Влияние легирования на рабочие характеристики диодов Шотки на основе Al0,29Ga0,71As p-типа проводимости, легированного Be

Al_xGa_1-xAs p-типа проводимости является одним из наиболее часто применяемых материалов для создания активных слоев в гетероструктурах на основе двумерного дырочного газа с высокой подвижностью и окон в p—i—n-гегероструктурах благодаря его способности к улавливанию альфа-частиц. С использованием бериллия в качестве акцепторной легирующей примеси в Al_xGa_1-xAs, выращенном методом молекулярно-лучевой эпитакции, можно легко достичь высокой концентрации дырок на уровне 10¹⁹ см^-3 без нарушения морфологии поверхности. Исследовано влияние изменения концентрации акцепторов на электрофизические параметры Au/Ti на контактах Шотки p-типа проводимости на основе Al_0.29Ga_0.71As, легированных Be, в температурном интервале 100—400 К. Для трех приборов с разными уровнями легирования оценены высота барьера Φ_B, коэффициент идеальности n и последовательное сопротивление R_S каждого диода с использованием модели термоионной эмиссии и метода Чанга. Показано, что образец со средней концентрацией легирующей примеси 3 × 10¹⁶ см^-3 обладает наилучшими рабочими характеристиками, включая коэффициент идеальности, равный 1,25 и коэффициент выпрямления, 2,24 × 10³ при комнатной температуре. У всех образцов наблюдалось аномальное поведение, выраженное в уменьшении Φ_B и увеличении n с ростом температуры. В случае образцов с низкой концентрацией легирующей примеси данное поведение объяснено неоднородностью барьера и описано в предположении гауссова распределения высоты барьеров на границе раздела. В то же время для высоколегированного образца подобное неидеальное поведение объяснено эффектом туннелирования по механизму полевой эмиссии.

1. Szatkowski J., Sierański K., Płaczek-Popko E., Gumienny Z. Deep level defects in proton irradiated p-type Al0.5Ga0.5As // Physica B: Condensed Matter. 2009. V. 404, N 23–24. P. 4967—4969. DOI: 10.1016/j.physb.2009.08.235

2. Kozlov V. A., Kozlovski V. V. Doping of semiconductors using radiation defects produced by irradiation with protons and alpha particles // Semiconductors. 2001. V. 35, N 7. P. 735—761. DOI: 10.1134/1.1385708

3. Galbiati N., Gatti C., Grilli E., Guzzi M., Pavesi L., Henini M. Photoluminescence determination of the be binding energy in direct-gap AlGaAs // Appl. Phys. Lett. 1997. V. 71, N 21. P. 3120—3122. DOI: 10.1063/1.120265

4. Fujita S., Bedair S. M., Littlejohn M. A., Hauser J. R. Doping characteristics and electrical properties of Be-doped p-type AlxGa1-xAs by liquid phase epitaxy // J. Appl. Phys. 1980. V. 51, N 10. P. 5438. DOI: 10.1063/1.327499

5. Galbiati N., Pavesi L., Grilli E., Guzzi M., Henini M. Be doping of (311)A and (100) Al0.24Ga0.76As grown by molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69, N 27. P. 4215. DOI: 10.1063/1.116990

6. Mari R., Shafi M., Aziz M., Khatab A., Taylor D., Henini M. Electrical characterisation of deep level defects in Be-doped AlGaAs grown on (100) and (311)A GaAs substrates by MBE // Nanoscale Res. Lett. 2011. V. 6, N 1. P. 180. DOI: 10.1186/1556-276X-6-180

7. Mari R. H. DLTS Characterisation of Defects in III–V Compound Semiconductors Grown ‎by MBE. PhD thesis. University of Nottingham, 2011.

