Ni/Au与p-GaN的比接触电阻率测量

通过采用环形传输线方法(CILM),电流-电压(I-V)曲线、表面形貌等方法,研究不同的Ni/Au厚度比和空气气氛下合金退火温度对p型氮化镓欧姆接触特性造成的影响。根据Ni/Au与p型氮化镓欧姆接触的形成机制,采用合适的Ni/Au厚度比及退火温度,得到比接触电阻率(ρc)为1.09×10-5Ω.cm2的Ni/Au-p-GaN电极,并分析了Ni在退火过程中对形成良好的欧姆接触中所起到的作用。     

Ti/Al/Ni/Au在GaN N面上的欧姆接触

以Ti/Al/Ni/Au作为欧姆接触金属体系,通过电感耦合等离子体(ICP)刻蚀的预处理,在氢化物气相外延法生长的单晶氮化镓(GaN)材料的N面实现了良好的欧姆接触,其比接触电阻率为3.7×10-4 Ω·cm2.通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、阴极荧光和光致发光谱对GaN N面的表面、光学特性进行了对比表征.结果表明:未刻蚀GaN衬底的N面表面存在一定的损伤层,导致近表面处含有大量缺陷,不利于欧姆接触的形成;而ICP刻蚀处理有效地去除了损伤层.X射线光电子能谱(XPS)分析显示刻蚀后样品的Ga 3d结合能比未刻蚀样品向高能方向移动了约0.3 eV,其肖特基势垒则相应降低,有利于欧姆接触的形成.同时对Fe掺杂半绝缘GaN的N面也进行了刻蚀处理,同样实现了良好的Ti/Al/Ni/Au欧姆接触,其比接触电阻率为0.12 Ω·cm2.     

非故意掺杂GaN上Ti/Al/Ni/Au欧姆接触研究

基于圆形传输线模型,研究了背景载流子浓度为71016cm3的非故意掺杂GaN与Ti/Al/Ni/Au多层金属之间欧姆接触的形成。样品在N2气氛中,分别经过温度450,550,700,800,900℃的1 min快速热退火处理后发现,当退火温度高于700℃欧姆接触开始形成,随着温度升高欧姆接触电阻持续下降,在900℃时获得了最低比接触电阻6.6106O·cm2。研究表明,要获得低的欧姆接触电阻,需要Al与Ti发生充分固相反应,并穿透Ti层到达GaN表面;同时,GaN中N外扩散到金属中,在GaN表面产生N空位起施主作用,可提高界面掺杂浓度,从而有助于电子隧穿界面而形成良好欧姆接触。     

p-GaN／Au欧姆接触的研究

本文对p-GaN/Au的接触电阻率进行了研究．用沸腾的王水处理p-GaN表面后,p-GaN/Au可直接形成电阻率为0．045Ω·cm~2的欧姆接触．接触电阻率测试和I-V特性曲线测试表明,在N_2气氛围中退火可影响p-GaN/Au接触电阻率的大小．在700℃温度下退火5min后,接触电阻率最小,其值为0．034Ω·cm~2,而在900℃温度下退火5min后,I-V特性曲线是非线性的。分析表明,在700℃温度下退火后,p-GaN/Au的界面间的反应使接触面增大,而在900℃温度下退火后,p-GaN表面的N会扩散到Au层里在p-GaN表面层产生N空位,这是p-GaN/Au接触电阻率变化的主要原因．     

n-GaN 基 Ti／AI／Ni／Au的欧姆接触高温特性

研究了在高温工作环境下Ti／A1／Ni／Au（15nm／220nm／40nm／50nm）四层复合金属层与n-GaN的欧姆接触的高温工作特性，退火后样品在500℃高温下工作仍能显示出良好的欧姆接触特性；接触电阻率随测量温度的增加而增大，且增加幅度与掺杂浓度有密切关系，掺杂浓度越高，其接触电阻率随测量温度的升高而增加越缓慢；重掺杂样品的Ti／A1／Ni／Au-n-GaN欧姆接触具有更佳的高温可靠性；当样品被施加500℃，1h的热应力后，其接触电阻率表现出不可恢复性增加。     

n-GaN基Ti/Al/Ni/Au的欧姆接触高温特性

研究了在高温工作环境下Ti/Al/Ni/Au(15nm/220nm/40nm/50nm)四层复合金属层与n-GaN的欧姆接触的高温工作特性.退火后样品在500℃高温下工作仍能显示出良好的欧姆接触特性;接触电阻率随测量温度的增加而增大,且增加幅度与掺杂浓度有密切关系.掺杂浓度越高,其接触电阻率随测量温度的升高而增加越缓慢;重掺杂样品的Ti/Al/Ni/Au-n-GaN欧姆接触具有更佳的高温可靠性;当样品被施加500℃,1h的热应力后,其接触电阻率表现出不可恢复性增加.     

