n型GaN欧姆接触的研究进展

Ⅲ-Ⅴ族GaN基材料以其在紫外光子探测器、发光二极管、高温及大功率电子器件等方面的应用潜能而被广为研究.其中,低阻欧姆接触是提高GaN基器件光电性能的关键.金属/GaN界面上较大的欧姆接触电阻一直是影响器件性能及可靠性的一个问题.对于各种应用来说, GaN的欧姆接触需要得到改进.通过对相关文献的归纳分析,本文主要介绍了近年来在改进n-GaN工艺,提高欧姆接触性能等方面的研究进展.     

氮化镓薄膜的研究进展

主要讨论了Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体材料氮化镓(GaN)薄膜的制备工艺、掺杂、衬底和缓冲层等相关问题，并提出了目前GaN研究中所面临的主要问题以及氮化镓材料的应用前景。     

AlGaN/GaN HEMT器件工艺的研究进展

首先论述了Al GaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波大功率领域的应用优势和潜力;其次,介绍并分析了影响Al GaN/GaN HEMT性能的主要参数,分析表明要提高Al-GaN/GaN HEMT的频率和功率性能,需改善寄生电阻、电容、栅长和击穿电压等参数。然后,着重从材料结构和器件工艺的角度阐述了近年来Al GaN/GaN HEMT的研究进展,详细归纳了目前主要的材料生长和器件制作工艺,可以看出基本的工艺思路是尽量提高材料二维电子气的浓度和材料对二维电子气的限制能力的同时减小器件的寄生电容和电阻,增强栅极对沟道的控制能力。另外,根据具体情况调节栅长及沟道电场。最后,简要探讨了Al GaN/GaN HEMT还存在的问题以及面临的挑战。     

更长寿命的蓝光激光器

在宣布第一个连续输出氧化镓（GaN）蓝光半导体激光器（室温运转）之后的不到一年时间里，日本日亚化学工业公司的Nakamura等人又报导了演示寿命为3000h和估计寿命超过10000h的蓝光激光器[1]。现在这种激光器已达到商品化应用范围，在此应用中，10000到20000h的寿命是需要的。日亚估计，商品化GaN激光二极管将于1998秋推向市场。据我们所知，Nakamura最近发展的以GaN为基础的紫、绿、蓝绿发光二极管和激光二极管对世界肯定有巨大影响，它已为科学和商品化应用开辟了一种新的材料体系。这种器件有巨大的现成商业市场：如用于显示器、高密…     

MOCVD外延生长GaN材料的技术进展

第三代半导体材料GaN由于具有优良性质使其在微电子和光电子领域有广阔的应用前景,目前制备GaN的方法主要有分子束(MBE)、氯化物气相外延(HVPE)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)。其中HVPE技术制备GaN的速度最快,适合制备衬底材料;MBE技术制备GaN的速度最慢;而MOCVD制备速度适中。因而MOCVD在外延生长GaN材料方面得到广泛应用。介绍了MOCVD法外延生长GaN材料的基本理论、发展概况、利用MOCVD法外延生长GaN材料的技术进展。认为应结合相关技术发展大面积、高质量GaN衬底的制备技术,不断完善缓冲层技术,改进和发展横向外延技术,加快我国具有国际先进水平的MOCVD设备的研发速度,逐步打破进口设备的垄断。     

化合物半导体器件与电路的研究进展

介绍了GaAs,InP和GaN等几种重要化合物半导体电子器件的特点、应用和发展前景。回顾了GaAs,InP和GaN材料的材料特性及其器件发展历程与现状。分别讨论了GaAs基HEMT由PHEMT渐变为MHEMT结构和性能的变化,GaAs基HBT在不同电路应用中器件的特性,InP基HEMT与HBT的器件结构及工作特性,GaN基HEMT与HBT的器件特性参数。总体而言,化合物半导体器件与电路在高功率和高频电子器件方面发展较快,GaAs,InP和GaN材料所制得的各种器件电路工作在不同的频率波段,其在相关领域发展潜力巨大。     