8. Chand S., Kaushal P., Osvald J. Numerical simulation study of current-voltage characteristics of a Schottky diode with inverse doped surface layer // Mater. Sci. Semicond. Process. 2013. V. 16, N 2. P. 454–460. DOI: 10.1016/j.mssp.2012.08.002

9. Padovani F. A., Stratton R. Field and thermionic-field emission in Schottky barriers // Solid-State Electron. 1966. V. 9, N 7. P. 695—707. DOI: 10.1016/0038-1101(66)90097-9

10. Sze S. M., Ng Kwok K. Physics of semiconductor devices. New York: Wiley Sons, 1981. 815 p.

11. Wang Y. H., Houng M. P., Chen F. H., Sze P. W., Hong M., Mannaerts J. P. Study of AuAgFe/AlGaAs Schottky diodes fabricated by in situ molecular beam epitaxy // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 1992. V. 3. P. 206—210. DOI: 10.1007/BF00703027

12. Al-Ahmadi N. A., Al-Jawhari H. A. Effect of epitaxial layer thickness on the electrical properties of Ti/n-AlGaAs grown by MBE // Results Phys. 2016. V. 6. P. 67—69. DOI: 10.1016/j.rinp.2015.12.009

13. Huang L. Barrier inhomogeneities of platinum contacts to 4H-SiC // Superlattices ‎Microstructures. 2016. V. 100. P. 648—655. DOI: 10.1016/j.spmi.2016.10.034

14. Cheung S. K., Cheung N. W. Extraction of Schottky diode parameters from forward current-voltage characteristics // Appl. Phys. Lett. 1986. V. 49, N 2. P. 85. DOI: 10.1063/1.97359

15. Jyothi I., Yang H.-D., Shim K.-H., Janardhanam V., Kang S.-M., Hong H., Choi C.-J. Temperature dependency of Schottky barrier parameters of Ti Schottky contacts to Si-on-insulator // Mater. Trans. 2013. V. 54, N 9. P. 1655—1660. DOI: 10.2320/matertrans.M2013015

16. Rodrigues A. M. Analysis of the current-transport mechanism across a CVD diamond/silicon interface // Appl. Surf. Sci. 2007. V. 253, N 14. P. 5992—5999. DOI: 10.1016/j.apsusc.2006.12.111

17. Rhoderick E. H., Williams R. H. Metal-Semiconductor Contacts. Oxford: Clarendon Press; New York: Oxford University Press, 1988. 252 p.

18. Energy Gap in III–V Ternary Semiconductors.

19. Yerişkin S. A., Balbaşı M., Demirezen S. Temperature and voltage dependence of barrier height and ideality factor in Au/0.07 ‎graphene-doped PVA/n-Si structures // Indian J. Phys. 2017. V. 91, N 4. P. 421—430. DOI: 10.1007/s12648-016-0949-z

20. Ayyildiz E., Cetin H., Horváth Z. J. Temperature dependent electrical characteristics of Sn/p-Si Schottky diodes // Appl. Surf. Sci. 2005. V. 252, N 4. P. 1153—1158. DOI: 10.1016/j.apsusc.2005.02.044

21. Naik S. S., Reddy V. R. Electrical transport characteristics and deep level transient spectroscopy of Ni/V/n-InP ‎Schottky barrier diodes // J. Nano-Electron. Phys. 2012. V. 4, N 2. P. 02006.

22. Werner J. H., Güttler H. H. Temperature dependence of Schottky barrier heights on silicon // J. Appl. Phys. 1993. V. 73, N 3. P. 1315. DOI: 10.1063/1.353249

23. Güçlü Ç. S., Özdemir A. F., Altindal Ş. Double exponential I-V characteristics and ‎double Gaussian distribution of barrier ‎heights in (Au/Ti)/Al2O3/n-GaAs (MIS)-type ‎Schottky barrier diodes in wide ‎temperature range // Appl. Phys. A. 2016. V. 122, N 12. P. 1032(1-9pp). DOI: 10.1007/s00339-016-0558-x

24. Chand S., Kumar J. Effects of barrier height distribution on the behavior of a Schottky diode // J. Appl. Phys. 1997. V. 82, N 10. P. 5005. DOI: 10.1063/1.366370

25. Singh R., Sharma P., Khan M. A., Garg V., Awasthi V., Kranti A., Mukherjee S. Investigation of barrier inhomogeneities and interface state density in Au/MgZnO : Ga Schottky contact // J. Phys. D: Appl. Phys. 2016. V. 49, N 44. P. 445303. DOI: 10.1088/0022-3727/49/44/445303