【摘 要】
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近年来,因N极性GaN HEMT结构特殊,具有高二维电子气限域性、低阻欧姆接触、易于实现高频器件等比例缩小等优点,逐渐成为半导体领域新兴的研究热点。然而,由于在使用MOCVD技术进行外延生长时,Ga原子在外延薄膜表面上迁移能力较弱,生长的材料往往具有粗糙的表面形貌和较差的晶体质量,从而影响器件性能。因此,研究N极性GaN材料的生长对于后续微波器件方向的研发具有极为重要的价值。主要研究内容和成果如下
【机 构】
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中国电子科技集团公司电子科学研究院
【出 处】
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中国电子科技集团公司电子科学研究院
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近年来,因N极性GaN HEMT结构特殊,具有高二维电子气限域性、低阻欧姆接触、易于实现高频器件等比例缩小等优点,逐渐成为半导体领域新兴的研究热点。然而,由于在使用MOCVD技术进行外延生长时,Ga原子在外延薄膜表面上迁移能力较弱,生长的材料往往具有粗糙的表面形貌和较差的晶体质量,从而影响器件性能。因此,研究N极性GaN材料的生长对于后续微波器件方向的研发具有极为重要的价值。主要研究内容和成果如下:（1）本文采用了更易获得的正晶向SiC衬底然而此类型衬底相较于斜切衬底而言表面台阶更宽,进行N极性GaN薄膜生长时难度更大,并且此前未有正晶向衬底上外延高质量的GaN薄膜的系统研究。实验首先对正晶向衬底上生长的AlN成核层和GaN缓冲层的常规工艺参数进行了探索和优化,初步改善了 N极性GaN薄膜的表面形貌及晶体质量。（2）首次提出了利用载气氮气与脉冲供应三甲基铝（TMAl）生长N极性AlN成核层的方法,通过减少金属原子在成核表面的扩散长度的方式,在缩小成核层成核岛尺寸的同时提升其分布密度,从而保证其晶体质量不发生明显劣化的情况下显著改善了 GaN缓冲层的表面形貌,其表面20×20μm2方均根粗糙度为1.5nm,优于先前报道的基于斜切SiC衬底上的GaN薄膜的最好水平2.78nm。随后,在保证缓冲层表面光滑的前提下,对N极性GaN薄膜内部应力过高的问题进行了探索,发现了 LT-GaN的生长温度对应力的影响规律。通过适当地进行优化,确定了理想的温度窗口,有效地减小了材料的形变,Bow/Warp的变化值由73/62（μm）降低至 44/39（μm）。（3）在此基础上,生长了 AlGaN/AlN/GaN的HEMT结构,研究发现了 GaN缓冲层表面形貌的改善有助于异质结电学性能的提升,最终迁移率达到了 1214 cm2/V.s。
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