Depositie in twee stappen van met Al-gedoteerde ZnO op p-GaN om ohmse contacten te vormen

Resultaten en discussie

Figuur 1 toont de röntgendiffractie (XRD) spectra van de AZO-films die rechtstreeks op p-GaN-substraten zijn afgezet met de PAD-methode. De gekweekte temperaturen werden respectievelijk ingesteld op 500 (Fig. 1a), 600 (Fig. 1b), 700 (Fig. 1c) en 800 ° C (Fig. 1d), en de samenstellingen van alle monsters werden hetzelfde gehouden (n _Al :n_Zn =9:100) Uit figuur 1b kan worden afgeleid dat de hoofdpiek werd geïndexeerd aan GaN (002), terwijl de schouder werd toegeschreven aan AZO (002). De AZO-films die volgens de PAD-methode groeien, vertonen een gunstige c-asoriëntatie. De AZO-films gekweekt bij 500 ° C en 600 ° C vertonen een goede kristalliniteit en de volledige breedte bij half maximum (FWHM) van de (002) schommelcurve was 625 en 572 boogseconden. Uiteraard speelt de groeitemperatuur een cruciale rol voor de groei van AZO. Bij 500 °C is het polymeer net doorgebrand en kan het de kristallisatie beïnvloeden. Toen de temperaturen 700 ° C en 800 ° C waren, vond ontleding van AZO plaats en dit was de reden voor het verdwijnen van de schouderpiek. Het kan worden verklaard dat de goede kristallijne kwaliteit van AZO wordt toegeschreven aan twee factoren:de eerste is gerelateerd aan de roosterovereenkomst tussen ZnO en GaN, hun mismatch is minder dan 2% volgens de volgende formule:|a_e − a_s |/a_e , waar een_s staat voor de roosterconstante van het substraat van GaN, a_e staat voor de roosterconstante van de epilaag van ZnO. De tweede is te danken aan de geoptimaliseerde groeitemperatuur van 600 °C waarbij het polymeer werd afgebroken en ZnO langs de c-as kristalliseerde.

Röntgendiffractiespectra van AZO-films die direct op p-GaN-substraat zijn afgezet met de PAD-methode bij verschillende temperaturen. een 500 °C; b 600 °C; c 700 °C en d 800 °C. De binnenste grafieken van (a ) en (b ) tonen de schommelende curve van de 002 diffractiepiek van AZO

Figuur 2a toont schematische diagrammen van de structuren voor van der pauw-geometrie. Om redelijkere resultaten te verkrijgen, werden vóór alle elektrische tests indiumelektroden gepuntlast op AZO-oppervlak. De AZO was een n-type halfgeleider en ohms contact tussen AZO en indiumelektrode was gemakkelijk te bereiken. Figuur 2b en de binnenste grafiek van 2 (b) tonen IV-kenmerken en de soortelijke weerstand van de AZO-films die groeiden bij verschillende temperaturen (500, 600, 700 en 800 ° C). Toen de groeitemperaturen van de PAD-AZO waren ingesteld op 500, 600 en 700 °C, waren de contacten tussen PAD-AZO en p-GaN ohms. Toen de groeitemperatuur 600 °C was, nam de bladweerstand af met de toename van de groeitemperatuur, toen de groeitemperatuur ongeveer 600 °C was, bereikte de bladweerstand de laagste waarde (740 Ω/sq), en nam toe met de stijging van de groeitemperatuur. In principe moet de soortelijke weerstand van de elektrode zo laag mogelijk zijn. De figuur 2c toont de I-V-kenmerken van AZO-films met verschillende molverhoudingen van Al tot Zn. Er kan worden waargenomen dat alle monsters lineaire I-V-kenmerken vertoonden, wat impliceerde dat de contacten van de als gedeponeerde AZO op p-GaN ohms waren. Figuur 2d toont de soortelijke weerstand en dragerdichtheid van de AZO-films versus verschillende molverhoudingen van Al tot Zn. De laagste plaatweerstand van de PAD-AZO was ongeveer 740 Ω/sq. Het onthulde dat wanneer de molverhouding van Al tot Zn lager was dan 9%, de weerstand afnam met de toename van de molverhouding van Al tot Zn, en wanneer de molverhouding van Al tot Zn meer dan 9% was, de weerstand toenam met de toename van de molverhouding van Al tot Zn. En de variatieneiging van de AZO-films was vergelijkbaar met figuur 2c. Uiteraard vond zelfcompensatie plaats bij een hoog dopingbereik. Het is duidelijk dat de geleidbaarheid nog moet worden verbeterd. Het kan worden afgeleid uit de vergelijking R_sh = ρ/t (waarbij ρ staat voor soortelijke weerstand en t staat voor dikte van de film) dat de plaatweerstand (R_sh ) neemt af met de toename van de dikte van de film, daarom moet de dikte van de PAD-AZO worden verhoogd om de soortelijke weerstand te verminderen. Vanwege de kenmerken van de PAD-methode waren meervoudige spincoating en warmtebehandeling onvermijdelijk om de dikte van AZO-films te verbeteren [28]. Na verschillende keren van warmtebehandeling bleek echter dat de weerstand toenam, de plaatweerstand bereikte 7600 Ω/sq. toen de dikte van PAD-AZO ongeveer 150 nm was. De toename van de weerstand kan worden veroorzaakt door meerdere warmtebehandelingen, dus er moeten andere oplossingen worden gevonden. Het eerdere werk van onze groep gaf aan dat de soortelijke weerstand van ALD-AZO-films relatief laag kan zijn [8,9,10], dus de ALD-methode is toegevoegd.

