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引言
包括GaN和SiC在内的宽带隙半导体已被证明适用于高功率微波电子器件。AlGaN/GaN基本的研究结果令人印象深刻。双极性器件由于其固有的更高功率密度和潜在的更高速度，对高功率电子器件也很有吸引力。然而，由于普通材料的活化能较大，已经证明在GaN膜中实现高p型导电性非常困难。这导致GaN N-p-n异质结双极晶体管(HBTs)中的基极电阻过大。在本文中，我们解决了基极电阻的来源，并提供了这个问题的实验和理论解决方案。
介绍
基极接触电阻
由于半导体的大功函数以及低的受主电离效率，难以实现与p-GaN的低电阻欧姆接触。通常获得10-3ω-cm2范围内的特定接触电阻。
最近，提出了一种新型的金属-半导体接触，即所谓的极化增强接触。这一概念基于薄GaN基合金中存在的由极化效应产生的大内部电场。在这种接触中，极化感应电场增强了典型隧道接触中空间电荷区的电场，导致空穴的隧穿距离更短，接触电阻降低。图1示意性地示出了这种效果。
图1 a)传统金属/ p型半导体接触和b)极化增强接触的能带图
我们考虑生长在AlGaN层上的GaN薄层的情况，其中GaN具有内部极化效应产生的电场。假设金属和GaN层之间有一个三角形势垒，接触电阻可以用解析方法计算，参数为GaN层厚度d、金属-半导体势垒高度φB和内部电场强度e。图2显示了最小GaN层厚度与产生特定接触电阻所需电场的函数关系。
光电化学蚀刻
HBT的制造通常包括双台面结构的形成，其暴露基极和集电极区域用于接触金属化。在GaN材料系统中，这通常用某种类型的干法蚀刻技术来执行。然而，HBT结构经常遇到两个问题。首先，对于AlGaN/GaN和GaN/SiC发射极-基极结，发射极和基极之间的蚀刻选择性非常差。这使得难以在发射极-基极结处精确地停止蚀刻，这对于薄的基极层尤其重要。干法蚀刻的第二个问题是表面离子损伤的影响。对于蚀刻的p-GaN表面，与未蚀刻的结果相比，观察到接触电阻显著降低。对于GaN/SiC系统，离子损伤导致发射极和基极之间的大漏电流。发射极再生长等技术已被证明可以缓解这一问题，但会显著增加器件制造的复杂性。显然，低损伤、掺杂剂选择性蚀刻技术对于HBT制造非常有吸引力。
为了避免这些问题，我们选择利用光电化学(PEC)蚀刻。这项技术使用弱电解质作为电化学电池的一部分。紫外光用于在半导体内部产生电子-空穴对。假设被钉扎的表面电势和在表面产生的能带弯曲，空穴在n型半导体中被推向表面，在p型半导体中被推向主体。这在图3中示意性地示出。
图3 电解质-半导体界面的能带图，显示了光生电子-空穴对的能带弯曲效应
自对准基底金属
自对准基极接触的使用是另一种可以实现基极接入电阻大幅度降低的制造技术。这种工艺广泛用于其他材料系统中的HBT制造，并且通常涉及发射极的各向异性蚀刻以获得底切截面。这使得能够在没有掩模的情况下沉积基极接触，因此基极接触到发射极的距离可以远小于光刻所施加的限制。GaN的晶体学湿法化学蚀刻的最新证明已经显示出产生底切轮廓的能力。这种蚀刻的一个例子如图8所示。
图8 SEM显微照片显示生长在蓝宝石衬底上的GaN的底切各向异性蚀刻
结论
研究了GaN基异质结双极晶体管中基极电阻的来源，提出了从新的制造技术(PEC和晶体蚀刻)到使用AlGaN/GaN超晶格结构的解决方案。一种新型的金属-半导体欧姆接触已经被提出和论证。这些概念中的每一个都有可能降低GaN基N-p-n异质结双极晶体管中的基极电阻。