专利名称：欧姆接触结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的在金属层(Metallisierung)和半导体材料之间的欧姆接触结构，以及一种按权利要求12前序部分所述的用于制造这种欧姆接触结构的方法。
在半导体技术领域的典型应用中，在半导体元件工作时电流流过半导体元件。通常将由金属制的接点用于半导体元件的电接点接触，这些接点在金属层和半导体材料之间应具有尽可能小的接触电阻。这种金属半导体接点通常称为欧姆接触。
众所周知，对于金属和半导体之间的低欧姆接触来说，在接近接触面的半导体中起决定性作用的是，一方面在部件之间的尽可能低的界面势垒，而另一方面施主或受主的尽可能高的净浓度。
界面势垒的高度还由金属的或在接点退火之后所形成合金的逸出功，和由界面态来决定，这些界面态按密度和电子占据数(Besetzung)的不同来确定费米能级。在半导体材和金属之间的薄的绝缘层，例如由于在金属化之前的不充分清洗而可能导致附加地影响界面势垒。
此外还已知，在p型导电的半导体材料中可以通过采用具有尽可能高的选出功的金属来降低半导体材料和金属层之间的接触电阻。例如H.Ishikawa及其他人已在″在p-GaN/金属界面上表面处理和金属功(Metal Work)函数对电性能的影响″，J.Appl.Phys.，81卷.第3期，1997，1315-1322页中公布了对此的研究。
在p掺杂半导体的情况下，少数载流子，即空穴主要以两种方式对电流作贡献。一方面可以通过热激活将少数载流子提升越过界面势垒，另一方面它们可以隧道穿透通过该界面势垒。隧道机构以指数的方式与该界面势垒的宽度有关，该界面势垒在它这方面由半导体材料中的空间电荷区的跨度(Weite)来决定。对于p掺杂的半导体来说，由受主的净浓度(即扣除了施主浓度的受主浓度)来决定空间电荷区的该跨度。该净浓度越高，负的空间电荷密度则越高，而空间电荷区的跨度则越小。
近年来作为半导体材料的GaN的重要性已增加。尤其是在这期间公开了基于GaN的发光二极管、激光二极管和光电探测元件，它们具有越来越好的效率。人们已发现，在用Mg掺杂的p-GaN中出现了一种自补偿的效应，即在受主浓度方面和因而也在空穴浓度方面存在着在GaN中的最佳的Mg浓度。例如由U.Kaufmann及其他人已在″在外延的GaN:Mg层中的空穴电导率和补偿″，Phys.Rev.B，62卷，第16期，2000，10867-10872页中，将GaN中的该最佳的Mg浓度确定在2×1019cm-3上，其中，也从别处曾可以证实该值。
尽管有以上的认识，但是对于p掺杂的GaN曾仅能实现数量级约10-2Ωcm2的比接触电阻，该比接触电阻对于许多技术用途显然是太高的。
因此本发明的任务是如下来改善金属层和半导体材料之间的欧姆接触结构，使得进一步降低比接触电阻。本发明的另一个任务在于提供一种用于制造这种欧姆接触结构的方法。
通过一个具有权利要求1所述特征的欧姆接触结构，或通过一种具有权利要求12所述特征的用于制造欧姆接触结构的方法来解决这些任务。本发明的有利的改进方案是从属权利要求2至11和13至21的主题。
金属层和半导体材料之间的本发明欧姆接触结构其特征在于，该半导体材料具有一个接触层，该接触层具有紧靠金属层的第一子区和具有连接到第一子区上的第二子区，其中，在第一子区中的掺杂大于第二子区中的。
本发明所基于的认识在于，在半导体材料表面附近的缺陷的电子占据数与半导体层之内的不一致。更确切地说，在半导体表面附近，对于负空间电荷的最大浓度所必要的掺杂浓度，与半导体层内部最大空穴浓度用的掺杂浓度相比是推移了的。为了在半导体层和金属层之间达到尽可能低欧姆的接触，因此必须在接触面附近选择一种掺杂浓度，该掺杂浓度大多明显地不同于在半导体层内部被视为最佳的掺杂浓度，以至于实现了较小的空间电荷区跨度和因而较小的隧道电阻，以及因此实现了较小的接触电阻。在该接触层之下，于是可以与较小比接触电阻的要求无关地，按另外的性能来优化半导体层。
