,2005國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(批準(zhǔn)號(hào):),國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào):,)和國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):)捐助項(xiàng)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(dǎo)體材料與元件的研究。收到,初稿2005中國(guó)電子學(xué)會(huì)GaN歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率檢測(cè)(復(fù)旦學(xué)院電子工程系集成光電子國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州)摘要:采用多種傳輸線(xiàn)模型方式,檢測(cè)了pGaN上的歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率。通過(guò)比較和剖析不同檢測(cè)方式所得的結(jié)果之間的差別,得出了一個(gè)確切、可靠檢測(cè)pGaN上的歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率的方式———圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型方式。借助該技巧優(yōu)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(yōu)的歐姆接觸,其比接觸內(nèi)阻率為型氮化鎵;比接觸內(nèi)阻率;傳輸線(xiàn)模型;方形傳輸線(xiàn)模型PACC:中圖分類(lèi)號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)示碼:文章編號(hào):(2005)序言GaN基材料具有優(yōu)異的物理和化學(xué)特點(diǎn),在光電子學(xué)和微電子學(xué)領(lǐng)域有著不可估量的應(yīng)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(diǎn)之近些年來(lái),國(guó)外外許多研究小組通過(guò)多種方式從多方面進(jìn)行了研究,改善了pGaN上的歐姆接觸。
等人發(fā)覺(jué)選定功函數(shù)大的金屬作電極可以減少接觸的肖特基勢(shì)壘高度,因而增加歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率面,除去其表面上的氧化層,但是改變了表面化學(xué)物理狀態(tài),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(nèi)阻率為10量級(jí)的p2GaN上的歐姆接觸GaN上的歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率的檢測(cè),不同小組之間的檢測(cè)方式存在很大差比接觸內(nèi)阻率(SCR,tance)是定量反映電極金屬和半導(dǎo)體材料之間歐姆接觸質(zhì)量的重要參數(shù)。目前,存在基于不同模型的多種檢測(cè)比接觸內(nèi)阻率的方式,其檢測(cè)結(jié)果有較大差距。接觸內(nèi)阻率很小時(shí),雖然采用同一種方式,不同作者的結(jié)果也會(huì)有數(shù)倍之差。因而,選定相對(duì)較確切的,且具有可重復(fù)性的比接觸內(nèi)阻率的檢測(cè)方式,對(duì)于正確評(píng)價(jià)歐姆接觸的優(yōu)劣至關(guān)重要。比接觸內(nèi)阻率的檢測(cè)主要分為兩大類(lèi):一類(lèi)是體材料上的比接觸內(nèi)阻率的檢測(cè),包括有“四探針“擬和法”等;另一類(lèi)是薄膜材料上的比接觸內(nèi)阻率的檢測(cè),包括多種“傳輸線(xiàn)模型方式(del)”和“界面接觸內(nèi)阻直接測(cè)定法”p2GaN材料,屬于薄膜型半導(dǎo)體材料。
因而,我們采用了圓形、圓環(huán)和圓點(diǎn)三種傳輸線(xiàn)模型方式對(duì)GaN上歐姆接觸的比歐姆接觸率進(jìn)行了檢測(cè),但是討論了這幾種TLM檢測(cè)方式的異同點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)樣品為薄膜型的pGaN材料,由低壓金屬有機(jī)化合物液相外延()技術(shù)生長(zhǎng)獲其生長(zhǎng)過(guò)程為:在(0001)晶向的藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)了緩沖層,1μm非參雜。其中,pGaN層的空穴含量和遷移率通過(guò)霍爾方式測(cè)得,分別為采用的三種歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率檢測(cè)方式,分別為圓形傳輸線(xiàn)模型方式、圓環(huán)傳輸線(xiàn)模型方式和圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型方式,其中圓環(huán)傳輸線(xiàn)模型方式和圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型方式又合稱(chēng)為方形傳輸線(xiàn)方式(CTLM)這三種傳輸線(xiàn)模型方式中采用的歐姆接觸圖形如圖1所示。圓形傳輸線(xiàn)模型,,11,14,17,20,23,26歐姆接觸,29,34,39,44,49μm;r1′=102μmr2′=252μm;圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型r0106,111μmFig。μm;,17,20,2329,34,39,44,49μm;r1′=102μmr2′=252μm;,91,96,101,106,111μm實(shí)驗(yàn)過(guò)程中歐姆接觸的制做采用相同的工藝條件,具體過(guò)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(fā)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(shù),剝離掉外延片上的光刻膠掩膜,得到了上述各類(lèi)電極圖形,之后在O2氛圍中750固溶產(chǎn)生歐姆接檢測(cè)結(jié)果31111圓形傳輸線(xiàn)模型方式圓形傳輸線(xiàn)模型方式的檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。