n-GaN基Ti/Al/Ni/Au的欧姆接触高温特性

研究了在高温工作环境下Ti/Al/Ni/Au(15nm/220nm/40nm/50nm)四层复合金属层与n-GaN的欧姆接触的高温工作特性.退火后样品在500℃高温下工作仍能显示出良好的欧姆接触特性;接触电阻率随测量温度的增加而增大,且增加幅度与掺杂浓度有密切关系.掺杂浓度越高,其接触电阻率随测量温度的升高而增加越缓慢;重掺杂样品的Ti/Al/Ni/Au-n-GaN欧姆接触具有更佳的高温可靠性;当样品被施加500℃,1h的热应力后,其接触电阻率表现出不可恢复性增加.     

p-InGaN与Ni/Au的欧姆接触特性研究

通过对不同厚度的p-InGaN样品进行环形传输线欧姆接触实验,发现p-InGaN与Ni/Au的比接触电阻随InGaN层厚度的增大而增大,且当InGaN层的厚度小于某一特定值时,其比接触电阻低于p-GaN与Ni/Au的欧姆比接触电阻,通过分析认为这是由InGaN层的极化效应导致接触势垒降低和载流子隧穿几率增大造成的,但同时受样品表面形貌和InN本身固有的积累电子层的特性影响,当InGaN层的厚度超过这一特定值后其接触特性反而比p-GaN差。     

AlGaN紫外探测器p电极的Ni/Au/Ni/Au欧姆接触结构研究

研究了AlGaN半导体p电极的Ni/Au/Ni/Au接触结构的性能和组织结构。退火 前,p电极接触具有明显的整流特性。经空气中550℃/3 min一 次退火和N2气氛中750℃/30 s二 次退火后,电极呈现出了良好的欧姆接触。采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)、透射 电镜(Transmission Electron Microscope, TEM)、能量分散谱仪(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)和X射 线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)观察了电极退火后金--半界面微结构的演化过程。结果表明,完全退火后的p电极 界面及金属层出现了明显的互扩散和界面反应现象;金--半界面上形成了存在良好共格/半共格关系的外延结 构。初始沉积的金属电极分层现象消失,形成了单一的电极结构。Ni向外扩散并与O发生反应,Au扩散至p-GaN 表面。在金-半接触界面上,Ga扩散至金属电极,造成界面附近的金属层中富集Au和Ga元素;Au和Ni明显扩散 至半导体表层,在金-半界面附近形成了Au、Ga和Ni富集现象。这些现象应该对于降低势垒高度和形成欧姆接触具有重要作 用。     

Ti/Al/Ni/Au金属体系在N-polar GaN上的欧姆接触特性

利用金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)在SiC衬底上外延生长了N-polar GaN材料,采用传输线模型(TLM)分析了Ti/Al/Ni/Au金属体系在N-polar GaN上的欧姆接触特性.结果表明,Ti/Al/Ni/Au (20/60/10/50 nm)在N-polar GaN上可形成比接触电阻率为2.2×10-3Ω·cm2的非合金欧姆接触,当退火温度升至200℃,比接触电阻率降为1.44×10-3 Ω·cm2,随着退火温度的进一步上升,Ga原子外逸导致欧姆接触退化为肖特基接触.     

氧化对 GaN 基LED透明电极接触特性的影响

研究了热退火对InGaN/GaN 多量子阱LED的Ni/Au-p-GaN欧姆接触的影响.发现在空气和 N2气氛中交替地进行热退火的过程中Ni/Au接触特性显示出可逆现象. Ni/Au-p-GaN接触的串联电阻在空气中随合金化时间逐渐减小,在随后的 N2 中的热退火后会使该串联电阻增加,但在空气中再次热退火能使接触特性得到恢复.同时对Ni/Au-p-GaN 接触在空气中合金化过程中的层反转的成因进行了讨论.     

