AlGaN器件欧姆接触的研究进展

作为制备光电子器件例如紫外光子探测器、异质结场效应晶体管(HFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)异质结场效应管等的一种宽禁带半导体材料, III V 族氮化物AlGaN器件近年来颇受关注.AlGaN与金属之间的低阻欧姆接触的实现问题阻碍了AlGaN(基)器件的发展.通过对相关文献的归纳分析,介绍了近年来AlGaN器件在欧姆接触形成、金属化方案、合金化工艺及表面处理等方面的研究进展.     

日盲型AlGaN PIN紫外探测器的研制

采用MOCVD方法在双面抛光的(0001)蓝宝石衬底上生长了高铝组分AlGaN材料,研制出日盲型AlGaN PIN紫外探测器.详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对该器件进行了光电性能测试.测试结果表明:器件的正向开启电压约为4.5 V,反向击穿电压大于20 V;常温下(300 K),该器件在3 V反向偏压下的暗电流约为50 pA,在零偏压下270 nm处峰值响应度达到0.12 A/W,长波截止波长小于285 nm.     

调制掺杂AlGaN/GaN异质结上的Pt肖特基接触

研究了调制掺杂 Alx Ga1 - x N/Ga N表面 Pt肖特基接触的制备工艺 ,并对其进行了 I-V测量。通过改变对样品表面的处理工艺 ,研究了表面处理对调制掺杂 Alx Ga1 - x N/Ga N表面 Pt肖特基结接触特性的影响 ,在 n型掺杂浓度为 7.5× 1 0 1 7cm- 3的 Al0 .2 2 Ga0 .78N样品表面 ,制备得到了势垒高度为 0 .94e V、理想因子为 1 .4的 Pt肖特基接触。这与国外报道的结果接近 (=1 .2 e V,n=1 .1 1 [1 ] )     

表面处理对AlGaN欧姆接触的影响及机理

研究了溶液表面处理对AlGaN欧姆接触的影响及机理。用氟硝酸(HNO3+HF)、稀盐酸(HCl)和硫代乙酰胺(CS3CSNH2)溶液处理AlGaN表面后,Ti/Al/Ti/Au电极的比接触电阻率有显著的降低。样品表面Ga3d与O1s的X射线光电子能谱(XPS)测试结果显示:氧元素含量明显降低,表明这三种溶液可以有效地去除AlGaN表面氧化层,其中CS3CSNH2效果最佳;Ga3d峰位在表面处理后发生蓝移现象,相当于AlGaN表面处的费米能级向导带一侧移动,使电子在隧穿过程中的有效势垒高度降低。以上两个因素均对优化AlGaN/GaN欧姆接触有十分重要的意义。     

AlGaN紫外探测器p电极的Ni/Au/Ni/Au欧姆接触结构研究

研究了AlGaN半导体p电极的Ni/Au/Ni/Au接触结构的性能和组织结构。退火 前,p电极接触具有明显的整流特性。经空气中550℃/3 min一 次退火和N2气氛中750℃/30 s二 次退火后,电极呈现出了良好的欧姆接触。采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)、透射 电镜(Transmission Electron Microscope, TEM)、能量分散谱仪(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)和X射 线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)观察了电极退火后金--半界面微结构的演化过程。结果表明,完全退火后的p电极 界面及金属层出现了明显的互扩散和界面反应现象;金--半界面上形成了存在良好共格/半共格关系的外延结 构。初始沉积的金属电极分层现象消失,形成了单一的电极结构。Ni向外扩散并与O发生反应,Au扩散至p-GaN 表面。在金-半接触界面上,Ga扩散至金属电极,造成界面附近的金属层中富集Au和Ga元素;Au和Ni明显扩散 至半导体表层,在金-半界面附近形成了Au、Ga和Ni富集现象。这些现象应该对于降低势垒高度和形成欧姆接触具有重要作 用。     

氟基等离子体处理对高Al组分AlGaN肖特基接触反向漏电的改善

在沉积肖特基金属之前,对非掺的Al0.45Ga0.55N采用了不同时间的氟基等离子体处理,其中Al组分对应日盲波段。与未做氟基等离子体处理的样品相比,经过处理的Al0.45Ga0.55N肖特基二极管在反向-10V的漏电流密度随处理时间的增加而减少,其中处理1min的样品的漏电流密度减少了5个数量级。X射线光电子谱分析证明了处理过的样品表面Ga-F和Al-F键的形成。反向漏电的减少可能是由氟基等离子体处理耗尽了电子和有效钝化了表面态导致的。     

