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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:曾建雄
研究生(外文):Chien-Hsiung Tseng
論文名稱:硫化處理對P型氮化鎵與透明電極歐姆接觸特性之研究
論文名稱(外文):The study of ohmic contact of sulfide treatment p-type GaN and transparent electrode
指導教授:李清庭
指導教授(外文):Ching-Ting Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:光電科學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:電極 氮化鎵 歐姆接觸 硫化處理
外文關鍵詞:NiAuGaNohmic contact sulfide treatment
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本篇論文中,我們利用硫化的方法對P型氮化鎵進行表面處理,並且以電子槍蒸鍍機蒸鍍鎳/金薄金屬於P型氮化鎵上,金屬膜厚度為25Å/25 Å。接著於空氣的環境下,將試片以500℃進行熱處理,結果可以得到良好的歐姆接觸特性,以及低特徵電阻值達10-6Ωcm2這個級數。
由於傳統金屬電極有遮光,與電流無法均勻擴散等缺點,我們希望以銦錫氧化膜的高穿透率,以及高導電性等特性來克服傳統電極的缺點。然而因為銦錫氧化膜為N型半導體材料,所以與P型氮化鎵接觸時有P-N接面的問題,我們便設計新電極結構來改善上述問題。另外我們也以穿透率光譜觀察薄膜在發光中心波長為470nm的穿透率,鎳/金薄金屬在含氧環境下熱處理後,穿透率可達90﹪以上;而新結構的電極在熱處理後,穿透率約在80﹪。
我們除了電流-電壓特性的量測外,也利用原子力顯微鏡觀察硫化處理對P型氮化鎵表面粗糙度的影響,以及薄金屬在熱處理前後的分佈情形。實驗結果發現經過硫化處理的氮化鎵試片表面粗糙度明顯降低;蒸鍍鎳/金薄金屬於硫化處理之P型氮化鎵後也同樣有較佳之平整度;試片進一步的熱處理,發現經過硫化處理之P型氮化鎵表面的薄金屬呈現一個較平整且連續的分佈情形。
另外在實驗過程中,我們發現試片在熱處理時,有水汽的加入不會導致鎳/金金屬膜與P型氮化鎵的接觸特性變差,但是有水汽加入熱處理製程的試片,其表面的金屬分佈呈現一個較不均勻的結果,並且進而影響元件特性。


Low resistance and reliable ohmic contacts to both n- and p-type GaN:Ohmic contacts with low contact resistance are essential in improved GaN based on LEDs. For n-type GaN, ohmic contacts with low contact resistance have been achieved by several research groups, including our group . On the other hand, the contact resistance for ohmic contact to p-GaN was too high to need the requirement for GaN-based optical devices. According to our previous studies for (NH4)2Sx-treated Si- and Mg- doped GaN surface, we found that the original native oxide on the GaN surface was effectively removed by the (NH4)2Sx solution and a specific contact resistance of 5.0×10-5Ωcm2 for the Ti/Al nonalloyed ohmic contacts to (NH4)2Sx -treated n-type GaN can be obtained. Therefore, in this plan, high performance of ohmic contact with the (NH4)2Sx-treated p-GaN surface will be investigated.
In addition, conventional opaque metals were used as p-type electrode contacted with semiconductors in electronic and optoelectronic device. However, the resultant devices suffer from very low external quantum efficiency due to the great blocking and shadowing of incident or radiative lights by opaque electrodes. To improve the external quantum efficiency, the method to avoid this so called current crowding problem, thereby obtaining high efficiency and uniform light emission from the device is to reduce the specific contact resistance of the very thin metal contact to p-GaN.


