Ga2O3 欧姆接触的改进

低温 MOCVD 再生长产生具有破纪录电流和开关比的 Ga₂O₃ MESFET

犹他大学和宾夕法尼亚州立大学的工程师之间的合作声称已经生产出第一个完全 MOCVD 生长的具有欧姆接触的β-Ga₂O₃ MESFET。

该团队的发言人、犹他大学的 Sriram Krishnamoorthy 告诉 《化合物半导体》，重新生长欧姆接触的一个主要瓶颈是需要高温，以确保高质量的材料。这些高温有可能使通道退化。 “我们提出了一个解决方案，并在 600 °C 的温度下使用 MOCVD 证明了高质量的 β-Ga₂O₃ 生长，这比 MOCVD Ga₂O₃ 生长的传统生长温度低 200 °C。”

在降低热预算的同时，较低的生长温度为与其他需要较低处理温度的半导体材料的异质和混合集成开辟了道路。

β-Ga₂O₃ 在较低温度下的生长还实现了超过四个数量级的可控掺杂，并且掺杂分布比以前锐利十倍。 “这有助于通过增量掺杂和调制掺杂方案开发基于 Ga₂O₃的高效横向射频器件，”Krishnamoorthy 认为。

该团队使用Agnitron Agilis MOCVD反应器生产器件，该反应器专为晶圆上高质量生长β-Ga₂O₃ 3材料而设计最大尺寸为2英寸。首先，采用日本NCT公司生产的掺铁半绝缘β-Ga₂O₃基板，将其浸入稀释HF溶液中30分钟，清洁其表面，然后将该材料装入MOCVD室，并在810°C下沉积500 nm厚的β-Ga₂O₃ 通道。通过硬掩模和干蚀刻确定器件台面，在选择性区域MOCVD再生工艺之前，提供低欧姆电阻源极和漏极触点。

这些接触的形成开始于通过等离子体增强 CVD 添加 500 nm 厚的 SiO₂ 牺牲层。使用通过光刻和剥离图案化的镍层来定义源区和漏区。反应离子蚀刻选择性地去除了 SiO₂ 以及 10-20 nm 的 Ga₂O₃。

在 600 °C 下生长掺硅 Ga₂O₃ 之前，将样品浸入王水溶液中去除镍掩模。接下来的步骤包括通过在 HF 溶液中溶解牺牲 SiO2 来去除接触区域外的多晶 Ga₂O₃，并使用光刻和图案化将金属触点添加到重新生长的触点。为肖特基栅极添加金属叠层完成制造。

据该团队称，对 MESFET 的电气测量显示，掺硅Ga₂O₃ 再生层的薄层电阻为 73 Ω/平方，metal/β-Ga₂O₃ 触点的记录表电阻为8.3 x 10^-7 W cm². 导通电流达到 130 mA m^-1。 Krishnamoorthy 说：“这是在大栅极长度器件中同时具有超过1010的开关比的耗尽模式β-Ga₂O₃ MESFET的最高值。”。

他解释说，由于残留的硅杂质，β-Ga₂O₃ 横向 FET 会出现通过外延层/衬底的断态泄漏。推测此问题源于晶圆抛光工艺。 “我们已经展示了一种使用预生长晶圆清洗来抑制断态泄漏的有效方法，但在 MOCVD 生长的通道中保留了载流子的高迁移率。”

现在的一个目标是开发使用 MOCVD 生长通道的β-Ga₂O₃ 缩放器件，该器件将利用载流子的高迁移率用于高频应用。 “我们还希望研究电场管理技术，以进一步提高 MOCVD 生长的 β-Ga₂O₃ 在高功率应用中的击穿性能，”Krishnamoorthy 补充道。

上图显示： (a) 完全MOCVD生长的具有再生欧姆接触的MESFET。

(b) 顶视图，MESFET 的扫描电子显微镜图像，显示重新生长的访问区域。 (c) 接触区域的横截面扫描电子显微镜图像。

参考资料

A. Bhattacharyya et al. Appl. Phys. Express 14 076502 (2021)

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