een De schetsgrafieken demonstreren van der pauw geometrie. b De soortelijke weerstand van AZO-films met verschillende groeitemperaturen (500, 600, 700 en 800 ° C). De binnenste grafiek van (b ) toont de temperatuurafhankelijkheid van de soortelijke weerstand. c Stroom-spanningskarakteristieken van verschillende molverhoudingen van Al tot Zn. d De soortelijke weerstand en dragerdichtheid versus verschillende molverhoudingen van Al tot Zn

Figuur 3a toont IV-kenmerken van de PAD-AZO, de ALD-AZO en tweestaps AZO afgezet op p-GaN, de binnenste grafiek toont IV-kenmerken van de ALD-AZO-film die uitgloeide door snel thermisch uitgloeien bij 600 ° C in N ₂ voor 60 s. Het gaf aan dat de weerstand van de ALD-AZO-film veel kleiner was dan die van de PAD-AZO-film. Het contact tussen ALD-AZO en p-GaN was echter niet-ohms. De ALD-AZO films zijn uitgegloeid door RTA in N₂ (voor niet alleen 60 s, gegevens niet getoond), waren de contacten tussen ALD-AZO en p-GaN nog steeds niet-ohmisch, dus de PAD-AZO-laag was nodig. De soortelijke weerstand van PAD-AZO (30 nm) en tweestaps AZO (150 nm) was 2,221 × 10 ⁻³ Ω·cm en 2.175 × 10 ⁻³ ·cm. Het was moeilijk voor de PAD-methode om dikke AZO-films met een lage weerstand te laten groeien en de dikte van 30 nm kan een beetje dun zijn voor elektroden. Dus in dit geval werd PAD-AZO gebruikt om ohms contact te vormen en werd ALD-AZO toegevoegd om de plaatweerstand te verminderen. Hoewel er een lichte verbetering was in de soortelijke weerstand, was de plaatweerstand sterk verminderd tot 145 Ω/sq. toen de ALD-methode werd geïntroduceerd. Een belangrijke parameter van ohms contact is gerelateerd aan de specifieke contactweerstand (R_c ). Figuur 3b toont de ruwe gegevens van het specifieke contact van de PAD-AZO (zonder ALD-AZO) en tweestaps AZO (met ALD-AZO) om specifieke contactweerstand te extraheren, de binnenste grafiek toont de structuur van CTLM, de binnenste stip straal was 100 um, en de ruimte tussen de binnen- en buitenstraal werd gevarieerd van 5 tot 30 um. Uit de gegevens kan de specifieke contactweerstand worden berekend, de vergelijkingen zijn R_m ≈ R_sh [ln((r + s)/r)]/2π +L_T R_sh ln[(2r + s)/r(r + s)]/2π en R_c ≈ R_sh ·L_T ² , waar R_m staat voor de weerstand tussen twee elektroden, r staat voor binnenradius, L_T staat voor overdrachtslengte, in figuur 3b staat c =(r/s)*ln((r + s)/r), s voor de afstand tussen binnen- en buitencontact. De laagste specifieke contactweerstand van de PAD-AZO-films was ongeveer 1,08 × 10 ⁻¹ Ω·cm ² , en de laagste specifieke contactweerstand van de in twee stappen afgezette AZO-film was ongeveer 1,47 × 10 ⁻² Ω·cm ² . Naar onze mening werd de vermindering van de specifieke contactweerstand toegeschreven aan het feit dat de soortelijke weerstand van ALD-AZO-films lager was dan die van PAD-AZO-films, wat kan worden veroorzaakt door de dotering van waterstofatomen [8, 29]. Tegelijkertijd was de weerstand tussen indiumelektrode en ALD-AZO kleiner dan die tussen indiumelektrode en PAD-AZO. De weerstand gemeten met IV-test (bevatte contactweerstand) was groter dan die gemeten door van der pauw-geometrie, het verschil tussen deze twee weerstanden in PAD-AZO (1200 ) was groter dan het verschil in ALD-AZO (300 ).

