Contacts to III-nitride semiconductors  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
77331
Type K
Principal investigator Dobos, László
Title in Hungarian III-nitrid félvezetők kontaktusai
Title in English Contacts to III-nitride semiconductors
Keywords in Hungarian Nanorétegelt MAX fázisok, kontaktusok, szilárd fázisú reakciók, kristályszerkezet, kristályhibák, nagyfelbontású transzmissziós elektronmikroszkópia, elektromos tulajdonságok, in situ vizsgálatok, GaN
Keywords in English Nanolaminated MAX phases, contacts, solid phase reactions, crystal structure, crystal defects, high-resolution transmission electron microscopy, electrical properties, in situ investigations, GaN
Discipline
Electronic Devices and Technologies (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent Institute of Technical Physics and Materials Science (Research Center of Natural Sciences)
Participants Basa, Péter
Horváth, Zsolt József
Starting date 2009-04-01
Closing date 2014-03-31
Funding (in million HUF) 2.357
FTE (full time equivalent) 3.28
state closed project
Summary in Hungarian
A GaN és rokon anyagai (AlN, InN) széles tiltott sávú félvezetők. Rendkívül stabil szerkezetük, magas olvadáspontjuk és széles tiltott sávuk ezen anyagokat alkalmassá teszi a magas hőmérsékletű, extrém körülmények között használható, nagyteljesítményű félvezető eszközök készítésére.
A félvezető eszközszerkezetek külvilággal való kapcsolatát a kontaktus biztosítja. Ezen kontaktusok termikus stabilitása, hosszú idejű megbízhatósága elsőrendű követelmény.
A MAX fázis unikális új karbid és nitrid anyag, mely a repülés, űrhajózás, autóipar potenciális anyaga. A MAX fázisok unikális tulajdonságai a nanorétegelt hexagonális kristályszerkezetnek köszönhetőek.
A tervezett OTKA-projekt célja:
1. Nemesfémet tartalmazó és nem tartalmazó többkomponensű fémrétegek előállítása p-, és n-típusú III-nitriden. A hőkezelt fém-félvezető határfelület kutatása többféle vizsgálati módszerrel. A keletkezett reakciótermékek geometriájának feltárása és a reakciótermékek fázisazonosítása, jellemzése. Megvalósulás biztos.
2. A III-nitrid félvezetőkben keletkező MAX fázisok (mostanáig háromról tettek említést az irodalomban, de a gyakorlatban még nem állították elő őket) nanorétegelt kristályszerkezeteinek jellemzése. Kutatom stabilitásukat és átalakulási mechanizmusukat magas hőmérsékleten és különböző atmoszférákban. Megvalósulás nagy valószínűséggel.
3. A fém-félvezető átmenetek elektromos jellemzőinek in situ vizsgálata a hőkezelés függvényében. Megvalósulás biztos.
4. Összefüggések keresése a kontaktusok anyagszerkezete, felületi morfológiája, MAX fázisai és fizikai jellemzői (ρc, I-V, C-V, stb.) között. Megvalósulás biztos.
5. Kristályhibák hatása a fajlagos kontaktusellenállásra. Megvalósulás biztos.
6. Új, magas hőmérsékleten stabil kisellenállású többkomponensű fémrendszerek előállítása és vizsgálata n-, és p-típusú III-nitriden. Megvalósulás nagy valószínűséggel.
7. Új MAX fázis kialakítása, azonosítása és jellemzése III-nitridben. Megvalósulás valószínűsíthető.
A fém/III-nitrid félvezető kontaktusok előállítása és jellemzése folyamatosan újabb és újabb kihívásokat jelentő szegmens. A MAX fázisok, mint sokatígérő, unikális tulajdonságokkal rendelkező anyagcsoport köré épített kutatási program sikere nemzetközi mércével mérve is figyelemre méltó eredményekkel gazdagíthatja a tudományterületet.
A tervezett projekt jelentős hozzájárulást gyakorol az adott műszaki terület fejlődéséhez, de számos egyéb, az anyagtudományban alapvető ismeretgyarapodás is várható.
Summary
Gallium nitride based wide bandgap semiconductors find increasing applications in optoelectronic and microelectronic devices. However, the performance of GaN-based devices is limited by several materials and engineering problems, including the difficulty in making low-resistance, thermally stable ohmic contacts.
We will start a study on contacts to III-nitrides. We will deposit (mainly by vacuum evaporation) metallic layers onto GaN and will investigate the nanostructural and electrical properties of the contacts before and after annealing.
The MAX phases represent a new class of nitrides and carbides and can be best described as nanolaminates. They combine some of the best properties of metals and ceramics. Their physical properties along with the fact they are readily machinable, make them extremely attractive in terms of the potential technological applications.
