【摘 要】
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高电子迁移率晶体管（HEMT）广泛应用在低损耗的电力电子器件和微波射频器件的领域。由于极化效应产生的极化电场,造成AlGaN/GaN异质结界面处的自由电子被局限在不连续的AlGaN/GaN之间的导带而形成的三角形势阱,电子在二维平面内移动,产生了高浓度的二维电子气。Ga N沟道晶体质量高,抑制2DEG电子运动的因素少,因而HEMT的2DEG迁移率不低于1700 cm~2/Vs。硅衬底HEMT外延具
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高电子迁移率晶体管（HEMT）广泛应用在低损耗的电力电子器件和微波射频器件的领域。由于极化效应产生的极化电场,造成AlGaN/GaN异质结界面处的自由电子被局限在不连续的AlGaN/GaN之间的导带而形成的三角形势阱,电子在二维平面内移动,产生了高浓度的二维电子气。Ga N沟道晶体质量高,抑制2DEG电子运动的因素少,因而HEMT的2DEG迁移率不低于1700 cm~2/Vs。硅衬底HEMT外延具有大尺寸、低成本、导热导电的优势,并且与硅晶圆集成工艺兼容,因而大尺寸硅衬底HEMT的MOCVD外延生长是降低器件制造成本进行产业化的关键方式。本论文通过在国产PD5 MOCVD设备的生长,研究优化了6英寸硅衬底Al N缓冲层、AlxGa1-xN应力控制层技术,并且基于这些优化成果,成功生长出6英寸Ga N薄膜及AlGaN/GaN HEMT外延薄膜材料。具体的内容如下:1、优化6英寸AlN缓冲层,引入AlxGa1-xN应力控制层,在此基础上生长出6英寸硅衬底Ga N薄膜,厚度达4μm Ga N外延薄膜。Ga N外延薄膜的表面平整,裂纹长度只有径向3 mm,且Ga N（002）和Ga N（102）的摇摆曲线半高宽分别是363arcsec和497 arcsec,解决了大尺寸硅衬底Ga N薄膜的裂纹,缺陷密度高等行业的痛点问题。2、设计引入双层超晶格作为AlxGa1-xN应力控制层,成功生长出无裂纹、晶体质量高、翘曲小的6英寸硅衬底AlGaN/GaN HEMT外延薄膜。2DEG电子气浓度均值在8.8×1012cm-2,迁移率高达1856 cm~2/Vs,方块电阻为394 ohm/sq。Al Ga N势垒层的Al组分均值在23.3%及片内Al组分均匀性达0.69%,远远好于行业内2%的均匀性水平。此外,关态下I-V曲线显示,当电压＞800 V时,漏电电流仅为1μA/mm~2。C-V测试也表现出高阻Ga N不漏电的特性。一系列结果表明,该MOCVD设备生长的6英寸硅衬底AlGaN/GaN HEMT外延薄膜的性能好,将在电力电子器件和功率器件上具有巨大的应用前景。
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