Способ изготовления прозрачного омического контакта к эпитаксиальному слою p-GаN

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОГО ОМИЧЕСКОГО КОНТАКТА К ЭПИТАКСИАЛЬНОМУ СЛОЮ -А(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Луценко Евгений Викторович Павловский Вячеслав Николаевич Данильчик Александр Викторович Яблонский Геннадий Петрович Стогний Александр Иванович Новицкий Николай Николаевич Шуленков Алексей Серафимович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ изготовления прозрачного омического контакта к эпитаксиальному слою , включающий ионно-плазменную очистку поверхности эпитаксиального слоя и нанесение омического контакта наноразмерной толщины на нагретую до температуры 350-370 С подложку с эпитаксиальным слоем - методом ионно-лучевого распыления в среде кислорода металлических мишеней, причем сначала наносят первый слой омического контактатолщиной 3 нм с собственной проводимостью -типа, затем слой золота толщиной 4 нм, а потом на полученную двухслойную контактную структуру наносят второй слойтолщиной не менее 3 нм и в результате формируют контактную структуру ///-, отличающийся тем, что перед нанесением первого слоятолщиной 3 нм наносят и удаляют методом ионно-лучевого распыления промежуточный слой ВеО толщиной не менее 0,5 толщины слоя -. 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 предназначенных для работы в ультрафиолетовой области спектра. Светодиоды на основе сплавов нитрида галлия имеют коммерческое применение в качестве энергосберегающих светотехнических устройств. 13504 1 2010.08.30 Прозрачные омические контакты к эпитаксиальным слоям - должны удовлетворять как стандартным требованиям, основными из которых являются низкое значение контактного сопротивления, высокие механическая прочность и термостабильность при длительной непрерывной эксплуатации, так и требованиям обеспечения высокой оптической прозрачности в определенном интервале длин волн, в данном случае - от видимой области спектра и до ближней ультрафиолетовой области. Пленки нитрида галлия являются одним из наиболее известных химически инертных соединений. Поэтому трудно реализовать условия для протекания взаимодействий на интерфейсах и в слоях, не приводящих к деградации основных свойств используемых материалов, применяя только стандартные технологические операции в виде многослойной металлизации и подбора условий отжига, чтобы сформировать контакты, удовлетворяющие перечисленному выше набору требований. В связи с этим известен способ 1 формирования прозрачного омическою контакта к-, заключающийся в предварительной химической и плазмохимической очистках 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 мин при 500 С. В результате формируется полностью окисленная контактная структура /2 (или 2)/-, обеспечивающая оптическую прозрачность до 85 на длине волны 460 нм и контактное сопротивление менее 510-5 Омсм. 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 возрастало более чем в 20 раз, до значения около 10-3 Омсм. Ближайшим техническим решением к предлагаемому является способ 2 изготовления прозрачного омического контакта к эпитаксиальному слою р-, заключающийся в ионно-плазменной очистке поверхности эпитаксиального слоя - и последующем нанесении омического контакта 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 слой ВеО толщиной 3 нм с собственной проводимостью р-типа, затем слой золота толщиной 4 нм, а потом на полученную двухслойную контактную структуру наносится второй слой оксида металла ВеО толщиной не менее 3 нм. В результате формируется контактная структура///- прозрачностью 78 на длине волны 460 нм с контактным сопротивлением 610-4 Омсм, которое после выдержки на воздухе при 550 С возрастало в четыре раза, до 2,410-3 Омсм. Данный способ обеспечивает более высокую термическую стабильность прозрачных омических контактов по сравнению с предыдущим. Однако указанные способы обладают общим недостатком, который проявляется более ощутимо при переходе к более коротким длинам волн, в ультрафиолетовую область. Слои р-типа проводимости, в частности, как и пленки сплавов нитридов галлия в целом, характеризуются повышенным содержанием дефектов ростовой природы происхождения и обусловленными, в первую очередь, химической инертностью вещества 3. Обычно плотность ростовых дислокаций существенно превышает 104106 см-2, и с морфологической точки зрения области выхода дислокаций на поверхность представляют собой впадины на рельефе поверхности с площадью поперечного сечения каждой не более нескольких десятков квадратных нанометров. С точки зрения формирования контактной металлизации область поверхности, включающая место выхода дислокации на поверхность и ее окрестность, являются паразитными низкоомными каналами, шунтирующими активные области протекания тока через структуры, обусловливают большие значения токов утечек и вызывают низкую стабильность в работе приборов на основе этих слоев. Контактная металлизация прозрачными наноразмерными слоями не позволяет устранить указанные каналы токов утечек, особенно в области дислокаций, прорастающих на всю 2 13504 1 2010.08.30 глубину р-слоя и являющимися наиболее электрически активными при протекании тока. Места выхода этих дислокаций на поверхность р-слоя являются основными причинами отслоения контактных слоев и их термической нестабильности при эксплуатации при повышенных температурах. Задачей предлагаемого изобретения является увеличение термической стабильности и деградационной прочности прозрачных омических контактов к -. Поставленная задача решается следующим образом. В способе изготовления прозрачного омического контакта к эпитаксиальному слою -, заключающемся в ионноплазменной очистке поверхности эпитаксиального слоя - с последующим нанесением омического контакта 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 слой ВеО толщиной 3 нм с собственной проводимостью р-типа, затем слой золота толщиной 4 нм, а потом на