Band Alignment, Thermal Transport Property, and Electrical Performance of High-Quality β-Ga2O3/AlN Schottky Barrier Diode Grown via MOCVD

材料科学 金属有机气相外延 光电子学 肖特基二极管 二极管 肖特基势垒 质量(理念) 热的 纳米技术 外延 认识论 物理 哲学 气象学 图层(电子)
作者
An-Feng Wang,Hong-Ping Ma,Qingxia Huang,Lin Gu,Yi Shen,Chengxi Ding,Yang-Chao Liu,Kun Xu,LI Zhu-cheng,Li Zhang,Xiaodong Zhang,Qing-Chun Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (18): 27517-27529 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.5c04203
摘要

β-phase gallium oxide (β-Ga2O3)/aluminum nitride (AlN) heterojunctions hold significant potential for high-power and microwave device applications. In this study, we systematically investigated the properties of the β-Ga2O3/AlN heterostructure grown via metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). High-resolution X-ray diffraction (HRXRD) and Raman spectroscopy revealed the crystal structures and demonstrated the high-crystalline quality of both films. Atomic force microscopy (AFM) scans displayed a smooth β-Ga2O3 surface with a root-mean-square (RMS) roughness of 3.6 nm. Scanning electron microscopy (SEM) images showed a flat surface with distinct heterostructure boundaries. Elemental distributions across the interface were mapped by using energy-dispersive spectroscopy (EDS). X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis characterized the chemical components of the sample and confirmed a type-II band alignment in the heterojunction, which facilitates electron accumulation. Furthermore, the thermal conductivity of β-Ga2O3 was measured at 4.2 W/(m·K), and the thermal boundary conductivity at the β-Ga2O3/AlN interface was determined to be 118.6 MW/(m2·K) using the time-domain thermoreflectance (TDTR) method. Temperature-dependent electrical performance of the β-Ga2O3/AlN SBD, including a low turn-on voltage of 0.1 V, ideality factor of 4.22, modified Richardson constant of 48.5 A/cm2 K2, and high breakdown voltage of 1260 V, was obtained. All of these values are competitive among β-Ga2O3-based heterostructures. The findings highlight the excellent interface quality, superior heat dissipation capability, and decent SBD performance of the β-Ga2O3/AlN integration, offering a promising platform for developing β-Ga2O3-based power devices capable of operating at high temperatures.
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