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研究生：	鍾松畛 Chung, Sung-Chen
論文名稱：	P型氮化鎵金屬歐姆接觸特性之研究 The Study of metal Ohmic Contact property to p-type GaN
指導教授：	林文台 Lin, Wen-Tai
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學及工程學系 Department of Materials Science and Engineering
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	56
中文關鍵詞：	氮化鎵、氧化歐姆接
外文關鍵詞：	GaN, Oxidized Ohmic Contacts
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探討Cu 和Co 層氧化對於p-GaN 上產生Au 的歐姆接觸的影響。在空氣中退火400℃-500℃其Au/Cu/p-GaN 和Cu/Au/p-GaN 都會轉變成CuO/Au/p-GaN 的結構而且也會產生歐姆特性，其特徵接觸電阻可以低到5.84×10-3Ω-cm2。Au/Cu/p-GaN、Cu/Au/ p-GaN 試片在空氣中退火後其在p-GaN 表面上的C 污染物會被移除同時O 原子會往內部擴散而Ga 和N會往外擴散到Au 層。由於產生Au-Ga 固溶體和GaO 造成Ga 原子較往外擴散。於p-GaN 上Au/Cu、Cu/Au 氧化形成歐姆接觸主要歸因於由於產生CuO 促進GaN 表面上C 污染物的移除和Ga 往外擴散到Au 層。然而在Au/Co/p-GaN、Co/Au/ p-GaN 試片上不能產生歐姆接觸歸因於Au/p-GaN的界面間有殘留的Co 氧化物。

Effects of oxidized Cu and Co layers on the formation of Au ohmic contacts to p-GaN were explored. Upon annealing at a temperature of 400-500℃ in air Au/Cu/p-GaN and Cu/Au/p-GaN samples transformed to the CuO/Au/p-GaN structures and showed the ohmic behavior. The specific contact resistance as low as 5.84×10-3 Ω-cm2 could be reached. For the air-annealed Au/Cu/p-GaN and Cu/Au/p-GaN samples the removal of carbon contamination at the p-GaN surface occurred concurrently with the indiffusion of oxygen atoms and the outdiffusion of Ga and N atoms to the Au layer. Thefavorite outdiffusion of Ga was induced by the formation of Au-Ga solid solution and GaO. The formation of oxidized Au/Cu and Cu/Au ohmic
contacts to p-GaN can be mainly attributed to the removal of carbon contamination at the GaN surface and the favorite outdiffusion of Ga atoms to the Au contact layer, both of which are promoted by the formation of CuO.For the air-annealed Au/Co/p-GaN and Co/Au/p-GaN samples the failure in the formation of Au ohmic contacts to p-GaN can be ascribed to formation ofCo oxide at the interface of Au/p-GaN.

本文目錄
中文摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………………………………Ⅱ
誌謝感言…………………………………………………………………………………Ⅲ
本文目錄…………………………………………………………………………………Ⅳ
表目錄……………………………………………………………………………………V
圖目錄……………………………………………………………………………………Ⅵ
本文
第一章前言…………………………………………………………………………………1
1.1 GaN 發展歷史…………………………………………………………………………1
1.2 GaN 的特性與應用……………………………………………………………………2
1.3 p-GaN 與金屬的歐姆接觸……………………………………………………………3
1.4 研究動機………………………………………………………………………………4
第二章原理…………………………………………………………………………………5
2.1 金屬-半導體接觸原理…………… …………………………………………………5
2.2 歐姆接觸理論…………………………………………………………………………6
2.3 傳輸線模型理論………………………………………………………………………7
第三章實驗設備與流程……………………………………………………………………8
3.1 實驗流程………………………………………………………………………………8
3.1.1 成長GaN 材料………………………………………………………………………8
3.1.2 試片清洗……………………………………………………………………………8
3.1.3 黃光微影製程………………………………………………………………………9
