В настоящей работе проведено исследование влияния отжига в диапазоне температур от 300 до 650 °C на параметры барьера Шоттки и тока утечки контактов Шоттки Ni/Au, Mo/Au и Re/Au к гетероструктурам AlGaN/GaN.
Выпуск #9/2018Слепцов Евгений Васильевич, Черных Алексей Владимирович, Черных Сергей Владимирович, Слепцова Анастасия Алексеевна, Кондратьев Евгений Сергеевич, Гладышева Надежда Борисовна, Дорофеев Алексей Анатольевич, Диденко Сергей Иванович Исследование барьеров Шоттки на основе Ni/Au, Mo/Au и Re/Au к AlGaN/GaN гетероструктурам
В настоящей работе проведено исследование влияния отжига в диапазоне температур от 300 до 650 °C на параметры барьера Шоттки и тока утечки контактов Шоттки Ni/Au, Mo/Au и Re/Au к гетероструктурам AlGaN/GaN.
Наиболее распространенными системами металлизации барьеров Шоттки являются системы на основе Ni (преимущественно Ni/Au), температурная стабильность которых ограничена 500 °C, о чем свидетельствуют различные исследования [1, 2]. Известно, что Au в составе металлизации ухудшает стабильность контакта, поэтому предпринимаются попытки использования других металлов в качестве контакта или исключения влияния Au. Для решения этой проблемы возможно использование промежуточного металла, как, например, в системах металлизации Ni/Mo/Au, Ni/Pt/Au и Ni/Ir/Au [3], или применение тугоплавких металлов, например, Mo [4] или Re [5]. Эпитаксиальные слои AlGaN/GaN выращивались на подложках сапфира толщиной 430 мкм методом МОГФЭ. Гетероструктура состояла из 25 нм слоя Al0.27Ga0.73N, 0,6 нм промежуточного слоя AlN и 2,5 мкм нелегированного буферного слоя GaN. Слоевое сопротивление, определенное вихретоковым методом, составило 295 Ом на квадрат. Слоевая концентрация электронов в двумерном электронном газе и подвижность электронов измерялись методом Холла при комнатной температуре и составили 1,13 · 1013 см−2 и 1890 см2/(В·с) соответственно.
Омические контакты на основе системы металлизации Mo/Al/Mo/Au [6] и исследуемые в работе барьеры Шоттки формировались методом электронно-лучевого распыления. Толщины слоев рассмотренных систем металлизации составляли 50 нм/300 нм. Отжиг проводился в атмосфере азота в течение 10 минут при различных температурах от 300 до 650 °C с шагом 50 °C. На рис. 1 изображены изготовленные тестовые барьеры Шоттки. В процессе работы измерялись температурные зависимости вольт-амперных характеристик (ВАХ) и вольт-фарадные характеристики (ВФХ) изготовленных барьеров Шоттки до и после отжига. Методами тока насыщения и энергии активации определялись коэффициент неидеальности, высота потенциального барьера и эффективная постоянная Ричардсона. Из величин напряжения отсечки и емкости в области неполного обеднения двумерного электронного газа определялись слоевая концентрация и толщина барьерного слоя для контроля однородности эпитаксиальных слоев. В результате работы показано улучшение параметров барьеров Шоттки на основе рассмотренных систем металлизации после проведения отжига. Проведение отжига при температурах выше 550 °C приводит к потере выпрямляющих свойств Ni/Au барьеров Шоттки, в то время как контакты на основе систем металлизации Re/Au и Mo/Au демонстрируют высокую температурную стойкость, причем первый контакт обладает лучшими параметрами при всех температурах отжига по сравнению с Mo и Ni. Следует отметить, что барьер Шоттки на основе Re показал лучшие параметры по сравнению с другими системами уже непосредственно после напыления. На рис. 2 показаны прямая и обратная ВАХ исследуемых контактов после напыления. ЛИТЕРАТУРА 1. Ni and Ni Silicide Schottky Contacts on n-GaN / Liu Q. Z., Yu L. S., Deng F. et al. // Journal of Applied Physics. — 1998, Vol. 84, № 2, pp. 881–886. 2. Effects of Rapid Thermal Annealing on the Electrical Properties and the Strain of the AlGaN/AlN/GaN Heterostructure Field-effect Transistors with Ni/Au Gate Electrodes / Zhao J., Lin Z., Chen Q. e. a. //Applied Physics A. — 2015, Vol. 121. — I. 3, pp. 1271–1276. 3. Thermal Annealing Effects on Ni/Au Based Schottky Contacts on n-GaN and AlGaN/GaN with Insertion of High Work Function Metal / Miura N., Nanjo T., Suita M. et al. // Solid-State Electronics. — 2004, Vol. 48. — I. 5, pp. 689–695. 4. Ramesh C. K., Reddy V. R., Choi C.-J. Electrical Characteristics of Molybdenum Schottky Contacts on n-type GaN // Materials Science & Engineering B. — 2004, Vol. 112. — I. 1, pp. 30–33. 5. Thermal Stability of Rhenium Schottky Contacts on n-type AlxGa1–xN / Zhou L., Khan F. A., Cueva G. et al. // Applied Physics Letters. — 2002, Vol. 81. — № 9, pp. 1624–1626. 6. Омические контакты на основе системы металлизации Mo/Al/Mo/Au к гетероструктурам AlGaN/GaN / Кондаков М. Н., Черных С. В., Черных А. В. и др. // Микроэлектроника. — 2016. — Т. 45. — № 6.