在N极性GaN上实现低接触电阻

液态镓与氮自由基之间的表面反应有望为垂直GaN器件提供优越的接触

来自名古屋大学和Ulvac的一个团队声称已经开发了一种新颖的低温工艺，用于在N极性GaN表面生产欧姆接触。

在这些表面上形成欧姆接触比在Ga极性表面上要困难得多，后者在更成熟的GaN晶体管中存在。然而，在生产垂直功率器件以及N极性高电子迁移率晶体管（HEMTs）时，需要一种向N极性GaN表面添加欧姆接触的工艺，这些器件是射频放大的有前景的一类器件。

为了在更常见的Ga极性表面上生产欧姆接触，工程师在最顶层表面生长重掺杂的GaN外延层，然后沉积金属并烧结和退火。但这对于N极性表面来说远非理想。在制造基于垂直GaN的器件时，基板被研磨和抛光以减少热阻和电阻，然后尝试向这一层添加低电阻接触。对于最后一步，需要低于600°C的温度以防止处理降低器件性能。这排除了：在N极性表面上使用MOCVD对n型GaN进行处理，因为这需要超过1000°C的温度，以及涉及在1000°C以上温度下激活退火的离子注入。

△ 为了评估接触电阻，制备了霍尔效应和传输线测量的结构。

提供一个有希望的替代方案是日本团队采用的基于溅射的方法。据名古屋大学的发言人Shinji Yamada称，他们形成GaN的技术是独特的，涉及液态镓和氮自由基之间的表面反应。

Yamada不是第一个在N极性表面上溅射GaN的人，去年东京大学的Hiroshi Fujioka小组在这方面取得了成功。那支球队的成果集中在结晶性、载流子浓度、迁移率、表面形态和光致发光上。

“另一方面，我们的报告集中在诸如接触电阻等属性上，考虑到GaN器件的接触形成过程。”

Yamada和同事使用自由基辅助反应溅射GaN，在N极性GaN表面上形成了重掺杂的n型GaN薄膜。液态镓和氮气等离子体枪被用作溅射源，而锗靶提供了n型掺杂剂。到达基板表面后，溅射的镓和锗粒子以及氮气等离子体发生化学反应以形成GaN薄膜。

为了评估这种工艺生产的GaN薄膜的质量，研究人员采用了HVPE生产的半绝缘基板，并通过研磨和化学机械抛光N极性表面将其减薄至50微米。随后使用有机溶剂和酸性溶液进行清洁，然后通过溅射添加GaN，使用了一系列条件。

对于溅射，该团队将锗到镓的溅射比从0变化到0.15，同时保持恒定的镓溅射功率，并使用了500°C和600°C的基板温度。

GaN生长后，该团队创建了用于电测量的结构（见图），这些结构采用了由电子束蒸发器沉积的Ti/Al金属堆叠。在氮气下于475°C合金化5分钟，形成了欧姆接触。

透射电子显微镜显示，在600°C溅射的GaN薄膜是外延的，而在500°C沉积的则大部分是外延的，并充满了许多缺陷，包括堆叠缺陷和反相畴。

根据在500°C形成的接触的霍尔效应测量，增加锗到镓的比例增加了载流子浓度，溅射比为0.15产生了2.6×10²⁰ cm^-3的浓度。相应的接触电阻为9.4×10^-5 W cm²，这个值表明了低特定接触电阻。对于在600°C形成的接触，研究人员只考虑了0.11的溅射比，这导致载流子浓度为1.8×10²⁰ cm^-3和接触电阻为2.0×10^-5 W cm²。

Yamada和同事现在正在考虑将重掺杂的n型GaN薄膜应用于一系列GaN器件。

参考文献

S. Yamada等，Appl. Phys. Express 17 036501 (2024)