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采用等离子体辅助分子束外延法生长的Zn极性BeMgZnO/ZnO异质结构上肖特基二极管的制备

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DOI:

10.3791/58113

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2018年10月23日

本文内容

摘要

高质量肖特基接触的实现对于异质结构场效应晶体管(HFETs)中实现高效栅极调制至关重要。本文介绍了在等离子体辅助分子束外延法于GaN模板上生长的Zn极性BeMgZnO/ZnO异质结构上制备的高密度二维电子气(2DEG)肖特基二极管的制备方法及其特性。

摘要

利用二维电子气(2DEG)通道的异质结构场效应晶体管(HFET)在高速器件应用中具有巨大潜力。氧化锌(ZnO)是一种具有宽禁带(3.4 eV)和高电子饱和速度的半导体,作为高速器件的有吸引力材料已受到广泛关注。然而,实现高效的栅极调制需要在势垒层上形成高质量的肖特基接触。本文介绍了我们在具有高密度2DEG的Zn极性BeMgZnO/ZnO异质结构上制备肖特基二极管的工艺流程,该高密度2DEG通过分子束外延(MBE)生长过程中对MgZnO基势垒层进行应变调控并掺入少量铍(Be)而实现。为了获得高晶体质量,采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长的近晶格匹配高阻GaN模板作为后续氧化物层MBE生长的衬底。为获得所需的Zn极性,在低温ZnO成核层生长过程中,对GaN模板进行精细的表面处理,并控制VI/II元素比例。Ti/Au电极用作欧姆接触,而Ag电极则沉积在经O2等离子体预处理的BeMgZnO表面,用于形成肖特基接触。

引言

基于二维电子气(2DEG)的异质结构场效应晶体管(HFETs)在高速电子器件应用中展现出广阔前景1,2,3。氧化锌(ZnO)作为一种宽带隙(3.4 eV)半导体,具有高的电子饱和速度,因此作为HFETs的构建平台已受到广泛关注4,5。传统使用的势垒材料MgZnO三元合金通常需要在较低的衬底温度(300 °C或更低)下生长,并且需要非常高的镁(Mg)含量(>40%)6,7,因此这类结构在高功率工作条件或热处理过程中容易发生退化,即使势垒层中的非期望电荷密度已足够低以实现有效的栅极调制。为克服这一障碍,我们提出并采用BeMgZnO作为势垒材料,通过引入铍(Be),可在势垒层中将应变状态由压缩应变转变为拉伸应变,从而使自发极化与压电极化效应相互叠加。因此,可在相对适中的Mg含量下实现高的2DEG浓度。采用该方法,在BeMgZnO/ZnO异质结构中已观测到接近等离激元-纵光学声子共振时的高2DEG面密度(~7×1012 cm-2),而此时Mg含量低于30%,Be含量仅为2~3%8。

由于c面蓝宝石具有类似的晶体对称性、在紫外和可见光区域的高透光性、优异的物理和化学稳定性以及低成本,它被广泛用于GaN和ZnO的外延生长。得益于在蓝宝石衬底上生长GaN基电子和光电子器件技术的显著进展,尽管GaN与蓝宝石之间存在高达16%的晶格失配,仍可通过使用AlN或低温(LT)GaN缓冲层在蓝宝石衬底上轻松制备高质量的GaN外延模板9。对于ZnO在蓝宝石上的外延生长,其面内晶格失配更大,达到18%,其中O极性ZnO的生长机制已相对明确,而Zn极性材料以二维模式生长的工艺尚不成熟。由于ZnO与GaN之间的晶格失配仅为1.8%,在GaN上外延生长ZnO成为一种极具吸引力的替代方案。

