本公開大體上涉及半導(dǎo)體器件，并且尤其涉及具有至半導(dǎo)體層的歐姆接觸件的半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：

開發(fā)至半導(dǎo)體層的良好的歐姆接觸件對于相應(yīng)的半導(dǎo)體器件的操作、穩(wěn)定性和壽命來說是重要的。采用不同的方法來形成歐姆接觸件。一種能夠產(chǎn)生至半導(dǎo)體層的良好的歐姆接觸件的方法使用退火過程。例如，鈦/鋁(Ti/Al)經(jīng)常被用作至n摻雜氮化物半導(dǎo)體層的歐姆接觸件。在這種情況下，氮化鈦在下面的氮化鋁鎵/氮化鎵(AlGaN/GaN)結(jié)構(gòu)中造成了N個空位，其有效地摻雜了該材料。經(jīng)常地，還添加鎳(Ni)以阻止Ti/Al的擴散和氧化。

另一種方法包括蝕刻半導(dǎo)體層并且向蝕刻的腔植入歐姆接觸件。例如，在一種方法中，在半導(dǎo)體器件通過利用后續(xù)沉積的Schottky層來構(gòu)造(engineer)生長在半導(dǎo)體襯底上的溝道形成層的地方，凹的歐姆接觸件被暴露。在這種方法中，在Schottky層和溝道形成層之間建立二維電子氣(2DEG)。另外，在這種方法中，通過覆蓋層在Schottky層上形成柵電極，并且凹結(jié)構(gòu)的歐姆電極與2DEG層處于歐姆接觸。

類似的技術(shù)被用于金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)高電子遷移率晶體管(HEMT)。在這種情況下，絕緣的兩納米厚的AlN層被去除并且源極接觸件和漏極接觸件是凹的。與之前的方法相反的是，源極接觸件和漏極接觸件沒有一直凹到2DEG層。

還在晶體管器件的背景下研究了凹的源極和漏極接觸。結(jié)果顯示，凹的源極/漏極結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的抬起的源極/漏極接觸件相比能夠提供具 有低得多的源極/漏極電阻的歐姆接觸件。而且，與傳統(tǒng)的方法相比，凹的源極/漏極接觸件能夠降低寄生的柵極到源極/漏極電容。凹的源極和漏極接觸件的劣勢在于短溝道效應(yīng)的存在，該效應(yīng)能夠劣化器件性能。

作為接近2DEG的方式，凹的歐姆接觸件是有用的。2DEG通常用于HEMT中，其中在HEMT中電流通路在具有不同帶隙的兩種類型的半導(dǎo)體膜之間的界面處形成。為了支撐2DEG，半導(dǎo)體層通常包括形成在襯底上的溝道形成層，以及與溝道形成層形成異質(zhì)結(jié)的另一層。例如，GaN能夠被用作溝道形成層，并且AlGaN膜能夠被用作與溝道形成層形成異質(zhì)結(jié)的層。

凹的歐姆接觸件在半導(dǎo)體層不支撐2DEG的情況下也是有益的，例如為發(fā)光器件(LED)所形成的歐姆接觸件。在這種情況下，凹的歐姆接觸件允許更大的至半導(dǎo)體的接觸件的結(jié)面積，并且因此導(dǎo)致更低的接觸件電阻。

另一種降低基于AlGaN/GaN的HEMT的歐姆接觸件電阻的方法，例如，在源極和漏極接觸件附近選擇植入硅(Si)或者使用高度摻雜的n+覆蓋GaN層。

形成歐姆接觸件的方法對于n和p型接觸件來說十分不同。對于至n型GaN的n型接觸件，例如，使用比n型基于GaN的半導(dǎo)體的金屬功函數(shù)更小的金屬功函數(shù)來形成歐姆接觸件。一種經(jīng)常使用的金屬是Ti，其金屬功函數(shù)為Φ_m＝4.33eV。對于至n型GaN的基于Ti的接觸件，該基于Ti的接觸件具有5到7×10¹⁸cm^-3的載流子濃度，能夠得到范圍在10^-5到10^-8Ωcm²范圍內(nèi)的低接觸件電阻。

例如，制造至p型GaN的p型接觸件要困難得多。尤其是，由于受主的較高的活化能，生長具有大于10¹⁸cm^-3的載流子濃度的適當(dāng)摻雜的p型GaN是困難的。此外，尋找具有對應(yīng)于p型GaN的功函數(shù)的金屬是困難的。具有較大功函數(shù)的金屬，例如Ni，通常被用于形成歐姆p型接觸件。退火的細節(jié)對于接觸件性能來說是重要的因素。建議了不同的退火方法，包括在空氣中退火或者在氧氣中退火， 以改進接觸件性能。改進歐姆接觸件的性能的其他方法包括處理半導(dǎo)體表面的不同方法?？赡艿姆椒òǖ入x子體處理和激光處理。此外，超晶格、應(yīng)變半導(dǎo)體層和自發(fā)極化的使用被用來達到較高的空穴濃度并且得到較低的接觸件電阻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的一個方面的目的是提供至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體層的改進的歐姆接觸件。

其他方面提供至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體層的基本上線性的穿孔歐姆接觸件。穿孔的歐姆接觸件能夠包括一組穿孔元件，該組穿孔元件能夠包括橫向穿透半導(dǎo)體層的一組金屬凸出物。穿孔元件能夠彼此間隔特征長度尺度，該特征長度尺度是基于半導(dǎo)體層的表面電阻和接觸半導(dǎo)體層的穿孔的歐姆接觸件的每單位長度金屬的接觸件電阻來選擇的。該結(jié)構(gòu)能夠使用一組條件來被退火，該組條件被配置以確保一組金屬凸出物的形成。

