真空互联条件下Ti/n-GaN界面欧姆接触热稳定性的机制研究

The vertical structure GaN-based blue laser diodes have widely application prospects in the field of illumination and laser display. However, the optical power conversion efficiency is restricted by the difficulties of preparing good ohmic contacts and thermal stability on the N-polar n-type GaN. In the atmospheric environment, the nitrogen vacancy, which play a key role in n-GaN ohmic contacts, react with O atoms easily, resulting in the decrease of surface electron concentration. Moreover, the thermal stability mechanism of ohmic contacts are not yet well understood. Therefore, the research will be focused on the effect of ICP surface treatment on the intrinsic characteristics of ohmic contacts at Ti/n-GaN interface under the condition of vacuum interconnection without surface contamination, by combining the methods of surface, polarization and energy band. By studying the degradation reasons of ohmic contacts in the atmosphere, the energy band structure at Ti/n-GaN interface will be calculated and simulated under different treatment condition. The intrinsic relationship between thermal stability of ohmic contacts and microstructure will be investigated in order to improve the performance of GaN-based blue laser diodes.

垂直结构GaN基蓝光激光器在新能源照明、激光显示等领域具有重要的应用前景。但是，在N极性面上制备良好的n型GaN欧姆接触及热稳定性困难一直制约着激光器光电转换效率的提高。在欧姆接触中起关键作用的n-GaN表面的N空位在大气环境下极易与O原子反应，降低了表面电子浓度。另外欧姆接触的热稳定性机理一直不明确。因此，本项目将在真空互联的条件下，通过结合表面工程、极化工程以及能带工程等途径，研究ICP表面处理对Ti/n-GaN界面欧姆接触本征性质及热稳定性的影响。通过分析大气环境下制备Ti/n-GaN欧姆接触性质退化的原因，计算和模拟不同表面处理条件的Ti/n-GaN界面能带结构，理解欧姆接触热稳定性与界面能带和微观结构的内在联系，探索降低比接触电阻率和提高热稳定性的方法，为提高GaN基蓝光激光器发光性能探索一条新的途径。

GaN基激光器的热稳定性问题一直制约着激光器光电性能的进一步提高。热稳定性差的问题主要体现在N极性面的n型GaN欧姆接触方面。由于器件封装过程中，温度大约在200oC～400oC，这种非合金化的n-GaN欧姆接触会在这个温度范围内出现明显的退化，转变成肖特基接触，引入很大的串联电阻，导致激光器性能变差。我们利用真空互联系统，研究了表面氧化对氮面n-GaN室温欧姆接触影响，对比了样品在等离子体处理后，分别暴露大气和通过真空互联管道传输，制备的欧姆接触样品的性能，分析了样品的欧姆接触特性以及对其表面元素组分变化的联系。使用不同功率和气体的ICP处理了氮面n-GaN表面，研究了不同功率和气体处理后，欧姆接触电阻的变化，并利用XPS分析了不同功率ICP处理后GaN表面的成份变化以及对欧姆接触影响的机理。另外，使用优化的ICP刻蚀条件处理了氮面n-GaN表面后制备了欧姆接触样品，对样品使用不同温度退火，获得了热稳定性良好的氮面n-GaN欧姆接触，并研究了不同退火温度对欧姆接触性能的影响，探索了欧姆接触热稳定性的内在机理。