半导体器件的制作方法

本公开大体上涉及半导体器件，并且尤其涉及具有至半导体层的欧姆接触件的半导体器件。

背景技术：

开发至半导体层的良好的欧姆接触件对于相应的半导体器件的操作、稳定性和寿命来说是重要的。采用不同的方法来形成欧姆接触件。一种能够产生至半导体层的良好的欧姆接触件的方法使用退火过程。例如，钛/铝(Ti/Al)经常被用作至n掺杂氮化物半导体层的欧姆接触件。在这种情况下，氮化钛在下面的氮化铝镓/氮化镓(AlGaN/GaN)结构中造成了N个空位，其有效地掺杂了该材料。经常地，还添加镍(Ni)以阻止Ti/Al的扩散和氧化。

另一种方法包括蚀刻半导体层并且向蚀刻的腔植入欧姆接触件。例如，在一种方法中，在半导体器件通过利用后续沉积的Schottky层来构造(engineer)生长在半导体衬底上的沟道形成层的地方，凹的欧姆接触件被暴露。在这种方法中，在Schottky层和沟道形成层之间建立二维电子气(2DEG)。另外，在这种方法中，通过覆盖层在Schottky层上形成栅电极，并且凹结构的欧姆电极与2DEG层处于欧姆接触。

类似的技术被用于金属-绝缘体-半导体(MIS)高电子迁移率晶体管(HEMT)。在这种情况下，绝缘的两纳米厚的AlN层被去除并且源极接触件和漏极接触件是凹的。与之前的方法相反的是，源极接触件和漏极接触件没有一直凹到2DEG层。

还在晶体管器件的背景下研究了凹的源极和漏极接触。结果显示，凹的源极/漏极结构与传统的抬起的源极/漏极接触件相比能够提供具 有低得多的源极/漏极电阻的欧姆接触件。而且，与传统的方法相比，凹的源极/漏极接触件能够降低寄生的栅极到源极/漏极电容。凹的源极和漏极接触件的劣势在于短沟道效应的存在，该效应能够劣化器件性能。

作为接近2DEG的方式，凹的欧姆接触件是有用的。2DEG通常用于HEMT中，其中在HEMT中电流通路在具有不同带隙的两种类型的半导体膜之间的界面处形成。为了支撑2DEG，半导体层通常包括形成在衬底上的沟道形成层，以及与沟道形成层形成异质结的另一层。例如，GaN能够被用作沟道形成层，并且AlGaN膜能够被用作与沟道形成层形成异质结的层。

凹的欧姆接触件在半导体层不支撑2DEG的情况下也是有益的，例如为发光器件(LED)所形成的欧姆接触件。在这种情况下，凹的欧姆接触件允许更大的至半导体的接触件的结面积，并且因此导致更低的接触件电阻。

另一种降低基于AlGaN/GaN的HEMT的欧姆接触件电阻的方法，例如，在源极和漏极接触件附近选择植入硅(Si)或者使用高度掺杂的n+覆盖GaN层。

形成欧姆接触件的方法对于n和p型接触件来说十分不同。对于至n型GaN的n型接触件，例如，使用比n型基于GaN的半导体的金属功函数更小的金属功函数来形成欧姆接触件。一种经常使用的金属是Ti，其金属功函数为Φ_m＝4.33eV。对于至n型GaN的基于Ti的接触件，该基于Ti的接触件具有5到7×10¹⁸cm^-3的载流子浓度，能够得到范围在10^-5到10^-8Ωcm²范围内的低接触件电阻。

例如，制造至p型GaN的p型接触件要困难得多。尤其是，由于受主的较高的活化能，生长具有大于10¹⁸cm^-3的载流子浓度的适当掺杂的p型GaN是困难的。此外，寻找具有对应于p型GaN的功函数的金属是困难的。具有较大功函数的金属，例如Ni，通常被用于形成欧姆p型接触件。退火的细节对于接触件性能来说是重要的因素。建议了不同的退火方法，包括在空气中退火或者在氧气中退火， 以改进接触件性能。改进欧姆接触件的性能的其他方法包括处理半导体表面的不同方法。可能的方法包括等离子体处理和激光处理。此外，超晶格、应变半导体层和自发极化的使用被用来达到较高的空穴浓度并且得到较低的接触件电阻。

技术实现要素：

本实用新型的一个方面的目的是提供至半导体结构中的半导体层的改进的欧姆接触件。

其他方面提供至半导体结构中的半导体层的基本上线性的穿孔欧姆接触件。穿孔的欧姆接触件能够包括一组穿孔元件，该组穿孔元件能够包括横向穿透半导体层的一组金属凸出物。穿孔元件能够彼此间隔特征长度尺度，该特征长度尺度是基于半导体层的表面电阻和接触半导体层的穿孔的欧姆接触件的每单位长度金属的接触件电阻来选择的。该结构能够使用一组条件来被退火，该组条件被配置以确保一组金属凸出物的形成。

