,2005国家重点基础研究发展规划(批准号:),国家高技术研究发展计划(批准号:,)和国家自然科学基金(批准号:)捐助项目薛松男,1976年出生,博士研究生,从事GaN光电子元件工艺的研究。罗毅男,1960年出生,院士,从事半导体材料与元件的研究。收到,初稿2005中国电子学会GaN欧姆接触的比接触内阻率检测(复旦学院电子工程系集成光电子国家重点实验室,广州)摘要:采用多种传输线模型方式,检测了pGaN上的欧姆接触的比接触内阻率。通过比较和剖析不同检测方式所得的结果之间的差别,得出了一个确切、可靠检测pGaN上的欧姆接触的比接触内阻率的方式———圆点传输线模型方式。借助该技巧优化了pGaN上欧姆接触的固溶湿度,在氢气氛围中650固溶后获得了最优的欧姆接触,其比接触内阻率为型氮化镓;比接触内阻率;传输线模型;方形传输线模型PACC:中图分类号:文献标示码:文章编号:(2005)序言GaN基材料具有优异的物理和化学特点,在光电子学和微电子学领域有着不可估量的应用前但是GaN基元件的制备存在许多困难,其中p2GaN上的欧姆接触的制做就是其中的难点之近些年来,国外外许多研究小组通过多种方式从多方面进行了研究,改善了pGaN上的欧姆接触。
等人发觉选定功函数大的金属作电极可以减少接触的肖特基势垒高度,因而增加欧姆接触的比接触内阻率面,除去其表面上的氧化层,但是改变了表面化学物理状态,因此改善了pGaN上的欧姆接触Ho等人改变p型电极的固溶氛围,把它放在氢气中固溶获得了比接触内阻率为10量级的p2GaN上的欧姆接触GaN上的欧姆接触的比接触内阻率的检测,不同小组之间的检测方式存在很大差比接触内阻率(SCR,tance)是定量反映电极金属和半导体材料之间欧姆接触质量的重要参数。目前,存在基于不同模型的多种检测比接触内阻率的方式,其检测结果有较大差距。接触内阻率很小时,虽然采用同一种方式,不同作者的结果也会有数倍之差。因而,选定相对较确切的,且具有可重复性的比接触内阻率的检测方式,对于正确评价欧姆接触的优劣至关重要。比接触内阻率的检测主要分为两大类:一类是体材料上的比接触内阻率的检测,包括有“四探针“拟和法”等;另一类是薄膜材料上的比接触内阻率的检测,包括多种“传输线模型方式(del)”和“界面接触内阻直接测定法”p2GaN材料,属于薄膜型半导体材料。
因而,我们采用了圆形、圆环和圆点三种传输线模型方式对GaN上欧姆接触的比欧姆接触率进行了检测,但是讨论了这几种TLM检测方式的异同点。实验实验样品为薄膜型的pGaN材料,由低压金属有机化合物液相外延()技术生长获其生长过程为:在(0001)晶向的蓝宝石衬底上依次生长了缓冲层,1μm非参杂。其中,pGaN层的空穴含量和迁移率通过霍尔方式测得,分别为采用的三种欧姆接触的比接触内阻率检测方式,分别为圆形传输线模型方式、圆环传输线模型方式和圆点传输线模型方式,其中圆环传输线模型方式和圆点传输线模型方式又合称为方形传输线方式(CTLM)这三种传输线模型方式中采用的欧姆接触图形如图1所示。圆形传输线模型,,11,14,17,20,23,26欧姆接触,29,34,39,44,49μm;r1′=102μmr2′=252μm;圆点传输线模型r0106,111μmFig。μm;,17,20,2329,34,39,44,49μm;r1′=102μmr2′=252μm;,91,96,101,106,111μm实验过程中欧姆接触的制做采用相同的工艺条件,具体过程如下:首先,在pGaN外延片上制做光刻胶掩膜图形;之后采用热蒸发方式,在外延片上依次蒸镀Ni/Au单层金属薄层;最后采用剥离技术,剥离掉外延片上的光刻胶掩膜,得到了上述各类电极图形,之后在O2氛围中750固溶产生欧姆接检测结果31111圆形传输线模型方式圆形传输线模型方式的检测结果如图2所示。
