[发明专利]一种制造氮化物渐变能隙谐振隧穿欧姆接触的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种氮化物半导体器件的制造方法，尤其是一种在氮化物异质结上制作欧姆接触的方法。具体地说是用能带剪裁方法在氮化物异质结构上生长AlGaN渐变能隙过渡层和重掺杂GaN帽层，来降低表面势垒高度和减薄表面势垒，增大金属－半导体接触势垒的隧穿电流。并且用能带剪裁方法，优化设计AlGaN能带渐变过渡层的厚度、能带渐变梯度和掺杂浓度，在过渡层能带中形成一个中间阱。剪裁中间阱的能带，使中间阱中的量子限制状态同异质结沟道阱中的二维电子态产生谐振隧穿，从而使隧穿通过金属－半导体接触势垒进入中间阱的电子谐振隧穿到异质结沟道阱中。在低温下合金就能制造出界面平整、边缘整齐的低阻欧姆接触。属于半导体器件技术领域。

背景技术

氮化物异质结界面上的大能带带阶和强极化电荷产生高密度的二维电子气，氮化物的宽禁带又显著提高了异质结的击穿电压，使制成的异质结场效应管能在高压大电流状态下工作，显著提高了场效应管的效率和输出功率。但是，这种氮化物异质结构的势垒高，迁移率又低，在异质结构上制作欧姆接触时金属电极上的电子必须跨越很高的金属－半导体接触势垒和异质结构的势垒，其欧姆接触电阻比GaAs异质结高了一个量级。显著降低了异质结场效应管的性能。成为器件研制中的一个难题。目前器件研究中都精心选取复杂的金属层配方并尽量提高合金温度，在接近于氮化物分解的高温下使金属原子同氮化物原子融合，生成低功函数合金和产生重掺杂表面层来弱化金属－半导体接触势垒，增大隧穿电流，降低欧姆接触电阻。这种合金方法只能弱化金属－半导体接触势垒，不能改变异质结势垒，电子仍然难以穿越异质结构的高势垒隧穿到沟道阱来降低欧姆接触电阻。而且高温合金使异质结晶格受到损伤，欧姆接触表面形貌差，边缘不整齐，显著降低了器件性能和可靠性。

目前发表的大量文献都选取不同的金属层和合金温度来制作欧姆接触，用各种电子显微镜和能谱仪来研究金属原子同氮化物异质结晶格间的合金进程。合金温度较低时，欧姆接触电阻大。而合金温度过高时，异质结晶格损伤太大，接触表面形貌变差，接触边缘不整齐。难以找到两全其美的合金工艺。这些研究方法的一个主要缺陷是始终把金属－半导体接触势垒和氮化物异质结构势垒作为一个势垒来考虑。这样为了增大隧穿电流就必须降低势垒高度和减薄势垒。但是降低势垒高度和减薄势垒又会耗尽异质结沟道阱中的二维电子，并且抬高沟道阱的阱位和阱边的势垒，阻止金属中的低能电子隧穿到沟道阱，从而增大欧姆接触的电阻。因此，虽然目前已经用尽了各种化学和物理方法来研究金属－半导体间的合金过程，仍然没能找到解决这一难题的两全其美的方案。

发明内容

本发明的目的旨在把氮化物异质结构上的欧姆接触分成金属－半导体接触、渐变能隙过渡层和异质结构三部分来设计。利用重掺杂的GaN帽层与欧姆接触金属间建立薄而低的金属－半导体接触势垒来增大从金属隧穿到半导体的电流。利用重掺杂GaN帽层和AlGaN渐变能隙过渡层来压低沟道阱的阱位，确保金属电极上更多的低能电子能隧穿进入沟道阱。使用能带剪裁方法，优化设计渐变能隙过渡层的厚度、掺杂浓度和能隙渐变梯度，在过渡层中形成一个中间阱。使金属电极上的电子隧穿通过金属－半导体接触势垒后进入中间阱，从而产生大的金属－半导体间的隧穿电流。调节中间阱的宽度、深度和电子的量子限制特性，使量子限制能级接近于后面沟道阱中的基态能级，产生中间阱到沟道阱间的谐振隧穿，增大从中间阱进入沟道阱的隧穿电流，降低欧姆接触电阻。

本发明的技术解决方案: 一种制造渐变能隙谐振隧穿欧姆接触的方法，该方法包括如下工艺步骤：

1）在衬底上依次生长AlGaN/GaN异质结构，AlGaN渐变能隙层和重掺杂GaN帽层，构成渐变能隙谐振隧穿欧姆接触异质结构：

2）针对选定的AlGaN/GaN异质结构，设计GaN帽层的厚度和掺杂浓度来降低金属－半导体接触势垒；增大从金属到半导体的隧穿电流；

3）在器件工作要求的AlGaN/GaN异质结构上覆盖AlGaN渐变能隙层和重掺杂GaN帽层，利用这两层覆盖层来压低异质结沟道阱的阱位，提高沟道阱中的二维电子气密度，尽量增大金属电极上低能电子隧穿到沟道阱的几率，提高隧穿电流；