论文部分内容阅读
近年来AlGaN/Ga N HEMT器件由于其在高频、高压、大功率器件方面表现出的独特优势而受到广泛的关注。AlGaN/GaN HEMT器件的研究水平和材料的质量息息相关,因而本论文主要研究了AlGaN/GaN HEMT结构的外延及其对器件的影响,首先在蓝宝石衬底上外延了高阻GaN以及AlGaN/GaN HEMT结构,并研究了高阻GaN对HEMT器件的影响;鉴于Si衬底的诸多优势,随后研究了Si衬底上外延GaN材料;最后在Si衬底上外延了AlGaN/GaN HEMT结构,并制备成器件。主要内容如下:1.研究了Cp2Fe流量对高阻GaN特性的影响。研究结果表明Fe杂质在GaN材料中引入的Fe3+/2+深受主能级,能够补偿背景载流子浓度从而实现高阻,而且Fe杂质在GaN材料中引入了起受主作用的刃位错,在一定程度上也补偿了背景载流子浓度。在一定范围内,GaN材料方块电阻随Cp2Fe流量增加而增加,Cp2Fe流量为75 sccm时,相应方块电阻高达1×1010Ω/□。继续增加Cp2Fe流量到100 sccm时,方块电阻增加不再明显,另外增加Cp2Fe流量也会导致材料质量下降,表面更加粗糙。2.研究了掺Fe高阻GaN层厚度对HEMT器件的影响。选取Cp2Fe流量为75 sccm,外延了不同掺Fe高阻GaN层厚度的AlGaN/GaN HEMT结构,并制备成器件,HEMT器件均具有良好的夹断以及栅控特性,并且增加掺Fe高阻GaN层厚度使得HEMT器件的击穿电压提高了39.3%,同时对器件的转移特性影响较小。3.研究了HT-AlN缓冲层生长压力对Si衬底上外延GaN材料的影响。研究发现HT-AlN缓冲层生长压力对GaN材料的表面形貌以及结构特性有较大的影响。通过优化生长压力,我们获得了1μm厚的无裂纹GaN薄膜。其XRD测试的(0002)面和(10-12)面FWHM分别为735和778 arcsec。通过拉曼光谱测试计算得到的张应力为0.437GPa。4.研究了HT-AlN缓冲层TMAl源流量对Si衬底上外延GaN材料的影响。研究发现HT-AlN缓冲层TMAl源流量对GaN材料的表面形貌、结构特性以及光学特性有较大的影响。通过优化TMAl源流量,我们获得了1μm厚的无裂纹GaN薄膜。其XRD测试的(0002)面和(10-12)面FWHM分别为547和563arcsec。通过拉曼光谱测试计算得到的张应力为0.4 GPa。在5μm×5μm扫描区域下,AFM测得的RMS粗糙度为0.539 nm。5.在Si衬底上外延了AlGaN/GaN HEMT结构,并且将其制备成器件。实验结果表明,HEMT结构具有较好的晶体质量、较平滑的表面形貌和较小的张应力,同时其二维电子气面浓度为7.38×1012 cm-2、迁移率为1560 cm2/V·s。HEMT器件具有良好的栅控特性,其阈值电压为-4.4 V,击穿电压为575 V。