P型GaN上AZO膜的制备及欧姆接触特性

论文摘要

GaN是制备光电器件（如LED﹑LD）的理想材料。目前,GaN基LED通常采用Ni/Au作为p-GaN接触电极,但当Ni/Au太厚,其透光率低,大大降低了LED发光效率;太薄则影响电流的均匀扩散和热稳定性。因此,如何在p-GaN上获得低阻和高透光率的欧姆接触,从而提高LED发光效率,一直是众多研究者关注的焦点问题之一。为提高LED的发光效率,除了在封装结构、光学设计等方面的工作外,方法之一是采用透明导电膜来代替金属作为p-GaN上的接触电极,以实现电流的均匀扩散及高透光率,从而获得更高的光输出。为此,在系统分析国内外GaN基LED透明电极的研究现状基础上,提出在p-GaN上制备低成本的Al掺杂ZnO（AZO）透明导电膜,并研究其接触特性。本文用直流磁控溅射法在p-GaN制备Al掺杂的ZnO薄膜,采用AFM, XRD和霍尔测试仪分析样品表面形貌、组织结构和电学特性;为研究ZnO薄膜的透光性能,用直流磁控溅射法在玻璃衬底上沉积AZO薄膜,采用双光束紫外可见分光光度计检测薄膜透光率。由于AZO直接沉积在p-GaN上难以得到欧姆接触,改用Ni/AZO方案,利用电子束蒸发和磁控溅射法在p-GaN分别沉积了Ni和AZO薄膜,制备Ni/AZO透明电极,经过光刻、刻蚀后,获得所需的圆点传输线图案,研究其接触特性。结果表明:p-GaN上沉积的AZO薄膜展现（0002）峰的择优取向,AFM观察发现退火后的样品表面变粗糙;退火可以增加AZO薄膜的载流子浓度,当温度达573K时,载流子浓度为6.16×1020cm-3,电阻率达到9.07×10-4Ω.cm;玻璃衬底上制备的AZO薄膜在可见光范围内透光率高于80%,退火后样品的透光率有所提高,带边吸收峰发生蓝移;还利用Swanepoel方法计算光学能带以及机理分析。由于实验获得AZO薄膜优良的光电特性,可望用于GaN基LED的透明电极,以提高LED的出光效率;将Ni/AZO沉积在p-GaN上,空气中400℃和500℃下快速度热退火,呈欧姆接触特性;而550℃退火时,接触又开始呈现整流特性;400℃下退火时的比接触电阻率为2.2927×10-2Ω.cm2;研究空气中退火前后Ni/AZO电极透光率的变化, Ni（5nm）/AZO膜未退火时,透光率低于50%,400℃空气中退火1min后,400-600nm波长范围内,透光率可达6070%。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 P-GaN 上难以形成欧姆接触的原因及解决思路
• 1.3 P-GaN 透明电极的研究现状
• 1.4 ZnO 薄膜的基本特性
• 1.5 AZO 薄膜的光电特性
• 1.6 本文的内容和创新点
• 2 AZO 薄膜的制备及表征方法
• 2.1 直流磁控溅射方法
• 2.1.1 直流反应溅射镀膜的基本原理
• 2.1.2 薄膜制备的工艺特征
• 2.2 实验方法
• 2.3 检测方法
• 2.3.1 X 射线衍射仪
• 2.3.2 原子力显微镜
• 2.3.3 霍尔测试仪
• 2.3.4 分光光度计
• 3 AZO 薄膜结构与性能
• 3.1 AZO 薄膜结构特性分析
• 3.1.1 AZO 薄膜XRD 结果
• 3.1.2 AZO 薄膜表面形貌分析
• 3.2 AZO 薄膜电学特性
• 3.3 AZO 薄膜的光学特性
• 3.4 本章小结
• 4 Ni/AZO 与p-GaN 欧姆接触
• 4.1 欧姆接触的原理
• 4.2 欧姆接触的测试方法
• 4.3 标准器件工艺
• 4.4 P-GaN 的制备及透明电极的制备
• 4.5 Ni/AZO 与P-GaN 的接触特性
• 4.6 透明电极的光学特性
• 4.7 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间获得的成果情况