技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体领域，具体涉及一种降低n型AlGaN系材料的接触电阻的方法及其应用。
背景技术
[0002] 紫外LED，尤其是发光
波长小于280nm的高Al组分AlGaN基深紫外LED(DUV-LED)，由于其在紫外
固化、医疗、军事、
水/空气
净化、杀菌消毒等领域的巨大应用前景，近年来吸引了无数国内外研究学者的目光，成为
宽禁带半导体的研究热点之一。
[0003] 然而，对用于深紫外LD、LED等光电器件的高Al组分的AlGaN 而言，其n型接触性能相比GaN材料，主要受限于两个方面，一方面是随着Al组分的增加，深能级
缺陷逐渐增加致使Si施主的离化能升高、迁移率降低，导致电导较低，并且随着Al组分的增加，
电子亲和能逐渐减小，导致金-半界面处的肖特基势垒较高，这些材料本征特性导致了n-AlGaN的接触电阻较高；另一方面在器件的制备过程中，
刻蚀工艺不可避免的会对材料表面产生影响，对于GaN材料来说，刻蚀在表面产生N空位形成重掺层，是有利于
欧姆接触的形成，而对于 AlGaN材料尤其是高Al组分的AlGaN，刻蚀所产生的N空位作为深能级补偿中心而非浅施主，接触势垒较高导致n-AlGaN材料的欧姆接触更加难以形成。因此，高Al组分的n-AlGaN材料的欧姆接触就成为此类器件研制过程中首要解决的问题之一。
[0004] 目前本领域通常采用两类方法解决，一类是通过优化金属
电极膜系结构和
热处理等
合金条件以期获得较低的接触电阻；另一类是通过对接触层进行
表面处理，例如湿法
腐蚀、
等离子体轰击及清洗等手段。优化金属结构的改善有限，并且往往会增加工艺难度和成本，酸
碱等溶液的湿法腐蚀可控性低且不稳定重复性差，等离子体轰击需要专用的设备并且可能造成二次损伤，因此目前的手段都不能有效地解决 n-AlGaN材料的接触问题。
发明内容
[0005] 针对上述存在的问题和不足，本发明提供一种可显著降低n型 AlGaN系材料的接触电阻的方法，解决目前高Al组分n型AlGaN材料欧姆接触制备困难的问题。
[0006] 本发明提供的技术方案如下：
[0007] 一种降低n型AlGaN系材料的接触电阻的方法，包括：先通过刻蚀去除1/5-1/2深度的n-AlGaN层，再对刻蚀后的n-AlGaN层表面进行高温处理。
[0008] 本发明将刻蚀技术与高温处理技术相结合，在刻蚀后的n-AlGaN 层表面进行高温处理，显著降低n型AlGaN系材料的接触电阻，提高其电学性能；从而使得采用该方法制得的相关器件的工作
电压大幅降低，大大提高器件的
散热能
力，进一步提高了器件的性能。
[0009] 本发明中，所述刻蚀可以是湿法腐蚀、干法ICP刻蚀或者RIE刻蚀。
[0010] 本发明中，所述高温处理是指：在保护气体条件下，利用工艺气体对刻蚀后的n-AlGaN层表面进行高温处理；
[0011] 其中，所述工艺气体为NH3与N2/H2的混合气体；优选地，当混合气体为NH3与N2时，流量比为1:(1-3)；当混合气体为NH3与H2时，流量比为1:(1-3)。
[0012] 其中，所述高温处理的
温度为800-1200℃，优选900-1100℃；压力为50-150mbar，优选80-120℃；处理时间为10-120min；优选地，在高温处理过程中，升温及降温速率为1-3℃/sec。
[0013] 其中，所述保护气体为N2，N2流量为1000-9000sccm。
[0014] 所述高温处理可在任何封闭式、可通入所需气体、可持续高温的加热设备中进行。
[0015] 本发明还提供上述方法在在制备半导体器件中的应用。所述半导体器件包括：紫外发光
二极管(LED)、紫外
激光二极管(LD)、紫外光电探测器、高电子迁移率晶体管(HEMT)、
异质结双极晶体管 (HBT)、
生物探测
传感器等。
[0016] 本发明还提供一种深紫外LED芯片的制备方法，包括：
[0017] (1)在衬底表面依次
外延生长AlN层、AlN/AlGaN层、n-AlGaN 层、多
量子阱层、p-AlGaN层及p-GaN层；
