在氮化镓衬底的氮极性面上制备欧姆接触电极的方法与流程

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种在氮化镓衬底的氮极性面上制备欧姆接触电极的方法。

背景技术：

氮化镓(gan)基激光器由于发光效率高，应用范围广，受到了极其广泛的关注。gan半导体是极性材料，根据极性面的不同，分为镓(ga)极性面(以下简称ga面)和氮(n)极性面(以下简称n面)。传统的gan基激光器为横向结构，n型电极与p型电极都制作在ga面上，但是横向结构激光器存在电流拥挤，电压高和散热难等缺点，很难满足大功率激光器的需求。

垂直结构的激光器可以有效地解决这些问题。垂直结构的激光器是把n型电极做在自支撑gan衬底的n面上，但是把n型电极做在n面上要困难得多，主要是自支撑gan衬底的n面与钛(ti)金属的欧姆接触电阻较大，原因是氧(o)在n面的吸附和结合率要远高于ga面，导致表面会出现更厚的氧化层，阻碍良好的欧姆接触形成，需要较高的退火温度才能得到较低的接触电阻。然而过高的退火温度会导致激光器有源区的发光性能发生退化，也会对已经做好的p型电极的欧姆接触性能产生一定的影响，并且额外的工艺步骤也会降低器件的稳定性和可靠性。

目前，在电感耦合等离子体(icp)刻蚀机上，使用等离子气体对自支撑gan衬底的n面进行刻蚀处理后，再沉积接触金属，不需要退火就可以实现良好的欧姆接触性能，这是由于icp刻蚀后，会在gan表面引起一些刻蚀损伤和原子空位，这些损伤和空位可以提高gan表面的电子浓度，有利于降低欧姆接触的电阻。但是这样往往又会存在热稳定性差的问题。由于器件在封装过程中电极会接触200～400℃的温度，n面的欧姆接触会在这个温度范围内出现明显的退化，转变成肖特基接触，引入很大的串联电阻，导致激光器性能变差。其主要原因是icp刻蚀后的gan表面不可避免的要暴露在大气中吸附水、碳(c)、氧气(o2)等杂质，而且在较高的温度下，氧原子容易发生了原子补偿效应，使界面电子浓度降低，导致欧姆接触电阻的增加。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供了一种在氮化镓衬底的氮极性面上制备欧姆接触电极的方法，该方法能够降低氮化镓衬底的氮极性面与金属电极之间的欧姆接触电阻，并且还提高了欧姆接触的热稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种在氮化镓衬底的氮极性面上制备欧姆接触电极的方法，其包括：

在真空环境中将所述氮化镓衬底送入到刻蚀装置中；

控制所述刻蚀装置对所述氮化镓衬底的氮极性面进行等离子体刻蚀处理；

在真空环境中将所述氮化镓衬底从所述刻蚀装置转移到沉积装置中；

控制所述沉积装置在所述氮化镓衬底的氮极性面上沉积金属薄膜，形成所述欧姆接触电极。

具体地，所述真空环境的气压为1×10^-7pa～1×10^-8pa。

具体地，在将所述氮化镓衬底送入到所述刻蚀装置之前，还在所述真空环境中对所述氮化镓衬底的氮极性面进行等离子体清洗处理。

具体地，所述等离子体清洗处理的工艺中，清洗功率为200w～300w，清洗气体为氮气，清洗时间为20min～30min。

具体地，所述等离子体刻蚀处理的工艺中，刻蚀功率为100w～300w，刻蚀气体为氯气，刻蚀时间为1min～5min，气体流量为9sccm～18sccm。

具体地，所述等离子体刻蚀处理的工艺中，刻蚀深度为1μm～5μm。

具体地，在所述氮化镓衬底的氮极性面上依次沉积ti薄膜、pt薄膜和au薄膜，形成所述欧姆接触电极。

具体地，所述刻蚀装置为电感耦合等离子体刻蚀机。

具体地，所述沉积装置为磁控溅射机。

本发明的另一方面是提供一种氮化镓基半导体器件的制造方法，包括步骤：

s10、提供氮化镓衬底，在所述氮化镓衬底的镓极性面上制备外延结构；

s20、在所述外延结构上制备第二金属电极；

s30、在所述氮化镓衬底的氮极性面上制备第一金属电极；

其中，所述步骤s30中，所述第一金属电极为按照如上所述的制备欧姆接触电极的方法制备获得的欧姆接触电极。

本发明实施例提供的在氮化镓衬底的氮极性面上制备欧姆接触电极的方法中，在等离子体刻蚀处理工艺和沉积金属薄膜工艺之间，氮化镓衬底的转移是在真空环境中进行，由此可以避免刻蚀处理后的氮化镓表面吸附水、碳(c)、氧气(o2)等杂质，在后续的高温环境中不会因为存在杂质而降低界面电子浓度，使得金属电极与氮化镓衬底保持良好的欧姆接触电阻，提高了欧姆接触的热稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例中的氮化镓基半导体器件的结构示意图；

