MOCVD에 의한 Si 기판 위의 Ga2O3 박막 저온 결정 성장과 전기적 특성
Low temperature growth of Ga2O3 thin films on Si substrates by MOCVD and their electrical characteristics
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
유기금속 화학 증착 방법(MOCVD)을 사용하여 Si 기판 위에 Ga2O3 박막들을 다양한 성장 온도에서 형성하였다. 성장 온도 500°C와 550°C에서 성장한 Ga2O3 박막들은 매우 깨끗하고 평평한 표면 상태를 보였으며, 결정구조는 비정질 상태임을 확인할 수 있었다. 성장한 박막들의 열처리 효과를 확인하기 위하여 각각의 박막들은 900°C 온도에서 10분간 열처리를수행하였다. 성장 온도 500°C와 550°C에서 성장한 박막들은 초기의 평평한 표면 상태는 그대로 유지하면서 결정 구조가 비정질에서 다결정으로 변한 것을 확인할 수 있었다. 쇼트키 다이오드를 제작하기 위한 박막으로는 550°C에서 성장한 박막을 선택하였는데, 이는 소자의 제작 및 성능을 향상하기 위해서는 평평한 표면 위에서의 공정이 필수적이기 때문이다. 또한, 열처리 효과를 확인하기 위하여 900°C에서 열처리를 실시한 박막을 이용하여 동일한 형태의 쇼트키 다이오드를 제작하여 특성을 비교하였다. 또한 박막의 광소자로의 응용 가능성을 확인하기 위하여 MSM(metal-semiconductor-metal) 광검출기를 제작한 결과 266 nm 자외선 파장의 빛에 대응하는 광전류(동작 전압 10V)는 암전류 대비 약 5.32배 증가함을 보이는 것을 확인하였다.
Abstract
Ga2O3 thin films were grown on n-type Si substrates at various growth temperatures of 500, 550, 600, 650 and 700°C. The Ga2O3 thin films grown at 500°C and 550°C were characterized as featureless flat surface. Grown at highertemperatures (600, 650, and 700°C) showed very rough surface morphology. To figure out the annealing effect on the thin films grown at relatively low temperatures (500, 550, 600, 650 and 700°C), the Ga2O3 films were thermally treated at 900°C for 10 minutes. Crystal structure of the Ga2O3 f ilms g rown a t 500 and 550°C were changed from amorphous to polycrystallinestructure with flat surface. Ga2O3 film grown at 550°C was chosen for the fabrication of a Schottky barrier diode (SBD). Electrical properties of the SBDs depend on the thermal treatment were evaluated. A MSM type photodetector wasmade on the low temperature grown Ga2O3 thin film. The photocurrent for the illumination of 266 nm wavelength showed 5.32 times higher than dark current at the operating voltage of 10 V.
참고문헌 (15)
- R. Roy, "Polymorphism of Ga2O3 and the system Ga2O3-H2O", J. Am. Chem. Soc, 74, pp.719~ (1952)
- Y. Li, "Investigation of the oxygen gas sensing performance of Ga2O3 thin films with different dopants", Sensor. Actuat. B-chem, 93, pp.431~ (2003)
- S. Geller, "Crystal structure of β-Ga2O3", J. Chem. Phys, 33, pp.676~ (1960)
- H. Tippins, "Optical absorption and photoconductivity in the band edge of β-Ga2O3", Phys. Rev, 140, pp.A316~ (1965)
- M. Higashiwaki, "Recent progress in Ga2O3 power devices", Semicond Sci Technol, 31, pp.034001~ (2016)
- K. Sasaki, "First demonstration of Ga2O3 trench MOS-type schottky barrier diodes", IEEE Electron Device Lett, 38, pp.783~ (2017)
- Y. Kokubun, "Solgel prepared β-Ga2O3 thin films for ultraviolet photodetectors", Appl. Phys. Lett, 90, pp.031912~ (2007)
- N. Ueda, "Synthesis and control of conductivity of ultraviolet transmitting β-Ga2O3 single crystals", Appl. Phys. Lett, 70, pp.3561~ (1997)
- S. Rafique, "Homoepitaxial growth of β-Ga2O3 thin films by low pressure chemical vapor deposition", Appl. Phys. Lett, 108, pp.182105~ (2016)
- D. Gogova, "Homo- and heteroepitaxial growth of Sn-doped β-Ga2O3 layers by MOVPE", CrystEngComm, pp.6744~ (2017)
- F. Boschi, "Hetero-epitaxy of β-Ga2O3 layers by MOCVD and ALD", J. Cryst. Growth, 443, pp.25~ (2016)
- Y. Oshima, "Epitaxial growth of phase-pure β- Ga2O3 by halide vapor phase epitaxy", J. Appl. Phys, 118, pp.085301~ (2015)
- K. Konishi, "1-kV vertical Ga2O3 field-plated Schottky barrier diodes", Appl. Phys. Lett, 110, pp.1103506~ (2017)
- P.H. Carey IV, "Comparison of dual-stack dielectric field plates on β-Ga2O3 schottky rectifiers", ECS J. Solid State Sci. Technol, pp.Q3221~ (2019)
- P.N. Vinod, "A novel method for the determination of the front contact resistance in large area screen printed silicon solar cells", Semicond. Sci. Technol, pp.286~ (2020)