材料来源：化合物半导体

SiN的原位添加降低了富铝HEMT的接触电阻

中国西安电子科大的工程师通过原位插入SiN，显著降低了GaN基HEMT与富铝AlGaN阻挡层的接触电阻。

他们的成功将有助于40GHz以上HEMT的发展。在这些器件中，富铝AlGaN势垒提高了晶体管的速度，但阻碍了低接触电阻的实现。

根据该团队的说法，他们的方法比实现具有低接触电阻的高频AlGaN/GaN HEMT（如硅注入和重掺杂n型GaN层的再生长）的替代方案更简单、更便宜。

研究人员发言人Zhihong Liu告诉化合物半导体，插入SiN层的想法来自于之前的实验。

他表示：“我们知道，以某种方式沉积的硅薄层有助于GaN HEMT中的欧姆接触形成；在高温下，SiN的质量会降低，变得非常泄漏——因此，SiN薄层可能会分解，剩余的硅有助于欧姆接触。”

Liu及其同事用Al0.65Ga0.35N/GaN HEMT研究了这种可能性，该HEMT具有在异质结构表面原位生长的SiN薄层。

这项研究开始于采用蓝宝石衬底，并通过MOCVD生长1.7 um厚的非故意掺杂GaN缓冲层，随后是5 nm厚的Al0.65Ga0.35N阻挡层和8 nm SiN层。根据室温霍尔迁移率测量，该结构具有2.2 x 1013 cm-2的二维电子气密度和1190 cm2 V-1 s-1的迁移率。

通过氩离子注入进行平面隔离后，该团队通过添加Ti/Al/Ni/Au金属叠层形成欧姆接触，在850°C氮气下退火30秒。据称，叠层的组成和退火条件得到了优化。为了进行比较，研究人员制作了一个对照，除了省略了原位SiN层之外，其他都是相同的。

转到电极间距从3µm到18µm的传输线法，发现添加SiN将接触电阻从0.320Ωmm降低到0.175Ωmm，并将比接触电阻率从2.84 x 10-6 Ωcm2降低到8.45 x 10-7Ω cm2。

在300K和450K之间的电阻相关测量值和该数据的建模的组合使团队能够推断两种类型器件的金属-半导体界面欧姆接触中的主要传输机制。

该方法揭示了热离子场发射控制样品与SiN层的欧姆接触中的传输。这种行为在GaN基电子器件中是有益的，因为它们通常在高结温下工作。在对照器件中，由于Al0.65Ga0.35N层的厚度和其更大的势垒高度，场发射被认为占主导地位。

用高分辨率透射电子显微镜检查接触显示，8nm厚的SiN层在退火下分解。这表明在界面处观察到的暗团块是TiN。它们部分被金包围——能量色散X射线光谱证实了它的存在。

Liu承认，他仍在优化SiN层的厚度，这对电阻有巨大影响。

该团队还将其技术应用于在硅上生长的AlN/GaN HEMT，并记录了截止频率和最大振荡频率的高值。“这项工作已提交给另一家杂志，目前仍在审查中，”Liu补充道。

工程师们的下一个目标是尝试通过调整SiN的厚度来改善接触，并利用他们最近的突破来开发毫米波和太赫兹HEMT。

参考文献

D. Hanghai et al. Appl. Phys. Lett. 121 172102 (2022)

Caption

After adding the metal contact to the heterostructure with a SiN layer (a), the annealing step creates a metal alloy that’s in contact with the Al0.65Ga0.35N barrier (b).