close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15439

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 33/00
H 01L 21/02
B 82B 3/00
(2010.01)
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ПРОЗРАЧНОГО ОМИЧЕСКОГО КОНТАКТА
К ЭПИТАКСИАЛЬНОМУ СЛОЮ НИТРИДА ГАЛЛИЯ p-GaN
(21) Номер заявки: a 20091855
(22) 2009.12.23
(43) 2011.08.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное
объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Новицкий Николай Николаевич; Пашкевич Михаил Викторович; Стогний Александр Иванович;
Труханов Алексей Валентинович
(BY)
BY 15439 C1 2012.02.28
BY (11) 15439
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр
Национальной академии наук Беларуси по материаловедению" (BY)
(56) BY 8569 C1, 2006.
BY а20071573, 2009.
WO 02/09185 A1.
JP 2004/336021 A.
DE 10031259 A1, 2002.
KR 20020004438 A, 2002.
TW 227519 B, 2005.
TW 469515 B, 2001.
(57)
Способ изготовления прозрачного омического контакта к эпитаксиальному слою нитрида галлия p-GaN, включающий ионно-плазменную очистку поверхности эпитаксиального слоя p-GaN с последующим нанесением омического контакта наноразмерной
толщины на нагретую до температуры 350-370 °С подложку с эпитаксиальным слоем pGaN методом ионно-лучевого распыления в среде кислорода мишеней - бериллия Be и золота Au, причем сначала наносят первый слой омического контакта BeO толщиной 3 нм с
собственной проводимостью p-типа, затем слой золота толщиной 4 нм, а потом на полученную двухслойную контактную структуру наносят второй слой BeO толщиной не менее
3 нм и в результате формируют контактную структуру BeO/Au/BeO/p-GaN, отличающийся тем, что перед нанесением первого слоя BeO толщиной 3 нм на слой р-GaN наносят слой аморфного нитрида галлия толщиной не менее толщины исходного слоя p-GaN
методом распыления ионами азота мишени GaN, а затем удаляют слой аморфного нитрида галлия методом распыления ионами азота до плоской поверхности исходного слоя
p-GaN.
Изобретение относится к области оптоэлектронных приборов (светоизлучающих диодов, детекторов излучения и лазеров) на основе соединений нитридов металлов третьей
группы InN, GaN, AlN и их комбинаций, рабочие длины волн которых могут находиться в
интервале от ультрафиолетовой до сине-желтой области спектра. Белые светодиоды на
основе сплавов нитрида галлия имеют коммерческое применение в качестве энергосберегающих светотехнических устройств.
Прозрачные омические контакты к эпитаксиальным слоям p-GaN являются составной
частью среди тех перечисленных выше приборов, где вывод и прием излучения осуществ-
BY 15439 C1 2012.02.28
ляется верхним p-слоем. Контакты, кроме собственно обеспечения оптической прозрачности более 50 % в рабочем интервале длин волн, должны соответствовать стандартным
требованиям, основными из которых являются низкое значение контактного сопротивления, механическая прочность и термическая стабильность при длительной непрерывной
эксплуатации.
Из-за рассогласования свойств подложек и получаемых пленочных гетероструктур последние являются неидеальными в плане совершенства кристаллической решетки, поэтому
содержат дефекты в виде границ кристаллитов правильной и искаженной гексагональной
формы, пустот в области сопряжения отдельных кристаллитов, прорастающих дислокаций
из областей интерфейсов, в том числе в виде скоплений. Стандартные технологические
операции формирования контактов, базирующиеся на многослойной металлизации и подборе условий термообработок, не могут удовлетворить техническим требованиям, так как
должны производиться при недопустимо высоких температурах (более 700 °С), при которых происходит деградация основных свойств используемых материалов из-за неконтролируемых диффузионных процессов на интерфейсах и в слоях.
