基于蓝宝石衬底的高性能AlGaN/GaN二维电子气材料与HEMT器件

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了高性能的AlGaN/GaN二维电子气(2DEG)材料,室温和77K温度下的电子迁移率分别为946和2578cm2/(V*s),室温和77K温度下2DEG面密度分别为1.3×1013和1.27×1013cm-2.并利用AlGaN/GaN二维电子气材料制造出了高性能的HEMT器件,栅长为1μm,源漏间距为4μm,最大电流密度为485mA/mm(VG=1V),最大非本征跨导为170mS/mm(VG=0V),截止频率和最高振荡频率分别为6.7和24GHz.     

背势垒对InAlN/GaN异质结构中二维电子气的影响

利用有效质量理论自洽求解Poisson和Schrdinger方程理论研究了背势垒插入层对InAlN/GaN晶格匹配异质结构的电学性能的影响。研究表明,对于In0.17Al0.83N/AlN/GaN的异质结构,AlN的临界厚度为2.43 nm。此时,异质结中二维电子气(2DEG)浓度达到2.49×1013 cm-2,且不随势垒层厚度的变化而变化。重点模拟研究了具有背势垒的InAlN/AlN/GaN/AlGaN/GaN和InAlN/AlN/GaN/InGaN/GaN两种结构的能带结构和2DEG的分布情况。理论结果表明,采用AlGaN背势垒结构时,对于AlGaN的任意Al组分,GaN沟道层导带底能量均被抬升,增强了AlN/GaN三角势阱对2DEG的限制作用,提高了电子迁移率。采用InGaN/GaN作为背势垒结构,当InGaN厚度为2或3 nm时,三角势阱中的2DEG随InGaN中In组分的增加先升高后降低,这主要是由于GaN/InGaN界面处产生的正极化电荷的影响,引起电子在AlN/GaN三角势阱和InGaN/GaN势阱之间的分布变化。     

逆压电极化效应对AlGaN/GaN异质结2DEG特性的影响

从正-逆压电极化效应对GaN材料的影响出发,通过自洽求解一维Poisson-Schr(o)dinger方程,研究了逆压电极化效应对AlGaN/GaN异质结中2DEG浓度的影响.计算结果显示,逆压电极化明显影响2DEG性质,当Al组分x=0.3,AlGaN层厚度为20 nm时,不考虑逆压电极化,2DEG浓度为1.53×1013 cm-2;当等效外加电压分别为10和15 V时,2DEG浓度降低至1.04×1013cm-2和0.789×1013cm-2,可见当等效外电压由0～15 V变化时,2DEG浓度下降了48.4%.     

一种具有双异质结的氮化镓高压肖特基二极管

基于GaN/AlGaN/GaN-on-Si材料,研制了一种高压低功耗新型肖特基二极管(SBD).由于异质结的极化效应,在AlGaN/GaN界面会产生高浓度的二维电子气(2DEG),在GaN/AlGaN界面产生二维空穴气(2DHG).首先,在正向阻断时,随着偏压的升高,2DEG和2DHG被完全耗尽,在界面处留下固定的正/...     

掺杂AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究

对不同掺杂浓度AlGaN/GaN HEMTs施加直流偏置应力,研究掺杂AlGaN/GaN HEMTs电流崩塌效应.实验表明,掺杂AlGaN势垒层对器件电流崩塌效应有明显的抑制作用,随着掺杂浓度增加,掺杂对电流崩塌效应的抑制作用越显著.这是因为对于掺杂AlGaN/GaN HEMT,表面态俘获电子将耗尽掺杂AlGaN层,从而能对2DEG起屏蔽作用.AlGaN体内杂质电离后留下正电荷也能进一步屏蔽表面态对沟道2DEG的影响.     