毫米波GaN基HEMT器件材料结构发展的研究

由于GaN材料的高的饱和电子速度和击穿场强,GaN基HEMT已经成为实现毫米波器件的重要选择。回顾了GaN基HEMT器件材料结构的发展历程,就目前GaN基毫米波HEMT器件设计应用存在的短沟道效应和源漏间较大的导通电阻两个主要问题进行了机理分析,并对GaN基HEMT器件的毫米波应用未来发展方向进行了分析。同时从GaN基HEMT器件材料结构设计入手对解决方案进行了探讨性研究。针对面向毫米波应用的GaN基HEMT材料结构,为有效的抑制短沟道效应,可以采用栅凹槽结构加背势垒结构、采用InAlN等新材料,可以有效降低源漏导通电阻。     

图形化蓝宝石衬底技术综述

采用图形化蓝宝石衬底(PSS)技术可以降低GaN外延层材料位错密度,提高了发光二极管(LED)的内量子效率(IQE),同时使LED光析出率(LEE)提高。基于PSS技术可以制作高效GaN基高亮度LED。基于已公开发表文献对用于高效LED制作的PSS技术做了综述,介绍了PSS技术演化、PSS的制作方法与主要的图形结构、PSS上GaN外延层生长机制以及PSS对LED性能的影响。PSS结构对LED的IQE与LEE均有提高,但对二者哪个提高更为有效没有定论,最近的研究结果倾向于以为对LEE提高更为有效。PSS对LED的IQE与LEE提高的机制目前并不是非常清楚,对公开发表的PSS对LEE的提高机制提出了不同看法。不同PSS结构与尺寸对GaN质量以及LED性能的影响方面的研究目前还非常缺乏。     

GaN基发光二极管的可靠性研究进展

高效高亮度GaN基发光二极管(LED)在图像显示、信号指示、照明以及基础研究等方面有着极为广阔的应用前景,器件的可靠性是实现其广泛应用的保证.本文从封装材料退化、金属的电迁移、p型欧姆接触退化、深能级与非辐射复合中心增加等方面介绍了GaN基LED的退化机理以及提高器件可靠性的措施,并对GaN基LED的应用前景进行了展望.     

GaN和相关材料会议概况介绍

作为对GaN器件快速发展和商业化兴趣日益增浓的响应，1997年秋季在波士顿举行的材料研究协会GaN会议和相关材料专题讨论会的特点是首次讨论了氧化缘（GaN）二极管激光器的工业应用。日本东京日亚化学工业公司的S．Nakamura将开办一个讲习班，评述他的研究组在开创GaN激光器方面的发展，其中包括寿命超过100h的首支室温运转连续GaN激光器。继Nakamura之后三个发言人都来自非GaN界，他们将讨论GaN激光器在他们领域的市场机遇。他们也向参加讲习班的材料科学家和器件工程师阐述了这种激光器所需满足的规范。IBM公司的R．Melcher将讲述…     

p型GaN器件欧姆接触的研究进展

Ⅲ-Ⅴ族GaN基材料以其在紫外光子探测器、发光二极管、高温及大功率电子器件方面的应用潜能而被广为研究.低阻欧姆接触是提高GaN基器件光电性能的关键.由于低掺杂和空穴电离等原因,p-GaN上的低阻接触难于制备.制备稳定的P-GaN欧姆接触一直是一个挑战.主要通过对有关英语期刊文献的归纳分析,介绍了近年来在改进P-GaN工艺、提高欧姆接触性能等方面的研究进展.     

