プラズマ援用分子線エピタキシー法により成長した Zn 極性 ZnO/BeMgZnO へテロ構造をショットキー ダイオードの作製

1. 成長と Gan の MBE 成長のための準備 Mocvd 法による半絶縁性 gan の成長 原子炉からロードロック室を隔離するゲート弁が閉じていることを確認します。N2の大気圧と負荷ロックをぶちまけます。基板ホルダーを取り出して読み込みロックを開きます。 ホルダーに 2 インチ サファイア基板を読み込み、読み込みロックにホルダーを配置します。2.5 × 10、ロードロック圧力ポンプダウン-2機械ドライポンプでトル。 N2炉 (15 Torr) のとは、その圧力を均等化するために読み込みロックをぶちまけます。 ロードロック隔離ゲート弁を開き、原子炉内のサンプル ホルダー アセンブリにホルダーをロードします。回転モーターをオンにし、100 rpm の基板ホルダーの回転速度を設定します。ゲート弁を閉じます。 冷却水で両方 H2を実行しているコント ローラー (MFC) を質量流量 NH3供給は不十分であるおよびその圧力コント ローラー (PC) 測定値は、規定値と同じおよび基板ホルダーを回転すること。 H2N2からシステムのガスを切り替えます。その場の光反射モニターの電源します。 基板温度、ガス流量および原子炉圧力のランプ、バルブの切り替えなどすべての成長パラメーターをプレインストールするレシピのファイルを起動することによって、成長を開始します。 3 分で 30 Torr まで原子炉圧力と H2の環境で 3 分間基板表面からの残留汚染を脱着し 1055 ° C に基板温度をランプ。 941 の ° c 核形成と低温 (LT の) AlN バッファー層の成長の基板温度ランプダウン。 毎分 (sccm) 12 の標準的な立方センチメートルとポリプロピオネート (TMAl) 流・ 7 sccm としてアンモニア (NH3) 流 3 分の基板温度を安定させます。 LT AlN 層の成長を開始するには、実行の行に通気口から TMAl の切り替えします。 637 nm レーザー ダイオード、p i n Si 受光素子と Labview ベースのソフトウェアが含まれていますカスタム反射率測定システムを使用して LT AlN 層の厚さを制御します。反射率振動19,20の期間から成長率を決定します。選択した試料中の in situモニタリングの精度を確認するのに断面の走査型電子顕微鏡および透過電子顕微鏡画像を使用します。 6 分 〜 20 nm、成長中断することがなく 3 分で 1100 ° C に基板温度をランプの厚さに達するし、300 の厚さに AlN 層の成長を継続するための成長を続ける nm、s の監視、の振動の進化によって、itu光反射。 口にしアイドル ライン AlN 成長を止めることの実行から TMAl を切り替えます。15.5 sccm、7000 sccm に NH3流れランプアップ トリメチルガリウム (TMGa) 流れを安定させるし、1 分ランプ 1 分で 1107 ° C に基板温度を 1 分ランプ 76 Torr まで原子炉圧力を安定させます。 核し、〜 400 の厚さで回復 gan を成長 nm, 反射率の進化を監視中。最初 GaN AlN 表面上核諸島、島合体するとき原子平坦面に対応する元のレベルに強度を回復すると、反射率は急激な減少を展示します。 1124 ° C 2 分成長高温半絶縁性 GaN 層の厚さと ~2.5 mm の基板をランプは、口にし、アイドル状態の行に実行から一方を切り替えることにより成長を止めます。 40 分間室温に基板を冷やします。 1.5 分間 15 Torr まで原子炉圧力ランプダウン。 手順 1.1.1-1.1.4 の逆の手順で原子炉から基板をアンロードします。 GaN テンプレート作製とロード MBE 原子炉。 6 円形等分にダイヤモンドのスクライバーを使用して 2 インチ GaN テンプレートをカットします。 石英ビーカーに塩酸 (HCl、36.5 38.0 w/w%、150 mL) に硝酸 HNO3、68.0 70.0 w/w% (50 mL) をゆっくり追加して王水酸発煙のフードの中の酸溶液を準備します。 