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摘要
? ? ? 通過x射線光電子能譜、原子力顯微鏡、反射高能電子衍射、電流電壓和電子束誘導(dǎo)電流表征，研究了氫氧化鉀處理對n型氮化鎵表面性質(zhì)和相關(guān)Au/n-GaN接觸點(diǎn)的影響。比較了分子束外延和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積生長的氣體極性表面。氫氧化鉀處理后，Au/n-GaN接觸的非輻射重組特性增加，與表面Ga空位增加、表面N-H2含量增加和表面C污染減少有關(guān)。對于分子束外延生長的氮化鎵，Ga3d峰位置的0.3eV轉(zhuǎn)移和位錯對比的減少，這表明表面Ga空位和線程位錯在定義合成的金屬/GaN接觸特性方面只發(fā)揮了有限的作用。因此，在評價n-GaN表面的電學(xué)性質(zhì)和相關(guān)的金屬接觸點(diǎn)的性能時，應(yīng)考慮到氫氧化鉀處理后的表面原子含量和由此產(chǎn)生的表面狀態(tài)。
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介紹
? ? ? 基于砷化鎵的器件的性能受到用于連接到電源或其他器件的金屬觸點(diǎn)的質(zhì)量的顯著影響。金屬/n-GaN接觸點(diǎn)的電學(xué)性能取決于各種各樣的處理參數(shù)，如氮化鎵表面的清洗和蝕刻，金屬接觸層的組成和厚度，以及用于激活接觸點(diǎn)的退火溫度和大氣。由于增強(qiáng)的擴(kuò)散偶聯(lián)金屬化層和退火條件已經(jīng)被確定以提高接觸性能，因此也越來越注意金屬化前氮化鎵表面的制備。 需要詳細(xì)的研究來評估所采用的化學(xué)處理、氮化鎵表面由此產(chǎn)生的化學(xué)/結(jié)構(gòu)修飾與接觸點(diǎn)的電學(xué)性能之間的密切關(guān)系。
? ? ? 本研究通過研究氫氧化鉀蝕刻對n-GaN表面性質(zhì)和相關(guān)的Au/n-GaN肖特基接觸的影響，來研究確定勢壘高度的機(jī)制。
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實驗
? ? ? 采用氮化鎵射線光電子能譜(XPS)，使用AlKαx射線在10kV和陽極發(fā)射電流20mA下，評估蝕刻氮化鎵樣品的表面化學(xué)性質(zhì)。樣品在最后的鹽酸清洗階段后立即裝入XPS室。利用原子力顯微鏡(AFM)維維原子力顯微鏡研究了表面形態(tài)。樣品的近表面晶體結(jié)構(gòu)是通過反射高能電子衍射(RHEED)進(jìn)行評估，這是在改進(jìn)的Jeol2000fx透射電子顯微鏡(TEM)中進(jìn)行的，使用垂直安裝在投影儀透鏡下方的樣品表面的斜角衍射。為了進(jìn)行互補(bǔ)電流-電壓（I-V）測量和電子波束誘導(dǎo)電流(EBIC)調(diào)查，樣本集使用相鄰區(qū)域從相同的晶圓。玻璃陰影掩模被用來定義金肖特基接觸，以及用于地面連接。在4x10-6Torr的室壓力下使用熱蒸發(fā)器，以3nm/s至125nm的厚度同時沉積在所有樣品上。在2.5x10-6Torr的腔室壓力下，使用電子束蒸發(fā)器沉積在0.7nm/s，厚度為200nm。EBIC測量使用Jeol6400掃描電子顯微鏡(SEM)在10kV的加速電壓下工作和MatelectIV5低噪聲電流放大器進(jìn)行。
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結(jié)果