金属有机化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)是制备高质量薄膜和异质结构且具有高重复性的最成功的半导体沉积技术。目前MOCVD在氮化镓(GaN)外延生长中比MBE更受欢迎的主要原因是MBE的成本较高且不适合大规模生产。采用MOCVD生长GaN的生长速率可达每小时数微米,并且可在单次生长过程中同时制备数十个直径为2英寸(50 mm)的晶圆,或更大尺寸达6-8"的晶圆9。因此,在本研究中我们也采用MOCVD进行GaN的生长。然而,在氧化锌(ZnO)基异质结构的生长方面,目前在潜在应用实现商业化之前,更多关于二维电子气(2DEG)形成的报道仍基于MBE技术10,11,12。最近,我们已成功开发出在Ga极性GaN模板上精确控制表面极性的高质量ZnO异质结构的MBE生长方法13。研究发现,在进行Zn预处理后,当以较低的VI/II比(<1.5)成核时,所生长的ZnO层呈现Zn极性;而当VI/II比高于1.5时,则呈现O极性。为避免通过GaN模板产生平行导电通道,我们在AlN缓冲层上采用低压条件通过MOCVD生长碳补偿的半绝缘GaN,并以此作为后续生长ZnO基异质结场效应晶体管(HFET)结构的基础。

在我们开展工作之前14,目前尚未有关于BeMgZnO/ZnO异质结构上肖特基二极管研究的报道。仅有少数研究报道了MgZnO的肖特基接触15,16, 例如,其理想因子为2.37,势垒高度为0.73 eV,整流比仅为103 15已使用多种肖特基金属用于氧化锌17,其中银(Ag)因在体相ZnO上具有1.11 eV的较高肖特基势垒高度和1.08的理想因子而被广泛采用 18.

本研究旨在制备高质量的肖特基二极管,用于ZnO基高速HFET器件。以下方案专门针对通过电子束蒸发在等离子体辅助分子束外延(MBE)生长于MOCVD沉积的GaN模板上的BeMgZnO/ZnO异质结构表面沉积Ag,从而制备Ag/BeMgZnO/ZnO肖特基二极管。