圖中曲線(xiàn)表示不同歐姆接觸間的總內(nèi)阻與其間隔的關(guān)系。在未考慮實(shí)際歐姆接觸規(guī)格與設(shè)計(jì)值的差異情況下得到的比接觸內(nèi)阻率為51710確切檢測(cè)實(shí)際歐姆接觸規(guī)格后得到的檢測(cè)結(jié)果為可見(jiàn)修正前后相對(duì)偏差為60圓形傳輸線(xiàn)模型方式的檢測(cè)結(jié)果Fig。圓環(huán)傳輸線(xiàn)模型方式組圓環(huán)傳輸線(xiàn)模型方式檢測(cè)結(jié)果,修正前為未考慮實(shí)際歐姆接觸規(guī)格與設(shè)計(jì)值的差異情況下的檢測(cè)結(jié)果,修正后為確切檢測(cè)實(shí)際歐姆接觸規(guī)格后得到的檢測(cè)結(jié)果。修正前后,比接觸內(nèi)阻率平均來(lái)說(shuō)相對(duì)偏差約為40圓環(huán)傳輸線(xiàn)模型方式的檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)次數(shù)歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率檢測(cè)檢測(cè)次數(shù)圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型方式圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型方式的檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。曲線(xiàn)表示了不同歐姆接觸間總內(nèi)阻Ri之間的關(guān)系。未考慮實(shí)際歐姆接觸規(guī)格與設(shè)計(jì)值的差異時(shí)得到的比接觸內(nèi)阻率為確切檢測(cè)實(shí)際歐姆接觸規(guī)格后得到的檢測(cè)結(jié)果為修正前后三者相對(duì)偏差約20圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型方式的檢測(cè)結(jié)果Fig。
討論由圓形傳輸線(xiàn)模型方式(圖2)和圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型方式(圖GaN的小方塊內(nèi)阻都約等于的體內(nèi)阻率為cm。這與我們采用霍爾方式測(cè)得的體內(nèi)阻為7Ωcm在數(shù)目級(jí)上相吻合,說(shuō)明檢測(cè)結(jié)果基本可信。并且這三種檢測(cè)方式得出的比接觸內(nèi)阻率有所差別,非常是圓形傳輸線(xiàn)方式與圓環(huán)傳輸線(xiàn)和圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)方式的檢測(cè)結(jié)果之間存在特別大的不同。以下分別對(duì)它們進(jìn)行討首先從工藝角度來(lái)說(shuō),圓形傳輸線(xiàn)模型方式較為復(fù)雜,必須進(jìn)行臺(tái)面蝕刻。因?yàn)樘卓叹群臀g刻工藝的限制,臺(tái)面與歐姆接觸之間必須留有余量δ,因此引入寄生內(nèi)阻,導(dǎo)致了檢測(cè)偏差。雖然在這個(gè)微小間隙確定的情況下,也會(huì)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(cè)偏差,即“人員偏差”很大。這就影響了比接觸內(nèi)阻率檢測(cè)的可靠性。而方形傳輸線(xiàn)模型,包括圓環(huán)和圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型,都避開(kāi)了臺(tái)面的蝕刻。這樣即簡(jiǎn)化了工藝又去除了余量δ的影響。可以看出,由圓環(huán)傳輸線(xiàn)方式多次測(cè)得的歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率差異很大。仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn),其偏差主要來(lái)始于端內(nèi)阻RE的檢測(cè)RE比較小,約為10Ω量級(jí),它在數(shù)值上等于(R1R3數(shù)值上約為10級(jí),這是由p2GaN本身較大的體內(nèi)阻率決定的。
R3在數(shù)值上十分接近,當(dāng)兩個(gè)相仿的大數(shù)相加必然會(huì)引入較大的檢測(cè)偏差。也就是說(shuō),R1R3本身的絕對(duì)檢測(cè)偏差達(dá)到了可以和RE相比擬的地步歐姆接觸,因而引起了RE檢測(cè)值的不確切,使得檢測(cè)偏差表現(xiàn)出很大的隨機(jī)性。還可以見(jiàn)到甚至有一組數(shù)據(jù)的端內(nèi)阻為,這在理論上是不可能存在的情況。因?yàn)槎藘?nèi)阻的檢測(cè)不穩(wěn)定,促使圓環(huán)傳輸線(xiàn)方式難以確切檢測(cè)p2GaN歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率。據(jù)悉我們還發(fā)覺(jué)在歐姆接觸制做的過(guò)程中采用的光刻膠掩膜,會(huì)遭到爆光光束的衍射和定影時(shí)過(guò)度定影的影響,促使光刻膠掩膜比設(shè)計(jì)的規(guī)格縮小可以看出對(duì)于采用圓形傳輸線(xiàn)模型方式獲得的檢測(cè)結(jié)果,修正前后檢測(cè)值相差竟達(dá)2倍多,這是由于這2μm的偏差引致檢測(cè)曲線(xiàn)會(huì)往右位移2μm,致使比接觸內(nèi)阻率的檢測(cè)值大大偏小。在曲線(xiàn)偏斜量不變的情況下,隨著歐姆接觸的比接觸內(nèi)阻率的進(jìn)一步增加,由歐姆接觸規(guī)格引入的相對(duì)偏差都會(huì)進(jìn)一步減小,導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果越來(lái)越不確切。而在圓點(diǎn)傳輸線(xiàn)模型中,曲線(xiàn)的縱座標(biāo)采用的是