GaN基材料熱退火與濕法腐蝕的研究.pdf

1、由于GaN材料具有禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、電子飽和速度高、抗輻射能力強(qiáng)和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)越的性質(zhì)，因此AlGaN/GaN HEMT器件成了制作微波大功率器件的理想繼任者。盡管AlGaN/GaN HEMT器件在微波大功率特性方面取得了很大的進(jìn)步，但仍然存在著許多制約因素限制了其性能的提升和應(yīng)用發(fā)展。其中熱退火對(duì)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料特性的影響與GaN材料腐蝕坑特性的研究都是迫切需解決的問(wèn)題。針對(duì)GaN材料熱退火的研究，本文采用HEM

2、T器件制備過(guò)程中的快速熱退火過(guò)程，預(yù)測(cè)熱退火對(duì)GaN基HEMT器件的影響。針對(duì)GaN材料腐蝕坑特性的研究，本文用熔融的KOH腐蝕摻雜的n-GaN和p-GaN外延層材料，分析后確定了不同的腐蝕坑與不同位錯(cuò)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過(guò)其AFM形貌圖和電流分布圖確立了一個(gè)新的模型-N原子導(dǎo)電模型。
　　 本文首先重點(diǎn)研究熱退火對(duì)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料特性的影響。同時(shí)為了對(duì)照，對(duì)非故意摻雜的GaN、摻Si的GaN也進(jìn)行相同條件的退火處理，然

3、后分析退火過(guò)程對(duì)這三種材料結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)退火前后的XRD、AFM、CV和Hall，以及方阻的數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為退火造成了AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中GaN和AlGaN材料的應(yīng)變松弛以及AlGaN材料晶格常數(shù)c變大，使得AlGaN勢(shì)壘層中的極化強(qiáng)度削弱，從而使界面處束縛電荷的面密度降低，導(dǎo)致2DEG的濃度下降；退火還造成了異質(zhì)結(jié)中2DEG的遷移率下降，本文認(rèn)為這可能是退火在勢(shì)壘層引入了新缺陷，并且退火使得GaN材料中刃位錯(cuò)密度上升或者是退火導(dǎo)

4、致載流子發(fā)生了補(bǔ)償?shù)纫蛩卦斐傻?，而這些變化都會(huì)影響GaN基HEMT器件的性能。
　　 接著，本文對(duì)GaN材料腐蝕坑的特性進(jìn)行了深入的研究。通過(guò)熔融的KOH腐蝕n-GaN和p-GaN材料后，經(jīng)過(guò)AFM和SEM分析，我們發(fā)現(xiàn)了三種不同的腐蝕坑(α,β，γ)，并通過(guò)一定的腐蝕機(jī)制將它們分別與純?nèi)形诲e(cuò)，純螺位錯(cuò)和混合位錯(cuò)相對(duì)應(yīng)，本文還給出了三種腐蝕坑的三維示意圖。
　　 最后，本文對(duì)腐蝕后的GaN材料進(jìn)行了導(dǎo)電AFM分析研究，發(fā)