GaN蓝光LED电极接触电阻的优化(1)

GaN基蓝光LED峰值波长蓝移现象分析及解决措施第22卷第3期2008年5月湖南工业大学JournalofHunanUniversityofTechnologyVO1.22NO.3May2008GaN基蓝光LED峰值波长蓝移现象分析及解决措施刘一兵(1.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;2.邵阳职业技术学院机电工程系,湖南邵阳422000)摘要:分析了引起GaN基蓝光LED峰值波长不稳定的原因,它是由多量子阱区内极化效应引起的量子限制斯塔克效应造成的.讨论了通过弱化压电场,采用四元系结构,优化外延材料的生长条件和总应变量等措施来提高波长的稳定性,并指出了提高GaN基蓝光LED峰值波长稳定性的最优方案.关键词:氮化镓;蓝光LED;峰值波长蓝移;压电效应;多量子阱中图分类号:TN304.2+3文献标识码:A文章编号:1673—9833(2008)03—0087—04 ~henomenonAnalysisandSolutionMeasureforBlueGaN—Based LEDsPeakWavelengthBlueMovesLiuYibing,(1.SchoolofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversity,Changsha410082, China;2.DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,ShaoyangProfessionalTechnolog yCollege,ShaoyangHunan422000,China)Abstract:AnalyzingtheunstablereasonofGaN—basedbluelightLEDpeakwavelength,itwasthequantumrestriction Starkeffectcausedbythemulti—quantumwellarea.Somemeasurementscanimprovethestabilityofwavelengthbydiscussin gtheelectricfieldthroughtheattenuationpressed,usingfourYuandepartmentsstructures,opti mizingextensionmaterialgrowthconditionandtotalvariables.Then,itpointedoutthemostsuperiorplanforenhancing stablityofGaN—bluelightLEDpeakwavelength.Keywords:GaN;bluelightLED;thepeakwavelengthbluemoves;piezoelectriceffect;multi —quantumwell20世纪90年代以来,由于异质外延缓冲层技术及GaN材料P型掺杂技术取得突破,引发了全球科研工作者对GaN材料的研究.以GaN为代表的Ⅲ族氮化物属直接跃迁型的宽带隙半导体材料,其发光谱覆盖了从紫光到红光的整个可见光波段,且具有电子漂移饱和速度高,热导率高,硬度大,介电常数小,化学性质稳定及抗辐射,抗高温等优点,使得其广泛地应用于高亮度蓝绿光LEDs,蓝紫光LDs的研制,成为当今国内外半导体研究领域的一大热点.随着对GaN基蓝光LED研究的深入和应用范围的扩展,暴露出一些问题,如LED的输出光波长等将随注入电流,温度和时间的影响而变化].这给GaN基LED的实际应用带来两个问题:1)在全彩色显示应用中,波长的漂移将引起发光颜色变化,导致色彩不纯,影响显示屏的视觉效果;2)在半导体照明领域,蓝光LED峰值波长的变化将引起色度坐标的漂移,造成白光的颜色或色温发生变化.由此可见,获得高波长稳定性的LED器件是材料外延中研究的重点之一.本文对GaN基蓝光LED产生峰值波长蓝移的原因进行了细致分析,并提出了抑制这种现象的具体措施.1GaN基蓝光LED峰值波长蓝移的原因分析图1所示为GaN基蓝光LED的峰值波长随注入电流的变化曲线,可以看出,随着注入电流的增加,LED收稿日期:2008-03-25作者简介:刘一兵(1964-),男,湖南邵东人,邵阳职业技术学院高级工程师,湖南大学硕士生,主要研究方向为半导体器件制造工艺及设计.88湖南工业大学2008年发光峰值波长向短波长方向移动,即发生了蓝移.在实际应用中,蓝绿光波段5nm左右的波长变化足以让人眼感觉到颜色的差异.而造成这种蓝光LED峰值波长蓝移的主要原因,是由于InGaN/GaN多量子阱区强烈的极化效应,下面讨论极化效应产生的机理.图1GaN基蓝光LED峰值波长随注入电流变化曲线Fig.1ChangecurveofblueGaN-basedLEDspeak wavelengthalongwithpoursintotheelectriccurrentGaN基半导体材料存在3种晶体形态_3:纤锌矿(Wurtzite)结构,属六方相,为稳定结构;闪锌矿(Zincblende)结构,属立方相,为亚稳态结构;岩盐(Rocksalt)结构,需要在高压下才能形成.由于GaN晶格排列缺乏反演对称性,因此表现出强烈的极化效应.