bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2022-20-3-13-19bsuir-3362Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSВлияние температуры быстрого термического отжига на электрофизические свойства омического контакта металлизации Ti/Al/Ni к гетероструктуре GaN/AlGaNEffect of Rapid Thermal Annealing Temperature on the Electrophysical Properties of the Ohmic Contact of Ti/Al/Ni Metallization to the GaN/AlGaN HeterostructureЮникА. Д.YunikA. D.

Юник Андрей Дмитриевич, ведущий инженер отраслевой лаборатории новых технологий и материалов

220108, г. Минск, ул. Корженевского, д. 16, к. 247тел. +375-29-854-66-51

Yunik Andrei Dmitrievich, Leading Engineer of the Branch Laboratory of New Technologies and Materials

220108, Minsk, Korzhenevskogo St., 16, r. 247tel. +375-29-854-66-51

a.unik.gan@gmail.comСоловьевЯ. А.SolovjovJ. A.

Соловьёв Я.А., к.т.н., доцент, заместитель директора филиала «Транзистор»

220108, г. Минск, ул. Корженевского, д. 16, к. 247

Solovjov Ja.А., Cand. of Sci., Associate Professor, Deputy Director of the “Transistor” Branch

220108, Minsk, Korzhenevskogo St., 16, r. 247

ЖигулинД. В.ZhyhulinD. V.

Жигулин Д.В., начальник сектора ГЦ «Белмикроанализ»

220108, г. Минск, ул. Корженевского, д. 16, к. 247

Zhyhulin D.V., Head of the Sector of SC “Belmicroanalysis”

220108, Minsk, Korzhenevskogo St., 16, r. 247

ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»JSC “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company2022130620222031319Copyright © Юник А.Д., Соловьев Я.А., Жигулин Д.В., 20222022Юник А.Д., Соловьев Я.А., Жигулин Д.В.Yunik A.D., Solovjov J.A., Zhyhulin D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3362

Измерениями по методу длинной линии и вторичной ионной масс-спектроскопии установлено влияние температуры быстрого термического отжига на электрофизические свойства омического контакта металлизации Ti/Al/Ni с толщинами слоев 20/120/40 нм к гетероструктуре GaN/AlGaN с двумерным электронным газом на сапфировой подложке. Быстрый термический отжиг образцов проводили в среде азота при температуре в диапазоне от 850 до 900 °C в течение 60 с. Установлено, что на исходных образцах между металлизацией и двумерным электронным газом располагается высокоомный слой гетероструктуры толщиной порядка 25 нм, препятствующий формированию омического контакта. После быстрого термического отжига при температуре менее 862,5 °C происходит взаимодействие компонентов металлизации друг с другом и гетероструктурой, приводящее к уменьшению толщины высокоомного слоя гетероструктуры до 15–20 нм и нелинейности вольт-амперных характеристик. При температуре быстрого термического отжига от 862,5 до 875 °C толщина высокоомного слоя гетероструктуры уменьшается до нескольких единиц нанометров за счет взаимодейтвия компонентов металлизации Ti/Al/Ni с гетероструктурой, что способствует туннелированию носителей заряда и формированию качественного омического контакта с удельным сопротивлением порядка 1⸱10–4 Ом∙см2. При увеличении температуры быстрого термического отжига более 875 °C взаимодействие компонентов металлизации и гетероструктуры происходит по всей глубине, двумерный электронный газ деградирует, а вольт-амперная характеристика контакта становится нелинейной. Полученные результаты могут быть использованы в технологии создания изделий на основе GaN с двумерным электронным газом. 

Effect of rapid thermal annealing temperature on the electrophysical properties of the ohmic contact of Ti/Al/Ni metallization with layer thicknesses of 20/120/40 nm to the GaN/AlGaN heterostructure with a two-dimensional electron gas on a sapphire substrate has been discovered by transmission line measurement and secondary ion mass spectroscopy methods. Rapid thermal annealing of the samples was carried out in a nitrogen atmosphere at the temperature ranging from 850 to 900 °C for 60 s. It has been discovered that a high-resistance heterostructure layer with a thickness of about 25 nm is located on the initial samples between metallization and the two-dimensional electron gas, which prevents the formation of ohmic contact. After rapid thermal annealing at the temperature of less than 862,5 °C, the metallization components interact with each other and with the heterostructure, which leads to the decrease in the thickness of the high-resistance heterostructure layer to 15–20 nm and to the nonlinearity of the I – V characteristic. At rapid thermal annealing temperatures in the range from 862,5 to 875 °C, the thickness of the high-resistance heterostructure layer decreases to several nanometers due to the interaction of Ti/Al/Ni metallization components with the heterostructure, which promotes the tunneling effect of charge carriers and formation of a high-quality ohmic contact with a resistivity of about 1⸱10–4 Ohm∙cm2 . With an increase of the rapid thermal annealing temperature over 875 °C, the interaction of the metallization and heterostructure components occurs throughout the entire depth, the two-dimensional electron gas degrades, and the I – V characteristic of the contact becomes nonlinear. The results obtained can be used in the technology for creating GaN-based products with a two-dimensional electron gas.