一种半导体器件，包括包含半导体层的半导体结构；以及至半导体层的基本上线性的穿孔接触件，穿孔接触件包含由金属形成的位于半导体结构中的多个腔中的多个穿孔元件，其中多个穿孔元件具有最小化半导体结构中的多个穿孔元件和二维气之间的电阻的横向间隔距离、横向宽度和横向长度；以及位于包括多个腔的半导体结构的区域上的金属的顶层。

优选地，多个穿孔元件的至少一个包括横向穿透半导体层的一组金属凸出物，并且其中在一组金属凸出物中的金属凸出物具有棱锥形、棱柱形或锥形之一。

优选地，一组金属凸出物具有特征横向尺寸，其中特征横向尺寸是半导体结构中的半导体层或者二维载流子气区域的至少其中之一中的玻尔半径的一半，并且其中特征横向尺寸小于特征长度尺度。

优选地，半导体结构包括基于III族氮化物的半导体结构，并且其中半导体层是由第一III族氮化物材料形成，半导体结构进一步包 括：邻近半导体层的第二层，其中第二层是由第二III族氮化物材料形成的；以及在第二层和半导体层的结处形成的二维载流子气，其中多个穿孔元件的至少一些穿孔元件延伸穿过第二层并且至少部分延伸穿过半导体层。

优选地，多个穿孔元件的至少一些穿孔元件具有基于穿孔元件的深度变化的形状或者尺寸的至少一个。

优选地，多个穿孔元件的特征横向长度小于特征横向间隔距离。

优选地，半导体结构进一步包括至少一层的低导电性或者绝缘材料，并且其中多个穿孔元件延伸穿过至少一层的低导电性或者绝缘材料。

优选地，器件被配置为作为发光二极管、发光激光二极管、晶体管、光电二极管、Schottky二极管或者PIN二极管中的至少一个来操作。

优选地，穿孔接触件的多个穿孔元件的每个穿孔元件具有一组锋锐边缘。

在另一个实施例中，一种半导体器件包括半导体结构，所述半导体体机构包含半导体层；以及邻近半导体层形成的二维载流子气，至半导体层的穿孔接触件，穿孔接触件包含在半导体结构中形成的多个腔，其中多个腔彼此间隔特征横向间隔距离并且具有特征横向长度；由金属形成的位于半导体结构中的多个腔中的多个穿孔元件；位于包括多个腔的半导体结构的区域上的金属的顶层；以及其中特征横向间隔距离和特征横向长度被选择以最小化穿孔接触件的总电阻，并且其中穿孔接触件的总电阻基于穿孔接触件的多个穿孔元件的每个穿孔元件的直接电阻和侧电阻被计算。

优选地，多个穿孔元件的特征横向长度小于特征横向间隔距离。

优选地，穿孔接触件的直接电阻是多个穿孔元件和二维载流子气之间的每单位长度的电阻。

优选地，侧电阻是二维载流子气和多个电极的每个电极的侧面之间的电阻和在邻近的穿孔元件之间的间隔中的二维气的电阻的组合。

优选地，穿孔接触件的总电阻进一步基于多个穿孔元件的每个穿孔元件周围传播的电流的量来计算。

本实用新型的一个方面提供一种方法，所述方法包括制造至半导体结构中的半导体层的穿孔的欧姆接触件，制造包括在半导体结构中形成多个腔，其中多个腔彼此间隔特征长度尺度，并且其中特征长度尺度是基于半导体层的表面电阻和接触半导体层的穿孔的欧姆接触件的金属的每单位长度的接触件电阻来选择的；将金属沉积到多个腔内并且沉积在包括多个腔的半导体结构的区域之上；并且使用一组条件来退火半导体结构以及金属，该组条件被配置为确保形成一组金属凸出物，该组金属凸出物从多个腔的至少一个横向穿透半导体层，其中一组金属凸出物对场致发射和/或场增强热离子发射是导电的。

本实用新型的一个方面提供一种制造器件的方法，所述方法包括形成至半导体层或者半导体结构的穿孔的欧姆接触件，穿孔的欧姆接触件包括多个由金属形成的沉积在半导体结构中的多个腔内的多个穿孔元件，其中多个腔彼此间隔特征长度尺度，该特征长度尺度是基于半导体层的表面电阻和每单位长度金属的接触件电阻来选择的，并且其中多个穿孔元件的至少一个包括横向穿透半导体层的一组金属凸出物，其中一组金属凸出物对场致发射和/或场增强热离子发射是导电的；并且金属的顶层位于包括多个腔的半导体结构的区域之上。

