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微米孔图形化刻蚀实现超薄势垒AlGaN/GaN 异质结上的低温无金欧姆接触

2021-09-10

在常规的势垒层刻蚀技术路线下,较高的2DEG浓度与较低的势垒高度是无法兼得的——更厚的势垒层可以诱导出更高浓度的2DEG,但是AlGaN材料禁带宽度比GaN更大,即势垒层在金属-GaN肖特基势垒的基础上额外引入一个势垒高度较大的势垒,而保留较厚的势垒层将进一步降低电子隧穿几率。在此技术路线下,接触电阻RC已经到达了极限,无法通过优化单项工艺继续降低。

中国科学院微电子研究所黄森研究员课题组提出了图形化的势垒层刻蚀方案以打破接触电阻瓶颈,即在欧姆接触区进行图形阵列刻蚀,实现厚度周期性变化的势垒层,势垒层较厚的区域诱导出高浓度2DEG,电子在势垒层较薄处(或过刻蚀区域)完成金属和半导体材料之"间的穿越。实现了较低的接触电阻。该工作采用了无金体系,有利于实现CMOS兼容工艺;且退火温度低于650 ℃,可以有效减少高温对三族氮化物表面和介质/氮化物界面的损伤。

图1. 利用微米孔图形化欧姆刻蚀技术制备的兼容Si-CMOS的GaN-HEMTs 结构图。

论文针对超薄势垒的AlGaN/GaN异质结构,开发出基于微米孔势垒层刻蚀的低温Ti/Al/Ti/TiN无金欧姆接触技术。通过在欧姆区域进行图形化刻蚀,在550 ℃的低温合金退火后,实现了较低的Ti/Al/Ti/TiN无金欧姆接触电阻。还发现了采用微米孔刻蚀工艺的欧姆接触传输长度显著降低,且其传输长度展现出与微孔尺寸的强烈相关性,这有利于进一步减小GaN基器件芯片面积,降低制造成本。

Low-thermal-budget Au-free ohmic contact to an ultrathin barrier AlGaN/GaN heterostructure utilizing a micro-patterned ohmic recess

Wen Shi, Sen Huang, Xinhua Wang, Qimeng Jiang, Yixu Yao, Lan Bi, Yuchen Li, Kexin Deng, Jie Fan, Haibo Yin, Ke Wei, Yankui Li, Jingyuan Shi, Haojie Jiang, Junfeng Li, Xinyu Liu

J. Semicond. 2021, 42(9): 092801

doi:?10.1088/1674-4926/42/9/092801

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