,2005國家重點基礎研究發展規劃(批準號:),國家高技術研究發展計劃(批準號:,)和國家自然科學基金(批準號:)捐助項目薛松男,1976年出生,博士研究生,從事GaN光電子元件工藝的研究。羅毅男,1960年出生,院士,從事半導體材料與元件的研究。收到,初稿2005中國電子學會GaN歐姆接觸的比接觸內阻率檢測(復旦學院電子工程系集成光電子國家重點實驗室,廣州)摘要:采用多種傳輸線模型方式,檢測了pGaN上的歐姆接觸的比接觸內阻率。通過比較和剖析不同檢測方式所得的結果之間的差別,得出了一個確切、可靠檢測pGaN上的歐姆接觸的比接觸內阻率的方式———圓點傳輸線模型方式。借助該技巧優化了pGaN上歐姆接觸的固溶濕度,在氫氣氛圍中650固溶后獲得了最優的歐姆接觸,其比接觸內阻率為型氮化鎵;比接觸內阻率;傳輸線模型;方形傳輸線模型PACC:中圖分類號:文獻標示碼:文章編號:(2005)序言GaN基材料具有優異的物理和化學特點,在光電子學和微電子學領域有著不可估量的應用前但是GaN基元件的制備存在許多困難,其中p2GaN上的歐姆接觸的制做就是其中的難點之近些年來,國外外許多研究小組通過多種方式從多方面進行了研究,改善了pGaN上的歐姆接觸。
等人發覺選定功函數大的金屬作電極可以減少接觸的肖特基勢壘高度,因而增加歐姆接觸的比接觸內阻率面,除去其表面上的氧化層,但是改變了表面化學物理狀態,因此改善了pGaN上的歐姆接觸Ho等人改變p型電極的固溶氛圍,把它放在氫氣中固溶獲得了比接觸內阻率為10量級的p2GaN上的歐姆接觸GaN上的歐姆接觸的比接觸內阻率的檢測,不同小組之間的檢測方式存在很大差比接觸內阻率(SCR,tance)是定量反映電極金屬和半導體材料之間歐姆接觸質量的重要參數。目前,存在基于不同模型的多種檢測比接觸內阻率的方式,其檢測結果有較大差距。接觸內阻率很小時,雖然采用同一種方式,不同作者的結果也會有數倍之差。因而,選定相對較確切的,且具有可重復性的比接觸內阻率的檢測方式,對于正確評價歐姆接觸的優劣至關重要。比接觸內阻率的檢測主要分為兩大類:一類是體材料上的比接觸內阻率的檢測,包括有“四探針“擬和法”等;另一類是薄膜材料上的比接觸內阻率的檢測,包括多種“傳輸線模型方式(del)”和“界面接觸內阻直接測定法”p2GaN材料,屬于薄膜型半導體材料。
因而,我們采用了圓形、圓環和圓點三種傳輸線模型方式對GaN上歐姆接觸的比歐姆接觸率進行了檢測,但是討論了這幾種TLM檢測方式的異同點。實驗實驗樣品為薄膜型的pGaN材料,由低壓金屬有機化合物液相外延()技術生長獲其生長過程為:在(0001)晶向的藍寶石襯底上依次生長了緩沖層,1μm非參雜。其中,pGaN層的空穴含量和遷移率通過霍爾方式測得,分別為采用的三種歐姆接觸的比接觸內阻率檢測方式,分別為圓形傳輸線模型方式、圓環傳輸線模型方式和圓點傳輸線模型方式,其中圓環傳輸線模型方式和圓點傳輸線模型方式又合稱為方形傳輸線方式(CTLM)這三種傳輸線模型方式中采用的歐姆接觸圖形如圖1所示。圓形傳輸線模型,,11,14,17,20,23,26歐姆接觸,29,34,39,44,49μm;r1′=102μmr2′=252μm;圓點傳輸線模型r0106,111μmFig。μm;,17,20,2329,34,39,44,49μm;r1′=102μmr2′=252μm;,91,96,101,106,111μm實驗過程中歐姆接觸的制做采用相同的工藝條件,具體過程如下:首先,在pGaN外延片上制做光刻膠掩膜圖形;之后采用熱蒸發方式,在外延片上依次蒸鍍Ni/Au單層金屬薄層;最后采用剝離技術,剝離掉外延片上的光刻膠掩膜,得到了上述各類電極圖形,之后在O2氛圍中750固溶產生歐姆接檢測結果31111圓形傳輸線模型方式圓形傳輸線模型方式的檢測結果如圖2所示。
