P型GaN欧姆接触特性研究

论文摘要

GaN由于其优越的物理性质和在高温高频大功率电子器件中的应用潜力,近年来一直得到了许多研究者的青睐。尤其是当p-GaN材料生长的研究获得很大进展后,双极器件和光电器件受到更多的关注。在理论研究、材料生长和器件制造等方面都有了巨大的进展,但是仍然没有实现产业化,归根到底,是因为工艺技术还不够成熟,影响到器件的性能、可靠性等各项指标。因此,很多关键的工艺技术还有待于进一步优化和提高。本文正是在这种背景下,对p-GaN材料欧姆接触这项关键工艺,从理论和实验上进行系统详尽地研究。主要研究工作和成果如下:1、从理论上研究了p-GaN材料欧姆接触的形成机制,确定了实验中所需要的测试欧姆接触比接触电阻率的测试模型。研究并说明了在实际中利用隧道原理制作欧姆接触,其遵循场发射理论,得出通过提高半导体材料掺杂浓度来减小势垒层厚度这一原理。分析了测试比接触电阻率的几种模型,比较其优缺点,选择一种适合本论文研究的测试模型。2、成功地对实验中p-GaN材料样品进行微分析。GaN器件不同于硅半导体器件,它的材料层的掺杂都是原位的,因此对于GaN器件来说,材料生长是关键环节,是优化欧姆接触工艺的前提。本文详细介绍了p-GaN材料生长的工艺流程,对所生长出的材料进行了多种微分析（XRD、XPS、透射谱）。研究了材料的结晶质量,表面粘污,以及生长元素含量比。3、成功优化了p-GaN欧姆接触制作工艺条件。本文中,使用圆点型传输线模型制作p-GaN欧姆接触,并且详细研究了欧姆接触的制作工艺流程。在分析Ni/Au接触原理的基础上,通过大量的实验,得出一系列优化的条件,包括材料激活条件、金属淀积比例、合金退火的条件,以及有效的表面处理方法。测试结果表明,欧姆接触电阻率从10-2Ω·cm2量级下降到了10-3Ω·cm2量级,有了明显的改善。4、此外,还研究了ICP刻蚀p-GaN表面的欧姆接触。GaN HBT制作中,已刻蚀p型GaN表面金属接触的非欧姆特性是严重影响器件特性的因素。论文针对此问题重点研究了刻蚀表面的p-GaN欧姆接触。一方面利用AFM和XPS分析了刻蚀对表面的影响;另一方面还通过实验摸索了修复并降低刻蚀损伤、提高欧姆接触特性的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 p-GaN 欧姆接触的研究意义
• 1.1.1 GaN 材料的优势
• 1.1.2 p-GaN 材料相关器件研究进展
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 p-GaN 欧姆接触研究中存在的问题
• 1.2.2 p-GaN 欧姆接触研究进展
• 1.3 本论文主要的研究工作
• 第二章 欧姆接触基本理论
• 2.1 欧姆接触的基本理论
• 2.1.1 金属－半导体接触
• 2.1.2 欧姆接触机制
• 2.2 欧姆接触测试方法
• 2.2.1 传输线模型（TLM）
• 2.2.2 圆环型传输线模型（CTLM）
• 2.2.3 圆点型传输线模型（dot CTLM）
• 2.3 本章小结
• 第三章 p-GaN 材料制备和表征
• 3.1 p-GaN 材料制备
• 3.1.1 材料生长机理
• 3.1.2 材料生长结构及流程
• 3.2 p-GaN 材料表征
• 3.2.1 p-GaN 薄膜XRD 分析
• 3.2.2 p-GaN 薄膜XPS 分析
• 3.2.3 p-GaN 薄膜透射谱分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 p-GaN 材料欧姆接触
• 4.1 欧姆接触制作工艺流程
• 4.2 材料热退火对欧姆接触的影响
• 4.2.1 霍尔（Hall）测试
• 4.2.2 材料退火对欧姆接触的影响
• 4.3 Ni/Au 欧姆接触
• 4.3.1 Ni/Au 欧姆接触机理
• 4.3.2 合金退火对欧姆接触性能的影响
• 4.3.3 Ni/Au 金属比例对欧姆接触的影响
• 4.4 表面处理对欧姆接触的影响
• 4.5 实验所得出的最优结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 ICP 刻蚀损伤对p-GaN 欧姆接触的影响
• 5.1 ICP 刻蚀损伤的研究背景
• 5.2 ICP 刻蚀对p-GaN 材料表面的影响
• 5.3 ICP 刻蚀对p-GaN 材料欧姆接触影响
• 5.3.1 刻蚀前后材料欧姆接触比较
• 5.3.2 刻蚀后材料的表面处理
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士期间的研究成果和参加的科研项目