本实用新型的一个方面的技术效果是相应半导体器件的操作、稳定性和寿命能够通过应用改进的欧姆接触件而提高。

本实用新型的说明性方面被设计为解决这里所描述的一个或者多个问题和/或这里没有讨论的一个或者多个其他问题。

附图说明

从以下对实用新型的各个方面的详细描述，结合描绘了本实用新型的各个方面的附图，将更清楚地理解本公开的这些以及其他特征。

图1A-1C示出了根据实施例的说明性器件。

图2A-2E示出了根据实施例的形成锋锐边缘的说明性凸出物的 形状和比例。

图3A和3B示出了根据实施例的半导体结构中的说明性穿孔元件。

图4示出了根据实施例的用于计算穿孔欧姆接触件的电阻的说明性几何模型。

图5示出了根据实施例的图4的几何模型的说明性等效电路图。

图6A-6C示出了根据实施例的在不同的物理参数下归一化的接触件电阻与接触件长度的相关性图。

图7A-7C示出了根据实施例的穿孔元件的说明性布置。

图8A-8C示出了根据实施例的电极阵列的电流流向和电势分布的说明性模型。

图9A-9C示出了根据实施例的说明性发光二极管。

图10A-10C示出了根据实施例的说明性晶体管。

图11A-11B示出了根据实施例的说明性晶体管和说明性发光器件的侧视图。

图12A-12E示出了对相应电阻率的求值。

图13示出了根据实施例的用于制造电路的说明性流程图。

注意的是附图可能不是成比例的。附图旨在只描绘实用新型的典型方面，并且因此附图不应该被理解为限制本实用新型的范围。在附图中，类似的标号在附图之间代表类似的元件。

具体实施方式

如上所指出的，本实用新型的方面提供至半导体结构中的半导体层的穿孔的欧姆接触件。其他的方面提供至半导体结构中的半导体层的基本上线性的穿孔的欧姆接触件。这里所描述的穿孔的欧姆接触件在接触件具有大体上(即，在+/-10％以内)线性的电流和所施加电压的相关性时，为“基本上线性”。如这里所使用的，用语“基本上线性的”或者“欧姆”被用于指具有大体上线性的电流和所施加电压的相关性的穿孔接触件。穿孔的欧姆接触件能够包括一组穿孔元件，该组 穿孔元件能够包括横向穿透半导体层的一组金属凸出物。穿孔元件能够彼此间隔特征长度尺度，该特征长度尺度基于半导体层的表面电阻以及接触半导体层的穿孔欧姆接触件的每单位长度金属的接触件电阻。该结构能够使用一组条件来被退火，该组条件被配置为确保一组金属突起的形成。如这里所使用的，除非另有说明，用语“一组”指的是一个或者多个(即，至少一个)并且词语“任何解决方案”指的是任何现在已知或者之后开发的解决方案。

这里所描述的穿孔欧姆接触件包括多个穿孔元件，该多个穿孔元件穿透(例如，凹进到)位于穿孔欧姆接触件下面的一个或者多个半导体层。穿孔元件能够具有锋锐边缘，并且当穿孔欧姆接触件是至二维电子气时，穿孔元件能够是足够深的从而穿透包括二维电子气的层。以这种方式，穿孔欧姆接触件能够提供较常规退火接触件更低的接触件电阻率和/或降低器件(例如，高电子迁移率晶体管(HEMT)，发光二极管(LED)等)中的电流拥挤。

参考附图，图1A-1C示出了根据实施例的说明性器件10的一部分。具体来讲，图1A示出了透视图并且图1B是出了器件10的顶视图。器件10包括半导体结构11，半导体结构11包括半导体层12和第二层14，以及形成在层12和14的异质结处的二维载流子(电子或者空穴)气。

在实施例中，半导体结构11是基于III-V族材料的半导体结构11，在其中一些或者所有的不同的层是由选自III-V族材料系统的元素来形成的。在更具体的说明性实施例中，半导体结构11的不同的层是由基于III族氮化物的材料来形成的。III族氮化物材料包括一种或者两种基于III族氮化物的材料。III族氮化物材料包括一种或者多种III族元素(例如，硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、和铟(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。说明性III族材料包括二元合金、三元合金和四元合金，例如具有任何摩尔分数的III族元素的AlN，GaN，InN，BN，AlGaN，AllnN，AlBN，AlGalnN，AlGaBN，AllnBN以 及AlGalnBN。

