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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:邱尚智
研究生(外文):ShangChih Chiou
論文名稱:氮化鎵發光二極體金屬電極之電性及結構研究
論文名稱(外文):Electrical Conductivity and Structure of Metallic Electrodes on GaN Light Emitting Chips
指導教授:陳士陳士引用關係
指導教授(外文):ShiKun Chen
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:材料科學學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:氮化鎵歐姆接觸
外文關鍵詞:GaNOhmic contact
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自從1993年日亞化學公司宣佈生產氮化鎵藍綠光發光二極體迄今,全世界掀起一陣研發氮化鎵材料及元件之熱潮。眾所皆知,氮化鎵為一寬能隙材料,因此製作其歐姆接觸是個很大的挑戰。本實驗利用電子束蒸鍍法製備氮化鎵的歐姆接觸,並且在石英爐管中進行活火處理。我們以Ti/Al(30nm/100nm)做為n型氮化鎵的接觸材料,而p型氮化鎵則是以Ni/Au(5nm/5nm)形成接觸。在實驗量測與分析部份,則是利用sourcemeter、歐傑電子能譜儀、原子力顯微鏡、低掠角X光繞射儀及光譜儀來探討金屬/氮化鎵接觸的電性和結構。
在n型氮化鎵歐姆接觸方面,試片經過550℃合金化10分鐘後形成良好的歐姆接觸,此時特徵接觸電阻為3.4×10-6 W-cm2,但是在此溫度合金化15分鐘後,其特徵接觸電阻卻增加至9.6×10-6 W-cm2。同時我們亦發現,氮化鎵的雜質摻雜濃度對於其歐姆接觸之電性表現有很大的影響。至於p型氮化鎵歐姆接觸方面,本實驗所得最佳活化條件為750℃退火60分鐘,此時雜質摻雜濃度和載子遷移率分別為2.2×1017 cm-3和9.39 cm2/V-s。試片在合金化之前的特徵接觸電阻為3.9×10-1 W-cm2,對光波長470nm的透光率為41﹪,而在500℃合金化10分鐘後其特徵接觸電阻降低為2.0×10-2 W-cm2,透光率亦增加至78﹪。Au/Ni/p-GaN接觸之接觸電阻的改善及透光率的增加與金屬/半導體界面的交互擴散及Ga4Ni3、Ga2Au7等金屬間化合物的形成密切相關。
Since the production of GaN blue/green LEDs was announced by Nichia in 1993, it has attracted a large amount of research on GaN materials and devices. As we know, it is difficult to form the ohmic contacts on GaN because it is a wide bandgap material. In this study, ohmic contacts on GaN were prepared by electron beam evaporation, and each sample was alloyed in N2 atmosphere using a tube furnace. Ti/Al(30nm/100nm) and Ni/Au(5nm/5nm) were chosen as the contact materials on n-type and p-type GaN, respectively. In the analysis, we use sourcemeter, Auger electron spectrometer, atomic force microscope, grazing incident x-ray diffractometer, and photospectrometer to study the electronic properties and crystalstructure of the metal/GaN contacts.
