Wide bandgap semiconductor layers and devices  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75735
Type K
Principal investigator Pécz, Béla
Title in Hungarian Széles tiltottsávú félvezető rétegek és eszközök
Title in English Wide bandgap semiconductor layers and devices
Keywords in Hungarian GaN, elektron mikroszkópia, SiC
Keywords in English GaN, electron microscopy, SiC
Discipline
Electro-technology (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Microelectronics
Panel Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent Institute of Technical Physics and Materials Science (Research Center of Natural Sciences)
Participants Barna, Árpád
Dobos, László
Lábár, János
Radnóczi, György
Radnóczi, György Zoltán
Tóth, Lajos
Starting date 2009-01-01
Closing date 2013-12-31
Funding (in million HUF) 11.754
FTE (full time equivalent) 12.10
state closed project
Summary in Hungarian
Széles tiltottsávú félvezető rétegek és eszközök
c. OTKA pályázat összefoglalása

A pályázott projekt témája széles tiltott sávú félvezetők, SiC, GaN, gyémánt, ZnO és ezek heteroátmenetei. A rendkívül stabil szerkezet, a magas olvadáspont és a széles tiltott sáv a fenti anyagokat alkalmassá teszi a magas hőmérsékletű, extrém körülmények között használható, nagyteljesítményű félvezető eszközök készítésére. Munkánk nagyrészt rétegleválasztás és transzmisszós elektronmikroszkópia.
Célunk: - a rétegnövekedés folyamatainak megértése,
- a rétegek hibaszerkezetének feltárása és
- a speciális hibák összekapcsolása a kialakult morfológiával.

A rétegek növekedési mechanizmusának megértése, a hibaszerkezet analízise a kristálytani szempontból jobb rétegek és ezen keresztül eszközök előállítását ígéri. Nitrid rétegeket fogunk előállítani(AlN, AlInN) magas hőmérsékletű hordozóra reaktív magnetronos porlasztással.
Tervezzük olyan nitrid rétegek porlasztását, amelyeket vékony indium rétegre választunk le, mert ennek alacsony olvadáspontja megoldhatná az önhordó nitrid rétegek leválasztásának problémáját.
Transzmissziós elektronmikroszkópiával tanulmányozunk gyémántra növesztett
GaN rétegeket és feltárjuk az epitaxiás illeszkedés részleteit.
Nanoméretű, epitaxiás SiC kristályokat hozunk létre SiO2/Si határfelületén
SiO2-dal fedett Si szeleteket CO gázban magas hőmérsékleten hőkezelve. Nukleációs helyeket keltünk ionimplantációval, hogy kontrolláljuk a szemcsék keletkezését és 10 nm alatti szemcsenagyságot érjünk el.
Summary
Wide bandgap semiconductor layers and devices
Summary of the OTKA proposal

The subject of the present proposal is the growth and study of wide bandgap semiconductors, SiC, GaN, diamond, ZnO and their heterostructures. The outstanding stable structure, the high melting point and the wide bandgap make the above materials useful in high power, high temperature devices. Our planned work is mainly the layer deposition and characterisation by transmission electron microscopy.
Goal: - to understand the processes during layer growth,
- study of the defect structure and
- determination of the relationship between special defects and the morphology of the layers