图2是本发明实施例中的氮化镓基半导体器件的制造方法的工艺流程图；

图3是本发明实施例中在氮极性面上制备欧姆接触电极的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本实施例首先提供了一种氮化镓基半导体器件的制造方法，本实施例中所述的氮化镓基半导体器件可以是氮化镓基发光二极管或者是氮化镓基激光器等，这些半导体器件的其中一个共同结构就是把n型电极做在氮化镓(gan)衬底的氮极性面(n面)上。

本实施例中，以氮化镓基激光器为例，如图1所示，所述氮化镓基半导体器件包括自支撑gan衬底1、连接在自支撑gan衬底1的镓极性面(ga面)1a上的外延结构2、连接在外延结构2上的第二金属电极(p型电极)3和连接在自支撑gan衬底1的氮极性面1b上的第一金属电极4(n型电极)。其中，所述外延结构2包括依次设置在所述镓极性面1a上的n型gan层21、gan有源层22和p型gan层23，所述第二金属电极3是连接在所述p型gan层23上。

参阅图2并结合图1，本实施例中的氮化镓基半导体器件的制造方法包括以下步骤：

s10、提供氮化镓衬底1，在所述氮化镓衬底1的镓极性面1a上制备外延结构2。

s20、在所述外延结构2上制备第二金属电极3。

s30、在所述氮化镓衬底1的氮极性面1b上制备第一金属电极4。

其中，所述氮化镓基半导体器件中，所述第一金属电极4是欧姆接触电极。

以上的制备工艺步骤中，步骤s10和步骤s20是参照本领域中已有的技术方案进行，因此本实施例中不再详细说明。

以上的制备工艺步骤中，步骤s30按照以下工艺将所述第一金属电极4制备形成为欧姆接触电极。参阅图3，所述步骤s30包括：

s31、在真空环境中将所述氮化镓衬底1送入到刻蚀装置中。在本实施例中，所述刻蚀装置是icp刻蚀机。

在优选方案中，在将所述氮化镓衬底1送入到所述刻蚀装置之前，还在所述真空环境中对所述氮化镓衬底1的氮极性面1b进行等离子体清洗处理。具体地，所述等离子体清洗处理的工艺中，清洗功率为200w～300w，清洗气体为氮气，清洗时间为20min～30min。

更为优选的方案中，在进行所述步骤s31之前，首先在大气环境中对所述氮化镓衬底1的氮极性面1b进行表面清洗：对氮化镓衬底1使用丙酮清洗20～30min，再用异丙醇清洗5～10min，最后用去离子水清洗并用氮气吹干。具体地，对氮化镓衬底1的氮极性面1b使用丙酮在温度为60℃～70℃煮沸5min～10min，重复2～3次，再使用异丙醇在温度为70℃～80℃加热3～5min，重复2～3次，最后用去离子水清洗3～5分钟，并用氮气吹干。

s32、控制所述刻蚀装置对所述氮化镓衬底1的氮极性面1b进行等离子体刻蚀处理。具体地，所述等离子体刻蚀处理的工艺中，刻蚀功率为100w～300w，刻蚀气体为氯气，刻蚀时间为1min～5min，气体流量为9scm～18sccm。更具体地，所述等离子体刻蚀处理的工艺中，刻蚀深度为1μm～5μm。

s33、在真空环境中将所述氮化镓衬底1从所述刻蚀装置转移到沉积装置中。在本实施例中，所述沉积装置是磁控溅射机。

s34、控制所述沉积装置在所述氮化镓衬底1的氮极性面1b上沉积金属薄膜，获得欧姆接触电极，形成所述第一金属电极4。

本实施例中，所述第一金属电极4(欧姆接触电极)包括三个金属膜层，分别ti薄膜、pt薄膜和au薄膜。因此，以上步骤s34具体为：在所述氮化镓衬底1的氮极性面1b上依次沉积ti薄膜、pt薄膜和au薄膜，形成所述第一金属电极4。进一步地，所述ti薄膜的厚度可以设置为40～60nm，所述pt薄膜的厚度可以设置为40～60nm，所述au薄膜的厚度可以设置为90～110nm。

其中，以上工艺步骤中所述的真空环境的气压为不大于1×10^-7pa，可以是设置在1×10^-7pa～1×10^-8pa的范围内。

综上所述，本发明实施例提供的在氮化镓衬底的氮极性面上制备欧姆接触电极的方法，在等离子体刻蚀处理工艺和沉积金属薄膜工艺之间，氮化镓衬底的转移是在超高真空环境中进行，由此可以避免刻蚀处理后的氮化镓表面吸附水、碳(c)、氧气(o2)等杂质，在后续的高温环境中不会因为存在杂质而降低界面电子浓度，使得金属电极与氮化镓衬底保持良好的欧姆接触电阻，提高了欧姆接触的热稳定性。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。