器件10还被示出包括穿孔的欧姆接触件20。接触20包括金属层22以及多个穿孔元件24(例如，凹的电极)。如所示出的，多个穿孔元件24完全延伸穿过层16以及二维载流子气16，并且至少部分延伸到层14中。金属层22将多个穿孔元件24的至少一部分相互连接。所以，层22和穿孔元件24一起来形成穿孔的欧姆接触件20。尽管本实用新型的一方面结合一对层12、14以及在该对层之间形成的二维载流子气16来描述，可以理解的是半导体结构11能够在金属层22和层14之间包括任何数量的层。这些层能够被配置以在相应的器件10的操作期间提供任何期望的功能，包括例如，低导电材料层、绝缘材料层、阻挡层、钝化层、保护涂层、反射涂层和抗反射涂层等。

图1C示出了根据实施例的穿孔元件24的更详细的视图。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够包括一组锋锐边缘32。该组锋锐边缘32能到得到提高的电导率并且能够得到穿孔的欧姆接触件20的性能的总体改进。如这里所描述的，包括锋锐边缘32的周界32能够由一组金属凸出物(隆起物)来形成，该组金属凸起(隆起物)从穿孔元件24横向延伸并且穿透相应的半导体层(例如，图1A的层12和14)。这些金属凸出物能够使得周界30具有复杂的形状并且增加穿孔元件24的周长。

图2A-2E示出根据实施例的形成锋锐边缘的说明性凸出物34A-34D的形状和比例。具体来讲，图2A-2D示出说明性凸出物34A-34D，包括平截头体(frustum)34A(类似锥形)、矩形平截头体34B(类似棱锥形)、具有斜边的矩形平截头体34C、以及三角柱34D。然而，可以理解的是这些只是凸出物34A-34D的说明性形状，并且凸出物能够具有任何几何形状，包括任何复杂和/或不规则的几何形状。

如图2E所示出的，凸出物(例如，这里所示出的凸出物34E、34F)能够包括来自穿孔元件24E的边沿隆起物。在实施例中，凸出物能够具有底座以及顶座，该底座邻近相应的穿孔元件24E，该顶座 位于离半导体层中的相应的穿孔元件24E的最远端处。在这种情况下，顶座能够具有比底座的截面更小的截面。另外，凸出物的特征横向尺寸能够大于或者等于相应的半导体层和/或二维载流子气区域中玻尔半径的一半。此外，凸出物的特征横向尺寸能够小于将穿孔元件24E与一个或者多个邻近的穿孔元件间隔开的特征长度尺度。

返回至图1A-1C，能够使用任何解决方案来制造器件。首先，能够使用任何解决方案来制造半导体结构11。半导体结构11能够包括基于III族氮化物的异质结构。在这种情况下，半导体结构的制造能够包括：在衬底上生长AlN缓冲层，例如蓝宝石；在蓝宝石层上生长GaN层12；并且在GaN层12上生长AlGaN层14。在这种情况下，具有较高镓含量的半导体层12被较高铝含量的层所覆盖，以在层12和14的异质结处形成二维载流子气16。如这里所描述的，二维载流子气16能够包括电子气或者空穴气。总体而言，这里描述的实用新型的所有方面能够适用于二维电子气与空穴气两者。

接下来，能够形成穿孔的欧姆接触件20。这样，例如使用蚀刻过程能够在半导体结构11中形成多个腔。该多个腔能够具有比半导体层14的厚度还要更深的深度，因此获得对二维载流子气16的接近。腔的典型深度可以是几十纳米。可以以任何图案和间距形成该多个腔。在实施例中，多个腔彼此间隔特征长度尺度。可以基于半导体层14的表面电阻以及用于穿孔的欧姆接触件20的每单位长度金属的接触件电阻来选择特征长度尺度。在实施例中，使用多步骤的蚀刻过程来形成多个腔。例如，能够在第一蚀刻步骤期间使用等离子体辅助的蚀刻，接下来在第二蚀刻步骤期间使用湿法蚀刻。湿法蚀刻能够利用例如氢氟酸，氢氟酸能够沿着晶界、位错以及其他晶格缺陷来有选择性地蚀刻，造成非均匀的且复杂的蚀刻浮雕(etched relief)。这种浮雕能够在接下来的穿孔的欧姆接触件20的形成期间促进更多数量的电极凸出物的形成。