一種半導(dǎo)體器件，包括包含半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；以及至半導(dǎo)體層的基本上線性的穿孔接觸件，穿孔接觸件包含由金屬形成的位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的多個腔中的多個穿孔元件，其中多個穿孔元件具有最小化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的多個穿孔元件和二維氣之間的電阻的橫向間隔距離、橫向?qū)挾群蜋M向長度；以及位于包括多個腔的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域上的金屬的頂層。

優(yōu)選地，多個穿孔元件的至少一個包括橫向穿透半導(dǎo)體層的一組金屬凸出物，并且其中在一組金屬凸出物中的金屬凸出物具有棱錐形、棱柱形或錐形之一。

優(yōu)選地，一組金屬凸出物具有特征橫向尺寸，其中特征橫向尺寸是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體層或者二維載流子氣區(qū)域的至少其中之一中的玻爾半徑的一半，并且其中特征橫向尺寸小于特征長度尺度。

優(yōu)選地，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基于III族氮化物的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且其中半導(dǎo)體層是由第一III族氮化物材料形成，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進一步包 括：鄰近半導(dǎo)體層的第二層，其中第二層是由第二III族氮化物材料形成的；以及在第二層和半導(dǎo)體層的結(jié)處形成的二維載流子氣，其中多個穿孔元件的至少一些穿孔元件延伸穿過第二層并且至少部分延伸穿過半導(dǎo)體層。

優(yōu)選地，多個穿孔元件的至少一些穿孔元件具有基于穿孔元件的深度變化的形狀或者尺寸的至少一個。

優(yōu)選地，多個穿孔元件的特征橫向長度小于特征橫向間隔距離。

優(yōu)選地，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進一步包括至少一層的低導(dǎo)電性或者絕緣材料，并且其中多個穿孔元件延伸穿過至少一層的低導(dǎo)電性或者絕緣材料。

優(yōu)選地，器件被配置為作為發(fā)光二極管、發(fā)光激光二極管、晶體管、光電二極管、Schottky二極管或者PIN二極管中的至少一個來操作。

優(yōu)選地，穿孔接觸件的多個穿孔元件的每個穿孔元件具有一組鋒銳邊緣。

在另一個實施例中，一種半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體體機構(gòu)包含半導(dǎo)體層；以及鄰近半導(dǎo)體層形成的二維載流子氣，至半導(dǎo)體層的穿孔接觸件，穿孔接觸件包含在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成的多個腔，其中多個腔彼此間隔特征橫向間隔距離并且具有特征橫向長度；由金屬形成的位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的多個腔中的多個穿孔元件；位于包括多個腔的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域上的金屬的頂層；以及其中特征橫向間隔距離和特征橫向長度被選擇以最小化穿孔接觸件的總電阻，并且其中穿孔接觸件的總電阻基于穿孔接觸件的多個穿孔元件的每個穿孔元件的直接電阻和側(cè)電阻被計算。

優(yōu)選地，多個穿孔元件的特征橫向長度小于特征橫向間隔距離。

優(yōu)選地，穿孔接觸件的直接電阻是多個穿孔元件和二維載流子氣之間的每單位長度的電阻。

優(yōu)選地，側(cè)電阻是二維載流子氣和多個電極的每個電極的側(cè)面之間的電阻和在鄰近的穿孔元件之間的間隔中的二維氣的電阻的組合。

優(yōu)選地，穿孔接觸件的總電阻進一步基于多個穿孔元件的每個穿孔元件周圍傳播的電流的量來計算。

本實用新型的一個方面提供一種方法，所述方法包括制造至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體層的穿孔的歐姆接觸件，制造包括在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成多個腔，其中多個腔彼此間隔特征長度尺度，并且其中特征長度尺度是基于半導(dǎo)體層的表面電阻和接觸半導(dǎo)體層的穿孔的歐姆接觸件的金屬的每單位長度的接觸件電阻來選擇的；將金屬沉積到多個腔內(nèi)并且沉積在包括多個腔的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域之上；并且使用一組條件來退火半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及金屬，該組條件被配置為確保形成一組金屬凸出物，該組金屬凸出物從多個腔的至少一個橫向穿透半導(dǎo)體層，其中一組金屬凸出物對場致發(fā)射和/或場增強熱離子發(fā)射是導(dǎo)電的。

本實用新型的一個方面提供一種制造器件的方法，所述方法包括形成至半導(dǎo)體層或者半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的穿孔的歐姆接觸件，穿孔的歐姆接觸件包括多個由金屬形成的沉積在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的多個腔內(nèi)的多個穿孔元件，其中多個腔彼此間隔特征長度尺度，該特征長度尺度是基于半導(dǎo)體層的表面電阻和每單位長度金屬的接觸件電阻來選擇的，并且其中多個穿孔元件的至少一個包括橫向穿透半導(dǎo)體層的一組金屬凸出物，其中一組金屬凸出物對場致發(fā)射和/或場增強熱離子發(fā)射是導(dǎo)電的；并且金屬的頂層位于包括多個腔的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域之上。

