基于双肖特基接触GaN薄膜特性参数测试新方法

提出了一种GaN薄膜电学参量测试新方法.该方法基于双肖特基结二极管结构,利用非对称的电极图形获取整流特性,从而省去了复杂的欧姆接触形成工艺,可方便地导出电子电导迁移率和肖特基接触理想因子等特征参数.对残留载流子浓度为7×1016 cm-3 的非故意掺杂GaN薄膜进行了试验,新方法得到Ni/Au-GaN肖特基接触的理想因子为2.8,GaN薄膜方块电阻为491Ω和电子电导迁移率为606cm2/(V·s).这些典型参数与利用欧姆接触实验和普通Ni/Au-GaN肖特基二极管测试所得结果较为吻合.该方法为半导体薄膜测试提供了新思路,可推广用于难以形成良好线性欧姆接触或材料特性受欧姆接触工艺影响较大的外延材料及其金半接触的监测研究.     

选区外延生长半极性GaN材料上的肖特基接触特性

半极性GaN材料的研究在光电器件和电子器件领域有重要意义.采用选区外延生长技术在Si衬底上生长半极性GaN材料,并制备肖特基势垒二极管(SBD).通过测量SBD在不同温度下的Ⅰ-Ⅴ特性曲线,观察到电流的大小随着温度的增加而增加,且受反向偏压影响,证明半极性GaN基SBD的电流传输机制为热电子场发射模型.光致发光光谱和X射线光电子能谱测试进一步表明,相比极性c面GaN材料,半极性GaN材料表面存在较高的氧杂质原子浓度和氮空位,此为半极性GaN肖特基特性偏离热电子发射模型的主要因素.     

调制掺杂AlGaN/GaN异质结上的Pt肖特基接触

研究了调制掺杂 Alx Ga1 - x N/Ga N表面 Pt肖特基接触的制备工艺 ,并对其进行了 I-V测量。通过改变对样品表面的处理工艺 ,研究了表面处理对调制掺杂 Alx Ga1 - x N/Ga N表面 Pt肖特基结接触特性的影响 ,在 n型掺杂浓度为 7.5× 1 0 1 7cm- 3的 Al0 .2 2 Ga0 .78N样品表面 ,制备得到了势垒高度为 0 .94e V、理想因子为 1 .4的 Pt肖特基接触。这与国外报道的结果接近 (=1 .2 e V,n=1 .1 1 [1 ] )     

Pt/n-GaN肖特基接触的退火行为

在金属有机物气相外延 (MOVPE)方法生长的非故意掺杂的n GaN上用Pt制成了肖特基接触 ,并在 2 5 0～6 5 0℃范围内对该接触进行退火 .通过实验发现 ,Pt与非故意掺杂n GaN外延薄膜可以形成较好的肖特基接触 ,而适当的退火温度可以有效地改善Pt/n GaN肖特基接触的性质 .在该实验条件下 ,40 0℃温度下退火后的Pt/n GaN肖特基接触 ,势垒高度最大 ,理想因子最小 .在 6 0 0℃以上温度退火后 ,该接触特性受到破坏 ,SEM显示在该温度下 ,Pt已经在GaN表面凝聚成球 ,表面形成孔洞.     

Pt/n-GaN肖特基接触的退火行为

在金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的非故意掺杂的n-GaN上用Pt制成了肖特基接触,并在250～650℃范围内对该接触进行退火.通过实验发现,Pt与非故意掺杂n-GaN外延薄膜可以形成较好的肖特基接触,而适当的退火温度可以有效地改善Pt/n-GaN肖特基接触的性质.在该实验条件下,400℃温度下退火后的Pt/n-GaN肖特基接触,势垒高度最大,理想因子最小.在600℃以上温度退火后,该接触特性受到破坏,SEM显示在该温度下,Pt已经在GaN表面凝聚成球,表面形成孔洞.     

高性能A1GaN/GaN HEMT的肖特基特性

研究了AIGaN/GaN HEMT制备中相关工艺对器件肖特基特性的影响,并对工艺进行了优化.首先研究了表面处理对器件肖特基势垒特性的影响,对不同的表面处理方法进行了比较,发现采用氧等离子体处理,并用V(HF):V(H2O)=1:5溶液清洗刻蚀后的表面,可以有效减小表面态密度,未经处理的样品肖特基接触理想因子为2.6,处理后理想因子减小到1.8.对SiN钝化膜的折射率与肖特基特性的关系进行了研究,发现SiN钝化膜的折射率为2.3～2.4时,钝化对肖特基特性的影响较小,但反向泄漏电流较大.     

