P型GaN基材料電學(xué)性能的研究.pdf

1、近年來，以Ⅲ族氮化物為代表的第三代半導(dǎo)體材料得到了非常迅速的發(fā)展，但仍然面臨諸多問題，特別對(duì)于p型GaN基材料而言，如何得到理想的電學(xué)性能一直是一個(gè)難題。
　　本文使用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積技術(shù)(MOCVD)在不同極性面的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)了極性、半極性、非極性Mg摻雜的GaN和AlGaN材料，分析了其表面形貌、晶體質(zhì)量等特性，優(yōu)化了生長(zhǎng)條件及退火條件，改善了材料的電學(xué)性能。
　　本文主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　

2、(1)在c面藍(lán)寶石襯底上制備了Mg均勻摻雜和delta摻雜的GaN材料，經(jīng)過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)使用delta摻雜的GaN材料，電學(xué)性能明顯提高。這是因?yàn)閐elta摻雜能夠阻斷底層位錯(cuò)向上延伸，從而提高了材料的晶體質(zhì)量;對(duì)delta摻雜的p-GaN材料，在不同的溫度下熱退火，得到在770℃時(shí)，p-GaN材料具有最佳的電學(xué)性能，此時(shí)的空穴濃度、遷移率和電阻率分別為1.09×1018cm-3、2.83cm2/V·s和1.89Ω·cm。
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3、)在c面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)了p-AlGaN材料并研究了其最佳退火條件。首先比較了插入不同緩沖層對(duì)外延材料表面形貌、晶體質(zhì)量、電學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)插入未摻雜的GaN薄膜作為緩沖層時(shí)，表面形貌較好，同時(shí)電學(xué)性能也有顯著的提高，說明適當(dāng)?shù)木彌_層可以極大地提高材料的晶體質(zhì)量，從而減少補(bǔ)償受主，提高p型層的空穴濃度。其次，本文又對(duì)delta摻雜周期進(jìn)行了優(yōu)化，在一個(gè)delta摻雜周期內(nèi)，保持摻雜時(shí)間不變，改變AlGaN材料的生長(zhǎng)厚度，當(dāng)厚度

4、為10nm時(shí)，p-AlGaN材料的電學(xué)性能最佳。而在對(duì)退火溫度、時(shí)間、氛圍、升溫速率和氣體流量分別優(yōu)化后，得到在退火溫度為750℃，退火時(shí)間為8min，退火氛圍為氧氣，升溫速率為50℃/s，氣體流量為800sccm時(shí)，p-AlGaN材料的電學(xué)性能最好，此時(shí)的電阻率為1.2Ω·cm。
　　(3)本文還初步研究了非極性、半極性p-GaN基材料的生長(zhǎng)和摻雜。首先采用氨氣脈沖法生長(zhǎng)的AlN作為緩沖層，在m面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)了不同Al組分的

5、Mg摻雜半極性AlGaN材料，透射譜曲線表明高Al組分的AlGaN材料的內(nèi)部晶體質(zhì)量較好，這是因?yàn)槲覀儾捎冒睔饷}沖法生長(zhǎng)的AlN作為緩沖層，高Al組分的AlGaN外延層與緩沖層的晶格失配更小，有利于材料的外延生長(zhǎng)。其次，通過比較Mg摻雜濃度分別為0、125、175和200sccm的半極性AlGaN材料的SEM圖和XRD搖擺曲線掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摻雜濃度越高，表面形貌越粗糙，XRD搖擺曲線的半高寬(FWHM)越大，晶體質(zhì)量越差。最后，在r面藍(lán)