本實用新型的一個方面的技術(shù)效果是相應(yīng)半導(dǎo)體器件的操作、穩(wěn)定性和壽命能夠通過應(yīng)用改進的歐姆接觸件而提高。

本實用新型的說明性方面被設(shè)計為解決這里所描述的一個或者多個問題和/或這里沒有討論的一個或者多個其他問題。

附圖說明

從以下對實用新型的各個方面的詳細描述，結(jié)合描繪了本實用新型的各個方面的附圖，將更清楚地理解本公開的這些以及其他特征。

圖1A-1C示出了根據(jù)實施例的說明性器件。

圖2A-2E示出了根據(jù)實施例的形成鋒銳邊緣的說明性凸出物的 形狀和比例。

圖3A和3B示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的說明性穿孔元件。

圖4示出了根據(jù)實施例的用于計算穿孔歐姆接觸件的電阻的說明性幾何模型。

圖5示出了根據(jù)實施例的圖4的幾何模型的說明性等效電路圖。

圖6A-6C示出了根據(jù)實施例的在不同的物理參數(shù)下歸一化的接觸件電阻與接觸件長度的相關(guān)性圖。

圖7A-7C示出了根據(jù)實施例的穿孔元件的說明性布置。

圖8A-8C示出了根據(jù)實施例的電極陣列的電流流向和電勢分布的說明性模型。

圖9A-9C示出了根據(jù)實施例的說明性發(fā)光二極管。

圖10A-10C示出了根據(jù)實施例的說明性晶體管。

圖11A-11B示出了根據(jù)實施例的說明性晶體管和說明性發(fā)光器件的側(cè)視圖。

圖12A-12E示出了對相應(yīng)電阻率的求值。

圖13示出了根據(jù)實施例的用于制造電路的說明性流程圖。

注意的是附圖可能不是成比例的。附圖旨在只描繪實用新型的典型方面，并且因此附圖不應(yīng)該被理解為限制本實用新型的范圍。在附圖中，類似的標號在附圖之間代表類似的元件。

具體實施方式

如上所指出的，本實用新型的方面提供至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體層的穿孔的歐姆接觸件。其他的方面提供至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體層的基本上線性的穿孔的歐姆接觸件。這里所描述的穿孔的歐姆接觸件在接觸件具有大體上(即，在+/-10％以內(nèi))線性的電流和所施加電壓的相關(guān)性時，為“基本上線性”。如這里所使用的，用語“基本上線性的”或者“歐姆”被用于指具有大體上線性的電流和所施加電壓的相關(guān)性的穿孔接觸件。穿孔的歐姆接觸件能夠包括一組穿孔元件，該組 穿孔元件能夠包括橫向穿透半導(dǎo)體層的一組金屬凸出物。穿孔元件能夠彼此間隔特征長度尺度，該特征長度尺度基于半導(dǎo)體層的表面電阻以及接觸半導(dǎo)體層的穿孔歐姆接觸件的每單位長度金屬的接觸件電阻。該結(jié)構(gòu)能夠使用一組條件來被退火，該組條件被配置為確保一組金屬突起的形成。如這里所使用的，除非另有說明，用語“一組”指的是一個或者多個(即，至少一個)并且詞語“任何解決方案”指的是任何現(xiàn)在已知或者之后開發(fā)的解決方案。

這里所描述的穿孔歐姆接觸件包括多個穿孔元件，該多個穿孔元件穿透(例如，凹進到)位于穿孔歐姆接觸件下面的一個或者多個半導(dǎo)體層。穿孔元件能夠具有鋒銳邊緣，并且當(dāng)穿孔歐姆接觸件是至二維電子氣時，穿孔元件能夠是足夠深的從而穿透包括二維電子氣的層。以這種方式，穿孔歐姆接觸件能夠提供較常規(guī)退火接觸件更低的接觸件電阻率和/或降低器件(例如，高電子遷移率晶體管(HEMT)，發(fā)光二極管(LED)等)中的電流擁擠。

參考附圖，圖1A-1C示出了根據(jù)實施例的說明性器件10的一部分。具體來講，圖1A示出了透視圖并且圖1B是出了器件10的頂視圖。器件10包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11包括半導(dǎo)體層12和第二層14，以及形成在層12和14的異質(zhì)結(jié)處的二維載流子(電子或者空穴)氣。

在實施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11是基于III-V族材料的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11，在其中一些或者所有的不同的層是由選自III-V族材料系統(tǒng)的元素來形成的。在更具體的說明性實施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11的不同的層是由基于III族氮化物的材料來形成的。III族氮化物材料包括一種或者兩種基于III族氮化物的材料。III族氮化物材料包括一種或者多種III族元素(例如，硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、和銦(In))以及氮(N)，例如B_WAl_XGa_YIn_ZN，其中0≤W，X，Y，Z≤1，并且W+X+Y+Z＝1。說明性III族材料包括二元合金、三元合金和四元合金，例如具有任何摩爾分數(shù)的III族元素的AlN，GaN，InN，BN，AlGaN，AllnN，AlBN，AlGalnN，AlGaBN，AllnBN以 及AlGalnBN。

器件10還被示出包括穿孔的歐姆接觸件20。接觸20包括金屬層22以及多個穿孔元件24(例如，凹的電極)。如所示出的，多個穿孔元件24完全延伸穿過層16以及二維載流子氣16，并且至少部分延伸到層14中。金屬層22將多個穿孔元件24的至少一部分相互連接。所以，層22和穿孔元件24一起來形成穿孔的歐姆接觸件20。盡管本實用新型的一方面結(jié)合一對層12、14以及在該對層之間形成的二維載流子氣16來描述，可以理解的是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11能夠在金屬層22和層14之間包括任何數(shù)量的層。這些層能夠被配置以在相應(yīng)的器件10的操作期間提供任何期望的功能，包括例如，低導(dǎo)電材料層、絕緣材料層、阻擋層、鈍化層、保護涂層、反射涂層和抗反射涂層等。