Planned activities:
1. Performance and structural investigation of metal/III-nitride contacts; realization secure.
2. Performance, characterization, stability, transformation mechanism of MAX phases in III-nitrides (so far cannot to develop MAX phase in III-nitride); realization with big chance.
3. Electrical characterization of metal-semiconductor junctions at elevated temperatures by in situ investigation; realization secure.
4. Search of relationships between the material structures, surface morphologies, MAX phases and physical characteristics of contacts; realization secure.
5. Influence of crystal defects for specific contact resistance; realization secure.
6. Performance and investigation of new, stable on high temperature multicomponent metal systems to n-, and p-type III-nitrides with low contact resistance; realization with big chance.
7. Performance, identification and characterization of new MAX phase in III-nitride; realization like enough. This technological interest a round of theoretical and experimental research aimed to better understand their nature and physics.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Munkánk során a GaN kontaktusaival és a GaN-ben keletkező MAX fázisokkal foglalkoztunk. Megmutattuk, hogy az n-GaN/Ti/Au kontaktus hőkezelése során Ti2GaN MAX fázis alakul ki 900 °C-on és a kontaktus ohmos viselkedést mutat. Megállapítottuk, hogy a hőkezelt n-GaN/Cu/Ag kontaktus végig egyenirányító tulajdonságokat mutatott. Ez azt jelenti, hogy a Cu/Ag kontaktus ígéretes fémezés a magashőmérsékletű eszközök számára. Az n-GaN/Cr/Au kontaktusnál a CrN fázis nem alakult ki a hőkezelés hatására, ellentétben a p-GaN/Cr/Au mintával. Az n-GaN/Ti/Cr/Al kontaktus hőkezelése során Ti2AlN MAX fázis és Cr3GaN inverz perovskite fázis jelent meg a határfelületnél 900 °C-on. A kontaktus egyenirányító tulajdonságokat mutatott 700 °C-ig, míg a 700 °C-os hőkezelés hatására ohmossá vált. Az n-GaN/Ti/Cu/Al kontaktusnál AlN, Ti3AlN fázisok, továbbá Ti2AlN MAX fázis alakult 900 °C-on. A p-GaN/Ni/Ti/Al kontaktusnál szintén kialakult a Ti2AlN ún. MAX fázis a 900 °C-os hőkezelés eredményeként. A p-GaN/Ni/Ti/Cr/Au mintánál AuGa, GaTi2 és Ti2N fázisok kialakulását észleltük a 900 °C-os hőkezelés hatására. Egyenirányító, ill. ohmos kontaktusokat készítettünk GaN-hez. MAX fázisokat hoztunk létre a fém/GaN határfelületen. A munka során 24 közlemény született.
Results in English
During the project contacts to GaN and also MAX phases in GaN have been investigated. In the case of Ti/Au contacts we have shown that Ti2GaN ternary MAX phase – responsible for the ohmic behaviour – is formed at 900 °C. We have concluded that the heated n-GaN/Cu/Ag contacts exhibit Schottky-type behaviour for all samples. These results indicate that the Cu/Ag contact is a promising candidate as rectifying metallization for high-temperature devices. It is interesting, that int he case of Cr/Au contacts to n-type GaN the formation of CrN phase was not observed upon annealing in contrast with p-GaN/Cr/Au. Ti2AlN MAX phase and Cr3GaN inverse perovskite phase appeared at the interface of n-GaN/Ti/Cr/Al contact at 900 °C. While the as-deposited and annealed Ti/Cr/Al contacts are rectifying up to 700 °C the diffusion of Cr into the epi GaN layer led to ohmic behaviour at 700 °C. After annealing at 900 °C AlN and Ti3AlN phases as well as Ti2AlN so-called MAX phases can be observed at n-GaN/Ti/Cu/Al contacts. Ternary MAX phase of Ti2AlN appeared at the interface of p-GaN/Ni/Ti/Al contacts at 900 °C too. A binary phase of AuGa, GaTi2 and Ti2N were identified at the interface of the p-GaN/Ni/Ti/Cr/Au contacts after annealing in vacuum at 900 °C. Rectifying and ohmic contacts were prepared to GaN. MAX phases were formed at the interface of metal/GaN. 24 publications were prepared in the subject of this research.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=77331
Decision
Yes





 

List of publications

  
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Poisson M-A: Annealed Ti/Cr/Al contacts on n-GaN, VACUUM 100 46-49, 2014
L. Dobos, L. Tóth, B. Pécz, Zs. J. Horváth, Z. E. Horváth, A. L. Tóth: Bilayer Cr/Au and Ti/Au contacts on n-GaN, MTA MFA Yearbook 119-120, 2011