图中曲线表示不同欧姆接触间的总内阻与其间隔的关系。在未考虑实际欧姆接触规格与设计值的差异情况下得到的比接触内阻率为51710确切检测实际欧姆接触规格后得到的检测结果为可见修正前后相对偏差为60圆形传输线模型方式的检测结果Fig。圆环传输线模型方式组圆环传输线模型方式检测结果,修正前为未考虑实际欧姆接触规格与设计值的差异情况下的检测结果,修正后为确切检测实际欧姆接触规格后得到的检测结果。修正前后,比接触内阻率平均来说相对偏差约为40圆环传输线模型方式的检测结果检测次数欧姆接触的比接触内阻率检测检测次数圆点传输线模型方式圆点传输线模型方式的检测结果如图3所示。曲线表示了不同欧姆接触间总内阻Ri之间的关系。未考虑实际欧姆接触规格与设计值的差异时得到的比接触内阻率为确切检测实际欧姆接触规格后得到的检测结果为修正前后三者相对偏差约20圆点传输线模型方式的检测结果Fig。
讨论由圆形传输线模型方式(图2)和圆点传输线模型方式(图GaN的小方块内阻都约等于的体内阻率为cm。这与我们采用霍尔方式测得的体内阻为7Ωcm在数目级上相吻合,说明检测结果基本可信。并且这三种检测方式得出的比接触内阻率有所差别,非常是圆形传输线方式与圆环传输线和圆点传输线方式的检测结果之间存在特别大的不同。以下分别对它们进行讨首先从工艺角度来说,圆形传输线模型方式较为复杂,必须进行台面蚀刻。因为套刻精度和蚀刻工艺的限制,台面与欧姆接触之间必须留有余量δ,因此引入寄生内阻,导致了检测偏差。虽然在这个微小间隙确定的情况下,也会由于操作人员的光刻工艺的水平以及其湿法蚀刻工艺的条件的不同,形成不同的检测偏差,即“人员偏差”很大。这就影响了比接触内阻率检测的可靠性。而方形传输线模型,包括圆环和圆点传输线模型,都避开了台面的蚀刻。这样即简化了工艺又去除了余量δ的影响。可以看出,由圆环传输线方式多次测得的欧姆接触的比接触内阻率差异很大。仔细研究发现,其偏差主要来始于端内阻RE的检测RE比较小,约为10Ω量级,它在数值上等于(R1R3数值上约为10级,这是由p2GaN本身较大的体内阻率决定的。
R3在数值上十分接近,当两个相仿的大数相加必然会引入较大的检测偏差。也就是说,R1R3本身的绝对检测偏差达到了可以和RE相比拟的地步欧姆接触,因而引起了RE检测值的不确切,使得检测偏差表现出很大的随机性。还可以见到甚至有一组数据的端内阻为,这在理论上是不可能存在的情况。因为端内阻的检测不稳定,促使圆环传输线方式难以确切检测p2GaN欧姆接触的比接触内阻率。据悉我们还发觉在欧姆接触制做的过程中采用的光刻胶掩膜,会遭到爆光光束的衍射和定影时过度定影的影响,促使光刻胶掩膜比设计的规格缩小可以看出对于采用圆形传输线模型方式获得的检测结果,修正前后检测值相差竟达2倍多,这是由于这2μm的偏差引致检测曲线会往右位移2μm,致使比接触内阻率的检测值大大偏小。在曲线偏斜量不变的情况下,随着欧姆接触的比接触内阻率的进一步增加,由欧姆接触规格引入的相对偏差都会进一步减小,导致检测结果越来越不确切。而在圆点传输线模型中,曲线的纵座标采用的是