氮化镓（GaN）是一种典型的宽禁带化合物半导体，具有优异的光电转换效率、高饱和电子速度和良好的化学稳定性[1]。这些固有特性使其成为制造高性能电子设备的理想选择，而这些设备已成为众多关键应用领域的核心组成部分[2]。GaN还在先进的环境修复、可再生能源利用和可持续环保技术中具有关键价值[[3], [4], [5], [6]]。特别是GaN高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）被广泛应用于5G/6G通信基站、卫星互联网系统、电动汽车主驱动逆变器和先进相控阵雷达等领域，这些应用要求高工作频率、高功率密度和卓越的能效[7]。在这些应用中，GaN HEMT的性能直接决定了整个系统的功能和可靠性。
在影响GaN HEMT性能的各种因素中，具有光滑表面形貌和高质量界面的低电阻欧姆接触是至关重要的前提条件，因为它们直接决定了关键器件指标，包括导通电阻(Ron）、电流崩溃和长期运行可靠性[8]。然而，GaN的宽禁带特性在金属-半导体界面产生了较高的肖特基势垒，这在器件制造过程中实现低电阻欧姆接触时是一个长期存在的挑战。高接触电阻不仅会导致严重的功率损耗和能效下降[9]，还会增加正向电压降，限制器件的最大电流承载能力[10]。在高功率和高频操作下，这些不利影响尤为严重，而低接触电阻对于高性能输出是不可或缺的。为了克服这一瓶颈，开发优化欧姆接触质量的有效策略已成为GaN HEMT技术研究的紧迫课题。
此外，表面形貌和接触界面质量显著影响器件可靠性。粗糙的接触表面会导致电流拥挤效应，从而产生不均匀的电流分布和局部热点[[11], [12], [13]]。因此，为有效解决这些问题并抑制电流崩溃，同时降低接触电阻、改善表面光滑度和提高界面质量至关重要。在这种关键的技术背景下，n+-GaN二次外延（再生）技术作为一种有前景的方法出现了，由于其在实现高质量欧姆接触方面的潜力，已在半导体器件制造领域引起了广泛的研究关注。
目前，已经采用了多种方法来降低基于GaN的器件的欧姆接触电阻，包括离子注入[14]、通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）实现n+-GaN层再生[15,16]以及低温合金欧姆接触工艺[17]。然而，每种方法都存在固有的局限性，阻碍了它们在高性能GaN HEMT中的实际应用。对于基于MOCVD的n+-GaN，所需的高热预算通常会降低二维电子气（2DEG）通道的导电性，从而增加片电阻，抵消了低接触电阻带来的优势[18]。尽管最近的研究表明在大约700°C的温度下通过MOCVD实现n+-GaN再生是可行的，但这种方法通常需要对载流子气体策略进行修改，并引入铟作为表面活性剂，这增加了工艺复杂性[19]。更严重的问题是外延窗口与周围掩模区域（通常是SiO2）之间的生长速率不均匀。晶体半导体表面与非晶掩模材料之间的显著成核选择性会导致前驱体从掩模向窗口区域的横向传输[20]，在窗口边缘形成浓度梯度。这种梯度导致窗口边缘的沉积速率显著增加，从而产生粗糙的n+-GaN/2DEG界面和较高的接触电阻，无法满足高性能GaN HEMT的要求[19]。
相比之下，低温合金欧姆接触可以避免2DEG的热退化，但通常需要较长的退火时间，这限制了与传统高温工艺相比的制造吞吐量和重复性[21]。然而，分子束外延（MBE）相比这些现有方法具有明显优势：它能够在窗口和掩模区域实现相似的生长速率，从而获得更优质的界面和更一致的电气性能[22]。因此，开发可靠的、基于MBE的再生n+-GaN欧姆接触技术对于突破GaN HEMT的性能瓶颈具有重要意义。
在这项研究中，我们在高电阻率硅（HR-Si）衬底上制备了AlGaN/GaN HEMTs，利用MBE技术对n+-GaN欧姆接触进行选择性区域再生。我们系统地研究了MBE再生过程，重点实现低接触电阻、光滑表面形貌和高质量界面的高质量n+-GaN欧姆接触。通过这种优化工艺，我们实现了0.09 Ω?mm的超低欧姆接触电阻，这是迄今为止报道的GaN HEMT中最低的电阻值之一[[23], [24], [25], [26], [27], [28], [29]]。这项工作不仅建立了一种可靠的基于MBE的制造高质量再生界面的方法，还为克服接触电阻瓶颈提供了可行的途径，为下一代适用于高频和高功率应用的基于GaN的器件铺平了道路。
