Electrical Characteristics of Au/n-GaN Schottky Junction with a High-k SrTiO3 Insulating Layer

Abstract

Електричні характеристики переходу Шоткі Au/n-GaN (SJ) вдосконалювалися з використанням ізолюючого шару високоміцного титанату стронцію (SrTiO3) в середині шарів Au і n-GaN. Розглянуто електричні властивості Au/n-GaN SJ та Au/SrTiO3/n-GaN метал/ізолятор/напівпровідник (MIS) переходу методами струм-напруга і ємність-напруга. MIS перехід показав вишуканий випрямляючий характер порівняно з SJ. Встановлено, що послідовний опір та опір шунту становлять 30 Ω, 4.69 x 106 Ω та 250 Ω, 2.12 x 109 Ω, відповідно, для SJ та MIS переходу. Розрахункова висота бар'єру і коефіцієнти ідеальності SJ і MIS переходу становили 0.67 еВ, 1.44 і 0.83 еВ, 1.78, відповідно. Більше значення висоти бар’єру було досягнуто для MIS переходу у порівнянні з SJ, що свідчить про те, що висота бар’єру ефективно змінювалася за допомогою шару SrTiO3. Крім того, коефіцієнт ідеальності, висота бар’єру і послідовний опір SJ і MIS переходу оцінювалися за допомогою функції Ченга і порівнювалися між собою. Спостереження показують омічну поведінку в областях з низькою напругою і провідність, обмежену об'ємним зарядом, в областях з вищою напругою у прямому зсуві I-V характеристики для SJ і MIS переходу. Крім того, досліджено механізм провідності зворотного струму витоку SJ і MIS переходу.

The electrical characteristics of Au/n-GaN Schottky junction (SJ) were improved by a place of high-k strontium titanate (SrTiO3) insulating layer in the middle of Au and n-GaN. The electrical properties of Au/n-GaN SJ and Au/SrTiO3/n-GaN metal/insulator/semiconductor (MIS) junction were explored by current-voltage and capacitance-voltage techniques. The MIS junction displayed an exquisite rectifying nature as compared to the SJ. The series resistance (RS) and shunt resistance (RSh) were found to be 30 Ω, 4.69 x 106 Ω and 250 Ω, 2.12 x 109 Ω for the SJ and MIS junction, respectively. The estimated barrier height (BH) and ideality factors of SJ and MIS junction were 0.67 eV, 1.44 and 0.83 eV, 1.78, respectively. Higher BH was achieved for the MIS junction than the SJ junction, suggesting the BH was effectually changed by the SrTiO3 layer. Also, the ideality factor, BH and series resistance of the SJ and MIS junction were estimated by employing the Cheung’s function and compared each other. Observations reveal the ohmic behavior at lower voltage regions and space-charge-limited conduction at higher voltage regions in the forward bias I-V characteristic of the SJ and MIS junctions. Also, the reverse leakage current conduction mechanism of SJ and MIS junctions was explored.