Horváth ZsJ, Dobos L, Beaumont B, Bougrioua Z, Pécz B: Electrical behaviour of lateral Al/n-GaN/Al structures, Int. Conf. Progress in Applied Surface, Interface and Thin Film Science 2009, Nov. 16-19, Florence, Italy, Extended Abstract Book p. 118, 2009
Horváth ZsJ, Dobos L, Beaumont B, Bougrioua Z, Pécz B: Electrical behaviour of lateral Al/n-GaN/Al structures, Applied Surface Science 256/18 5614-5617, 2010
Tikhonov AV, Malin TM, Gutakovskij AK, Zhuravlev KS, Dobos L, Pecz B: TEM study of defects in AlxGa1-xN layers, Russian conference on Nitride semiconductors, Moscow in February 2010, GaN InN and AlN 2010, 238-239, 2010
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Beaumont B, Bougrioua Z: Bilayer Cr/Au and Ti/Au contacts on n-GaN,, 13th Joint Vacuum Conference, Programme and book of Abstracts p.63, 2010
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZE, Tóth AL, Beaumont B, Bougrioua Z:: The microstructure of Ti/Au contacts on n-GaN annealed in nitrogen,, 4th International Conference on Micro-Nanoelectronics, Nanotechnology, 2010
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Beaumont B, Bougrioua Z: Bilayer Cr/Au contacts on n-GaN, Vacuum doi: 10.1016/j.vacuum.2011.07.027, 2011
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZE, Tóth AL, Beaumont B, Bougrioua Z: The microstructure of Ti/Au contacts on n-GaN annealed in nitrogen, Microelectronic Engineering 90 118-120, 2012
Tikhonov AV, Malin TM, Zhuravlev KS, Dobos L, Pecz B: TEM study of defects in AlxGa1-xN layers with different polarity, accepted for publication in Journal of Crystal Growth, 2011
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
Nemcsics Á, Tóth L, Dobos L, Heyn C, Stemmann A, Hansen W: Facetting of the self-assembled droplet epitaxial GaAs quantum dot, Microelectronics Reliability 51/5 927-930, 2011
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Poisson M-A: Annealing of Ti/Cr/Al metallizations on n-GaN, 8th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN11), 12-15 July, 2011
Horváth ZJ, Basa P, Molnár KZ, Jászi T, Pap AE, Molnár Gy, Dobos L, Tóth L, Pécz B: Charging behaviour of MNOS memory structures with embedded Si or Ge nanocrystals, 8th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN11), 12-15 July, 2011
Tóth L, Basa P, Jászi T, Dobos L, Pécz B, Horváth ZJ: Development of Si nanocrystal layers embedded in Si3N4, 10th Multinational Congress on Microscopy 2011, September 4-9 Urbino, Italy Poster, 2011
Nemcsics Á, Heyn Ch, Tóth L, Dobos L, Stemmann A, Hansen W: Cross-sectional transmission electron microscopy of GaAs quantum dots fabricated by, Journal of Crystal Growth 335/1 (2011) 58-61, 2011
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Poisson M-A: Annealing of Ti/Cr/Al metallizations on n-GaN, sent to Vacuum, 2012
Dobos L: Bilayer Cr/Au and Ti/Au contacts on n-GaN, seminary presentment, 2011
Horváth ZJ, Basa P, Molnár KZ, Jászi T, Pap AE, Molnár Gy, Dobos L, Tóth L, Pécz B: Charging behaviour of MNOS memory structures with embedded Si or Ge nanocrystals, Nanoscience and Nanotechnology Letters, (4) pp. 513-517, 2013
Nemcsics Á: Formation Kinetics of the Self-organised Droplet Epitaxially Grown III-V Based, Acta Polytechnica Hungarica 8/4 (2011) 5-21, 2011
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Poisson M-A: Annealing of Cu/Ag metallizations on n-GaN, will send to Microelectronic Engineering, 2012
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Poisson M-A: Annealing of Cr/Au metallizations on p-GaN, will send to Vacuum, 2012
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Poisson M-A: Annealing of Ni/Ti/Al metallizations on p-GaN, will send to Applied Surface Science, 2012
Dobos L: Ti/Cr/Al and Cu/Ag contacts on n-GaN, seminary presentment, 2012
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZsJ, Horváth ZE, Tóth AL: Annealing of Cu/Ag and Ti/Cr/Al metallizations on n-GaN, researcher Disclosure Statement, 2012
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZsJ, Horváth ZE, Poisson M-A: Annealing of Cu/Ag metallizations on n-GaN, 9th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN12), 3-6 July 2012 I.Vellidis Congress Center Thessaloniki, Greece, Abstract Book p.226, 2012
