硅基AlInGaN/AIN/GaN HEMT外延生长与器件工艺研究

发布时间：2025-05-28 23:31

　　氮化镓(GaN)半导体材料具有禁带宽度大、击穿场强高等诸多优点,因此,GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)在功率转换和微波射频领域具有重要应用前景。其中,基于四元合金AlInGaN势垒层的HEMT兼具低导通电阻、弱短沟道效应等特色,故在高压、高频领域均有应用价值。本论文围绕AlInGaN/GaN HEMT的材料外延生长、器件工艺制备、栅极漏电物理机制等关键问题开展了较为深入的研究。主要工作内容包括:1.系统研究了 AlInGaN/AlN/GaN异质结的MOCVD外延生长,包括Si基GaN高质量外延生长以及基于四元合金势垒层的异质结生长。通过XRD、TEM、Hall等测试表征手段,分别研究了 AlInGaN势垒层的生长温度、速率、压力以及Ga组分对势垒层表面形貌、二维电子气(2-Dimensional electron gas,2DEG)特性等的影响。研究发现:随着势垒层生长温度的升高,In组分随之减低,AlInGaN/GaN异质结表面缺陷密度显著下降;随着生长速率的增大,In组分随之升高,表面小孔增多;随着Ga组分的增加,2DEG浓度随之减小。综合上述结果,在较高温度、较低速率、中等G...

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１功率电子器件的应用以及全球能量结构和转换损耗［１］??

就是减少转换损耗。目前太阳能和风能等这些可再生能源己经开始被有效地开发??利用，但是由２０１１年Ｔｒａｎｓｐｈｏｒｍ出具的全球能源及损耗的统计可以看出［１］（如??图１．１所示），电能转换中的能量损失是全球风能和太阳能总和的７倍，高效的电??力转换系统成为了节能减排的首要需求。?....

图１．２半导体功率器件的应用范围和发展历程［３］??

就是减少转换损耗。目前太阳能和风能等这些可再生能源己经开始被有效地开发??利用，但是由２０１１年Ｔｒａｎｓｐｈｏｒｍ出具的全球能源及损耗的统计可以看出［１］（如??图１．１所示），电能转换中的能量损失是全球风能和太阳能总和的７倍，高效的电??力转换系统成为了节能减排的首要需求。?....

图1.3击穿电压与导通电阻的关系nn以及Si基功率器件和GaN基功率器件的尺寸对比

１．２?ＧａＮ基ＨＥＭＴ的工作原理??ＧａＮ材料在电力电子应用领域的主要器件是（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ／ＧａＮＨＥＭＴ［１５］。本??节简要介绍ＧａＮ材料的结构特征以及ＧａＮ基ＨＥＭＴ中二维电子气（２ＤＥＧ）的产??生原理［１６］。??纤锌矿型三族氮化物材料（主要指ＧａＮ、Ａ１Ｎ和....

图1.4GaN的晶体结构(a)Ga面GaN结构:(b)N面GaN结构[9]

?第１章绪论???的产生。如图１．５（ａ）所示，由于晶体对称性，得到的内部极化矢量？１?＋?？２＋？３?＋卩４??在独立四面体结构中为零。然而，当晶体由于晶格失配而变形时，如１．５（ｂ）所示，??以施加拉伸应力为例，角度０变宽。因此，内部电场变得不平衡，出现压电场ＰＰＥ??出现为....

本文编号：4048376