P型GaN欧姆接触特性研究

作者：吕玲^*

来源：硕士, 西安电子科技大学, 2008-01-01.

• p-GaN
• 欧姆接触
• Ni/Au
• 异质结双极晶体管
• 刻蚀损伤

GaN由于其优越的物理性质和在高温高频大功率电子器件中的应用潜力,近年来一直得到了许多研究者的青睐。尤其是当p-GaN材料生长的研究获得很大进展后,双极器件和光电器件受到更多的关注。在理论研究、材料生长和器件制造等方面都有了巨大的进展,但是仍然没有实现产业化,归根到底,是因为工艺技术还不够成熟,影响到器件的性能、可靠性等各项指标。因此,很多关键的工艺技术还有待于进一步优化和提高。本文正是在这种背景下,对p-GaN材料欧姆接触这项关键工艺,从理论和实验上进行系统详尽地研究。主要研究工作和成果如下:1、从理论上研究了p-GaN材料欧姆接触的形成机制,确定了实验中所需要的测试欧姆接触比接触电阻率的测试模型。研究并说明了在实际中利用隧道原理制作欧姆接触,其遵循场发射理论,得出通过提高半导体材料掺杂浓度来减小势垒层厚度这一原理。分析了测试比接触电阻率的几种模型,比较其优缺点,选择一种适合本论文研究的测试模型。2、成功地对实验中p-GaN材料样品进行微分析。GaN器件不同于硅半导体器件,它的材料层的掺杂都是原位的,因此对于GaN器件来说,材料生长是关键环节,是优化欧姆接触工艺的前提。本文详细介绍了p-GaN材料生长的工艺流程,对所生长出的材料进行了多种微分析（XRD、XPS、透射谱）。研究了材料的结晶质量,表面粘污,以及生长元素含量比。3、成功优化了p-GaN欧姆接触制作工艺条件。本文中,使用圆点型传输线模型制作p-GaN欧姆接触,并且详细研究了欧姆接触的制作工艺流程。在分析Ni/Au接触原理的基础上,通过大量的实验,得出一系列优化的条件,包括材料激活条件、金属淀积比例、合金退火的条件,以及有效的表面处理方法。测试结果表明,欧姆接触电阻率从10-2Ω·cm2量级下降到了10-3Ω·cm2量级,有了明显的改善。4、此外,还研究了ICP刻蚀p-GaN表面的欧姆接触。GaN HBT制作中,已刻蚀p型GaN表面金属接触的非欧姆特性是严重影响器件特性的因素。论文针对此问题重点研究了刻蚀表面的p-GaN欧姆接触。一方面利用AFM和XPS分析了刻蚀对表面的影响;另一方面还通过实验摸索了修复并降低刻蚀损伤、提高欧姆接触特性的方法。