8英寸Si基GaN HEMT薄膜材料的制备和研究

氮化镓作为第三代半导体材料的代表,具有禁带宽度大、电子饱和速度高、热导率高、临界击穿电压高等优异的材料性能,所以在高频、高压、大功率器件方面具有非常广泛的应用前景。考虑到尺寸及成本的优势,在Si衬底上外延GaN已成为主要研究热点。通过使用MOCVD（金属有机化学气相沉积系统）成功在8英寸Si衬底上外延生长出AlGaN/GaN HEMT薄膜材料,结果表明外延片光滑无裂纹、具有低翘曲度、高均匀性、高结晶质量以及高的导通能力和耐压能力。     

InP基功率HEMT结构材料分子束外延生长研究

从 3个层面研究了分子束外延 Al0 .48In0 .52 As/ Ga0 .47In0 .53As/ In P功率 HEMT结构材料生长技术。首先 ,通过观察生长过程的高能电子衍射 (RHEED)图谱 ,确立了 Ga0 .47In0 .53As/ In P结构表面层的 MBE RHEED衍射工艺相图 ,据此生长的单层 Si-doped Ga0 .47In0 .53As(40 0 nm) / In P室温迁移率可达 6960 cm2 / V· s及电子浓度 1 .3 3 E1 7cm- 3。其次 ,经过优化结构参数 ,低噪声 Al0 .48In0 .52 As/ Ga0 .47In0 .53As/ In P HEMT结构材料的 Hall参数达到μ30 0 K≥ 1 0 0 0 0 cm2 / V· s、2 DEG≥ 2 .5 E1 2 cm- 2 。最后 ,在此基础之上 ,降低 spacer的厚度、在 Ga0 .47In0 .53As沟道内插入 Si平面掺杂层并增加势垒层的掺杂浓度获得了功率 Al0 .48In0 .52 As/ Ga0 .47In0 .53As/ In PHEMT结构材料 ,其 Hall参数达到μ30 0 K≥ 80 0 0 cm2 / V· s、2 DEG≥ 4 .0 E1 2 cm- 2 。     

HEMT结构材料中二维电子气的输运性质研究

本文通过变温的Ｈａｌ测量系统地研究了ＧａＡｓ基ＨＥＭＴ和ＰＨＥＭＴ以及ＩｎＰ基ＨＥＭＴ三种结构材料的电子迁移率μｎ和二维电子浓度ｎｓ．仔细地分析了不同ＨＥＭＴ结构材料的散射机制对电子迁移率的影响以及不同ＨＥＭＴ材料结构对电子浓度的影响．研究结果表明ＩｎＰ基ＨＥＭＴ的ｎｓ×μｎ值比ＧａＡｓ基ＨＥＭＴ和ＰＨＥＭＴ的ｎｓ×μｎ值都大,说明可以用ｎｓ×μｎ值来判断ＨＥＭＴ结构材料的性能好坏．     

分子束外延研究进展

简要介绍了用分子束外延（ＭＢＥ）技术制备二维电子气结构、量子线、最子点及高指数衬底表面ＭＢＥ生长等方面的研究进展。     

Si衬底上5.1W/mm功率密度的GaN HEMT

利用MOCVD技术在Si(111)衬底上生长了高质量的GaN HEMT材料.1μm厚GaN外延层XRD (002) 摇摆曲线半高宽573″,(102) 摇摆曲线半高宽668″.通过插入层技术实现2μm厚GaN HEMT材料无裂纹,室温二维电子气迁移率1350cm2/(V·s),方块电阻328Ω/□.1mm栅宽GaN微波功率器件饱和电流大于0.8A/mm,跨导大于250mS/mm,2GHz下最大连续波输出功率5.1W,增益9.1dB,附加效率达到35%.     

Si衬底上5.1W/mm功率密度的GaN HEMT

利用MOCVD技术在Si（111）衬底上生长了高质量的GaN HEMT材料,1μm厚GaN外延层XRD（002）摇摆曲线半高宽573″,（102）摇摆曲线半高宽668″。通过插入层技术实现2μm厚GaN HEMT材料无裂纹,室温二维电子气迁移率1350cm^2/（V.s）,方块电阻328Ω/□.1mm栅宽GaN微波功率器件饱和电流大于0.8A/mm,跨导大于250mS/mm,2GHz下最大连续波输出功率5.1W,增益9.1dB,附加效率达到35%。     

AlGaN/GaN基HEMT器件的研究进展(英文)

由于AlGaN具有高的击穿电场(3 MV/cm,是GaAs的7.5倍),且在AlGaN/GaN异质结处存在高浓度的极化诱导二维电子气,AlGaN基高电子迁移率晶体管是目前最适合应用于微波大功率放大领域的器件。着重对影响高频大功率AlGaN/GaN性能的材料结构和器件制作进行了阐述。     

分子束外延研究进展

简要介绍了用分子束外延（ＭＢＥ）技术制备二维电子气结构、量子线、量子点及高指数衬底表面ＭＢＥ生长等方面的研究进展     

GaN基HEMT器件结构设计及其性能仿真北大核心

利用Silvaco TCAD器件模拟软件研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件势垒层的厚度、沟道宽长比和掺杂浓度对器件的转移特性和跨导曲线的影响。结果表明,器件势垒层厚度的变化可以调节器件的电流开关比和开启电压,实现由耗尽型器件向增强型器件的转变;沟道宽长比的改变可以调节器件的开启电压,并且随着沟道宽长比的增加,栅极电压控制量子阱中二维电子气的能力增强;势垒层适量掺杂提高了输出电流,并且使跨导的峰值增大,但过度掺杂会造成器件不易关断情况出现。     

