[发明专利]一种制备高Al组分的AlGaN材料的p型欧姆接触层的方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体光器件制造技术领域，具体涉及一种制备高Al组分的AlGaN材料的p型欧姆接触层的方法及应用，该方法利用石墨烯-金属结构实现高Al组分的AlGaN材料的p型欧姆接触。

背景技术

石墨烯是单原子层的石墨薄膜，其晶格是由碳原子构成的二维蜂窝结构，具有独特的光学、电学、热特性及机械性能。单层石墨烯对于可见光的透过率可达到97%，在300nm到1000nm波长范围内，石墨烯的吸收光谱是相当平坦的。它是目前已知在常温下导电性能最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了一般导体，是目前世上电阻率最小的材料。高的电导率及光透过率使石墨烯成为最有前景的透明导电层备选材料之一，特别是对于紫外器件。

目前限制紫外器件发展的一个主要问题是缺少对紫外光具有高透过率且高电导率的透明导电层。铟锡氧化物（ITO）是最常用的透明导电层，但其对非可见光，如紫外光波的透过率极低。除此之外，铟的价格也较高。相比较而言，石墨烯在紫外波段的透过率远高于ITO，有更高的电导率及热导率，可降低透明导电层的电阻，实现良好的热扩散。

石墨烯作为透明导电层，代替ITO应用于触摸屏、透明柔性显示器件、太阳能电池、晶体管等器件中，对于这一方向的研究也有很多。如韩国三星公司的研究人员已经制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏。近期，国内首条石墨烯透明导电膜生产线已经正式投产。但石墨烯作为半导体氮化物器件的透明导电层，特别是对于UV-LED、UV-LD等高Al组分GaN材料的p型欧姆接触的研究尚处于起步阶段，而这一方向的研究有很重要的现实意义。

高Al组分GaN材料的p型欧姆接触很难实现，主要是因为p-AlGaN的掺杂效率很低。导致p型掺杂效率低的主要原因有：掺杂剂的溶解度低；掺杂剂的激活能高；施主和杂质补偿严重。而且这三个问题随着Al组分的升高而越发严重，从而导致Al组分越高p型掺杂效率越低。由于p-AlGaN的掺杂问题，目前发光器件的p型层大都使用p-GaN代替p-AlGaN，以暂时解决电导率低的问题。但是由于p-GaN对深紫外光波段的吸收率相当高，导致深紫外发光器件的光提取效率很低，这也是深紫外发光器件发光效率低的原因。

发明内容

为了克服上述技术问题的缺陷，本发明的目的在于提供一种制备高Al组分的AlGaN材料的p型欧姆接触层的方法及应用，该方法工艺简单、成本低，能够提高光提取效率，减少大电流大功率器件的热效应，从而解决高Al组分的紫外光电器件的p型欧姆接触问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种制备高Al组分的AlGaN材料的p型欧姆接触层的方法，包括以下步骤：

1）在生长衬底上制备基础芯片结构；

2）在金属基片上制备单层石墨烯；

3）将步骤2）制得的石墨烯转移到转移介质上，并进行图案画处理；

4）将转移介质连同在其上的石墨烯压制在步骤1）得到的基础芯片结构表面，得到刻蚀用的掩膜，刻蚀掉无掩膜区域的p型AlGaN，刻蚀到n型GaN，然后去除转移介质，在基础芯片结构表面制得完整的石墨烯层；

5）将表面具有完整的石墨烯层的芯片，在200～400℃下，在N₂气氛围下退火3～5min后，蒸镀单层或多层金属层，得到高Al组分的AlGaN材料的p型欧姆接触层。

步骤1）所述的生长衬底采用蓝宝石，步骤2）所述的金属基片采用铜箔，且铜箔的纯度大于95%。

步骤2）所述的在金属基片上制备单层石墨烯，是以乙烯作为石墨烯生长的碳源，以H₂和Ar的混合气体作为载气，，在900℃～1100℃下，在50Pa～5kPa的条件下生长；其中H₂和Ar的体积比为1:2～4。

在步骤4）之前还包括清洁步骤，具体是：将经步骤3）处理的带有转移介质和石墨烯的金属基片，置于FeCl₃溶液中腐蚀掉铜箔层后，用去离子水冲洗3～5次；再置于质量浓度为10～15%的HCl溶液中浸泡30～60min后，用去离子水冲洗3～5次。

所述的转移介质为PMMA、PDMS或光刻胶。

步骤3）所述的图案化处理采用压印、电子束光刻或光学光刻。

步骤4）所述的去除转移介质是采用丙酮洗去转移介质。

步骤5）所述的单层或多层金属层的金属元素采用Pt、Au、Ni或Cr，所述的单层或多层金属层的蒸镀是采用热蒸发、电子束蒸发、或磁控溅射的方法进行。