摘要：宽带隙的gan作为半导体领域研究的热点之一，近年来发展得很快。p型gan的欧姆接触问题一直阻碍高温大功率gan基器件的研制。本文讨论了金属化方案的选择、表面预处理和合金化处理等几 个问题，回顾了近年来p型gan欧姆接触的研究进展。
关键词：p型；gan；欧姆接触 中图分类号： tn304.2+3 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2004)08-0015-04
1 引言 以gan为代表的iii族氮化物因具有一系列优越的性质，而成为近年来化合物半导体研究的热点之一。利用其禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、导热性能良好等特点适合于制作高频、大功率电子器件；而利用其宽的直接带隙可以制作蓝、绿光和紫外光的光电子器件。虽然gan基器件在近年来取得了相当大的进展，但是由于较难实现低阻的p型gan欧姆接触，gan基高温大功率器件的研制一直受到限制。 本文回顾了近年来p型gan欧姆接触的研究进展，主要讨论了金属化方案的选择、表面预处理和合金化处理三个方面的问题，最后介绍了其他一些 获取低阻欧姆接触的方法。 2 p型gan欧姆接触问题 n型gan的欧姆接触相对容易制作，用几种金属组合，如ti/al，ti/al/ti/au等，接触电阻率通常可以达到10-5-10-6w·cm2[1]，而制作低阻的p-gan欧姆接触比较困难。有两方面的原因阻碍低阻的p-gan欧姆接触：一方面是难于生长重掺杂的p-gan材料（p型浓度>1018cm-3）；另一方面是缺乏合适的接触金属材料，p-gan材料的功函数很大（7.5ev[2]），而功函数最大的金属pt也只有5.65ev。除此之外，金属化工艺（包括表面处理，金属沉积和合金化处理）的条件也会影响p- gan的接触电阻。虽然采用不同的工艺条件可以获得类似欧姆性质的i-v特性，但是接触电阻率通常为10-2-10-3w·cm2。这样的阻值对于一般显示用的发光二极管（led）不存在严重的问题，但是对于高电流密度工作的激光二极管（ld），会引起诸如缺陷生成，退化或者互扩散等问题。实现ld要求接触电阻率必须低于10-4w·cm2，目前只有少数的研究小组能做到。表1列出了各种金属化方案及目前较好的研究结果。
3 金属化方案的选择 高质量的欧姆接触要求具备低阻和热稳定的特点，对于发光器件还要求高的透射率，所以在选择金属化方案时必须考虑这几个问题。 通常，要获得低阻的欧姆接触，金属和半导体界面的肖特基势垒高度要小。在不考虑表面态影响的前提下，降低势垒高度的方法是：对于n型半导体，选择功函数小的金属；而对p型选择功函数大的金属。对于n型gan欧姆接触的电学性质和金属功函数的关系存在着两种截然不同的观点：bermudez等人[12]认为肖特基模型可用于n型gan，肖特基势垒高度由金属功函数和半导体电子亲合势的差别决定；而反之，guo等人[13]报道了n型gan的肖特基势垒高度不取决于金属的功函数。对于p型gan的欧姆接触，mori等人[14]认为肖特基势垒高度和接触电阻都只是很弱地依赖于金属的功函数，测量得到的p型肖特基势垒高度主要受界面态和损伤的影响；而ishikawa等人[15]提出接触电阻随金属功函数的增加指数地减小，在gan表面，金属/p-gan界面的肖特基势垒高度没有被锁住（unpinned）。虽然mori等人和ishikawa等人的解释机理不一致，但二者都认为使用功函数大的金属与p-gan欧姆接触可以得到小的接触电阻。因此目前p型gan欧姆接触所用的材料基本上都是功函数大的金属。 接触的热稳定性会影响器件的性能，特别是对于大功率器件，高温下的接触质量直接影响到器件的寿命。au基接触（ni/au, pd/au, ni/pt/au等）的热稳定性通常较差，一些小组采用无au金属化方案尝试获得热稳定和低阻的p-gan欧姆接触。cao等人[9]采用w和wsix方案获得热稳定的p-gan欧姆接触，但是它会产生较大的接触电阻率（约10-2w·cm2）。suzuki等人[16]采用ta/ti方案，经热退火后得到低阻（3×10-5w·cm2），然而这种接触在空气中就会变质。一些小组采用pt基的
潘群峰，刘宝林 | （厦门大学物理系，福建 厦门 361005） |