方案

1. 用于分子束外延生长的氮化镓模板的制备与生长

  1. 采用金属有机化学气相沉积法生长半绝缘性氮化镓模板
    1. 确保将负载锁室与反应室隔开的截止阀已关闭。用 N2 至大气压。打开负载锁以取出基片支架。
    2. 将2英寸蓝宝石衬底装载到样品托上,然后将样品托放回负荷锁中。将负荷锁抽真空至压力达到2.5×10-2 由机械干泵抽至托(Torr)。
    3. 用N放空负载锁2 使其压力与反应室压力相等(15 托)。
    4. 打开负载锁隔离闸阀,将样品杆装入反应室内的样品杆组件中。启动旋转电机,将基底-样品杆的旋转速度设置为100 rpm。然后关闭闸阀。
    5. 确保冷却水处于流动状态,H的两个2 和 NH3 供气充足,质量流量控制器(MFC)和压力控制器(PC)读数与设定值一致,且基底托盘正在旋转。
    6. 将系统气体从 N2 至 H2开启 原位 光学反射率监测仪
    7. 通过启动配方文件开始生长,该文件预先设定了所有生长参数,包括衬底温度的升温和降温、气体流量、反应室压力以及阀门的切换。
    8. 将反应室压力在3分钟内升至30 Torr,同时将衬底温度升至1055 °C,在H₂气氛中保持3分钟以去除衬底表面残留的污染物。2 环境
    9. 将衬底温度降低至 941 °C,用于低温(LT)AlN 缓冲层的成核与生长。
    10. 稳定三甲基铝(TMAl)的流量至12 标准立方厘米每分钟(sccm)和氨(NH₃)3) 流量为 7 sccm,基底温度保持 3 分钟。
    11. 通过将TMAl从放空管线切换至运行管线,启动LT-AlN层的生长。
    12. 使用自制的反射率测量系统控制低温氮化铝(LT-AlN)层的厚度,该系统包括637 nm激光二极管、p-i-n硅光电探测器和基于Labview的软件。通过反射率振荡周期确定生长速率19,20在选定的样品中,使用横截面扫描电子显微镜和透射电子显微镜图像来确认准确性 原位 监测
    13. 保持生长6分钟,使厚度达到约20 nm,然后在3分钟内将衬底温度升至1100 °C,生长过程中不中断,并继续生长AlN层至厚度为300 nm,通过振荡信号的变化实时监测生长过程 原位 光学反射率
    14. 将TMAl从运行切换至排气,再切换至闲置管路,以停止氮化铝(AlN)生长。将三甲基镓(TMGa)的流量稳定在15.5 sccm,逐步增加 NH3 将气流调至7000 sccm,并稳定1分钟。在1分钟内将反应室压力升至76 Torr。在1分钟内将衬底温度升至1107 °C。
    15. 以厚度约400 nm的GaN再生层进行成核与生长,同时监测反射率的变化。初始阶段,当GaN岛在AlN表面成核时,反射率显著下降;随后,当这些岛状结构合并形成原子级平整表面时,反射率强度恢复至原始水平。
    16. 在2分钟内将衬底升温至1124 °C。生长厚度约为2.5 μm的高温半绝缘GaN层。通过将TMGa从运行切换至放空,再切换至闲置管路,停止生长。
    17. 在40分钟内将底物冷却至室温。
    18. 在1.5分钟内将反应室压力降至15 Torr。
    19. 按照步骤1.1.1-1.1.4的相反顺序将底物从反应器中卸下。
  2. 氮化镓模板制备及装入分子束外延反应室
    1. 使用金刚石刻划笔将2英寸的GaN模板切割成6个相等的扇形片。
    2. 在通风橱中通过将硝酸(HNO₃)加入盐酸(HCl)来配制王水溶液3,68.0-70.0 w/w%,50 mL)缓慢加入盐酸(HCl,36.5-38.0 w/w%,150 mL)中,置于石英烧杯内。
    3. 将王水烧杯置于温度为220 °C的加热板上。
    4. 出现橙红色和气泡后,将一片扇形的GaN模板浸入溶液中,煮沸10分钟。
    5. 用去离子水冲洗GaN模板3分钟。
    6. 将GaN模板浸泡在HCl(36.5-38.0 w/w%)中:H2O溶液(1:1)处理3分钟以去除Ga氧化物。
    7. 用去离子水冲洗GaN模板5分钟。
    8. 用 N₂ 吹干模板2 气体
    9. 将清洗后的GaN模板置于钼托上,并立即装入MBE负荷锁室。
    10. 启动机械干泵对负载锁进行抽真空。

