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AlxGa1-xN材料由于是直接带隙半导体,且带隙宽度随Al组分变化从3.42eV到6.2 eV连续可调,对应波长范围200-365 nm的紫外波段,是制备太阳光盲深紫外光探测器和深紫外LED的理想材料。但是,随着Al组分的增加,n-AlGaN欧姆接触的形成难度随之增加,在较低的退火温度下生成较低接触电阻率的n-AlGaN的欧姆接触是高铝组分AlGaN半导体器件发展中的一个重要问题。本文的主要工作是对n-AlGaN欧姆接触的电学和微结构性质进行系统研究,对n-AlGaN上的V基接触和Ti基接触做了比较,用XRD和TEM分析手段对V基欧姆接触形成的机理进行了研究,此外还对深紫外LED器件和AlGaN探测器的制作和表征进行了研究,参与制作出了发光波长262-320 nm的深紫外LED和截止波长小于280 nm的Schottky型和p-I-n型深紫外光探测器。取得的主要结果如下:
对Au/V/Al/V/n-AlGaN和Au/Ti/Al/Ti/n-AlGaN接触的电学性质随退火温度和退火时间的变化进行了研究,证明了V基电极比Ti基电极在n-AlGaN上形成更好的欧姆接触。V基接触在700℃下退火后I-V曲线由整流特性转变为线性,表明了欧姆接触开始形成,在800℃下退火后比接触电阻率达到最低,为3.4×10-5Ωcm2,退火温度继续升高时接触性能变差。V基电极在700℃退火时比接触电阻率随退火时间的增加先减小后稳定,而在800℃下退火时随退火时间的改变比接触电阻率没有明显变化。
使用掠入射XRD对Au/V/Al/V/n-AlGaN形成欧姆接触的微结构随退火温度的变化进行了研究,首次发现在退火过程中形成了两种VN相。在700℃退火后的形成的V16N1.5是接触特性由整流向线性转变的关键,在800℃退火后V16N1.5转变为VN0.81,说明随着退火温度的增加,VN相向着N组分更高的相转变。在900℃下退火后Val峰的消失和AlAu的结晶择优取向,Au的内扩散使欧姆接触性能退化。
利用TEM和EDX对Au/V/Al/V/n-AlGaN在800℃退火后的样品微结构进行了研究,在退火后电极中发现了VN颗粒,与XRD测量的结果相验证。结合TEM与EDX分析得出金属电极和半导体接触层的成分包括AlN、AlAu、V-Al-Au-N。
参与制备了AlGaN深紫外LED器件和Schottky型、p-I-n型深紫外光探测器。深紫外LED的室温连续电流下发光波长为262到320 nm,其中发光波长262nm的LED器件是国内目前报道的波长最短的深紫外LED半导体器件。深紫外光探测器的截止波长为280 nm,紫外可见光比大于1000,探测器的反向漏电流-10V时为0.014 nA,通过计算得到的探测灵敏度D*为1.01×1014cmHz1/2W-1,探测器的反向击穿电压大于40V。