1. 实验过程
实验所用的AlGaN/GaN异质结外延片采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术生长，其结构如下：在（0001）蓝宝石衬底上低温生长一成核层，接着生长3µm GaN缓冲层和20nm的AlGaN，其中Al含量为25%。
实验中选用三种不同溶液，氟硝酸（HNO3:HF=1：5）、盐酸（HCl）和硫代乙酰胺（CS3CSNH2）进行表面处理。实验工艺流程如下：
（1）有机清洗；
（2）ICP刻蚀台面；
（3）表面处理。表面处理溶液及条件如表1；
（4）溅射欧姆接触金属Ti/Al/Ti/Ai（250/2500/500/500Å）；
（5）金属抬离、清洗；
（6）830℃氮气气氛下退火。
表1 表面处理溶液及处理时间
为了对比表面处理前后半导体表面化学性质的改变，我们对另外四片样品进行同上的表面处理后，进行XPS测试，得到Ga3d与O1s能谱。为保证样品暴露在空气中的时间尽可能短，以免发生氧化或其他化学反应，在表面处理后，应尽快将样品装入XPS系统腔内。
2. 测试结果分析
分别在四片样品的各个区域选取表面形态较好的传输线进行测量，并进行数据拟合计算均值，所得各样品的ρc列在表2中。在用三种溶液处理后，各样品的比接触电阻率都有不同程度的降低，其中以CS3CSNH2效果最好，ρc降低近一个量级。
表2 表面处理后各样品的比接触电阻率
为了研究溶液表面处理可以改善欧姆接触质量的原因，我们对样品进行了XPS测试，得到Ga3d与O1s能谱。测试采用C1s特征谱线（284.8eV）作为标准谱线。
图2 O1s的XPS能谱
图2为样品O1s的XPS谱图，每条谱线被分解成O-Ga键和O-Al键两个峰的叠加，这两个峰强度的积分值列在表3中。从图中和表中可以看出，相对于未处理的样品，经处理后的样品中O-Ga键和O-Al键两个峰位的谱峰强度都减小了。这一结果表明，三种溶液都能有效去除AlGaN表面的氧化物，以降低金属与半导体接触的势垒高度和宽度，从而改善欧姆接触质量，这与比接触电阻率测量结果吻合。其中CS3CSNH2去氧化的效果最好，可能的原因是在去除表面氧化物的同时，CS3CSNH2中的S元素在AlGaN表面形成了一层很薄的硫化物钝化层，有效降低了其表面再次被氧化的速度。
表3 O-Al和O-Ga曲线积分强度
图3 Ga3d的XPS能谱
图4 化学位移原理示意图
接下来，讨论EF发生上述移动的原因。首先，一个可能的原因同等离子体表面处理中EF发生移动的原因相同，即在表面处理的过程中，在AlGaN表面产生了大量的氮空位，使表面的等效n掺杂浓度升高，降低了金属-半导体接触的势垒高度。为验证这种假设正确与否，我们计算了N谱线的积分强度与Al、Ga谱线积分强度之和的比值，表示为N/(Ga,Al)，列在表4中。由表中数据可以看出，经过表面处理N/(Ga,Al)的值都有了不同程度的升高。这表明，表面处理使氮原子的浓度增加，与假设的情况不符，即氮空位的产生不是EF产生位移的原因。而N原子浓度的增加的原因是，在表面处理前，AlGaN表面因为氧化主要存在的是Ga或Al的氧化物，而经过处理之后，Ga或Al的氮化物占主导地位，所以N元素的相对含量会有所增加。
表4 N谱线积分强度与Al、Ga谱线积分强度之和的比值
另外一个可能原因是，经过表面处理，表面态在禁带中的分布发生变化，使得表面EF发生移动。由于禁带宽度大，GaN基材料的欧姆接触是利用隧穿效应形成的。图5所示的是在半导体表面分别存在低密度与高密度表面态时，金属-AlGaN/GaN接触的能带图，通常在价带EV上qΦ0处存在一个表面态能级。
图5 金属-AlGaN/GaN接触能带图
如图5(a)，当AlGaN表面存在高密度的表面态时，EF会被钉扎在qΦ0处，使表面处的EF远离导带，产生更高的势垒。表面处理过程中，溶液将表面氧化层腐蚀后，同AlGaN表面发生化学反应，生成薄薄的一层钝化层，降低了表面态密度。如图5(b)所示，表面态密度的下降缓解了EF钉扎效应，使EF向高能端的EC方向移动，进而降低了电子隧穿势垒的高度。由Ga3d峰位的移动量还可以看出，CS3CSNH2峰的移动最明显，可能的原因是相对于其他两种溶液，CS3CSNH2中S元素可以在AlGaN生成更稳定的化合物，做为钝化膜降低表面态密度，从而有效的提高欧姆接触的质量。综上所述，溶液表面处理不但能够有效去除AlGaN表面的氧化层，而且能够生成钝化膜，降低表面态密度，降低电子隧穿势垒的高度，进一步改善欧姆接触的质量。