AlGaN-GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的變溫電學(xué)特性.pdf

1、AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)HEMT作為微波大功率器件以其優(yōu)異的性能而成為目前國(guó)際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)，隨著GaN薄膜生長(zhǎng)技術(shù)的提高，對(duì)于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究不僅僅是追求常規(guī)常溫下的電學(xué)特性參數(shù)，而更要求在更寬的溫度范圍內(nèi)對(duì)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電特性進(jìn)行各種機(jī)理的分析，建模以及高溫應(yīng)用的可行性及退化機(jī)理的分析。本文即在此背景下對(duì)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的變溫電學(xué)特性進(jìn)行一個(gè)研究，使用到了肖特基電容電壓(CV)效應(yīng)，低場(chǎng)下Hall效應(yīng)以及F

2、AT HFET長(zhǎng)柵器件的電容電壓-電導(dǎo)電壓(CC)測(cè)試的表征手段，在77K至673K的高溫下對(duì)其進(jìn)行AlGaN/GaN電子體系的研究，2DEG密度與遷移率的變溫依賴關(guān)系以及AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高溫電子輸運(yùn)特性等等，主要的研究工作以及成果如下：
　　 1.利用極化理論和一維薛定諤-泊松聯(lián)立方程的自洽求解研究了2DEG界面不同溫度下的變化，在700K的高溫下，2DEG依然獲得很高的限域性，證實(shí)了AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)高溫

3、應(yīng)用的可行性。在理論上對(duì)2DEG遷移率散射機(jī)制的建模上發(fā)現(xiàn)，在低溫段，主導(dǎo)2DEG遷移率的散射機(jī)制有粗糙度散射，合金無(wú)序散射以及壓電散射，在室溫段，幾乎所有的散射機(jī)制都起到一定的作用，而在高溫段，2DEG遷移率則主要受到聲學(xué)聲子和極化光學(xué)波散射的削減作用。
　　 2.通過(guò)對(duì)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的變溫CV研究發(fā)現(xiàn)，其電子體系可分為：1.界面的2DEG，2.AlGaN層非摻雜施主離化的電子，3.GaN層的背景電子對(duì)于非調(diào)制摻雜

4、的AlGaN勢(shì)壘層，其電子濃度在673K的高溫下相比77K下增加了約兩倍，而GaN緩沖層中電子濃度則是以數(shù)量級(jí)的遞增。對(duì)于2DEG密度，隨溫度增加則出現(xiàn)先下降后升高的規(guī)律，較低溫度段的降低是由于導(dǎo)帶不連續(xù)△Ec的降低而使得三角勢(shì)阱容納不了更多電子，較高溫度段2DEG密度的增加是由于2DEG界面處以及界面兩側(cè)施主雜質(zhì)離化產(chǎn)生的自由電子充當(dāng)著一部分的2DEG。
　　 3.通過(guò)高溫Hall效應(yīng)對(duì)320型MOCVD生長(zhǎng)的多批次AlGaN

5、/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子密度與溫度關(guān)系的研究，均發(fā)現(xiàn)室溫下耗盡電容越小，背景電子濃度增加數(shù)量就越小，甚至觀察不到背景電子的出現(xiàn)，相反，耗盡電容越大，其背景電子濃度增加越劇烈，甚至在數(shù)值上超過(guò)了2DEG。這對(duì)于生長(zhǎng)高質(zhì)量的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有一定的參考價(jià)值。
　　 4.通過(guò)FAT HFET器件的變溫CC測(cè)試，結(jié)合理論研究了不同溫度及不同2DEG密度下的2DEG遷移率，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高溫下，庫(kù)倫散射對(duì)低2DEG密度的遷移率有著

6、較大的削減作用，這是因?yàn)閹?kù)倫散射在高溫下還必須考慮另一種來(lái)源：背景電子，而背景電子附加的庫(kù)倫散射遷移率要比2DEG的低很多，因此才致使2DEG遷移率較低。
　　 5.通過(guò)高溫Hall效應(yīng)研究分析了AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高溫電子輸運(yùn)特性，對(duì)不同Al組分的異質(zhì)結(jié)構(gòu)高溫輸運(yùn)特性研究發(fā)現(xiàn)，低Al組分AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)在680K下遷移率較高Al組分的要低，分別為154，182cm2/V.s，由理論計(jì)算可知15％和40％Al組