低阻P型GaN基材料歐姆接觸制備的方法

專利名稱：低阻P型GaN基材料歐姆接觸制備的方法
技術領域：
本發明涉及一種在低阻P型GaN基半導體材料上制備歐姆接觸電極的方法，適用于GaN基半導體材料的發光器件，光電器件和電子器件，尤其適用于GaN基發光二極管(LED)的制備。
背景技術：
目前，GaN基半導體發光二極管的研究已取得許多成果并正逐步轉入產業化生產。但是，不論是研究還是產業化生產都面臨一些難題。對于LED的制作，需要有良好的歐姆接觸。歐姆接觸定義為相對于半導體的體電阻或擴展電阻而言其接觸電阻可以忽略的金屬半導體接觸。其工藝應保證如下要求a、接觸電阻盡可能的小；b、為了形成電極的工藝步驟應盡可能的少。制作GaN基LED的一個難題是在材料生長過程中不容易得到足夠高濃度的P型載流子濃度，并且可供選擇的金屬材料有限，在GaN上制作P型歐姆接觸電極工藝是很困難的。由于P型載流子濃度通常小于5×1017cm-3，通常采用鍍透明電極后再合金的方法，達到降低LED正向工作電壓，使LED表面均勻發光的目的。制作高質量透明電極需考慮以下因素1、盡可能降低接觸電阻；2、應有較高的透光率。為形成良好的接觸，鍍膜后需要進行合金。合金時間和溫度根據金屬的不同而不同，應盡可能采用低溫和短時間的合金條件。
因此，人們想出許多方法來改進和降低P型歐姆接觸的電阻，即降低比接觸電阻。如日本日亞化學工業株式會社的中村修二，長濱慎一，巖佐成人，清久裕之的發明專利《具有歐姆電極的氮化鎵系III-V族化合物半導體器件及其制造方法》(專利公告號1102507)，就提出了采用金和鎳材料，在P型GaN上依次淀積Ni/Au，然后在400℃以上的溫度下退火，可以得到金屬-GaN的歐姆型接觸。以后的研究和改進方法也很多，但是變化不是太大，典型的方法是臺灣工研院光電所的何晉國等人(Low-resistance ohmic contacts to p-type GaN，Jin-kuo Ho，et al.，Appl.Phys.Lett.74(9)，1999)，采用空氣下退火的方法，使P型GaN的歐姆接觸進一步降低。

發明內容
本發明的目的是提供一種低阻P型GaN基材料歐姆接觸制備的方法，它可以獲得比接觸電阻低、透光性好的透明電極。
為達到上述目的，本發明的技術方案是先在P型GaN樣品表面依次蒸發或濺射Ni/Au薄層金屬，然后，采用等離子體氧化和后合金技術制作透明電極；具體方法是首先，對已經蒸鍍好Ni/Au薄層的樣品進行等離子體氧化；然后，在N2氣氛下進行合金。典型工藝條件是等離子體射頻功率80-200W，O2流量1-200sccm，氧化時間1-60min；氧化后的合金過程可在N2、Ar2等其它惰性氣體或O2、空氣下進行，合金溫度400-950℃，時間1sec-30min。
本發明與現有方法的不同之處在于采用等離子體氧化技術對P型GaN上的Ni/Au電極進行氧化處理，然后在氮氣(N2)氣氛下進行合金處理，最后獲得比接觸電阻低，透光性好的透明電極。這種方法適用于所有氮化物P型半導體材料的歐姆接觸，P型GaN基材料包括GaN、AlGaN、InGaN、以及InAlGaN四元合金體系。對于以前的方法，獲得歐姆接觸對于P型載流子濃度的要求要大于3×1017cm-3以上，而采用本發明的方法，P型載流子濃度大于4×1016cm-3以上即可獲得歐姆接觸。
應用本發明制作的透明電極比接觸電阻測試結果和其它方法的比較，如表1所示。
表1



采用本發明所述的方法，還可以從附圖中看出其所達到的效果。
圖1是采用表1中空氣下500℃合金5分鐘合金后的I-V曲線，其中，1是合金前的I-V曲線，2是合金后的I-V曲線。
圖2是表1中采用本發明的條件得到的I-V曲線。
圖3是表1中在O2流量為30sccm情況下，透光率與等離子體氧化時間的關系。
具體實施例方式
實施例1本發明所述的低阻P型GaN基材料歐姆接觸制備的方法，即采用等離子體氧化和后合金技術制作透明電極，其具體步驟如下1.采用P型GaN基材料，P型載流子濃度為4×1016cm-3，樣品表面經化學清洗后，采用電子束蒸發設備，蒸鍍Ni/Au膜，Ni厚5nm，Au厚10nm，2.采用PECVD設備進行等離子體氧化，等離子體射頻功率80-100W，O2流量30-50sccm，時間5-30min，3.合金條件為N2氣氛下400-600℃，爐管式合金爐，當然也可采用其它類型的退火爐，如快速退火設備等。
測試結果如圖1-圖3所示，從圖1、圖2中可以看出，對于I-V特性，采用本發明可以達到與在空氣中氧化同樣的效果。但是從圖3中可以看出透光率可以大幅度提高，達到60％以上。
以上所述，僅是本發明的一具體實施方式
。對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下作出的改進，應視為屬于本發明的保護范圍，同時，本發明適用于所有P型氮化物半導體材料，如GaN、AlGaN、InGaN、以及InAlGaN四元合金體系的歐姆接觸制備，均屬于本發明的范圍。
權利要求
1.一種低阻P型GaN基材料歐姆接觸制備的方法，在P型GaN樣品表面依次蒸發或濺射Ni/Au薄層金屬，其特征在于采用等離子體氧化和后合金技術制作透明電極；首先，對樣品進行等離子體氧化；然后，在N2氣氛下進行合金。
2.如權利要求1所述的低阻P型GaN基材料歐姆接觸制備的方法，其特征在于等離子體射頻功率80-200W，O2流量1-200sccm，氧化時間1-60min；氧化后的合金過程可在N2、Ar2等其它惰性氣體或O2、空氣下進行，合金溫度400-950℃，時間1sec-30min。
全文摘要
本發明涉及一種低阻P型GaN基材料歐姆接觸制備的方法，它采用等離子體氧化技術對P型GaN上的Ni/Au電極進行氧化處理，然后在氮氣(N
文檔編號H01L21/02GK1508847SQ0215506
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月20日 優先權日2002年12月20日
發明者秦志新, 張昊翔, 童玉珍, 張國義, 丁曉民, 李樹明 申請人:上海北大藍光科技有限公司, 北京大學