圖1C示出了根據(jù)實施例的穿孔元件24的更詳細的視圖。如所示出的，穿孔元件24具有周界30，周界30一般不是光滑的且能夠包括一組鋒銳邊緣32。該組鋒銳邊緣32能到得到提高的電導(dǎo)率并且能夠得到穿孔的歐姆接觸件20的性能的總體改進。如這里所描述的，包括鋒銳邊緣32的周界32能夠由一組金屬凸出物(隆起物)來形成，該組金屬凸起(隆起物)從穿孔元件24橫向延伸并且穿透相應(yīng)的半導(dǎo)體層(例如，圖1A的層12和14)。這些金屬凸出物能夠使得周界30具有復(fù)雜的形狀并且增加穿孔元件24的周長。

圖2A-2E示出根據(jù)實施例的形成鋒銳邊緣的說明性凸出物34A-34D的形狀和比例。具體來講，圖2A-2D示出說明性凸出物34A-34D，包括平截頭體(frustum)34A(類似錐形)、矩形平截頭體34B(類似棱錐形)、具有斜邊的矩形平截頭體34C、以及三角柱34D。然而，可以理解的是這些只是凸出物34A-34D的說明性形狀，并且凸出物能夠具有任何幾何形狀，包括任何復(fù)雜和/或不規(guī)則的幾何形狀。

如圖2E所示出的，凸出物(例如，這里所示出的凸出物34E、34F)能夠包括來自穿孔元件24E的邊沿隆起物。在實施例中，凸出物能夠具有底座以及頂座，該底座鄰近相應(yīng)的穿孔元件24E，該頂座 位于離半導(dǎo)體層中的相應(yīng)的穿孔元件24E的最遠端處。在這種情況下，頂座能夠具有比底座的截面更小的截面。另外，凸出物的特征橫向尺寸能夠大于或者等于相應(yīng)的半導(dǎo)體層和/或二維載流子氣區(qū)域中玻爾半徑的一半。此外，凸出物的特征橫向尺寸能夠小于將穿孔元件24E與一個或者多個鄰近的穿孔元件間隔開的特征長度尺度。

返回至圖1A-1C，能夠使用任何解決方案來制造器件。首先，能夠使用任何解決方案來制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11能夠包括基于III族氮化物的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在這種情況下，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造能夠包括：在襯底上生長AlN緩沖層，例如藍寶石；在藍寶石層上生長GaN層12；并且在GaN層12上生長AlGaN層14。在這種情況下，具有較高鎵含量的半導(dǎo)體層12被較高鋁含量的層所覆蓋，以在層12和14的異質(zhì)結(jié)處形成二維載流子氣16。如這里所描述的，二維載流子氣16能夠包括電子氣或者空穴氣?？傮w而言，這里描述的實用新型的所有方面能夠適用于二維電子氣與空穴氣兩者。

接下來，能夠形成穿孔的歐姆接觸件20。這樣，例如使用蝕刻過程能夠在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11中形成多個腔。該多個腔能夠具有比半導(dǎo)體層14的厚度還要更深的深度，因此獲得對二維載流子氣16的接近。腔的典型深度可以是幾十納米?？梢砸匀魏螆D案和間距形成該多個腔。在實施例中，多個腔彼此間隔特征長度尺度?？梢曰诎雽?dǎo)體層14的表面電阻以及用于穿孔的歐姆接觸件20的每單位長度金屬的接觸件電阻來選擇特征長度尺度。在實施例中，使用多步驟的蝕刻過程來形成多個腔。例如，能夠在第一蝕刻步驟期間使用等離子體輔助的蝕刻，接下來在第二蝕刻步驟期間使用濕法蝕刻。濕法蝕刻能夠利用例如氫氟酸，氫氟酸能夠沿著晶界、位錯以及其他晶格缺陷來有選擇性地蝕刻，造成非均勻的且復(fù)雜的蝕刻浮雕(etched relief)。這種浮雕能夠在接下來的穿孔的歐姆接觸件20的形成期間促進更多數(shù)量的電極凸出物的形成。

在腔的形成之后，用于穿孔的歐姆接觸件20的金屬能夠使用任何解決方案被沉積到腔內(nèi)以形成多個穿孔元件24，并且被沉積到包 括腔的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11的區(qū)域之上以形成金屬層22。取決于期望的歐姆接觸件的類型，能夠選擇不同的金屬用于穿孔的歐姆接觸件20。例如，鈦/鋁(Ti/Al)能夠被用來形成至n摻雜的氮化物半導(dǎo)體層的穿孔的歐姆接觸件20。對于p型的穿孔的歐姆接觸件20，具有較大的功函數(shù)的金屬，例如鎳和/或鈀能夠被使用。

接下來，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11和金屬能夠被退火。能夠使用一組條件來執(zhí)行該退火，該組條件被配置為確保從穿孔元件24橫向穿透半導(dǎo)體層14的一組金屬凸出物的形成。在實施例中，該組退火條件包括小于或者等于850攝氏度的溫度，以用來形成至III族氮化物半導(dǎo)體層的金屬接觸件。在更特別的實施例中，退火包括在大約600攝氏度持續(xù)大約1分鐘的快速熱退火，接下來是在大約400攝氏度的4-8分鐘的退火。能夠在N₂氣氛中執(zhí)行退火。