? ? ? n-GaN 表面的表征：圖2a，b顯示了參考hcl清洗的MBE和MOCVD氮化鎵樣品的1x1μmAFM高度振幅圖像。mbe生長的樣品的表面形態(tài)(圖。2a)明顯比MOCVD樣品更粗糙(圖2b)，rms值分別為15.0nm和0.62nm。圖2a的形態(tài)表明了這種mbe生長的GaN/藍(lán)寶石樣品的精細(xì)細(xì)胞顆粒結(jié)構(gòu)，而MOCVD生長的GaN/藍(lán)寶石樣品通常表現(xiàn)出更大的粒度晶體結(jié)構(gòu)，螺紋位錯含量明顯較低。因此，圖2b顯示了一個更平滑的階梯流表面，偶爾觀察到梯田終止于被認(rèn)為是包含螺釘組件的螺紋位錯的特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氫氧化鉀處理對MBE表面略有改變。圖3顯示了一個1x1μm的AFM高度氫氧化鉀蝕刻MBE樣品的振幅圖像，顯示了平底六角形凹坑的發(fā)展，密度為3.5x109cm-2，平均深度為40nm。樣品的均方根粗糙度降低了1.8nm。相反，氫氧化鉀處理在AFM的檢測范圍內(nèi)并沒有改變MOCVD表面的形態(tài)。
? ? ? 金/氮化鎵接觸點(diǎn)的表征： 利用二次電子(SE)和EBIC操作模式，通過掃描電鏡進(jìn)一步研究了金接觸樣品的性能。在SE模式下獲得的地形對比度圖像(圖。6a，b)分別表明MBE-和MOCVD-生長的氮化鎵樣品表面粗糙和光滑，再次與AFM圖像一致。EBIC測量評估這些樣品的電活性是在相對較低的10kV加速電壓下進(jìn)行的，試圖強(qiáng)調(diào)接觸的氮化鎵表面對EBIC信號的貢獻(xiàn)。EBIC圖像拍攝自與SE圖像相同的區(qū)域顯示，MBE生長的氮化鎵樣品中有一個~350nm大小的小亞粒密度較高(圖。MOCVD生長的氮化鎵樣品的~1μm尺寸亞粒(圖6d)，再次與MBE和MOCVD生長的GaN/藍(lán)寶石異質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同微觀結(jié)構(gòu)一致。對于mbe生長的氮化鎵樣本，低EBIC信號的位置似乎與相關(guān)的SE圖像中的晶界位置相關(guān)。然而，在EBIC實驗的分辨率范圍內(nèi)，生成的非放射性重組活性的圖像沒有提供由于氫氧化鉀處理的效果而造成的額外特征。
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圖2 參考hcl清洗(a)MBE和(b)mocvdgroonGaN/藍(lán)寶石樣品的1x1μmAFM振幅圖像
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圖3 KOH蝕刻mbe生長的GaN/藍(lán)寶石的1x1μmAFM振幅圖像，相應(yīng)的地形圖像高度為99.20nm
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討論 ??略??
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結(jié)論
? ? ? 由于在標(biāo)準(zhǔn)氮化鎵清洗方案中加入了氫氧化鉀處理步驟，n-GaN表面的化學(xué)性質(zhì)和Au/n-GaN接觸的非輻射重組特性存在顯著差異。在MBE和MOCVD生長的氮化鎵樣品中，Au/n-GaN接觸和非輻射重組的增加，部分原因是表面ga越來越差和表面受體密度的相應(yīng)增加。而這種解釋是持續(xù)的0.3eV轉(zhuǎn)變Ga3d峰值的價帶mbe增長氮化鎵，沒有相應(yīng)的變化費(fèi)米水平記錄Ga3d峰值位置MOCVD-grond氮化鎵應(yīng)對氫氧化鉀治療在這種情況下使用。因此，建議對電子屏障高度的降低和非輻射重組活性的增加有第二個貢獻(xiàn)，即N-H2表面含量的增加和相關(guān)的C含量的減少，這是對MBE-和MOCVD-生長的氫氧化鉀處理的結(jié)果氮化鎵。通過比較koh蝕刻和氯酸清洗表面與參考氯酸清洗表面，證明氫氧化鉀處理改變了金屬/正-氮化鎵接觸的電性能，這一過程不能僅僅歸因于氧化層的去除。
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