p型GaN欧姆接触的制备方法

p型gan欧姆接触的制备方法
技术领域
1.本公开涉及微电子技术领域，尤其涉及一种p型gan欧姆接触的制备方法。


背景技术：

2.gan基材料包括氮化镓(gan)、氮化铝(aln)、氮化铟(inn)以及它们组成的三元或者四元合金。gan基材料具有宽禁带、直接带隙、高电子饱和速度、高击穿电场和高热导率等特性，在光电子和微电子领域有很多应用潜力。
3.gan基材料是直接禁带半导体材料，可以通过适当组分的调节，实现带隙从0.7ev(inn)到6.2ev(aln)的连续可调，覆盖整个可见光范围，并包含部分的紫外光和红外光。但是，gan基器件需要金属与半导体形成高质量的欧姆接触。对于n-gan来说，通过ti/al合金可以获得10-6
～10-8
ω
·
cm2的接触电阻率。而对于p型gan来说，由于没有良好的金属体系，导致无法获得较低的金属/半导体接触势垒，这导致无法获得较低的接触电阻率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种p型gan欧姆接触的制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
5.为了实现上述目的，作为本公开的一个方面的实施例，提供了一种p型gan欧姆接触的制备方法，包括：在衬底上依次形成gan成核层、非故意掺杂的gan层、重掺杂mg的p型gan层后，经过一次退火处理得到第一样品；将上述第一样品进行激光退火处理后，进行清洗，得到第二样品；对上述第二样品的表面首先进行光刻形成金属图形，接着依次蒸镀第一金属层、第二金属层，然后剥离多余的上述第一金属层和上述第二金属层，得到第三样品；将上述第三样品进行二次退火处理，形成欧姆接触；其中，上述激光退火处理使得上述p型gan层表面的mg杂质形成一定的聚集，同时通过打破mg-h键，降低h原子浓度，增大空穴浓度。
6.作为本公开另一个方面的实施例，提供了一种如上述制备方法制备的p型gan欧姆接触在gan基器件中应用。
7.本公开上述实施例提供的p型gan欧姆接触的制备方法，通过在p型gan层进行激光退火处理，使得p型gan层表面的mg原子发生聚集，同时通过打破mg-h键降低了p型gan层中的mg-h键含量，进而降低了h原子浓度，增大了空穴浓度，从而降低了p型gan的接触电阻率，改善了p型gan与金属的欧姆接触。
附图说明
8.图1为根据本公开的一种示例性实施例的p型gan欧姆接触的制备方法的流程示意图；以及
9.图2为根据本公开的一种示例性的实施例分别经过100mj/cm2、200mj/cm2激光功率处理后p型gan与没有激光处理的p型gan的接触电阻率变化图。
具体实施方式
10.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。
11.gan基器件需要金属与半导体形成高质量的欧姆接触。对于p型gan来说，由于mg杂质较高的杂质激活能和mg-h复合物的形成，导致较低的空穴浓度，如何进一步提高p型gan欧姆接触性能、降低接触电阻率成为氮化物研究的重点。
12.根据本公开一方面总体上的发明构思，提供了一种p型gan欧姆接触的制备方法，包括：在衬底上依次形成gan成核层、非故意掺杂的gan层、重掺杂mg的p型gan层后，经过一次退火处理得到第一样品；将第一样品进行激光退火处理后，进行清洗，得到第二样品；对第二样品的表面首先进行光刻形成金属图形，接着依次蒸镀第一金属层、第二金属层，然后剥离多余的第一金属层和第二金属层，得到第三样品；将第三样品进行二次退火处理，形成欧姆接触；其中，激光退火处理使得p型gan层表面的mg杂质形成一定的聚集，同时通过打破mg-h键，降低h原子浓度，增大空穴浓度。
13.本公开实施例提供的p型gan欧姆接触的制备方法，通过在p型gan层进行激光退火处理，使得p型gan层表面的mg原子发生聚集，同时通过打破mg-h键降低了p型gan层中的mg-h键含量，进而降低了h原子浓度，增大了空穴浓度，从而降低了p型gan的接触电阻率，改善了p型gan与金属的欧姆接触。
