p型GaN欧姆接触的研究进展

宽带隙的GaN作为半导体领域研究的热点之一,近年来发展得很快.p型GaN的欧姆接触问题一直阻碍高温大功率GaN基器件的研制.本文讨论了金属化方案的选择、表面预处理和合金化处理等几个问题,回顾了近年来p型GaN欧姆接触的研究进展.     

Au/Ti/p型金刚石膜欧姆接触特性研究

在重掺杂硼金刚石膜上溅射沉积了Ti/Au接触 ,用CTLM测量了样品退火前后的I-V特性 ,并对大电流情况进行了讨论。就测试温度和光照强度对接触特性的影响进行了分析。定性给出了该接触的能带模型。样品接触电阻率 ρc 最低值达 1.2 3 6× 10 - 6 Ω·cm2 。     

Ag与p型GaP欧姆接触的表面特性分析

在p型GaP表面制作Ag电极,并利用退火环境令金属和半导体的接触界面产生良好的欧姆接触。通过扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)以及X射线光电子能谱(XPS)的表征分析与对比,研究了不同退火环境对欧姆接触表面特性的影响。结果表明:退火时间过短,获得能量自由移动的原子移动面积小,不利于提高样品表面致密性;退火温度过高,欧姆接触表面的晶粒又容易发生球聚现象,造成样品表面的粗糙程度加剧。另外,在退火过程中,发生的相互扩散、形成化合物和合金相以及氧化反应也会对欧姆接触表面特性产生影响。其中,氧化反应较其他反应更为剧烈,对比接触电阻率的影响更大。因此,适宜的退火环境和有效控制氧化反应是增强欧姆接触性能的关键。     

p型SiC欧姆接触理论及研究进展

碳化硅(SiC)具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率等优异特性,是制备高温、高频、大功率器件最理想的半导体材料之一。然而,制备良好的SiC欧姆接触尤其是p型SiC欧姆接触仍然是SiC器件研制中亟需攻克的关键技术难题。首先对p型SiC欧姆接触的形成机制及金属/SiC接触势垒理论进行了深入分析。然后,对近年来p型SiC欧姆接触的重要研究进展进行了综述,包括形成欧姆接触的金属体系,制备工艺条件,获得的比接触电阻率等,并重点讨论了p型SiC欧姆接触的形成机理。最后,对未来p型SiC欧姆接触的研究方向进行了展望。     

p型GaN基器件的欧姆接触

宽带隙的GaN具有优良的物理和化学性质,己成为半导体领域研究的热点之一。p型GaN的欧姆接触问题制约了GaN基器件的进-步发展。本文首先介绍了欧姆接触的原理及评价方法,详细讨论了实现良好的p型GaN欧姆接触的主要方法是采取表面处理技术、选择合适的金属电极材料和进行热退火处理,以及研究进展情况。最后指出目前存在的问题并提出今后的研究方向。     

p型GaAs欧姆接触性能研究

为了研究半导体光电器件p-GaAs欧姆接触的特性,利用磁控溅射在p-GaAs上生长Ti厚度在10~50 nm范围、Pt厚度在30~60 nm范围的Ti/Pt/200 nm Au电极结构。利用传输线模型测量了具有不同的Ti、Pt厚度的Ti/Pt/200 nm Au电极结构接触电阻率,研究了退火参数对欧姆接触性能的影响,同时分析了过高温度导致电极金属从边缘向内部皱缩的机理。结果表明,Ti厚度为30 nm左右时接触电阻率最低,接触电阻率随着Pt厚度的增加而增加;欧姆接触质量对退火温度更敏感,退火温度达到510 ℃时电极金属从边缘向内部皱缩。采用40 nm Ti/40 nm Pt/200 nm Au作为半导体光电器件p-GaAs电极结构,合金条件为420 ℃,30 s可以形成更好的欧姆接触。     

