欧姆接触结构及其制造方法
专利汇可以提供欧姆接触结构及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种具有布置在 半导体 材料(10)上的金属层(14)的欧姆 接触 结构，其中，在该半导体材料(10)中形成了一个接触层，该接触层具有一个紧靠金属层(14)的第一子区和一个布置在第一子区之后的第二子区(18)。该接触层是如此掺杂的，使得第一子区(12)中的掺杂浓度(N2)大于第二子区(18)中掺杂浓度(N1)。，下面是欧姆接触结构及其制造方法专利的具体信息内容。
1.具有布置在半导体材料(10)上的金属层(14)的欧姆接触结 构，其中，在所述的半导体材料(10)中形成了一个紧靠所述金属层 (14)的接触层，
其特征在于，
所述的接触层具有一个紧靠所述金属层(14)的第一子区(12) 和从所述金属层(12)出发来看的一个布置在所述第一子区(12)之 后的第二子区(18)，其中，所述第一子区(12)中的掺杂浓度(N2) 大于所述第二子区(18)中的掺杂浓度(N1)。
2.按权利要求1的欧姆接触结构，
其特征在于，
所述接触层的第一子区(12)中的掺杂浓度(N2)高于，在所述半 导体材料内部导致自由载流子最大浓度的那种掺杂浓度。
3.按权利要求1或2的欧姆接触结构，
其特征在于，
所述的半导体材料(10)是一种氮化物-化合物半导体，尤其是一 种p掺杂的氮化物-化合物半导体。
4.按权利要求3的欧姆接触结构，
其特征在于，
所述的半导体材料(10)包括GaN、AlGaN、InGaN、或AlInGaN。
5.按权利要求3或4的欧姆接触结构，
其特征在于，
所述半导体材料用的掺杂材料是Mg。
6.按权利要求5的欧姆接触结构，
其特征在于，
所述接触层的第一子区(12)中的Mg浓度(N2)等于或大于3×1019cm-3。
7.按权利要求6的欧姆接触结构，
其特征在于，
所述接触层中的第一子区(12)中的Mg浓度(N2)位于含3×1019 cm-3和含5×1020cm-3之间。
8.按权利要求7的欧姆接触结构，
其特征在于，
所述接触层的第一子区(12)中的Mg浓度(N2)位于含3×1019cm-3 和含1×1020cm-3之间。
9.按以上权利要求之一的欧姆接触结构，
其特征在于，
所述的金属层(14)包括具有等于或大于4.0eV的逸出功的一种 金属、一种金属化合物或一种金属合金。
10.具有按权利要求1至9之一的欧姆接触结构的半导体器件。
11.按权利要求10的半导体器件，
其特征在于，
所述的半导体器件是荧光二极管(Lumineszenzdiode)，尤其是发 光二极管或激光二极管。
12.用于制造具有金属层和半导体材料的欧姆接触结构的方法具 有以下的方法步骤：提供一种具有接触层的半导体材料，并将一个金 属层(14)覆盖在所述的接触层上，
其特征在于，
在紧靠所述金属层的第一子区中的所述的接触层中构成了一种掺 杂浓度(N2)，该掺杂浓度大于布置在所述第一子区之后的所述接触层 的第二子区中的掺杂浓度。
13.按权利要求12的方法，
其特征在于，
将所述接触层的第一子区(12)中的掺杂浓度(N2)选择为高于， 在所述半导体材料内部导致自由载流子最大浓度的那种掺杂浓度。
14.按权利要求12或13的方法，
其特征在于，
所述的半导体材料(10)是一种氮化物-化合物半导体，尤其是一 种p掺杂的氮化物-化合物半导体。
15.按权利要求14的方法，
其特征在于，
所述的半导体材料(10)是GaN、AlGaN、InGaN、或AlInGaN。
16.按权利要求12至15之一的方法，
其特征在于，
在合适的衬底上借助MOVPE法淀积所述的半导体材料。
17.按权利要求12至16之一的方法，
其特征在于，
用Mg来掺杂所述的半导体材料(10)。
18.按权利要求17的方法，
其特征在于，
所述接触层的第一子区(12)中的Mg浓度(N2)大于含3×1019 cm-3。
19.按权利要求18的方法，
其特征在于，
