阅读说明：本技术 改善p型氮化镓欧姆的方法 (Method for improving p-type gallium nitride ohm ) 是由 梁锋 赵德刚 刘宗顺 朱建军 陈平 杨静 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种改善p型氮化镓欧姆的方法,包括：步骤1：在衬底上生长低温氮化镓缓冲层；步骤2：在低温氮化镓缓冲层上生长高温非故意掺杂氮化镓层；步骤3：在高温非故意掺杂氮化镓层上生长中度掺镁p型氮化镓；步骤4：在中度掺镁p型氮化镓上生长重掺镁p型氮化镓。本公开通过调整重掺镁p型氮化镓的外延生长条件,控制该层中碳杂质浓度,可有效降低比接触电阻率,改善p型氮化镓的欧姆接触。(The present disclosure provides a method of improving p-type gallium nitride ohms, comprising: step 1: growing a low-temperature gallium nitride buffer layer on a substrate; step 2: growing a high-temperature unintended doped gallium nitride layer on the low-temperature gallium nitride buffer layer; and step 3: growing medium magnesium-doped p-type gallium nitride on the high-temperature unintentionally doped gallium nitride layer; and 4, step 4: heavily Mg-doped p-type gallium nitride is grown on the moderately Mg-doped p-type gallium nitride. The method can effectively reduce specific contact resistivity and improve ohmic contact of p-type gallium nitride by adjusting epitaxial growth conditions of heavily magnesium-doped p-type gallium nitride and controlling the concentration of carbon impurities in the layer.)

改善p型氮化镓欧姆的方法

技术领域

本公开涉及半导体材料生长及器件制备领域，尤其涉及一种改善p型氮化镓欧姆的方法。

背景技术

氮化镓材料体系在固体发光二极管、蓝/绿光激光器、高电子迁移率晶体管和太阳能电池等光电子及微电子器件领域表现出优良的。其中，氮化镓基激光器具有波长可调、效率高、体积小、时间空间可控等优点，在海底通信、激光探雷、激光显示、激光微投影、激光照明等领域具有重要的应用价值。

如何获得良好的p型氮化镓欧姆接触，是氮化镓基器件得到广泛应用的重要基础，例如氮化镓基激光器工作电压与p型欧姆接触直接相关。然而，由于p型氮化镓中镁受主杂质电离能高达200meV，并且氮化镓中杂质或缺陷会对镁受主进行补偿，导致空穴浓度低，此外缺乏比p型氮化镓功函数高的金属，导致难以实现高质量p型氮化镓欧姆接触。因此，改善p型氮化镓欧姆接触，是提高氮化镓基器件的关键。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种改善p型氮化镓欧姆的方法，降低欧姆接触比接触电阻率，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，还提供了一种改善p型氮化镓欧姆的方法，包括：

步骤1：在衬底上生长低温氮化镓缓冲层；

步骤2：在低温氮化镓缓冲层上生长高温非故意掺杂氮化镓层；

步骤3：在高温非故意掺杂氮化镓层上生长中度掺镁p型氮化镓；

步骤4：在中度掺镁p型氮化镓上生长重掺镁p型氮化镓。

在本公开的一些实施例中，所述步骤4中，重掺镁p型氮化镓层生长温度为800℃-1000℃，压强为10Torr-500Torr，厚度为10nm～100nm，镁杂质浓度为1×10¹⁹cm^-3～1×10²¹cm^-3。

在本公开的一些实施例中，所述步骤3中，中度掺镁p型氮化镓层生长温度为800℃-1500℃，压强为10Torr-500Torr，厚度为10nm～1000nm，镁杂质浓度为1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁹cm^-3。

在本公开的一些实施例中，所述步骤2中，高温非故意掺杂氮化镓层的生长温度是800℃-1500℃，厚度为10nm-4000nm。

在本公开的一些实施例中，所述步骤1中，低温氮化镓缓冲层的生长温度为400℃-700℃，厚度为10nm-50nm。

在本公开的一些实施例中，还包括：

步骤5：在重掺镁p型氮化镓上生长金属层；所述金属层材料为镍金合金，其中镍厚度为10nm-50nm，金厚度为10-50nm。

在本公开的一些实施例中，所述步骤5中，金属层的制备方法为电子束蒸发或磁控溅射。

在本公开的一些实施例中，所述步骤1至步骤4中的生长方法为气相沉积法。

在本公开的一些实施例中，所述衬底的材料为硅、蓝宝石、碳化硅和氮化镓中的一种或多种。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开改善p型氮化镓欧姆的方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本公开通过调控重掺p型氮化镓中碳杂质浓度，可有效降低比接触电阻率。

(2)本公开直接利用生长条件控制重掺p型氮化镓中碳杂质浓度，生长调控过程简单。

(3)本公开直接利用金属有机化合物中的碳作为碳源，不需要额外引入新的掺杂材料，提高利用效率和简化工艺过程。

(4)本公开通过选择合适的金属体系尤其是选择镍金双层金属膜，实现低比接触电阻率的欧姆接触。

附图说明

图1为本公开实施例改善p型氮化镓欧姆的方法的流程框图。

图2为本公开实施例改善p型氮化镓欧姆的方法步骤5对应的截面结构示意图。

图3为本公开实施例改善p型氮化镓欧姆的方法步骤5对应的俯视结构示意图。

图4为本公开实施例中比接触电阻率对p型重掺镁氮化镓层中碳杂质浓度的依赖关系示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-衬底；

