[发明专利]一种p型氮化镓基器件的电极及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种p型氮化镓基器件的电极及其制备方法和用途。所述电极包括依次层叠设置的镍层、铂层和金层，其中，所述铂层位于所述镍层和金层的中间，所述镍层为p型氮化镓基器件的欧姆接触层。本发明所提供的p型氮化镓基器件的电极，解决了金属电极材料扩散带来的肖特基势垒高度增加而导致的欧姆接触电阻增大的问题，同时将半导体界面的GaO薄层，转变为NiO半导体层，提高了金属/p‑type GaN界面处的Ga空位，进一步降低源漏极欧姆接触电阻，最终改善了p型氮化镓基器件源极和漏极欧姆接触电阻高的问题，提高了p型氮化镓晶体管的性能，使得p型氮化镓基器件能够在CMOS电路中发挥更大的作用。

技术领域

本发明属于半导体器件的技术领域，涉及一种p型氮化镓基器件的电极及其制备方法和用途。

背景技术

宽禁带(WBG)半导体(例如碳化硅SiC和氮化镓GaN)，被认为是下一代电力电子设备中最具潜力的材料。它们凭借超凡的物理特性，如禁带宽度3ev，高临界电场(2-4MV/cm)和低的固有载流子浓度(-〖10〗^(-10)〖cm〗^(-3))，可用于制造比硅材料更能在高压，高温和高频下工作的器件。GaN材料作为宽禁带半导体材料的主流材料，它的一个特殊方面是可以生长AlGaN/GaN异质结构，通过压电极化梯度在界面处生成二维电子气(2DEG)，2DEG的存在使得基于GaN的高电子迁移率晶体管(HEMT)相对于Si和SiC器件，具有更低的沟道电阻。HEMT因其高的电子迁移率、饱和速度、异质结界面处的高载流子浓度、高击穿场和低热阻等诸多优点，而在高功率及高温应用中引起了广泛关注。随着高集成化的发展，GaN HEMT因具有更低的沟道电阻，所以被用来做COMS晶体管的沟道材料，有效提高了高功率栅极驱动电路的效率。

但是，p-type GaN晶体管的性能仍然明显低于n-type GaN器件的性能，这极大的削弱了CMOS电路的pull-up network。造成p-type GaN晶体管性能差的一个重要因素是p-type GaN器件的源极/漏极的欧姆接触质量差，这是由于p-type掺杂剂的活化能大，而造成电离受体的密度低引起的。欧姆接触是GaN晶体管的基石，是将器件与外部电路连通的桥梁，用于电信号的传输，人们对欧姆接触电阻的期待是越小越好。欧姆电阻越小，损耗就越小，器件效率就高。欧姆接触与金属/半导体肖特基势垒高度φ_B有关，φ_B与金属的功函数φ_m相关，可以通过选择合适的φ_m值的金属材料来降低欧姆电阻。因此为p-type GaN寻找有效的接触金属方案是一个巨大的挑战。

人们在为p-type GaN选择合适的金属材料方案方面做了大量的研究，目前存在的欧姆金属组合方案有Cr/Au、Pt/Au、Pd/Au、Pt/Ni/Au、Pd/Ni/Au、Ni/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Ni/Pd/Au、Ti/Pt/Au、Ni/ITO、Ru、Ir、Ru/Ni、Ir/Ni、Au/Ni/Au、Ni/AlZnO、Ni/Ag、Pd/Ni/Au、Ag、Ni/Au/TaN/Ti/Au、Ni/Au/TiN/Ti/Au、Ni/Au/ZrN/Ti/Au、Ni/Ag/Ni、Ni/Ag/Au或Pd/Pt/Au。ρ_c(比接触电阻，用来描述欧姆接触阻值)范围在〖10〗^(-1)～〖10〗^(-5)Ω〖cm〗^2，比n-type GaN的值高约1-2个数量级，现有的金属材料方案还是无法满足发展需求，因此在为p-type GaN形成稳定可靠且欧姆阻值小的金属材料方案方面，还有很大的前进空间。

CN111599865A公开了一种GaN基P沟道MOSFET及其制备方法，属于电子材料技术领域。本发明利用氟正离子注入氮化镓(GaN)后形成的二维空穴气(2DHG)能够在GaN表面层以下形成导电沟道的原理，将氟离子注入GaN制备出了一种GaN基P沟道MOSFET。该文献中采用离子注入的方法对源漏极电极区进行N型注入掺杂，增加接触层的掺杂浓度，提高了隧穿几率，从而减小欧姆接触电阻，但这种工艺较为复杂，成本较高，注入的离子需要1000摄氏度以上温度才能激活，这种高温可能会影响材料其他性能。