斜切襯底上AlGaN-GaN異質(zhì)結材料及n型GaN材料特性研究.pdf

1、GaN材料作為一種第三代半導體材料，具有寬禁帶、高電子飽和漂移速度和高擊穿場強等優(yōu)點，目前被廣泛用于研制各種光電器件和高溫、高頻微波大功率器件。迄今為止，人們一直無法獲得高質(zhì)量、大尺寸的GaN體晶材料，因此器件級的GaN材料通常都是在異質(zhì)襯底上外延得到的。由于GaN外延層和異質(zhì)襯底之間存在較大的晶格失配和熱失配，GaN外延層中存在高密度的缺陷。高密度的缺陷會嚴重影響器件的性能，因此低缺陷密度的GaN材料研究一直是GaN領域的核心課題之一

2、。另外，GaN材料畢竟是一種新型的半導體材料，許多與材料相關的基礎性問題仍然有待于人們進行進一步的研究。
　　 本文研究了斜切藍寶石襯底上AlGaN/GaN異質(zhì)結材料的特性，通過采用斜切襯底，AlGaN/GaN異質(zhì)結材料的缺陷密度大幅降低，異質(zhì)結材料的特性得到顯著改善。通過把斜切襯底和優(yōu)化的材料生長工藝結合，本文最終研制出了高性能的AlGaN/GaN異質(zhì)結材料。由于n型GaN材料在AlGaN/GaN HEMT器件和各種光電器件中

3、具有重要應用，本文最后還系統(tǒng)研究了Si摻雜n型GaN材料的多方面特性，為高性能AlGaN/GaN HEMT器件和光電器件的研制打下了基礎。本文的主要工作和成果如下：
　　 1.研究了采用低溫AlN成核層的斜切藍寶石襯底上生長的AlGaN/GaN異質(zhì)結材料的特性。實驗發(fā)現(xiàn)，通過采用斜切襯底，AlGaN/GaN異質(zhì)結材料的結晶質(zhì)量和表面形貌得到顯著改善，異質(zhì)結材料的載流子遷移率得到大幅提高。研究了斜切襯底上異質(zhì)結材料特性改善的物理機

4、理。
　　 2.研究了采用高溫AlN成核層的斜切藍寶石襯底上生長的AlGaN/GaN異質(zhì)結材料的特性。對c偏a面和c偏m面斜切襯底上生長的AlGaN/GaN異質(zhì)結材料都進行了較為系統(tǒng)的研究。研究表明，無論c偏a面還是c偏m面的斜切襯底，都能夠顯著改善異質(zhì)結材料的各方面特性，襯底斜切角度的大小對異質(zhì)結材料的特性具有重要的影響。研究比較了采用低溫和高溫AlN成核層的斜切襯底上異質(zhì)結材料特性改善的物理機理。
　　 3.研究了S

5、i摻雜n型GaN材料的應力特性。研究了不同摻雜濃度下n型GaN材料應力釋放的機理。研究認為，在低摻雜濃度的樣品中，材料應力釋放的主要機構是彎曲的位錯；在高摻雜濃度的樣品中，材料應力釋放的主要機構是刃位錯。
　　 4.研究了Si摻雜n型GaN材料的電學特性。實驗發(fā)現(xiàn)，隨著Si摻雜濃度的增加，樣品中載流子室溫遷移率先升高后降低。本文通過研究n型GaN材料的輸運特性，對實驗結果給出了合理的解釋。
　　 5.研究了Si摻雜n型G