[发明专利]P型半导体低阻欧姆接触结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种P型半导体低阻欧姆接触结构及其制备方法。所述P型半导体低阻欧姆接触结构包括P型半导体衬底、形成在于所述P型半导体衬底上的金属性的三元过渡金属氮化物薄膜，其中所述的三元过渡金属氮化物薄膜的材质包括TiBN、ZrBN、TiAlN、ZrAlN中的一种。本发明实施例提供的制备方法利用过渡金属氮化物的耐高温性质，提高了P型半导体欧姆接触的热稳定性，这对高功率器件有重要意义；其次，在过渡金属氮化物如TiN、ZrN中引入B、Al元素，提高过渡金属氮化物薄膜的功函数，实现与P型半导体材料的欧姆接触。

技术领域

本发明特别涉及一种P型半导体低阻欧姆接触结构及其制备方法，属于半导体技术领域。

背景技术

以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料，具有直接宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在光电子和微电子领域有着广泛的应用和巨大的市场前景。目前，GaN基LED已在全色显示、景观照明、信号灯、背光源等领域有着广泛的应用，而GaN基白光LED具有体积小、寿命长、光效高、绿色环保等优点，正逐步发展，成为取代荧光灯、白炽灯的新一代照明光源；另外，GaN基蓝光激光器作为读写头，从而大大增加光盘的存储密度，在光存储方面有着广泛的应用；除此之外，GaN基紫外探测器由于可以探测日盲波段(200-356nm)，因此在民用(火焰探测)和军事上(导弹制导、导弹预警防御)均有着广泛的应用。在微电子领域，GaN基材料具有传统的Si基材料不可比拟的优势，使得以AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管为代表的GaN基高温、高频、高压、高功率的电力电子器件成为新的研究热点，在混合动力机车/电动汽车、开关电源、石油开采、空间探索、轨道交通等领域有着广阔的应用前景。

良好的欧姆接触特性是实现高的器件性能的重要基础。然而，高质量的P-GaN低阻欧姆接触的制备仍然是目前GaN基器件研究的重点和难点。一方面由于P-GaN的功函数(＞6.5eV)比一般金属的功函数大，没有合适的用于P-GaN欧姆接触的金属；另一方面是由于空穴载流子浓度高于10¹⁸cm^-3的高掺杂的P-GaN难以获得；而GaN基器件的快速发展，迫切要求改善和发展P-GaN欧姆接触的制备技术，从而获得高质量的P-GaN低阻欧姆接触。为了进一步改善P-GaN欧姆接触特性，国内外众多研究小组进行了大量的探索和研究，采用高功函数的金属或不同金属组分的组合机制作为P-GaN欧姆接触层是目前普遍使用的方法，其中Ni/Au是目前选用最多的金属体系。目前Ni/Au接触可以获得低的比接触电阻率，但是Ni/Au接触的热稳定性差，当退火温度超过500℃时，由于Ni向外扩散和氧化，使得Ni/Au接触的形貌品质显著退化，热稳定性降低，导致Ni/Au接触机制的性能迅速降低。

为了提高P-GaN欧姆接触的热稳定性和可靠性，目前多在金属接触结构中引入过渡金属氮化物，如TiN、ZrN、TaN，或者直接将过渡金属氮化物作为n-GaN材料的欧姆接触层，性能稳定，能够承受750℃以上的高温。L.F.Voss等人利用TiN、ZrN、TaN作为P-GaN欧姆接触的扩散垒层，即在Ni/Au/Ti/Au之间插入TiN、ZrN、TaN，变成Ni/Au/(TiN或ZrN或TaN)/Ti/Au接触，研究表明插入势垒层后，在N₂气氛下，700℃下退火1分钟，获得了2×10^(-4)Ω·cm^2的接触电阻率，直到退火温度达到1000℃，其接触性能仍然保持稳定(L.F.Voss，L.Stafford et al.，Appl.Phys.Lett.，2007，90(21)：2107)。然而，过渡金属氮化物的功函数低，文献报道的TiN的功函数仅为3.74eV，其与P-GaN接触形成的是肖特基接触(C.A.Dimitriadis，Th.Karakostas et al.，Solid-State Electronics，1999，43：1969-1972)。其他的过渡金属氮化物如ZrN、HfN、TaN等的功函数也比较低，一般小于5eV，因此也难与宽禁带的P型半导体材料形成欧姆接触。

发明内容