[0018] (2)去除部分区域对应的p-GaN层、p-AlGaN层、多量子阱层，以及采用上述方法去除n-AlGaN层，并进行高温处理，处理结束后降温至室温；
[0019] 同时在露出的n-AlGaN层表面制备出深刻蚀
沟道，延伸至衬底表面，将材料划分成各个独立单元；
[0020] (3)在步骤(2)中经高温处理后的n-AlGaN层表面制备n型欧姆接触金属，
退火；在p-GaN层表面制作p型欧姆接触金属，退火；
[0021] (4)先在所得材料表面整体沉积绝缘层，再将n型欧姆接触金属和p型欧姆接触金属对应的绝缘层去除，露出相应的n型欧姆接触金属和p型欧姆接触金属，并在其表面制得n电极和p电极；
[0022] (5)进行后处理，制得倒装结构的深紫外LED芯片。
[0023] 对于上述芯片制备方法中，步骤(3)中，所述n型欧姆接触金属的退火工艺条件为：温度600～1000℃，退火时间20～60s，退火氛围气体为N2。所述n型欧姆接触金属为
钛、
铝、镍、金、
钒、铬中的一种或几种组合或其合金。
[0024] 步骤(3)中，所述p型欧姆接触金属的退火工艺条件为：温度350～650℃，退火时间50～300s，退火氛围气体为O2；所述p型欧姆接触金属为镍、
银、金、钛、钯、钨中的一种或几种或其合金。
[0025] 步骤(4)中，所述电极的金属材料选自铬、铂、钛、金、铝、铟、钒、钯中的一种或几种或其合金。
[0026] 步骤(5)中，所述后处理包括：
研磨、
抛光、划片等步骤。
[0027] 本发明还提供由上述方法制得的深紫外LED芯片。
[0028] 本发明相比
现有技术取得的有益效果如下：
[0029] 1、本发明所述方法解决了现有高Al组分n-AlGaN材料的欧姆接触问题，显著降低高Al组分n-AlGaN材料的接触电阻，提高了材料的电学性能，由其制得的相关器件的工作电压可大幅降低，大大提高器件的散
热能力，进一步提高了器件的性能。
[0030] 2、本发明所采用的特殊气氛下高温表面处理方法具有简单易行，操作过程可控性强的优点，可以保障大批量生产的重复性和可靠性；并且对器件的后续工艺影响较小，不会破坏材料结构特性，具有非常好的工艺兼容性。
[0031] 3、本发明所述的方法应用范围广，可适用于紫外
发光二极管 (LED)、紫外激光二极管(LD)、紫外光电探测器、高电子迁移率晶体管(HEMT)、
异质结双极晶体管(HBT)、生物探测传感器等半导体器件。
附图说明
[0032] 图1为
实施例1中电极制作所采用的
光刻版的图形，其中w为电极的边长，d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7为相邻两电极之间的间距，T1、 T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8分别指各电极。
[0033] 图2为实施例1的效果测试图，其中(a)为实施例1中两样品的I-V曲线，(b)为样品2各电极之间的I-V曲线。
[0034] 图3为实施例2所述深紫外LED芯片制备过程的结构剖面
流程图；其中，(a)-(g)为制备工艺中各步骤的剖面流程图；
[0035] 图中：1为蓝
宝石衬底，2为AlN层，3为AlN/AlGaN超晶格层，4 为n-AlGaN层，5为多量子阱层，6为p-AlGaN层，7为p-GaN层，8为n 型欧姆接触金属，9为p型欧姆接触金属，10为SiO2绝缘层，11为n电极，12为p电极。
[0036] 图4为实施例2所述深紫外LED芯片的I-V曲线。
具体实施方式
[0037] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0038] 实施例1
[0039] 本实施例提供一种降低n型AlGaN材料的接触电阻的方法，包括：
[0040] (1)在衬底上依次外延生长AlN层、AlN/AlGaN超晶格层、 n-AlGaN层；
[0041] (2)刻蚀部分n-AlGaN层，刻蚀深入为200nm；所述刻蚀可以是湿法腐蚀，干法ICP刻蚀或者RIE刻蚀；
[0042] (3)在保护气体N2，其流量9000sccm的条件下，以流量比3:1 的NH3与N2的混合气体作为工艺气体，对步骤(2)所得材料进行高温处理；