Известен способ [1] изготовления прозрачных омических контактов 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 образца в атмосфере кислорода в течение 1 мин при 500 °С. В результате происходит формирование
полностью окисленной контактной структуры NiO2/RuO2(или IrO2)/p-GaN. обеспечивающей
оптическую прозрачность до 85 % на длине волны 460 нм и контактное сопротивление
менее 5×10-5 Ом⋅см. Недостатком данного способа является рост контактного сопротивления в процессе эксплуатации при повышенной температуре. Так, после выдержки на воздухе при 550 °С в течение 24 часов контактное сопротивление возрастет более чем в
20 раз до значения около 10-3 Ом⋅см.
Ближайшим к предлагаемому техническому решению является способ [2] изготовления
прозрачных омических контактов к эпитаксиальному слою p-GaN, заключающийся в
предварительной ионно-плазменной очистке поверхности эпитаксиального слоя p-GaN и
последующем нанесении омических контактов наноразмерной толщины на нагретую до
температуры 350-370 °С подложку методом ионно-лучевого распыления в среде кислорода
металлических мишеней, где в качестве первого слоя осаждается стой BeO толщиной 3 нм
с собственной проводимостью p-типа, затем слой золота толщиной 4 нм, а потом на полученную двухслойную контактную структуру наносится второй слой оксида металла BeO толщиной не менее 3 нм. В результате формируется контактная структура BeO/Au/BeO/p-GaN
прозрачностью 78 % на длине волны 460 нм с контактным сопротивлением 6×10-4 Ом⋅см,
которое после выдержки на воздухе при 550 °С возрастает в четыре раза, до 2,4×10-3 Ом⋅см.
Однако указанный способ обладает недостатком, который наиболее ощутимо сказывается при переходе к более коротким длинам волн в ультрафиолетовую область. Слои pтипа проводимости в частности, как и пленки сплавов нитридов галлия в целом, характеризуются повышенным содержанием дефектов ростовой природы происхождения [3].
Обычно плотность ростовых дислокаций существенно превышает 106…108 см-2. В области
выхода скоплений дислокаций на поверхность образуются пустоты (проколы), причем
чаще всего искаженной гексагональной формы с площадью поперечного сечения каждой
до нескольких сотен квадратных нанометров и с разбросом размеров по глубине от значений,
соответствующих локализации в чисто p-слое, до значений, соответствующих прорастанию вплоть до области интерфейса пленка-подложка [4]. С точки зрения формирования
контактной металлизации участки поверхности, включающие места выхода дислокаций
на поверхность и их окрестности, являются паразитными низкоомными каналами, шунтирующими активные области протекания тока по глубине многослойной структуры, что
приводит к большим значениям токов утечек и вызывает нестабильность в работе приборов. Контактная металлизация прозрачными наноразмерными слоями не позволяет устра2
BY 15439 C1 2012.02.28
нить указанные каналы токов утечек, особенно в области дислокаций, прорастающих на
всю глубину p-слоя и являющихся наиболее электрически активными областями омических потерь при протекании тока. Места выхода этих дислокаций на поверхность p-слоя
являются основными причинами отслоения контактных слоев и их термической нестабильности при эксплуатации при повышенных температурах. В свою очередь, отслоения
металлизации в местах локального разогрева сопровождаются потерей оптической прозрачности с последующим уходом от значений исходных рабочих параметров. Также недостатком прототипа является невысокая термическая стабильность.
Задачей предлагаемого изобретения является "залечивание" ростовых дефектов p-слоя
GaN и, как следствие, увеличение термической стабильности прозрачных омических контактов к p-GaN.
Поставленная задача решается следующим образом. Способ изготовления прозрачного
омического контакта к эпитаксиальному слою нитрида галлия p-GaN включает ионноплазменную очистку поверхности эпитаксиального слоя p-GaN с последующим нанесением омического контакта наноразмерной толщины на нагретую до температуры 350-370 °С
подложку с эпитаксиальным слоем p-GaN методом ионно-лучевого распыления в среде
кислорода мишеней - бериллия Be и золота Au, причем сначала наносят первый слой омического контакта BeO толщиной 3 нм с собственной проводимостью p-типа, затем слой
золота толщиной 4 нм, а потом на полученную двухслойную контактную структуру наносят второй слой BeO толщиной не менее 3 нм и в результате формируют контактную
структуру BeO/Au/BeO/p-GaN. Новым, по мнению авторов, является то, что перед нанесением первого слоя BeO толщиной 3 нм на слой p-GaN наносят слой аморфного нитрида
галлия толщиной не менее толщины исходного p-GaN методом распыления ионами азота
мишени GaN, а затем удаляют слой аморфного нитрида галлия методом распыления
ионами азота до плоской поверхности исходного слоя p-GaN.
