AlGaN-GaN異質結構的變溫電學特性.pdf

1、AlGaN/GaN異質結構HEMT作為微波大功率器件以其優(yōu)異的性能而成為目前國際上的一個研究熱點，隨著GaN薄膜生長技術的提高，對于異質結構的研究不僅僅是追求常規(guī)常溫下的電學特性參數，而更要求在更寬的溫度范圍內對AlGaN/GaN異質結構的電特性進行各種機理的分析，建模以及高溫應用的可行性及退化機理的分析。本文即在此背景下對AlGaN/GaN異質結構的變溫電學特性進行一個研究，使用到了肖特基電容電壓(CV)效應，低場下Hall效應以及F

2、AT HFET長柵器件的電容電壓-電導電壓(CC)測試的表征手段，在77K至673K的高溫下對其進行AlGaN/GaN電子體系的研究，2DEG密度與遷移率的變溫依賴關系以及AlGaN/GaN異質結構的高溫電子輸運特性等等，主要的研究工作以及成果如下：
　　 1.利用極化理論和一維薛定諤-泊松聯(lián)立方程的自洽求解研究了2DEG界面不同溫度下的變化，在700K的高溫下，2DEG依然獲得很高的限域性，證實了AlGaN/GaN異質結構高溫

3、應用的可行性。在理論上對2DEG遷移率散射機制的建模上發(fā)現(xiàn)，在低溫段，主導2DEG遷移率的散射機制有粗糙度散射，合金無序散射以及壓電散射，在室溫段，幾乎所有的散射機制都起到一定的作用，而在高溫段，2DEG遷移率則主要受到聲學聲子和極化光學波散射的削減作用。
　　 2.通過對AlGaN/GaN異質結構的變溫CV研究發(fā)現(xiàn)，其電子體系可分為：1.界面的2DEG，2.AlGaN層非摻雜施主離化的電子，3.GaN層的背景電子對于非調制摻雜

4、的AlGaN勢壘層，其電子濃度在673K的高溫下相比77K下增加了約兩倍，而GaN緩沖層中電子濃度則是以數量級的遞增。對于2DEG密度，隨溫度增加則出現(xiàn)先下降后升高的規(guī)律，較低溫度段的降低是由于導帶不連續(xù)△Ec的降低而使得三角勢阱容納不了更多電子，較高溫度段2DEG密度的增加是由于2DEG界面處以及界面兩側施主雜質離化產生的自由電子充當著一部分的2DEG。
　　 3.通過高溫Hall效應對320型MOCVD生長的多批次AlGaN

5、/GaN異質結構的電子密度與溫度關系的研究，均發(fā)現(xiàn)室溫下耗盡電容越小，背景電子濃度增加數量就越小，甚至觀察不到背景電子的出現(xiàn)，相反，耗盡電容越大，其背景電子濃度增加越劇烈，甚至在數值上超過了2DEG。這對于生長高質量的AlGaN/GaN異質結構具有一定的參考價值。
　　 4.通過FAT HFET器件的變溫CC測試，結合理論研究了不同溫度及不同2DEG密度下的2DEG遷移率，實驗發(fā)現(xiàn)，在高溫下，庫倫散射對低2DEG密度的遷移率有著

6、較大的削減作用，這是因為庫倫散射在高溫下還必須考慮另一種來源：背景電子，而背景電子附加的庫倫散射遷移率要比2DEG的低很多，因此才致使2DEG遷移率較低。
　　 5.通過高溫Hall效應研究分析了AlGaN/GaN異質結構的高溫電子輸運特性，對不同Al組分的異質結構高溫輸運特性研究發(fā)現(xiàn)，低Al組分AlGaN/GaN異質結構在680K下遷移率較高Al組分的要低，分別為154，182cm2/V.s，由理論計算可知15％和40％Al組