所述半导体材料(10)的接触层(12)中的Mg浓度(N2)位于含 3×1019cm-3和含5×1020cm-3之间，尤其位于含3×1019cm-3和 含1×1020cm-3之间。
20.按权利要求12至19之一的方法，
其特征在于，
将具有4.0eV之上的逸出功的一种金属、一种金属化合物或一种 金属合金应用于所述的金属层(14)。
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的在金属层 (Metallisierung)和半导体材料之间的欧姆接触结构，以及一种按 权利要求12前序部分所述的用于制造这种欧姆接触结构的方法。
在半导体技术领域的典型应用中，在半导体元件工作时电流流过 半导体元件。通常将由金属制的接点用于半导体元件的电接点接触， 这些接点在金属层和半导体材料之间应具有尽可能小的接触电阻。这 种金属半导体接点通常称为欧姆接触。
众所周知，对于金属和半导体之间的低欧姆接触来说，在接近接 触面的半导体中起决定性作用的是，一方面在部件之间的尽可能低的 界面势垒，而另一方面施主或受主的尽可能高的净浓度。
界面势垒的高度还由金属的或在接点退火之后所形成合金的逸出 功，和由界面态来决定，这些界面态按密度和电子占据数(Besetzung) 的不同来确定费米能级。在半导体材和金属之间的薄的绝缘层，例如 由于在金属化之前的不充分清洗而可能导致附加地影响界面势垒。
此外还已知，在p型导电的半导体材料中可以通过采用具有尽可 能高的选出功的金属来降低半导体材料和金属层之间的接触电阻。例 如H.Ishikawa及其他人已在″在p-GaN/金属界面上表面处理和金属功 (Metal Work)函数对电性能的影响″，J.Appl.Phys.，81卷.第3期， 1997，1315-1322页中公布了对此的研究。
在p掺杂半导体的情况下，少数载流子，即空穴主要以两种方式 对电流作贡献。一方面可以通过热激活将少数载流子提升越过界面势 垒，另一方面它们可以隧道穿透通过该界面势垒。隧道机构以指数的 方式与该界面势垒的宽度有关，该界面势垒在它这方面由半导体材料 中的空间电荷区的跨度(Weite)来决定。对于p掺杂的半导体来说， 由受主的净浓度(即扣除了施主浓度的受主浓度)来决定空间电荷区 的该跨度。该净浓度越高，负的空间电荷密度则越高，而空间电荷区 的跨度则越小。
近年来作为半导体材料的GaN的重要性已增加。尤其是在这期间 公开了基于GaN的发光二极管、激光二极管和光电探测元件，它们具 有越来越好的效率。人们已发现，在用Mg掺杂的p-GaN中出现了一种 自补偿的效应，即在受主浓度方面和因而也在空穴浓度方面存在着在 GaN中的最佳的Mg浓度。例如由U.Kaufmann及其他人已在″在外延的 GaN:Mg层中的空穴电导率和补偿″，Phys.Rev.B，62卷，第16期， 2000，10867-10872页中，将GaN中的该最佳的Mg浓度确定在2×1019 cm-3上，其中，也从别处曾可以证实该值。
尽管有以上的认识，但是对于p掺杂的GaN曾仅能实现数量级约 10-2Ωcm2的比接触电阻，该比接触电阻对于许多技术用途显然是太 高的。
因此本发明的任务是如下来改善金属层和半导体材料之间的欧姆 接触结构，使得进一步降低比接触电阻。本发明的另一个任务在于提 供一种用于制造这种欧姆接触结构的方法。
通过一个具有权利要求1所述特征的欧姆接触结构，或通过一种 具有权利要求12所述特征的用于制造欧姆接触结构的方法来解决这些 任务。本发明的有利的改进方案是从属权利要求2至11和13至21的 主题。
金属层和半导体材料之间的本发明欧姆接触结构其特征在于，该 半导体材料具有一个接触层，该接触层具有紧靠金属层的第一子区和 具有连接到第一子区上的第二子区，其中，在第一子区中的掺杂大于 第二子区中的。
本发明所基于的认识在于，在半导体材料表面附近的缺陷的电子 占据数与半导体层之内的不一致。更确切地说，在半导体表面附近， 对于负空间电荷的最大浓度所必要的掺杂浓度，与半导体层内部最大 空穴浓度用的掺杂浓度相比是推移了的。为了在半导体层和金属层之 间达到尽可能低欧姆的接触，因此必须在接触面附近选择一种掺杂浓 度，该掺杂浓度大多明显地不同于在半导体层内部被视为最佳的掺杂 浓度，以至于实现了较小的空间电荷区跨度和因而较小的隧道电阻， 以及因此实现了较小的接触电阻。在该接触层之下，于是可以与较小 比接触电阻的要求无关地，按另外的性能来优化半导体层。