它表现为两个方面:1)沿(0001)晶向生长的纤锌矿结构GaN材料缺少变换对称性,GaN薄膜结构中Ga原子集合和N原子集合的质心不重合(c/a=1.633时,GaN原子集合的质心重合),从而形成电偶极子,在材料内部产生固有的自发极化(SPo2)在MOCVD外延生长量子阱时,由于InGaN和GaN存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配产生应力,导致形成压电极化(PEo拉伸应变时,对于Ga面系材料,自发极化P和压电极化P方向相同,压缩应变则相反,且其极化系数比传统Ⅲ一V族GaAs材料高(见表1[】o表1纤锌矿结构Ⅲ一V族半导体极化系数Table1Semiconductorsusceptibilityof spiauteritestructureIII-Vracec.m-2半导体自发极化压电极化压电极化压电极化名称系数P系数e31系数e33系数e35le31一(c3/q,e3,J 注:1(c?m)=6.25×10(e?m).对于一个应力层来说,有效压电极化强度P为:=[一(C3/C3,e3,]占,其中,占是层内应力,且占1=占+Eyy;C31和C33是弹性常数.在InGaN材料中,由于InGa一和GaN的自发极化强度之差很小,为△PsP=1.88x×10他(e?m-),而GaN上的InxGa1—层是处在压应力作用下,且尸PF=1.1x×10H(e?m-),女哚IIlN自q鹰弥哟0.15,那么PPF=1.65xx10"(e?m-), 此时压电极化占支配地位.由于Ⅲ族纤锌矿氮化物存在较大的压电极化系数,极化率在界面处的急剧变化将产生大量极化电荷,直接使体系内出现内建电场.在考虑极化效应时,InGaN/GaN量子阱的能带结构如图2所示.图2InGaN/GaN量子阱考虑极化效应时能带图Fig.2EnergybandchartofInGaN/GaNquantumpitfall considerationpolarizationeffect在通常使用的InGaN/GaN量子阱的(0001)方向上,内建电场强度粗略计达到MV/cm量级.这个内强电场将阻止发光器件中载流子的注入,引起显着的量子限制斯塔克效应(QCSE),导致能带倾斜,发光波长向长波段方向移动(即红移).随着注入电流的增大,由于载流子在导带(或价带)内的驰豫时间(约ps量级)比载流子寿命(约ns量级)要短得多,这样多量子阱区的自由载流子增加,屏蔽了部分内建电场,削弱了QCSE效应,阱中基态升高,从而使LED峰值波长向短波方向移动.这种蓝移就是LED峰值波长随注入电流变化的内在原因.由于量子限制斯塔克效应的影响,应力诱导极化场,激子跃迁能量减少大致为eEod(Eo为压电场,d为量子阱厚度),一般当InGaN/GaN量子阱宽超过3nm时,阱内电子空穴波函数空间分裂严重,波函数重叠积分大大减小,电子空穴对的复合辐射几率降低,限制了器件内量子效率的提高.2GaN基蓝光LED峰值波长蓝移的解决措施由于极化效应引起GaN基LED峰值波长蓝移造成波长稳定性差,使其在应用中引起一系列的问题,近年来,学者们研究了一系列解决蓝移的措施.由于压电电场是沿c轴方向产生的,如果在非极性面(相对于C面垂直的a面或m面)的法线(a轴或第3期刘一兵GaN基蓝光LED峰值波长蓝移现象分析及解决措施89 m轴)方向上,或者半极性面(相对于c面倾斜的斜面)的法线方向上生长晶体,就可以弱化压电电场对于生长轴方向的影响.这样既可以减小蓝移现象所造成发光波长的变动幅度,还可以提高外部量子效率.但采用常规外延工艺获得的非极性或半极性GaN存在表面粗糙,缺陷多和不稳定等缺点,因此,必须采用侧向外延,氢化物气相外延(HVPE)技术和优化外延生长参数来完善它.日亚化学中村修二等已成功地生长了室温最高空穴浓度达2×10/cm3的a面P-GaN,这比c面P—GaN的空穴浓度要高得多,还生长了堆垛层错密度达3×103/cm3,位错密度达5×106/cm3的光滑表面的m面GaN,由此制成的蓝光(450nm)LED芯片,在20mA和300mA电注入下测得的光功率分别达0.24mW 和2.95lI1w,封装后在20mA连续电注入和1A脉冲电注入(占空比为0.25%)下测得光功率分别达0.6mW和23.5mW,在高电流下没有饱和迹象,且波长稳定性很好刚.虽然非极性面还在晶体质量,MQW的界面平整度,压电极化及优化设计和有效注入电流等方面存在问题,但非极性LED正逐渐显示出其优越性.已有最新报道,非极性白光LED的发光效率达到200lm/W.而a面蓝宝石衬底更容易解理和易于获得更大尺寸(6英寸以上)且无裂纹的GaN外延片,这对GaN基电子器件是很重要的,为此,王涛,张国义等¨比较了以a面,c面蓝宝石为衬底生长的GaN外延层晶体取向,完整性和光学特性.采用四元混合晶体AIInGaN作为量子阱垒层材料代替GaN,由于AIlnGaN在能带和晶格大小的裁减上有着更大的自由度,可得到与InGaN晶格匹配很好的结构,能减少应力和缺陷,提高界面平整度等,从而提高了有源区的质量,有效抑制了QCSE效应.实验证明,这种有源区的发光机理为带到带的跃迁发光,非常适合制备宽量子阱的大功率LED.测试表明,虽然当电流低于120mA时,发光功率不如常规结构,但当电流高于120mA时,这种优越逐渐显现,且线性很好也不易饱和(见图3).这种InGaN/AIInGaN多量子阱结构LED的电致发光谱(EL)的峰值随注入电流变化的敏感程度下降,发光亮度得到提高.在生长MQW前先生长一层掺si的InGa,N层[1,In㈣GaoN层相当于一个宽阱,只要匹配好,当宽阱和有源层里的电子能量相等时,电子就会隧穿到有源层,从而提高了电子的浓度,当达到1×10/cm 时,可完全屏蔽掉压电极化场的影响.