220 ° C の温度でホット プレートに王水ビーカーを置く 赤/オレンジ色と気泡の出現の後扇形 GaN テンプレートを 1 つのソリューションに浸るし、10 分間煮る。 3 分間の脱イオン (DI) 流水で GaN テンプレートをすすいでください。 GaN テンプレートに漬 HCl (36.5 38.0 w/w%):H2O 溶液が酸化を削除する 3 分間 (1:1)。 5 分・ ディ ・流水に GaN テンプレートをすすいでください。 N2ガス テンプレートを乾燥させます。 Mo ホルダーに掃除の GaN テンプレートを置いて、MBE ロードロック室にすぐにそれを読み込みます。 機械式ドライポンプで読み込みロックをポンピングを開始します。 2. BeMgZnO/酸化亜鉛ヘテロ構造の成長 胸水細胞の調製 1 h の読み込みロックを真空排気後の開始準備 Zn, Mg, 胸水細胞であります。ダブル ゾーン亜鉛電池のアッパー ゾーン温度 17 ° C/分のランピング加工率 525 ° C、5 分後 15 ° C/分のランピング加工速度 5 ° C/分セット Mg セル温度 570 ° c のランピング率 515 ° C までランプを待つ、セット ポイントに到達、後 10 分待つ、300 ° C まで Mg 細胞をランプ設定、セル温度を 900 ° C まで 10 ° C/分のランピング加工速度にする、セット ポイントに達すると後は、3 分待つ、650 ° c. までセルをランプ 30 分後に、360 ° C まで 10 ° C/分のランピング加工速度にダブル ゾーン亜鉛電池の下のゾーン温度を設定します。 2 h 〜 5 × 10-7 Torr の圧力に到達するため負荷ロックを真空排気後反射高速電子線回折 (RHEED) システムをオンにし、MBE チャンバーに GaN テンプレートを読み込みます。 [1-100] 方位角方向に沿って RHEED パターンの進化を監視するマニピュレーターを回転させることにより GaN テンプレートの角度を調整します。 355 ° C まで 10 ° C/分のランピング加工速度にダブル ゾーン亜鉛電池の下のゾーン温度を設定します。 GaN と LT ZnO バッファーの成長 zno 極性制御 ランピング 13.6 ° C/分 15 分の基板表面からの残留汚染を脱着する率で 615 ° C に基板温度をランプ。 615 から 13.6 ° C/分 LT ZnO の成長のためのランピング加工速度 280 ° C への基板温度ランプダウン。温度 550 ° C に達すると、亜鉛フラックスと GaN テンプレート表面を公開する Zn 携帯シャッターを開きます。O2プラズマ電源をオンに、100 W と O2ガス管線が閉じていることを確認するチェック力を設定します。 温度 280 ° C に達すると、O2プラズマ電源をプラズマを点火し、0.25 sccm に O2流量を減少させる 0.3 sccm に 400 W、セット O2流量に設定します。 LT ZnO バッファー層の成長を開始する O2シャッターを開くまで 1 分間待ちます。 RHEED パターン 5 分ごとを記録します。約 15 分 ~ 20 のバッファー膜厚に対応するための成長後 nm、楕円形斑点 (3 D モード)、ストライプ (2 D モード) から RHEED パターンに変更するとき成長を止めること O と Zn2シャッターを閉じます。 O2流量 0.4 sccm にし LT ZnO バッファー層のアニール 13.6 ° C/分のランピング レートで 730 ° C に基板温度を設定します。345 ° C まで 10 ° C/分 HT ZnO 層の成長のためのランピング加工速度にダブル ゾーン亜鉛電池の下のゾーン温度を設定します。 基板温度 730 ° C のセット ポイントに達すると、5 分待ってから、RHEED による ZnO 表面をチェックします。RHEED パターンは 3 D から 2 D へ遷移する、停止ランプの基板温度 700 ° c 下でアニール 高温酸化亜鉛層の成長 基板温度 700 ° C に達するし、安定、3.2 sccm に O2流量を増やします。 O と Zn2シャッターを同時に開くことによって HT ZnO 層の成長を開始します。 成長 〜 140 分厚 〜 300 に到達する HT ZnO 層 nm。