2. BeMgZnO/ZnO 异质结构的分子束外延生长

  1. 束源炉的准备
    1. 对进样室抽气1小时后,开始准备Zn、Mg、Be束源炉。将双温区Zn炉的上区温度以17 °C/min的升温速率升至525 °C,等待5分钟后,再以5 °C/min的降温速率降至515 °C。将Mg炉温度以15 °C/min的升温速率升至570 °C,达到设定温度后等待10分钟,然后将Mg炉温度降至300 °C。将Be炉温度以10 °C/min的升温速率升至900 °C,达到设定温度后等待3分钟,然后将Be炉温度降至650 °C。
    2. 30分钟后,将双温区Zn炉的下区温度以10 °C/min的升温速率升至360 °C。
    3. 对进样室抽气2小时,使其压力降至约5×10-7 Torr,开启反射高能电子衍射(RHEED)系统,并将GaN模板载入分子束外延(MBE)腔室。
    4. 通过旋转样品台调节GaN模板的角度,沿[1-100]方位方向监测RHEED图样的演变。
    5. 将双温区Zn炉的下区温度以10 °C/min的升温速率升至355 °C。
  2. ZnO在GaN上的极性控制及低温ZnO缓冲层的生长
    1. 以13.6 °C/min的升温速率将衬底温度升至615 °C,对衬底表面残留污染物进行15分钟的脱附处理。
    2. 以13.6 °C/min的降温速率将衬底温度从615 °C降至280 °C,用于低温ZnO(LT-ZnO)的生长。当温度降至550 °C时,打开Zn炉快门,使Zn通量照射GaN模板表面。开启O2等离子体电源,将功率设为100 W,并确认O2气体管路处于关闭状态。
    3. 当温度降至280 °C时,将O2等离子体功率设为400 W,O2流量设为0.3 sccm以点燃等离子体,随后将O2流量降至0.25 sccm。
    4. 等待1分钟后,打开O2快门,开始低温ZnO缓冲层的生长。
    5. 每5分钟记录一次RHEED图样。生长约15分钟后,缓冲层厚度约为20 nm,当RHEED图样由条纹状(二维模式)转变为椭圆斑点状(三维模式)时,关闭Zn和O2快门以终止生长。
    6. 将O2流量设为0.4 sccm,并以13.6 °C/min的升温速率将衬底温度升至730 °C,对低温ZnO缓冲层进行退火处理。同时将双温区Zn炉的下区温度以10 °C/min的升温速率降至345 °C,为高温ZnO(HT-ZnO)层的生长做准备。
    7. 当衬底温度达到730 °C设定值后,等待5分钟,并通过RHEED检查ZnO表面。当RHEED图样由三维模式转变为二维模式时,通过将衬底温度降至700 °C结束退火过程。
  3. 高温ZnO层的生长
    1. 当衬底温度达到700 °C并稳定后,将O2流量增至3.2 sccm。
    2. 同时打开Zn和O2快门,开始高温ZnO(HT-ZnO)层的生长。
    3. 生长约140分钟,使HT-ZnO层厚度达到约300 nm。在生长过程中多次记录RHEED图样,以确认其保持二维生长模式。
    4. 通过同时关闭Zn和O2快门,终止HT-ZnO层的生长。
  4. BeMgZnO势垒层的生长
    1. 将O2流量设为0.3 sccm,将Be炉温度以10 °C/min的升温速率升至820 °C,将Mg炉温度以15 °C/min的升温速率升至510 °C,并将衬底温度以13.6 °C/min的降温速率降至325 °C,为BeMgZnO势垒层的生长做准备。
    2. 当衬底温度稳定后,将O2流量增至1.25 sccm,并同时打开Zn、Mg、Be和O2快门,开始生长。
    3. 生长约12分钟,使BeMgZnO势垒层厚度达到约30 nm。在生长过程中多次记录RHEED图样,以监测生长模式的演变。
    4. 通过关闭Mg和Be快门来终止BeMgZnO层的生长,同时保持Zn和O2快门开启1分钟,以形成约2 nm厚的ZnO盖层。
    5. 通过关闭Zn和O2快门结束整个生长过程。
    6. 将衬底温度以降温速率降至待机温度150 °C。将O2流量降至0.25 sccm。
    7. 当衬底温度低于250 °C时,将O2等离子体功率降至100 W,关闭O2等离子体电源,将O2流量降至0,关闭O2气体管路,并将各束源炉温度冷却至待机状态。
    8. 等待衬底温度降至待机温度150 °C后,打开生长腔室的闸板阀,将样品托架移出至进样室。
    9. 向进样室通入N2气体进行放气,并取出样品。

3. 表征

  1. 使用台阶仪通过样品边缘的覆盖区域粗略测量样品的厚度。
  2. 采用高分辨率X射线衍射(HRXRD)(对(0002)衍射面进行2θ-ω扫描)评估异质结构的厚度、应变及结构质量。
  3. 使用金刚石划片器将样品切割成5×5 mm2的正方形小片。采用范德堡几何结构下的变温霍尔效应测量方法研究样品的电学性质,以铟(In)点作为接触电极。
  4. 使用原子力显微镜(AFM)检查表面形貌。

