Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»:

К. Д. Ванюхин

Р. В. Захарченко

Н. И. Каргин

М. В. Пашков

Л. А. Сейдман

Широко распространенная в технологии приборов на основе GaN металлизация Ti/Al/Ni/Au имеет существенный недостаток: грубую шероховатую поверхность. Существуют различные мнения о причинах этого недостатка: агломерация расплавленного алюминия при высоких температурах отжига или возникновение расплава интерметаллидных соединений Au—Al, образующихся в результате взаимодействия алюминия с золотом через промежуточный слой барьерного металла, в частности никеля. С целью проверки влияния первой причины исследована возможность образования шероховатой поверхности после отжига у двухслойной металлизации титан—алюминий Ti(12 нм)/Al(135 нм), которую наносили на пластины кремния с пленкой нитрида кремния толщиной 0,15 мкм. После нанесения металлизации подложки подвергали отжигу в потоке азота. Длительность отжига составляла 300 с при различных температурах в диапазоне 400—700 °С или 30 с при температуре 850 °С. После каждого отжига образцов оценивали результаты термообработки по поверхностному сопротивлению металлизации, внешнему виду и морфологии ее поверхности. Показано, что во время отжига двухслойной металлизации Ti/Al в ней происходят взаимная диффузия металлов и их активное взаимодействие с образованием их химических соединений, формирующих интерметаллидные фазы, которые делают металлизацию более стойкой к последующим более высокотемпературным отжигам, окислению и химическому травлению. Обнаружено, что после отжига двухслойной металлизации Ti/Al возрастает шероховатость ее поверхности, что приводит к тому, что поверхность металлизации становится слегка матовой. Но образование крупных полусферических выпуклостей, как это происходит у многослойной металлизации Ti/Al/Ni/Au, не выявлено. Таким образом, гипотеза о возникновении грубой шероховатости в виде большого числа куполообразных выступов на поверхности контактной металлизации из−за каплеобразования в слое алюминия в результате его плавления при высоких температурах отжига не подтвержена.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования РФ с использованием оборудования ЦКП «Гетероструктурная СВЧ−электроника и физика широкозонных полупроводников», в том числе в рамках проекта «Разработка конструкции и промышленной технологии изготовления твердотельных компонентов на широкозонном материале GaN» № 138/2010У от 10.08.2010 г.
Авторы благодарны сотрудникам ОАО «НПП «Пульсар» с.н.с. А. В. Лютцау и с.н.с. Э. М. Темпер за проведенные рентгеноструктурные исследования.

1. Chaturvedi, N. Mechanism of ohmic contact formation in AlGaN/GaN high electron mobility transistors / N. Chaturvedi, U. Zeimer, J. Wurfl, G. Trankle // Semicond. Sci. Technol. − 2006. − V. 21, N 2. − P. 175—179.
2. Abhishek, Motayed Electrical, thermal, and microstructural characteristics of Ti/Al/Ti/Au multilayer Ohmic contacts to n−type GaN / Abhishek Motayed, Ravi Bathe, M. C. Wood, O. S. Diouf, R. D. Vispute, S. N. Mohammad. // J. Appl. Phys. − 2003. − V. 93, N 2. − P. 1087—1094.
3. Jacobs, B. Towards integrated AlGaN/GaN based X−band high−power amplifiers. Proefschrift / B. Jacobs. − Eindhoven : Technische Universiteit Eindhoven, 2004. − 204 p.
4. Vasil'ev, A. G. SVCh−pribory i ustroistva na shirokozonnyh poluprovodnikah / A. G. Vasil'ev, Yu. V. Kolkovskii, Yu. A. Koncevoi. − M. : Tehnosfera, 2011. − 416 p.
5. Roccaforte, F. Nanoscale carrier transport in Ti/Al/Ni/Au Ohmic contacts on AlGaN epilayers grown on Si(111) / F. Roccaforte, F. Iucolano, F. Giannazzo, A. Alberti, V. Raineri // Appl. Phys. Lett. − 2006. − V. 89. P. 022103 1−3.
6. Jacobs, B. Optimisation of the Ti/Al/Ni/Au ohmic contact on AlGaN/GaN FET structures. / B. Jacobs, M. C. J. C. M. Kramer, E. J. Geluk, F. Karouta // J. Cryst. Growth. − 2002. − V. 241. − P. 15—18.
7. Kuznecov, G. D. Omicheskie kontakty k GaN / G. D. Kuznecov, V. P. Sushkov, A. R. Kushkov, I. G. Ermoshin, B. A. Bilalov // Izv. vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2009. − N 3. − S. 4—13.
8. Luther, B. P. Investigation of the mechanism for Ohmic contact formation in Al and Ti/Al contacts to n−type GaN / B. P. Luther, S. E. Mohney, T. N. Jackson, M. Asif Khan, Q. Chen, J. W. Yang // Appl. Phys. Lett. − 1997. − V. 70, N 1. − P. 57—59.

9. Yan, Wei. Analysis of the ohmic contacts of Ti/Al/Ni/Au to AlGaN/GaN HEMTs by the multi−step annealing process / Yan Wei, Zhang Renping, Du Yandong, Han Weihua, Yang Fuhua // J. Semicond. − 2012. − V. 33, N 6. − P. 064005 1−6.
10. Xin, H. P. Optimization of AlGaN/GaN HEMT Ohmic contacts for improved surface morphology with low contact resistance. / H. P. Xin, S. Poust, W. Sutton, D. Li, D. Lam, I. Smorchkova, R. Sandhu, B. Heying, J. Uyeda, M. Barsky, M. Wojtowicz, R. Lai. − Portland (USA), 2010. − P. 149 1−4.
11. Xin, Kong. Role of Ti/Al relative thickness in the formation mechanism of Ti/Al/Ni/Au Ohmic contacts to AlGaN/GaN heterostructures / Xin Kong, Ke Wei, Guoguo Liu, Xinyu Liu // J. Phys. D: Appl. Phys. − 2012. − V. 45. − P. 265101 1−8.
12. Gasser, S. M. Reaction of aluminum−on−titanium bilayer with GaN: Influence of the Al : Ti atomic ratio / S. M. Gasser, E. Kolawa, M.−A. Nicolet // J. Electron. Mater. − 1999. − V. 28. − P. 949—954.
13. Tonkie plenki. Vzaimnaya diffuziya i reakcii / Pod red. Dzh. Pouta, K. Tu, Dzh. Meiera. − M. : Mir, 1982. − 576 s.
14. Dobos, L. Al and Ti/Al contacts on n−GaN / L. Dobos, B. Pecz, L. Toth, Zs. J. Horvath, Z. E. Horvath, E. Horvath, A. Toth, B. Beaumont, Z. Bougrioua // Vacuum. − 2010. − V. 84. − P. 228—230.
15. Klopotov, A. A. Sistema Ti—Al. Simmetriinye aspekty / A. A. Klopotov, M. G. Dement'eva, A. I. Dolidchik, N. O. Solonicina, E. V. Kozlov // Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya. − Tomsk, 2006. − P. 112—120.
16. Liu, Q. Z. A review of the metal−GaN contact technology / Q. Z. Liu, S. S. Lau // Solid State Electron. − 1998. − V. 42, N 5. − P. 677—691.
17. Feng, Q. The improvement of ohmic contact of Ti/Al/Ni/Au to AlGaN/GaN HEMT by multi−step annealing method / Q. Feng, L. M. Li, Y. Hao, J. Y. Ni, J. C. Zhang // Solid−State Electronics. − 2009. − V. 53, N 9. − P. 955—958.