A^ⅢB^Ⅴ化合物半导体欧姆接触的研究进展

本文全面、系统地评述了A~ⅢB~Ⅴ化合物半导体材料上欧姆接触的研究现状和发展方向。首先考虑金属／半导体接触物理，从理论上阐明了欧姆接触的机理，以及对其表征和测试。其次，文章用大量篇幅，总结了利用不同方法（如重掺技术、金属化和能带工程等）实现各种A~ⅢB~Ⅴ半导体材料上欧姆接触的工艺过程、实验研究和重要结论，其中以GaAs最为详细。结合器件的发展和实际工艺的要求，文章还分析了各种制备方法的优缺点，并指出这方面研究工作目前存在的、急需解决的一些问题。

半导体器件工艺与薄膜科学

全面地介绍了半导体器件工艺中有关薄膜研究的基本原理，并给出几个实例以说明这些薄膜研究。主要论述了硅IC工艺。

掺铒SiO_x1.54μm强的室温光致发光

采用等离子化学汽相淀积方法，改变ＳｉＨ４和Ｎ２Ｏ的流量比制备含有不同氧浓度的ＳｉＯｘ．用离子注入方法将铒掺入ＳｉＯｘ，经３００～９３５℃快速热退火，在波长１．５４μｍ处观察到很强的室温光致发光（ＰＬ）．发光强度随氧含量和激发功率增加而增加，与ＳｉＯｘ的微结构有非常密切的关系．

Co—Si多层膜的透射电镜研究

本文用TEM技术系统地研究了超高真空中在Si(111)衬底上交替蒸镀Co、Si形成的多层薄膜,在稳态热退火过程中硅化物的生长规律,观察生成硅化物的成分和晶粒度、薄膜的表面形态和界面特征等微结构的变化。结果表明,随着退火温度的升高Co膜逐渐转化为Co_2Si、CoSi和CoSi_2,硅化物晶粒的大小随退火温度的升高而增大,340—370℃退火后在Co耗尽前Co_2Si和CoSi能同时生长(三相共存)。结合XRD分析,证实了上述结果的可靠性。

CoSi_2薄膜形成过程中的反应机制

利用超高真空电子束蒸发，在Ｓｉ衬底上淀积Ｃｏ－Ｓｉ多层膜．经热处理后，发现在６００—７００℃内ＣｏＳｉ２形成的过程中，成核控制、界面反应及扩散等几种因素都能起较大的作用，并因此而造成了ＣｏＳｉ２薄膜生长动力学的极其复杂性．本文还对样品进行了电阻率和扩展电阻测量．并讨论了利用常规手段来消除薄膜横、纵向非均匀性的几种途径．

Co与Si和SiO_2在快速热退火中的反应

利用四探针、AES、XRD、XPS和SEM等技术研究了快速热退火中Co与Si和SiO_2反应动力学、相序、层的形貌。测量了薄层电阻与退火温度和时间的关系。结果表明,随退火温度的升高,淀积在硅衬底上的钴膜逐步转变为Co_2Si、CoSi_(?)最后完全转化为CoSi_2。CoSi_2对应的电阻率最低。Co与SiO_2不会反应,即使在1050℃的高温下也没有观察到任何形成钴硅化物的证据。

金属-砷化镓研究

本文评述了金属-半导体接触的各种机理以及这个接触在半导体枝术中的实际应用。

掺铒GaN薄膜光致发光的研究

采用傅立叶变换红外光谱(FT IR)研究了掺铒GaN薄膜光致发光特性。光致发光谱(PL)的测量结果表明:选用退火时间长的电阻加热退火炉退火,有利于薄膜中晶格损伤的恢复。MOCVD,MBE两种方法制备的GaN薄膜,注入铒,退火后的PL谱形状基本一样;薄膜中O,C的含量越大,可能导致1539nm处的PL强度越强。不同衬底对掺铒GaN薄膜的红外光致发光影响很大,在Si衬底上外延生长的GaN样品峰值在1539nm处的PL积分强度只有Al2O3(0001)衬底上外延生长GaN样品的30%。MBE生长的GaN Al2O3样品,注入铒、退火后,当测量温度从15K变化到300K时,样品发光的温度猝灭是30%。

Pt/Si界面反应与肖特基势垒形成的研究

利用俄歇电子能谱、二次离子质谱、深能级瞬态谱(DLTS)和C-V法等电学测量方法,详细研究了Pt/Si和Pt硅化物/Si界面的反应性质、原子结构及杂质/缺陷的分布,讨论了它们对肖特基势垒的形成、势垒特性和势垒高度的影响。

利用快速热退火在n－GaAs上形成Ge／PdGe欧姆接触

利用Ｇｅ／Ｐｄ／ＧａＡｓ结构和快速热退火工艺在ｎ－ＧａＡｓ上形成低阻的欧姆接触．研究了比接触电阻率与退火的温度和时间关系，４００～５００℃之间退火的欧姆接触的比接触电阻率为～１０－６Ω·ｃｍ２．接触层的表面光滑、界面平整．利用俄歇电子谱（ＡＥＳ）和二次离子质谱（ＳＩＭＳ）一揭示和讨论了比接触电阻率的欧姆接触形成的机理．

掺稀土半导体光电特性和应用

结合我们近年来在掺稀土硅基材料和Ⅲ Ⅴ族化合物半导体材料的发光研究,简述目前国际上在这方面研究的新进展。重点介绍掺铒硅基发光和掺稀土GaN发光材料和器件的研究结果。