een Stroom-spanningskarakteristieken van PAD-AZO, ALD-AZO en tweestaps AZO gegroeid op p-GaN. De binnenste grafiek van (a ) toont de IV-curve van ALD-AZO die is uitgegloeid door RTA in N₂ voor 60 s. b toont de ruwe gegevens en lineaire montagegegevens van het specifieke contact van de PAD-AZO (zonder ALD-AZO) en tweestaps AZO (met ALD-AZO) om specifieke contactweerstand te extraheren, de binnenste grafiek van (b ) toont de structuur van CTLM

Figuur 4 toont de oppervlaktetopografie van de PAD-AZO-films bij verschillende groeitemperaturen (a) 500, (b) 600, (c) 700 en (d) 800 ° C, respectievelijk. Er kan worden waargenomen dat AZO zich begon te vormen op het substraat bij 500 ° C. De AZO-korrels waren uniform en compact bij een groeitemperatuur van 600 °C, met een gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 70 nm. Bij 700 °C groeiden sommige granen echter ten koste van andere. Toen de groeitemperatuur 800 °C bereikte, werden de korrels groter. Gezien het effect van de groeitemperatuur en de soortelijke weerstand, werd 600 ° C gekozen als de juiste groeitemperatuur. Figuur 4e toont de oppervlaktetopografie van de ALD-AZO-film direct op p-GaN, en figuur 4f toont de oppervlaktetopografie van de in twee stappen afgezette AZO-film. Uit (e) en (f) kan worden afgeleid dat hoewel de korrelgrootte veranderde, de structuur nog steeds mozaïek was. Deze verandering kan worden toegeschreven aan het inbrengen van de PAD-AZO-tussenlaag om de roostermismatch te verminderen.

een , b , c , d Oppervlaktemorfologieën van PAD-AZO-films (1 m × 1 m) bij verschillende groeitemperaturen van respectievelijk 500, 600, 700 en 800 ° C. e de oppervlaktemorfologieën van ALD-AZO-film die direct op p-GaN. v de oppervlaktetopografie van tweestaps gedeponeerde AZO-film

Figuur 5 toont de transmissie van de AZO-films met en zonder ALD-AZO-laag. De groeiomstandigheden op kwarts werden hetzelfde gehouden als die op p-GaN. De transmissiespectra voor de PAD-AZO-films waren bijna hetzelfde voor alle monsters met een waarde van meer dan 90% in het golflengtebereik van 400-700 nm, wat overeenkomt met het zichtbare licht. Hoewel de transmissie daalde tot ongeveer 80% toen de ALD-AZO werd afgezet op de PAD-AZO-films, waren de transmissies nog steeds veel hoger dan die van de geoxideerde Ni/Au-films (55-70% in het zichtbare bereik) [30] en bijna hetzelfde met de transmissie van ITO-films [31].

De transmissies van de PAD-AZO-films en de tweestaps AZO-films