在腔的形成之后，用于穿孔的欧姆接触件20的金属能够使用任何解决方案被沉积到腔内以形成多个穿孔元件24，并且被沉积到包 括腔的半导体结构11的区域之上以形成金属层22。取决于期望的欧姆接触件的类型，能够选择不同的金属用于穿孔的欧姆接触件20。例如，钛/铝(Ti/Al)能够被用来形成至n掺杂的氮化物半导体层的穿孔的欧姆接触件20。对于p型的穿孔的欧姆接触件20，具有较大的功函数的金属，例如镍和/或钯能够被使用。

接下来，半导体结构11和金属能够被退火。能够使用一组条件来执行该退火，该组条件被配置为确保从穿孔元件24横向穿透半导体层14的一组金属凸出物的形成。在实施例中，该组退火条件包括小于或者等于850摄氏度的温度，以用来形成至III族氮化物半导体层的金属接触件。在更特别的实施例中，退火包括在大约600摄氏度持续大约1分钟的快速热退火，接下来是在大约400摄氏度的4-8分钟的退火。能够在N₂气氛中执行退火。

在实施例中，退火被配置为控制从穿孔元件24延伸的金属凸出物的复杂性和/或方向。例如，使用相对较高温度的快速退火(其中温度能够达到大约850摄氏度且持续小于一分钟的时间)能够得到横向延伸穿过二维载流子气的金属凸出物。在更特别的实施例中，持续大约45秒的快速退火被用于得到期望的一组金属凸出物。

穿孔元件24能够具有形状和/或尺寸，该形状和/或尺寸随着穿孔元件24的深度而变化。该变化能够由一组金属凸出物的形成和/或蚀刻过程而造成。该组金属凸出物对场致发射和/或场增强热离子发射能够是导电的。另外，金属凸出物的特征横向尺寸能够是半导体层12和/或二维载流子气16(如果存在的话)的玻尔半径的至少一半。在实施例中，特征横向尺寸也小于特征长度尺度。

尽管本实用新型的方面是结合具有二维载流子气16的器件来示出并描述的，可以理解的是本实用新型的方面能够被应用到不具有二维载流子气16的器件。在这种情况下，由于欧姆电极的增大的周长以及围绕电极凸出物的锋锐边缘的增大的电流，穿孔的欧姆接触件20仍然可以降低总接触件电阻。另外，可以在包括多个二维载流子气区域的半导体器件中使用本实用新型的实施例。

无论如何，如这里所描述的，能够基于半导体层14的表面电阻以及用于穿孔的欧姆接触件20的每单位长度金属的接触件电阻来选择特征长度尺度。图3A和3B根据实施例分别示出半导体结构11中的说明性穿孔元件24的侧视图和透视图。如所示出的，穿孔元件24延伸穿过半导体层14和二维载流子气16，并且部分地延伸到半导体层12。结果，穿孔元件24具有与二维载流子气16的接触区域40。二维载流子气16和穿孔元件24的金属之间的特定电阻R_m能够以ohm×m为单位来测量。二维载流子气16的每平方的电阻R_sh能够ohm为单位来测量。二维载流子气16的电导率能够占据半导体层12的电导率的一大部分。穿孔元件24在半导体结构11中的位置/间距能够包括优化参数，该优化参数能够被选择以降低相应的穿孔的欧姆接触件的电阻。

图4示出根据实施例的用于计算穿孔的欧姆接触件的电阻的说明性几何模型。该模型包括电极42，该电极42包括由金属层46连接的多个像刀片的凹的电极段44A-44D。该电极段44A-44D能够具有施加到其上的相同的电势，能够向电极48施加地电势，并且电极44A-44D能够被沟道区域49间隔。

在距离W上有W/(d+x)个电极4A-44D，其中d是电极44A-44D的厚度，并且x是两个邻近电极44A-44D之间的距离。每个电极44A-44D的周长是由P＝2(L+d)给出的，其中L是电极44A-44D的长度。单个电极44A-44D的面积由A＝L·d给出。所有电极44A-44D的总周长是P_T＝2(L+d)·W/(d+x)。电极44A-44D的系统的总电阻是由R_c＝R_m/P_T+R_sh·L/(x·W/(d+x))给出。R_c的表达式能够被简化以得到：

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

电阻R_c在由给出的x值处具有最小值，其中C是取决于电极44A-44D的形状的常数并且与单位元素(unity)类似(on the order of unity)。这个值能够被用于选择隔开腔(并且因此隔开如在这里所描述的相应的穿孔元件)的特征长度尺度。例如，对于具有10μm长度L以及1μm宽度d的电极，并且对于R_sh＝260Ω，并且 R_m＝1Ω·mm，x～8使用以上公式。虽然相对于矩形凸出物来示出并且描述了该推导，但是同样的结果能够定性地适用于图4的插图中所指出的穿孔元件的各种不同形状。尽管在图4中示出了单列的电极44A-44D(或者接触垫)，但是可以理解的是能够应用多列的电极以形成电极的阵列。

