薄勢(shì)壘AlGaN-GaN異質(zhì)結(jié)與增強(qiáng)型HEMT器件研究.pdf

1、AlGaN/GaN HEMT器件因?yàn)榫哂懈邠舸╇妷骸⒌蛯?dǎo)通電阻等特點(diǎn),被認(rèn)為是出色的功率開關(guān)器件或電力電子器件,近年來受到人們的普遍關(guān)注。然而,長(zhǎng)期以來研究的 AlGaN/GaN HEMT器件絕大多數(shù)都是耗盡型即常開型器件,并不適合電力電子器件應(yīng)用。電力電子器件為了安全工作,通常需要增強(qiáng)型即常關(guān)型。薄勢(shì)壘AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)具有比常規(guī)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)更低的極化電荷密度和二維電子氣密度,因此薄勢(shì)壘AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)比較適

2、合制作增強(qiáng)型HEMT器件。但是勢(shì)壘層減薄后二維電子氣密度降低也會(huì)引起HEMT器件導(dǎo)通電流下降、擊穿電壓降低等不利問題。為了能夠使薄勢(shì)壘AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)既實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型工作,同時(shí)又具有可接受的導(dǎo)通電流、擊穿電壓,獲得各方面性能相對(duì)均衡的器件特性,是本文的主要研究目標(biāo)。本文基于薄勢(shì)壘AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu),開展了材料結(jié)構(gòu)與工藝以及增強(qiáng)型器件的研究,主要結(jié)果如下:
　　1、深入研究并揭示了勢(shì)壘層Al組分、厚度以及緩沖層Al組分等

3、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)異質(zhì)結(jié)材料結(jié)晶質(zhì)量、表面形貌及電學(xué)特性的影響規(guī)律,并給出合理的物理解釋。研究發(fā)現(xiàn),隨著Al組分增加,2DEG遷移率不斷下降,而2DEG密度先升后降,表面粗糙度先降后升;相同Al組分時(shí),勢(shì)壘層越薄,2DEG遷移率越高,2DEG面密度越低,表面粗糙度越小;采用GaN與AlGaN緩沖層代替GaN緩沖層時(shí),2DEG遷移率略有下降,表面粗糙度略有惡化,但是2DEG限域性增強(qiáng)。
　　2、深入研究并揭示了勢(shì)壘層生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速率等工藝

4、參數(shù)對(duì)異質(zhì)結(jié)材料結(jié)晶質(zhì)量、表面形貌及電學(xué)特性的影響規(guī)律,并給出合理的物理解釋。研究發(fā)現(xiàn),生長(zhǎng)速率降低時(shí),2DEG遷移率和面密度均明顯提高,表面粗糙度基本保持不變;隨著勢(shì)壘層生長(zhǎng)溫度的增加,表面粗糙度顯著降低,2DEG遷移率先顯著增加然后保持不變,2DEG面密度顯著下降。
　　3、基于研制的9nm薄勢(shì)壘65％鋁組分的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,成功研制出具有較高飽和電流與擊穿電壓的增強(qiáng)型HEMT器件。該器件柵長(zhǎng)0.5μm、柵漏間