Ce-Si多层膜中铈硅化物的形成

超高真空条件下,在Si(100)衬底上相间蒸镀稀土金属铈(200埃)和硅(200埃)薄膜,形成多层膜结构,并对其进行恒温炉退火和红外快速退火处理。然后利用AES、RBS、XRD和TEM等分析技术对所得各样品进行分析,发现Ce-Si多层膜在150℃的低温下经2小时退火即可发生反应,形成混合层。随着退火温度从150℃上升,CeSi_2逐步形成,并在300—400℃之间完全反应。经RBS确定的化学配比为CeSi_(～1.73)。在150—400℃ CeSi,的形成过程中,选区衍射分析发现,在低温时薄膜中有些区域就存在小晶粒,但直到900℃10秒退火后,薄膜也只是多晶,而并未发现单晶外延迹象。

掺镨GaN薄膜的微结构与光致发光

利用背散射/沟道(RBS/C)技术、原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)谱研究了掺镨GaN薄膜的微结构和可见光发光特性.RBS/C结果表明,注入Pr后,在注入层引入了晶格损伤;注入样品经1 050℃退火后,部分损伤得到恢复,但是晶体质量没有恢复到注入前的状态.AFM结果表明,注入Pr后,表面凹凸不平,而且在注入区引起了膨胀,膨胀幅度达到23.368 nm左右.PL结果表明,在850～1 050℃退火,发光强度按e指数增加;当退火温度达到1 050℃,发光强度最强,经过数据拟合可得Pr3+的热激活能为5.8 eV.

（Pt及其硅化物）／硅界面的深能级研究

本文利用深能级瞬态谱（ＤＬＴＳ），详细研究了（Ｐｔ及其硅化物）／Ｓｉ界面上存在的各种深能级缺陷中心，并分析了引起这些缺陷的原因及与界面原于结构的关系．

利用快速热退火在n-GaAs上形成浅欧姆接触

采用超高真空电子束蒸发设备和快速热退火工艺制备GaAs／Pd／AuGe／Ag／An多层结构和测量比接触电阻车所需的传输线模型。研究了比接触电阻率与退火温度和时间关系，400～500℃之间退火的欧姆接触的比接触电阻车约为10（－6）Ωem2。接触层表面光滑、界面平整。利用俄歇电子谱（AES）、二次离子质谱（SIMS）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）研究了欧姆接触的微观结构和形成机理。

氢等离子体对（Pt及其硅化物）／Si界面的杂质／缺陷态和势垒的影响

存在于（Ｐｔ及其硅化物）／Ｓｉ界面的深能级缺陷常常会影响器件的性能．本文主要讨论氢等离子体对（Ｐｔ及其硅化物）／Ｓｉ界面深能级杂质缺陷的钝化作用及对其Ｓｃｈｏｔｔｋｙ势垒的影响．

硅化物形成条件对Pt硅化物/硅势垒的影响

利用俄歇电子能谱、深能级瞬态谱、及I—V和C—V两种电学测量方法对PtSi/N-Si和PtSi/P-Si两种肖特基势垒的形成条件与势垒高度之间的关系进行了详细研究。从理论上分析了在退火过程中引入的影响肖特基势垒特性的各种因素,同时指出了获得理想肖特基势垒的退火条件。

注铒a-SiO_x∶H中Er^(3+)发光与薄膜微观结构的关系

采用光致发光 (PL )谱和傅里叶变换红外 (FTIR)谱研究了掺铒 a- Si Ox∶ H(a- Si Ox∶ H〈 Er〉)薄膜在不同退火温度下光学性质和微观结构的变化 .PL 谱的测量结果表明 :薄膜在 1.5 4 μm的 Er3+发光和 75 0 nm处的可见发光随退火温度有相同的变化趋势 ,这种变化和薄膜在退火过程中微观结构的变化有着密切关系 .FTIR谱的分析表明 :a- Si Ox∶ H薄膜是一种两相结构 ,富硅相镶嵌在富氧相中 .两者的成分可近似用 a- Si Ox≈ 0 .3∶ H和 a- Si Ox≈ 1 .5∶ H表示 ,前者性质接近于氢化非晶硅 (a- Si∶ H ) ,后者性质接近于 a- Si O2 .富硅相在退火中的变化对 Er3+ 的发光强度有重要影响 .

Pd/a-Si:H界面的光电子能谱研究

本文利用光电子能谱(XPS、UPS)技术研究了Pd淀积层与离子注入制备的a-Si∶H层组成的系统.本工作分析了Pd/a-Si∶H的界面键合状态及组分分布的变化对价带谱与芯能级谱的影响,并与Pd/C-Si系统的结果进行了比较.结果表明:Pd/a-Si∶H界面具有与Pd/C-Si界面相似的电子结构;但是,Pd原子在a-Si∶H中具有较大的扩散速率,因此,处于更富Si的环境中。

Rb／InP（100）界面的电子能谱研究

用光电子能谱技术（ＸＰＳ和ＵＰＳ）研究了Ｒｂ／ＩｎＰ（１００）的界面形成和电子结构．实验结果表明，当Ｒｂ淀积到ＩｎＰ（１００）表面时，它首先表现为物理吸附，形成突变界面．随Ｒｂ复盖量的增加，Ｒｂ向ＩｎＰ体内扩散，Ｒｂ－Ｉｎ之间发生置换反应．此时Ｒｂ－Ｐ形成化学健．退火后，Ｒｂ一部分脱附，一部分向体内扩散．同时，Ｉｎ和Ｐ也向外扩散．在较高的温度下，更多的Ｉｎ向外偏析．