AlGaN/GaN HFET的2DEG和电流崩塌研究(Ⅰ)

从不同的视角回顾和研究了A1GaN/GaN HFET的二维电子气(2DEG)和电流崩塌问题.阐述了非掺杂的AIGaN/GaN异质结界面存在2DEG的原动力是极化效应,电子来源是AlGaN上的施主表面态.2DEG浓度与AlGaN/GaN界面导带不连续性、AlGaN层厚和Al组分有密切关系.揭示了AlGaN/GaN HFET的2DEG电荷涨落受控于表面、界面和缓冲层中的各种缺陷及外加应力,表面空穴陷阱形成的虚栅对输入信号有旁路和延迟作用,它们导致高频及微波状态下的电流崩塌.指出由于构成电流崩塌因素的复杂性,各种不同的抑制电流崩塌方法都存在不足,因此实现该器件大功率密度和高可靠性还有很长的路要走.     

MOCVD生长的SiC衬底高迁移率GaN沟道层AlGaN/AlN/GaN HEMT结构

用MOCVD技术在高阻6H-SiC衬底上研制出了具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料,其室温和80K时二维电子气迁移率分别为1944和11588cm2/(V·s),相应二维电子气浓度为1.03×1013cm-2;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有良好的晶体质量和表面形貌,10μm×10μm样品的表面粗糙度为0.27nm.用此材料研制出了栅长为0.8μm,栅宽为1.2mm的HEMT器件,最大漏极饱和电流密度和非本征跨导分别为957mA/mm和267mS/mm.     

MOCVD生长的SiC衬底高迁移率GaN沟道层AlGaN/AlN/GaN HEMT结构

用MOCVD技术在高阻6H-SiC衬底上研制出了具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料,其室温和80K时二维电子气迁移率分别为1944和11588cm2/(V·s),相应二维电子气浓度为1.03×1013cm-2;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有良好的晶体质量和表面形貌,10μm×10μm样品的表面粗糙度为0.27nm.用此材料研制出了栅长为0.8μm,栅宽为1.2mm的HEMT器件,最大漏极饱和电流密度和非本征跨导分别为957mA/mm和267mS/mm.     

不同插入层对抑制Mg掺杂p-GaN的记忆效应

研究了低温(LT) GaN和AlN不同插入层对抑制Mg掺杂p-GaN金属有机化学气相沉积外延中存在的记忆效应的影响,外延生长p-GaN缓冲层,制作具有该缓冲层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT),并对该器件进行电学测试.二次离子质谱仪测试表明p-GaN上10 nm厚的LT-GaN插入层相比于2 nm厚的AlN插入层能更好地抑制Mg扩散.霍尔测试表明,2 nm厚的AlN插入层的引入和GaN存在较大的晶格失配会引入位错,进而会降低AlGaN/GaNHEMT的电子迁移率以及增加其方块电阻;含有10 nm厚的LT-GaN插入层的p-GaN作为缓冲层的AlGaN/GaN HEMT,其方块电阻、电子迁移率以及二维电子气(2DEG)密度分别为334.9 Ω/口,1 923 cm2/(V·s)和9.68×1012 cm-2.器件具有很好的直流特性,其饱和电流为470 mA/mm,峰值跨导为57.7 mS/mm,电流开关比为3.13×109.     

6英寸硅基GaN HEMT外延材料的制备

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法,在6英寸(1英寸=2.54 cm)Si(111)衬底上,使用多层不同Al摩尔组分的AlGaN插入层技术,成功生长出厚度为2.9 μm无裂纹(扣除边缘2mm)的GaN外延层,解决了大尺寸外延片的翘曲度问题,并在此基础上生长了全结构的高电子迁移率晶体管(HEMT)外延片.采用X射线双晶衍射对外延材料结构进行了表征.Hall测试结果表明,HEMT外延材料的迁移率为2 080 cm2/(V·s),方块电阻为279.8 Ω/□,电荷面密度为1.07×1013 cm-2.采用喇曼光谱仪对GaN的应力进行了表征,GaN的喇曼E2(h)峰位于567.02 cm-1,表面受到的张应力为0.170 6 GPa,由于GaN外延层受到的张应力很小,说明插入多层AlGaN后应力已经释放.汞探针C-V测试二维电子气浓度较Hall测试结果偏低,可能是在C-V测试时肖特基势垒接触会降低载流子浓度.