优选地将半导体材料接触层的第一子区中的掺杂浓度，比在半导体材料之内导致最大导电率的那个掺杂浓度选得更高。
如果该半导体材料是用Mg掺杂的GaN，本发明则尤其是有利的。在此情况下，半导体材料接触层的第一子区中的Mg浓度优选大于或等于3×1019cm-3，并特别优选位于含3×1019cm-3和含5×1020cm-3之间。
为了进一步降低比接触电阻有利的是，对于金属化选择具有至少为4.0eV的尽可能高的逸出功的一种金属或一种金属化合物。
这种欧姆接触结构尤其可应用于例如像发光二极管或激光二极管那样的半导体器件。
在以下的说明中，借助优选的实施例根据附图来详述本发明的以上的，以及其它的特征和优点。
图1展示了根据本发明欧姆接触结构的示意图；和图2展示了用于说明在图1的欧姆接触结构的半导体层中掺杂浓度的曲线。
图1中示出的在半导体材料10和金属层14之间的接触结构具有半导体材料10和金属层14之间的接触面16，以及所构成的具有第一子区12和第二子区18的接触层。
在这里所说明的优选实施例中，半导体材料是GaN，该GaN是借助MOVPE(金属有机汽相外延)法形成的，并用Mg掺杂的。但是在此要着重指出，本发明不局限于该材料选择上，而是更确切地说本发明的认识也可以应用在任意其它的半导体材料中。不过本发明优选应用在通用组成公式AlxGayInzN的半导体材料中，式中0≤x，y，z≤1，和x+y+z＝1。
半导体层10内部的Mg掺杂浓度N1优选为2×1019cm-3。该浓度导致自由载流子(这里为空穴)的最大浓度，并因此导致半导体层10中的最大导电率。该最佳值基于已经在说明书引言中所提及的认识。
由于人们已发现，半导体表面范围内的最佳掺杂浓度大多明显地偏离半导体层10内部的最佳掺杂浓度N1，所以在要形成的接触面16附近的半导体层10中构成了一个区，该区具有另一个掺杂浓度N2，该掺杂浓度N2大于半导体层内部的最佳掺杂浓度。
在用Mg掺杂的GaN的情况下，接触层的该子区12中的最佳掺杂浓度N2位于半导体层10内部的最佳掺杂浓度N1之上，并优选为大于3×1019cm-3。用例如3×1019cm-3和5×1020cm-3之间的一种Mg浓度，可以实现欧姆接触结构的最小的接触电阻。图2中示出了在半导体层10的层厚方向上的、从接触面16出发的这种Mg浓度分布。在另外的掺杂材料的情况下，以相似的方式示出了接触层中的类似的浓度分布。
以下的表展示了研究的结果，这些结果是在具有不同Mg浓度N2的p掺杂的GaN半导体中，在接触层的紧靠金属层的该子区12中实现的。在此，借助SIMS(二次离子质谱仪)确定了该区中的Mg浓度N2，借助霍尔(HALL)测量确定了空穴浓度p2，以及借助C-TLM(CircularTransmission Line Method，循环传输线法)确定了比接触电阻RC。此外，在该表中为了完整起见，还给出了空穴的迁移率μ。
为了进一步降低金属层14和半导体材料10之间的接触电阻RC，有利地利用具有至少为4.0eV的尽可能高的逸出功的一种金属或一种金属化合物。这种本身为已知的措施与本发明相结合，导致了特别低的欧姆接触结构。
此外，本发明的欧姆接触结构可以与金属化之前的半导体表面的任意清洗方法相组合，并与金属化过程之后的任意的退火处理相组合。
权利要求
1.具有布置在半导体材料(10)上的金属层(14)的欧姆接触结构，其中，在所述的半导体材料(10)中形成了一个紧靠所述金属层(14)的接触层，其特征在于，所述的接触层具有一个紧靠所述金属层(14)的第一子区(12)和从所述金属层(12)出发来看的一个布置在所述第一子区(12)之后的第二子区(18)，其中，所述第一子区(12)中的掺杂浓度(N2)大于所述第二子区(18)中的掺杂浓度(N1)。
