【摘 要】
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宽禁带半导体材料GaN具有高电子饱和速度和极高的电子迁移率,能够满足射频和电力电子应用中不断增加的功率密度和工作频率要求。由于第五代移动通信、无线快速充电器和电动汽车都对GaN基器件有高产能的需求,所以亟须将GaN基器件的制造工艺从传统的Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺转移到低成本和高产量的Si-CMOS工艺。传统GaN基器件的含金欧姆电极与CMOS工艺产线不兼容。由于宽带隙半导体材料特性以及金属和半导体之间存
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宽禁带半导体材料GaN具有高电子饱和速度和极高的电子迁移率,能够满足射频和电力电子应用中不断增加的功率密度和工作频率要求。由于第五代移动通信、无线快速充电器和电动汽车都对GaN基器件有高产能的需求,所以亟须将GaN基器件的制造工艺从传统的Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺转移到低成本和高产量的Si-CMOS工艺。传统GaN基器件的含金欧姆电极与CMOS工艺产线不兼容。由于宽带隙半导体材料特性以及金属和半导体之间存在天然氧化物,导致金属与AlGaN半导体材料接触后难以形成低阻的欧姆接触。众多研究表明,除非在金属化过程中使用金,否则很难实现AlGaN/GaN HEMTs器件良好的欧姆接触特性。因此,在CMOS工艺线上实现低成本的AlGaN/GaN HEMTs器件制备的关键是实现具有可重复性和可靠性的低阻无金欧姆接触电极。基于此,本文对AlGaN/GaN HEMTs器件无金欧姆接触电极工艺进行了详细的研究,具体内容如下:（1）首先对欧姆凹槽刻蚀深度和金属厚度比对欧姆接触特性的影响进行研究。实验结果表明欧姆凹槽刻蚀深度为26 nm,厚度为10/100/20/60 nm的Ti/Al/Ti/Ti N在850℃退火60 s后获得较好的欧姆接触特性。本文解释了不同欧姆凹槽刻蚀深度和金属厚度比导致无金欧姆电极电学差异的原因。为了优化无金欧姆接触特性,还研究了不同接触层的Ta/Al/Ti/Ti N无金欧姆接触电极方案。Ta/Al/Ti/Ti N无金欧姆电极具有更好的欧姆接触电学特性和更平滑的电极表面形貌。结合TEM和EDS表征分析,本文揭示了Ti/Al/Ti/Ti N和Ta/Al/Ti/Ti N无金欧姆电极的合金反应机理。（2）设计了含Si预沉积层的Si/Ti/Al/Ti/Ti N（4/10/100/20/60 nm）无金欧姆电极优化方案,实现了具有良好均匀性和低接触电阻的无金欧姆接触。在750℃退火60 s后,Si/Ti/Al/Ti/Ti N的欧姆接触电阻和电极表面粗糙度分别为0.5Ω·mm和2.7 nm。最后,总结并揭示了本文三种无金电极欧姆接触的合金反应机理和载流子运输机制。在良好的无金欧姆电极的基础上,制备了具有Ni/Cu/Ti N无金栅极的无金AlGaN/GaN HEMTs器件。测试结果表明,无金器件具有和含金器件相同的阈值电压（-3.5 V）、相当的跨导（294 m S/mm）和饱和电流（1168 m A/mm）,证明无金电极不会对AlGaN/GaN HEMTs器件的三端直流特性产生影响。此外,由于无金欧姆电极具有平滑的表面形貌和锐利的边缘形貌,提高了无金器件的击穿和动态特性。
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