14.图1为根据本公开的一种示例性实施例的p型gan欧姆接触的制备方法的流程示意图。
15.如图1所示，p型gan欧姆接触的制备方法包括操作s001～s004。
16.操作s001，在衬底上依次形成gan成核层、非故意掺杂的gan层、重掺杂mg的p型gan层后，经过一次退火处理得到第一样品。
17.根据本公开的实施例，衬底1的材料为c面蓝宝石，c面蓝宝石的厚度为100～800μm，例如200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm；gan成核层2的厚度为10～100nm，例如，20nm、30nm、40nm、50nm、80nm、90nm；外延生长温度为500～700℃，例如，550℃、600℃、650℃；非故意掺杂的gan层3的厚度为1～3μm，例如，1.5μm、2μm、2.5μm；外延生长温度为900～1100℃，例如，950℃、1000℃、1050℃。
18.根据本公开的实施例，重掺杂mg的p型gan层4的厚度为0.1～1μm，例如，0.2μm、0.4μm、0.6μm、0.8μm，掺杂mg元素的含量为1
×
10
19
～1
×
10
20
atom/cm3，例如，1.5
×
10
19
atom/cm3、5.5
×
10
19
atom/cm3、7.5
×
10
19
atom/cm3，外延生长温度为1050～1200℃，例如，1100℃、1150℃、1190℃。
19.根据本公开的实施例，一次退火处理的条件为：氮气气氛中，温度为600～1000℃，例如，700℃、800℃、900℃、950℃，时间为10～60min，例如，20min、30min、40min、50min。
20.操作s002，将第一样品进行激光退火处理后，进行清洗，得到第二样品。
21.根据本公开的实施例，激光退火处理条件的参数设置为：激光器波长为230～1100nm，例如，300nm、500nm、800nm、900nm、1000nm，激光脉冲宽度为10fs～1ns，例如，100fs、1ps、10ps、100ps，激光脉冲频率为1～1000khz，例如，10khz、100khz、200khz、500khz、800khz、900khz，激光扫描速率为1～10000mm/s，例如，100mm/s、1000mm/s、2000mm/s、4000mm/s、8000mm/s，激光平均功率为0～5w，例如，1w、2w、3w、4w，激光功率百分比为0～
100％，例如，10％、20％、50％、60％、90％，激光光斑直径为1～10000μm，例如，100μm、200μm、1000μm、5000μm、8000μm，激光光斑间隔为5～1000μm，例如，10μm、100μm、300μm、500μm、900μm，激光处理次数为1～100次，例如，10次、30次、50次、80次、90次。
22.根据本公开的实施例，清洗的具体流程为：首先使用体积分数为50％的浓盐酸溶液浸泡5～25min，例如，10min、15min、20min，接着使用丙酮在65℃下超声5～25min，例如，10min、15min、23min，然后使用无水乙醇浸泡5～25min，例如，10min、18min、20min，最后用去离子水冲净，并用氮气枪吹干。
23.操作s003，对第二样品的表面首先进行光刻形成金属图形，接着依次蒸镀第一金属层、第二金属层，然后剥离多余的第一金属层和第二金属层，得到第三样品。
24.根据本公开的实施例，第一金属层的金属为cr、pt、pd、ni中的任意一种；第二金属层的金属为au。
25.根据本公开的实施例，第一金属层的厚度为5～10nm，例如，6nm、7nm、8nm、9nm；第二金属层的厚度为5～10nm，例如，6nm、7nm、8nm、9nm。
26.操作s004，将第三样品进行二次退火处理，形成欧姆接触。
27.根据本公开的实施例，二次退火处理的条件为：空气气氛中，温度为400～700℃，例如，450℃、500℃、550℃、600℃、650℃，时间为2～10min，例如，3min、5min、6min、8min。