нитрид галлиягетероструктурадвумерный электронный газомический контактбыстрый термический отжигgallium nitrideheterostructuretwo-dimensional electron gasohmic contactrapid thermal annealingReferencesLiu A.-C., Tu P.-T., Langpoklakpam C., Huang Y.-W., Chang Y.-T., Tzou A.-J., Hsu L.-H., Lin C.-H., Kuo H.-C., Chang E.Y. The evolution of manufacturing technology for gan electronic devices. Micromachines. 2021;12:737. DOI:10.3390/mi12070737.Liu A.-C., Tu P.-T., Langpoklakpam C., Huang Y.-W., Chang Y.-T., Tzou A.-J., Hsu L.-H., Lin C.-H., Kuo H.-C., Chang E.Y. The evolution of manufacturing technology for gan electronic devices. Micromachines. 2021;12:737. DOI:10.3390/mi12070737.Greco G., Iucolano F., Roccaforte F. Ohmic contacts to Gallium Nitride materials. Applied Surface Science. 2016;383:24-345. DOI:10.1016/j.apsusc.2016.04.016.Greco G., Iucolano F., Roccaforte F. Ohmic contacts to Gallium Nitride materials. Applied Surface Science. 2016;383:24-345. DOI:10.1016/j.apsusc.2016.04.016.Placidi M., Pérez-Tomás A., Constant A., Rius G., Mestres N., Millán J. & Godignon P. Effects of cap layer on ohmic Ti/Al contacts to Si+ implanted GaN. Applied Surface Science. 2009;255(12):6057-6060. DOI:10.1016/j.apsusc.2008.12.084.Placidi M., Pérez-Tomás A., Constant A., Rius G., Mestres N., Millán J. & Godignon P. Effects of cap layer on ohmic Ti/Al contacts to Si+ implanted GaN. Applied Surface Science. 2009;255(12):6057-6060. DOI:10.1016/j.apsusc.2008.12.084.Seo H.-C., Chapman P., Cho H.-I., Lee J.-H. & Kim K. (Kevin). Ti-based nonalloyed Ohmic contacts for Al0.15Ga0.85N∕GaN high electron mobility transistors using regrown n+-GaN by plasma assisted molecular beam epitaxy. Applied Physics Letters. 2008;93(10):102102. DOI:10.1063/1.2979702.Seo H.-C., Chapman P., Cho H.-I., Lee J.-H. & Kim K. (Kevin). Ti-based nonalloyed Ohmic contacts for Al0.15Ga0.85N∕GaN high electron mobility transistors using regrown n+-GaN by plasma assisted molecular beam epitaxy. Applied Physics Letters. 2008;93(10):102102. DOI:10.1063/1.2979702.Lee H.-S., Lee D. S. & Palacios T. AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistors Fabricated Through a Au-Free Technology. IEEE Electron Device Letters. 2011;32(5):623-625. DOI:10.1109/led.2011.2114322.Lee H.-S., Lee D. S. & Palacios T. AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistors Fabricated Through a Au-Free Technology. IEEE Electron Device Letters. 2011;32(5):623-625. DOI:10.1109/led.2011.2114322.Li Y., Ng G.I., Arulkumaran S., Kumar C.M.M., Ang K.S., Anand M. J., Wang, H., Hofstetter R., Ye G. Low-Contact-Resistance Non-Gold Ta/Si/Ti/Al/Ni/Ta Ohmic Contacts on Undoped AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistors Grown on Silicon. Applied Physics Express. 2013;6(11):116501. DOI:10.7567/apex.6.116501.Li Y., Ng G.I., Arulkumaran S., Kumar C.M.M., Ang K.S., Anand M. J., Wang, H., Hofstetter R., Ye G. Low-Contact-Resistance Non-Gold Ta/Si/Ti/Al/Ni/Ta Ohmic Contacts on Undoped AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistors Grown on Silicon. Applied Physics Express. 2013;6(11):116501. DOI:10.7567/apex.6.116501.Greco G., Giannazzo F., Iucolano F., Lo Nigro R. & Roccaforte F. Nanoscale structural and electrical evolution of Ta- and Ti-based contacts on AlGaN/GaN heterostructures. Journal of Applied Physics. 2013;114(8):083717. DOI:10.1063/1.4819400.Greco G., Giannazzo F., Iucolano F., Lo Nigro R. & Roccaforte F. Nanoscale structural and electrical evolution of Ta- and Ti-based contacts on AlGaN/GaN heterostructures. Journal of Applied Physics. 2013;114(8):083717. DOI:10.1063/1.4819400.Schroder, Dieter K. Semiconductor material and device characterizatio. Third Edition. USA: A WileyInterscience Publication; 2006:141-142.Schroder, Dieter K. Semiconductor material and device characterizatio. Third Edition. USA: A WileyInterscience Publication; 2006:141-142.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.