3.1.4 金屬蒸鍍(電子槍蒸鍍) …………………………………………………………10
3.1.5 金屬舉離……………………………………………………………………………10
3.1.6 熱處理………………………………………………………………………………10
3.2 電性量測與微結構分析………………………………………………………………11
3.2.1 半導體參數分析儀…………………………………………………………………11
3.2.2 二次離子質譜儀……………………………………………………………………11
3.2.3 X 光繞射儀…………………………………………………………………………12
3.2.4 低掠角X 光繞射……………………………………………………………………12
3.2.5 歐傑電子分析儀……………………………………………………………………13
3.2.6 化學分析電子譜儀…………………………………………………………………14
第四章結果與討論…………………………………………………………………………15
4.1 探討於p-GaN 上氧化形成Cu/Au、Au/Cu 歐姆接……………………………………15
4.1.1 電流-電壓與特徵接觸電阻量測……………………………………………………15
4.1.2 退火溫度對特徵接觸電阻之影響……………………………………………………15
4.1.3 在不同退火氣氛下對歐姆接觸之影…………………………………………………16
4.1.4 銅的厚度對形成歐姆接觸之影響……………………………………………………16
4.1.5 銅在不同的位置對於歐姆接觸之影響………………………………………………17
4.1.6 探討產生歐姆機制……………………………………………………………………18
4.2 嘗試用鈷取代銅探討是否有相同狀……………………………………………………21
4.2.1 電流−電壓與特徵接觸電阻量測……………………………………………………21
4.2.2 探討不能產生歐姆機制………………………………………………………………21
4.3 不同清洗方式對Au/Cu/p-GaN 界面電性的影響………………………………………23
4.4 嘗試用鈀取代金探討是否有相同狀況…………………………………………………24
4.4.1 電流−電壓與特徵接觸電阻量測……………………………………………………24
4.4.2 探討產生歐姆機制……………………………………………………………………24
第五章結論……………………………………………………………………………………25
參考文獻………………………………………………………………………………………26
表目錄
表1-1 基本氮化鎵的物理性質………………………………………………………………28
表1-2 一般金屬之功函數……………………………………………………………………28
圖目錄
圖2-1(a)接觸之前，與(b)接觸之後金屬-n 型半導體接面(φm<φs)之理想能帶圖……29
圖2-2 (a)接觸之前，與(b)接觸之後金屬-p 型半導體接面(φm＞φs)之理想能帶圖…29
圖2-3 (a) Φm＞ΦS (b) Φm＜ΦS…………………………………………………………29
圖2-4 P 型半導體接面處不同摻雜濃度之電流傳導機制…………………………………30
圖2-5 TLM 法量測接觸電阻(a)電極間距ℓ與RT 呈線性關係(b)所使用的電極圖案……30
圖3-1 實驗流程圖……………………………………………………………………………31
圖3-2 黃光微影及金屬蒸鍍，剝離示意圖…………………………………………………32
圖3-3 電子槍蒸鍍機示意圖…………………………………………………………………33
圖3-4 氮化鎵試片結構及金屬電極示意圖…………………………………………………33
圖3-5 TLM 法量測接觸電阻用電極圖案……………………………………………………33
圖3-6 二次離子產生機構示意圖……………………………………………………………34
圖3-7 歐傑電子產生機構示意圖……………………………………………………………34
圖3-8 光電子發生原理示意圖………………………………………………………………34
圖4-1 Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試片之電流-電壓(I-V)特性曲線圖…………………35
圖4-2 Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 金屬電極退火400℃10 分鐘後電阻值對間距的關係
圖………………………………………………………………………………………………35
圖4-3 Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN退火10 分鐘電流-電壓特性對溫度的關係圖………36
圖4-4 Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試片退火溫度對特徵接電阻值之關係圖……………36
圖4-5 高純氮氣氛下退火Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試片之電流-電壓特性曲線圖…37
圖4-6 空氣下與氮氣下退火Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試片電流-電壓特性曲線圖…37
圖4-7 Au(30nm)/Cu(3nm)/p-GaN 試片之電流-電壓(I-V)特性曲線圖…………………38
圖4-8 Au(30nm)/Cu(3nm)/p-GaN 與Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試片之電流-電壓(I-V)
特性曲線圖…………………………………………………………………………………38
圖4-9 Au(30nm)/Cu(3nm)/p-GaN 與Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試片之退火溫度對特徵
接電阻值之關係圖…………………………………………………………………………39
