p—GaAs基歐姆接觸快速退火的研究

摘 要：為了更好地提高GaAs基半導(dǎo)體材料器件的性能，對(duì)p型GaAs基半導(dǎo)體激光器歐姆接觸工藝條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)優(yōu)化研究。使Ti/Pt/Au/p-GaAs分別在380℃～460℃快速退火溫度和40s～80s快速退火時(shí)間下進(jìn)行歐姆接觸的實(shí)驗(yàn)研究，并利用矩形傳輸線模型法對(duì)比接觸電阻進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明：為了與n-GaAs快速退火溫度相兼容，Ti/Pt/Au/p-GaAs在420℃快速退火溫度和60s退火時(shí)間下形成了較好的接觸電阻率3.91×10-5？贅·cm2。

關(guān)鍵詞：p-GaAs基；歐姆接觸；快速退火

引言

隨著半導(dǎo)體材料器件在生活中的廣泛應(yīng)用，以提高對(duì)半導(dǎo)體器件制作工藝的要求，針對(duì)歐姆接觸的低阻性也隨之提高。因此，我們采用以p型GaAs為襯底材料制作歐姆接觸，對(duì)工藝中快速熱退火（RTP）的時(shí)間及溫度進(jìn)行了優(yōu)化。

1 測(cè)量方法

實(shí)驗(yàn)采用的測(cè)量方法是矩形傳輸線模型（Rectangular transimission line model，TLM）法，如圖1所示。

將一個(gè)寬度為W'的長(zhǎng)方形測(cè)量樣品，分別做成6不等距（距離分別為2um、3um、4um、8um、16um、32um）的，長(zhǎng)度為W=100um的長(zhǎng)方形金屬化接觸電極（與臺(tái)面邊緣間隔為？啄=5um）。

圖1 矩形傳輸線模型

通電流前把測(cè)量樣品進(jìn)行臺(tái)面腐蝕處理，以使它和周?chē)粚?shí)現(xiàn)電流流通。測(cè)量時(shí)，分別在不同距離之間的長(zhǎng)方形電極上通恒定電流I，并測(cè)量得到一一對(duì)應(yīng)的電壓V，最后得出總電阻Rtot。測(cè)量的電阻由兩個(gè)歐姆接觸電阻與接觸之間的導(dǎo)電層串聯(lián)電阻構(gòu)成。根據(jù)該模型的等效電路和推算可得

（1）

式中，RC為總接觸電阻，RS為歐姆接觸之間的半導(dǎo)體薄層電阻。理論上Rtot-ln曲線為一條直線，因此可用作圖法求得接觸電阻率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用擬合法作出Rtot-ln曲線，如圖2所示，從直線中可以得到RS、RC，最后再代入公式？籽c=（R■■·W2）/Rs得到？籽c[1-2]。

圖2 矩形傳輸線模型測(cè)量曲線

2 實(shí)驗(yàn)研究

我們對(duì)p型GaAs為襯底的歐姆接觸電阻進(jìn)行了研究。我們?cè)趐型GaAs襯底片上進(jìn)行金屬濺射的實(shí)驗(yàn)：在p型GaAs上濺射Ti/Pt/Au=30/50/150nm。由于半導(dǎo)體激光器的歐姆接觸電阻是由外延片的n面和p面的歐姆接觸一同構(gòu)成的。為了得到更好的器件性能，我們采用與n-GaAs快速退火時(shí)間相兼容的溫度以及退火時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化分析。

（1）為了與n-GaAs快速退火時(shí)間相兼容，我們將濺射好Ti/Pt/Au=30/50/150nm比例的金屬合金系統(tǒng)，把t維持在60s內(nèi)保持不變，隨之改變溫度T，得到了曲線圖，如圖3所示。由圖3我們可以看出，合金溫度對(duì)p型GaAs的Ti/Pt/Au合金系統(tǒng)的接觸電阻有影響。當(dāng)溫度大于或小于400℃時(shí)，？籽c明顯上升。所以，我們得到了最佳的合金溫度為400℃。

圖3 Ti/Pt/Au/p-GaAs T與？籽c的關(guān)系

（2）雖然我們得到的p型GaAs最佳的合金溫度為400℃，但是同樣為了與n-GaAs快速退火溫度相兼容，我們把合金溫度保持在420℃不變時(shí)，隨之改變合金時(shí)間t，得到了？籽c與時(shí)間t的關(guān)系圖，如圖4所示。

圖4 Ti/Pt/Au/p-GaAs t與？籽c的關(guān)系

由圖4中的曲線變化的趨勢(shì)我們可以看出，雖然曲線隨時(shí)間的增加有上升的趨勢(shì)，但是？籽c結(jié)果變化并不是很大，說(shuō)明時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)？籽c的影響并不大。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)p-GaAs基半導(dǎo)體激光器歐姆接觸的金屬化系統(tǒng)，我們?cè)趐-GaAs上對(duì)金屬化系統(tǒng)的RTP快速退火的溫度和時(shí)間上進(jìn)行了優(yōu)化，最終得到了Ti/Pt/Au/p-GaAs在420℃快速退火溫度和60s退火時(shí)間下形成了較好的接觸電阻率3.91×10-5？贅·cm2。這對(duì)半導(dǎo)體材料器件的綜合性能有著至關(guān)重要的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]Christos Chritopoulos. The Transmission-Line Method.New York：IEEE Microware Theory and Techniques Soiciety，1995：26-27.

[2]H. Morkoc."Current transport in modulation-doped （Al，Ga） As/GaAs heterostructures： applications to field effect transistors，"Elect. Device Lett. EDL-2，pp.260-261，1981.

作者簡(jiǎn)介：王英鴻（1987-），女，吉林長(zhǎng)春人，職稱(chēng)：研究實(shí)習(xí)員，學(xué)歷：碩士，主要研究方向：光學(xué)。