高AI組分AIGaN歐姆接觸研究.pdf

1、隨著氮化物半導(dǎo)體材料和器件科學(xué)的發(fā)展，AlGaN基器件因其具有良好的應(yīng)用潛力近年來(lái)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。由于高性能的光電子器件的制造需要高質(zhì)量的電學(xué)驅(qū)動(dòng)和電注入，因此，實(shí)現(xiàn)電極歐姆接觸并提高其接觸性能對(duì)于提高器件的性能起到了至關(guān)重要的作用。本文圍繞金屬-半導(dǎo)體接觸界面的性質(zhì)，采用MOVPE生長(zhǎng)技術(shù)、界面結(jié)構(gòu)的表征和性能測(cè)試手段、結(jié)合第一性原理計(jì)算方法，從實(shí)驗(yàn)技術(shù)到微觀機(jī)理闡釋，對(duì)AlGaN器件金屬接觸進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，得到以下重要結(jié)果：<

2、br>　　 采用MOVPE生長(zhǎng)技術(shù)外延生長(zhǎng)了質(zhì)量良好的高Al組分AlGaN材料，通過(guò)對(duì)其表面清洗、優(yōu)化退火條件等工藝，獲得了歐姆接觸。針對(duì)n型AlGaN，我們采用Ti/Al/Ti多層金屬作為其電極材料，通過(guò)Ⅰ-Ⅴ特性曲線測(cè)試發(fā)現(xiàn)，歐姆接觸的性能與退火溫度和時(shí)間密切相關(guān)，在850℃條件下退火90s所形成的電極歐姆接觸性能得到最佳優(yōu)化。AES分析化學(xué)成分深度剖析表明，熱退火過(guò)程中，金屬發(fā)生了有效的互擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成了功函數(shù)較小的TiA1合金

3、并與AlGaN界面良好接觸，有助于電流通過(guò)，從而形成低電阻率的歐姆接觸。
　　 對(duì)p型AlGaN，在其上添加p+-GaN蓋層進(jìn)行歐姆接觸的制作，以防止高氧化性p-AlGaN吸附氧而導(dǎo)致接觸變差。我們采用Ni/Au雙層金屬作為其電極材料，Ⅰ-Ⅴ特性曲線和AES測(cè)試結(jié)果表明，只有當(dāng)退火氛圍中含有氧時(shí)，才較容易形成歐姆接觸；歐姆接觸的性能隨退火溫度的變化而改變，隨著溫度升高，其接觸效果逐漸提升，在450℃溫度下退火形成的電極與p型襯底

4、的歐姆特性最佳，且表面平整度保持較高。但當(dāng)溫度高于550℃之后，樣品表面顏色明顯變淺，表面平整性受損。
　　 為了研究獲得良好歐姆接觸電極的微觀機(jī)理，我們構(gòu)建并模擬了不同情況下n-AlGaN/TiAl界面的原子和電子結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果表明，在界面富N情況下，即當(dāng)金屬原子直接與N端面原子相連時(shí)，狹窄的帶隙出現(xiàn)在金屬與半導(dǎo)體界面處，接觸勢(shì)壘為2.32eV，表現(xiàn)為肖特基接觸性質(zhì)；而在界面富金屬情況下，即當(dāng)金屬原子直接與Al端面原子相連時(shí)，

5、其禁帶寬度逐漸減小并最終消失，接觸勢(shì)壘降低為-0.88eV，表現(xiàn)出良好的歐姆接觸的性質(zhì)。該現(xiàn)象通過(guò)AES界面成分分析，發(fā)現(xiàn)有效退火后界面呈現(xiàn)富Al狀態(tài)，得到了很好的映證。電子分波態(tài)密度的分析發(fā)現(xiàn)，互擴(kuò)散過(guò)程中Ti原子與Al原子的雜化作用對(duì)形成歐姆接觸起到關(guān)鍵的作用。
　　 對(duì)于電極研究結(jié)果的應(yīng)用，我們通過(guò)調(diào)節(jié)量子阱結(jié)構(gòu)中的Al組分，制備了一系列波長(zhǎng)低于330nm的紫外LED結(jié)構(gòu)，并很好地實(shí)現(xiàn)了電致發(fā)光。它們?cè)陔娭掳l(fā)光狀態(tài)下，很好