同时,宽阱In㈣GaN层的引入,相当于一个良好的电流分散层, 能削弱由于电流拥挤导致电场分布不均匀的影响,提高输出功率,减小驱动电压,提高发光均匀性.≥吕,静罨电流/mA图3AIInGaN和GaN作为量子阱垒层的LED在不同电注入方式下的光功率一电流曲线Fig.3Thedifferentelectricitylightpower—currentcurve whenitpourintoAIInGaNandGaNbuild thelevelasthequantumpitfallLED为增强GaN基LED波长的稳定性,可采用脉冲电流消除热效应的影响,但要从根本上解决波长的稳定性问题,必须尽量降低极化场强的大小.InGaN材料起主导作用的压电极化强度与器件的总应变量成正比,且当压电效应一定时,电流注入导致的能带填充效应也会对发射波长的变化产生一定影响,因此,必须设法使量子阱中的应力驰豫.罗毅等¨通过优化LED器件材料的生长条件和总应变量,在700～740℃生长5个周期具有极平整界面的InGaN(1.8nn1)/GaN (11rim)多量子阱作为发光区的LED外延片,由此制作出的LED器件,在0～120mA注入电流下,发光波长变化小于1rim(如图4所示),在20mA的正向电流下,其光谱半高全宽(FWHM)只有18rim,当正向电流达到120mA时,光谱的FWHM仍只有21rim,变化仅3rim(如图5所示),且随流入电流变化较小.因此, 通过优化外延生长条件,调节量子阱中阱层与垒层的厚度,可抑制极化效应,降低极化场强来稳定GaN基LED的波长.吕盐ij型磐电流/mA图4蓝光LED芯片峰值波长随注入电流的变化Fig.4ThechangeoftheblueLEDchippeakwavelength alongwithpoursintotheelectriccurrent90湖南工业大学2008正g譬≥_工电流/mA图5蓝光LEDFWHM随注入电流的变化Fig.5ThechangeofbluelightLEDFWHM alongwithpoursintotheelectriccurrent3结语GaN基蓝光LED目前主要采用InGaN/GaN多量子阱结构,而这种结构由于InGaN和GaN晶格常数失配产生应力存在强烈的压电极化现象,造成LED的峰值波长蓝移,引起LED在实际应用中出现一系列的问题.本文研究了造成峰值波长不稳定的原因,介绍了目前提高波长稳定性的主要解决措施.根据以上分析,笔者认为:采用非极性的GaN衬底,在MQW之前引入用于改善外延材料应力的InGaN/GaN超晶格,优化外延生长条件,将是提高GaN基蓝光LED峰值波长稳定性的最优方案.参考文献【1】【2】SheuJK,PanCJ,ChiGC,eta1.White—lightemission formInGaN—GaNmultiquantum-welllight-emittfiagdiodeswith SiandZncodopedactivewelllayer[J].IEEEPhotonTechno1. Lett.,2002,14(4):450-452.MuthuS,SchuurmansFJ,PashlegMD.Redgreenand blueLEDbasedwhitelightgenertionissuesandcontrol[C]// IEEEIndustryApplicationConference.【S.1.】:【S.n.】,2002: 327-333.【3】陈平,王启明.GaN非线性光学效应研究进展IJJ.物理学进展,2005,25(4):430-440.【4】罗毅,张贤鹏,韩彦军,等.半导体照明关键技术研究【J1.激光与光电子学进展,2007,44(3):17—28.【5】KimJJ,ParkSK,KimHM.Piezoelectricandspontaneous polarizationeffectsonexcitonbindingenergiesinwurtziteGaN/A1GaNquantumwells[J].J.KoreanPhysicalSociety, 2003,43(1):149-153.【6】ShiJJ,XiaCX,WeiSY,eta1.Excitonstatesinwurtzite InGaNstrainedcoupledquantumdotsEffectsof piezoelectricityandspontaneouspolarization[J].J.App1. Phys.,2005,97(8):083704—083707.【7】LerouxM,GrandjeanN,LaugtM,eta1.Quantumconfined Starkeffectduetobuilt—ininteralpolarizationfieldsin(A1Ga)N/GaNquantumwells[J].PhyscicalReviewB.,1998,58 (20):13371—13374.【8】TraettaG,CarloAD,RealeA,eta1.Chargestorageand sereeningoftheinteralfieldinGaN/AIGaNquantumwells[J]. 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《LED 制造技术与应用》阶段考试(一）一、 填空题（每空1分,共23分）1、590nm 波长的光是 黄 光（填颜色)；380nm 波长的光是 紫 光（填颜色）,可见光的波长范围是 380－780 nm 。