GaN功率器件栅驱动电路技术综述

第三代宽禁带半导体GaN晶体管具有低导通阻抗、低寄生参数和更快的开关速度,有望取代传统Si MOSFET,成为未来高性能电源系统实现方案。GaN器件的优势在400 V以上高压系统中更为明显,可以实现更高的开关频率和功率密度,显著提高系统的转换效率,特别适合电源模块小型化发展趋势。介绍了200 V以下低压GaN驱动电路的应用和关键技术。分析了从低压系统拓展到400 V以上高压系统时需要作出的优化与改进。详细介绍了高压GaN系统中基于无磁芯变压器耦合隔离的隔离驱动技术和耗尽型GaN负压栅驱动技术。最后,总结了目前高压GaN驱动电路在工业领域的具体应用。     

GaN高电子迁移率晶体管高频噪声特性的研究

基于FUKUI噪声模型,分析了GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的高频噪声特性,结果表明,由于GaN HEMT具有更高的临界电场和更大的电子饱和速度,与第2代半导体器件(GaAs HEMT等)相比具有更优越的噪声性能.对近10多年来国内外在GaN HEMT低噪声器件及其低噪声功率放大器单片集成电路(MMIC)方面的研究进行了综述,并分析了GaN HEMT在低噪声应用领域目前存在的主要问题及其发展趋势.     

高亮度GaN基蓝色LED的研究进展

超高亮度GaN基蓝色LED的发展将会引起照明技术的一场革命，它是目前全球半导体领域研究和投资的特点。本文综合分析了GaN材料的特性及相应的材料生长和欧姆接触、刻蚀工艺等关键技术，并对GaN基蓝色LED器件的进一步改进及应用前景作了展望。     

Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构中二维电子气的自旋性质

Ⅲ族氮化物材料有很长的电子自旋弛豫时间以及很高的居里温度,成为近年来半导体自旋电子学研究的重要材料体系之一。介绍了目前两种最主要的研究AlxGa1-xN/GaN异质结构中二维电子气(2DEG)自旋性质的物理效应:磁电阻的舒伯尼科夫-德哈斯拍频振荡和弱反局域效应,回顾了AlxGa1-xN/GaN异质结构中2DEG自旋性质的研究进展。AlxGa1-xN/GaN异质结构材料中有很强的极化电场,诱导产生很高浓度的2DEG,能够产生相当大能量的自旋分裂,并且这种自旋分裂可以被栅压所调控,因此在自旋场效应晶体管方面有很好的应用前景。然而要实现GaN基自旋电子学器件的应用,GaN中自旋注入效率是目前所面临的问题。     

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。     

北大成功研制出氮化镓基激光二极管

北京大学物理学院宽禁带半导体研究中心研制的氮化镓基激光二极管实现了电注入激射，激光波长405nm，峰宽0．12nm。这是继2004年7月该中心率先在国内获得光泵浦GaN基激光器受激发射之后所取得的又一突破。GaN基激光器是波长最短的半导体激光器．波长为405nm范围的蓝一紫光GaN基激光器是发展下一代大容量高密度光存储信息技术的关键性器件。在国防建设、生物、环境、照明、显示、打印和医疗等领域，也具有广阔的应用前景和巨大的市场需求。研制GaN基激光器是国家高科技攻关的重要项目之一。     

大功率GaN基LED的提取效率

影响GaN基LED效率的主要因素是内量子效率和提取效率. 蓝光GaN基的LED内量子效率可达70%以上， 紫外GaN基LED可达80%，进一步改善的空间较小. 而传统大面积结构GaN基LED由于全反射和吸收等原因，外提取效率只有百分之几，提高空间很大. 本文从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED外提取效率的因素，针对全反射、吸收、横向光波导等问题总结了现有的各种提高GaN基LED提取效率的手段及其优缺点.     

提高GaN功率器件开关频率的技术途径

GaN基增强型高速开关器件是提升X波段微系统集成放大器工作效率的核心器件.介绍了凹槽栅结构、F-注入等制作GaN基增强型器件的关键技术,同时分析了场板、介质栅等对器件击穿特性的影响.针对影响GaN基功率器件开关特性的主要因素,重点分析了提高增强型GaN基功率器件开关频率的主要技术途径.减小器件的接触电阻、沟道方块电阻可以降低器件电阻对频率的影响.小栅长器件中栅电容较低,电子的沟道渡越时间较短,也可以提高器件的频率特性.此外,由于GaN基的功率器件频率高,设计应用在GaN器件上的栅驱动电路显得尤为重要.