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02.05.2018 | Ausgabe 18/2018

Journal of Materials Science: Materials in Electronics 18/2018

Electrical, optical and structural characteristics of gallium oxide thin films deposited by RF-sputtering

Zeitschrift:
Journal of Materials Science: Materials in Electronics > Ausgabe 18/2018
Autoren:
L. I. Juárez-Amador, M. Galván-Arellano, J. A. Andraca-Adame, G. Romero-Paredes, A. Kennedy-Magos, R. Peña-Sierra

Abstract

Highly conductive n-type nanometric films of copper doped amorphous-Ga2O3 (amorphous-Ga2O3:Cu) or copper doped β-Ga2O3 (β-Ga2O3:Cu) were produced by forming amorphous-Ga2O3/Cu/amorphous-Ga2O3 arrays (amorphous-Ga2O3:Cu arrays) at room temperature with electrically insulating amorphous-Ga2O3 films grown by RF-sputtering and a Cu film grown by DC-sputtering. To study their electrical properties and to control their structural characteristics the amorphous-Ga2O3:Cu arrays were annealed in dry N2 atmosphere at temperatures between 300 and 400 °C by 100 min. When the amorphous-Ga2O3:Cu arrays were annealed at temperatures of 400 °C by longer periods the layers acquire electrical insulating characteristic. The lowest resistivity of the n-type β-Ga2O3:Cu films were of 1.83 × 10−5 Ω cm with an electron concentration of 5 × 1022 cm−3 and carrier mobility of 9.7 cm2/Vs. The introduction of the Cu layer allows reducing the temperature required to transform the amorphous Ga2O3 films to a nanocrystalline phase β-Ga2O3 at ∼350 °C according to the X-ray diffraction analysis. Studies by SEM confirm the phase transition by the formation of β-Ga2O3 octahedral shape nanocrystallites with sizes from ∼5 to 50 nm. The optical transmittance of the undoped amorphous-Ga2O3 in the visible region is ~ 100% with an optical gap of 4.06 eV. The insertion of the Cu layer reduces the transmittance up to 40% but the structural and electrical properties are useful to build electronic devices.

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