在实施例中，穿孔的欧姆接触件是基本上线性的接触。这样，实施例提供了用于选择穿孔的欧姆接触件的一个或者多个属性以提供基本上线性的性能的解决方案。图5示出了根据实施例的图4的几何模型的说明性等效电路图。如图5所示的，直接电阻R_direct对应于穿孔的欧姆元件(例如，包括每个电极44A-44D)的前表面45A和二维载流子气之间的电阻。电阻R_direct能够被写成特定电阻R_m，其可以对应于至二维气界面的接触处的接触件的每单位长度的电阻(例如，以Ohm×m为单位来测量)除以前部的接触件边缘的总长度：d×N，其中N是电极44A-44D的数量，并且d是单个电极44A-44D的前部长度。因此，R_direct＝R_m/(d×N)，其中N＝W/(d+x)，其中x是两个相邻电极44A-44D之间的距离，并且W是如图5所示的结构的宽度。尽管以上公式假设各种电极44A-44D具有相同的长度d的前部接触边缘，并且间隔相同的距离x，但是可以理解的是该公式能够容易地被修改以适应具有变化的长度d，和/或间隔距离x的电极44A-44D。

接触件的侧电阻(side resistance)R_sides对应于离开形成穿孔的欧姆接触件的每个电极44A-44D的侧45B的电流的总电阻。侧电阻能够通过R_sides～R_m/(2LN)+(R_shL)/(fxN)来计算，其中第一项R_m/(2LN)(类似于直接电阻)是至二维气界面的接触处的接触件的侧45B(例如，每个电极44A-44D的每个侧)处的电阻，并且(R_sh L)/(fxN)是由电极44A-44D之间的空间中的二维气的电阻所造成的电阻，其中R_sh是二维气的表面电阻并且L是电极44A-44D的长度。接触垫周围的电流具有有限的传播(finite spreading)，如由传播区域47A和47B图示出的。因此，具有0＜f＜1范围的值的因子f被引入以说明(account for)该有限的传播。例如，如果仅观察到较小的传播，则因子f接近0。然 而，对于较大的传播，因子f能够接近1。尽管以上公式假设各种电极44A-44D具有相同的长度d，并且间隔相同的距离x，但是可以理解的是该公式能够容易地被修改以适应具有变化的长度L，和/或间隔距离x的电极44A-44D。

形成接触件的一组电极44A-44D的总电阻R_c能够被写成R_c(x；d，f，L，R_m，R_sh)＝1/(1/R_direct+1/R_sides)，其中指出了对电极宽度d，电极间隔x，电极长度L，以及物理因子(例如R_m-接触件和二维气界面处的特定电阻，和R_sh-二维气的表面电阻)的明确相关性。能够通过引入如下所示的无量钢化来对R_c的表达式进行进一步简化：

x＝x^*d，W＝W^*d，L＝L^*d，

这里x^*，W^*，L^*是无单位的，的单位是Ohm，而也是无单位的。将无量纲的量引入以上公式得到：

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

以上公式对于一组x^*，f，L^*，和R_sh的值具有最小值。例如，图6A-6C示出了随着不同参数的变化，归一化的接触件电阻R_cW/R_m对接触件的长度的相关性。图6A示出了对于参数f的不同值，归一化的接触件电阻对接触件的长度的相关性，其中x^*＝5，R_sh＝1。如所期望的，归一化的接触件电阻随着f值的下降而上升。类似的性能在图6B中也能够观察到，其中示出了对于x^*＝5，R_sh＝1，针对参数R_sh的几个值，归一化的接触件电阻对接触件的长度的相关性。图6C示出了对于将出现的归一化的接触件电阻的最小值，最优的接触件长度L^*应当小于接触件间隔距离x^*。

穿孔的欧姆接触件20(图1A)的穿孔元件24(图1A)能够以各种图案类型中的任何一个来布置。例如，图7A-7C示出了根据实施例的穿孔元件的说明性布置50A-50C。在图7A中，布置50A包括以刀片布置形式形成的穿孔元件，其中每个穿孔元件是与其他穿孔元件并行的伸长构件。在图7B中，布置50B包括以矩形阵列形式形成的圆柱形穿孔元件。在图7C中，布置500C包括具有不同的、不规 则的形状并且具有不规则的分布的穿孔元件。可以理解的是这些布置50A-50C只是能够用在穿孔的欧姆接触件的实施例中的各种类型的布置中的说明性布置。

