close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8569

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8569
(13) C1
(19)
(46) 2006.10.30
(12)
7
(51) H 01L 33/00, 21/283,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОГО ОМИЧЕСКОГО
КОНТАКТА К ЭПИТАКСИАЛЬНОМУ СЛОЮ p-GaN
(21) Номер заявки: a 20030824
(22) 2003.08.20
(43) 2005.03.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Яблонский Геннадий Петрович (BY); Луценко Евгений Викторович (BY); Стогний Александр
Иванович (BY); Шуленков Алексей
Серафимович (BY); Шинеллер Бернд
(DE); Хойкен Михаель (DE)
BY 8569 C1 2006.10.30
21/28
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) WO 02/09185 A1.
US 6169297 B1, 2001.
JP 11040853 A, 1999.
JP 10209072 A, 1998.
TW 461126 B, 2001.
(57)
Способ изготовления прозрачного омического контакта к эпитаксиальному слою рGаN, заключающийся в ионно-плазменной очистке поверхности эпитаксиального слоя рGaN с последующим нанесением методом распыления металлических мишеней омического контакта наноразмерной толщины, содержащего первый слой оксида металла и слой
золота, отличающийся тем, что подложку с эпитаксиальным слоем р-GaN нагревают до
температуры 350-370 °С и наносят омический контакт методом ионно-лучевого распыления в среде кислорода, в качестве первого слоя оксида металла наносят BeO толщиной
3 нм с собственной проводимостью р-типа, затем слой золота толщиной 4 нм и на полученную двухслойную контактную структуру наносят второй слой оксида металла BeO
толщиной не менее 3 нм.
BY 8569 C1 2006.10.30
Изобретение относится к области изготовления контактов для оптоэлектронных приборов на основе сплавов нитрида галлия, таких как светоизлучающие диоды, детекторы
излучения и лазеры, в том числе предназначенные для работы в ультрафиолетовой области спектра. Светодиоды на основе сплавов нитрида галлия имеют коммерческое применение в качестве энергосберегающих светотехнических устройств.
Омические контакты к эпитаксиальным слоям p-GaN светодиодных и детекторных
структур должны быть прозрачными в требуемом спектральном диапазоне, иметь низкие
значения контактного сопротивления, обеспечивать механическую прочность и обладать
термостабильными свойствами в условиях длительной эксплуатации. Стандартные методы
металлизации, состоящие в подборе состава многослойных контактных пленочных структур и определении условий их отжига, не позволяют удовлетворить перечисленным требованиям. В связи с этим предложены способы изготовления прозрачных омических
контактов наноразмерной толщины к эпитаксиальным слоям на основе p-GaN, заключающиеся в увеличении концентрации легирующей примеси в приконтактных областях и
применении металлов, образующих при термообработке оптически прозрачные химические соединения, способствующие уменьшению высоты потенциального барьера на границе контакта с поверхностью слоя p-GaN.
Известен способ формирования прозрачного омического контакта к p-GaN [1], заключающийся в предварительной химической и плазмохимической очистке поверхности образца, последовательном нанесении методом электронно-лучевого испарения слоев
никеля и золота толщиной 5 нм каждый и быстром термическом отжиге в кислороде при
500 °C в течение 1 мин. В результате формируется контактная структура Au/NiOx/p-GaN,
обеспечивающая контактное сопротивление ~10-4 Ом×см и оптическую прозрачность до
80 % на длине волны 460 нм. Недостатком данного способа формирования контакта является малая термостабильность, заключающаяся в росте контактного сопротивления более
чем в 800 раз после выдержки на воздухе при t = 550 °C в течение 24 часов.
Известен также метод формирования прозрачного контакта на слое нитрида галлия
(GaN) р-типа оптоэлектронного устройства, включающий в себя реализацию в одном процессе введение выбранного металла в условиях окисления, вместо окисления металла после
его нанесения, на поверхность слоя GaN р-типа. В некоторых применениях окисленный
металл обеспечивает достаточную поперечную проводимость, что устраняет обычное требование наличия второго высокопроводящего контактного металла, такого как золото. Если желателен второй контактный металл, проводится отжиг в бескислородной атмосфере
после нанесения второго слоя. Отжиг вызывает проникновение второго металла через
слой окисленного металла и вплавление его в поверхность слоя GaN р-типа. Во второй
реализации окисление происходит только после того, как, по крайней мере, один из двух
металлов нанесен на поверхность слоя GaN р-типа. В одном из применений второй реализации наносятся два металла и окисление происходит в окружении, включающем и пары воды,
и кислород. В альтернативном применении второй реализации наносится первый металлический слой, который затем окисляется на всю его глубину. Второй материал, такой как
золото, напыляется на первый материал и проводится стадия повторного отжига, чтобы
направить второй металл сквозь окисленный первый металл. В любых применениях той
или иной реализации может быть сформирована система окон в результирующей контактной
структуре или в дополнительных слоях, формируемых вслед за ней [2].