2 D の成長モードを確認する成長中の RHEED パターン数回を記録します。 HT ZnO 層の成長を中止するには、同時に O と Zn2シャッターを閉じるします。 BeMgZnO バリアの成長 0.3 sccm に O2流量、設定、セル温度 820 ° C まで 10 ° C/分のランピング加工速度に、Mg セル温度 15 ° C/分のランピング加工率で 510 ° C に設定して基板温度 13.6 ° の傾斜率 325 ° cC/分 BeMgZnO 障壁の成長のため。 基板温度が安定すると 1.25 sccm に O2の流量を増加し、Zn, Mg を開いて同時に成長を開始すると O2シャッター。 〜 12 分 ~ 30 の厚さに到達する BeMgZnO バリア層を成長 nm。レコードの RHEED パターンの成長モードの進化を監視する成長の間に数回。 Mg を閉じることによって BeMgZnO 層の成長を停止し、1 分 ~ 2 nm 厚い ZnO キャップ層を持っているために開いた O と Zn2を維持しながらシャッターをするシャッターします。 O と Zn2シャッターを閉じることによって成長を終了します。 ランプダウン スタンバイ、その温度に基板温度 150 ° C0.25 sccm に O2流量を減少させます。 基板温度が 250 ° C 以下と、100 W O2プラズマ パワーを抑制、O2プラズマ電源をオフ、0 O2流量を減少させる、O2ガス管線を閉じる、スタンバイするセル温度を冷やす条件。 基板温度スタンバイ温度 150 ° C に達する成長室の仕切弁を開き、ロードロック室にウェハ ホルダーをアンロードするを待ちます。 N2ガス ロードロック室をぶちまける、サンプルを取り出してください。 3. 特徴 大体サンプルの端にカバーされている領域を介してステップ プロファイラーを使用して、試料の厚みを測定します。 高分解能 x 線回折 (HRXRD) ((0002) 反射の第 2 四半期 w スキャン) を用いたヘテロ構造の厚さ、ひずみ、構造品質を評価します。 5 × 5 mm にカット、サンプル2ダイヤモンド罫書き針を使用して、正方形の部分。インジウム (In) ドットの接触電極としてのバンの der の Pauw ジオメトリの温度依存ホール効果測定を使用して、サンプルの電子特性を調査します。 原子間力顕微鏡 (AFM) を用いた表面の形態を確認してください。 4. ショットキーバリア ダイオードの作製 BeMgZnO/酸化亜鉛ヘテロ構造のオーミック コンタクトの作製 サンプル (~ 20 × 20 mm2のサイズ) を 5 分、次いでメタノールで 5 分間超音波洗浄機で洗浄、5 分の純水で洗浄、N2乾燥吹く用超音波クリーナー アセトンで脱脂します。 3 s の 1000 rpm とし、3000 rpm 30 コート フォトレジストをスピン s。 140 100 ° C でフォトレジストを焼くソフト s。 オーミック接触を通して紫外線を公開 2.38 分露光マスクア ライナーの 6.5 mW UV ランプの電源投入時のマスク。 ポスト焼く 80 110 ° C でフォトレジスト s。 60 の開発者の開発 1/秒の振動周波数で s。 3 分とブローは N2の DI 水ですすいでください。 電子ビーム蒸発器にサンプルをロードします。 サンプルを加熱することがなく入金 Ti/Au 厚 30/50 nm、水晶膜厚モニターによって測定されます。 5 分のメタノールで洗浄後、アセトンでリフトオフ 5 分の純水ですすぎと吹いて乾燥 N2。 30 で 300 ° C で急速な熱炉 (RTA) による接触をアニール s。 遷移行モデル (TLM) 測定21による接触抵抗を確認してください。 BeMgZnO/酸化亜鉛ヘテロ界面のショットキー接合の作製 ショットキー接触の写真平版の手順 4.1.1-4.1.7 に従ってください。 リモートの O2プラズマ 35 sccm の O2の流れと 50 ワットの高周波電力を 5 分間で試料表面を治療します。 50 の厚さと銀の沈着量のステップ 4.1.8-4.1.10 に従う nm。 ショットキー ダイオード17- V の測定によって得られた構造を特徴付けます。