欧姆接触金属退火对应力AlGaN/GaN异质结构中电子迁移率的影响

The influence of annealed ohmic contact metals on the electron mobility of a two dimensional electron gas （2DEG） is investigated on ungated AlGaN/GaN heterostructures and AlGaN/GaN heterostructure field effect transistors （AlGaN/GaN HFETs）. Current-voltage （I-V） characteristics for ungated AlGaN/GaN heterostructures and capacitance-voltage （C-V） characteristics for AlGaN/GaN HFETs are obtained, and the electron mobility for the ungated AlGaN/GaN heterostructure is calculated. It is found that the electron mobility of the 2DEG for the ungated AlGaN/GaN heterostructure is decreased by more than 50% compared with the electron mobility of Hall measurements. We propose that defects are introduced into the AlGaN barrier layer and the strain of the AlGaN barrier layer is changed during the annealing process of the source and drain, causing the decrease in the electron mobility.     

AlGaN PIN紫外探测器的结构及性能分析

AlGaN基光电探测器在军事高科技和民品市场通讯和成像方面具有很高的价值。分析了AlGaN p-i-n光电探测器的结构对性能的影响,深入阐述了．AlGaNp-i-n光电探测器制造与设计中所面临的深层次问题,并对其工艺和结构性能分析的基础上特别介绍了p-GaN／i-AlGaN／n-GaN结构,并对其结构进行了改进,得到了改进的SLS／AlGaN／GaN结构。     

肖特基接触的机理及不均匀性研究

对一般情况下肖特基接触的机理和肖特基势垒高度的影响因素做了系统分析,研究了肖特基接触特性的不均匀性及其原因,指出多晶界面势垒高度比同种材料的要低。通过实验,研究了金属/n-poly-Si0.83Ge0.17肖特基结的I-V-T特性,得到了势垒高度及影响因子与测试温度和外加偏压的依赖关系。研究发现:随着测试温度升高,表观理想因子变小,肖特基势垒高度变大;外加偏压增大,表观势垒高度和理想因子均变大。基于肖特基接触的不均匀性进行建模,得到了退火样品的表观势垒高度和理想因子近似为线性负相关的结论。     

AlGaN/GaN MSM紫外探测器特性

在蓝宝石衬底上，用MOCVD（金属有机物气相沉积）法外延生长AlGaN/GaN异质结样品. 溅射Ti/Al/Ni/Au和Ni/Au金属膜，在氮气气氛中高温快速退火，分别与样品形成欧姆接触和肖特基接触. 随着退火时间的增加，MSM（金属-半导体-金属）结构的I-V特性曲线保持良好的对称性，但C-V曲线逐渐失去其对称性. MSM探测器的紫外响应曲线具有良好的对比度和选择性，出现明显的光电导增益效应.     

高Al组分AlGaN肖特基二极管研制

制备了高Al组分AlxGal-xN肖特基二极管(x≥0.4),并且研究了该二极管在退火前后I-V特性的变化.计算了退火前后该器件的理想因子、势垒高度.退火后势垒高度由0.995 eV提高到1.1689 eV,理想因子由1.699增大为1.934,器件的接触特性得到改善,在-5V时,暗电流密度减小为1.025×10-6 A/cm2.     

Enhancement of the Schottky Barrier Height using a Nitrogen-Rich Tungsten Nitride Thin Film for the Schottky Contacts on AlGaN/GaN Heterostructures

Tungsten, stoichiometric W₂N, and nitrogen-rich W₂N films were used as Schottky contacts on AlGaN/GaN heterostructures. The nitrogen content in the film was controlled by varying the nitrogen-to-argon gas flow ratio during the reactive sputter deposition. The diode with the nitrogen-rich film exhibited a higher Schottky barrier height and the leakage current was comparable to that of the Ni/Au Schottky contact. Analysis suggested that this was due to the increase of the tungsten nitride work function as the result of higher nitrogen incorporation. Furthermore, after 600°C thermal annealing, the diode was stable and showed no change in the leakage current.     

Simulation and fabrication of high voltage AlGaN/GaN based Schottky diodes with field plate edge termination

In this paper, we report the breakdown voltage (BV) of AlGaN/GaN based Schottky diodes with field plate edge termination. Simulation and fabrication of AlGaN/GaN Schottky diodes were carried out. The simulations were performed using the commercial 2-D device simulator DESSIS. From the simulations, it is found that for a given gate-Ohmic distance (L_gd) of 10 μm, 2DEG of 1 × 10¹³ cm⁻² and field plate length (L_FP) of 2.5 μm, highest BV can be obtained for a silicon nitride thickness of 8000 Å and this BV value is more than 5 times that for a Schottky diode without field plate. The breakdown voltages were also simulated for different field plate lengths. The BV values obtained on the fabricated Schottky diodes are compared with the simulation data and the experimental results follow the trend obtained from the simulation. Simulations were also carried out on a Schottky diode with field plate placed over a stepped insulator with L_gd = 10 μm, L_FP = 5 μm and 2DEG = 1 × 10¹³ cm⁻² and the obtained BV values are about 7 times that without field plate.     