4. 肖特基二极管的制备

  1. 在 BeMgZnO/ZnO 异质结构上制备欧姆接触
    1. 将样品(尺寸约为 20×20 mm2)置于超声波清洗机中,用丙酮去脂 5 分钟,随后在超声波清洗机中用甲醇清洗 5 分钟,去离子水中冲洗 5 分钟,再用 N2 吹干。
    2. 以 1000 rpm 旋涂光刻胶 3 秒,然后以 3000 rpm 旋涂 30 秒。
    3. 在 100 °C 下对光刻胶进行前烘(软烘)140 秒。
    4. 在光刻掩模对准仪上,使用 6.5 mW 的紫外灯功率,通过欧姆接触掩模进行紫外曝光 2.38 分钟。
    5. 在 110 °C 下对光刻胶进行后烘 80 秒。
    6. 在显影液中显影 60 秒,摇动频率为每秒 1 次。
    7. 在去离子水中冲洗 3 分钟,并用 N2 吹干。
    8. 将样品装入电子束蒸发仪中。
    9. 在不加热样品的情况下,通过石英晶体厚度监控仪测量,沉积厚度为 30/50 nm 的 Ti/Au。
    10. 在丙酮中进行剥离,随后在甲醇中清洗 5 分钟,在去离子水中冲洗 5 分钟,再用 N2 吹干。
    11. 使用快速热退火炉(RTA)在 300 °C 下退火 30 秒,以处理接触。
    12. 通过传输线模型(TLM)测量法检测接触电阻21。
  2. 在 BeMgZnO/ZnO 异质结构上制备肖特基接触
    1. 按照步骤 4.1.1–4.1.7 进行肖特基接触的光刻工艺。
    2. 使用远程 O2 等离子体处理样品表面 5 分钟,O2 流量为 35 sccm,射频功率为 50 W。
    3. 按照步骤 4.1.8–4.1.10 沉积厚度为 50 nm 的 Ag。
    4. 通过 I-V 测量对所得结构进行表征,用于肖特基二极管分析17。

结果

左栏 图1 显示在 Be 的 MBE 生长过程中沿 [1-100] 方位角方向记录的 RHEED 图案演化0.02Mg0.26ZnO/ZnO 异质结构,包含一层 300 nm 厚的 HT-ZnO 层和一层 30 nm 厚的 Be0.02Mg0.26ZnO势垒。右列展示了不同生长阶段的典型表面形貌(非来自同一样品)。从出现斑点状RHEED图样可知,低温ZnO缓冲层具有三维(3D)岛状生长模式特征。通过在高于某一温度下进行热退火处理,其表面形貌得以改善。 700 °C表面明显由三维转变为二维形貌。随后的高温氧化锌(HT-ZnO)层继续以二维模式生长,接着为铍(Be)的二维生长。0.02Mg0.26ZnO层未形成第二相。AFM测量显示,GaN模板在5×5 μm2 扫描结果显示,在富氧条件下生长的无势垒HT-ZnO层表面光滑,其均方根粗糙度为0.35 nm;而在生长BeMgZnO势垒层后,均方根粗糙度为0.45 nm。

典型Zn极性Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO异质结构的HRXRD三轴2θ-ω扫描结果如图2所示,该结构包含一层300 nm厚的HT-ZnO层和一层50 nm厚的Be0.02Mg0.26ZnO势垒层。(0002)衍射峰位于34.46o、34.54o和34.75o,分别对应于ZnO、GaN和Be0.02Mg0.26ZnO的(0002)反射。需注意,Be0.02Mg0.26ZnO反射峰的展宽是由于其厚度较薄所致。ZnO层中的双轴拉伸应变表明该异质结构为Zn极性,这一点已在我们先前的研究13中探讨。BeMgZnO四元合金中的Be和Mg含量是根据其XRD(0002)反射的布拉格角以及在13 K下测得的低温光致发光(LT-PL)光谱中的发射光子能量计算得出的(未展示)。

图3展示了Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO异质结构的温度依赖性霍尔效应测量结果。当样品从室温(293 K)冷却至约100 K时,二维载流子浓度从8.8×1012 cm-2降低至6.4×1012 cm-2。进一步冷却至13 K时,二维载流子浓度饱和于6.2×1012 cm-2。该结果表明,观测到的电子浓度下降源于并行导电通道的贡献,包括缺陷成核层、HT-ZnO层以及可能存在的Be0.02Mg0.26ZnO势垒层。这一趋势在MgZnO/ZnO异质结构中也有报道10,22。在Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO异质结构中,电子迁移率随温度降低而单调增加;293 K时的迁移率为206 cm2/Vs,13 K时的迁移率为1550 cm2/Vs,均与文献报道的数值相当22,23。电子特性随温度的演变明确表明,在Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO异质界面处存在二维电子气(2DEG)。

图4展示了在同一晶圆上制备的四个典型Ag/Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO肖特基二极管在室温下测得的电流-电压(I-V)曲线,其肖特基接触面积为1.1×10-4 cm2。正向电流在施加电压达到0.25 V之前随电压呈指数增长,超过该电压后,串联电阻上的压降开始显现。其中最高肖特基势垒高度Φap达到1.07 eV,理想因子n为1.22。通过在V=±2 V时测得的电流值,获得约1×108的整流比。

薄膜表面分析;均方根值(单位:nm);GaN 衬底;ZnO 层;退火效应对比
图 1. 表面表征。 左侧列显示了在分子束外延(MBE)生长 Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO 异质结构过程中沿 [1-100] 方位角方向测得的反射高能电子衍射(RHEED)图样,右侧列展示了通过原子力显微镜(AFM)测量的 GaN 模板、高温 ZnO 层和 Be0.02Mg0.26ZnO 层的表面形貌。低温 ZnO 缓冲层技术可实现高质量 ZnO 异质结构在低晶格失配 GaN 模板上的二维生长模式。请点击此处查看该图的放大版本。

显示 GaN、ZnO、BeMgZnO 衍射峰的 XRD 图谱;晶体分析数据。
图 2. 异质结构的高分辨率 X 射线衍射(HRXRD)图谱。 典型 Zn 极性 Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO 异质结构的 HRXRD 三轴 2θ-ω 扫描图,其中 Be0.02Mg0.26ZnO 势垒层厚度为 50 nm。位于 34.46 o、34.54 o 和 34.75 o 的衍射峰分别对应于 ZnO、GaN 和 Be0.02Mg0.26ZnO 的 (0002) 衍射峰。 请点击此处查看此图的放大版本。

电子迁移率随温度变化的曲线图;二维载流子浓度、迁移率变化;半导体研究。
图 3. 异质结构的电子特性。 Zn极性Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO异质结构的二维载流子浓度和电子迁移率随温度的变化关系。请点击此处查看此图的放大版本。

电流-电压曲线、电流密度测量、J-V 特性、光伏分析。
图 4. 肖特基二极管。 在室温下测得的四个典型 Ag/Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO 肖特基二极管的典型 I-V 特性。四条 I-V 曲线的相似性表明样品在晶圆内的均匀性很高。请点击此处查看此图的放大版本。

讨论

将BeO引入MgZnO中形成四元合金BeMgZnO,使得调控该四元合金中应变的大小和符号成为可能,从而显著提高二维电子气(2DEG)密度8。代表性结果表明,Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO异质结构所产生的二维电子气密度接近理想的等离激元-纵光学声子共振所需的电子密度(~7×1012 cm-2)24。尽管该异质结构的电子迁移率强烈依赖于分子束外延(MBE)生长参数,例如衬底温度以及高温ZnO层和BeMgZnO势垒层的VI/II元素比,但二维电子气密度对生长条件的依赖性较弱,主要由势垒层中Be和Mg的含量决定。

