国外GaN功率器件衬底材料和外延技术研发现状

GaN基功率器件的衬底和外延技术的发展对于器件性能的提升和成本的降低起着非常重要的作用.介绍了国外SiC基、Si基以及新型金刚石基GaN功率器件衬底材料和GaN外延技术的研发现状.重点讨论了大尺寸衬底技术(6英寸SiC衬底、8英寸Si衬底)、GaN HEMT与Si CMOS器件异质集成技术以及金刚石基GaN HEMT材料集成技术的研发进展.分析了GaN功率器件材料技术的发展趋势,认为更大尺寸更高质量衬底和外延材料制作、外延技术的改进、金刚石等新型衬底材料研发以及GaN基材料与Si材料的异质集成技术等将是未来研究的重点.     

材料结构对AlGaN基分布布拉格反射镜特性的影响

采用低压MOCVD技术生长了AlGaN／GaN、AlGaN／AlN等多种交替生长结构的半导体多层膜分布布拉格反射镜（DBR）。利用X射线衍射、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等测量手段对材料的物理特性进行了分析表征。结果表明，材料结构对DBR的性能影响很大。通过材料的优化生长，获得了反射率高达93.5％、中心波长和发射率都接近理论值的AlGaN／AlNDBR材料。     

GaN材料的特性与应用

本介绍了GaN材料的特性、生长及应用，并展望了其应用前景。     

GaN HEMT外延材料表征技术研究进展

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的典型代表,具有高击穿电场强度和高热导率等优异的物理特性,是制作高频微波器件和大功率电力电子器件的理想材料.GaN外延材料的质量决定了高电子迁移率晶体管(HEMT)的性能,不同材料特征的表征需要不同的测量工具和技术,进而呈现器件性能的优劣.综述了GaN HEMT外延材料的表征技术,详细介绍了几种表征技术的应用场景和近年来国内外的相关研究进展,简要总结了外延材料表征技术的发展趋势,为GaN HEMT外延层的材料生长和性能优化提供了反馈和指导.     

MOCVD Growth of Device—quality GaN on Sapphire

An AIN Layer grown by an ALE has been developed to improve the growth quality of GaN ON Al2O3 substrate by low-pressure metalorganic vapor phase epitaxy(LP-MOVPE).An ALE AIN layer grown on Al2O3 substrate has a high quality and the structure is similar to GaN, this AIN layer can release the stress between Al2O3 substrate and GaN epilayer.By using this method, the orientation of substrate is extended to GaN epilayer, and the column tilt and the twist are improved, so as to obtain the device-quality GaN.     

SiC和GaN电子材料和器件的几个科学问题

扼要地叙述了宽禁带半导体SiC和GaN电子材料和器件的发展状况,介绍了SiC多形体、AlGaN/GaN异质结极化效应、GaN器件的电流塌陷效应和陷阱效应、SiC和GaN器件的特征工艺问题(离子注入、金属化等)以及温度升高时SiC载流子的冻析效应等。     

氮化物半导体电子器件的若干研究进展

近年来,氮化物半导体电子器件和材料研究有了重大的进展。在国家自然科学基金资助下,西安电子科技大学、北京大学和中科院微电子所完成了国家自然科学基金重点项目《GaN宽禁带微电子材料和器件重大基础问题研究》。致力于通过氮化物电子材料和器件的基础物理机理研究提高GaN电子材料的结晶质量和电学性能、发展新结构GaN异质结材料研究,获得高性能的GaN HEMT微波功率器件。本文主要介绍该项目在GaN微波功率HEMT和新型高k栅介质MOS-HEMT、InAlN/GaN材料的生长和物性缺陷分析以及HEMT器件研制、GaN异质结的量子输运和自旋性质研究以及GaN材料高场输运性质和耿氏器件等几个方面取得的研究进展。     

GaN基紫外探测器

随着GaN基紫外材料的日益成熟,GaN基紫外探测器发展迅速,被认为是和发光二极管、激光器同样重要的器件。本文讨论了紫外探测的意义,介绍了国内外近期研制的各种器件结构的GaN基紫外探测器和紫外焦平面。     

一种评价GaN材料电学性能的检测方法

提出了一种针对肖特基势垒特性曲线(Cj-Vj曲线)的测量方法 (特定电容法)。实验测定了特定电容C-V曲线,通过解析处理C-V曲线信息,计算得到肖特基势垒Cj-Vj曲线,以Cj-Vj曲线为应用基础,给出了评价GaN材料电学性能的重要参数施主杂质浓度和内建电压。实验检测了n/n+型硅外延材料,n型GaN体材料和n型GaN/蓝宝石外延材料。结果表明:三种材料的样品,杂质均匀分布;GaN材料施主杂质浓度为5×1016~2×1018cm-3,Hg-Si势垒内建电压0.605 V,Hg-GaN势垒的内建电压1.18 V。该方法检测GaN材料电学参数,具有测试简单,样品无损伤,没有欧姆接触、原则上适合各种衬底材料等优点,显然它更适合检测那些难以制作欧姆接触的半导体材料。     

热壁化学汽相沉积Si基GaN奇异面

利用热壁化学汽相沉积在Si基上生长GaN薄膜。用扫描电镜(SEM)、选择区电子衍射(SAED)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外透射谱(FTIR)和荧光光谱(PL)对样品进行形貌、结构、组分和发光特性的分析。SEM显示在平滑的表面上出现了由绳状、树根状、项链状晶体组成的奇异面。FTIR、XRD和SAED显示生成的GaN奇异面呈六方纤锌矿多晶结构同时含有少量的碳污染。PL谱显示了不同于一般GaN发光谱的发光峰。     