高性能AlGaN/GaN HEMT的肖特基特性

研究了Al GaN/GaN HEMT制备中相关工艺对器件肖特基特性的影响,并对工艺进行了优化。首先研究了表面处理对器件肖特基势垒特性的影响,对不同的表面处理方法进行了比较,发现采用氧等离子体处理,并用V(HF)∶V(H2O)=1∶5溶液清洗刻蚀后的表面,可以有效减小表面态密度,未经处理的样品肖特基接触理想因子为2.6,处理后理想因子减小到1.8。对Si N钝化膜的折射率与肖特基特性的关系进行了研究,发现Si N钝化膜的折射率为2.3～2.4时,钝化对肖特基特性的影响较小,但反向泄漏电流较大。     

GaN基肖特基器件中的反常电容特性

研究了测试频率为0.3～1.5MHz时GaN基肖特基器件的电容特性.实验发现,在Au/i-GaN肖特基器件的电容-电压(C-V)特性曲线中,出现了峰和负值电容,而Au/i-Al0.45Ga0.55N肖特基器件的C-V特性曲线中则既没有峰也没有负值电容的出现.对肖特基器件的电流-电压(I-V)特性和C-V特性进行参数提取和分析后认为,负值电容和峰的出现源于界面态的俘获和损耗,但较大的串联电阻将减弱界面态的作用.     

AlGaN/GaN背对背肖特基二极管氢气传感器

通过溅射的方法制作了Pt/AlGaN/GaN背对背肖特基二极管并测试了该器件对氢气的响应.研究了Pt/AlGaN/GaN背对背肖特基二极管在25和100℃时对于10%H2(N2气中)的响应,计算了器件的灵敏度;并比较了两种温度条件下器件对于氢气响应的快慢;空气中的氧气对于器件电流的恢复有重要的作用;最后由热电子发射公式计算了器件在通入10%的氢气前后有效势垒高度的变化.     

AlGaN/GaN背对背肖特基二极管氢气传感器

通过溅射的方法制作了Pt/AlGaN/GaN背对背肖特基二极管并测试了该器件对氢气的响应.研究了Pt/AlGaN/GaN背对背肖特基二极管在25和100℃时对于10%H2(N2气中)的响应,计算了器件的灵敏度;并比较了两种温度条件下器件对于氢气响应的快慢;空气中的氧气对于器件电流的恢复有重要的作用;最后由热电子发射公式计算了器件在通入10%的氢气前后有效势垒高度的变化.     

Enhancement of the Schottky Barrier Height using a Nitrogen-Rich Tungsten Nitride Thin Film for the Schottky Contacts on AlGaN/GaN Heterostructures

Tungsten, stoichiometric W₂N, and nitrogen-rich W₂N films were used as Schottky contacts on AlGaN/GaN heterostructures. The nitrogen content in the film was controlled by varying the nitrogen-to-argon gas flow ratio during the reactive sputter deposition. The diode with the nitrogen-rich film exhibited a higher Schottky barrier height and the leakage current was comparable to that of the Ni/Au Schottky contact. Analysis suggested that this was due to the increase of the tungsten nitride work function as the result of higher nitrogen incorporation. Furthermore, after 600°C thermal annealing, the diode was stable and showed no change in the leakage current.     

Design of edge termination for GaN power Schottky diodes

The GaN Schottky diodes capable of operating in the 300–700-V range with low turn-on voltage (0.7 V) and forward conduction currents of at least 10 A at 1.4 V (with corresponding forward current density of 500 A/cm²) are attractive for applications ranging from power distribution in electric/hybrid electric vehicles to power management in spacecraft and geothermal, deep-well drilling telemetry. A key requirement is the need for edge-termination design to prevent premature breakdown because of field crowding at the edge of the depletion region. We describe the simulation of structures incorporating various kinds of edge termination, including dielectric overlap and ion-implanted guard rings. Dielectric overlap using 5-μm termination of 0.1–0.2-μm-thick SiO₂ increases the breakdown voltage of quasi-vertical diodes with 3-μm GaN epi thickness by a factor of ∼2.7. The use of even one p-type guard ring produces about the same benefit as the optimized dielectric overlap termination.     

肖特基C-V法研究Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结界面二维电子气

通过对 Pt/ Al0 .2 2 Ga0 .78N/ Ga N肖特基二极管的 C- V测量 ,研究分析了 Al0 .2 2 Ga0 .78N/ Ga N异质结界面二维电子气 (2 DEG)浓度及其空间分布 .测量结果表明 ,Al0 .2 2 Ga0 .78N/ Ga N异质结界面 2 DEG浓度峰值对应的深度在界面以下 1.3nm处 ,2 DEG分布峰的半高宽为 2 .3nm ,2 DEG面密度为 6 .5× 10 1 2 cm- 2 .与 Alx Ga1 - x As/ Ga As异质结相比 ,其 2 DEG面密度要高一个数量级 ,而空间分布则要窄一个数量级 .这主要归结于 Alx Ga1 - x N层中～ MV / cm量级的压电极化电场和自发极化电场对 Alx Ga1 - x N/ Ga N异质结能带的调制和 Alx Ga1 -     

GaN基肖特基结构紫外探测器

在蓝宝石 (0 0 0 1)衬底上采用低压金属有机物化学气相沉积 (MOCVD)方法生长GaN外延层结构 ,以此为材料制作了GaN基肖特基结构紫外探测器 .测量了该紫外探测器的暗电流曲线、C V特性曲线、光响应曲线和响应时间曲线 .该紫外探测器在 5V偏压时暗电流为 0 4 2nA ,在 10V偏压时暗电流为 38 5nA .在零偏压下 ,该紫外探测器在2 5 0nm～ 36 5nm的波长范围内有较高的响应度 ,峰值响应度在 36 3nm波长处达到 0 12A/W ,在 36 5nm波长左右有陡峭的截止边 ;当波长超过紫外探测器的截止波长 (36 5nm左右 ) ,探测器的响应度减小了三个数量级以上 .该紫外探测器的响     

Schottky barrier parameters and structural properties of rapidly annealed Zr Schottky electrode on p-type GaN

The Schottky barrier junction parameters and structural properties of Zr/p-GaN Schottky diode are explored at various annealing temperatures. Experimental analysis showed that the barrier height (BH) of the Zr/pGaN Schottky diode increases with annealing at 400℃ (0.92 eV (I-V)/1.09 eV (C-V)compared to the asdeposited one (0.83 eV (I-V)/0.93 eV (C-V). However, the BH decreases after annealing at 500℃. Also, at different annealing temperatures, the series resistance and BH are assessed by Cheung''s functions and their values compared. Further, the interface state density (N_SS)of the diode decreases after annealing at 400℃ and then somewhat rises upon annealing at 500℃. Analysis reveals that the maximum BH is obtained at 400℃, and thus the optimum annealing temperature is 400℃ for the diode. The XPS and XRD analysis revealed that the increase in BH may be attributed to the creation of Zr-N phases with increasing annealing up to 400℃. The BH reduces for the diode annealed at 500℃, which may be due to the formation of Ga-Zr phases at the junction. The AFM measurements reveal that the overall surface roughness of the Zr film is quite smooth during rapid annealing process.     

GaN的极性特征、测量及应用

GaN在(0001)方向是一种极性极强的半导体材料,它具有极强的表面特征,是目前发现的最好的压电材料,而GaN的极性呈现出体材料的特征,它的测量要用一些特殊的方法,它的不同特征也给我们提供了广泛的应用前景.总结了到目前为止国外这一方面的研究结果.     

High-temperature characteristics of AixGa1-xN/GaN Schottky diodes

High-temperature characteristics of the metal/AlxGa1_xN/GaN M/S/S (M/S/S) diodes have been studied with current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements at high temperatures. Due to the presence of the piezoelectric polarization field and a quantum well at the AIxGa1_xN/GaN interface, the AIxGa1_xN/GaNdiodes show properties distinctly different from those of the AIxGa1_xN diodes. For the AIxGa1_xN/GaN diodes, an increase in temperature accompanies an increase in barrier height and a decrease in ideality factor, while the AIxGa1_xN diodes are opposite. Furthermore, at room temperature, both reverse leakage current and reverse break-down voltage are superior for the AIxGa1_xN/GaN diodes to those for the AIxGa1_xN diodes.