宽禁带半导体材料的制备与欧姆接触研究
氮化硼和氮化铝是一类属于第三代半导体的宽带隙半导体材料，因为这类材料具有良好的物理化学性质，使其在深紫外光电子器件、高频大功率射频器件等领域具有广泛的应用前景。随着研究的不断深入，基于氮化铝材料的器件研究获得了较大的进展，但是由于氮化铝本身近乎绝缘的特性，导致器件的欧姆接触的优化研究进展缓慢。六方氮化硼在制备方面还有诸多难题亟待解决，但其6.5eV的带隙决定了其在深紫外LED、紫外LD、表面声波器件及高温微波大功率器件领域具有很好的应用前景。深紫外LED是近几年来发展较为迅捷的半导体光电子器件，具有占空间小、发光强度高、发光效率高和环保等优点，是汞灯的理想替代品。因此，我们期望在第三代半导体的基础之上获得优异的欧姆接触，这是实现上述器件性能提升的关键技术之一，也是业界一直渴望解决的难题。 在本论文工作中，首先我们在高温HVPE生长的非故意掺杂氮化铝/蓝宝石模板材料上，对半导体表面进行氧等离子体处理，后通过蒸镀Pd/Al/Au金属电极结构，在氮气氛围下700-1000℃快速退火30s，形成金属-半导体接触结构。通过对结构进行SEM和XRD表征，用以研究合金方式和合金比例对欧姆接触的影响。实验表明退火温度在900℃的情况下比接触电阻率最低，达到3.01Ω·cm2，这时的电极形貌可以观察PdAl合金和更加均匀平整的表面。为了确定氧等离子体修饰在欧姆接触中的作用，我们作了对比实验，即在蒸镀之前不对半导体表面进行氧等离子体处理，同时为了避免环境中氧元素的影响，我们还对样品进行了ICP刻蚀处理。结果表明，在退火温度为950℃的情况下得到了欧姆接触，比接触电阻率为11.01Ω·cm2，并通过计算发现半导体表面的氧元素掺杂改变了半导体表面的功函数，使其与金属钯的功函数更加接近，进而降低了金属半导体接触的势垒，从而有效地提高了欧姆接触的性能。这一结果也通过第一性原理计算得到了证实。首先在衬底上生长了BN外延层，并对其进行了表征，包括扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、荧光光谱分析(EDS)、拉曼图谱(Raman)和阴极发光测试(CL)。实验证明，我们的生长方式生长的样品虽然含有氧、碳等杂质，但仍然使外延层更靠近单晶形式的生长，杂质峰发光波长也在紫外光区域，证明了材料已经可以作为紫外光发光器件的材料。
宽禁带半导体材料;制备工艺;欧姆接触;氧等离子体修饰;退火温度
北京化工大学
硕士
物理学
张纪才
2019
中文
TN304.05
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）