Термическая стабильность контактной структуры к p-GaN достигается как следствие
оптимизации поверхности слоя p-GaN при нанесении и последующем удалении дополнительного слоя аморфного нитрида галлия. При этом процессе происходит преимущественное заполнение пустот (проколов), образовавшихся при росте пленки, аморфным по
структуре материалом, близким по свойствам к свойствам исходной пленки, без его постороннего присутствия на плоских (бездефектных) участках поверхности, т.е. осуществляется избирательное "залечивание" наиболее активных в электрическом плане низкоомных
шунтирующих каналов утечек тока без нарушения вакуумного цикла формирования контактной структуры и без ухудшения ее исходных свойств.
Для пояснения предлагаемого изобретения приведем пример формирования контактной
структуры. Контактная структура формировалась в вакуумной установке ионно-лучевого
распыления-осаждения в среде кислорода, содержащей источник ионов кислорода [5] для
распыления-осаждения материалов мишеней бериллия и золота и такой же по конструкции источник ионов азота для очистки и распыления поверхности пленок на подложках,
располагающихся на подвижном подложкодержателе, который перемещается от одного
ионного источника к другому.
Сущность изобретения заключается в том, что контактная структура формировалась
следующим образом. Поверхность пленок исходных образцов в течение 20-30 минут обрабатывалась пучком ионов азота с энергией до 200 эВ с целью очистки. Потом образцы
последовательно перемещались на позицию для осаждения слоя аморфного нитрида галлия (GaNx) в атмосфере азота со средней скоростью 3,5 нм/мин пленки нитрида галлия на
поверхность образцов. Толщина и состав исходной пленочной эпитаксиальной структуры
задаются условиями роста, чаще всего толщина составляет порядка 1 мкм, причем наиболее толстые пленки некоторых образцов не превышают 3 мкм. Толщина p-слоя обычно не
превышает 200 нм. Приведем для демонстрации экспериментальные данные, полученные
на эпитаксиальной структуре толщиной p-слоя 120 нм. Известно, что впадины рельефа
поверхности с площадями поперечного сечения в десятки-сотни квадратных нанометров
3
BY 15439 C1 2012.02.28
заполняются более чем в два раза быстрее, чем ровные участки поверхности, при нанесении
пленок оксидов металлов в условиях ионно-лучевого распыления-осаждения [6]. В данном
случае осаждаемым материалом являлся нитрид галлия (более точно GaNx с аморфной
структурой). За время 35 минут на плоские участки поверхности р-слоя происходило
нанесение пленки GaNx толщиной около 120 нм. Одновременно наблюдалось преимущественное заполнение впадин рельефа поверхности GaNx. Далее образцы возвращались на
позицию для обработки поверхности, и ионным пучком азота с энергией до 200 эВ и
плотностью тока 0,6 мА/см2 распылялся слой GaNx с плоских участков поверхности. Одновременно происходило распыление GaNx и в области проколов, но при этом протекали
также процессы переосаждения продуктов распыления, в том числе с плоских участков
поверхности во впадины рельефа, как и внутри области самих проколов. Следовательно,
наблюдался даже рост эффективной толщины "залечивающею слоя" в области проколов.
