成核层退火压力对形成高阻GaN的作用

采用了MOCVD生长技术来获得高阻GaN,发现GaN的方块电阻会随着成核层退火压力的降低而迅速升高.当成核层退火压力降到75torr时,形成了高阻GaN,方块电阻达到1011Ω/□以上.原子力显微镜结果显示高阻GaN的表面非常平整,表面粗糙度只有0.15nm.在位激光检测发现高阻样品的成核层经过退火后会形成密度较高的成核岛.样品的X射线分析结果表明,随着退火压力的改变,刃型位错相对于螺型位错会有较大变化.说明刃型位错是GaN电阻变化的主要原因.     

GaN和AlxGa1-xN/CaN异质结的高温性质

通过高温Hall测量研究了GaN和AlxGa1-xN/GaN异质结从室温到500℃高温下的输运性质.实验发现GaN背景载流子浓度随着温度的升高而升高,载流子浓度变化的幅度和GaN的位错密度存在正比关系,持续光电导的跃迁幅度和GaN的位错密度也存在正比关系,说明位错相关的深施主或者陷阱对GaN在高温下的背景浓度有很大影响.实验发现AlxGa1-xN/GaN异质结中二维电子气的浓度在室温到250℃的范围内随着温度的升高而下降,然后随着温度的升高开始增加.前者主要是由于随着温度的升高,AlxGa1-xN/GaN异质结的导带不连续减小引起的,后者主要是由GaN层背景载流子浓度增加导致的.通过求解自洽的薛定谔和泊松方程得到的二维电子气浓度的温度关系和实验结果一致.     

高Al组分AlxGa1-xN薄膜的弹性-塑性力学性质

采用纳米压痕方法,研究了AlN/sphire模板上的高Al组分AlxGa1-xN薄膜的力学性质,特别是弹性-塑性转变行为.研究表明,AlxGa1-xN薄膜的杨氏模量E随着Al组分的增加而增大,薄膜中产生塑性形变所必要的剪切应力也随着Al组分的增加而增大.在AlxGa1-xN薄膜纳米压痕实验中,观察到位移不连续的跳断("pop-in")行为,并且发现"pop-in"行为强烈依赖于Al组分,Al组分的增加导致这种行为的减少.我们认为随着Al组分的增加,AlxGa1-xN中键能的增强和由于AlxGa1-xN与AlN/sapphire模板之间晶格失配减少这两个因素增加了AlxGa1-xN中新位错形成的阻力,从而导致了AlxGa1-xN薄膜中的"pop-in"行为随Al组分增加而减少.     

Analysis of AIGaN/GaN high electron mobility transistors failure mechanism under semi-on DC stress

Semi-on DC stress experiments were conducted on A1GaN/GaN high electron mobility transistors （HEMTs） to find the degradation mechanisms during stress. A positive shift in threshold voltage （VT） and an increase in drain series resistance （RD） were observed after semi-on DC stress on the tested HEMTs. It was found that there exists a close correlation between the degree of drain current degradation and the variation in VT and RD. Our analysis shows that the variation in Vx is the main factor leading to the degradation of saturation drain current （IDs）, while the increase in RD results in the initial degradation of Ios in linear region in the initial several hours stress time and then the degradation of VT plays more important role. Based on brief analysis, the electron trapping effect induced by gate leakage and the hot electron effect are ascribed to the degradation of drain current during semi-on DC stress. We suggest that electrons in the gate current captured by the traps in the A1GaN layer under the gate metal result in the positive shift in VT and the trapping effect in the gate-drain access region induced by the hot electron effect accounts for the increase in RD.     

AlGaN/GaN异质结材料基于热氧化的湿法腐蚀方法

A novel wet etching method for AlGaN/GaN heterojunction structures is proposed using thermal oxidation f ollowed by wet etching in KOH solution.It is found that an AlGaN/GaN heterostructure after high temperature oxidation above 700℃could be etched off in a homothermal（70℃） KOH solution while the KOH solution had no etching effects on the region of the AlGaN/GaN heterostructure protected by a SiO₂ layer during the oxidation process.A groove structure with 150 nm step depth on an AlGaN/GaN heterostructure was formed after 8 h thermal oxidation at 900℃followed by 30 min treatment in 70℃KOH solution.As the oxidation time increases,the etching depth approaches saturation and the roughness of the etched surface becomes much better.The physical mechanism of this phenomenon is also discussed.     

Al组分对AlxGa1-xN/GaN异质结构中二维电子气输运性质的影响

在低温和强磁场下,通过磁输运测量研究了不同Al组分调制掺杂AlxGa1-xN/GaN异质结二维电子气(2DEG)的磁电阻振荡现象.观察到低Al组分异质结中的2DEG有较低的浓度和较高的迁移率.     

高Al组分AlxGa1-xN薄膜的弹性-塑性力学性质

采用纳米压痕方法,研究了AlN/sphire模板上的高Al组分AlxGa1-xN薄膜的力学性质,特别是弹性-塑性转变行为.研究表明,AlxGa1-xN薄膜的杨氏模量E随着Al组分的增加而增大,薄膜中产生塑性形变所必要的剪切应力也随着Al组分的增加而增大.在AlxGa1-xN薄膜纳米压痕实验中,观察到位移不连续的跳断("pop-in")行为,并且发现"pop-in"行为强烈依赖于Al组分,Al组分的增加导致这种行为的减少.我们认为随着Al组分的增加,AlxGa1-xN中键能的增强和由于AlxGa1-xN与AlN/sapphire模板之间晶格失配减少这两个因素增加了AlxGa1-xN中新位错形成的阻力,从而导致了AlxGa1-xN薄膜中的"pop-in"行为随Al组分增加而减少.     

GaN和AlxGa1-xN/CaN异质结的高温性质

通过高温Hall测量研究了GaN和AlxGa1-xN/GaN异质结从室温到500℃高温下的输运性质.实验发现GaN背景载流子浓度随着温度的升高而升高,载流子浓度变化的幅度和GaN的位错密度存在正比关系,持续光电导的跃迁幅度和GaN的位错密度也存在正比关系,说明位错相关的深施主或者陷阱对GaN在高温下的背景浓度有很大影响.实验发现AlxGa1-xN/GaN异质结中二维电子气的浓度在室温到250℃的范围内随着温度的升高而下降,然后随着温度的升高开始增加.前者主要是由于随着温度的升高,AlxGa1-xN/GaN异质结的导带不连续减小引起的,后者主要是由GaN层背景载流子浓度增加导致的.通过求解自洽的薛定谔和泊松方程得到的二维电子气浓度的温度关系和实验结果一致.     

半开态直流应力作用下AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的失效机制分析

本文研究了半开态直流应力条件下,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的退化机制。应力实验后,器件的阈值电压电压正漂,栅漏串联电阻增大。利用数据拟合发现,沟道电流的退化量与阈值电压及栅漏串联电阻的变化量之间有密切的关系。分析表明,阈值电压的退化是引起饱和区沟道电流下降的主要因素,对于线性区电流,在应力开始的初始阶段,栅漏串联电阻的增大导致线性区电流的退化,随后沟道电流退化主要由阈值电压的退化引起。分析表明,在半开态应力作用下,栅泄露电流及热电子效应使得电子进入AlGaN层,被缺陷俘获,进而导致沟道电流退化。其中反向栅泄露电流中的电子被栅电极下AlGaN层内的缺陷俘获,导致阈值电压正漂;而热电子效应则使得栅漏串联区电阻增大。