Ближайшим техническим решением к предлагаемому является способ [3] формирования прозрачного омического контакта к p-GaN, заключающийся в предварительной химической и плазмохимической очистке поверхности образца, последовательном нанесении
методом электронно-лучевого испарения слоев рутения (или иридия) и никеля толщиной
5 нм каждый и быстром термическом отжиге в атмосфере кислорода в течение 1 минуты
при t = 500 °C. В результате формируется полностью окисленная контактная структура
NiO/RuO2 (или IrO2)/p-GaN, обеспечивающая оптическую прозрачность до 85 % на длине
волны 460 н и контактное сопротивление менее 5×10-5 Ом×см. Недостатком данного способа
2
BY 8569 C1 2006.10.30
формирования контакта является рост контактного сопротивления в процессе эксплуатации при повышенной температуре. Так, после выдержки на воздухе при t = 550 °C в течение
24 часов, контактное сопротивление возрастало в 20 раз, до значения более 10-3 Ом×см.
Следует также отметить, что в условиях серийного производства сложно обеспечить
высокую воспроизводимость контактных структур в технологическом процессе, состоящем из нескольких операций, после выполнения которых исходное контактное сопротивление меняется в десятки-сотни раз, а контроль толщины слоев контактной структуры
возможен только после операции нанесения. В приведенных примерах толщина и границы
слоев после нанесения изменяются из-за протекания диффузионных и фазообразующих
процессов, в результате чего нарушается связь между контрольными измерениями толщины, электрического сопротивления, и других электрофизических параметров контактной
структуры при выполнении промежуточных операций.
Недостатком данного изобретения является необходимость строгого контроля толщины каждого из трех металлических контактных слоев, а также жесткого контроля за процессом термообработок при окислении, т.к. в противном случае происходит потеря
прозрачности и изменение контактных характеристик в условиях длительной эксплуатации, а также недостаточная термостойкость контакта.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение термической стабильности
прозрачных омических контактов к p-GaN. Поставленная задача решается следующим образом. В способе изготовления прозрачного омического контакта к p-GaN, заключающемся
в ионно-плазменной очистке поверхности эпитаксиального слоя p-GaN от посторонних
примесей, последовательном нанесении на нагретую до температуры 350...370 °C подложку методом ионно-лучевого распыления в среде кислорода металлических мишеней слоя
оксида металла наноразмерной толщины, обладающего собственной проводимостью р-типа
(например, BeO, NiO или MgO), и слоя благородного металла наноразмерной толщины,
например золота, отличающегося тем, что на поверхность двухслойной контактной структуры наносят дополнительный слой оксида металла наноразмерной толщины, обладающий собственной проводимостью р-типа.
Результаты экспериментальных испытаний контактных структур при использовании в
качестве оксидообразующих металлов Be, Ni и Mg и благородного металла - Au и Pt показали, что наиболее оптимальная комбинация имеет вид BeO/Au/BeO/p-GaN.
Положительный эффект повышения термостабильности контактной структуры к pGaN достигается по сравнению с прототипом тем, что операции нанесения, окисления и
термоотжига протекают одновременно, причем от последующей деградации при взаимодействии с атмосферой контактная структура защищена дополнительным верхним прозрачным слоем BeO.
Сущность изобретения заключается в ионно-плазменной очистке поверхности эпитаксиального слоя p-GaN с последующим нанесением методом распыления металлических
мишеней омического контакта наноразмерной толщины, содержащего первый слой оксида
металла и слой золота, при этом отличительной особенностью является то, что подложку с
эпитаксиальным слоем p-GaN нагревают до температуры 350-370 °C и наносят омический
контакт методом ионно-лучевого распыления в среде кислорода [4], в качестве первого
слоя оксида металла наносят BeO толщиной 3 нм с собственной проводимостью р-типа,
затем слой золота толщиной 4 нм и на полученную двухслойную контактную структуру
наносят второй слой оксида металла BeO толщиной не менее 3 нм [5].
Для пояснения предлагаемого изобретения приведем пример формирования контактной структуры. Контактная структура формировалась в вакуумной установке ионнолучевого распыления-осаждения в условиях ионного ассистирования, показанной на
фиг. 1. Установка содержит вакуумную камеру 1, источник ионов кислорода для распыления мишеней 2, низкоэнергетический источник ионов Кауфмана с открытым торцом 3,
двухпозиционный держатель мишеней 4 с мишенями из металлических пластин золота и
бериллия, источник ионов 5 для очистки поверхности образцов, четырехпозиционный
3
BY 8569 C1 2006.10.30
держатель 6 рабочих подложек с эпитаксиальными слоями p-GaN, нагреватель подложек 7.
Установка откачивалась до вакуума <2×10-5 Тор, рабочий вакуум составлял <3,5×10-4 Тор.
Контактная структура формировалась следующим образом. Поверхности подложек в
течение 20-30 минут очищались потоком ионов азота с максимальной энергией 180эВ и
средней энергией ~120эВ из источника ионов 4, потом через источник ионов 2 и источник
ионов 5 напускался кислород и проводилось предварительное нанесение слоев на образецспутник в течение одной-двух минут для золота и десяти-пятнадцати минут для бериллия.