2.按权利要求1的欧姆接触结构，其特征在于，所述接触层的第一子区(12)中的掺杂浓度(N2)高于，在所述半导体材料内部导致自由载流子最大浓度的那种掺杂浓度。
3.按权利要求1或2的欧姆接触结构，其特征在于，所述的半导体材料(10)是一种氮化物-化合物半导体，尤其是一种p掺杂的氮化物-化合物半导体。
4.按权利要求3的欧姆接触结构，其特征在于，所述的半导体材料(10)包括GaN、AlGaN、InGaN、或AlInGaN。
5.按权利要求3或4的欧姆接触结构，其特征在于，所述半导体材料用的掺杂材料是Mg。
6.按权利要求5的欧姆接触结构，其特征在于，所述接触层的第一子区(12)中的Mg浓度(N2)等于或大于3×1019cm-3。
7.按权利要求6的欧姆接触结构，其特征在于，所述接触层中的第一子区(12)中的Mg浓度(N2)位于含3×1019cm-3和含5×1020cm-3之间。
8.按权利要求7的欧姆接触结构，其特征在于，所述接触层的第一子区(12)中的Mg浓度(N2)位于含3×1019cm-3和含1×1020cm-3之间。
9.按以上权利要求之一的欧姆接触结构，其特征在于，所述的金属层(14)包括具有等于或大于4.0eV的逸出功的一种金属、一种金属化合物或一种金属合金。
10.具有按权利要求1至9之一的欧姆接触结构的半导体器件。
11.按权利要求10的半导体器件，其特征在于，所述的半导体器件是荧光二极管(Lumineszenzdiode)，尤其是发光二极管或激光二极管。
12.用于制造具有金属层和半导体材料的欧姆接触结构的方法具有以下的方法步骤提供一种具有接触层的半导体材料，并将一个金属层(14)覆盖在所述的接触层上，其特征在于，在紧靠所述金属层的第一子区中的所述的接触层中构成了一种掺杂浓度(N2)，该掺杂浓度大于布置在所述第一子区之后的所述接触层的第二子区中的掺杂浓度。
13.按权利要求12的方法，其特征在于，将所述接触层的第一子区(12)中的掺杂浓度(N2)选择为高于，在所述半导体材料内部导致自由载流子最大浓度的那种掺杂浓度。
14.按权利要求12或13的方法，其特征在于，所述的半导体材料(10)是一种氮化物-化合物半导体，尤其是一种p掺杂的氮化物-化合物半导体。
15.按权利要求14的方法，其特征在于，所述的半导体材料(10)是GaN、AlGaN、InGaN、或AlInGaN。
16.按权利要求12至15之一的方法，其特征在于，在合适的衬底上借助MOVPE法淀积所述的半导体材料。
17.按权利要求12至16之一的方法，其特征在于，用Mg来掺杂所述的半导体材料(10)。
18.按权利要求17的方法，其特征在于，所述接触层的第一子区(12)中的Mg浓度(N2)大于含3×1019cm-3。
19.按权利要求18的方法，其特征在于，所述半导体材料(10)的接触层(12)中的Mg浓度(N2)位于含3×1019cm-3和含5×1020cm-3之间，尤其位于含3×1019cm-3和含1×1020cm-3之间。
20.按权利要求12至19之一的方法，其特征在于，将具有4.0eV之上的逸出功的一种金属、一种金属化合物或一种金属合金应用于所述的金属层(14)。
全文摘要
本发明涉及一种具有布置在半导体材料(10)上的金属层(14)的欧姆接触结构，其中，在该半导体材料(10)中形成了一个接触层，该接触层具有一个紧靠金属层(14)的第一子区和一个布置在第一子区之后的第二子区(18)。该接触层是如此掺杂的，使得第一子区(12)中的掺杂浓度(N
文档编号H01L29/20GK1586011SQ02822407
公开日2005年2月23日 申请日期2002年11月12日 优先权日2001年11月12日
发明者G·布吕德尔, B·哈恩, V·海勒, H·-J·卢戈尔, U·施特劳斯, A·维马 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司