在實施例中，退火被配置為控制從穿孔元件24延伸的金屬凸出物的復(fù)雜性和/或方向。例如，使用相對較高溫度的快速退火(其中溫度能夠達到大約850攝氏度且持續(xù)小于一分鐘的時間)能夠得到橫向延伸穿過二維載流子氣的金屬凸出物。在更特別的實施例中，持續(xù)大約45秒的快速退火被用于得到期望的一組金屬凸出物。

穿孔元件24能夠具有形狀和/或尺寸，該形狀和/或尺寸隨著穿孔元件24的深度而變化。該變化能夠由一組金屬凸出物的形成和/或蝕刻過程而造成。該組金屬凸出物對場致發(fā)射和/或場增強熱離子發(fā)射能夠是導(dǎo)電的。另外，金屬凸出物的特征橫向尺寸能夠是半導(dǎo)體層12和/或二維載流子氣16(如果存在的話)的玻爾半徑的至少一半。在實施例中，特征橫向尺寸也小于特征長度尺度。

盡管本實用新型的方面是結(jié)合具有二維載流子氣16的器件來示出并描述的，可以理解的是本實用新型的方面能夠被應(yīng)用到不具有二維載流子氣16的器件。在這種情況下，由于歐姆電極的增大的周長以及圍繞電極凸出物的鋒銳邊緣的增大的電流，穿孔的歐姆接觸件20仍然可以降低總接觸件電阻。另外，可以在包括多個二維載流子氣區(qū)域的半導(dǎo)體器件中使用本實用新型的實施例。

無論如何，如這里所描述的，能夠基于半導(dǎo)體層14的表面電阻以及用于穿孔的歐姆接觸件20的每單位長度金屬的接觸件電阻來選擇特征長度尺度。圖3A和3B根據(jù)實施例分別示出半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11中的說明性穿孔元件24的側(cè)視圖和透視圖。如所示出的，穿孔元件24延伸穿過半導(dǎo)體層14和二維載流子氣16，并且部分地延伸到半導(dǎo)體層12。結(jié)果，穿孔元件24具有與二維載流子氣16的接觸區(qū)域40。二維載流子氣16和穿孔元件24的金屬之間的特定電阻R_m能夠以ohm×m為單位來測量。二維載流子氣16的每平方的電阻R_sh能夠ohm為單位來測量。二維載流子氣16的電導(dǎo)率能夠占據(jù)半導(dǎo)體層12的電導(dǎo)率的一大部分。穿孔元件24在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)11中的位置/間距能夠包括優(yōu)化參數(shù)，該優(yōu)化參數(shù)能夠被選擇以降低相應(yīng)的穿孔的歐姆接觸件的電阻。

圖4示出根據(jù)實施例的用于計算穿孔的歐姆接觸件的電阻的說明性幾何模型。該模型包括電極42，該電極42包括由金屬層46連接的多個像刀片的凹的電極段44A-44D。該電極段44A-44D能夠具有施加到其上的相同的電勢，能夠向電極48施加地電勢，并且電極44A-44D能夠被溝道區(qū)域49間隔。

在距離W上有W/(d+x)個電極4A-44D，其中d是電極44A-44D的厚度，并且x是兩個鄰近電極44A-44D之間的距離。每個電極44A-44D的周長是由P＝2(L+d)給出的，其中L是電極44A-44D的長度。單個電極44A-44D的面積由A＝L·d給出。所有電極44A-44D的總周長是P_T＝2(L+d)·W/(d+x)。電極44A-44D的系統(tǒng)的總電阻是由R_c＝R_m/P_T+R_sh·L/(x·W/(d+x))給出。R_c的表達式能夠被簡化以得到：

$R_C=\frac{R_m(d+x)}{2W(L+d)}+R_{sh}\left(\frac{L}{W}\right)(1+\frac{d}{x})$

電阻R_c在由給出的x值處具有最小值，其中C是取決于電極44A-44D的形狀的常數(shù)并且與單位元素(unity)類似(on the order of unity)。這個值能夠被用于選擇隔開腔(并且因此隔開如在這里所描述的相應(yīng)的穿孔元件)的特征長度尺度。例如，對于具有10μm長度L以及1μm寬度d的電極，并且對于R_sh＝260Ω，并且 R_m＝1Ω·mm，x～8使用以上公式。雖然相對于矩形凸出物來示出并且描述了該推導(dǎo)，但是同樣的結(jié)果能夠定性地適用于圖4的插圖中所指出的穿孔元件的各種不同形狀。盡管在圖4中示出了單列的電極44A-44D(或者接觸墊)，但是可以理解的是能夠應(yīng)用多列的電極以形成電極的陣列。