2、目前市场主流的白光LED 产品是由 InGaN (蓝光) 芯片产生的 蓝 光与其激发 YAG 荧光粉产生的 黄 光混合而成的，且该方面的专利技术主要掌握在日本日亚化学公司手中。

3、色温越偏蓝，色温越 高（冷） ，偏红则色温越 低（暖） 。

4、对于GaAs ，SiC 导电衬底,具有面电极的 红、黄（单电极或L 型） LED 芯片，采用 银胶 来固晶；对于蓝宝石绝缘衬底的 蓝、绿（双电极或V 型）LED 芯片，采用 绝缘胶 来固定芯片.6、银胶的性能和作用主要体现在： 固定芯片 、 导电性 、 导热性 。

7、翻译以下行业术语：示例：外延片 Wafer（1） 发光二极管 Light emitting diode（2） 芯片 chip（3） 荧光粉 phosphor直插式LED LED Lamp8、若已知外延材料的禁带宽度(符号：Eg ，单位：eV ），则该外延片制作的LED 发光波长与禁带宽度的关系通常可表示为:g1240E ＝ nm 9、金丝球焊机在操作过程中，四要素是：时间 、 功率 、 压力 、 温度 。

二、 判断题(对的打“√”，错的打“×”，16分，每小题2分）1、现有YAG 黄色荧光粉，分别采用波长为460nm 和470nm 的蓝光LED 芯片激发,则470nm 一定比460nm 激发的效率高。

（×）2、在CIE 图中，x 代表蓝色，y 代表绿色,z 代表红色，且x ＋y ＋z ＝1. （×）3、发光强度大于100mcd 的LED ，称之为超高亮度的LED 。

（√)4、对于InGaAlP 材料,可选取合适的Al －Ga 组分配比,以便在黄绿色到深红色的光谱范围内调整LED 的波长. （√)5、LED 芯片一般采用蓝宝石（Al2O3)、硅(Si ）、碳化硅（SiC ）等半导体材料，其中SiC 可作为V 型接触的芯片衬底。

GaN 材料的欧姆接触研究进展摘要：III-V 族GaN 基材料以其在紫外光子探测器、发光二极管、高温及大功率电子器件方面的应用潜能而被广为研究。

低阻欧姆接触是提高GaN 基器件光电性能的关键。

金属/GaN 界面上较大的欧姆接触电阻一直是影响器件性能和可靠性的一个问题。

对于各种应用来说，GaN 的欧姆接触需要得到改进。

通过对相关文献的归纳分析，本文主要介绍了近年来在改进n-GaN 和p-GaN 工艺、提高欧姆接触性能等方面的研究进展。

关键词：GaN;欧姆接触0 引 言近年来，氮化镓（GaN ）因其在紫外探测器、发光二极管（LED ）、高温大功率器件和高频微波器件等领域的广泛应用前景而备受关注。

实现金属与GaN 间的欧姆接触是器件制备工艺中的一个重要问题。

作为宽带隙材料代表的GaN 具有优异的物理和化学性质,如击穿场强高,热导率大,电子饱和漂移速度快,化学稳定性好等,在蓝绿光LEDs,蓝光LDs,紫外探测器及高温、微波大功率器件领域具有诱人的应用前景。