Si基GaN功率器件的发展态势

宽禁带半导体材料GaN作为第三代半导体材料具有传统半导体材料所不具备的优异性能,在高频、高压、高温和大功率器件领域具有重要的应用。介绍了硅基GaN(GaN-on-Si)器件提高性能的技术路线,以及与之相关的材料集成技术。     

日本的汽相钎焊技术

1983年以来,日本的汽相钎焊技术发展速度是惊人的。汽相钎焊利用氟系蒸气潜热进行焊接,是一种具有许多优点的新型接合技术。本文介绍了日本汽相钎焊技术使用的设备、材料、成本及有关工艺问题。     

稀土掺杂GaN基稀磁半导体材料的研究进展

GaN基稀磁半导体材料具有高于室温的铁磁性和优异的光电性能,在半导体电子自旋器件领域有广阔的应用前景。系统地介绍了制备方法对稀土Gd掺杂GaN基稀磁半导体材料铁磁性的影响,讨论了Gd掺杂GaN基稀磁半导体材料中铁磁性的起源,介绍了除Gd以外的稀土离子掺杂GaN基稀磁半导体材料中的铁磁性,以及共掺杂对GaN基稀磁半导体材料的铁磁性能的影响。目前,GaN基稀磁半导体材料的铁磁性仍无法满足半导体电子自旋器件的要求。共掺杂工艺可以有效地解决稀土离子掺杂引入的较大晶格应变,促进自旋电子之间的交互作用,是一种改善GaN基稀磁半导体材料的铁磁性能的有效途径。     

宽禁带半导体材料技术

宽禁带半导体材料是一种新型材料,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高等特点,非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成电子器件;利用其特有的禁带宽度,还可以制作蓝光、绿光、紫外光器件和光探测器件,能够适应更为苛刻的生存和工作环境。在宽禁带半导体材料中,具有代表性的是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、金刚石以及氧化锌(ZnO),综合叙述了这些材料的特性、发展现状和趋势;并介绍了SiC、GaN、ZnO材料的应用情况和代表性器件的研究进展。     

GaN薄膜制备及脉冲激光沉积法的研究进展

介绍了国内外制备GaN材料的历史和现状。分析了GaN材料及其薄膜的各种制备工艺的特点,并详细介绍了采用激光沉积工艺制备GaN薄膜的研究进展。     

高击穿电压AlGaN/GaN HEMT电力开关器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,GaN材料在各个应用领域的研究工作都受到了高度的重视。概述了基于AlGaN/GaN HEMT结构的新型高压、高频、低损耗电力开关器件的最新研究进展。从器件的结构特征入手,详细介绍了改善器件击穿特性的途径、高频开关特性的研究情况、Si衬底上AlGaN/GaN HEMT结构材料的生长、增强型器件的制备技术和功率集成电路的研究等几个国际上的热点问题。最后,对该项研究面临的问题及未来的发展趋势做了展望。     

GaN基材料及其外延生长技术研究

介绍了GaN基材料的基本特性、三种主要外延生长技术（MOCVD、MBE、HVPE）、衬底材料的选择及缓冲层技术;分析得出目前存在的GaN体单晶技术不完善、外延成本高、衬底缺陷及接触电阻大等主要问题制约了研究的进一步发展;指出今后的研究重点是完善GaN体单晶材料的生长工艺,以利于深入研究GaN的物理特性及有效地解决衬底问题,研究缓冲层的材料、厚度、组分等以提高GaN薄膜质量。     

GaN基材料及其外延生长技术研究

介绍了GaN基材料的基本特性、三种主要外延生长技术(MOCVD、MBE、HVPE)、衬底材料的选择及缓冲层技术;分析得出目前存在的GaN体单晶技术不完善、外延成本高、衬底缺陷及接触电阻大等主要问题制约了研究的进一步发展;指出今后的研究重点是完善GaN体单晶材料的生长工艺,以利于深入研究GaN的物理特性及有效地解决衬底问题,研究缓冲层的材料、厚度、组分等以提高GaN薄膜质量。     

在复合衬底γ-Al2O3/Si(001)上生长GaN

采用分子束外延(MBE)生长方法,使用γ-Al2O3材料作为新型过渡层,在Si(∞1)衬底上获得了没有裂纹的GaN外延层,实验结果表明使用γ-Al2O3过渡层有效地缓解了外延层中的应力.通过生长并测试分析几种不同结构的外延材料,研究了复合衬底γ-Al2O3/Si(001)生长GaN情况,得到了六方相GaN单晶材料,实现了GaN c面生长.预铺薄层Al及高温AlN层可以提高GaN晶体质量,低温AlN缓冲层可以改善GaN表面的粗糙度.为解决Si(001)衬底上GaN的生长问题提供了有益的探索.     

γ-LiAlO2衬底上生长GaN的研究进展

γ-LiAlO2与GaN的品格失配很小,易于分离,在其（100）面上能生长出无极性的GaN,是一种很有希望的GaN衬底材料。结合γ-LiAlO2的基本性质,详细介绍了γ-LiAlO2衬底上用各种方法生长GaN的研究进展。