Далее позиционировались рабочие образцы, нагретые до температуры 350...370 °C и на их
поверхность последовательно наносились слой золота со средней скоростью 2,2 нм/мин и
слои оксида бериллия со скоростью 0,6 нм/мин. Толщина нанесенных слоев оценивалась
на основе сравнения спектров пропускания и значений поверхностного сопротивления
полученных контактных структур со значениями эталонных образцов, толщина слоев которых измерялась при помощи атомно-силового микроскопа [4].
Измерения показали, что оптимальная структура имеет вид BeO (3нм)/ Au (4нм)/ BeO
(3нм)/ p-GaN, а оптимальное значение температуры составляет 350...370 °C. При меньших
значениях толщины нижнего слоя оксида бериллия нарушается омический характер
вольт-амперной характеристики контакта, а при большей толщине наблюдался быстрый
рост контактного сопротивления. Толщина верхнего слоя оксида бериллия наименее критично влияет на свойства контактной структуры. Однако исследования методом атомносиловой микроскопии показали, что среднеквадратическая шероховатость поверхности
образцов после термоиспытаний увеличивается для пленок бериллия толщиной менее 3 нм,
а для пленок большей толщины остается практически неизменной. Толщина пленки золота наиболее критично влияет на свойства контактной структуры. Пленка толщиной менее
3 нм имела островковый вид после термоиспытаний, что приводило к деградации контактной структуры. Оптическое пропускание в диапазоне толщин золота от 3 нм до 6 нм
уменьшалось по нелинейному закону, а поверхностное сопротивление уменьшалось по
линейному закону. Оптимальное значение толщины пленки золота составило примерно 4 нм.
Оптимальный интервал температуры нагрева образцов составил 350...370 °C, т.к. при
больших температурах пленки оксида бериллия после осаждения имели островковый вид,
что нарушало омический характер проводимости контактной структуры. При меньших
значениях температуры нагрева образцов наблюдалось увеличение поверхностного сопротивления контактной структуры и, кроме того, в процессе испытаний на термостабильность контактное сопротивление возрастало более чем на порядок уже после первых
десяти часов выдержки.
В таблице просуммированы результаты испытаний на термостабильность.
Исходная
структура
Au/Ni/p-GaN
5 нм/5 нм
Ni/Ru/p-GaN
5 нм/5 нм
Ni/Ir/p-GaN
5 нм/5 нм
BeO/Au/BeO/
P-GaN 3 нм/
5 нм/3 нм
Контактное
Контактное
rТ/r0
сопротивле- сопротивление коэффи- Прозрачность
ние после
после 24 часов
циент
на длине
Примечание
нанесения
выдержки на
термоволны
воздухе
стабиль460 HM
10-4 Ом×см,
ности
r0
при 550 °C, rТ
-2
840
79,6
Аналог [1]
8,4×10
10-4
4,5×10-5
2,4×10-3
54
84,6
3,4×10-5
0,8×10-3
22
85,5
6×10-4
2,4×10-3
4
78
4
Прототип
[3]
Прототип
[3]
Предлагаемый
способ
BY 8569 C1 2006.10.30
Следовательно, предложенный способ позволяет сформировать контакты, термостабильность которых в 5-10 раз превосходит аналог при сравнимости абсолютных значений
контактного сопротивления и оптической прозрачности после испытаний. По сравнению с
прототипом предложенные контактные структуры имеют меньшие значения контактного
сопротивления, большую прозрачность и более чем на порядок превосходят по термостабильности.
Источники информации:
1. Jang H.W., Kim K.H., Kim J.К., Hwang S.-W., Yang J.J., Lee K.J., Son S.-J., Lee J.-L.
Low-resistance and thermally stable ohmic contact on p-type GaN using Pd/Ni metallization //
Appl. Phys. Lett. - 2001. - Vol. 79. - P. 1822.
2. Патент US6287947 Method of forming transparent contacts to a p-type GaN layer, maranowski steven A (US), wierer jr Jonathan joseph (us), ludowise MICHAEL J (US), STEIGERWALD DANIEL A (US).
3. Ho Won Jang, Chang Min Jeon, Jong-Lam Lee. Low-Resistance, High-Transparency, and
Thermally Stable Ohmic Contacts on p-Type GaN Using Ru and Ir// Phys. Stat. Sol. (c). - 2002. Vol. 0. - No. 1. - P. 227-230.
4. Стогний А.И., Новицкий Н.Н., Тушина С.Д., Калинников C.B. Получение методом
ионно-лучевого распыления кислородом и оптические свойства ультратонких пленок
золота // ЖТФ. - 2003. - T. 73. - Вып. 6. - С. 86-89.
5. Thin films - Interdiffusion and Reactions / Ed. J.M. Poate, K.N. Tu, J.V. Mayer. A
Willey-Interscience Publication. John Wiley and Sons Inc., 1978.
6. Стогний А.И., Новицкий Н.Н., Стукалов О.М.. Ионно-лучевое полирование наноразмерного рельефа поверхности оптических материалов// ПЖТФ. - 2002. - T. 28. - Вып. L. C. 39-48.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
156 Кб
Теги
by8569, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа