GaN上外延GaN的生長(zhǎng)界面及其處理方法研究.pdf

1、AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)在高頻大功率器件應(yīng)用方面受到越來越多的重視,這是由于其具有高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高的電子飽和速度以及由于壓電和自發(fā)極化形成的高面密度二維電子氣(2DEG)?？墒怯捎谌狈Υ蟪叽缟虡I(yè)級(jí)的本征GaN襯底,所以GaN材料通常都是在藍(lán)寶石、碳化硅、硅等襯底上異質(zhì)外延獲得。由于GaN和異質(zhì)襯底之間存在大的晶格失配和熱失配,因而在GaN外延薄膜中存在高密度的位錯(cuò)。眾所周知,位錯(cuò)會(huì)降低載流子遷移率和加劇器件的電流

2、泄漏。隨著技術(shù)的進(jìn)步,近年來GaN襯底已經(jīng)取得了顯著的突破。雖然價(jià)格昂貴,尺寸不大,但是因其極低位錯(cuò)密度受到了越來越多的重視。因此,利用GaN襯底上同質(zhì)外延生長(zhǎng)高質(zhì)量AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)成為近年來備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。雖然GaN上外延生長(zhǎng)GaN難度要遠(yuǎn)小于異質(zhì)外延,但是同質(zhì)外延再生長(zhǎng)界面容易出現(xiàn)雜質(zhì)污染或寄生溝道等嚴(yán)重問題,這是由于GaN基板暴露在空氣中,表面極易吸附O、Si、C等雜質(zhì)污染物,嚴(yán)重影響材料和器件性能。為解決這一問題

3、,本文重點(diǎn)開展了GaN上外延GaN的再生長(zhǎng)界面的雜質(zhì)結(jié)合機(jī)理、雜質(zhì)去除方法以及同質(zhì)外延AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)特性表征等研究。
　　本文的主要工作和結(jié)果如下:
　　1.提出了在MOCVD再生長(zhǎng)前采用“生長(zhǎng)/熱分解”交替循環(huán)工藝去除界面雜質(zhì)污染的方法,并通過工藝參數(shù)的優(yōu)化,成功實(shí)現(xiàn)了C和O雜質(zhì)的有效去除,并顯著降低了Si雜質(zhì)濃度,C-V測(cè)試結(jié)果表明,該方法完全消除了再生長(zhǎng)界面的寄生溝道。同時(shí),利用該方法也顯著改善了AlGaN/

4、GaN異質(zhì)結(jié)材料表面形貌、結(jié)晶質(zhì)量和電特性。
　　2.基于GaN基板上直接生長(zhǎng)AlGaN勢(shì)壘層的方法,深入分析了再生長(zhǎng)界面對(duì)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)2DEG遷移率和面密度的影響規(guī)律。再生長(zhǎng)界面導(dǎo)致2DEG電子遷移率降低的主要原因是界面粗糙度散射和界面雜質(zhì)散射的增強(qiáng)所致,2DEG面密度的降低是由于二次生長(zhǎng)的AlGaN層壓電極化效應(yīng)減弱的結(jié)果。
　　3.基于GaN基板上直接生長(zhǎng)AlGaN勢(shì)壘層可將再生長(zhǎng)界面作為2DEG溝道的思路