Understanding the growth procedure of the layers and analysis of the defect structure promise the possibility to grow layers with lower defect density. We will sputter nitride layers (AlN, AlInN) onto high temperature substrate by reactiv magnetron sputtering.
We will study GaN layers grown onto diamond and explore the details of the epitaxial matching.
We will create epitaxial SiC nanocrystals at the SiO2/Si interface by annealing SiO2 coated Si wafers in CO gas at high temperature. Nucleation sites will be created by ion implantation in order to control the nucleation of the grains and to achive grain sizes below 10 nm.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Munkánk során a széles tiltott sávú félvezetők közül a SiC-dal, GaN-del ZnO-dal és GaN kontaktusaival foglalkoztunk. Meghatároztuk a jellemző hibákat és a diszlokáció sűrűség értékeket. SiO2/Si mintáinkat szénnel implantáltuk, hogy nukleációs centrumokat keltsünk, így sikerült a SiC szemcsék átlagos méretét 18 nm-ről 10-11 nm-re csökkenteni, míg a felület fedettsége 24%-ról 32%-ra nőtt. Megmutattuk, hogy ha CBr4 prekurzorból növesztünk SiC-ot Si-ra, akkor az void-mentesen nő. Lehetséges egykristály GaN-et növeszteni gyémánt hordozóra, sőt a felület nitridálásával elkerülhető az inverziós domének keletkezése a GaN-ben. Nagyteljesítményű GaN tranzisztorok hőelvezetése az aktív tartomány tetejére leválasztott gyémánt réteggel javítható. Ezen szerkezetekben az átmeneti tartományban (egy Si réteg fölött) SiC, majd gyémánt keletkezik. Elemeztük SiC-ra MOCVD-vel növesztett ZnO rétegek növekedési mechanizmusát és sikeresen növesztettünk ALD-vel ZnO rétegeket zafír és GaN hordozókra. Egyenirányító, ill. ohmos kontaktusokat készítettünk GaN-hez. A munka során 34 közlemény született.
Results in English
Our research was carried out on wide bandgap semiconductors like SiC, GaN, ZnO and also on contacts to GaN. The characteristic defects and dislocation density values were determined. SiO2/Si samples were implanted by carbon ions in order to create nucleation centres. This way we could decrease the average size of the SiC grains from 18 nm to 10-11 nm and same time the SiC coverage was increased from 24 to 32%. We have shown that it is possible to grow SiC on Si without voids from CBr4 precursor. The growth of single crystalline GaN was realised on diamond, moreover the layers were grown free of inversion domains after the nitridation of the surface. A diamond layer deposited onto the active region of a high power GaN transistor can serve as an efficient heat sink. In those structures SiC is formed in a transition region over a silicon layer, then the growth turns to diamond formation. The growth mechanism of MOCVD deposited ZnO layers on Si was analysed and ALD ZnO layers were deposited on sapphire and GaN substrates successfully. Rectifying and ohmic contacts were prepared to GaN. 34 publications were prepared in the subject of this reserach.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75735
Decision
Yes





 

