【摘 要】
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随着半导体器件的广泛运用,对器件性能也提出了更高的要求,其中提高金属与半导体之间的欧姆接触质量是提升器件性能的关键技术之一。高质量的欧姆接触通常具有以下特性:低的比接触电阻率,均匀平整的接触界面;与半导体之间的高粘附性、好的抗氧化性,同时在高温下运行时能够保持良好的稳定性;表面金属材料向半导体内部扩散深度适宜,阻止杂质原子向外延层扩散;工艺上的易实现及好的机械性能。本文在分析GaAs基欧姆接触国内
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随着半导体器件的广泛运用,对器件性能也提出了更高的要求,其中提高金属与半导体之间的欧姆接触质量是提升器件性能的关键技术之一。高质量的欧姆接触通常具有以下特性:低的比接触电阻率,均匀平整的接触界面;与半导体之间的高粘附性、好的抗氧化性,同时在高温下运行时能够保持良好的稳定性;表面金属材料向半导体内部扩散深度适宜,阻止杂质原子向外延层扩散;工艺上的易实现及好的机械性能。本文在分析GaAs基欧姆接触国内外研究现状的基础上,讨论了GaAs基欧姆接触形成机制与影响因素,围绕欧姆接触电极结构和制备工艺开展研究。首先对圆点传输线模型电极环制备工艺进行研究,接着对常规GaAs欧姆接触合金系统Au/Ni/AuGe/Ni系统和Ti/Pt/Au系统的Ni层、Ti层、Pt层厚度与合金条件进行工艺优化。通过圆点传输线模型计算得到Au/Ni/AuGe/Ni系统最低比接触电阻率为1.54×10-5Ω·cm~2,Ti/Pt/Au系统最低比接触电阻率为1.98×10-7Ω·cm~2。设计并制备了具有Cr扩散阻挡层的欧姆接触合金系统Au/Cr/AuGe/Ni系统和Ti/Cr/Au系统,并对其Cr层厚度与合金条件进行工艺优化。优化后Au/Cr/AuGe/Ni系统最低比接触电阻率达到2.63×10-6Ω·cm~2,相较于相同基底镀制的Au/Ni/AuGe/Ni合金系统比接触电阻率最低值下降接近一个数量级;优化后Ti/Cr/Au系统最低比接触电阻率为6.99×10-7Ω·cm~2,与Ti/Pt/Au系统相当。通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对退火后表面颗粒大小与粗糙度进行表征,对比分析发现具有Cr扩散阻挡层的欧姆接触合金系统具有更平整均匀的表面;通过X射线衍射（XRD）对欧姆接触合金系统退火前后组分进行分析,可以看出Cr层起到了很好的扩散阻挡作用,提高了欧姆接触性能。对优化后的常规和具有Cr扩散阻挡层的两种欧姆接触合金系统进行应用,实验制备了工作波长为1064 nm的半导体激光器,器件的阈值电流均为150m A,电阻约0.3Ω,输出功率近500 m W,但含Cr欧姆接触合金系统的器件表现了略好于常规欧姆接触合金系统器件的电光特性,特别是具有更好的表面形貌。
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