论文部分内容阅读
AlGaN/GaN HEMT器件的微波大功率特性自1993年以来已取得巨大的进步,但是仍然存在许多制约因素限制了其性能的提升和应用的发展。其中大功率工作时GaN缓冲层的漏电引起器件功率和效率降低是最为棘手的问题之一。针对GaN异质结构中GaN缓冲层的漏电问题,本文对其漏电机制和降低缓冲层漏电的方法进行了深入研究。文章阐述了GaN外延层(即缓冲层)的生长原理与方法,通过高频C-V法和SIMS分析对不同成核层条件生长的AlGaN/GaN异质结中缓冲层背景载流子浓度分布与漏电机制进行了深入的比较分析,最后利用高温AlN插入层有效地降低了背景载流子浓度。主要的工作和成果如下:1、通过对不同成核层GaN基异质结材料C-V特性的比较分析,得出了AlGaN/GaN异质结中GaN缓冲层漏电与成核层的关系。分析发现,对于采用薄成核层生长的异质结材料,GaN缓冲层中背景载流子浓度分布呈现分层现象,即在近衬底的几百纳米厚的下层GaN缓冲层中存在较高浓度的背景载流子(电子),而远离衬底的上层GaN缓冲层中背景载流子浓度很低。但是采用厚成核层生长的异质结材料中整个GaN缓冲层均呈现较低的背景载流子浓度,表现为高阻特性。2、通过对GaN异质结构的SIMS分析发现,在GaN缓冲层中存在较高浓度的杂质Al原子和O原子,而且Al和O均位于贯穿缓冲层的穿透位错线区域。越靠近衬底界面O原子浓度越高,说明O原子更多地来源于衬底Al2O3的高温分解产生,由衬底向外扩散形成,而Al原子却是越靠近表面浓度越高,这说明Al原子是由表面向里扩散形成的,这可能是由生长AlGaN势垒层时含铝金属有机物(TMAl)在表面分解的游离态Al原子向下扩散产生。由于O原子在GaN缓冲层中具有浅施主作用,因此靠近衬底的几百纳米GaN缓冲层中具有较高的背景载流子浓度。而靠近表面的GaN缓冲层中背景载流子浓度较低主要是因为在该区域Al原子浓度高于或接近于O原子浓度,同时两者主要分布在穿透位错线中,Al原子极易和O原子相结合,这样O原子就会失去施主作用。3、通过在GaN外延层生长较薄时引入高温AlN插入层能够有效阻断O原子的向上扩散,从而得到了高阻特性的GaN缓冲层,将GaN缓冲层的电阻率提高4-5个数量级,达到105Ohm-cm。