List of publications

  
M. Alomari, A. Chuvilin, L. Toth, B. Pecz, J.-F. Carlin, N. Grandjean: C. Gaquie`re, M.-A. di Forte-Poisson, S. Delage, and E. Kohn: Thermal oxidation of lattice matched InAlN/GaN heterostructures, Phys. Status, Solidi C 7, 13, 2010
Alomari M, Dipalo M, Rossi S, Diforte-Poisson M-A, Delage S, Carlin J-F, Grandjean N, Gaquiere C, Tóth L, Pécz B, Kohn E: Diamond overgrown InAlN/GaN HEMT, Diamond and Related Materials, Diamond and Related Materials, 20(4) 604-608, 2011
M. D’angelo, G. Deokar, S. Steydli, A. Pongrácz, B. Pécz, M. G. Silly, F. Sirotti and C. Deville Cavellin: In-situ formation of SiC nanocrystals by high temperature annealing of SiO2/Si under CO: a photoemission study, Surface Science, Volume: 606 Issue: 7-8 Pages: 697-701 DOI: 10.1016/j.susc.2011.12.006, 2012
Dobos, L., Tóth, L., Pécz, B., Horváth, Z.E., Tóth, A.L., Beaumont, B., Bougrioua, Z: The microstructure of Ti/Au contacts on n-type GaN annealed in nitrogen, Microelectronic Engineering, volume 90, pp. 118 – 120, 2012
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZsJ, Horváth ZE, Tóth AL, Beaumont B, Bougrioua Z: Bilayer Cr/Au contacts on n-GaN, Vacuum, 86 (6) 769-772, 2012
L Dobos, B Pécz, L Tóth, Z J Horváth, Z E Horváth, A L Tóth, M A Poisson: Annealing of Cr/Au metallizations on p-GaN, 19th International Vacuum Congress IVC-19: Electronic Materials and Processes. EMP-P3-06, Abstract Book pp. 514-515, Paris, France, 2013.09.09-13, 2013
B Pécz, Zs Baji, Z Lábadi, A Kovács: ZnO layers deposited by Atomic Layer Deposition, Journal of Physics: Conference Series 471 (2013) 012015, 4 oldal, 2013
Matteo Bosi, Giovanni Attolini, Bela Pécz, Zsolt Zolnai, Laszlo Dobos, Oscar Martínez, Liudi Jiang, Salim Taysir: Structural characterization of 3C-SiC grown using methyltrichlorosilane, Materials Science Forum Vols. 740-742 (2013) pp 291-294, 2013
Pécz Béla, Tóth Lajos, Barna Árpád, Tsiakatouras George, Ajagunna Adebowale Olufunso, Kovács András, Georgakilas Alexandros: Structural characteristics of single crystalline GaN films grown on (111) diamond with AlN buffer, DIAMOND AND RELATED MATERIALS, 2013, 34: pp. 9-12., 2013
SB Erenburg, SV Trubina, KS Zhuravlev, TV MAlina and B. Pecz: Diffusion and Deformations in Heterosystems with GaN/AlN Superlattices, According to Data from EXAFS Spectroscopy, Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics, 2013, Vol. 77, No. 9, pp. 1147–1150, 2013
L Dobos, B Pécz, L Tóth, Zs J Horváth, Z E Horváth, A L Tóth, M -A Poisson: Annealed Ti/Cr/Al contacts on n-GaN, VACUUM 100: pp. 46-49, 2014
B. Pécz, J. Stoemenos, M. Voelskow, W. Skorupa, L. Dobos, A. Pongrácz, G.Battistig: Epitaxial 3C-SiC nanocrystal formation at the SiO2 /Si interface by combined carbon implantation and annealing in CO atmosphere, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 105, 083508, 2009
M. Voelskow, B. Pécz, J. Stoemenos, W. Skorupa: Epitaxial 3C-SiC nanocrystal formation at the SiO2/Si interface after carbon implantation and subsequent annealing in CO atmosphere, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 267 (2009) 1364–1367, 2009
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZsJ, Horváth ZE, Horváth E, Tóth A, Beaumont B and Bougrioua Z: Al and Ti/Al contacts on n-GaN, Vacuum 84/1(2009) 228-230, 2009
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZE, Tóth A, Beaumont B and Bougrioua Z:: Contacts to heavily doped n-type GaN, MC 2009 Graz, Microscopy Conference, Graz, Austria August 30th-September 4th, MC2009, Vol. 3: Materials Science (Eds: Grogger W, Hofer F, Pölt P.) 29-30, 2009
Clemens Ostermaier, Gianmauro Pozzovivo, Bernhard Basnar, Werner Schrenk, Jean-Franc¸ois Carlin, Marcus Gonschorek, Nicolas Grandjean, Andrej Vincze, Lajos To´ th, Bela Pe´cz, Gottfried Strasser, Dionyz Pogany, and Jan Kuzmik: Characterization of Plasma-Induced Damage of Selectively Recessed GaN/InAlN/AlN/GaN Heterostructures Using SiCl4 and SF6, Jpn. J. Appl. Phys. 49, 116506, 2010
