[發明專利]一種歐姆接觸電極、其制備方法及包含該歐姆接觸電極的半導體元件

有效

• 申請號: 201310006807.1
• 申請日: 2013-01-07
• 公開（公告）號: CN103077963A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 盧洋藩;顧建龍;葉志鎮;陳匆;吳惠敏;汪雷;陳凌翔;葉春麗;李霞
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L29/45
• 分類號: H01L29/45;H01L21/28
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種置于n型寬帶隙半導體基底上的歐姆接觸電極、其制備方法及包含該歐姆接觸電極的半導體元件。

背景技術

半導體的發展分別經歷了硅、鍺元素第一代半導體材料，砷化鎵(GaAs)、銻化銦(InSb)等化合物第二代半導體材料，氧化鋅(ZnO)、金剛石、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)和硫化鋅(ZnS)為代表的第三代半導體材料。相對于第一、第二代半導體材料，第三代半導體材料具有寬的禁帶寬度、高的擊穿電場、高的熱導率、高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常又被稱為寬帶隙半導體材料(禁帶寬度大于2.2?eV)，也成為高溫半導體材料。

GaN材料系列是一種理想的短波長發光器件材料，GaN及其合金的帶隙覆蓋了從紅色到紫外的光譜范圍。自從1991年日本研制出同質結GaN藍色LED之后，InGaN/AlGaN雙異質結超亮度藍色LED、InGaN單量子阱GaN?LED相繼問世。目前，Zcd和6cd單量子阱GaN藍色和綠色LED已進入大批量生產階段，從而填補了市場上藍色LED多年的空白。藍色發光器件在高密度光盤的信息存取、全光顯示、激光打印機等領域有著巨大的應用市場。在制備這些以藍光LED為基本元器件的高密度光盤、全光顯示、激光打印機等商品時，制備性能優良的歐姆接觸電極則是根本所在。

ZnO作為第三代半導體的代表，是一種寬帶隙半導體材料。由于資源豐富、常溫下具有較大的激子結合能(60?meV)和易進行濕法刻蝕等優點，可望應用于藍光發光二極管(LED)、激光二極管(LD)和紫外光電探測器等光電子器件，并且在透明電極、顯示材料、太陽能電池、可變電阻、壓電傳感器等光電器件方面也有著廣闊的應用前景而成為當前國內外的研究熱點之一。由于接觸性能的好壞直接影響到器件的性能和商業價值，低歐姆接觸是實現高質量器件的基礎。

紫外探測是當今各國爭相發展的一項新型軍民兩用光電探測技術。作為一種直接帶隙寬禁帶半導體材料，ZnO室溫下禁帶寬度為3.37?eV，在紫外區具有優異的光電特性。摻入Mg組分后，形成ZnMgO合金半導體，可實現帶隙在３.3?eV(ZnO)～７.8?eV(MgO)之間可調。ZnMgO吸收邊在紫外光區隨Mg含量的增加而藍移，能夠覆蓋地球大氣臭氧層吸收的主要窗口200～280?nm，進而實現日盲區紫外光的探測，具有巨大的軍事和經濟價值。這一切的實現同樣依賴性能優良的歐姆接觸電極。

為了制備高使用壽命的寬帶隙半導體光電器件，就需要制備低的接觸電阻、熱穩定并且可靠的歐姆接觸電極。這可以通過降低金屬和半導體之間的勢壘高度差或者提高金屬/半導體界面的電子濃度來實現。金屬Ti是一種理想的n型寬帶隙半導體歐姆接觸電極材料，這主要歸功于鈦的低功函數和與寬帶隙半導體材料之間的結合性能。迄今為止，Ti/Ni作為n型ZnO半導體歐姆接觸電極的研究已經很多。但是J.?J.?Chen(J.?J.?Chen,?S.?Jiang,?T.?J.?Anderson,?F.?Ren,?Y.?J.?Li,?H.?S.?Kim,?B.?P.?Gila,?D.?P.?Norton,?S.?J.?Pearton,?Low?specific?contact?resistance?Ti/Au?contacts?on?ZnO?[J].?Appl.?Phys.?Lett.?2006.?88:?122107)和M.?S.?Aida(A.?Mosbah,?M.?S.?Aida,?Influence?of?deposition?temperature?on?structural,?optical?and?electrical?properties?of?sputtered?Al?doped?ZnO?thin?films,?[J].?J.?Alloys?Compd.?2012.?515:149-153)研究結果共同表明Ti/Ni電極的形貌和表面平整度受退火處理溫度的影響極大，Ti/Ni金屬電極在經過350℃退火后變得非常粗糙。因此開發具有低接觸電阻率性能的電極變得很有必要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種新結構的、具有低接觸電阻率的歐姆接觸電極，其制備方法以及包含該電極的半導體元件，可適用于發光二極管(LED)、激光二極管(LD)場效應晶體管(FET)、薄膜晶體管(TFT)、光電探測器、壓電探測器、氣敏傳感器、生物探測傳感器等。

本發明的采用的技術方案如下：