p—GaAs基歐姆接觸快速退火的研究

摘 要：為了更好地提高GaAs基半導體材料器件的性能，對p型GaAs基半導體激光器歐姆接觸工藝條件進行了實驗優化研究。使Ti/Pt/Au/p-GaAs分別在380℃～460℃快速退火溫度和40s～80s快速退火時間下進行歐姆接觸的實驗研究，并利用矩形傳輸線模型法對比接觸電阻進行了測試。結果表明：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退火時間下形成了較好的接觸電阻率3.91×10-5？贅·cm2。

關鍵詞：p-GaAs基；歐姆接觸；快速退火

引言

隨著半導體材料器件在生活中的廣泛應用，以提高對半導體器件制作工藝的要求，針對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，對工藝中快速熱退火（RTP）的時間及溫度進行了優化。

1 測量方法

實驗采用的測量方法是矩形傳輸線模型（Rectangular transimission line model，TLM）法，如圖1所示。

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

圖1 矩形傳輸線模型

通電流前把測量樣品進行臺面腐蝕處理，以使它和周圍不實現電流流通。測量時，分別在不同距離之間的長方形電極上通恒定電流I，并測量得到一一對應的電壓V，最后得出總電阻Rtot。測量的電阻由兩個歐姆接觸電阻與接觸之間的導電層串聯電阻構成。根據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。根據實驗數據用擬合法作出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 矩形傳輸線模型測量曲線

2 實驗研究

我們對p型GaAs為襯底的歐姆接觸電阻進行了研究。我們在p型GaAs襯底片上進行金屬濺射的實驗：在p型GaAs上濺射Ti/Pt/Au=30/50/150nm。由于半導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快速退火時間相兼容的溫度以及退火時間進行實驗優化分析。

（1）為了與n-GaAs快速退火時間相兼容，我們將濺射好Ti/Pt/Au=30/50/150nm比例的金屬合金系統，把t維持在60s內保持不變，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p型GaAs的Ti/Pt/Au合金系統的接觸電阻有影響。當溫度大于或小于400℃時，？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，隨之改變合金時間t，得到了？籽c與時間t的關系圖，如圖4所示。

圖4 Ti/Pt/Au/p-GaAs t與？籽c的關系

由圖4中的曲線變化的趨勢我們可以看出，雖然曲線隨時間的增加有上升的趨勢，但是？籽c結果變化并不是很大，說明時間的長短對？籽c的影響并不大。

3 結束語

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

參考文獻

[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.

作者簡介：王英鴻（1987-），女，吉林長春人，職稱：研究實習員，學歷：碩士，主要研究方向：光學。