P型GaN上AZO膜的制备及欧姆接触特性

摘要

GaN是制备光电器件（如LED﹑LD）的理想材料。目前，GaN基LED通常采用Ni/Au作为p-GaN接触电极，但当Ni/Au太厚，其透光率低，大大降低了LED发光效率；太薄则影响电流的均匀扩散和热稳定性。因此，如何在p-GaN上获得低阻和高透光率的欧姆接触，从而提高LED发光效率，一直是众多研究者关注的焦点问题之一。为提高LED的发光效率，除了在封装结构、光学设计等方面的工作外，方法之一是采用透明导电膜来代替金属作为p-GaN上的接触电极，以实现电流的均匀扩散及高透光率，从而获得更高的光输出。为此，在系统分析国内外GaN基LED透明电极的研究现状基础上，提出在p-GaN上制备低成本的Al掺杂ZnO(AZO)透明导电膜，并研究其接触特性。
　　本文用直流磁控溅射法在p-GaN制备Al掺杂的ZnO薄膜，采用AFM，XRD和霍尔测试仪分析样品表面形貌、组织结构和电学特性；为研究ZnO薄膜的透光性能，用直流磁控溅射法在玻璃衬底上沉积AZO薄膜，采用双光束紫外可见分光光度计检测薄膜透光率。由于AZO直接沉积在p-GaN上难以得到欧姆接触，改用Ni/AZO方案，利用电子束蒸发和磁控溅射法在p-GaN分别沉积了Ni和AZO薄膜，制备Ni/AZO透明电极，经过光刻、刻蚀后，获得所需的圆点传输线图案，研究其接触特性。
　　结果表明：p-GaN上沉积的AZO薄膜展现（0002）峰的择优取向，AFM观察发现退火后的样品表面变粗糙；退火可以增加AZO薄膜的载流子浓度，当温度达573K时，载流子浓度为6.16×1020cm-3，电阻率达到9.07×10-4.cm；玻璃衬底上制备的AZO薄膜在可见光范围内透光率高于80％，退火后样品的透光率有所提高，带边吸收峰发生蓝移；还利用Swanepoel方法计算光学能带以及机理分析。由于实验获得AZO薄膜优良的光电特性，可望用于GaN基LED的透明电极，以提高LED的出光效率；将Ni/AZO沉积在p-GaN上，空气中400℃和500℃下快速度热退火，呈欧姆接触特性；而550℃退火时，接触又开始呈现整流特性；400℃下退火时的比接触电阻率为2.2927×10-2Ω.cm2；研究空气中退火前后Ni/AZO电极透光率的变化，Ni(5nm)/AZO膜未退火时,透光率低于50%，400℃空气中退火1min后，400-600nm波长范围内，透光率可达60~70%。

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1 绪 论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 P-GaN上难以形成欧姆接触的原因及解决思路

1.3 P-GaN透明电极的研究现状

1.4 ZnO薄膜的基本特性

1.5 AZO薄膜的光电特性

1.6 本文的内容和创新点

2 AZO薄膜的制备及表征方法

2.1 直流磁控溅射方法

2.2 实验方法

2.3 检测方法

3 AZO薄膜结构与性能

3.1 AZO薄膜结构特性分析

3.2 AZO薄膜电学特性

3.3 AZO薄膜的光学特性

3.4 本章小结

4 Ni/AZO与p-GaN欧姆接触

4.1 欧姆接触的原理

4.2 欧姆接触的测试方法

4.3 标准器件工艺

4.4 P-GaN的制备及透明电极的制备

4.5 Ni/AZO与P-GaN的接触特性

4.6 透明电极的光学特性

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2后续工作的展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间获得的成果情况