摘要：宽带隙的gan作为半导体领域研究的热点之一，近年来发展得很快。p型gan的欧姆接触问题一直阻碍高温大功率gan基器件的研制。本文讨论了金属化方案的选择、表面预处理和合金化处理等几 个问题，回顾了近年来p型gan欧姆接触的研究进展。
关键词：p型；gan；欧姆接触 中图分类号： tn304.2+3 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2004)08-0015-04
1 引言 以gan为代表的iii族氮化物因具有一系列优越的性质，而成为近年来化合物半导体研究的热点之一。利用其禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、导热性能良好等特点适合于制作高频、大功率电子器件；而利用其宽的直接带隙可以制作蓝、绿光和紫外光的光电子器件。虽然gan基器件在近年来取得了相当大的进展，但是由于较难实现低阻的p型gan欧姆接触，gan基高温大功率器件的研制一直受到限制。 本文回顾了近年来p型gan欧姆接触的研究进展，主要讨论了金属化方案的选择、表面预处理和合金化处理三个方面的问题，最后介绍了其他一些 获取低阻欧姆接触的方法。 2 p型gan欧姆接触问题 n型gan的欧姆接触相对容易制作，用几种金属组合，如ti/al，ti/al/ti/au等，接触电阻率通常可以达到10-5-10-6w·cm2[1]，而制作低阻的p-gan欧姆接触比较困难。有两方面的原因阻碍低阻的p-gan欧姆接触：一方面是难于生长重掺杂的p-gan材料（p型浓度>1018cm-3）；另一方面是缺乏合适的接触金属材料，p-gan材料的功函数很大（7.5ev[2]），而功函数最大的金属pt也只有5.65ev。除此之外，金属化工艺（包括表面处理，金属沉积和合金化处理）的条件也会影响p- gan的接触电阻。虽然采用不同的工艺条件可以获得类似欧姆性质的i-v特性，但是接触电阻率通常为10-2-10-3w·cm2。这样的阻值对于一般显示用的发光二极管（led）不存在严重的问题，但是对于高电流密度工作的激光二极管（ld），会引起诸如缺陷生成，退化或者互扩散等问题。实现ld要求接触电阻率必须低于10-4w·cm2，目前只有少数的研究小组能做到。表1列出了各种金属化方案及目前较好的研究结果。
3 金属化方案的选择 高质量的欧姆接触要求具备低阻和热稳定的特点，对于发光器件还要求高的透射率，所以在选择金属化方案时必须考虑这几个问题。 通常，要获得低阻的欧姆接触，金属和半导体界面的肖特基势垒高度要小。在不考虑表面态影响的前提下，降低势垒高度的方法是：对于n型半导体，选择功函数小的金属；而对p型选择功函数大的金属。对于n型gan欧姆接触的电学性质和金属功函数的关系存在着两种截然不同的观点：bermudez等人[12]认为肖特基模型可用于n型gan，肖特基势垒高度由金属功函数和半导体电子亲合势的差别决定；而反之，guo等人[13]报道了n型gan的肖特基势垒高度不取决于金属的功函数。对于p型gan的欧姆接触，mori等人[14]认为肖特基势垒高度和接触电阻都只是很弱地依赖于金属的功函数，测量得到的p型肖特基势垒高度主要受界面态和损伤的影响；而ishikawa等人[15]提出接触电阻随金属功函数的增加指数地减小，在gan表面，金属/p-gan界面的肖特基势垒高度没有被锁住（unpinned）。虽然mori等人和ishikawa等人的解释机理不一致，但二者都认为使用功函数大的金属与p-gan欧姆接触可以得到小的接触电阻。因此目前p型gan欧姆接触所用的材料基本上都是功函数大的金属。 接触的热稳定性会影响器件的性能，特别是对于大功率器件，高温下的接触质量直接影响到器件的寿命。au基接触（ni/au, pd/au, ni/pt/au等）的热稳定性通常较差，一些小组采用无au金属化方案尝试获得热稳定和低阻的p-gan欧姆接触。cao等人[9]采用w和wsix方案获得热稳定的p-gan欧姆接触，但是它会产生较大的接触电阻率（约10-2w·cm2）。suzuki等人[16]采用ta/ti方案，经热退火后得到低阻（3×10-5w·cm2），然而这种接触在空气中就会变质。一些小组采用pt基的
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