圖4-10 Au(30nm)/Cu(3nm)/p-GaN、Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 與Au(30nm)/p-GaN 試
片電流-電壓(I-V)特性曲線圖……………………………………………………………39
圖4-11Cu(10nm)/Au(30nm)/p-GaN 試片之電流-電壓(I-V)特性曲線圖………………40
圖4-12Cu(10nm)/Au(30nm)/p-GaN、Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 與Au(30nm)/p-GaN 試
片之電流-電壓(I-V)特性曲線圖…………………………………………………………40
圖4-13Cu(10nm)/Au(30nm)/p-GaN、Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 與試片之GiD圖譜…41
圖4-14(a)Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試片未退火AES圖譜……………………………41
圖4-14(b)Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試片退火後AES 圖譜……………………………42
圖4-15(a)Cu(10nm)/Au(30nm)/p-GaN 試片未退火AES 圖譜……………………………42
圖4-15(b)Cu(10nm)/Au(30nm)/p-GaN 試片退火後AES 圖譜……………………………43
圖4-16 Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 在氮氣氛下試片退火後AES圖譜…………………43
圖4-17(a)未退火Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN ESCA Ga2p 縱深分佈圖…………………44
圖4-17(b)退火後Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN ESCA Ga2p 縱深分佈圖…………………44
圖4-17(c)退火後Cu(10nm)/Au(30nm)/p-GaN ESCA Ga2p 縱深分佈圖…………………45
圖4-18(a)未退火Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN ESCA Ga2p 光譜解構……………………45
圖4-18(b)退火後Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN ESCA Ga2p 光譜解構……………………46
圖4-18(c)退火後Cu(10nm)/Au(30nm)/p-GaN ESCA Ga2p 光譜解構……………………46
圖4-19 Cu(10nm)/Au(30nm)/p-GaN、Au(30nm)/p-GaN 與Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試
片之XRD圖譜…………………………………………………………………………………47
圖4-20 Au(30nm)/p-GaN 試片退火後之SIMS 圖譜………………………………………48
圖4-21 Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 在氮氣氛下試片退火後之SIMS圖譜………………48
圖4-22 Au(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 試片退火後之SIMS 圖譜…………………………49
圖4-23 Cu(10nm)/Au(30nm)/p-GaN 試片退火後之SIMS 圖譜…………………………49
圖4-24 (a) 為Au/Cu/p-GaN 之局部放大SIMS圖…………………………………………50
圖4-24 (b) 為Cu/Au/p-GaN 之局部放大SIMS圖…………………………………………50
圖4-25 Au(30nm)/Co(10nm)/p-GaN 在不同退火溫度下電流對電壓圖…………………51
圖4-26 Co(10nm)/Au(30nm)/p-GaN 在不同退火溫度下電流對電壓圖…………………51
圖4-27 (a)未退火Au(30nm)/Co(10nm)/p-GaN 的AES 縱深分佈…………………………52
圖4-27 (b)退火後Au(30nm)/Co(10nm)/p-GaN 的AES 縱深分佈…………………………52
圖4-28 (a)Co(10nm)/Au(30nm)/p-GaN 未退火的AES縱深分佈…………………………53
圖4-28 (b)退火後Co(10nm)/Au(30nm)/p-GaN 的AES 縱深分佈…………………………53
圖4-29 Au(30nm)/Co(10nm)/p-GaN 的SIMS縱深分佈……………………………………54
圖4-30 Co(10nm)/Au(30nm)/p-GaN 的SIMS 縱深分佈……………………………………54
圖4-31 GaN 基板鍍膜前經KOH、(NH4)2SX 處理後，Au/Cu/p-GaN 經400℃退火的電
流-電壓曲線…..………………………………………………………………………………55
圖4-32 Pd(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 在不同熱處理溫度下電流對電壓圖…………………55
圖4-33(a) Pd(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 未退火AES 縱深分佈圖……………………………56
圖4-33(b) Pd(30nm)/Cu(10nm)/p-GaN 退火400 度10 分鐘後AES縱深分佈圖……………56
                                    

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校內：2006-07-12公開
校外：2006-07-12公開

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