优选地将半导体材料接触层的第一子区中的掺杂浓度，比在半导 体材料之内导致最大导电率的那个掺杂浓度选得更高。
如果该半导体材料是用Mg掺杂的GaN，本发明则尤其是有利的。 在此情况下，半导体材料接触层的第一子区中的Mg浓度优选大于或等 于3×1019cm-3，并特别优选位于含3×1019cm-3和含5×1020cm-3 之间。
为了进一步降低比接触电阻有利的是，对于金属化选择具有至少 为4.0eV的尽可能高的逸出功的一种金属或一种金属化合物。
这种欧姆接触结构尤其可应用于例如像发光二极管或激光二极管 那样的半导体器件。
在以下的说明中，借助优选的实施例根据附图来详述本发明的以 上的，以及其它的特征和优点。
图1展示了根据本发明欧姆接触结构的示意图；和
图2展示了用于说明在图1的欧姆接触结构的半导体层中掺杂浓 度的曲线。
图1中示出的在半导体材料10和金属层14之间的接触结构具有 半导体材料10和金属层14之间的接触面16，以及所构成的具有第一 子区12和第二子区18的接触层。
在这里所说明的优选实施例中，半导体材料是GaN，该GaN是借助 MOVPE(金属有机汽相外延)法形成的，并用Mg掺杂的。但是在此要 着重指出，本发明不局限于该材料选择上，而是更确切地说本发明的 认识也可以应用在任意其它的半导体材料中。不过本发明优选应用在 通用组成公式AlxGayInzN的半导体材料中，式中0≤x，y，z≤1， 和x+y+z＝1。
半导体层10内部的Mg掺杂浓度N1优选为2×1019cm-3。该浓度 导致自由载流子(这里为空穴)的最大浓度，并因此导致半导体层10 中的最大导电率。该最佳值基于已经在说明书引言中所提及的认识。
由于人们已发现，半导体表面范围内的最佳掺杂浓度大多明显地 偏离半导体层10内部的最佳掺杂浓度N1，所以在要形成的接触面16 附近的半导体层10中构成了一个区，该区具有另一个掺杂浓度N2，该 掺杂浓度N2大于半导体层内部的最佳掺杂浓度。
在用Mg掺杂的GaN的情况下，接触层的该子区12中的最佳掺杂 浓度N2位于半导体层10内部的最佳掺杂浓度N1之上，并优选为大于3 ×1019cm-3。用例如3×1019cm-3和5×1020cm-3之间的一种Mg浓 度，可以实现欧姆接触结构的最小的接触电阻。图2中示出了在半导 体层10的层厚方向上的、从接触面16出发的这种Mg浓度分布。在另 外的掺杂材料的情况下，以相似的方式示出了接触层中的类似的浓度 分布。
以下的表展示了研究的结果，这些结果是在具有不同Mg浓度N2的p掺杂的GaN半导体中，在接触层的紧靠金属层的该子区12中实现 的。在此，借助SIMS(二次离子质谱仪)确定了该区中的Mg浓度N2， 借助霍尔(HALL)测量确定了空穴浓度p2，以及借助C-TLM(Circular Transmission Line Method，循环传输线法)确定了比接触电阻RC。 此外，在该表中为了完整起见，还给出了空穴的迁移率μ。 N2(cm-3) p2(cm-3) μ(cm-3/Vs) RC(Ωcm2) 3×1019 6.36×1017 8.4 约100×10-3 6.5×1019 3.38×1017 7.8 约3×10-3 9×1019 1.15×1017 6.3 约4×10-3
为了进一步降低金属层14和半导体材料10之间的接触电阻RC， 有利地利用具有至少为4.0eV的尽可能高的逸出功的一种金属或一种 金属化合物。这种本身为已知的措施与本发明相结合，导致了特别低 的欧姆接触结构。
此外，本发明的欧姆接触结构可以与金属化之前的半导体表面的 任意清洗方法相组合，并与金属化过程之后的任意的退火处理相组 合。
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