In the n-type contact, the sample alloyed at 550℃ for 10 minutes exhibited an excellent ohmic behavior with a lowest specific contact resistance of 3.4×10-6 W-cm2. However, the specific contact resistance of the sample alloyed for 15 minutes increased to 9.6×10-6 W-cm2. At the same time, it was found that the doping concentration of GaN had great influence on the electronic properties of ohmic contacts. For the p-type contact, the best condition of activation on p-GaN was annealed at 750℃ for 60 minutes, and the doping concentration and carrier mobility were 2.2×1017 cm-3 and 9.39 cm2/V-s, respectively. The as-deposited contact exhibited a specific contact resistance and transmittance of 3.9×10-1 W-cm2 and 41%, respectively. Then, after alloyed at 500℃ for 10 minutes they became 2.0×10-2 W-cm2 and 78%, respectively. The improvement in contact resistance and optical transmittance can be closely related to the interdiffusion in the metal/semiconductor interface and the formation o
第一章 緒論……………………………………………………………….1
1-1 前言……………………………………………………………….1
1-2 三族氮化物之發展歷史………………………………………….1
1-3 氮化鎵歐姆接觸之文獻回顧…………………………………….5
第二章 理論基礎………………………………………….………………9
2-1 金屬/半導體接觸之原理…………………………………………9
2-2 歐姆接觸之原理………………………………………….……..14
2-3 傳輸線模型之原理……………………………………….……..17
第三章 實驗方法………………………………………….……………..21
3-1 氮化鎵薄膜之製備………………………………………….…..21
3-1-1 藍寶石基板之清洗……………………………………..21
3-1-2 薄膜磊晶生長…………………………………………..21
3-1-3 p型氮化鎵之活化處理………………………………...22
3-2 歐姆接觸之製作………………………………………….……..25
3-2-1 晶片清洗………………………………………….……26
3-2-2 金屬沉積………………………………………….…….27
3-2-3 黃光製程………………………………………….…….27
3-2-4 合金化處理……………………………………………..28
3-3 實驗量測與分析………………………………………….……..30
3-3-1 氮化鎵薄膜之光電性質分析…………………….…….30
3-3-2 氮化鎵薄膜之磊晶品質分析…………………….…….30
3-3-3 歐姆接觸之電性量測…………………….…………….31
3-3-4 歐姆接觸之AES縱深分析…………………….……….31
3-3-5 歐姆接觸之AFM分析…...…………………….…….…31
3-3-6 歐姆接觸之X光繞射分析...……………….………….32
3-3-7 歐姆接觸之穿透率量測…………………….………….32
第四章 結果與討論…………………….………………………………..34
4-1 氮化鎵薄膜之磊晶生長結果…………………….……………..34
4-1-1 氮化鎵薄膜之光電特性…………………….………….34
4-1-2 氮化鎵薄膜之磊晶品質…………………….………….36
4-2 n型氮化鎵之歐姆接觸…………………….…………………...39
4-2-1 合金化溫度對Al/Ti/n-GaN接觸之影響………………39
4-2-2 合金化時間對Al/Ti/n-GaN接觸之影響………………52
4-2-3 雜質摻雜濃度對Al/Ti/n-GaN接觸之影響……………61
4-3 p型氮化鎵之歐姆接觸………………….……………………..64
4-3-1 p型氮化鎵之活化結果………………….……………..64
4-3-2 合金化溫度對Au/Ni/p-GaN接觸之影響……………...66
第五章 結論………………….…………………………………………..77
參考文獻………………….………………………………………………..80
誌謝………………….……………………………………………………..83
作者簡介………………….………………………………………………..84
【1】 S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Yamada, T. Matsushita, H. Kiyoku, Y. Sugimoto, T. Kozaki, H. Umemoto, M. Sano, and K. Chocho, Appl. Phys. Lett. 72, 211 (1998).
【2】 J. Han, M. H. Crawford, R. J. Shul, J. J. Figiel, M. Banas, L. Zhang, Y. K. Song, H. Zhou, and A. V. Nurmikko, Appl. Phys. Lett. 73, 1688 (1998).
【3】 R. Gaska, Q. Chen, J. Yang, A. Osinsky, M. Asif Khan, and M. S. Shur, IEEE Electron Device Lett. 18, 492 (1997).
【4】 S. Strite and H. Morkoc, J. Vac. Sci. Technol. B10, 1237 (1992).
【5】 The Blue Laser Diode, edited by Nakamura, (1997).
【6】 S. Yoshida and S. Gonda, Appl. Phy. Lett. 42,427 (1983).
【7】 H. Amano, T. Asahi and I. Akasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 29, L205 (1990).
【8】 H. Amano, M. Kito, K. Hiramatsu, and Akasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 28, L2112 (1989).
【9】 S. Nakamura, Jpn. J. Appl. Phys. 30, L1705 (1991).
【10】 S. Nakamura, T. Mukai, M. Senoh, and N. Iwasa, Jpn. J. Appl. Phys. 31, L139 (1992).
【11】 S. Nakamura, MRS BULLETIN, 37 (1998).
【12】 J. S. Foresi and T. D. Moustakas, Appl. Phy. Lett. 62, 2859 (1993).
【13】 M. E. Lin, Z. Ma, F. Y. Huang, Z. F. Fan, L. H. Allen, and H. Morkoc, Appl. Phy. Lett. 64, 1003 (1994).
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