目 錄
論文摘要Ⅰ
目錄Ⅲ
圖目Ⅵ
第一章 緒論 1
第二章 傳輸線模型元件及量測分析
Ⅰ、歐姆接觸原理..............6
Ⅱ、元件製程與量測方法........9
(A)片切割與活化.............9
(B)試片清洗過程.............9
(C)黃光微影製程.............10
(D)金屬阻擋層製程...........12
(E)傳輸線模型矩形高台之蝕刻製程...........12
(F)原生氧化層去除步驟.....................13
(G)硫化處理步驟...........................13
(H)電極之蒸鍍與濺鍍.......................14
(I)熱處理步驟.............................14
(J)膜厚量測...............................14
(K)試片特性量測...........................15
第三章 特性量測分析與討論
(A)鎳/金薄金屬與P型氮化鎵之接觸特性研究...21
(B)預先氧化對P型氮化鎵的影響研究..........23
(C)銦錫氧化膜/薄金屬/P型氮化鎵之接觸特性研究.......24
(D)電極穿透光譜的特性研究..........................27
(E)水汽環境熱處理對P型氮化鎵接觸特性之影響研究.....30
(F)硫化處理對薄金屬與P型氮化鎵表面之影響研究.......32
第四章 結論..........................................34
參考文獻.............................................37
圖 目
圖2.1 金屬與半導體接觸前後能帶變化示意圖.............41
圖2.2 金屬功函數大小與能帶關係圖.....................41
圖2.3 不同摻雜濃度之電流傳導機制.....................42
圖2.4 傳輸線模型原件製作流程圖.......................44
圖2.5 金屬電極及其傳輸線模型示意圖...................44
圖2.6 傳輸線模型電阻值和電極間距關係圖...............44
圖2.7 傳輸線模型完成之示意圖.........................45
圖3.1 鎳/金薄金屬電極在不同溫度下氧化示意圖..........46
圖3.2 鎳/金薄金屬電極在空氣環境熱處理後,量測得到之電流-電壓曲線,
有效間距為35μm.................................................47
圖3.3 鎳/金薄金屬電極在空氣環境下,以500℃熱處理後,量測不同間距所
對應之接觸電阻值...............................................48
圖3.4 鎳/金薄金屬電極在空氣環境下,以不同溫度對試片熱處理,量測得到
之電流-電壓曲線,有效間距為35μm................................49
圖3.5 不同熱處理溫度所對應的特徵接觸電阻值...........................50
圖3.6 不同熱處理時間所對應的電流電壓曲線圖,有效間距為35μm...........51
圖3.7 不同熱處理時間所對應的特徵接觸電阻值...........................52
圖3.8 於未熱處理前,比較剛蒸鍍之鎳/金薄金屬電極,在預先氧化與未預先
氧化條件下之電流-電壓曲線,有效間距為35μm......................53
圖3.9 預先氧化之P型氮化鎵,蒸鍍鎳/金薄金屬電極後,於空氣環境下熱處理,
量測到之電流-電壓曲線,有效間距為35μm..........................54
圖3.10 比較預先氧化與未預先氧化試片,在熱處理後之電流-電壓曲線,有效
間距為35μm....................................................55
圖3.11 預先氧化之P型氮化鎵,在蒸鍍鎳/金薄金屬電極後,於空氣環境下,以
500℃熱處理,不同間距所對應之有效電阻值.......................56
圖3.12 濺鍍銦錫氧化膜於(a)N型氮化鎵,以及(b)P型氮化鎵之蕭特基
二極體上,量測到之電流-電壓曲線...............................57
圖3.13 銦錫氧化膜/薄金屬/P型氮化鎵結構之示意圖.......................58
圖3.14 銦錫氧化膜/薄金屬/P型氮化鎵在不同熱處理氣體環境下,量測得
到之電流-電壓曲線,有效間距為35μm.............................59
圖3.15 銦錫氧化膜/薄金屬/P型氮化鎵熱處理後,量測得到之電流-電壓
曲線,有效間距為35μm..........................................60
圖3.16 銦錫氧化膜/薄金屬/P型氮化鎵,在氧氣環境下,以500℃熱處理,
量測不同間距所對應之有效電阻值................................61
圖3.17 氮化鎵材料之藍色發光二極體發光頻譜............................62
圖3.18 鎳/金薄金屬熱處理前後之穿透光譜...............................63
圖3.19 薄金屬熱處理前後之穿透光譜....................................64
圖3.20 金/鈦薄金屬熱處理前後的穿透光譜...............................65
圖3.21 薄金屬/銦錫氧化膜熱處理前後的穿透光譜.........................66
圖3.22 銦錫氧化膜熱處理前後的穿透光譜................................67
圖3.23 原子力顯微鏡量測P型氮化鎵試片經過不同表面處理後,表面的分佈情形....68
圖3.24 原子力顯微鏡量測鎳/金/P型氮化鎵試片經過不同表面處理後,
表面的分佈情形.....................................................69
圖3.25 原子力顯微鏡量測鎳/金/P型氮化鎵試片經過熱處理後,表面的分佈情形....70
圖3.26 通入水汽的高溫爐管系統示意圖.......................................71
圖3.27 鎳/金金屬在不同環境下熱處理之電流-電壓曲線,有效間距為35μm.........72


參考文獻[1] S. Nakamura, T. Mukai, M. Senoh, Appl. Phys. Lett. 64 (1994) 1687[2] S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Yamada, H. Kiyoko, Y. Sugimoto, Jpn. J. Appl. Phys. 33 (1994) L1367.[3] S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, Jpn. J. Appl. Phys. 34 (1995) L797.[4] T. Egawa, T. Jimbo, and M. Umeno, J. Appl. Phys. 82, 5816 (1997).[5] P. M. Mensz, P. Kellawon, R. V. Roijen, P. Kozodoy, and S. Denbarrs,Electron. Lett. 33, 2066 (1997).[6] S. Guha and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 73, 1487 (1998).