近年来GaN 基器件的研究取得了巨大进展,但仍面临许多难题,其中获得良好欧姆接触是制备高性能GaN 基器件的关键之一,特别是大工作电流密度的半导体激光器及高温大功率器件更需要良好的欧姆接触。

欧姆接触是接触电阻很低的结，它不产生明显的附加阻抗，结的两边都能形成电流，也不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著改变。

本文主要介绍了2006年以来部分期刊文献中有关n-GaN 和p-GaN 器件欧姆接触研究的进展。

1 欧姆接触原理及评价方法低阻的欧姆接触是实现高质量器件的基础。

根据金属-半导体接触理论,对于低掺杂浓度的金属-半导体接触,电流输运由热离子发射决定,比接触电阻为:KTq T qA K Bn c Φ•=ex p *ρ式中:K 为玻尔兹曼常数,q 为电子电荷,A*为有效里查逊常数,ΦBn 为势垒高度,T 为温度。

对于较高掺杂的接触,此时耗尽层很薄,电流输运由载流子的隧穿决定,比接触电阻为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Φoo Bn E q exp ∝c ρ，m N qh s d επ4E oo =，式中s ε为半导体介电常数，m 为电子有效质量，d N 为掺杂浓度，h 为普朗克常量。

第 44 卷第 5 期2023年 5 月Vol.44 No.5May, 2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCEAlGaN基深紫外LED的NiAu透明电极及其接触特性王雪1*，刘乃鑫1，2，王兵1，2，郭亚楠1，2，张晓娜1，郭凯1，李勇强1，张童1，闫建昌1，2，李晋闽1，2（1. 山西中科潞安紫外光电科技有限公司，山西长治　046000；2. 中国科学院半导体研究所半导体照明技术研究开发中心，北京　100083）摘要：在p⁃AlGaN表面沉积Ni/Au/Ni/Au透明电极体系，通过传输线模型测试，研究了退火温度对Ni/Au/Ni/Au 与p⁃AlGaN材料接触特性的影响。

结果表明，AlGaN基深紫外LED采用Ni/Au/Ni/Au金属体系，在600 ℃空气氛围下退火3 min形成p型半导体材料NiO。

进一步优化Ni/Au/Ni/Au体系金属厚度，当Ni/Au/Ni/Au各层厚度由20/20/20/20 nm减薄至2/2/5/5 nm，并在600 ℃空气氛围退火3 min，其与p⁃AlGaN材料的接触电阻率从3.23×10-1 Ω·cm2降到2.58×10-4 Ω·cm2。

采用上述优化的Ni/Au/Ni/Au体系制备的深紫外LED器件，器件光电特性得到了改善。

在150 mA驱动下工作电压低至5.8 V；通过提升电极透过率，光输出功率提升18.9%。

关键词：UV-LED； AlGaN； NiAu；欧姆接触中图分类号：TN312.8 文献标识码：A DOI： 10.37188/CJL.20220385Ohmic Contact Characteristics of AlGaN-based Deep-ultraviolet Light-emitting-diodes with NiAu Transparent Electrode WANG Xue1*， LIU Naixin1，2， WANG Bing1，2， GUO Yanan1，2， ZHANG Xiaona1， GUO Kai1，LI Yongqiang1， ZHANG Tong1， YAN Jianchang1，2， LI Jinmin1，2（1.Advanced Ultraviolet Optoelectronics Co.， Ltd.， Changzhi 046000， China；2.Semiconductor Lighting Technology Research and Development Center， Institute of Semiconductors，Chinese Academy of Sciences， Beijing 100083， China）* Corresponding Author， E-mail： wangxue@Abstract：A Ni/Au/Ni/Au transparent electrode system was deposited on the surface of p-AlGaN， and the effects of annealing temperature on the contact characteristics of Ni/Au/Ni/Au with p-AlGaN were studied by transmission line model.When the AlGaN-based deep ultraviolet LED adopted Ni/Au/Ni/Au metal system，meanwhile annealed at 600 ℃ for 3 min，the results show that p-type semiconductor material NiO can be formed in the contact interface.The metal thickness of Ni/Au/Ni/Au system was further optimized. When the Ni/Au/Ni/Au layers were thinned from 20/20/20/20 nm to 2/2/5/5 nm，with the annealing condition at 600 ℃ for 3 min， the specific contact resistivity de⁃creased from 3.23×10-1 Ω·cm2 to 2.58×10-4 Ω·cm2. Using the above optimized Ni/Au/Ni/Au system into LED chip process， the photoelectric characteristics of the LED device can be improved drastically. The operating voltage was reduced to 5.8 V at 150 mA， as the increase of the electrode transmittance， the optical output power was increased by 18.9% at the same current.Key words：UV-LED； AlGaN， NiAu； Ohmic contact文章编号： 1000-7032（2023）05-0898-06收稿日期：2022⁃11⁃07；修订日期：2022⁃11⁃25基金项目：山西省重点研发计划（202102030201007）；山西省关键核心技术和共性技术研发攻关（20201102013）Supported by Shanxi Key RD Program（202102030201007）； Key Technology and Generic Technology Research and Develop⁃ment of Shanxi（20201102013）第 5 期王雪，等： AlGaN基深紫外LED的NiAu透明电极及其接触特性1　引 言随着280 nm以下波段的深紫外光在水体、固体的杀菌消毒、生物检测和医疗等方面的广泛应用，以第三代氮化物材料制备的小型高效的深紫外发光二极管（LED）进入了人们的视野[1-2]。