在實施例中，穿孔的歐姆接觸件是基本上線性的接觸。這樣，實施例提供了用于選擇穿孔的歐姆接觸件的一個或者多個屬性以提供基本上線性的性能的解決方案。圖5示出了根據(jù)實施例的圖4的幾何模型的說明性等效電路圖。如圖5所示的，直接電阻R_direct對應(yīng)于穿孔的歐姆元件(例如，包括每個電極44A-44D)的前表面45A和二維載流子氣之間的電阻。電阻R_direct能夠被寫成特定電阻R_m，其可以對應(yīng)于至二維氣界面的接觸處的接觸件的每單位長度的電阻(例如，以O(shè)hm×m為單位來測量)除以前部的接觸件邊緣的總長度：d×N，其中N是電極44A-44D的數(shù)量，并且d是單個電極44A-44D的前部長度。因此，R_direct＝R_m/(d×N)，其中N＝W/(d+x)，其中x是兩個相鄰電極44A-44D之間的距離，并且W是如圖5所示的結(jié)構(gòu)的寬度。盡管以上公式假設(shè)各種電極44A-44D具有相同的長度d的前部接觸邊緣，并且間隔相同的距離x，但是可以理解的是該公式能夠容易地被修改以適應(yīng)具有變化的長度d，和/或間隔距離x的電極44A-44D。

接觸件的側(cè)電阻(side resistance)R_sides對應(yīng)于離開形成穿孔的歐姆接觸件的每個電極44A-44D的側(cè)45B的電流的總電阻。側(cè)電阻能夠通過R_sides～R_m/(2LN)+(R_shL)/(fxN)來計算，其中第一項R_m/(2LN)(類似于直接電阻)是至二維氣界面的接觸處的接觸件的側(cè)45B(例如，每個電極44A-44D的每個側(cè))處的電阻，并且(R_sh L)/(fxN)是由電極44A-44D之間的空間中的二維氣的電阻所造成的電阻，其中R_sh是二維氣的表面電阻并且L是電極44A-44D的長度。接觸墊周圍的電流具有有限的傳播(finite spreading)，如由傳播區(qū)域47A和47B圖示出的。因此，具有0＜f＜1范圍的值的因子f被引入以說明(account for)該有限的傳播。例如，如果僅觀察到較小的傳播，則因子f接近0。然 而，對于較大的傳播，因子f能夠接近1。盡管以上公式假設(shè)各種電極44A-44D具有相同的長度d，并且間隔相同的距離x，但是可以理解的是該公式能夠容易地被修改以適應(yīng)具有變化的長度L，和/或間隔距離x的電極44A-44D。

形成接觸件的一組電極44A-44D的總電阻R_c能夠被寫成R_c(x；d，f，L，R_m，R_sh)＝1/(1/R_direct+1/R_sides)，其中指出了對電極寬度d，電極間隔x，電極長度L，以及物理因子(例如R_m-接觸件和二維氣界面處的特定電阻，和R_sh-二維氣的表面電阻)的明確相關(guān)性。能夠通過引入如下所示的無量鋼化來對R_c的表達式進行進一步簡化：

x＝x^*d，W＝W^*d，L＝L^*d，

這里x^*，W^*，L^*是無單位的，的單位是Ohm，而也是無單位的。將無量綱的量引入以上公式得到：

$R_c=R_m^{*}\[\frac{1+x^{*}}{W^{*}}\]\[\frac{1}{1+\frac{2{\mathrm{fL}}^{*}{x}^{*}}{{\mathrm{fx}}^{*}+2R_{sh}^{*}{L}^{*2}}}\]$

以上公式對于一組x^*，f，L^*，和R_sh的值具有最小值。例如，圖6A-6C示出了隨著不同參數(shù)的變化，歸一化的接觸件電阻R_cW/R_m對接觸件的長度的相關(guān)性。圖6A示出了對于參數(shù)f的不同值，歸一化的接觸件電阻對接觸件的長度的相關(guān)性，其中x^*＝5，R_sh＝1。如所期望的，歸一化的接觸件電阻隨著f值的下降而上升。類似的性能在圖6B中也能夠觀察到，其中示出了對于x^*＝5，R_sh＝1，針對參數(shù)R_sh的幾個值，歸一化的接觸件電阻對接觸件的長度的相關(guān)性。圖6C示出了對于將出現(xiàn)的歸一化的接觸件電阻的最小值，最優(yōu)的接觸件長度L^*應(yīng)當(dāng)小于接觸件間隔距離x^*。

穿孔的歐姆接觸件20(圖1A)的穿孔元件24(圖1A)能夠以各種圖案類型中的任何一個來布置。例如，圖7A-7C示出了根據(jù)實施例的穿孔元件的說明性布置50A-50C。在圖7A中，布置50A包括以刀片布置形式形成的穿孔元件，其中每個穿孔元件是與其他穿孔元件并行的伸長構(gòu)件。在圖7B中，布置50B包括以矩形陣列形式形成的圓柱形穿孔元件。在圖7C中，布置500C包括具有不同的、不規(guī) 則的形狀并且具有不規(guī)則的分布的穿孔元件?？梢岳斫獾氖沁@些布置50A-50C只是能夠用在穿孔的歐姆接觸件的實施例中的各種類型的布置中的說明性布置。

圖8A-8C示出了根據(jù)實施例的電極陣列的電勢分布和電流流向的說明性模型。如所示出的，九個圓柱形的電極52以三乘三的陣列布置被放置并且穿透二維電子氣。為了簡化該模型，假設(shè)其他所有的層都是不導(dǎo)電的。在這種情況下，每個圓柱形電極52具有相同的電勢電壓并且向電極54施加地電勢。圖8A示出了所得到的電流流向。如所示出的，電流擁擠發(fā)生在區(qū)域56中的第一行電極附近。圖8B示出了電勢的分布，并且圖8C示出了對于較差導(dǎo)電性的二維電子氣的電流分布。

