大功率倒装结构GaN LED p电极研究

从接触电阻、反射率、电流扩展等方面对Ni/Au/Ag,ITO/Ag,Ag等多种倒装结构p电极金属体系进行分析比较,给出了实现倒装结构大功率GaN LED p电极的多种设计方案.指出Ni/Au金属化体系在大功率LED应用中存在的热稳定性问题及Ru,Ir等新型金属体系实现GaN p电极接触的潜在优势.     

大功率倒装结构GaN LED p电极研究

从接触电阻、反射率、电流扩展等方面对Ni/Au/Ag,ITO/Ag,Ag等多种倒装结构p电极金属体系进行分析比较，给出了实现倒装结构大功率GaN LED p电极的多种设计方案. 指出Ni/Au金属化体系在大功率LED应用中存在的热稳定性问题及Ru,Ir等新型金属体系实现GaN p电极接触的潜在优势.     

正装、倒装结构GaN基LED提取效率分析

从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED提取效率的因素,并以理论分析为基础,利用Monte-Carlo光线追踪的方法,对GaN基LED的提取效率进行模拟,比较不同器件结构对LED提取效率的影响.模拟结果表明,采用倒装结构可以显著提高GaN基LED的提取效率,Ni/Au透明电极透射率为0.6～0.9时,相对于普通正装结构,倒装结构可以使LED提取效率提高39%～16%.     

垂直结构GaN基LED用Ni/Ag反射镜电极

Ni/Ag/Ti/Au金属系反射镜电极广泛用于GaN基垂直结构发光二极管(LED)的传统制造工艺.这种电极需要进行高温长时间整体退火才能获得高质量的欧姆接触,但对电极的反射率和器件性能影响较大.介绍了一种新工艺方法,该方法将电极分解为接触层和反射层,降低反射层经历的退火温度和时间,获得了拥有良好的欧姆接触特性和高反射率的反射镜电极,解决了传统电极光学性能和电学性能相互制约的问题.首先生长极薄的Ni/Ag作为接触层,对接触层进行高温长时间退火后再生长厚层Ag作为反射层,之后再进行一次低温退火.使得对反射起主要作用的反射层免于高温长时间退火,相较于传统Ni/Ag/Ti/Au电极,该方法在获得更优良的欧姆接触的同时,提升了电极的反射率.在氧气氛围下进行500℃接触层退火3 min,400℃整体退火1 min后,电极的比接触电阻率为1.7×l0-3Ω·cm2,同时在450 nm处反射率为93％.     

p型GaN的Ni/Au合金电极的I-V特性

运用传输线方法(TLM)测量了p型GaN合金后的Ni/Au电极的接触电阻率和电流-电压(I-V)关系,推导了合金的Ni/Au电极和p型GaN接触处的电流密度与电压(J-V)的关系.在考虑热发射机制和镜像力的基础上,通过对p型GaN的Ni/Au合金电极的I-V特性分析,进一步得出势垒高Φb=0.41eV,受主浓度Na=4×1019cm-3,能带弯曲Vi=0.26V,和EF-Ev:0.15eV.这些结果与理论值和其他实验结果符合得很好.     

p型GaN的Ni/Au合金电极的I-V特性

运用传输线方法(TLM)测量了p型GaN合金后的Ni/Au电极的接触电阻率和电流-电压(I-V)关系,推导了合金的Ni/Au电极和p型GaN接触处的电流密度与电压(J-V)的关系.在考虑热发射机制和镜像力的基础上,通过对p型GaN的Ni/Au合金电极的I-V特性分析,进一步得出势垒高Φb=0.41eV,受主浓度Na=4×1019cm-3,能带弯曲Vi=0.26V,和EF-Ev:0.15eV.这些结果与理论值和其他实验结果符合得很好.     

GaN外延材料测试技术的研究

分别用金属In和Ti/Al/Ni/Au合金层制备GaN HEMT结构外延片的霍尔测试电极,并对样品进行霍尔测试.发现In金属与外延片形成非欧姆接触,Ti/Al/Ni/Au合金层与外延片形成良好的欧姆接触.用电化学C-V方法测试样品,得到的载流子浓度与合金电极制备的样品经霍尔测试得到的载流子浓度一致,从而验证了此种霍尔测试方法的准确性,为GaN外延材料的测试提出了准确可行的测试方法.     

Ni层厚度对p-GaN/Ni/Au欧姆接触特性的影响

对p-GaN/Ni/Au欧姆接触特性与Ni金属层厚度之间的相关性进行了对比实验研究,利用XRD衍射结果与表面金相显微分析手段对Ni/Au双层金属电极在合金退火过程中的行为特性进行了细致探讨。分析结果表明:在Ni/Au电极结构中,由双层互扩散机制与NiO氧化反应机理决定,Ni层与Au层之间的厚度比率对p型GaN欧姆接触特性的优劣有重要影响,在Ni、Au层厚度相当时可获得最佳的p型欧姆接触。     

石墨烯/NiAu复合透明导电层在GaN LED的应用

通过溅射方法制备Ni/Au层,用作石墨烯和p型GaN之间的插入层来减小接触电势。研究了Ni和Au的厚度比与GaN LED性能的关系。结果表明,在1.5 nm总厚度的条件下,Ni与Au厚度比为1 nm/0.5 nm时为最佳,可同时兼顾透光性能和良好欧姆接触,此时,石墨烯/NiAu复合透明导电层可以明显地降低GaN LED的工作电压,同时在蓝光波段具有很高的透光率,因而提高了GaN LED的发光性能。     

AlGaN/GaN异质结构的欧姆接触

通过改变Ti/Al的结构及退火条件,研究了AlGaN/GaN异质结构上Ti/Al/Ni/Au金属体系所形成的欧姆接触.结果表明,Ti/Al/Ni/Au金属厚度分别为20,120,55和45nm,退火条件为高纯N2气氛中850℃、30s时在AlGaN/GaN异质结构上获得了良好的欧姆接触,其比接触电阻率为3.30×10-6Ω·cm2.SEM分析表明该条件下的欧姆接触具有良好的表面形貌,可以很好地满足高性能AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管制造的要求.