Ni/Ag/Ti/Au与p-GaN的欧姆接触性能及光反射率

黄亚平; 云峰; 丁文; 王越; 王宏; 赵宇坤; 张烨; 郭茂峰; 侯洵; 刘硕

doi:10.7498/aps.63.127302

摘要

研究了不同Ni厚度的Ni/Ag/Ti/Au电极在不同退火温度和退火气氛下与p-GaN之间的欧姆接触性能以及电极的光反射率的变化. 采用矩形传输线模型对各电极的比接触电阻率进行测算，利用分光光度计对电极在不同波长下的反射率进行测量. 结果表明，Ni金属层的厚度越小，电极的光反射率越高，而Ni层厚度对比接触电阻率的影响较小；当退火温度高于400 ℃后，电极的光反射率降低，在氧气氛围中退火后光反射率比在氮气中退火后下降更加明显. 但在氧气氛围中退火有利于减小比接触电阻率. 综合考虑接触电阻和光反射率，电极Ni（1 nm）/Ag/Ti/Au在400 ℃氧气中快速退火后得到了较好的结果，其比接触电阻率为5.5×10-3 Ω·cm2，在450 nm 处反射率为85%. 利用此电极制作了垂直结构发光二极管（LED）器件，LED在350 mA注入电流下，工作电压为3.2 V，发光功率为270 mW，电光转换效率达到24%.

关键词:

p-GaN /
欧姆接触 /
反射率 /
快速退火

Abstract

The ohmic reflectivity of Ni/Ag/Ti/Au in contact with p-GaN is studied. It is found that under different thickness values of Ni, different annealing temperatures and different annealing atmospheres, the performances of Ni/Ag/Ti/Au electrode are greatly changed. The contact resistivity is measured using the transmission line model. The reflectivity of the electrode is investigated by using a spectrophotometer. The results reveal that the thinner the Ni metal layer, the higher its reflectivity is, in addition, the thickness value of Ni metal has a little influence on contact resistivity. There appears an abrupt decrease in reflectivity of electrode after annealing at a temperature higher than 400 ℃. It is noticed that the reflectivity decreases more sharply after annealing in oxygen atmosphere than in nitrogen atmosphere. However, annealing in oxygen atmosphere is more helpful to reduce the contact resistivity. The comprehensive evaluations of the contact resistivity and reflectivity indicate that the better performances of Ni (1 nm)/Ag/Ti/Au electrode after rapid annealing in oxygen atmosphere at 400 ℃ are achieved: its contact resistance reaches 5.5× 10-3 Ω·cm2 and reflectivity rises up to 85% at 450 nm. Light emitting diode (LED) of vertical structure is fabricated with an optimal electrode. The LED under an injection current of 350 mA can achieve the following working parameters: the working voltage is 3.2 V, the optical output power is 270 mW, and the electro-optical conversion efficiency is 24%.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西安交通大学, 电子物理与器件教育部重点实验室, 陕西省信息光子技术重点实验室, 西安 710049;

2.
西安交通大学固态照明工程研究中心, 西安 710049;

3.
陕西新光源科技有限责任公司, 西安 710077

基金项目: 国家高技术研究发展计划（批准号：2012AA041004，2011AA03A111）资助的课题.

Authors and contacts

1.
Shaanxi Provincial Key Laboratory of Photonics and Information Technology, Key Laboratory for Physical Electronics and Devices of the Ministry of Education, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China;

2.
Solid State Lighting Engineering Research Center, Xi'an Jiangtong University, Xi'an 710049, China;

3.
Shaanxi Supernova Lighting Technology Co. Ltd, Xi'an 710077, China

Funds: Project supported by the National High Technology Research and Development Program of China (Grant Nos. 2012AA041004, 2011AA03A111).

