[发明专利]一种非特意掺杂III-V族半导体的欧姆接触结构及其制备方法与应用

说明书

本发明属于光电子半导体技术领域，具体涉及一种非特意掺杂III‑V族半导体的欧姆接触结构及其制备方法与应用。所述欧姆接触结构包括：非特意掺杂III‑V族半导体层，及其表面的氧化镍层。本发明首次提出以氧化镍层与非特意掺杂III‑V族半导体层形成欧姆接触结构，成功解决了非特意掺杂III‑V族半导体材料难以直接形成良好的欧姆接触特性的技术问题。同时，本发明利用氧化镍薄膜的透明导电特性，将其作为III‑V族半导体有源器件的电极，有效解决传统接触电极在光耦合时阻挡信号光、降低光耦合效率和减小有效有源区域面积的技术问题。

技术领域

本发明属于光电子半导体技术领域，具体涉及一种非特意掺杂III-V族半导体的欧姆接触结构及其制备方法与应用。

背景技术

光通信系统具有传输容量大、传输距离长的优点，现已作为各类通信业务的主要通信方案，承担着目前主要通信干线数据的传输与收发。

为满足更高数据传输率、更大传输容量的要求，光通信系统中关键器件也需要具有更大带宽、更低功耗的特点。而以InGaAs、GaAs为代表的III-V族半导体材料在半导体激光器、红外光探测器等重要光通信器件中起着不可替代的作用。

为了实现III-V族半导体有源器件的良好电学特性，需使光通信器件的欧姆接触层与接触电极之间形成良好的欧姆接触特性，以消除肖特基接触带来的电容等参数对器件的高速响应等特性的影响。

然而，传统半导体有源器件通常是采用Au、Ti、Pt、Ge等贵重金属或其合金为电极材料，通过磁控溅射的方法形成接触电极，而非特意掺杂III-V族半导体材料作为欧姆接触层无法与传统的接触电极形成良好的欧姆接触，因此现行方法是将器件的外延层进行高浓度杂质掺杂，以p+型或n+型III-V族半导体作为欧姆接触层与传统的接触电极形成欧姆接触。

但在实际研究中发现，上述传统的接触电极在光通信波段具有很高的反射率，导致信号光无法透射接触电极，极大的降低垂直光耦合半导体器件的光耦合效率，电极区域的存在还会使器件有效有源区域的面积缩小，降低器件的性能；同时，器件中欧姆接触层的高浓度杂质掺杂也加大了半导体器件外延层的复杂度和制备难度。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种非特意掺杂III-V族半导体的欧姆接触结构。

所述欧姆接触结构包括：非特意掺杂III-V族半导体层，及其表面的氧化镍层。

本案研究过程中发现，现有半导体发光元件中有使用III-V族半导体材料作为欧姆接触结构，但均以高浓度掺杂形式与贵金属或其合金组合，还未见有本征III-V族半导体材料直接作为欧姆接触层的相关内容；同时，本领域中氧化镍通常作为绝缘层或抑制层使用，其作用主要是为了阻止欧姆接触层的金属向光反射层扩散；而且为了不影响欧姆接触特性，通常要控制绝缘层或抑制层的厚度在0.5nm～5nm之间，以实现电子的隧穿效应。

而本发明首次提出以氧化镍层与非特意掺杂III-V族半导体层形成欧姆接触结构，成功解决了非特意掺杂III-V族半导体材料难以直接形成良好的欧姆接触特性的技术问题。这一发明构思未在现有技术中公开或给出技术启示。

同时，本发明利用氧化镍薄膜的透明导电特性，将其作为III-V族半导体有源器件的电极，有效解决传统接触电极在光耦合时阻挡信号光、降低光耦合效率和减小有效有源区域面积的技术问题。

此外，本发明省略了传统电极材料，显著降低电极制备成本。

本发明中采用的非特意掺杂III-V族半导体材料是指在III-V族半导体材料生长过程中不进行任何杂质掺杂的半导体材料。

优选地，所述氧化镍层为厚度50-500nm的透明导电薄膜；当厚度为50-100nm时，其与非特意掺杂III-V族半导体层形成的欧姆接触性能更好。