分类号TN312 学校代码10590 U D C密 级公开深圳大学硕士学位论文GaN基LED芯片的制作卫静婷学科门类工学专业名称物理电子学学院（系、所）光电子学研究所指导教师冯玉春GaN基LED芯片的制作摘要GaN材料及器件近年来成为研究的热点，尤其是GaN基发光二极管（LED）。

究其原因，主要是因为GaN蓝绿光LED产品的出现从根本上解决了白光发光二极管三基色的缺色问题。

而且LED是节能、环保型光源，具有体积小、冷光源、响应时间短、发光效率高、防爆、节能、寿命长、无闪频、容易与IC电路匹配，可在各种恶劣环境下使用等特点。

因此GaN发光二极管的应用遍及大屏幕彩色显示、车辆及交通、多媒体显像、LCD 背光源、光纤通讯等领域。

白光LED照明更是引起了各个国家的高度重视，日本、美国、欧洲以及我国都相继启动了有关白光照明的研究项目。

本文就LED制作过程中出现的困难，着重研究了GaN基LED制作中的p型欧姆接触电极的制作，以及透明导电材料：掺锡氧化铟（ITO）的制备，并对GaN基LED进行了试做，得出了以下的结果： （1）采用Ni/Au作为p型欧姆接触电极，通过实验得到，540℃是退火的最佳温度。

金属层厚度过厚或者过薄都会使电阻率增大。

而在p-GaN上用磁控溅射沉积Ni（20nm）/Au（40nm）的条件下，在空气中快速退火300s，得到最佳接触比电阻率为1.09×10-5Ω·cm2。

（2）ITO薄膜制备过程中，氧流量的改变，使得薄膜氧含量不同，从而导致薄膜方块电阻和透过率随着退火温度的升高，其变化规律不尽一致。

通过实验，我们得到透过率为90%以上，方块电阻较小的样品。

（3）论文最后根据GaN基LED的制作流程，进行了试做及测试，经过对发光亮度，发光功率，反向漏电流等参数的综合优化，获得了高亮度GaN蓝光LED的最终性能指标：发光波长：455～460nm；正向电压：3.22～3.27V；发光功率：>6mW（I F=20 mA）；反向漏电流：<0.05µA（V R=5v）。

Si衬底LED芯片制造和封装技术引言1993年世界上第一只GaN基蓝色led问世以来，LED制造技术的发展令人瞩目。

目前国际上商品化的GaN基LED均是在蓝宝石衬底或SiC衬底上制造的。

但蓝宝石由于硬度高、导电性和导热性差等原因，对后期器件加工和应用带来很多不便，SiC同样存在硬度高且成本昂贵的不足之处，而价格相对便宜的si衬底由于有着优良的导热导电性能和成熟的器件加工工艺等优势因此Si衬底GaN基LED制造技术受到业界的普遍关注。

目前日本日亚公司垄断了蓝宝石衬底上GaN基LED专利技术，美国CREE公司垄断了SiC衬底上GaN基LED专利技术。

因此，研发其他衬底上的GaN基LED生产技术成为国际上的一个热点。

1Si衬底LED芯片制造1.1技术路线在si衬底上生长GaN，制作LED蓝光芯片。

工艺流程：在si衬底上生长AlN缓冲层一生长n型GaN-生长InGaN多量子阱发光层-生长P型AlGaN层-生长p型GaN层-键合带Ag反光层并形成p型欧姆接触电极一剥离衬底并去除缓冲层一制作n型掺si层的欧姆接触电极一合金―钝化一划片一测试一包装。