圖中曲線表示不同歐姆接觸間的總內阻與其間隔的關系。在未考慮實際歐姆接觸規格與設計值的差異情況下得到的比接觸內阻率為51710確切檢測實際歐姆接觸規格后得到的檢測結果為可見修正前后相對偏差為60圓形傳輸線模型方式的檢測結果Fig。圓環傳輸線模型方式組圓環傳輸線模型方式檢測結果,修正前為未考慮實際歐姆接觸規格與設計值的差異情況下的檢測結果,修正后為確切檢測實際歐姆接觸規格后得到的檢測結果。修正前后,比接觸內阻率平均來說相對偏差約為40圓環傳輸線模型方式的檢測結果檢測次數歐姆接觸的比接觸內阻率檢測檢測次數圓點傳輸線模型方式圓點傳輸線模型方式的檢測結果如圖3所示。曲線表示了不同歐姆接觸間總內阻Ri之間的關系。未考慮實際歐姆接觸規格與設計值的差異時得到的比接觸內阻率為確切檢測實際歐姆接觸規格后得到的檢測結果為修正前后三者相對偏差約20圓點傳輸線模型方式的檢測結果Fig。
討論由圓形傳輸線模型方式(圖2)和圓點傳輸線模型方式(圖GaN的小方塊內阻都約等于的體內阻率為cm。這與我們采用霍爾方式測得的體內阻為7Ωcm在數目級上相吻合,說明檢測結果基本可信。并且這三種檢測方式得出的比接觸內阻率有所差別,非常是圓形傳輸線方式與圓環傳輸線和圓點傳輸線方式的檢測結果之間存在特別大的不同。以下分別對它們進行討首先從工藝角度來說,圓形傳輸線模型方式較為復雜,必須進行臺面蝕刻。因為套刻精度和蝕刻工藝的限制,臺面與歐姆接觸之間必須留有余量δ,因此引入寄生內阻,導致了檢測偏差。雖然在這個微小間隙確定的情況下,也會由于操作人員的光刻工藝的水平以及其濕法蝕刻工藝的條件的不同,形成不同的檢測偏差,即“人員偏差”很大。這就影響了比接觸內阻率檢測的可靠性。而方形傳輸線模型,包括圓環和圓點傳輸線模型,都避開了臺面的蝕刻。這樣即簡化了工藝又去除了余量δ的影響。可以看出,由圓環傳輸線方式多次測得的歐姆接觸的比接觸內阻率差異很大。仔細研究發現,其偏差主要來始于端內阻RE的檢測RE比較小,約為10Ω量級,它在數值上等于(R1R3數值上約為10級,這是由p2GaN本身較大的體內阻率決定的。
R3在數值上十分接近,當兩個相仿的大數相加必然會引入較大的檢測偏差。也就是說,R1R3本身的絕對檢測偏差達到了可以和RE相比擬的地步歐姆接觸,因而引起了RE檢測值的不確切,使得檢測偏差表現出很大的隨機性。還可以見到甚至有一組數據的端內阻為,這在理論上是不可能存在的情況。因為端內阻的檢測不穩定,促使圓環傳輸線方式難以確切檢測p2GaN歐姆接觸的比接觸內阻率。據悉我們還發覺在歐姆接觸制做的過程中采用的光刻膠掩膜,會遭到爆光光束的衍射和定影時過度定影的影響,促使光刻膠掩膜比設計的規格縮小可以看出對于采用圓形傳輸線模型方式獲得的檢測結果,修正前后檢測值相差竟達2倍多,這是由于這2μm的偏差引致檢測曲線會往右位移2μm,致使比接觸內阻率的檢測值大大偏小。在曲線偏斜量不變的情況下,隨著歐姆接觸的比接觸內阻率的進一步增加,由歐姆接觸規格引入的相對偏差都會進一步減小,導致檢測結果越來越不確切。而在圓點傳輸線模型中,曲線的縱座標采用的是