由于GaN与ZnO之间的晶格失配适中(1.8%),远小于蓝宝石与ZnO之间的18%晶格失配,因此采用GaN模板可实现高质量晶体的BeMgZnO/ZnO异质结构生长。为了避免产生任何导电的并行通道,GaN模板必须具有高电阻,达到MΩ/方块量级,这一点至关重要。在本研究中,通过在76 Torr的低腔室压力下生长,增强碳补偿,从而实现高电阻。为了确保BeMgZnO/ZnO异质结构的极性控制(Zn极性),对GaN模板进行精细的表面处理是必不可少的。在GaN表面制备过程中引入的任何氧化或污染,即使满足决定性的VI/II比值<1.5,也会导致异质结构中出现Zn和O混合极性。

金属与半导体之间的任何化学反应、表面污染物的存在、表面附近的状态和缺陷,以及金属向半导体内部的扩散,是肖特基接触制备领域中的常见问题。文献中已报道了多种用于ZnO表面处理以制备肖特基接触的方法,其中包括HCl(或其他酸)刻蚀、Ar+物理刻蚀、紫外臭氧清洗、H2O2处理以及O2等离子体(或与He混合)处理25,26,27,28。这些刻蚀工艺旨在去除厚度a为数纳米至数微米的表面层,因此不适用于异质结场效应晶体管(HFET)器件。而紫外臭氧清洗或O2等离子体处理仅去除最表层物质,因此非常适用于我们的BeMgZnO/ZnO异质结构的表面制备。

通常通过沉积高功函数金属(如 Pd、Pt、Ir)来形成肖特基接触, 等等相比之下,银(Ag)的功函数较低,为4.26 eV。尽管如此,由于银电极与氧化锌(ZnO)基体中的氧发生部分氧化反应,形成界面银氧化物层,使用银电极的器件仍可表现出整流行为。所形成的氧化物层对电子透明,且其功函数高于银本身。Raju 等报道了通过脉冲激光沉积(PLD)生长的AgO的功函数约为5.5 eV,比Ag的功函数高1.3 eV,且接近Pd、Pt和Ir的特性29我们的结果表明,含氧的银电极(Ag electrode with O)2 等离子体预处理对ZnO异质结构表面的影响)是一种有前景的肖特基二极管接触金属。

我们展示了一种用于制备高质量ZnO基HFET肖特基接触的方法。在MBE生长前对MOCVD生长的GaN模板进行精细的表面处理,并在ZnO成核过程中采用低VI/II比(<1.5),可确保获得高质量的Zn极性ZnO基异质结构。MOCVD是一种广泛使用的成熟技术,常用于多种应用中GaN的外延生长。本文所述的MBE工艺表明,MOCVD与MBE技术、GaN与氧化物半导体可结合用于电子器件。在BeMgZnO势垒层中掺入少量Be,可获得高二维电子气密度、高电子迁移率和高热稳定性的HFET,从而提升器件的高速性能。

披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

本工作由美国空军科学研究办公室(AFOSR)资助,项目编号 FA9550-12-1-0094。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
MOCVDEmcore定制构建
MBESVT Associates
TMAlSAFCCAS:75-24-1
TMGaSAFCCAS:1445-79-0
NH3林德集团CAS:7664-41-7
H2国家焊工供应公司供应商货号 335-0415.0级
O₂National Welders Supply Co.供应商货号 OX 300工业级氧气,300号钢瓶,CGA-540接口
MgSigma-Aldrich产品编号:474754-25G镁,蒸馏,树枝状碎片,99.998% 金属基
是ESPI Metals货号 K646b铍片,3N
ZnAlfa Aesar,Thermo Fisher Scientific Chemicals Inc.产品编号:10760-30锌粒,1-6 毫米(0.04-0.24 英寸),Puratronic,99.9999%
金Kurt J. Lesker部件编号 EVMAUXX40G金颗粒,99.99%
AgKurt J. Lesker货号 EVMAG40QXQ银颗粒,99.99%
TiKurt J. Lesker部件编号 EVMTI45QXQ钛颗粒,99.995%
开发者罗门哈斯电子材料有限责任公司MF-CD-26材料编号 10018050
光刻胶罗门哈斯电子材料有限责任公司SPR 955材料编号 10018283

参考文献

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