参考文献

[1]	Ponce F A, Bour D P 1997 Nature 386 351
[2]	Yang L, Ma X H, Feng Q, Hao Y 2008 Chin. Phys. B 17 7
[3]	Ding Z B, Yao S D, Wang K, Cheng K 2006 Acta Phys. Sin. 55 2977 (in Chinese)[丁志博, 姚淑德, 王坤, 程凯 2006 55 2977]
[4]	Xue Z Q, Huang S R, Zhang B P, Chen C 2010 Acta Phys. Sin. 59 1268 (in Chinese)[薛正群, 黄生荣, 张保平, 陈朝 2010 59 1268]
[5]	Park J, Shin M, Lee C C 2004 Opt. Lett. 29 2656
[6]	Kim H, Choi K K, Kim K K, Cho J, Lee S N, Park Y, Kwak J S, Seong T Y 2008 Opt. Lett. 33 1273
[7]	Zheng C, Zhang S M, Wang H, Liu J P, Wang H B, Li Z C, Feng M X, Zhao D G, Liu Z S, Jiang D S, Yang H 2012 Chin. Phys. Lett. 29 017301
[8]	Maeda T, Koide Y, Murakami M 1999 Appl. Phys. Lett. 75 4145
[9]	Li X J, Zhao D G, He X G, Wu L L, Li L, Yang J, Le L C, Chen P, Liu Z S, Jiang D S 2013 Acta Phys. Sin. 62 206801 (in Chinese)[李晓静, 赵德刚, 何晓光, 吴亮亮, 李亮, 杨静, 乐伶聪, 陈平, 刘宗顺, 江德生 2013 62 206801]
[10]	Chang L B, Shire C C, Jeng M J 2007 Appl. Phys. Lett. 90 163515
[11]	Jang H W, Lee J L 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5920
[12]	Song J O, Kwak J S, Park Y, Seong T Y 2005 Appl. Phys. Lett. 86 062104
[13]	Kim K S, Suh M G, Cho S N 2012 Appl. Phys. Lett. 100 061113
[14]	Wu D F, Yan B D 1989 Principle, Measurement and Processing of Ohmic Contacts on Metal-Semiconductor Interface (Shanghai: Shanghai Jiaotong University Press) p8 (in Chinese) [吴鼎芬, 颜本达 1989 金属-半导体界面欧姆接触的原理、测试与工艺 (上海: 上海交通大学出版社) 第8页]
[15]	Jang H W, Kim S Y, Lee J L 2003 J. Appl. Phys. 94 1748
[16]	Lin Y J 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2760
[17]	Greco G, Prystawko P, Leszczy'nski M, Nigro R L, Raineri V, Roccaforte F 2011 J. Appl. Phys. 110 123703

施引文献

[1]	Ponce F A, Bour D P 1997 Nature 386 351
[2]	Yang L, Ma X H, Feng Q, Hao Y 2008 Chin. Phys. B 17 7
[3]	Ding Z B, Yao S D, Wang K, Cheng K 2006 Acta Phys. Sin. 55 2977 (in Chinese)[丁志博, 姚淑德, 王坤, 程凯 2006 55 2977]
[4]	Xue Z Q, Huang S R, Zhang B P, Chen C 2010 Acta Phys. Sin. 59 1268 (in Chinese)[薛正群, 黄生荣, 张保平, 陈朝 2010 59 1268]
[5]	Park J, Shin M, Lee C C 2004 Opt. Lett. 29 2656
[6]	Kim H, Choi K K, Kim K K, Cho J, Lee S N, Park Y, Kwak J S, Seong T Y 2008 Opt. Lett. 33 1273
[7]	Zheng C, Zhang S M, Wang H, Liu J P, Wang H B, Li Z C, Feng M X, Zhao D G, Liu Z S, Jiang D S, Yang H 2012 Chin. Phys. Lett. 29 017301
[8]	Maeda T, Koide Y, Murakami M 1999 Appl. Phys. Lett. 75 4145
[9]	Li X J, Zhao D G, He X G, Wu L L, Li L, Yang J, Le L C, Chen P, Liu Z S, Jiang D S 2013 Acta Phys. Sin. 62 206801 (in Chinese)[李晓静, 赵德刚, 何晓光, 吴亮亮, 李亮, 杨静, 乐伶聪, 陈平, 刘宗顺, 江德生 2013 62 206801]
[10]	Chang L B, Shire C C, Jeng M J 2007 Appl. Phys. Lett. 90 163515
[11]	Jang H W, Lee J L 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5920
[12]	Song J O, Kwak J S, Park Y, Seong T Y 2005 Appl. Phys. Lett. 86 062104
[13]	Kim K S, Suh M G, Cho S N 2012 Appl. Phys. Lett. 100 061113
[14]	Wu D F, Yan B D 1989 Principle, Measurement and Processing of Ohmic Contacts on Metal-Semiconductor Interface (Shanghai: Shanghai Jiaotong University Press) p8 (in Chinese) [吴鼎芬, 颜本达 1989 金属-半导体界面欧姆接触的原理、测试与工艺 (上海: 上海交通大学出版社) 第8页]
[15]	Jang H W, Kim S Y, Lee J L 2003 J. Appl. Phys. 94 1748
[16]	Lin Y J 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2760
[17]	Greco G, Prystawko P, Leszczy'nski M, Nigro R L, Raineri V, Roccaforte F 2011 J. Appl. Phys. 110 123703