图8A-8C示出了根据实施例的电极阵列的电势分布和电流流向的说明性模型。如所示出的，九个圆柱形的电极52以三乘三的阵列布置被放置并且穿透二维电子气。为了简化该模型，假设其他所有的层都是不导电的。在这种情况下，每个圆柱形电极52具有相同的电势电压并且向电极54施加地电势。图8A示出了所得到的电流流向。如所示出的，电流拥挤发生在区域56中的第一行电极附近。图8B示出了电势的分布，并且图8C示出了对于较差导电性的二维电子气的电流分布。

电流拥挤是随着包括二维电子气的区域的导电性而变化的。如图8C所示的，电流拥挤随着二维电子气区域的导电性的下降而大大地增加。这样，在图8C中，位于第二行和第三行的电极对于总体接触件贡献较少，因为大部分的电流都从第一行电极流过了。此外，电势在第一行和第二行之间具有较小的变化，而在第二行和第三行电极之间基本上没有变化。另外，如图8B所示的，尽管电势ΔV₁有变化，但是电势ΔV₁的该变化小于电势ΔV2的变化，其中电势ΔV₁是电极上在施加电压和二维电子气之间的电势降，电势ΔV₂是在施加电压和相邻二维电子气区域之间的电势降。所得到的电流具有在电极之间流动的趋势，如能够在图8A和图8B中看到的。从以上的仿真，能够看出电极设计是能够基于材料的导电性质的，例如，基于二维电子气的导电性质。例如，对于低导电率的二维电子气，仅仅第一行电极以及有可能第二行电极是重要的。

如这里所描述的，穿孔的欧姆接触件的实施例能够在不同类型器件中被用作n型接触件或者p型接触件。例如，图9A-9C示出了根据实施例的说明性发光二极管60A-60C。在图9A中，发光二极管60A包括p型接触件62A和n型接触件64A两者，其是这里所描述的穿孔的欧姆接触件的实施例。在图9B中，发光二极管60B包括p 型穿孔的欧姆接触件62A，而n型接触件64B能够包括规则的退火接触。在图9C中，发光二极管60C包括n型穿孔的欧姆接触件64A，而p型接触件62B能够包括规则的退火接触。

类似的，图10A-10C示出了根据实施例的说明性晶体管70A-70C。在图10A中，晶体管70A包括源极72A和漏极74A两者，其是这里所描述的穿孔的欧姆接触件的实施例。在图10B中，晶体管70B包括穿孔的欧姆源极接触件72A，而漏极74B能够包括规则的退火接触件。在图10C中，晶体管70C包括穿孔的欧姆漏极接触74A，而源极72B能够包括规则的退火接触。

可以理解的是在图9A-9C和图10A-10C中所示出的穿孔的欧姆接触件的配置仅仅是说明性的。例如，单个接触件能够包括包含穿孔元件的一部分以及包含规则的退火金属电极的第二部分。此外，规则的退火电极的一个或者多个区域能够被凹到下面的半导体层中，从而形成较大面积的穿孔元件。另外，可以理解的是发光器件和晶体管仅仅是能够包括穿孔的欧姆接触件的各种类型器件中的说明性器件。例如，说明性器件包括，但是不限于，激光二极管，光电二极管，光电倍增器，PIN二极管，Schottky二极管等。

如这里所描述的，穿孔的欧姆接触件可以穿透或者不穿透二维载流子气。这样，图11A和图11B示出根据实施例的说明性发光器件80和说明性晶体管82的侧视图。如所示出的，发光器件80能够包括穿透一个或者多个下面的半导体层的穿孔的欧姆接触件84。然而，在穿孔的欧姆接触件下面没有二维载流子气。晶体管82包括穿透一个或者多个下面的半导体层以及位于该半导体层下面的二维载流子气88的穿孔的欧姆接触件86。

制造这里所描述的说明性穿孔的欧姆接触件和规则的欧姆接触件并且求取相应的电阻率。图12A-12E示出了对相应的电阻率的求值。如图12A所示的，半导体器件包括两个主要的电阻，接触件电阻R_c和半导体电阻R_sh。能够以Ω·mm为单位来测量接触件电阻，而能够以Ω/sq为单位来给出每平方的半导体电阻。图12B和图12C示出规则 的欧姆接触件的TLM测量，而图12D和12E示出穿孔的欧姆接触件的TLM测量。如能够从这些测量而确定的，穿孔的欧姆接触件的总接触件电阻与规则的欧姆接触件的总接触件电阻相比，有显著的下降，例如从1Ω·mm到0.21Ω·mm。此外，穿孔的欧姆接触件的半导体电阻与规则的欧姆接触件的半导体电阻相比，有轻微的上升，例如从256Ω/sq到246Ω/sq。

