n-GaN上Au/Zr和Au/Ti金属电极的界面反应和金属间互扩散行为对比研究

摘要

电极接触是制作半导体器件中非常重要的问题。金属电极与半导体形成的欧姆接触是器件高效率、低功耗服务的保障,直接影响了器件性能的优劣。前人关于欧姆接触的研究主要集中在金属电极体系和处理条件的选择,寻求比接触电阻率最低的方案。而本工作突破桎梏,从欧姆接触的形成机制出发讨论金属欧姆接触的可行性,研究了低温(650℃)退火60 s和高温(850℃)退火30 s条件下,Au(300 nm)/Zr(30 nm)/n-GaN和Au(300 nm)/Ti(30 nm)/n-GaN结构的接触机理。采用紫外光刻法定义圆点型传输线模型,并且利用磁控溅射设备在GaN上制备金属电极样品,分析了电极样品的互扩散行为及界面反应情况。研究结果表明:与Au/Ti/n-GaN相比,Au/Zr/n-GaN样品受温度影响小,界面固相反应生成的Zr-N化合物热稳定性更优异,可以帮助器件在高温高压下更加稳定地工作;Zr与氮化镓接触时产生的Ga合金相更少,有利于器件利用隧道机制传输载流子;Au/Zr/n-GaN样品具有更小的界面孔隙,与氮化镓的界面反应适中;Au/Zr/n-GaN样品具有更平整的表面,适合大功率高电流工作。此外,根据本工作的对比研究可以得出:金属的制备与提纯、阻挡层金属的添加、制作金属电极的方法、势垒层金属的稳定性、金属与氮化镓的界面反应程度以及电极的表面粗糙度都会影响器件性能。Zr替代Ti作为n型GaN欧姆接触电极可以实现器件更高的性能要求,是一种具有广阔应用前景的金属材料,对于GaN器件的研发和改善有很大帮助。