雙溝道摻雜及多溝道AlGaN-GaN異質(zhì)結(jié)材料特性研究.pdf

1、GaN等Ⅲ族氮化物由于其較寬的禁帶寬度、較高的電子飽和速度以及較高的擊穿電場強度等優(yōu)勢，是作為高壓、高頻器件的首選材料。經(jīng)過多年的研究，得到的GaN材料的結(jié)晶質(zhì)量越來越好，電學特性也越來越高，并且GaN材料的生長機制及相關(guān)理論也越來越健全完善。但是，到目前為止，GaN基材料的器件應(yīng)用方面主要是AlGaN/GaN單異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高電子遷移率晶體管(HEMT)。為了獲得GaN基器件更高的器件性能指標、更廣泛的應(yīng)用，研究人員一直探索新的器件結(jié)構(gòu)，

2、多溝道結(jié)構(gòu)就是其中之一。與單異質(zhì)結(jié)AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)的器件相比，多溝道異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)對提高2DEG(二維電子氣)、調(diào)制2DEG濃度等方面有更好的優(yōu)勢，所以對多溝道的研究有很重要的意義。
　　本文主要對Si摻雜的GaN體材料的生長和材料特性、勢壘層摻雜雙溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的生長和材料特性以及多溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料特性進行了研究。主要進行的工作及研究成果包括：
　　1、用西安電子科技大學自主研制的MOCVD

3、(金屬氧化物化學氣相淀積)320系統(tǒng)生長了不同濃度的摻Si GaN體材料，經(jīng)過材料表征手段，發(fā)現(xiàn)摻雜量級不同時，摻雜效率不同。Si摻雜濃度的量級為1018cm-3時，材料表面形貌隨著摻雜濃度的增加而變差，刃位錯數(shù)量隨著摻雜濃度增大而增加，螺位錯數(shù)量基本不變。對于Si摻雜濃度為5.0×1018cm-3的GaN體材料，5×5μm2掃描面積內(nèi)的粗糙度為0.390nm，刃位錯密度為2.63×109cm-2，螺位錯密度為5.7×107cm-2。摻

4、Si會使GaN的晶格常數(shù)c變小至無應(yīng)力GaN晶格常數(shù)c，使GaN受到的雙軸壓應(yīng)力逐漸變小。
　　2、在藍寶石襯底上生長了下勢壘層不同Si摻雜濃度的雙溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，發(fā)現(xiàn)隨著摻雜濃度的增大，螺位錯的密度先增加再減小。摻雜會使上下兩個勢壘層的應(yīng)力發(fā)生改變，對兩個溝道的2DEG有重新分配的作用。而且摻雜會使下異質(zhì)結(jié)的載流子限域性更好，得到更高的遷移率。得到的最好的材料的Si摻雜濃度為5×1018cm-3，位錯密度為1.61

5、64×109cm-2，材料表面粗糙度RMS為0.210 nm，遷移率是1754cm2/V·s，載流子面密度為1.25×1013cm-2。
　　3、生長了無AlN插入層、Al組分突變的十溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，發(fā)現(xiàn)多溝道結(jié)構(gòu)的溝道層數(shù)越多，材料表面形貌越好。十溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料的XRD掃描曲線中衛(wèi)星峰的出現(xiàn)說明材料結(jié)晶質(zhì)量較好，但是隨著溝道層數(shù)的增加，材料的電學特性變壞，可能的原因是多溝道結(jié)構(gòu)的界面粗糙度大和弛豫

6、不均勻。與雙溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)勢壘層摻雜的效果相似，多溝道對處于不同位置的勢壘層應(yīng)變程度有影響。通過TEM分析了多溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)對穿透位錯的影響，發(fā)現(xiàn)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)可以改變與其不垂直的螺位錯和刃位錯的延伸方向；對于垂直于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的刃位錯，多溝道結(jié)構(gòu)可以使其逐漸湮滅，解釋了多溝道的溝道層數(shù)越多，材料表面形貌越好這一現(xiàn)象。
　　總之，雙溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以通過下勢壘層摻雜