氮化鋁晶體上的歐姆接觸電極結構的製作方法

2023-05-01 23:19:31 2

專利名稱：氮化鋁晶體上的歐姆接觸電極結構的製作方法
技術領域：
本專利涉及光電探測器製造工藝技術，具體指一種在氮化鋁晶體上的歐姆接觸電 極結構。
背景技術：
GaN基材料，或稱GaN及其相關氮化物材料，是指元素周期表中III族元素鋁、鎵和 V族元素氮形成的化合物AlN、GaN，以及由他們組成的多元合金材料AlxGai_xN等。GaN基三 元合金AlxGai_xN，隨A1組分的變化帶隙在3. 4 6. 2eV之間連續變化。GaN基材料由於其 直接帶隙、截止波長可調、抗輻射能力強、對可見光不響應等特性，使之成為製備高性能半 導體紫外探測器的首選材料。一般而言，氮化鎵基探測器，可分為可見盲波段工作和日盲波 段工作，分別對應於300 365nm和240 280nm ；另外，A1N是GaN基材料中帶隙最寬的 半導體材料，由A1N製備的器件響應在200nm以內，只適於在真空環境中的應用研究，故常 被稱為真空紫外波段。日盲型探測器和真空紫外探測器在軍事和航天領域有廣泛的應用前 景，也是國外對我國實行嚴格禁運的高科技項目。自上世紀90年代以來，隨著寬禁帶半導體材料和紫外探測器的迅猛發展，有關 III-V族寬禁帶半導體材料及器件的研究掀起了一個高潮。在GaN基探測器的發展過程中， 氮化鎵基材料的生長和歐姆接觸是整個器件發展的基礎，起著關鍵性的作用。目前，可見盲 材料和器件的工藝都已經很成熟；日盲波段對於材料生長和器件工藝的要求都很高，而日 盲型材料的歐姆接觸問題，更是嚴重製約著日盲型探測器的性能的提高；在真空紫外波段， A1N材料的生長已無技術障礙，但由於A1N帶隙太寬，在國際尚未有報導實現A1N材料上的 歐姆接觸。2007年，R.Dahal等製備了基於A1N材料的器件，他們將歐姆接觸製備在禁帶寬 度較小的SiC襯底上，而SiC材料價格昂貴。2008年，A. BenMoussa等製備了在A1N材料上 的金屬_半導體-金屬(MSM)器件，他們是通過肖特基接觸引出器件信號的，但肖特基接觸 可靠性低。
發明內容本專利的目的就是要提供一種在氮化鋁晶體上的歐姆接觸結構，解決氮化鋁晶體 器件歐姆接觸電極的製作問題。本發明的A1N晶體上歐姆接觸的結構，其結構為一襯底1，該襯底為單面拋光或者雙面拋光的藍寶石(0001)晶片，在襯底上依次 生長有厚度為0. 1 2微米未摻雜的低溫A1N層和厚度為0. 4微米的本徵型A1N。一在本徵型A1N層上通過電子束蒸發依次製作厚度為15 25 ii m的釩金屬層3， 厚度為50 100 ii m的鋁金屬層4，厚度為15 25 ii m的釩金屬層5、厚度為50 100 y m 的金金屬層6，形成歐姆接觸電極。一加厚電極7，該加厚電極一部分製作在歐姆接觸電極上，一部分製作在本徵型 A1N 上。[0009]AlN晶體上歐姆接觸的實現的工藝方法如下1.外延片清洗，在外延片上光刻圖形2留出η電極區域。2.將外延片立即放入電子束蒸發腔體，生長歐姆接觸電極結構釩金屬層3/鋁金屬層4/釩金屬層5/金金屬層6，厚度依次為15 25 μ m/50 100 μ m/15 25 μ m/50 IOOym0 (圖中各層厚度不成比例關係，僅供直觀參考)2.進行浮膠處理後，再一次光刻圖形2，留出η電極區域，形成注入窗口。4.採用高能離子注入機注入形成η型材料的In離子，注入劑量大於lX1014cm_2， 能量大於150KeV。注入形狀可以任意選擇。5.取出光刻膠，清洗外延片，選擇合適的退火工藝激活注入離子，製備出AlN上的 歐姆接觸。6.光刻後製作加厚電極7，以便測試用。該加厚電極一部分製作在AlN的歐姆接 觸上，一部分製作在AlN層上。(由於退火後，金屬層之間以及金屬和晶體之間會有互相滲 透，圖示僅供直觀參考，並未標出。)本專利的有益效果在於本專利通過實現AlN材料上的歐姆接觸，將會解決帶隙更窄的日盲型材料的歐姆 接觸問題，為日盲型器件的性能提高提供幫助；並且，AlN材料上歐姆接觸的實現，改善了 目前真空紫外器件中僅有可靠性低的肖特基接觸的現狀；將推進真空紫外波段響應的器件 的製備，為我國的太空探測提供技術支撐。