電流擁擠是隨著包括二維電子氣的區(qū)域的導(dǎo)電性而變化的。如圖8C所示的，電流擁擠隨著二維電子氣區(qū)域的導(dǎo)電性的下降而大大地增加。這樣，在圖8C中，位于第二行和第三行的電極對于總體接觸件貢獻較少，因為大部分的電流都從第一行電極流過了。此外，電勢在第一行和第二行之間具有較小的變化，而在第二行和第三行電極之間基本上沒有變化。另外，如圖8B所示的，盡管電勢ΔV₁有變化，但是電勢ΔV₁的該變化小于電勢ΔV2的變化，其中電勢ΔV₁是電極上在施加電壓和二維電子氣之間的電勢降，電勢ΔV₂是在施加電壓和相鄰二維電子氣區(qū)域之間的電勢降。所得到的電流具有在電極之間流動的趨勢，如能夠在圖8A和圖8B中看到的。從以上的仿真，能夠看出電極設(shè)計是能夠基于材料的導(dǎo)電性質(zhì)的，例如，基于二維電子氣的導(dǎo)電性質(zhì)。例如，對于低導(dǎo)電率的二維電子氣，僅僅第一行電極以及有可能第二行電極是重要的。

如這里所描述的，穿孔的歐姆接觸件的實施例能夠在不同類型器件中被用作n型接觸件或者p型接觸件。例如，圖9A-9C示出了根據(jù)實施例的說明性發(fā)光二極管60A-60C。在圖9A中，發(fā)光二極管60A包括p型接觸件62A和n型接觸件64A兩者，其是這里所描述的穿孔的歐姆接觸件的實施例。在圖9B中，發(fā)光二極管60B包括p 型穿孔的歐姆接觸件62A，而n型接觸件64B能夠包括規(guī)則的退火接觸。在圖9C中，發(fā)光二極管60C包括n型穿孔的歐姆接觸件64A，而p型接觸件62B能夠包括規(guī)則的退火接觸。

類似的，圖10A-10C示出了根據(jù)實施例的說明性晶體管70A-70C。在圖10A中，晶體管70A包括源極72A和漏極74A兩者，其是這里所描述的穿孔的歐姆接觸件的實施例。在圖10B中，晶體管70B包括穿孔的歐姆源極接觸件72A，而漏極74B能夠包括規(guī)則的退火接觸件。在圖10C中，晶體管70C包括穿孔的歐姆漏極接觸74A，而源極72B能夠包括規(guī)則的退火接觸。

可以理解的是在圖9A-9C和圖10A-10C中所示出的穿孔的歐姆接觸件的配置僅僅是說明性的。例如，單個接觸件能夠包括包含穿孔元件的一部分以及包含規(guī)則的退火金屬電極的第二部分。此外，規(guī)則的退火電極的一個或者多個區(qū)域能夠被凹到下面的半導(dǎo)體層中，從而形成較大面積的穿孔元件。另外，可以理解的是發(fā)光器件和晶體管僅僅是能夠包括穿孔的歐姆接觸件的各種類型器件中的說明性器件。例如，說明性器件包括，但是不限于，激光二極管，光電二極管，光電倍增器，PIN二極管，Schottky二極管等。

如這里所描述的，穿孔的歐姆接觸件可以穿透或者不穿透二維載流子氣。這樣，圖11A和圖11B示出根據(jù)實施例的說明性發(fā)光器件80和說明性晶體管82的側(cè)視圖。如所示出的，發(fā)光器件80能夠包括穿透一個或者多個下面的半導(dǎo)體層的穿孔的歐姆接觸件84。然而，在穿孔的歐姆接觸件下面沒有二維載流子氣。晶體管82包括穿透一個或者多個下面的半導(dǎo)體層以及位于該半導(dǎo)體層下面的二維載流子氣88的穿孔的歐姆接觸件86。

制造這里所描述的說明性穿孔的歐姆接觸件和規(guī)則的歐姆接觸件并且求取相應(yīng)的電阻率。圖12A-12E示出了對相應(yīng)的電阻率的求值。如圖12A所示的，半導(dǎo)體器件包括兩個主要的電阻，接觸件電阻R_c和半導(dǎo)體電阻R_sh。能夠以Ω·mm為單位來測量接觸件電阻，而能夠以Ω/sq為單位來給出每平方的半導(dǎo)體電阻。圖12B和圖12C示出規(guī)則 的歐姆接觸件的TLM測量，而圖12D和12E示出穿孔的歐姆接觸件的TLM測量。如能夠從這些測量而確定的，穿孔的歐姆接觸件的總接觸件電阻與規(guī)則的歐姆接觸件的總接觸件電阻相比，有顯著的下降，例如從1Ω·mm到0.21Ω·mm。此外，穿孔的歐姆接觸件的半導(dǎo)體電阻與規(guī)則的歐姆接觸件的半導(dǎo)體電阻相比，有輕微的上升，例如從256Ω/sq到246Ω/sq。

