斜切襯底上AlGaN-GaN異質(zhì)結(jié)材料及n型GaN材料特性研究.pdf

1、GaN材料作為一種第三代半導(dǎo)體材料，具有寬禁帶、高電子飽和漂移速度和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛用于研制各種光電器件和高溫、高頻微波大功率器件。迄今為止，人們一直無(wú)法獲得高質(zhì)量、大尺寸的GaN體晶材料，因此器件級(jí)的GaN材料通常都是在異質(zhì)襯底上外延得到的。由于GaN外延層和異質(zhì)襯底之間存在較大的晶格失配和熱失配，GaN外延層中存在高密度的缺陷。高密度的缺陷會(huì)嚴(yán)重影響器件的性能，因此低缺陷密度的GaN材料研究一直是GaN領(lǐng)域的核心課題之一

2、。另外，GaN材料畢竟是一種新型的半導(dǎo)體材料，許多與材料相關(guān)的基礎(chǔ)性問題仍然有待于人們進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
　　 本文研究了斜切藍(lán)寶石襯底上AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料的特性，通過采用斜切襯底，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料的缺陷密度大幅降低，異質(zhì)結(jié)材料的特性得到顯著改善。通過把斜切襯底和優(yōu)化的材料生長(zhǎng)工藝結(jié)合，本文最終研制出了高性能的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料。由于n型GaN材料在AlGaN/GaN HEMT器件和各種光電器件中

3、具有重要應(yīng)用，本文最后還系統(tǒng)研究了Si摻雜n型GaN材料的多方面特性，為高性能AlGaN/GaN HEMT器件和光電器件的研制打下了基礎(chǔ)。本文的主要工作和成果如下：
　　 1.研究了采用低溫AlN成核層的斜切藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料的特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過采用斜切襯底，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料的結(jié)晶質(zhì)量和表面形貌得到顯著改善，異質(zhì)結(jié)材料的載流子遷移率得到大幅提高。研究了斜切襯底上異質(zhì)結(jié)材料特性改善的物理機(jī)

4、理。
　　 2.研究了采用高溫AlN成核層的斜切藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料的特性。對(duì)c偏a面和c偏m面斜切襯底上生長(zhǎng)的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料都進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。研究表明，無(wú)論c偏a面還是c偏m面的斜切襯底，都能夠顯著改善異質(zhì)結(jié)材料的各方面特性，襯底斜切角度的大小對(duì)異質(zhì)結(jié)材料的特性具有重要的影響。研究比較了采用低溫和高溫AlN成核層的斜切襯底上異質(zhì)結(jié)材料特性改善的物理機(jī)理。
　　 3.研究了S

5、i摻雜n型GaN材料的應(yīng)力特性。研究了不同摻雜濃度下n型GaN材料應(yīng)力釋放的機(jī)理。研究認(rèn)為，在低摻雜濃度的樣品中，材料應(yīng)力釋放的主要機(jī)構(gòu)是彎曲的位錯(cuò)；在高摻雜濃度的樣品中，材料應(yīng)力釋放的主要機(jī)構(gòu)是刃位錯(cuò)。
　　 4.研究了Si摻雜n型GaN材料的電學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著Si摻雜濃度的增加，樣品中載流子室溫遷移率先升高后降低。本文通過研究n型GaN材料的輸運(yùn)特性，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了合理的解釋。
　　 5.研究了Si摻雜n型G