Si基大面积碲镉汞分子束外延研究

文章报道了Si基碲镉汞分子束外延(MBE)的最新研究进展。尝试用晶向偏角降低高界面应变能的方法,摸索大失配体系中位错的抑制途径,寻找位错密度与双晶半峰宽的对应关系,基本建立了外延材料晶体质量无损检测评价标准,并对外延工艺进行指导。通过上述研究,15~20μm Si基CdTe复合材料双晶半峰宽最好结果为54arcsec,对应位错密度(EPD)小于2×106/cm2,与相同厚度的GaAs/CdTe(211)双晶水平相当,达到或优于国际最好结果。获得的3 in 10μm Si基HgCdTe材料双晶半峰宽最好结果为51arcsec,目前Si基HgCdTe材料已经初步应用于焦平面中波320×240器件制备。     

AlGaN/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑Al Ga N / Ga N异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上,自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔方程和泊松方程.通过模拟计算,研究了Al Ga N / Ga N HEMT器件掺杂层Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏压对二维电子气特性的影响.用准二维物理模型计算了Al Ga N/ Ga N HEMT器件的输出特性,给出了相应的饱和电压和阈值电压,并对计算结果和Al Ga N/ Ga N HEMT器件的结构优化进行了分析.     

AlGaN/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上,自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔方程和泊松方程.通过模拟计算,研究了AlGaN/GaN HEMT器件掺杂层Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏压对二维电子气特性的影响.用准二维物理模型计算了AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性,给出了相应的饱和电压和阈值电压,并对计算结果和AlGaN/GaN HEMT器件的结构优化进行了分析.     

低缺陷Si基碲镉汞分子束外延工艺研究

随着焦平面探测器向超大面阵、小像元方向发展,对盲元率尤其连续盲元、均匀性等要求越来越高。材料表面缺陷已经成为抑制Si基碲镉汞分子束外延(Molecular Beam Epitaxial, MBE)技术在更广范围内应用的一个重要因素。通过解决MBE系统束流稳定性、束流测量的精确性和生长温度控制的稳定性共3个MBE生长碲镉汞材料精确控制的关键问题,以及通过正交试验优化生长参数,将Si基碲镉汞材料缺陷密度控制在500 cm^-2以内,最优值达到57.83 cm^-2。     

HEMT的材料结构和二维电子气浓度的关系

给出了ＨＥＭＴ和ＰＨＥＭＴ的数字－物理模型。系统地描述了材料的隔离层、平面调制掺杂层、势垒耗尽层等材料结构尺寸和异质结果面二维电子气浓度及器件沟道电流之间的相互关系。     

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.     

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Al Ga N/Ga N二维电子气(2 DEG)材料,室温和77K温度下的电子迁移率分别为94 6和2 5 78cm2 /(V·s) ,室温和77K温度下2 DEG面密度分别为1.3×10 1 3和1.2 7×10 1 3cm- 2 .并利用Al Ga N/Ga N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4 μm,最大电流密度为4 85 m A/mm(VG=1V) ,最大非本征跨导为170 m S/mm(VG=0 V) ,截止频率和最高振荡频率分别为6 .7和2 4 GHz     

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.     

分子束外延AlGaN/GaN异质结场效应晶体管材料

用自组装的氨源分子束外延 (NH3-MBE)系统和射频等离子体辅助分子束外延 (PA-MBE)系统在 C面蓝宝石衬底上外延了优质 Ga N以及 Al Ga N/Ga N二维电子气材料。Ga N膜 (1 .2 μm厚 )室温电子迁移率达3 0 0 cm2 /V· s,背景电子浓度低至 2× 1 0 1 7cm- 3。双晶 X射线衍射 (0 0 0 2 )摇摆曲线半高宽为 6arcmin。 Al Ga N/Ga N二维电子气材料最高的室温和 77K二维电子气电子迁移率分别为 73 0 cm2 /V·s和 1 2 0 0 cm2 /V· s,相应的电子面密度分别是 7.6× 1 0 1 2 cm- 2和 7.1× 1 0 1 2 cm- 2 ;用所外延的 Al Ga N/Ga N二维电子气材料制备出了性能良好的 Al Ga N/Ga N HFET(异质结场效应晶体管 ) ,室温跨导为 5 0 m S/mm(栅长 1 μm) ,截止频率达 1 3 GHz(栅长 0 .5μm)。该器件在 3 0 0°C出现明显的并联电导 ,这可能是材料中的深中心在高温被激活所致     

Si基CdTe复合衬底分子束外延研究

文章引入晶格过渡的Si/ZnTe /CdTe作为复合外延基底材料,以阻挡Si/HgCdTe之间大晶格失配产生的高密度位错。通过对低温表面清洁化、面极性控制和孪晶抑制等的研究,解决了Si基CdTe分子束外延生长中诸多的技术难题。在国内首次采用分子束外延(MBE)的方法获得了大面积的Si基CdTe复合衬底材料,对应厚度为4～4. 4μm Si/CdTe (211)样品双晶半峰宽的统计平均结果为83弧秒,与相同厚度的GaAs/CdTe (211)双晶平均水平相当。     

分子束外延GaAs/Si应变层的光致发光和光反射谱研究

研究了分子束外延GaAs/Si光致发光谱的激发强度和温度依赖关系。确定出2个本征发光峰,分别对应于导带至m_J=±3/2和m_J=±1/2价带的复合。这种价带的移动和分裂归因于由GaAs和Si的热膨胀系数不同所引起的GaAs层双轴张应力。还观测到4个非本征发光峰,分别为导带至m_J=±1/2碳受主态发光、可能与缺陷有关的发光以及可能由Mn和Cu受主杂质引起的发光。室温下将GaAs/Si和GaAs/GaAs材料的光反射谱进行比较,前者明显向低能移动约8meV,观测到3个特征谱结构,与光致发光结果相一致。