在實施例中，本實用新型提供設(shè)計和/或制造電路的方法，該電路包括如這里所描述來設(shè)計和制造的一個或者多個器件。這樣，圖13示出根據(jù)實施例用于制造電路126的說明性流程圖。首先，用戶能夠使用器件設(shè)計系統(tǒng)110來生成如這里所描述的半導(dǎo)體器件的器件設(shè)計112。器件設(shè)計112能夠包括程序代碼，該程序代碼能夠被器件制造系統(tǒng)114所使用來根據(jù)由器件設(shè)計112所定義的特征生成一組物理器件116。類似地，器件設(shè)計112能夠被提供到電路設(shè)計系統(tǒng)120(例如，作為電路中使用的可用部件)，用戶能夠使用該電路設(shè)計系統(tǒng)來生成電路設(shè)計122(例如，通過將一個或者多個輸入和輸出連接到電路中所包括的各種器件)。電路設(shè)計122能夠包括包含如這里所描述來設(shè)計的器件的程序代碼。無論如何，電路設(shè)計122和/或一個或者多個物理器件116能夠被提供到電路制造系統(tǒng)124，該電路制造系統(tǒng)124能夠根據(jù)電路設(shè)計122來生成物理電路126。物理電路126能夠包括如這里所設(shè)計的一個或者多個器件116。

在另一個實施例中，本實用新型提供用于設(shè)計如這里所描述的半導(dǎo)體器件116的器件設(shè)計系統(tǒng)110以及用于制造該半導(dǎo)體器件116的器件制造系統(tǒng)114。在這種情況下，系統(tǒng)110，114能夠包括通用計算器件，該通用計算器件能夠被編程以實施設(shè)計和/或制造如這里所描述的半導(dǎo)體器件116的方法。類似地，本實用新型的實施例提供用于設(shè)計電路126的電路設(shè)計系統(tǒng)120以及用于制造電路126的電路制造系統(tǒng)124，其中電路126包括如這里所描述來設(shè)計和/或制造的至少一個器件116。在這種情況下，系統(tǒng)120，124能夠包括通用計算器件，該通用計算器件被編程以實施設(shè)計和/或制造電路126的方法， 該電路126包括如這里所描述的至少一個半導(dǎo)體器件116。

在另外一個實施例中，本實用新型提供被固定到至少一個計算機可讀介質(zhì)中的計算機程序，該計算機程序當(dāng)被執(zhí)行時，使得計算機系統(tǒng)實施設(shè)計和/或制造如這里所描述的半導(dǎo)體器件的方法。例如，計算機程序能夠使得器件設(shè)計系統(tǒng)110生成如這里所描述的器件設(shè)計112。這樣，計算機可讀介質(zhì)包括程序代碼，該程序代碼當(dāng)被計算機系統(tǒng)執(zhí)行時實施如這里所描述的過程中的一些或者所有?？梢岳斫獾氖?，用語“計算機可讀介質(zhì)”包括一個或者多個任何類型的現(xiàn)在已知的或者之后開發(fā)的表達的有形介質(zhì)，程序代碼的存儲拷貝能夠由計算器件從該計算機可讀介質(zhì)理解、復(fù)制、或者以其他方式傳播。

在另一個實施例中，本實用新型提供用來提供程序代碼的拷貝的方法，該程序代碼的拷貝當(dāng)被計算機系統(tǒng)執(zhí)行時實施如這里所描述的過程的一些或者所有。在這種情況下，計算機系統(tǒng)能夠處理程序代碼的拷貝以生成并且發(fā)送一組數(shù)據(jù)信號，用于在第二、不同的位置處來接收，該組數(shù)據(jù)信號具有一個或者多個其特征和/或以編碼該組數(shù)據(jù)信號中的程序代碼的拷貝的形式來變化。類似地，本實用新型的實施例提供用于獲得程序代碼的拷貝的方法，該程序代碼的拷貝實施如這里所描述的過程中的一些或者所有，該過程包括計算機系統(tǒng)接收如這里所描述的該組數(shù)據(jù)信號，并且將該組數(shù)據(jù)信號發(fā)送到固定在至少一個計算機可讀介質(zhì)中的計算機程序的拷貝。無論在哪個情況下，能夠使用任何類型的通信鏈路來發(fā)送/接收該組數(shù)據(jù)信號。

在另外一個實施例中，本實用新型提供生成用于設(shè)計如這里所描述的半導(dǎo)體器件的器件設(shè)計系統(tǒng)110和/或用于制造該半導(dǎo)體器件的器件制造系統(tǒng)114的方法。在這種情況下，計算機系統(tǒng)能夠被獲得(例如，被創(chuàng)造、被保持、被提供等)并且用于執(zhí)行如這里所述的過程的一個或者多個部件能夠被獲得(例如，被創(chuàng)造、被購買、被使用、被修改等)并且被應(yīng)用到計算機系統(tǒng)。這樣，該應(yīng)用能夠包括以下一個或者多個：(1)在計算器件上安裝程序代碼；(2)向計算機系統(tǒng)添加一個或者多個計算和/或I/O器件；(3)并入和/或修改計算機系 統(tǒng)以使得其能夠執(zhí)行如這里所描述的過程等。

出于說明以及描述的目的來呈現(xiàn)對本實用新型的各個方面的以上描述。并不旨在于是窮盡的或者將本實用新型限制到所公開的精確形式，并且清楚的是，許多修改和變化是可能的。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的這些修改和變化被包括在由隨附權(quán)利要求所定義的本實用新型的范圍之內(nèi)。

本申請是于2013年6月4日提交的美國申請No.13/909,621的部分延續(xù)申請，該美國申請在2016年3月3日被公告為美國專利No.8,969,198，其要求2012年6月4日提交的，名為“Ohmic Contact to Semiconductor Layers”的US臨時申請No.61/655,437的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，這兩者均在這里通過引入被并入。