[7] T. Mukai, K. Takekawa, and S. Nakamura, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 37, L839 (1998).[8] A. Amano, M. Kito, K.Hiramatsu, and I. Akassaki, Jpn. J. Appl. Phys., 28, L2112 (1989).[9] Z. Fan, S. N. Mohammad, W. Kim, O. Aktas, A. E. Botchkarev, and H. Morkoc, Appl. Phys. Lett. 68, 1672 (1996)[10] S. J. Cai, R. Li, Y. L. Chen, L. Wong, W. G. Wu, S. G. Thomas, and K. L. Wang, Electron. Lett. 34,2354(1998)[11] J. K. Ho, C. S. Jong, C. C. Ciu, C. W. Huang, K. K. Shih, L. C. Chen, F. R. Chen, and J. J. Kai, J. Appl. Phys. 86, 4491 (1999)[12] L. C. Chen, J. K. Ho, C. S. Jong, C. C. Ciu, K. K. Shih, F. R. Chen, J. J. Kai, and L. Chang, Appl. Phys. Lett. 76, 3703 (2000) [13] H. Kim, J. M. Lee, C. Huh, S. W. Kim, D. J. Kim, S. J. Park, and H. Hwang, Appl. Phys. Lett. 77, 1903 (2000).[14] S. R. Jeon, Y. H. Song, H. J. Jang, G. M. Yang, S. W. Hwang, and S.J. Son, Appl. Phys. Lett. 78, 3265 (2001). [15] X.Guo and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 78, 3337 (2001).[16] H. Ishikawa, S. Kobayashi, Y. Koide, S. Yamasaki, S. Nagai, J. Umezaki, M. Koike, and M. Murakami, J. Appl. Phys. 81, 1315 (1997).[17] J. L. Lee, J. K. Kim, J. W. Lee, Y. J. Park, and T. Kim, Sol. Stat. Electron. 43, 435 (1999).[18] M. S. Minsky, M. White, and E. L . Hu, Appl. Phys. Lett. 68, 1531 (1996).[19] N. V. Edward, M. D. Bremser, T. W. Weeks, Jr., et al., Appl. Phys. Lett. 69, 2065 (1996).[20] J. K. Kim, J. L. Lee, J. W. Lee, H. E. Shin, Y. J. Park, and T. Kim, Appl. Phys. Lett. 73, 2953 (1998).[21] J. Sun, K. A. Rickert, J. M. Redwing, A. B. Ellis, F. J. Himpsel, and T. F. Kuech, Appl. Phys. Lett. 76, 415 (2000). [22] R. Wenzel, G. G. Fischer, R. Schmid-Fetzer, Mater. Sci. Semicond. Process. 4, 357 (2001). [23] R. Wenzel, G. G. Fischer, R. Schmid-Fetzer, Mater. Sci. Semicond. Process. 4, 367 (2001).[24] J. K. Kim, J. L. Lee, J. W. Lee, Y. J. Park, and T. Kim, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 497 (1999).[25] J. S. Jang, S. J. Park, and T. Y. Seong, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 2667 (1999).[26] X. A. Cao, S. J. Pearton, G. Dang, A. P. Zhang, F. Ren, and J. M. V. Hove, Appl. Phys. Lett. 75, 4130 (1999).[27] V. N. Bessolov, Yu. V. Zhilyaev, E. E. Zavarin, M. E. Kompan, E. V. Konenkova, A. S. Usikov, and V. A. Fedirko, Semiconductors 34, 1301 (2000).[28] C. Huh, S. W. Kim, H. S. Kim, I. H. Lee, and S. J. Park, J. Appl. Phys. 87, 4591 (2000).[29] C. Huh, S. W. Kim, H. M. Kim, D. J. Kim, and S. J. Park, Appl. Phys. Lett. 78, 1942 (2001). [30] X. A. Cao, S. J. Pearton, G. Dang, A. P. Zhang, F. Ren, and J. M. Van Hove, Appl. Phys. Lett. 75 (26) (1999) 4130.[31] D. K. Kim, Y. J. Sung, J. W. Park, and G. Y. Yeom, Thin Solid Films. 398-399 (2001) 87-92.[32] G. K. Reeves and H. B. Harrison, IEEE Electron Dev. Lett., 3, 111 (1982).[33] Ralph E. Williams, “Gallium Arsenide Processing Techniques”, 學風出版社(1983).[34] E. H. Rhoderick and R. H. Williams, Metal-Semiconductor Contacts, Oxford Science Publication.[35] 汪建民主編, 材料分析(Materials Analysis), 中國材料科學學會(1998).[36] Dieter K. Schroder, Semiconductor Material and Device Characterization 2 ed., Wiley-interscience.[37] D. Qiao, L. S. Yu, S. S. Lau, J. Y. Lin, H. X. Jiang, T. E. Haynes, J. Appl. Phys. 88, 4196 (2000).[38] C. S. Lee, Y. J. Lin, and C. T. Lee, Appl. Phys. Lett. 79, 3815 (2001). [39] Lata Gupta, Abhai Mansingh, and P. K. srivastava, Thin Solid Films, Vol. 176, p.33, 1989.[40] 李正中, “薄膜光學與鍍膜技術”, 藝軒出版社, 台北, (1999), (第二版, 2001, ISBN 957-616-620-9).

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