[0043] 所述高温处理的温度为900℃，压力为100mbar，处理时间为30 min；高温处理过程中，升温和降温的速率为2℃/sec；
[0044] 高温处理结束后，降温至室温。
[0045] 效果测试：
[0046] 样品1：采用实施例1步骤(1)和步骤(2)方法得到的n型AlGaN 材料；
[0047] 样品2：实施例1得到的n-AlGaN材料，其掺杂浓度为 1017～1018cm-3。与样品1的掺杂浓度一致。
[0048] 对样品1和样品2进行电极制作，并进行
高温合金，使之形成欧姆接触；其中后续工艺包括：光刻、显影、金属蒸
镀、剥离等；其中光刻采用的光刻版的图形如图1所示，电极边长w为200μm，不同间距dn 分别为10、15、20、25、30、35、40μm；
[0049] 测试结果如下：
[0050] 测量图1中每相邻两个电极的I-V曲线，取同一电压范围-2V～2V，测其
电流值，所得数据绘制如图2所示；
[0051] 其中，图2(a)为样品1和样品2的T1-T2两电极间的I-V曲线对比；由图2(a)可知，样品1刻蚀后未经过高温处理，其接触不是欧姆接触；而样品2经过高温处理以后，其接触表现为欧姆接触，欧姆接触的接触电阻随电流的变化保持不变；可见，高温处理可极大的降低了接触电阻。
[0052] 图2(b)为样品2每相邻两电极之间的I-V曲线，并由此对数据进行拟合得样品2的比接触
电阻率为ρc＝4.3×10-4(Ω·cm2)。
[0053] 实施例2
[0054] 本实施例提供一种深紫外LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
[0055] (1)利用MOCVD设备在清洁的蓝宝石表面1依次外延生长AlN 层2、AlN/AlGaN层3、n-AlGaN层4、多量子阱层5、p-AlGaN层6及p-GaN 层7，其结构如图3(a)所示；
[0056] (2)通过光刻和ICP刻蚀技术，去除掉部分区域的p-GaN层、 p-AlGaN层、多量子阱层及部分厚度的n-AlGaN层，露出n-AlGaN层表面，如图3(b)所示；
[0057] (3)通过光刻和ICP刻蚀技术，制备出芯片的深刻蚀沟道，延伸至蓝宝石表面，将芯片划分成一个个独立的单元，如图3(c)所示；
[0058] (4)以N2+H2/NH3为工艺气体，对步骤(3)所得材料进行高温处理；其中，高温处理温度为900℃，高温处理时间为30min，升温速率和降温速率为2℃/sec。
[0059] (5)通过剥离的方法，在n-AlGaN层表面制备n型欧姆接触金属 8，并在600～1000℃的N2氛围中快速退火20～60s；具体地，该n型欧姆接触金属为钛、铝、镍、金、钒、铬中的一种或几种组合或他们的合金，如图3(d)所示；
[0060] (6)通过剥离的方法，在p-GaN层表面制作p型欧姆接触金属9，并在350～650℃的O2氛围中快速退火50～300s；具体地，该p型欧姆接触金属为镍、银、金、钛、钯、钨中的一种或几种或它们的合金制成，如图3(e)所示；
[0061] (7)通过PECVD方法，在材料表面沉积一层SiO2绝缘层10；通过光刻技术和ICP刻蚀技术，去除n型欧姆接触金属和p型欧姆接触金属相对应的绝缘层部分，露出相应的n型欧姆接触金属和p型欧姆接触金属，如图3(f)所示；
[0062] (8)通过剥离的方法，在n和p电极上做加厚金属，制得n电极11 和p电极12，；具体地，加厚电极为铬、铝、钛、钒、镍、金中的一种或几种组合或他们的合金，如图3(g)所示。
[0063] (9)通过后续研磨、抛光、划片等步骤制得倒装结构的深紫外 LED芯片。
[0064] 效果测试：
[0065] 实施例2制得芯片的I-V特性曲线如图4所示。由图4可知，在20mA 下，此芯片的工作电压仅为6V。而未经高温处理的芯片的工作电压则为8V。
[0066] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明
基础上，可以对之作一些
修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