1.2主要制造工艺si衬底GaN基LED芯片结构图见图1。

图1si 衬底GaN 基LED 芯片结构图从结构图中看出，si 衬底芯片为倒装薄膜结构，从下至上依次为背面Au 电极、si 基板、粘接金属、金属反射镜(P 欧姆电极)GaN 外延层、粗化表面和Au 电极。

这种结构芯片电流垂直分布，衬底热导率高，可靠性高；发光层背面为金属反射镜，表面有粗化结构，取光效率高。

1.3关键技术及创新性用Si 作GaN 发光二极管衬底，虽然使LED 的制造成本大大降低，也解决了专利垄断问题，然而与蓝宝石和SiC 相比，在Si 衬底上生长GaN 更为困难，因为这两者之间的热失配和晶格失配更大，si 与GaN 的热膨胀系数差别也将导致GaN 膜出现龟裂，晶格常数差会在GaN 外延层中造成高的位错密度；另外si 衬底LED 还可能因为si 与GaN 之问有0.5v 的异质势垒而使开启电压升高以及晶体完整性差造成P 型掺杂效率低，导致串联电阻增大，还有si 吸收可见光会降低LED 的外量子效率。

GaN是直接跃迁的宽带隙材料，具有禁带宽度大(3.4eV，远大于Si 的1.12eV，也大于SIC的3.0eV)，电子漂移饱和速度高，介电常数小，导热性能好等特点，在光电子器件和电子器件领域有着广泛的应用前景。

GaN材料与金属欧姆接触的性能对器件有着重要的影响。

低阻欧姆接触是GaN基光电子器件所必需的。

本论文分析了国内外GaN基光电子器件研究的历史和现状，重点对金属与n型GaN的欧姆接触进行了研究。

在此基础上，在蓝宝石基和Si基GaN上制作了MSM结构光导型探测器，并对MSM探测器的结构进行了优化。

主要工作如下:1.研究了Al单层电极及Ti/Al双层电极与蓝宝石基GaN在不同退火条件下的欧姆接触情况，并用X射线衍射谱(XRD)，二次离子质谱(SIMS)对界面固相反应进行了分析。

并建立了一套欧姆接触电阻率测试系统。

2.研究了表面处理对n-GaN上无合金化的Ti/A1电极起的作用，比较了(NH4)S x溶液和CH3CSNH2/NH4OH溶液两种不同的表面处理方法对GaN材料光致发光谱(PL谱)以及Ti/Al电极欧姆接触性能的影响。

在用CH3CSNH2/NH4OH溶液处理过的样品上制作的无合金化的Ti/Al电极，可得到较低的4.85~5.65*10-4Ω·cm2的接触电阻率，而且材料的发光特性也有明显提高。

3.在蓝宝石基和si基GaN上分别制作了MSM结构的光导型紫外探测器。

测试了光响应度等参数。

4.利用Matlab软件对MSM结构的电场进行模拟，对MSM结构几何参数进行了优化。

GaN基材料，是指IIIA族元素Al、Ga、In等与V族元素N形成的化合物(AIN、GaN、InN)以及由它们组成的多元合金材料(In x Ga1-x N，Al x Ga1-x N等)。

这些化合物的化学键主要是共价键，由于构成共价键的两种组分在电负性上较大的差别，在该化合物键中有相当大的离子键成分，它决定了各结构相的稳定性。

2024年普通高等学校招生全国统一考试物理（江西卷）注意事项：1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。

2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。

如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。

回答非选择题时，将答案写在答题卡上。

写在本试卷上无效。

3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。

一、选择题：本题共10小题，共46分。

在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

1.极板间一蜡烛火焰带有正离子、电子以及其他的带电粒子，两极板电压保持不变，当电极板距离减小时，电场强度如何变？电子受力方向？（）A.电场强度增大，方向向左B.电场强度增大，方向向右C.电场强度减小，方向向左D.电场强度减小，方向向右2.近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条LED 技术路线。

某氮化镓基LED 材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20eV （约193.5210J -⨯）,普朗克常量346.6310J s h -=⨯⋅，则发光频率约为（）A.146.3810Hz ⨯B.145.6710Hz ⨯C.145.3110Hz ⨯D.144.6710Hz⨯3.某物体位置随时间的关系为x =1＋2t ＋3t 2，则关于其速度与1s 内的位移大小，下列说法正确的是（）A.速度是对物体位置变化快慢的物理量，1s 内的位移大小为6mB.速度是对物体位移变化快慢的物理量，1s 内的位移大小为6mC.速度是对物体位置变化快慢的物理量，1s 内的位移大小为5mD.速度是对物体位移变化快慢的物理量，1s 内的位移大小为5m4.两个质量相同的卫星绕月球做匀速圆周运动，半径分别为1r 、2r ，则动能和周期的比值为（）A.k121k212,E r T E r T ==B.k111k222,E r T E r T ==C.k121k212,E r T E r T ==D.k111k222E r T E r T ==，5.庐山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”瀑布高150m ，水流量10m 3/s ，假设利用瀑布来发电，能量转化效率为70%，则发电功率为（）A.109W B.107W C.105W D.103W6.如图（a ）所示，利用超声波可以检测飞机机翼内部缺陷。