полученную двухслойную контактную структуру наносится второй слой оксида металла ВеО толщиной не менее 3 нм и в результате которой формируется контактная структура///-, отличающегося тем, что перед нанесением первого слоя ВеО толщиной 3 нм наносят и удаляют методом ионно-лучевого распыления промежуточный слой ВеО толщиной не менее 0,5 толщины р-слоя . Положительный эффект повышения термической стабильности и деградационной прочности контактной структуры к - достигается по сравнению с прототипом тем,что нанесение и последующее удаление дополнительного слоя ВеО позволяет заполнить окрестности областей выхода ростовых дислокаций на поверхность этим высокоомным материалом с собственной проводимостью р-типа и таким образом залечить наиболее активные в электрическом плане низкоомные шунтирующие каналы без нарушения вакуумного цикла формирования контактной структуры. Сущность изобретения заключается в следующем. В способе изготовления омического контакта к эпитаксиальному слою -, включающем ионно-плазменную очистку поверхности эпитаксиального слоя - и нанесение омического контакта наноразмерной толщины на нагретую до температуры 350-370 С подложку с эпитаксиальным слоем р методом ионно-лучевого распыления в среде кислорода металлических мишеней,причем сначала наносят первый слой омического контакта ВеО толщиной 3 нм с собственной проводимостью р-типа, затем слой золота толщиной 4 нм, а потом на полученную двухслойную контактную структуру наносят второй ВеО толщиной не менее 3 нм и в результате формируют контактную структуру ///-, перед нанесением первого слоя ВеО толщиной 3 нм наносят и удаляют методом ионно-лучевого распыления промежуточный слой ВеО толщиной не менее 0,5 толщины р-слоя . Для пояснения предлагаемого изобретения приведем пример формирования контактной структуры. Контактная структура формировалась в вакуумной установке ионнолучевого распыления-осаждения в среде кислорода, содержащей источник ионов кислорода 4 для распыления-осаждения материалов мишеней бериллия и золота и такой же источник ионов кислорода для очистки и распыления поверхности подложек, находящихся на подвижном подложкодержателе. Контактная структура формировалась следующим образом. Поверхности подложек в течение 2030 мин очищались пучком ионов азота с максимальной энергией 180 эВ и средней энергией около 120 эВ, потом подложки последовательно перемещались на позицию осаждения, напуск азота прекращался и через источник ионов для распыленияосаждения материалов мишеней подавался кислород. Далее производилось осаждение потока адатомов с мишени бериллия со средней скоростью 0,6 нм/мин на поверхность вращаемой вокруг своей оси подложки. Толщина р-слоязадается условиями роста эпитаксиальных структур. Для определенности будем считать ее равной 100 нм. Известно,что впадины рельефа поверхности с площадями поперечного сечения в единицы-десятки 3 13504 1 2010.08.30 квадратных нанометров заполняются не менее чем в два раза быстрее, чем ровные участки поверхности, осаждаемым материалом 5. В данном случае осаждаемым материалом является оксид бериллия и за время менее 85 мин все впадины рельефа поверхности на подложке глубиной не более толщины р-слоя будут заполнены оксидом бериллия, в т.ч. те,происхождение которых обусловлено ростовыми дислокациями. Далее подложка возвращалась на позицию очистки поверхности, где повторялись режимы очистки ионным пучком, но теперь с целью распыления слоя оксида бериллия с ровных участков поверхности. Так как в указанных режимах ионной очистки скоростью распыления нитрида галлия по сравнению со скоростью удаления осажденного слоя оксида бериллия можно пренебречь,то завершение процесса распыления фиксируется как оптическими методами по изменению спектра отраженного сигнала от поверхности, так и визуально или по времени экспериментально подобранных условий. В рассматриваемом примере удаление осажденного слоя происходило за 2024 мин с ровных участков поверхности, в то время как наноразмерные по площади поперечного сечения ямки и выемки, заполненные на предыдущей операции оксидом бериллия, мало изменяли свой вид из-за процессов перераспределения материала осажденного слоя по поверхности при распылении. Далее подложка с залеченным оксидом бериллия рельефом поверхности возвращалась на позицию осаждения собственно слоев контактной структуры. После прекращался напуск азота, подавался кислород через ионный источник для распыления-осаждения, и производилось последовательное осаждение слоев ВеО с указанной выше скоростью толщиной 3 нм, золота толщиной 4 нм со скоростью 2,2 нм/мин и опять ВеО толщиной 3 нм. Температура нагрева подложек при нахождении в вакуумной камере составляла 350370 С, предельный вакуум был не хуже 10-5 Тор, а рабочий вакуум составлял 1,82,110-4 Тор. Испытания на термическую стабильность контактных структур, изготовленных предложенным способом показало, что исходное контактное сопротивление составляло 3610-4 Омхсм, что было не хуже, чем у прототипа. После выдержки на воздухе в течение 24 часов при температуре 550 С контактное сопротивление возросло менее чем в два раза при сохранении прозрачности в 81 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. Источники информации 1. Но,, - . -, -,-//. . . .- 2002 0.- . 1.- . 227-230. 2. Патент РБ 8569, МПК 701 33/00, 21/283, 21/28, 2006 (прототип). 3. Энциклопедия технологии полупроводниковых материалов. Т. 1 / Под ред. К.А. Джексона и В. Шретера Пер. с англ. / Под ред. Э.П. Домашевской.- Воронеж Водолей, 2004.982 с. 4. Стогний А.И., Новицкий Н.Н. Плазменно-пучковый механизм генерации анодной плазмы двухкаскадного самостоятельного разряда низкого давления с холодным полым катодом // ЖТФ.- 2003.- Т. 73.- Вып. 9.- С. 64-69. 5. Стогний А.И., Новицкий Н.Н., Стукалов О.М. Ионно-лучевое полирование наноразмерного рельефа поверхности оптических материалов // ПЖТФ.- 2002.- Т. 28.- Вып. 1.С. 39-48. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4