硅-金刚石系统的离子束混合和欧姆接触

用离子束混合Si(700A)/C样品,在天然Ⅱb型金刚石上形成了梯度能带接触。选用Ge~+为注入离子,在能量120keV,剂量2.0×10~(16)cm~(-2),温度700℃下进行离子束混合。Rutherford背散射显示:有3—4％的Si与金刚石混合。红外吸收谱发现了Si—C键的形成,这表明形成了Si/SiC/C的梯度结构。Ⅰ—Ⅴ特性说明了离子束混合和高温热退火有助于欧姆接触的形成。而没有经过离子束混合的样品显示了Ⅰ—Ⅴ开路特性。     

用于4H-SiC雪崩光电探测器p型欧姆接触的研究

对4H-SiC雪崩光电探测器的Ti/Al/Au p型欧姆接触进行了详细的研究。通过线性传输线模型(LTLM)测得经930℃退火后欧姆接触的最小比接触电阻为5.4×10~(-4)Ωcm~2。分别用扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射谱(XRD)对退火前后的表面形貌、金属之间以及金-半接触界面之间相互反应及扩散情况进行测试与分析,发现了影响欧姆接触性能的主要原冈。对采用此欧姆接触制备的4H-SiC雪崩光电探测器进行测试,发现器件的击穿电压约为-55 V,此时其p型电极处的电压降仅为0.82 mV,可以满足4H-SiC雪崩光电探测器在高压下工作的需要。     

n型GaAs上的欧姆接触

本文介绍了欧姆接触的原理及测试方法，着重概述了近几年来在ｎ型ＧａＡｓ上制备欧姆接触所做的研究工作，介绍了改善欧姆接触特性的途径和方法。     

重掺杂p型SiC晶片Ni/Al欧姆接触特性

系统研究了Al和Ni/Al两种金属体系在重掺杂p型SiC晶片上的欧姆接触特性和电学性质。利用X射线衍射、扫描电子显微镜和综合物性测量系统对这两种电极表面的微观结构和样品的电学性质进行了表征。结果表明：在真空环境下经过800℃退火后Al电极可呈现出欧姆接触行为,其比接触电阻率为1.98×10^-3Ω·cm²,退火处理后Al电极与SiC在接触界面形成化合物Al₄C₃,有助于提高接触界面稳定性。在Ni/Al复合体系中,当Ni金属层厚度为50 nm时,其比接触电阻率显著降低至4.013×10^-4Ω·cm²。退火后Ni与SiC在接触界面生成的Ni₂Si有利于欧姆接触的形成和降低比接触电阻率。研究结果可为开发液相法生长的p型SiC晶片电子器件提供参考。     

Ni/Au与p-GaN的比接触电阻率测量

通过采用环形传输线方法(CILM),电流-电压(I-V)曲线、表面形貌等方法,研究不同的Ni/Au厚度比和空气气氛下合金退火温度对p型氮化镓欧姆接触特性造成的影响。根据Ni/Au与p型氮化镓欧姆接触的形成机制,采用合适的Ni/Au厚度比及退火温度,得到比接触电阻率(ρc)为1.09×10-5Ω.cm2的Ni/Au-p-GaN电极,并分析了Ni在退火过程中对形成良好的欧姆接触中所起到的作用。     

大电流密度下欧姆接触退化机理的研究

对大电流密度下欧姆接触的结构进行了改进,采用只对接触区域老化而其它区域非破坏性的结构特点,保证测量数据的真实有效性。工艺制备中采取多次SiO2铺垫多次光刻技术解决了引线电极断裂的可能。通过施加达到或超过105A/cm2电流密度,利用文中结构测得比接触电阻早期快速失效,且随电流密度增加退化加剧,对样品老化前后进行能谱分析得知,大电流密度下接触层中Al离子发生了扩散从而破坏了良好接触。     

磷化铟基高电子迁移率晶体管欧姆接触工艺

针对磷化铟(InP)基高电子迁移率晶体管(HEMT),进行了Ni/Ge/Au和Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au两种金属结构快速退火(10～40s)和长时间合金(10min)的实验.通过研究比较,得到了更适用于InP基HEMT器件制作的合金方法.利用Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au结构,在270℃下合金10min形成了典型值0.068Ω·mm的接触电阻.     

