AlN-GaN數(shù)字合金勢壘類AlGaN-GaN異質結研究.pdf

1、AlGaN/GaN異質結構材料禁帶寬度大，極化作用強，載流子濃度高，遷移率大，擊穿電場強，使得其在高頻大功率、高壓以及高溫器件方面具有廣闊的應用前景。為了提高器件的性能，需要降低AlGaN/GaN異質結構的方阻，通過增加AlGaN層的Al組分可以達到這一目的。然而，隨著AlGaN層Al組分的增加，AlGaN層與緩沖層的失配應力增加，AlGaN層的結晶質量降低，從而使得2DEG遷移率降低，導致異質結構方阻增加。為了解決這一問題，本文采用A

2、lN/GaN數(shù)字合金勢壘來替代傳統(tǒng)AlGaN勢壘，形成AlGaN/GaN異質結，研究結果如下：
　　1.研究了數(shù)字合金勢壘生長過程金屬源流速對數(shù)字合金勢壘異質結構的影響。隨著金屬源流速的降低，數(shù)字合金勢壘層中GaN和AlN的生長速率降低，GaN的生長速率降低更明顯，勢壘層等效Al組分逐漸升高，勢壘層表面形貌得到改善。當生長速率太低時，勢壘層生長從數(shù)字合金方式轉變?yōu)榛衔锷L方式，材料表面形貌惡化。
　　2.研究了勢壘層生長溫

3、度對數(shù)字合金勢壘異質結構材料特性的影響。隨著數(shù)字合金勢壘層外延生長溫度的提高，AlN層的生長速度明顯降低，而其分解速率很小，基本不受溫度的影響；GaN層生長速率急劇降低，其分解速率也下降。AlN和GaN的凈生長速率都隨勢壘層生長溫度升高而降低，GaN材料生長速率下降的幅度更大，勢壘層的等效Al組分不斷升高，勢壘層厚度降低。隨著生長速率的降低，材料的表面形貌得到改善，當生長速度過低時，數(shù)字合金的生長方式向化合物生長方式轉變，材料表面形貌惡

4、化。
　　3.研究了AlN插入層和GaN帽層對數(shù)字合金勢壘異質結構的影響，引入插入層和帽層以后，勢壘層結晶質量提高，2DEG的面密度從0.86×1013cm-2提高到0.96×1013cm-2，遷移率從1628cm2/Vs增加到1977cm2/Vs，方阻值從460Ω/□下降到339Ω/□，材料的表面形貌也得到改善，表面粗糙度從0.246nm下降到0.181 nm，表面起伏Max-Min也從5.318 nm降低到2.953 nm。<