Распыление пленки GaNx пучком ионов азота с плоских участков поверхности происходило со скоростью около 14 нм/мин. Скорость распыления поверхности р-слоя GaN после ее
вскрытия по мере удаления слоя оксида алюминия трудно поддавалась измерению из-за
малости величины. По оценкам, она не превышала 0,1 нм/мин, что позволило пренебрегать воздействием ионов азота с энергией менее 200 эВ на вскрытый р-слой. Завершение
процесса распыления GaNx с плоских участков поверхности фиксировалось по изменению
интенсивности спектра отраженного сигнала от поверхности тестовых образцов по мере
удаления GaNx, калиброванного по времени распыления. Далее образцы с "залеченными"
пустотами в пленочной эпитаксиальной структуре нитридов третьей труппы элементов
возвращались на позицию для нанесения собственно слоев контактной структуры. В частности, во-первых, прекращался напуск азота в вакуумную установку, потом подавался
кислород через ионный источник для распыления-осаждения мишеней. После этого производилось последовательное осаждение путем дискретного вращения трехпозиционной
металлической мишени слоя BeO (со скоростью нанесения 0,6 нм/мин) толщиной 3 нм,
золота (пленки золота, полученные методом ионно-лучевого распыления ионами кислорода в атмосфере кислорода, на наноразмерном уровне толщин обладают свойствами объемных пленок золота [2]) толщиной 4 нм при скорости осаждения 2,2 нм/мин и опять BeO
толщиной не менее 3 нм при. Температура нагрева образцов при нахождении в вакуумной
камере составляла 350…370 °С, предельный вакуум был не хуже 10-5 Тор, а рабочий вакуум составлял (1,8…2,1)×10-4 Тор.
Для иллюстрации предложенного способа нанесения прозрачной омической контактной
структуры на фиг. 1 приведены изображения поверхности образцов, полученные методом
растровой электронной микроскопии. На фиг. 1а на поверхности исходной эпитаксиальной структуры (слой p-GaN) в центре хорошо различимы дефекты искаженной гексагональной формы пустоты - глубиной порядка 1 мкм. На фиг 1б показано изображение,
полученное с образца, изготовленного с помощью методики, описанной в патенте, который является прототипом. После проведения технологических операций выше описанным
способом характерный вид поверхности вместе с нанесенной на нее контактной структурой принимает вид, показанный на фиг. 1в. Из сравнения изображений следует, что на поверхности пленочной структуры (фиг. 1в) отсутствуют электрически активные дефектные
области, причем даже в местах, соответствующих нахождению на исходной структуре пустот ростовой природы происхождения.
Испытания на термическую стабильность контактных структур, изготовленных предложенным способом, показало, что исходное контактное сопротивление составляло
2...4×10-4 Ом⋅см. После выдержки на воздухе в течение 24 часов при температуре 550 °С
контактное сопротивление увеличилось до 0,8×10-3 Ом⋅см (в то время как у прототипа оно
увеличилось до 1,8×10-3 Ом⋅см) при сохранении прозрачности 80 % на длине волны 460 нм.
Таким образом, термическая стабильность контактной структуры, изготовленной предложенным способом, по крайней мере, в два раза выше, чем у прототипа при сравнимых
значениях остальных характеристик.
4
BY 15439 C1 2012.02.28
Источники информации:
1. Но 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.
2. Патент BY8569.
3. GaN-based materials and devices. Grows, fabrication, characterization and performance /
Editors M.S.Shur. R.F.Davis // 2004. - World scientific publishing Co. Ptc. Ltd. - P. 270.
4. Жмерик B.H., Мизеров A.M. Шубина Т.В. и др. Квантово-размерные гетероструктуры на основе AlGaN для свегодиодов глубокого ультрафиолетового диапазона, полученные методом субмонослойной дискретной молекулярно-лучевой эпитаксии с плазменной
активацией азота // ФТП, 2008.-Т. 42. Вып. 12. - С. 1452-1458.
5. Стогний А.И. Новицкий Н.П. Плазменно-пучковый механизм генерации анодной
плазмы двухкаскадного самостоятельного разряда низкого давления с холодным полым
катодом // ЖТФ, 2003. - Т. 73. - Вып. 9. - С. 64-69.
6. Беспалов А.В., Стогний А.И., Новицкий Н.Н., Шуленков А.С. Заращивание поверхностных дефектов в пленках GaN методом многоразовою ионно-лучевого осажденияпереосаждения наноразмерного оксидного слоя // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы XIII Международного симпозиума. - Нижний Новгород: Институт физики микроструктур РАН, 16-20 марта 2009. - Т. 2. - С. 438.
Фиг. 1а
Фиг. 1б
Фиг. 1в
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 464 Кб
Теги
by15439, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа