等离子体辅助分子束外延法制备的锌极性 BeMgZnO/氧化锌异质结构肖特基二极管的制备

1. MBE 生长的 GaN 模板的生长与制备 MOCVD 半绝缘 GaN 模板的生长 确保闸门阀隔离反应堆的负载锁室。用 N2将负载锁排出大气压。打开负载锁以取出基板支架。 将2英寸蓝宝石基底装入支架上, 然后将支架放回负载锁。通过机械式干泵将负载锁定压力降低到 2.5×10-2托。 用 N2发泄负载锁, 使其压力与反应器室 (15 托) 的压强相等。 打开负载锁隔离闸阀并将支架装入反应器中的样品架组件。打开旋转电机并设置 100 rpm 的基板固定转速。然后关闭闸阀。 确保冷却水运行, H2和 NH3供应充足, 质量流量控制器 (MFC) 和压力控制器 (PC) 读数是相同的设定值, 和基板支架旋转。 将系统气体从 N2切换到 H2。打开原位光学反射监测器。 启动该配方文件, 预安装所有生长参数, 包括基板温度、气体流速、反应器压力和阀门切换的速度, 从而启动增长。 将反应器压力提升到30托3分钟, 基板温度达到1055摄氏度, 以脱附在 H2环境中的3分钟内从基底表面残留污染物。 为低温 (LT) AlN 缓冲层的成核和生长, 将基底温度降低至941摄氏度。 稳定 trimethylaluminum (热) 流量为12标准立方厘米/分钟 (sccm) 和氨 (NH3) 流为 7 sccm 和基底温度3分钟。 通过将热从排气口切换到运行线, 启动 LT 氮化铝层的生长。 使用定制的反射率测量系统控制 LT 氮化铝层的厚度, 其中包括637纳米激光二极管、p-i n 硅光电探测器和基于 Labview 的软件。从反射振荡周期19,20确定生长速率。在选定样品中, 使用横断面扫描电子显微镜和透射电镜图像来确认原位监测的准确性。 保持6分钟的生长以达到 20 nm 的厚度, 然后在3分钟内将基底温度升高至1100摄氏度, 而不会出现生长中断, 并继续将 AlN 层的生长增加到 300 nm 的厚度, 这是由 s 振荡的演变所监测的. 国际电联光学反射率。 切换热从运行到通风, 然后到闲置线路, 以阻止 AlN 增长。稳定在 15.5 sccm 的三甲基镓 (TMGa) 流, 将 NH3流提升到 7000 sccm, 并稳定1分钟. 在76分钟内将反应器压力提升至1托. 将基底温度上升至1107摄氏度, 1 分钟。 核和生长的 GaN 恢复层厚度为 400 nm, 同时监测反射率的演变。最初, 当甘群岛在 AlN 表面核时, 反射率会急剧下降, 然后在群岛合并时将强度恢复到与原子平坦表面对应的原始水平。 在2分钟内将基底向上提升至1124摄氏度. 将高温半绝缘 GaN 层的厚度约为 2.5 mm. 通过将 TMGa 从运行切换到通风口, 然后再到闲置线路, 停止增长。 在40分钟内将基底冷却至室温。 在1.5 分钟内将反应堆压力降低到15托。 按照步骤 1.1. 1-1. 1.4 的反向步骤, 从反应器中卸载基板。 GaN 模板制备与 MBE 反应器的加载 使用钻石划线器将2英寸 GaN 模板切成6个相等的饼形件。 将硝酸 (HNO3, 68.0-70.0 瓦/w%, 50 毫升) 加入到盐酸 (HCl, 36.5-38.0 w/w%, 150 mL) 中, 然后慢慢进入石英烧杯中, 准备酸烟罩内的水中的酸溶液。 将 aqua 烧杯放在热板上, 温度为220摄氏度。 