[发明专利]一种欧姆接触电极、其制备方法及包含该欧姆接触电极的半导体元件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种置于n型宽带隙半导体基底上的欧姆接触电极、其制备方法及包含该欧姆接触电极的半导体元件。

背景技术

半导体的发展分别经历了硅、锗元素第一代半导体材料，砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)等化合物第二代半导体材料，氧化锌(ZnO)、金刚石、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)和硫化锌(ZnS)为代表的第三代半导体材料。相对于第一、第二代半导体材料，第三代半导体材料具有宽的禁带宽度、高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽带隙半导体材料(禁带宽度大于2.2 eV)，也成为高温半导体材料。

GaN材料系列是一种理想的短波长发光器件材料，GaN及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。自从1991年日本研制出同质结GaN蓝色LED之后，InGaN/AlGaN双异质结超亮度蓝色LED、InGaN单量子阱GaN LED相继问世。目前，Zcd和6cd单量子阱GaN蓝色和绿色LED已进入大批量生产阶段，从而填补了市场上蓝色LED多年的空白。蓝色发光器件在高密度光盘的信息存取、全光显示、激光打印机等领域有着巨大的应用市场。在制备这些以蓝光LED为基本元器件的高密度光盘、全光显示、激光打印机等商品时，制备性能优良的欧姆接触电极则是根本所在。

ZnO作为第三代半导体的代表，是一种宽带隙半导体材料。由于资源丰富、常温下具有较大的激子结合能(60 meV)和易进行湿法刻蚀等优点，可望应用于蓝光发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和紫外光电探测器等光电子器件，并且在透明电极、显示材料、太阳能电池、可变电阻、压电传感器等光电器件方面也有着广阔的应用前景而成为当前国内外的研究热点之一。由于接触性能的好坏直接影响到器件的性能和商业价值，低欧姆接触是实现高质量器件的基础。

紫外探测是当今各国争相发展的一项新型军民两用光电探测技术。作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，ZnO室温下禁带宽度为3.37 eV，在紫外区具有优异的光电特性。掺入Mg组分后，形成ZnMgO合金半导体，可实现带隙在３.3 eV(ZnO)～７.8 eV(MgO)之间可调。ZnMgO吸收边在紫外光区随Mg含量的增加而蓝移，能够覆盖地球大气臭氧层吸收的主要窗口200～280 nm，进而实现日盲区紫外光的探测，具有巨大的军事和经济价值。这一切的实现同样依赖性能优良的欧姆接触电极。

为了制备高使用寿命的宽带隙半导体光电器件，就需要制备低的接触电阻、热稳定并且可靠的欧姆接触电极。这可以通过降低金属和半导体之间的势垒高度差或者提高金属/半导体界面的电子浓度来实现。金属Ti是一种理想的n型宽带隙半导体欧姆接触电极材料，这主要归功于钛的低功函数和与宽带隙半导体材料之间的结合性能。迄今为止，Ti/Ni作为n型ZnO半导体欧姆接触电极的研究已经很多。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)研究结果共同表明Ti/Ni电极的形貌和表面平整度受退火处理温度的影响极大，Ti/Ni金属电极在经过350℃退火后变得非常粗糙。因此开发具有低接触电阻率性能的电极变得很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种新结构的、具有低接触电阻率的欧姆接触电极，其制备方法以及包含该电极的半导体元件，可适用于发光二极管(LED)、激光二极管(LD)场效应晶体管(FET)、薄膜晶体管(TFT)、光电探测器、压电探测器、气敏传感器、生物探测传感器等。

本发明的采用的技术方案如下：