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氮化铝基微电子和紫外光电子器件具有功率损耗小、占空间小和发光效率高等优点,在生物医疗、光电探测以及高密度存储等方面有着广泛的应用。氮化铝及其合金的带隙覆盖了200-365nm光谱范围,深紫外LD可以实现比蓝光LD更大的信息储存量,将是光存储领域的一大飞跃。固然这几十年研究氮化铝基器件的团队越来越多,但是其发展过程中依然有很多难题,其中制备接触性能优异的欧姆接触是制备氮化铝基器件的关键困难之一,特别是对于大工作电流的半导体器件以及高工作温度高功率的器件。因此,探索氮化铝上的欧姆接触已成为国际上Ⅲ族氮化物的新焦点。本文的主要目的就是制备出高质量非掺薄膜氮化铝上面的欧姆接触,通过优化工艺参数和改进工艺条件来优化接触性能。 主要内容有: 1)首先介绍了氮化铝材料和器件的研究现状,氮化铝晶体的基本特性,氮化铝上欧姆接触的探索进展等。 2)研究生长温度对氮化铝缓冲层和外延层表面形貌和晶体质量的影响,发现使用高温缓冲层加高温外延层结合的生长模式可获得高质量晶体。研究斜切蓝宝石衬底对氮化铝表面形貌和晶体质量的影响,解释了氮化铝表面形貌随倾斜角度和倾斜方向变化的原因。 3)研究了Ti/Al系金属电极结构的接触性能。包括退火温度、金属层厚度以及晶体质量对Ti/Al/Ni/Au金属结构接触性能的影响。制备出欧姆接触的温度范围是800-950℃,性能最佳的接触样品ρc=0.379Ω·cm2。同时为了改善电极表面质量,对Ti/Al/Ti/Au和Ti/Al/Ti/Ni/Au多金属层结构的欧姆接触也做了研究。 4)研究了Ti/Al/Ni/Au接触经高温退火后形成欧姆接触的机制。通过SEM图发现退火后电极表面发生球聚,随温度增加球聚现象加重。在800-950℃退火后的XRD图谱中都出现了AlAu2和Au2Ti的峰,猜测这可能是形成欧姆接触的原因之一。最后,通过三个样品的截面STEM图、EDS图及界面处的HRTEM图,分析形成欧姆接触的可能原因。当Ta=600℃时,金属-氮化铝界面处原子排列比较规整,未发生明显的互扩散。当Ta=950℃时,温度的增加使得Ti外扩散分布在整个Al-Au合金区域,高分辨图显示金属-氮化铝界面出现相互渗透现象,可能形成了TiN,这可能是欧姆接触形成的原因之一。进一步增加退火温度到1000℃时,在金属层底部形成一个个独立的Ti晶粒,金属-氮化铝接触的界面处有5nm左右的原子错排区域,导致势垒高度增大,这可能是导致欧姆接触失效的原因。 5)研究Pd/Pt/Au、Pd/Al/Au与Pd/Al/Ni/Au三种金属电极结构,不同退火温度对其性能影响。发现采用Pd/Al/Au金属结构在800-950℃可获得氮化铝的欧姆接触,且退火条件为在950℃时,得到最小ρc=1390Ω·cm2。通过XRD分析猜测形成AlAu2和PdAl合金可能是形成欧姆接触的原因之一。研究Pd/Al/Ni/Au多层金属结构,Ni金属层的加入显著改善电极表面质量,得到的最小ρc=405Ω·cm2。