氧化Au/Ni/p-GaN欧姆接触形成的机理

用卢瑟福背散射(RBS)和同步辐射X射线衍射(XRD)研究了p-GaN上的Ni/Au电极在空气下不同温度合金后的微结构的演化,并揭示这种接触结构的欧姆接触形成机制.研究不同温度下比接触电阻(ρc)的变化,发现从450℃开始Au扩散到GaN的表面在p-GaN上形成外延结构以及O向电极内部扩散反应生成NiO对降低ρc起到了关键的作用.在500℃时,Au的外延结构进一步改善,O进一步向样品内部扩散生成NiO,ρc也达到了最低值.但当合金温度升高到600℃时,金属-半导体界面NiO的大部分或全部向外扩散,从而脱离与p-GaN的接触,使ρc显著升高.     

用于紫外探测器的AlGaN/GaN异质结构的Ti/Al/Ni/Au欧姆接触特性

采用Ti/Al/Ni/Au多层金属体系在Al0.27Ga0.73N/GaN异质结构上制备了欧姆接触. 分别采用线性传输线方法(LTLM)和圆形传输线方法(CTLM)对其电阻率进行了测试. 当Ti(10nm)/Al(100nm)/Ni(40nm)/Au(100nm)金属体系在650℃高纯N2气氛中退火30s时,测量得到的最小比接触电阻率为1.46E-5Ω·cm2. 并制备了Al0.27Ga0.73N/GaN光导型紫外探测器,通过测试发现探测器的暗电流-电压曲线呈线性分布. 实验结果表明在Al0.27Ga0.73N/GaN异质结构上获得了好的欧姆接触,能够满足制备高性能AlGaN/GaN紫外探测器的要求.     

用于紫外探测器的AlGaN/GaN异质结构的Ti/Al/Ni/Au欧姆接触特性

采用Ti/Al/Ni/Au多层金属体系在Al0.27Ga0.73N/GaN异质结构上制备了欧姆接触.分别采用线性传输线方法(LTLM)和圆形传输线方法(CTLM)对其电阻率进行了测试.当Ti(10nm)/Al(100nm)/Ni(40nm)/Au(100nm)金属体系在650℃高纯N2气氛中退火30s时,测量得到的最小比接触电阻率为1.46×10-5Ω·cm2.并制备了Al0.27Ga0.73N/GaN光导型紫外探测器,通过测试发现探测器的暗电流.电压曲线呈线性分布.实验结果表明在Al0.27 Ga0.73N/GaN异质结构上获得了好的欧姆接触,能够满足制备高性能AlGaN/GaN紫外探测器的要求.     

氧化Au/Ni/p-GaN欧姆接触形成的机理

用卢瑟福背散射（RBS）和同步辐射X射线衍射（XRD）研究了p-GaN上的Ni/Au电极在空气下不同温度合金后的微结构的演化，并揭示这种接触结构的欧姆接触形成机制．研究不同温度下比接触电阻(ρc)的变化，发现从450℃开始Au扩散到GaN的表面在p-GaN上形成外延结构以及O向电极内部扩散反应生成NiO对降低ρc起到了关键的作用．在500℃时，Au的外延结构进一步改善，O进一步向样品内部扩散生成NiO,ρc也达到了最低值．但当合金温度升高到600℃时，金属-半导体界面NiO的大部分或全部向外扩散，从而脱离与p-GaN的接触，使ρc显著升高．     

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.     

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.     

Au/p-CdZnTe欧姆接触的研究

研究了在60℃下大气中退火不同时间对Au/p-CdZnTe(CZT)欧姆接触特性的影响.通过I-V测试发现,退火2 h时,Au/p-CZT能得到较好的欧姆接触特性.用SEM和XPS进一步分析发现,在2 h退火过程中,Au大量向CZT体表层扩散,作为受主杂质占据Cd位,对CZT体表层进行了p型重掺杂,形成了M-p -p型欧姆接触.Cd、Te在退火过程中几乎未向Au层扩散,Au在扩散过程中未与CZT中的元素形成任何化合物.同时,CZT侧面有27.01%的Te氧化成有钝化作用的TeO2.     

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。     

基于Ni/Ag/Pt的P型GaN欧姆接触

提出了新型的Ni/Ag/Pt结构作为具有高光学反射率、低比接触电阻率(SCR)的p-GaN欧姆接触电极。在Ni/Ag/Pt厚度分别为3 nm/120 nm/2 nm的条件下,在500℃、O2气氛中退火3 min,获得了80%的光学反射率(460 nm处)和4.43×10-4Ω.cm2的SCR,样品的表面均方根(RMS)粗糙度约为8nm。俄歇电子能谱(AES)分析表明,Pt很好地改善了Ag基电极退火后的表面形貌,Ni、Ag对形成良好的欧姆接触起了重要的作用。