圖1是生長歐姆接觸電極之前的晶體結構示意圖。圖2是離子注入工藝示意圖。圖3是實施例中最終的結構示意圖。圖4是實施例圖中任意兩個接觸之間的電流-電壓曲線。
具體實施方式
以下結合我們的實施例以及說明書附圖來說明詳細的過程。本發明一種實現AlN 材料上歐姆接觸的方法，具體的製作工藝為1.利用光刻和掩膜方法，在AlN材料表面光刻圖形2，留出η電極區域；馬上放入 電子束蒸發腔體中，在材料表面依次生長釩金屬層3/鋁金屬層4/釩金屬層5/金金屬層6， 厚度依次為18 μ m/85 μ m/20 μ m/50 μ m。如圖2所示。2.進行浮膠處理後進行第二次光刻圖形2，露出η電極區域，勻膠時注意光刻膠的 厚度須達到5μπι以上。3.進行離子注入In離子，注入劑量/能量為5X 1015cnT7220KeV。4.注入完成後進行浮膠處理，並對材料進行快速熱處理，處理條件為氮氣氣氛 中，750°C，30s。5.利用光刻和掩膜的方法，露出對歐姆接觸進行加厚的區域7。對AlN歐姆接觸 進行部分區域進行加厚，將方便測試；加厚金屬為鉻(20 μ m)/金(300 μ m)。完成歐姆接觸 的製備工作。
權利要求一種氮化鋁晶體上的歐姆接觸電極結構，其特徵在於在依次生長有厚度為0.1～2微米未摻雜的低溫AlN層和厚度為0.4微米的本徵型AlN的襯底(1)上通過電子束蒸發依次製作厚度為15～25μm的釩金屬層(3)，厚度為50～100μm的鋁金屬層(4)，厚度為15～25μm的釩金屬層(5)，厚度為50～100μm的金金屬層(6)，採用高能離子注入機注入In離子退火後形成歐姆接觸電極。
專利摘要本專利公開了一種AIN晶體上的歐姆接觸電極結構，AIN材料結構包括一襯底；一AIN緩衝層；一本徵型AIN層。通過先在本徵型AIN上生長歐姆接觸電極結構釩金屬層/鋁金屬層/釩金屬層/金金屬層，厚度依次為15～25μm/50～100μm/15～25μm/50～100μm；然後進行In離子注入，注入劑量大於1×1014cm-2，能量大於150keV；並進行高溫退火激活工藝，製備出AIN材料上的歐姆接觸。AIN歐姆接觸的實現，有助於解決日盲型材料的歐姆接觸問題，提高日盲器件的性能；並解決了製備高性能真空紫外響應器件的瓶頸。真空紫外器件的研製，將能為我國的太空探測提供技術支撐。
文檔編號H01L31/0224GK201556629SQ20092027239
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月18日 優先權日2009年11月18日
發明者儲開慧, 包西昌, 戴江, 李向陽, 許金通, 陳長清 申請人:中國科學院上海技術物理研究所