[1]	汤家鑫, 李占海, 邓小清, 张振华. GaN/VSe₂范德瓦耳斯异质结电接触特性及调控效应. , 2023, 72(16): 167101. doi: 10.7498/aps.72.20230191
[2]	王苏杰, 李树强, 吴小明, 陈芳, 江风益. 热退火处理对AuGeNi/n-AlGaInP欧姆接触性能的影响. , 2020, 69(4): 048103. doi: 10.7498/aps.69.20191720
[3]	何天立, 魏鸿源, 李成明, 李庚伟. n型GaN过渡族难熔金属欧姆电极对比. , 2019, 68(20): 206101. doi: 10.7498/aps.68.20190717
[4]	王尘, 许怡红, 李成, 林海军, 赵铭杰. 基于两步退火法提升Al/n⁺Ge欧姆接触及Ge n⁺/p结二极管性能. , 2019, 68(17): 178501. doi: 10.7498/aps.68.20190699
[5]	唐文昕, 郝荣晖, 陈扶, 于国浩, 张宝顺. 1000 V p-GaN混合阳极AlGaN/GaN二极管. , 2018, 67(19): 198501. doi: 10.7498/aps.67.20181208
[6]	卢吴越, 张永平, 陈之战, 程越, 谈嘉慧, 石旺舟. 不同退火方式对Ni/SiC接触界面性质的影响. , 2015, 64(6): 067303. doi: 10.7498/aps.64.067303
[7]	魏政鸿, 云峰, 丁文, 黄亚平, 王宏, 李强, 张烨, 郭茂峰, 刘硕, 吴红斌. 低接触电阻率Ni/Ag/Ti/Au反射镜电极的研究. , 2015, 64(12): 127304. doi: 10.7498/aps.64.127304
[8]	朱彦旭, 曹伟伟, 徐晨, 邓叶, 邹德恕. GaN HEMT欧姆接触模式对电学特性的影响. , 2014, 63(11): 117302. doi: 10.7498/aps.63.117302
[9]	李晓静, 赵德刚, 何晓光, 吴亮亮, 李亮, 杨静, 乐伶聪, 陈平, 刘宗顺, 江德生. 退火温度和退火气氛对Ni/Au与p-GaN之间欧姆接触性能的影响. , 2013, 62(20): 206801. doi: 10.7498/aps.62.206801
[10]	王晓勇, 种明, 赵德刚, 苏艳梅. p-GaN/p-AlxGa1-xN异质结界面处二维空穴气的性质及其对欧姆接触的影响. , 2012, 61(21): 217302. doi: 10.7498/aps.61.217302
[11]	潘书万, 亓东峰, 陈松岩, 李成, 黄巍, 赖虹凯. Si(100)表面Se薄膜生长及其在Ti/Si欧姆接触中的应用. , 2011, 60(9): 098108. doi: 10.7498/aps.60.098108
[12]	周梅, 赵德刚. 一种测量p-GaN载流子浓度的方法. , 2011, 60(3): 037804. doi: 10.7498/aps.60.037804
[13]	封飞飞, 刘军林, 邱冲, 王光绪, 江风益. 硅衬底GaN基LED N极性n型欧姆接触研究. , 2010, 59(8): 5706-5709. doi: 10.7498/aps.59.5706
[14]	吕玲, 龚欣, 郝跃. 感应耦合等离子体刻蚀p-GaN的表面特性. , 2008, 57(2): 1128-1132. doi: 10.7498/aps.57.1128
[15]	丁志博, 王坤, 陈田祥, 陈迪, 姚淑德. 氧气氛中p-GaN/Ni/Au电极在相同温度不同合金时间下的欧姆接触形成机制和扩散行为. , 2008, 57(4): 2445-2449. doi: 10.7498/aps.57.2445
[16]	刘世元, 顾华勇, 张传维, 沈宏伟. 基于修正等效介质理论的微纳深沟槽结构反射率快速算法研究. , 2008, 57(9): 5996-6001. doi: 10.7498/aps.57.5996
[17]	冯素娟, 尚亮, 毛庆和. 利用偏振控制器连续调节光纤环镜的反射率. , 2007, 56(8): 4677-4685. doi: 10.7498/aps.56.4677
[18]	王晓慧, 吕志伟, 林殿阳, 王超, 汤秀章, 龚坤, 单玉生. 宽带KrF激光抽运的受激布里渊散射反射率研究. , 2006, 55(3): 1224-1230. doi: 10.7498/aps.55.1224
[19]	吕志伟, 王晓慧, 林殿阳, 王超, 赵晓彦, 汤秀章, 张海峰, 单玉生. KrF激光受激布里渊散射反射率稳定性的研究. , 2003, 52(5): 1184-1189. doi: 10.7498/aps.52.1184
[20]	王印月, 甄聪棉, 龚恒翔, 阎志军, 王亚凡, 刘雪芹, 杨映虎, 何山虎. 传输线模型测量Au/Ti/p型金刚石薄膜的欧姆接触电阻率. , 2000, 49(7): 1348-1351. doi: 10.7498/aps.49.1348

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