2-低温氮化镓缓冲层；

3-高温非故意掺杂氮化镓层；

4-中度掺镁p型氮化镓层；

5-重掺镁p型氮化镓层；

6-金属层。

具体实施方式

本公开提供了一种改善p型氮化镓欧姆的方法，包括：步骤1：在衬底上生长低温氮化镓缓冲层；步骤2：在低温氮化镓缓冲层上生长高温非故意掺杂氮化镓层；步骤3：在高温非故意掺杂氮化镓层上生长中度掺镁p型氮化镓；步骤4：在中度掺镁p型氮化镓上生长重掺镁p型氮化镓。本公开通过调整重掺镁p型氮化镓的外延生长条件，控制该层中碳杂质浓度，可有效降低比接触电阻率，改善p型氮化镓的欧姆接触。

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，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种改善p型氮化镓欧姆的方法。图1为本公开实施例改善p型氮化镓欧姆的方法的流程框图。如图1所示，改善p型氮化镓欧姆的方法包括：

步骤1：在衬底上生长低温氮化镓缓冲层。具体的，低温氮化镓缓冲层的生长温度为400℃-700℃，厚度为10nm-50nm。

步骤2：在低温氮化镓缓冲层上生长高温非故意掺杂氮化镓层。具体的，高温非故意掺杂氮化镓层的生长温度是800℃-1500℃，厚度为10nm-4000nm。

步骤3：在高温非故意掺杂氮化镓层上生长中度掺镁p型氮化镓。具体的，中度掺镁p型氮化镓层生长温度为800℃-1500℃，压强为10Torr-500Torr，厚度为10nm～1000nm，镁杂质浓度为1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁹cm^-3。

步骤4：在中度掺镁p型氮化镓上生长重掺镁p型氮化镓。具体的，重掺镁p型氮化镓层生长温度为800℃-1000℃，压强为10Torr-500Torr，厚度为10nm～100nm，镁杂质浓度为1×10¹⁹cm^-3～1×10²¹cm^-3。

步骤5：在重掺镁p型氮化镓上生长金属层。具体的，金属层材料为镍金合金，其中镍厚度为10nm-50nm，金厚度为10-50nm。如图2、图3所示。

实施例：

步骤S1：通入氨气，打开镓源。采用有机金属化学气相沉积法方法，在蓝宝石衬底1上生长50nm的低温氮化镓缓冲层2，生长温度为550℃。

步骤S2：采用有机金属化学气相沉积法方法，在低温氮化镓缓冲层2上，生长1000nm的高温非故意掺杂氮化镓层3，生长温度为1100℃.

步骤S3：在非故意掺杂氮化镓层上生长中度掺镁p型氮化镓层4，其厚度为500nm，其中镁受主杂质的浓度约1×10¹⁹em^-3。

步骤S4：在中度掺镁p型氮化镓层4上生长厚度约20nm的重掺镁p型氮化镓层5，通过调整生长温度及反应室压强控制该层的碳杂质浓度，其中生长温度范围为800℃～1000℃，压强范围为50Torr-200Torr。该层镁受主杂质浓度约为4×10²⁰cm^-3，碳杂质浓度范围为1.4×10¹⁷cm^-3～3.4×10²⁰cm^-3。此外，对该外延结构在氮气下进行快速热退火处理，退火时间为3分钟，退火温度为800℃。

步骤5：在重掺镁p型氮化镓层5上生长金属层6；所述金属层6材料为镍金合金，其中镍厚度为10nm-50nm，金厚度为10-50nm。基于圆形传输线模型，对外延片进行光刻、电子束蒸发、热退火处理，实现可用于比接触电阻率测量的欧姆接触。关于基于圆形传输线模型，如图3所示通过光刻制备具有不用外径R的八个圆环，圆环的内外半径分别为r和R。其中，八个圆环内径r为200μm，八个圆环外径R分别为215μm、220μm、225μm、230μm、235μm、240μm、250μm、260μm。基于八个圆环的电流电压测试结果和圆行传输线模型，便可计算得到比接触电阻率。

结合二次离子质谱测试和欧姆接触测试结果，如图4所示，结果显示调整重掺镁p型氮化镓层的生长条件，调控其碳杂质浓度，可改善p型氮化镓欧姆接触，比接触电阻率降低至6.67×10^-5Ω·cm²。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开改善p型氮化镓欧姆的方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种改善p型氮化镓欧姆的方法，通过调整重掺镁p型氮化镓的外延生长条件，控制该层中碳杂质浓度，可有效降低比接触电阻率，改善p型氮化镓的欧姆接触，充分发挥氮化镓基器件的波长可调、效率高、体积小、时间空间可控等优点，从而可以广泛应用于海底通信、激光探雷、激光显示、激光微投影、激光照明等诸多领域。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

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，所应理解的是，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。