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZsJ, Horváth ZE, Tóth AL, Poisson M-A: Annealing of Cr/Au metallizations on p-GaN, accepted Abstract in IVC-19 Paris, France, September 9-13, 2013
L. Dobos, B. Pécz, L. Tóth, Z.E. Horváth, L. Illés, M-A. Poisson: Annealing of Ti/Cu/Al metallizations on n-GaN, will send to Vacuum for Rapid Communication to Volume 100 before June 15, 2013
Zhuravlev K, Malin T, Trubina S, Erenburg S, Dobos L, Pecz B, Davydov V, Smirnov A, Kyutt R: EXAFS study of GaN/AlN multiple quantum wells grown by ammonia MBE, accepted in special issue of physica status solidi (c) (2012), 2013
Bosi M, Attolini G, Pécz B, Zolnai Zs, Dobos L, Martínez O, Jiang L, Taysir S: Structural characterization of 3C-SiC grown using methyltrichlorosilane, Materials Science Forum Vols. 740-742 pp 291-294, 2013
Nemcsics Á, Pődör B, Tóth L, Balázs J, Dobos L, Makai J, Ürmös A: Investigation of MBE grown inverted GaAs quantum dots, sent to Vacuum 2012, 2013
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZsJ, Horváth ZE, Horváth E, Tóth A, Beaumont B, Bougrioua Z: Al and Ti/Al contacts on n-GaN, Vacuum 84/1 228-230, 2010
Horváth ZsJ, Dobos L, Beaumont B, Bougrioua Z, Pécz B: Electrical behaviour of lateral Al/n-GaN/Al structures, Applied Surface Science 256/18 5614-5617, 2010
Tikhonov AV, Malin TM, Gutakovskij AK, Zhuravlev KS, Dobos L, Pecz B: TEM study of defects in AlxGa1-xN layers, Russian conference on Nitride semiconductors, Moscow in February 2010, GaN InN and AlN 2010, 238-239, 2010
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Beaumont B, Bougrioua Z: Bilayer Cr/Au contacts on n-GaN, Vacuum 86 (6) 769-772, 2012
Dobos L, Tóth L, Pécz B, Horváth ZE, Tóth AL, Beaumont B, Bougrioua Z: The microstructure of Ti/Au contacts on n-GaN annealed in nitrogen, Microelectronic Engineering 90 118-120, 2012
Tikhonov AV, Malin TM, Zhuravlev KS, Dobos L, Pecz B: TEM study of defects in AlxGa1-xN layers with different polarity, Journal of Crystal Growth 338 30-34, 2012
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
Nemcsics Á, Tóth L, Dobos L, Heyn C, Stemmann A, Hansen W: Facetting of the self-assembled droplet epitaxial GaAs quantum dot, Microelectronics Reliability 51/5 927-930, 2011
Horváth ZJ, Basa P, Molnár KZ, Jászi T, Pap AE, Molnár Gy, Dobos L, Tóth L, Pécz B: Charging behaviour of MNOS memory structures with embedded Si or Ge nanocrystals, 8th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN11), 12-15 July, 2011, Thessaloniki, Greece, Poster, 2011
Tóth L, Basa P, Jászi T, Dobos L, Pécz B, Horváth ZJ: Development of Si nanocrystal layers embedded in Si3N4, 10th Multinational Congress on Microscopy 2011, September 4-9 Urbino, Italy, Poster, 2011
Nemcsics Á, Heyn Ch, Tóth L, Dobos L, Stemmann A, Hansen W: Cross-sectional transmission electron microscopy of GaAs quantum dots fabricated by, Journal of Crystal Growth 335/1 (2011) 58-61, 2011
Dobos L, Tóth L, Horváth ZJ, Horváth ZE, Tóth AL, Poisson M-A: Annealed Cu/Ag and Cr/Au metallizations on GaN, sent to Microelectronic Engineering, 2014
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZsJ, Horváth ZE, Tóth AL, Poisson M-A: 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
L. Dobos, L. Tóth, Z.E. Horváth, L. Illés, M-A. Poisson: Annealing of Ti/Cu/Al metallizations on n-GaN, sent to Microelectronic Reliability, 2014
Zhuravlev K, Malin T, Trubina S, Erenburg S, Dobos L, Pecz B, Davydov V, Smirnov A, Kyutt R: EXAFS study of GaN/AlN multiple quantum wells grown by ammonia MBE, Phys. Status Solidi C 10 No. 3, 311-314, 2013
Nemcsics Á, Pődör B, Tóth L, Balázs J, Dobos L, Makai J, Ürmös A: Investigation of MBE grown inverted GaAs quantum dots, sent to Microelectronics Reliability, 2014
L. Dobos, B. Pécz, L. Tóth, Zs. J. Horváth, Z. E. Horváth, P. Basa: Contacts to III-nitride semiconductors, MTA MFA Yearbook 112-113, 2009
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZsJ, Horváth ZE, Horváth E, Tóth A, Beaumont B, Bougrioua Z: Al and Ti/Al contacts on n-GaN, Vacuum 84/1 228-230, 2009
Dobos L, Pécz B, Tóth L, Horváth ZE, Tóth A, Beaumont B, 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



Back »