磷化铟基高电子迁移率晶体管欧姆接触工艺

针对磷化铟(InP)基高电子迁移率晶体管(HEMT),进行了Ni/Ge/Au和Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au两种金属结构快速退火(10～40s)和长时间合金(10min)的实验.通过研究比较,得到了更适用于InP基HEMT器件制作的合金方法.利用Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au结构,在270℃下合金10min形成了典型值0.068Ω·mm的接触电阻.     

n型4H-SiC同质外延层上欧姆接触的研究

介绍了n -SiC/Ti/Pt欧姆接触的制备方法及其接触特性,其中n -SiC外延层是通过化学气相淀积的方法在偏离(0001)方向7.86.的4H-SiC衬底上进行同质外延生长所得.对于n -SiC/Ti/Pt接触系统,通过合金实验得到最优的欧姆接触制备条件,得到最小的比接触电阻为2.59×10-6 Ω·cm2,满足器件性能,为各种SiC器件的实现奠定了基础.同时,该接触系统还具有很好的高温稳定性,在100 h的400℃高温存储实验后,其比接触电阻基本稳定.     

GaSb基半导体激光器功率效率研究

为了提高GaSb基半导体激光器的功率效率和可靠性,研究了GaSb基半导体激光器欧姆接触形成机理并提出了一种新型四层金属欧姆接触结构(Ni/AuGe/Mo/Au)。进行了Au/Mo/AuGe/Ni/n-GaSb在150 ℃~450 ℃退火温度下欧姆接触的实验研究,结果表明,新结构能够在250 ℃~450 ℃退火温度和10 min退火时间下形成良好的欧姆接触并具有较低的接触电阻率,有效地提高了GaSb基半导体激光器的功率效率。俄歇射线能谱分析表明,新型金属化结构中各原子之间的互扩散减少,结构表面形貌光滑、平整,有助于半导体激光器后续封装的进行,有效地提高了GaSb基半导体激光器的可靠性。     

表面处理对p-GaN欧姆接触的影响

分别用稀盐酸、王水以及(NH4)2S溶液处理p-GaN表面,通过测试样品表面Ols的X射线光电子能谱(XPS),比较了这些溶液去除p-GaN表面氧化层的能力;在经不同溶液处理后的样品表面,以相同的条件制作Ni/Au电极,并测试其与p-GaN的比接触电阻,结果表明经稀盐酸处理后的样品表面,由于其氧含量较高,不能与Ni/Au形成良好的欧姆接触,而经王水和(NH4)2S溶液处理后的p-GaN表面,能与Ni/Au形成良好的欧姆接触;最后,通过比较样品表面的Ga/N原子浓度比,探讨了王水处理p-GaN表面能够形成良好欧姆接触的原因.     

表面处理对p-GaN欧姆接触的影响

分别用稀盐酸、王水以及(NH4)2S溶液处理p-GaN表面,通过测试样品表面Ols的X射线光电子能谱(XPS),比较了这些溶液去除p-GaN表面氧化层的能力;在经不同溶液处理后的样品表面,以相同的条件制作Ni/Au电极,并测试其与p-GaN的比接触电阻,结果表明经稀盐酸处理后的样品表面,由于其氧含量较高,不能与Ni/Au形成良好的欧姆接触,而经王水和(NH4)2S溶液处理后的p-GaN表面,能与Ni/Au形成良好的欧姆接触;最后,通过比较样品表面的Ga/N原子浓度比,探讨了王水处理p-GaN表面能够形成良好欧姆接触的原因.     

4H-SiC欧姆接触与测试方法研究

主要针对不同金属和工艺条件下的4H-SiC欧姆接触特性进行对比研究,形成4H-SiC的优良欧姆接触的最佳条件。通过TLM方法结合四探针测量得到特征接触电阻率,测得NiCr和Ni与4H-SiC的最佳特征接触电阻率分别达到ρc=9.02×10-6Ω.cm2,ρc=2.22×10-7Ω.cm2,能够很好满足SiC器件的需要。