出现橙色/红色和气泡后, 在溶液中浸泡一个饼状 GaN 模板, 煮沸10分钟。 在运行去离子 (DI) 水中冲洗 GaN 模板3分钟。 将 GaN 模板浸泡在 HCl 中 (36.5-38.0 w/w%): H2O 溶液 (1:1), 用于3分钟, 以除去 Ga 氧化物。 在运行 DI 水中冲洗 GaN 模板5分钟。 用 N2气体干燥模板。 将清洁的 GaN 模板放在 Mo 支架上, 立即将其加载到 MBE 的负载锁室中。 开始通过机械式干泵泵送负载锁。 2. BeMgZnO/ZnO 异质结构的 MBE 生长 积液细胞的制备 在泵送 1 h 的负载锁后, 开始制备锌, 镁, 是积液细胞。将双区锌电池的上部区域温度设置为525摄氏度, 坡向速度为17摄氏度/分钟, 等待5分钟, 然后斜坡降至515摄氏度, 坡向速度为5摄氏度/分钟. 将 Mg 电池温度设置为570摄氏度, 坡向速度为15摄氏度/分钟, 到达设定点后, 等待10分钟, 然后将 Mg 细胞向下斜坡降至300摄氏度。将 as 单元温度设置为900摄氏度, 坡向速度为10摄氏度/分钟, 到达设定点后, 等待3分钟, 然后将单元格向下倾斜至650摄氏度。 30分钟后, 将双区锌电池的较低区域温度设置为360摄氏度, 坡向速度为10摄氏度/分钟。 在泵送2小时的负载锁以达到 ~ 5×10-7托的压力时, 打开反射高能电子衍射 (RHEED) 系统, 将 GaN 模板加载到 MBE 室中。 通过旋转机械手来调整 GaN 模板的角度, 以监测沿 [1-100] 方位方向的 RHEED 模式演化。 将双区锌电池的较低区域温度设置为355摄氏度, 坡向速度为10摄氏度/分钟。 zno 对 GaN 的极性控制及对 LT-ZnO 缓冲液的生长 将基底温度提升至615摄氏度, 坡向速度为13.6 摄氏度/分钟, 以脱附从基底表面残留污染物15分钟。 将基板温度从615降低到280摄氏度, 对 LT-氧化锌的生长速度为13.6 摄氏度/分钟。当温度达到550摄氏度时, 打开锌电池快门, 露出锌通量的 GaN 模板表面。打开 o2等离子电源, 将电源设置为 100 W, 然后检查是否关闭了 o2气体管线。 当温度达到280摄氏度时, 将 o2等离子功率设置为 400 W, 将 o2流量设置为 0.3 sccm 以点燃等离子, 然后将 o2流量降低到 0.25 sccm。 等待1分钟, 然后打开 O2快门开始增长的 LT-氧化锌缓冲层。 每5分钟记录一次 RHEED 模式。当 RHEED 模式从条纹 (2D 模式) 转变为椭圆形点 (3D 模式) 后, 在大约15分钟的时间里, 对应于 20 nm 的缓冲厚度时, 关闭锌和 O2百叶窗以停止生长。 将 O2流量设置为 0.4 sccm, 并将基板温度设置为730摄氏度, 坡向速率为13.6 摄氏度/分钟, 以退火 LT-氧化锌缓冲层。将双区锌电池的较低区域温度设置为345摄氏度, 对 HT 氧化锌层的生长速度为10摄氏度/分钟。 当基底温度达到730摄氏度的设定点时, 等待5分钟, 并通过 RHEED 检查 ZnO 表面。当 RHEED 模式从3D 过渡到2D 时, 通过将基底温度降低到700摄氏度来停止退火。 高温氧化锌层的生长 当基底温度达到700摄氏度并稳定时, 将 O2流速增加到 3.2 sccm。 同时打开锌和 O2百叶窗, 启动 HT 氧化锌层的生长。 将 HT 氧化锌层长至140分钟, 达到 300 nm 的厚度。在生长过程中多次记录 RHEED 模式, 以确认2D 增长模式。 同时关闭锌和 O2百叶窗, 从而阻止 HT 氧化锌层的生长。 BeMgZnO 屏障的生长 将 O2流量设置为 0.3 sccm, 将 “单元温度” 设置为820摄氏度, 速度为10摄氏度/分钟, 将 Mg 电池温度设置为510摄氏度, 坡向速度为15摄氏度/分钟, 并将基底温度设置为325摄氏度, 坡向速度为13.6 °。BeMgZnO 屏障生长的 C/分钟。 当基底温度稳定时, 将 O2流速增加到 1.25 sccm, 并通过同时打开锌、镁、和 O2百叶窗开始生长。 BeMgZnO 屏障层长约12分钟, 达到 30 nm 的厚度。在生长过程中多次记录 RHEED 模式, 以监测生长模式的演变。 停止 BeMgZnO 层的生长通过关闭 Mg 和被快门, 同时保持锌和 O2快门打开1分钟, 有一个 ~ 2 nm 厚的氧化锌盖层。 通过关闭锌和 O2百叶窗来完成生长。 将基底温度降低至待机温度150摄氏度。将 O2流量降低到 0.25 sccm。 当基底温度低于250摄氏度时, 将 o2等离子功率降低至 100 W, 关闭 o2等离子电源, 将 o2流量降低至 0, 关闭 o2气体管路, 冷却电池温度至待机状态。条件。 等待基底温度达到待机温度150摄氏度, 打开生长室闸阀并将晶片支架卸载到负载锁室。 用 N2气体排出负载锁腔, 取出样品。 3. 表征 通过使用步骤探查器, 通过样本边缘上的覆盖区域粗略测量样品的厚度。 使用高分辨率 X 射线衍射 (衍射) (2 个 q w 扫描 (0002) 反射) 评估异质结构的厚度、应变和结构质量。 使用钻石划线器将样品切成5×5毫米2平方块。通过在 van der Pauw 几何中使用温度相关霍尔效应测量, 以铟 (in) 点作为接触电极, 调查样品的电子特性。 使用原子力显微镜 (AFM) 检查表面形貌。 4. 肖特基二极管的制造 BeMgZnO/ZnO 异质结构上的欧姆触点的制备 脱脂样品 (~ 20×20 mm2大小), 超声波清洗器中的丙酮5分钟, 然后在超声波清洗器中用甲醇清洁5分钟, 在 DI 水中冲洗5分钟, 然后用 N2吹干。 自旋涂层光刻胶, 1000 rpm, 3 s, 然后 3000 rpm 三十年代。 软烤光刻胶在100摄氏度为140s。 在 6.5 mW 紫外线灯功率下通过欧姆接触面罩暴露 uv 光, 2.38 分钟光刻掩模对准。 在八十年代的110摄氏度后烘烤光刻胶。 在六十年代开发人员的振动频率为 1/秒。 在 DI 水中冲洗3分钟, 用 N2吹干。 将样品装入电子束蒸发器。 不加热样品, 沉积钛/Au 厚度为 30/50 nm, 由石英晶体厚度监测器测量。 在丙酮中起升, 然后在甲醇中清洗5分钟, 在 DI 水中漂洗5分钟, 用 N2吹干。 在三十年代的300摄氏度下, 快速热式退火炉 (RTA) 退火触点。 通过过渡线模型 (TLM) 测量21检查接触电阻。 在 BeMgZnO/ZnO 异质结构上制造肖特基接触点 按照步骤 4.1. 1-4. 1.7 进行肖特基接触光刻。 使用5分钟的 o2流量 35 sccm 和 50 W 的 RF 功率, 使用远程 o2等离子体处理样品表面, 并将其带到最小值。 按照步骤 4.1. 8-4. 1.10 为 Ag 的沉积厚度为 50 nm。 通过肖特基二极管17的-v 测量来表征所获得的结构。