GaN基異質(zhì)結(jié)緩沖層漏電研究.pdf

1、AlGaN/GaN HEMT器件的微波大功率特性自1993年以來(lái)已取得巨大的進(jìn)步，但是仍然存在許多制約因素限制了其性能的提升和應(yīng)用的發(fā)展。其中大功率工作時(shí)GaN緩沖層的漏電引起器件功率和效率降低是最為棘手的問(wèn)題之一。針對(duì)GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)中GaN緩沖層的漏電問(wèn)題，本文對(duì)其漏電機(jī)制和降低緩沖層漏電的方法進(jìn)行了深入研究。闡述了GaN外延層（即緩沖層）的生長(zhǎng)原理與方法，通過(guò)高頻C-V法和SIMS分析對(duì)不同成核層條件生長(zhǎng)的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中

2、緩沖層背景載流子濃度分布與漏電機(jī)制進(jìn)行了深入的比較分析，最后利用高溫AIN插入層有效地降低了背景載流子濃度。主要研究?jī)?nèi)容如下： ⑴通過(guò)對(duì)不同成核層GaN基異質(zhì)結(jié)材料C-V特性的比較分析，得出了AIGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中GaN緩沖層漏電與成核層的關(guān)系。分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于采用薄成核層生長(zhǎng)的異質(zhì)結(jié)材料，GaN緩沖層中背景載流子濃度分布呈現(xiàn)分層現(xiàn)象，即在近襯底的幾百納米厚的下層GaN緩沖層中存在較高濃度的背景載流子（電子），而遠(yuǎn)離襯底的上層

3、GaN緩沖層中背景載流子濃度很低。但是采用厚成核層生長(zhǎng)的異質(zhì)結(jié)材料中整個(gè)GaN緩沖層均呈現(xiàn)較低的背景載流子濃度，表現(xiàn)為高阻特性。 ⑵通過(guò)對(duì)GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的SIMS分析發(fā)現(xiàn)，在GaN緩沖層中存在較高濃度的雜質(zhì)Al原子和O原子，而且Al和O均位于貫穿緩沖層的穿透位錯(cuò)線(xiàn)區(qū)域。越靠近襯底界面O原子濃度越高，說(shuō)明O原子更多地來(lái)源于襯底Al2O3的高溫分解產(chǎn)生，由襯底向外擴(kuò)散形成，而Al原子卻是越靠近表面濃度越高，這說(shuō)明Al原子是由表面向里

4、擴(kuò)散形成的，這可能是由生長(zhǎng)AlGaN勢(shì)壘層時(shí)含鋁金屬有機(jī)物（TMAI）在表面分解的游離態(tài)Al原子向下擴(kuò)散產(chǎn)生。由于O原子在GaN緩沖層中具有淺施主作用，因此靠近襯底的幾百納米GaN緩沖層中具有較高的背景載流子濃度。而靠近表面的GaN緩沖層中背景載流子濃度較低主要是因?yàn)樵谠搮^(qū)域Al原子濃度高于或接近于O原子濃度，同時(shí)兩者主要分布在穿透位錯(cuò)線(xiàn)中，Al原子極易和O原子相結(jié)合，這樣O原子就會(huì)失去施主作用。 ⑶通過(guò)在GaN外延層生長(zhǎng)較薄時(shí)