无凹槽AlGaN/GaN肖特基势垒二极管正向电流输运机制

研究了无凹槽AlGaN/GaN肖特基势垒二极管(SBD)的正向电流输运机制。分别采用Ni/Au和TiN作为阳极金属材料制备了无凹槽AlGaN/GaN SBD,对比了两种SBD的直流特性。并通过测量器件的变温I-V特性,研究了器件的正向电流输运机制。结果表明,TiN-SBD(0.95 V@1 mA·mm^-1)与Ni/Au-SBD(1.15 V@1 mA·mm^-1)相比实现了更低的开启电压,从而改善了正向导通特性。研究发现两种SBD的势垒高度和理想因子都强烈依赖于环境温度,通过引入势垒高度的高斯分布模型解释了这种温度依赖性,验证了正向电流输运机制为与势垒高度不均匀分布相关的热电子发射机制。     

具有低欧姆接触电阻的高性能AlGaN/GaN HEMT器件研制

研究了AlGaN/GaN HEMT器件Ti/Al/Ti/Au四层金属结构欧姆接触的形成过程. 通过系统研究退火条件获得了较低的欧姆接触电阻，实现了1E-7Ω·cm2的欧姆接触率，并在此基础上对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触形成机理进行了深入讨论. 通过器件工艺的优化，研制了高性能的AlGaN/GaN HEMT器件. 栅宽40μm的器件跨导达到250mS/mm, fT达到70GHz; 栅宽0.8mm的功率器件电流密度达到1.07A/mm(Vg=0.5V),Vds=30V时，8GHz工作频率下（在片测试）器件的输出功率为32.5dBm(1.6W)，输出功率密度达到2.14W/mm，功率增益为12.7dB.     

AlGaN/GaN HEMTs器件布局对器件性能影响分析

比较了空气桥跨细栅和空气桥跨栅总线两种源连接结构的1 mm AlGaN/GaN HEMTs器件的特性,对两种结构的管芯进行了等效电路参数提取.测试了两种布局方式下的不同源场板结构器件的射频以及功率性能,比较分析表明,空气桥跨细栅的源连接方式由于有效地降低了栅漏电容以及栅源电容,比空气桥跨栅总线源连接的器件能取得更好的频率特性以及功率特性.     

Ti/Al/Ti/Au与AlGaN欧姆接触特性

研究了溅射 Ti/ Al/ Ti/ Au四层复合金属与 Al Ga N / Ga N的欧姆接触特性 ,并就环境温度对欧姆接触特性的影响进行了分析研究 .试验证实 :溅射的 Ti/ Al/ Ti/ Au与载流子浓度为 2 .2 4× 10 1 8cm- 3的 Al Ga N之间在室温下无需退火即可形成欧姆接触 .随快速退火温度的升高接触电阻降低 .快速退火时间 30 s已可实现该温度下最佳欧姆接触 .当工作温度不高于 30 0℃时接触电阻几乎不受温度的影响     

Performance characterization of InGaP Schottky contact with ITO transparent electrodes

We present the Schottky performance of transparent ITO on a wide bandgap InGaP semiconductor. For a transparent ITO Schottky electrode on InGaP, a transmittance of higher than 0.9, and a refractive index of 1.88 for a wavelength of 820 nm were obtained. We measured its associated resistivity as 1.94×10⁻³ Ω-cm after annealing at 300°C for 60 min under oxygen ambience. The effect of the thermal annealing temperature on the crystallization of ITO was examined by x-ray diffraction. As well an associated Schottky barrier height of 0.93 eV and an ideality factor of 1.07 were found using the Schottky diode configuration. The results indicate that ITO is a promising transparent Schottky material for electrooptical devices based on InGaP structures.     

反应溅射法制备耐熔金属氮化物/GaAs肖特基结

自对准GaAs场效应晶体管工艺要求非常稳定的材料作为栅电极,经高温退火过程后它仍必须与衬底保持良好的肖特基接触。本文总结了近几年来有关耐熔金属氮化物/GaAs肖特基结的研究工作,对取得的进展及存在的问题进行了讨论。