B. Pécz, J. Stoemenos, M. Voelskow, W. Skorupa, L. Dobos and G. Battistig: Ion implantation enhanced formation of 3C-SiC grains at the SiO2/Si interface after annealing in CO gas, Journal of Physics: Conference Series 209, 012045, 2010
Zs. J. Horváth, L. Dobos, B. Beaumont, Z. Bougrioua, B. Pécz: Electrical behaviour of lateral Al/n-GaN/Al structures, Applied Surface Science 256, 5614–5617, 2010
Watts BE, Bosi M, Attolini G, Battistig G, Dobos L, Pecz B: CBr4 as precursor for VPE growth of cubic silicon carbide, CRYSTAL RESEARCH AND TECHNOLOGY Volume: 45 Issue: 6 Pages: 583-588, 2010
G. Attolini, M. Bosi, F. Rossi, BE Watts, G. Salviati, G. Battistiig, L. Dobos and B. Pécz: SiC epitaxial growth on Si(100) substrates using carbon tetrabromide, Materials Science Forum Vols. 645-648, pp 139-142, 2010
M. Alomari, 1, A. Chuvilin, L. Toth, B. Pecz, J.-F. Carlin, N. Grandjean, C. Gaquière, M.-A. di Forte-Poisson, S. Delage, and E. Kohn: Thermal oxidation of lattice matched InAlN/GaN heterostructures, P hys. Status Solidi C 7, No. 1, 13–16, 2010
G. Szenes, V. K. Kovács, B. Pécz and V. Skuratov: THE EFFECT OF HEAVY COSMIC-RAY IONS ON SILICATE GRAINS IN THE INTERSTELLAR DUST, Astrophysical Journal 708, 288-292, 2010
N.G. Galkin, L. Dózsa, E.A. Chusovitin, B. Pécz, L. Dobos: Migration of CrSi2 nanocrystals through nanopipes in the silicon cap, Applied Surface Science, 256, 7331-7334, 2010
C. Ostermaier, G. Pozzovivo, B. Basnar, W. Schrenk, M. Schmid, L. Tóth, B. Pécz, J.-F. Carlin, M. Gonschorek, N. Grandjean, G. Strasser, D. Pogany and J. Kuzmik: Metal-related gate sinking due to interfacial oxygen layer in Ir/InAlN high electron mobility transistors, Appl. Phys. Lett. 96, 263515, 2010
Nemcsics Á, Tóth L, Dobos L, Heyn Ch, Stemmann A, Schramm A, Welsch H, Hansen W: Composition of the "GaAs" quantum dot, grown by droplet epitaxy, Superlattices and Microstructures, 48(4) 351-357, 2010
V. A. Sivakov, G. Börnstrup, B. Pecz, A. Berger, G. Z. Radnoczi, M. Krause and S. H. Christiansen: Realization of Vertical and Zigzag Single Crystalline Silicon Nanowire Architectures,, J. Phys. Chem. C, 2010, 114 (9), pp 3798–3803, 2010
C. Ostermaier, G. Pozzovivo, J.F. Carlin, B. Basnar, W. Schrenk, A. M. Andrews, Y. Douvry, C. Gaquiere, J.C. De Jaeger, L. Tóth, B. Pecz, M. Gonschorek, E. Feltin, N. Grandjean, G. Strasser, D. Pogany, and J. Kuzmik: Improvements of High Performance 2‐nm‐thin InAlN∕AlN Barrier Devices by Interface Engineering, PHYSICS OF SEMICONDUCTORS: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors , 25–30 July 2010, Seoul, (Korea) AIP Conf. Proc. (2011) 1399, pp. 905-906; doi:, 2011
Tsiaoussis I, Khranovskyy V, Dimitrakopulos GP, Stoemenos J, Yakimova R, Pecz B: Structural characterization of ZnO nanopillars grown by atmospheric-pressure metalorganic chemical vapor deposition on vicinal 4H-SiC and SiO2/Si substrates, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Volume: 109 Issue: 4 Article Number: 043507, 2011
Ákos Nemcsics, Lajos Tóth, László Dobos, Andrea Stemmann: Facetting of the self-assembled droplet epitaxial GaAs quantum dot, Microelectronics Reliability 51(5): 927-930, 2011
G.Attolini, M.Bosi, B.E.Watts, G. Battistig, L. Dobos, B. Pécz: The influence of C3H8 and CBr4 on structural and morphological properties of 3C-SiC layers, Materials Science Forum Vol. 711 (2012) pp 22-26, 2012
B Pécz, L Tóth, Á Barna, G Tsiakatouras, AO Ajagunna, A Kovács and A Georgakilas: Microscopy of nitride layers grown on diamond, Journal of Physics: Conference Series 326 (2011) 012010, 2011
A. Nemcsics, Ch.Heyn, L.Toth, L.Dobos, A.Stemmann, W.Hansen: Cross-sectional transmission electronmicroscopy of GaAs quantum dots fabricated by filling of droplet-etched nanoholes, Journal of CrystalG rowth 335 (2011) 58–61, 2011
K. S. Shterevaa. P. Sutta ,B . Pecz, I . Novotny, J. Kovac, and V. Tvarozek: Influence of Doping and Co-doping on the Behavior of Sputtered ZnO Thin Films, ECS Transactions, 36(5 )141-148, 2011
A.V. Tikhonov, T.V. Malin, K.S. Zhuravlev, L. Dobos, B. Pecz: TEM study of defects in AlxGa1−xN layers with different polarity, Journal of Crystal Growth, 338 (2012) 30-24, 2012



Back »