中山大学本科生毕业论文(设计)2009年5月P型GaN欧姆接触研究[摘要摘要]]近年来，GaN材料及器件成为研究的热点，尤其是GaN基发光二极管(LED)。

在GaN基LED 的制备工艺中，电极的制备占据重要的地位。

GaN基蓝、绿光LED的研究取得极大进步的同时，对器件电极的制备也提出了更高的要求。

因此金属电极与GaN的欧姆接触也是研究的热点之一，尤其是p型GaN欧姆接触。

实现低接触电阻的p型GaN欧姆接触的困难主要有：在外延生长过程中，p型GaN的载流子浓度很难达到简并水平；现实中缺少功函数比p型GaN 高的金属。

本论文首先分析了欧姆接触的原理、接触电阻率的测量方法及欧姆接触的制作工艺。

然后主要对Ni/Au与p型GaN的欧姆接触进行了研究，对比了TLM和CTLM模型测量接触电阻率的异同,并取得了本实验室制备Ni/Au与p型GaN欧姆接触的实验条件。

关键词]][关键词p型GaN；欧姆接触；传输线模型(TLM)；圆形传输线模型(CTLM)摘要R esearch on p type GaN ohmic contact[Abstract]Recently,GaN has been extensively investigated for electronic and optoelectronic application,especially for GaN based light emitting diodes(LED). Tremendous progress has been achieved in GaN based blue and green LED.At the same time,the rapid progress on devices requires better ohmic contact between metals and GaN,especially for p type GaN ohmic contact.The difficulties in achieving low-resistance ohmic contact to p type GaN are due to the facts that:the carrier concentration of p type GaN cannot be increased to a degenerate level during epitaxial growth;a practical metal with a higher work function than that of p type GaN is not available.In this thesis,we introduce the theory of ohmic contact,the measurement of specific contact resistance in ohmic contact between the metal and semiconductor and the forming of ohmic contact in the first part.The primary investigation of this paper is the ohmic contact between Ni/Au and p type GaN.We compare the experimental results between transmission line model(TLM)and.circular transmission line model(CTLM).We also obtain the conditions of forming the ohmic contact between Ni/Au and p type GaN in our laboratory.[K eywords]p type GaN;ohmic contact;transmission line model(TLM);circular transmission line model(CTLM)中山大学本科生毕业论文(设计)2009年5月目录第一章绪论 (1)一.GaN材料与器件的研究意义 (1)二.Ⅲ族氮化物材料的性质 (2)三.GaN基LED外延用衬底的选择 (3)四.GaN基LED的研究历史与现状 (4)(一).早期发展 (4)(二).两个重大突破 (5)(三).GaN基LED的发展 (5)(四).GaN基LED的一些最新研究成果 (7)五.p型GaN欧姆接触的研究意义 (10)六.本文内容安排 (12)第二章欧姆接触 (13)一.欧姆接触的理论分析 (13)二.欧姆接触的评价方式 (15)(一).TLM模型 (15)(二).CTLM模型 (16)(三).小结 (17)三.欧姆接触的相关工艺 (18)第三章p型GaN欧姆接触关键技术调研 (22)一.引言 (22)二.p型GaN欧姆接触的关键技术概述 (22)(一).降低Schottky势垒高度 (22)(二).合金过程中提高空穴浓度 (25)(三).利用极化效应 (26)三.本章小结 (28)第四章.Ni/Au与p型GaN欧姆接触研究 (29)一.概述 (29)二.研究目的 (30)三.实验过程 (31)四.结果分析 (32)(一).合金时间对欧姆接触的影响 (32)(二).比较TLM与CTLM模型 (36)(三).合金温度对欧姆接触电阻率的影响 (38)五.实验结论 (39)目录第五章总结 (41)参考文献 (43)致谢 (48)中山大学本科生毕业论文(设计)2009年5月第一章绪论一.GaN材料与器件的研究意义在半导体科学发展过程中，半导体材料是这一领域进步的重要基石。