氮化镓基发光二极管结构中粗化p型氮化镓层的新型生长方法

提出了一种新型p型氮化镓粗化外延生长方法,这种生长方法的本质特征是利用低温生长的p型氮化镓作为粗化层的"晶籽"层,然后在这一层的基础上高温快速生长p型氮化镓,使粗化程度得到放大.经实际制作尺寸为12mil×10mil的蓝光发光二极管器件并进行验证测试,与未进行p型氮化镓粗化的结果相比,通过这种方法粗化的发光二极管光通量可提升45%;结果同时表明,该方法有效解决了低温生长p型氮化镓带来的漏电流大,及预通镁源带来的前置电压高的问题.

p型GaN欧姆接触的比接触电阻率测量

采用多种传输线模型方法,测量了p型GaN上的欧姆接触的比接触电阻率.通过比较和分析不同测量方法所得的结果之间的差异,得出了一个准确、可靠测量p型GaN上的欧姆接触的比接触电阻率的方法———圆点传输线模型方法.利用该方法优化了p型GaN上欧姆接触的退火温度,在氧气气氛中650℃退火后获得了最优的欧姆接触,其比接触电阻率为5 12×10-4Ω·cm2.

Ni/ITO与p型GaN的欧姆接触

通过环形传输线方法(CTLM),电流-电压(I-V)曲线、光学透过率、表面形貌等手段,研究了N i层厚度和N i层的高温退火对N i/ITO与p型氮化镓接触特性的影响,探讨了N i/ITO-p-GaN欧姆接触的形成机制,提出了低温氧化N i金属层的方法。获得接触电阻率(cρ)小于9.5×10-5Ω.cm2,透过率达到74%(470 nm)的N i/ITO-p-GaN电极。

p型GaN基器件的欧姆接触

宽带隙的GaN具有优良的物理和化学性质,己成为半导体领域研究的热点之一。p型GaN的欧姆接触问题制约了GaN基器件的进-步发展。本文首先介绍了欧姆接触的原理及评价方法,详细讨论了实现良好的p型GaN欧姆接触的主要方法是采取表面处理技术、选择合适的金属电极材料和进行热退火处理,以及研究进展情况。最后指出目前存在的问题并提出今后的研究方向。

p-GaN/n-Ga_(2)O_(3)结终端延伸肖特基二极管结构仿真研究

由于缺少p型氧化镓,造成调制电场十分有效的pn结结终端延伸(junction terminal extension,JTE)结构无法使用,提出采用p-GaN与n-Ga_(2)O_(3)之间形成pn结JTE结构,有效解决了这一问题。同时为进一步提升氧化镓肖特基二极管击穿电压提供理论指导,运用Silvaco软件对p-GaN/n-Ga_(2)O_(3)结终端延伸肖特基二极管(schottky barrier diode,SBD)进行了仿真研究,通过与对照肖特基二极管对比发现采用p-GaN/n-Ga_(2)O_(3)JTE结构的SBD击穿电压由880V增加到1349V,代价是器件正向导通电阻略微增加,由4.68mΩ·cm^(2)增至5.62mΩ·cm^(2)。探究了p-GaN深度对肖特基二极管特性的影响,发现p-GaN深度由0.3μm增加到1.2μm,器件击穿电压由1349V进一步提升到1685V,同时器件导通电阻基本不发生变化。通过仿真实验证明了p-GaN/n-Ga_(2)O_(3)JTE结构提升SBD反向击穿特性的可行性。

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。

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pGaN的接触,使ρc显著升高.

p-GaN退火对InGaN量子阱光学性能的影响

近年来,N2退火和O2退火均被用于激活p-GaN中的Mg受主以提高p-GaN中的空穴浓度。基于两种退火技术,系统地研究了N2退火和O2退火对LED样品电学性能及光学性能的影响。电流电压特性的测试结果显示,在较低温度(500℃)下O2退火就可以达到与N2高温退火(800℃)相似的电学特性。变温光致发光测试表明,N2高温退火会在InGaN量子阱中形成In团簇,In团簇作为深的势阱增加了对载流子的束缚,能够将载流子更好地局限在势阱中。然而In团簇形成的同时也伴随着大量位错的产生,使其InGaN量子阱中的位错密度大幅度提高,因此室温下N2退火样品的辐射复合效率低于O2退火样品的辐射复合效率。

p-GaN与ITO欧姆接触的研究

针对GaN基发光二极管中p-GaN与透明导电薄膜ITO之间的接触进行研究,尝试找出透明导电层ITO的优化制程条件。将在不同氧流量、ITO厚度及退火温度下制备的透明电极ITO薄膜应用于GaN基发光二极管,来增加电流扩展,减小ITO与p-GaN欧姆接触电阻,降低LED工作电压及提高透过率、增强LED发光亮度。将ITO薄膜应用于218μm×363μm GaN基发光二极管LED,分析其在20 mA工作电流条件下正向电压和光输出功率的变化,在优化条件下制得的蓝光LED在直流电流20 mA下的正向电压3.23 V,光输出效率为23.25 mW。

MOCVD生长源流量对p型GaN薄膜特性影响的研究

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上生长p型GaN:Mg薄膜,对不同二茂镁(CP2Mg)流量和Ⅴ族和Ⅲ族摩尔(Ⅴ/Ⅲ)比生长的p型GaN:Mg薄膜特性进行研究。研究表明,增加Ⅴ/Ⅲ比,可以降低螺旋位错密度,提高p型GaN晶体质量。当Ⅴ/Ⅲ比为3 800时,Cp2Mg流量最高为170sccm,获得p型GaN(002)面峰值半高宽(FWHM)最窄为232"。同时研究发现,单纯提高Ⅴ/Ⅲ比对降低刃型位错影响较不明显。

掺杂GaN的湿法刻蚀研究

对掺杂GaN的湿法刻蚀研究进行了总结,回顾了不同的湿法刻蚀技术,包括传统的酸碱化学刻蚀和电化学刻蚀。从掺杂GaN的生长过程、表面化学组分和光电性质出发,深入地分析了湿法刻蚀的特性,对比了不同刻蚀方法的原理和效果。考虑到p-GaN的表面氧化层比较厚,接触电阻较大,能带向下弯曲不能进行光增强湿法刻蚀,重点阐述了p-GaN的传统湿法刻蚀和n-GaN的紫外光增强湿法刻蚀技术。与传统化学刻蚀相比,光增强湿法刻蚀具有更为广阔的前景。结合GaN基半导体器件的制作,对湿法刻蚀的主要应用进行了较为详细的归纳。目前,湿法刻蚀和干法刻蚀可以有效结合。将来湿法刻蚀有希望代替干法刻蚀。

Ni/Au透明导电薄膜在GaN基LED中的应用

为改善GaN基LED的p型氮化镓(p-GaN)与透明导电层之间的接触性能,采用磁控溅射法在p-GaN上制备了Ni/Au透明导电层。定性地分析了两种金属在薄膜中的作用,通过测量Ni/Au透明导电薄膜退火后的比接触电阻率、方块电阻和透过率来获取最优金属层厚度,Ni和Au的厚度分别为3 nm和5 nm。在400℃、空气氛围下退火1 min时,获得了低的比接触电阻率,薄膜方块电阻为102Ω/,采用环形传输线法测量的比接触电阻率为6.1×10-4Ω·cm2。薄膜的透过率在478 nm时达到了77.3%。使用该薄膜制备的LED,开启电压为2.5 V,在工作电流为20 mA时的工作电压为2.9 V,证实了所制备的Ni/Au薄膜可用于制备LED的透明导电层。