28.根据本公开的实施例，还提供了一种如上述的制备方法制备的p型gan欧姆接触在gan基器件中应用。
29.以下通过对比例和实施例来进一步说明本公开。在下面的详细描述中，为了便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面解释。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。而且，在不冲突的情况下，以下各实施例中的细节可以任意组合为其他可行实施例。
30.实例1
31.s1：准备2寸c面蓝宝石衬底1，将蓝宝石衬底1放入mocvd(金属有机物化学气相淀积)炉(veeco)中，将温度升高到550℃，控制反应腔压力为500torr，通入流量为15000sccm的氨气，100sccm的三甲基镓，100l/min的氢气，时间为2分钟，在c面蓝宝石衬底上生长20nm的gan成核层2；
32.s2：将温度升高到1000℃，控制反应腔压力为400torr，通入流量为30000sccm的氨气，500sccm的三甲基镓和100l/min的氢气，生长时间40分钟，在gan成核层2上生长2μm的非故意掺杂的gan层3；
33.s3：将温度降低到950℃，控制反应腔压力为200torr，通入流量为60000sccm的氨气，80sccm的三甲基镓、100l/min的氢气和1000sccm的二茂镁，在非故意掺杂的gan层3上生长300nm重掺杂mg的p型gan层4；
34.s4：将s3所得的样品在氮气气氛中，温度为750℃的条件下退火处理10min后得到第一样品。
35.s5：将s4所得的第一样品进行激光退火处理，激光退火处理条件的参数设置为：激光器波长为532nm，激光脉冲宽度为8ps，激光频率为100khz，激光光斑大小为50μm，间隔为50μm，激光功率百分比为3.9％，激光功率为100mj/cm2，激光处理次数为1。接着进行清洗：首先使用体积分数为50％的浓盐酸溶液浸泡10min，接着使用丙酮在65℃下超声10min，然
后使用无水乙醇浸泡10min，最后用去离子水冲净，并用氮气枪吹干，得到第二样品。
36.s6：对s5所得的第二样品的表面首先进行光刻形成金属图形，接着依次蒸镀20nm厚的第一金属层ni、20nm厚的第二金属层au，然后剥离多余的第一金属层ni和第二金属层au，得到第三样品；
37.s7：将s6所得的第三样品进行二次退火处理，形成欧姆接触。其中，退火处理的条件为：空气气氛中，550℃下处理10min。
38.s8：测定s7所得的p型gan的接触电阻率，结果示于图2中。
39.如图2所示，实施例1所得的p型gan的接触电阻率降低到了4.19
×
10-4
ω
·
cm2。
40.实例2
41.除了步骤s5中“激光功率百分比为7.8％，激光功率为200mj/cm
2”外，其余都同实施例1。
42.如图2所示，实施例2所得的p型gan的接触电阻率降低到了2.93
×
10-4
ω
·
cm2。
43.对比例1
44.除了没有步骤s5中的“将s4所得的第一样品进行激光退火处理，激光退火处理条件的参数设置为：激光器波长为532nm，激光脉冲宽度为8ps，激光频率为100khz，激光光斑大小为50μm，间隔为50μm，激光功率百分比为3.9％，激光功率为100mj/cm2，激光处理次数为1”之外，其余都同实施例1。
45.如图2所示，对比例1所得的p型gan的接触电阻率为1.02
×
10-3
ω
·
cm2。
46.由此可见，本公开实施例的p型gan欧姆接触的制备方法，通过激光退火处理，降低了p型gan的欧姆接触的电阻率。
47.本公开实施例提供的p型gan欧姆接触的制备方法，通过在p型gan层进行激光退火处理，使得p型gan层表面的mg原子发生聚集，同时通过打破mg-h键降低了p型gan层中的mg-h键含量，进而降低了h原子浓度，增大了空穴浓度，从而降低了p型gan的接触电阻率，改善了p型gan与金属的欧姆接触。
48.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。