烯层的生长温度为400℃～600℃。
20.优选地，所述单质金属层的生长方法为电子束蒸发工艺。
21.优选地，所述单质金属层为au、ni、cu、ag中的一种。
22.优选地，所述单质金属层的厚度为50nm～150nm。
23.在本发明的另一方面提供了一种gan基器件的电极结构，所述电极结构通过上述的在gan基器件的表面上形成电极结构的方法来形成。
24.针对现有技术中的复合金属层退火过程中所产生的高温对于gan基器件本身的伤害的问题，本发明中在gan基器件的表面上生长石墨烯层，在所述石墨烯层的生长过程中，会在所述石墨烯层中形成大量的结构缺陷，将该结构缺陷作为有效漏电通道，使gan基器件与石墨烯层之间具有良好的欧姆接触，并且在该石墨烯层上形成单质金属层作为保护层来保持电极结构的完整性。本发明所公开的在gan基器件的表面上形成电极结构的方法的实施过程中并没有复合金属层的退火工序，以此避免了现有技术中复合金属层退火过程的高温对于gan基器件本身的伤害。
25.此外，本发明的工序仅仅是在gan基器件的表面上形成石墨烯层和在该石墨烯层上形成金属保护层的步骤。与现有的在gan基器件的表面上形成ti/al/ni/au复合金属层的方案相比，本发明的技术方案减少了较多的工序流程，如多个金属层的形成过程以及复合金属层的退火过程，从而减少了gan基器件暴露在高温环境中的时长，以此降低了gan基器件因高温导致的性能低下的可能性。
26.进一步地，本发明简化了在gan基器件的表面上形成电极结构的工序，在一定程度上能够缩短gan基器件的成品制作时间，因而带来了提高gan基器件的产能的效果。
附图说明
27.图1a和图1b为采用本发明实施例的方法在gan基器件的表面上形成电极结构的流程图；
28.图2a至图2d为采用优化的本发明实施例的方法在gan基器件的表面上形成电极结构的流程图；
具体实施方式
29.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
30.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
31.为了易于描述，可在此使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“下面的”、“在
……
上方”和“上面的”等的空间相对术语来描述如附图中示出的一个元件或者特征与另外的元件或者特征的关系。将理解的是，空间相对术语除了包含在附图中描绘的方位之外，它还意图包含装置在使用或者操作中的不同的方位。例如，如果附图中的装置被翻转，那么被描述为“在”其它元件或特征“下方”或者“之下”的元件随后将定位于“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可包含上方和下方两种方位。装置可另外定位(旋转90度或在其它方位处)，并相应地解释在此使用的空间相对描述语。
32.本实施例提供了一种在gan基器件的表面上形成电极结构a的方法，所述方法只包
括如下步骤：
33.步骤s1、如图1a所示，在gan基器件1的表面上生长石墨烯层2。具体地，利用pecvd工艺在所述gan基器件1的表面生长石墨烯层2，其中，所述石墨烯层2的生长温度为400℃～500℃，压强在10pa～200pa范围内，沉积速率为5～20层/小时。在这里需要说明的是，所谓的gan基器件1是指，以gan为主要材料的半导体器件。例如：由gan材料构成的发光二极管、晶体二极管、双极型晶体管、场效应晶体管或者是半导体光学器件，也就是说，本步骤中石墨烯层2可以生长在上述举例的gan基器件的表面上。
34.步骤s2、如图1b所示，在所述石墨烯层2上形成单质金属层3，以作为用于保护所述石墨烯层2的保护层，以此形成所述电极结构a。具体地，利用电子束蒸发工艺在所述石墨烯层2上形成单质金属层3。其中，真空度为6.7
×
10-3
pa，预热电流为0.8a～0.75a，最终提升到1.6a～2.5a。所述单质金属层3为au、ni、cu、ag等具有高导电率的金属中的一种。其中，所述单质金属层3的厚度为50nm～150nm。
35.本发明是基于申请人对gan上生长石墨烯微观电学输运机理的研究而获得的结果，申请人发现采用pecvd工艺在gan上制备石墨烯，高能的ch
x
等离子体能够在非催化的gan表面有效沉积，并且存在大量结构缺陷。该结构缺陷是微观电学输运通道，即为有效漏电通道，从而在gan与石墨烯之间形成良好的欧姆接触。因此，与现有技术不同，本实施例中仅需在gan基器件的表面上形成石墨烯层之后，将单质金属层作为保护层，形成在该石墨烯层上，即可得出具有良好的欧姆接触性能的电极结构a。
36.综上可知，本实施例所公开的在gan基器件的表面上形成电极结构a的方法的实施过程中并没有复合金属层的退火工序，以此避免了现有技术中复合金属层退火过程的高温对于gan基器件本身的伤害。此外，本发明实施例的工序仅仅是在gan基器件的表面上形成石墨烯层和在该石墨烯层上形成金属保护层的步骤。与现有的在gan基器件的表面上形成ti/al/ni/au金属层或者ti/al/ti/au金属层的方案相比，本发明的技术方案大大减少了工序流程，进而减少了gan基器件暴露在高温环境中的时长，以此降低了gan基器件因高温导致的性能低下的可能性。
37.进一步地，为了提高gan基器件1的电机结构与其他电子设备之间的适配度，本实施例中，如图2a至图2d所示，形成图形化的电极结构a的方法具体包括：
38.步骤s21、如图2a所示，在所述石墨烯层2上涂覆光刻胶4。具体地，所述光刻胶4的类型可以是，光聚合型、光分解型、光交联型、合硅光刻胶中的一种。
39.步骤s22、如图2b所示，通过曝光显影工艺在所述光刻胶4中形成所要形成的图案。具体地，在步骤s21里形成的所述光刻胶4上设置图形掩模板(图中未示出)并照射光线；移除掩模板之后利用溶解剂去除部分所述光刻胶4，形成光刻胶图案层4a，并暴露部分所述石墨烯层2。
40.步骤s23、如图2c所示，所述光刻胶图案层4a上沉积单质金属层3。具体地，利用电子束蒸发工艺沉积单质金属层3。其中，真空度为6.7
×
10-3
pa，预热电流为0.8a～0.75a，最终提升到1.6a～2.5a。所述单质金属层3为au、ni、cu、ag等具有高导电率的金属中的一种。其中，所述单质金属层3的厚度为50nm～150nm。
41.步骤s24、如图2d所示，剥离所述光刻胶图案层4a和其上方的单质金属层3，在这里需要说明的是，剥离所述光刻胶图案层4a的过程中会一并剥离所述光刻胶图案层4a下方的
石墨烯层2，以此形成图形化的电极结构a。
42.形成所述电极结构a之后还可以包括清洗步骤。该步骤包括：
43.利用丙酮溶液清洗所述电极结构a。具体地，将25℃的丙酮溶液涂到所述电极结构a上并超声处理5分钟。
44.利用去离子水冲洗所述电极结构a表面的丙酮溶液，并用氮气吹干所述电极结构a表面。
45.需要说明的是，所述单质金属层3可根据所要适配的电子设备可采取任意的图形，在这里不具体限定。
46.经上述的优化步骤之后，所述gan基器件可以适配于其他电子设备，以此提高了所述gan基器件的应用范围。
47.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
48.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。