在实施例中，本实用新型提供设计和/或制造电路的方法，该电路包括如这里所描述来设计和制造的一个或者多个器件。这样，图13示出根据实施例用于制造电路126的说明性流程图。首先，用户能够使用器件设计系统110来生成如这里所描述的半导体器件的器件设计112。器件设计112能够包括程序代码，该程序代码能够被器件制造系统114所使用来根据由器件设计112所定义的特征生成一组物理器件116。类似地，器件设计112能够被提供到电路设计系统120(例如，作为电路中使用的可用部件)，用户能够使用该电路设计系统来生成电路设计122(例如，通过将一个或者多个输入和输出连接到电路中所包括的各种器件)。电路设计122能够包括包含如这里所描述来设计的器件的程序代码。无论如何，电路设计122和/或一个或者多个物理器件116能够被提供到电路制造系统124，该电路制造系统124能够根据电路设计122来生成物理电路126。物理电路126能够包括如这里所设计的一个或者多个器件116。

在另一个实施例中，本实用新型提供用于设计如这里所描述的半导体器件116的器件设计系统110以及用于制造该半导体器件116的器件制造系统114。在这种情况下，系统110，114能够包括通用计算器件，该通用计算器件能够被编程以实施设计和/或制造如这里所描述的半导体器件116的方法。类似地，本实用新型的实施例提供用于设计电路126的电路设计系统120以及用于制造电路126的电路制造系统124，其中电路126包括如这里所描述来设计和/或制造的至少一个器件116。在这种情况下，系统120，124能够包括通用计算器件，该通用计算器件被编程以实施设计和/或制造电路126的方法， 该电路126包括如这里所描述的至少一个半导体器件116。

在另外一个实施例中，本实用新型提供被固定到至少一个计算机可读介质中的计算机程序，该计算机程序当被执行时，使得计算机系统实施设计和/或制造如这里所描述的半导体器件的方法。例如，计算机程序能够使得器件设计系统110生成如这里所描述的器件设计112。这样，计算机可读介质包括程序代码，该程序代码当被计算机系统执行时实施如这里所描述的过程中的一些或者所有。可以理解的是，用语“计算机可读介质”包括一个或者多个任何类型的现在已知的或者之后开发的表达的有形介质，程序代码的存储拷贝能够由计算器件从该计算机可读介质理解、复制、或者以其他方式传播。

在另一个实施例中，本实用新型提供用来提供程序代码的拷贝的方法，该程序代码的拷贝当被计算机系统执行时实施如这里所描述的过程的一些或者所有。在这种情况下，计算机系统能够处理程序代码的拷贝以生成并且发送一组数据信号，用于在第二、不同的位置处来接收，该组数据信号具有一个或者多个其特征和/或以编码该组数据信号中的程序代码的拷贝的形式来变化。类似地，本实用新型的实施例提供用于获得程序代码的拷贝的方法，该程序代码的拷贝实施如这里所描述的过程中的一些或者所有，该过程包括计算机系统接收如这里所描述的该组数据信号，并且将该组数据信号发送到固定在至少一个计算机可读介质中的计算机程序的拷贝。无论在哪个情况下，能够使用任何类型的通信链路来发送/接收该组数据信号。

在另外一个实施例中，本实用新型提供生成用于设计如这里所描述的半导体器件的器件设计系统110和/或用于制造该半导体器件的器件制造系统114的方法。在这种情况下，计算机系统能够被获得(例如，被创造、被保持、被提供等)并且用于执行如这里所述的过程的一个或者多个部件能够被获得(例如，被创造、被购买、被使用、被修改等)并且被应用到计算机系统。这样，该应用能够包括以下一个或者多个：(1)在计算器件上安装程序代码；(2)向计算机系统添加一个或者多个计算和/或I/O器件；(3)并入和/或修改计算机系 统以使得其能够执行如这里所描述的过程等。

出于说明以及描述的目的来呈现对本实用新型的各个方面的以上描述。并不旨在于是穷尽的或者将本实用新型限制到所公开的精确形式，并且清楚的是，许多修改和变化是可能的。对于本领域技术人员清楚的这些修改和变化被包括在由随附权利要求所定义的本实用新型的范围之内。

本申请是于2013年6月4日提交的美国申请No.13/909,621的部分延续申请，该美国申请在2016年3月3日被公告为美国专利No.8,969,198，其要求2012年6月4日提交的，名为“Ohmic Contact to Semiconductor Layers”的US临时申请No.61/655,437的优先权权益，这两者均在这里通过引入被并入。