名古屋大学开发出新型低电阻触点为改进氮化镓半导体器件铺平道路

盖世汽车讯 诸如LED和晶体管之类的半导体器件通常由两部分组成:n型部分，通过电子承载负电荷；以及p型部分，通过空穴承载正电荷载流子。这两部分都依赖于能够使电流以最小能量损耗流入和流出的接触。这些被称为欧姆接触的连接，由于其高电阻，几十年来一直是薄p型GaN半导体效率的瓶颈。

据外媒报道，由名古屋大学材料与系统可持续发展研究所(IMaSS)的王海涛(Haitao Wang)和王佳(Jia Wang)领导的研究团队开发了一种降低p型GaN接触电阻的新方法。他们在p-GaN表面沉积了一层超薄镁层，并在600°C(1112°F)下进行5分钟的热处理，在不损伤表面的情况下实现了(1–3) × 10?? Ω cm?的接触电阻。这是目前报道的薄型p型氮化镓(GaN)接触电阻率最低的器件之一。相关研究成果已发表在期刊《应用物理快报》(Applied Physics Letters)上，有望提高电动汽车和数据中心等场所使用的各种电子设备的能效。

p-GaN接触的挑战

镁掺杂p型GaN由名古屋大学的Isamu Akasaki和Hiroshi Amano开发，其蓝色LED的研究成果获得了2014年诺贝尔物理学奖。在这种材料中，通过添加少量的镁来产生空穴，镁的价电子比周围的镓少一个，这一过程称为掺杂。

然而，镁在室温下是顽固的电子受体。因此，金属-半导体边界没有足够的可移动空穴，形成一个称为耗尽区的宽势垒。该势垒对电荷流动产生高阻力，因此需要更多的能量来驱动电流通过它。

“然后我尝试了一个不加盖层的样品作为对照，结果出乎我的意料，”Haitao Wang表示，“我发现盖层并没有起到任何作用。”很可能只有最外层的镁被氧化，即使总厚度不超过10纳米，其余部分也能保持完好。

研究人员对这层薄层进行了一种称为“软退火”的热处理。在软退火中，样品被加热到比常规退火更低的温度和更短的时间(5分钟)。在此过程中，超薄镁层迅速被消耗，因为镁会扩散到p型GaN的表面区域。令研究人员欣喜的是，这种新的表面比他们之前的研究结果更加光滑。

这种超薄、超高浓度的镁掺杂层缩小了接触耗尽区，并促进了空穴隧穿，从而降低了接触电阻。

此外，这种“自上而下”的晶体生长工艺比“自下而上”的晶体生长工艺更简单、快捷、成本更低。它还可以应用于器件加工之后，使其更具灵活性，并与现有的制造工艺兼容。因此，它有望加速高效半导体的商业化进程。

“我们目前正在将这种方法应用于不同类型的器件，例如电动汽车中的LED和晶体管，”Haitao Wang说道。