高性能AlGaN/GaN HEMT肖特基特性的研究

论文摘要

肖特基接触是AlGaN/GaN HEMT制备中的关键工艺之一,提高肖特基势垒高度、减小理想因子和泄漏电流可以提高器件的击穿电压,进而改善器件功率特性,良好的肖特基接触特性是获得高性能AlGaN/GaN HEMT的基础,所以开展AlGaN/GaN HEMT肖特基特性的研究具有十分重要的意义。本论文主要研究了AlGaN/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。首先对不同的表面处理工艺进行了比较,发现采用ICP O2等离子体处理,并用HF（40%）: H2O（1:5）溶液清洗刻蚀后表面,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。研究了离子注入隔离对肖特基特性的影响,发现B+离子的注入是导致采用注入隔离制作的器件的势垒高度相对于干法刻蚀台面的器件普遍偏低,而n值普遍偏高的主要原因,通过对注入剂量及能量的优化,获得栅金属化后理想因子1.6,栅电压为-20V时,泄漏电流仅为2.8×10-6A的器件。对SiN钝化膜的折射率与肖特基特性的关系进行了研究,实验发现SiN钝化膜的折射率在2.32.4之间时,对肖特基正向整流特性的影响较小,但钝化后反向泄漏电流较大的问题仍未得到解决,有待于进一步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 GaN HEMT 的发展
• §1-2 研究的目的和意义
• §1-3 金属/GaN 肖特基接触研究进展
• §1-4 本论文研究的主要内容
• 第二章 Ⅲ族氮化物材料
• §2-1 材料特性
• 2-1-1 晶格结构
• 2-1-2 GaN、AlN 材料特性
• §2-2 电特性
• 2-2-1 自发极化
• 2-2-2 压电极化
• §2-3 材料生长
• 2-3-1 金属有机物化学汽相沉积（MOCVD）
• 2-3-2 分子束外延（MBE）技术
• 2-3-3 卤化物汽相外延（HVPE） 技术
• 2-3-4 两步生长工艺:
• 2-3-5 选区外延生长（Selective Area Epitaxial Growth ） 或侧向外延生长（Lateral Epitaxial Growth ） 技术
• 2-3-6 悬空外延技术（Pendeo epitaxy）
• §2-4 Ⅲ族氮化物异质外延的衬底材料
• 2-4-1 蓝宝石衬底材料
• 2-4-2 SiC 衬底材料
• 2-4-3 Si 衬底材料
• 第三章 GaN 基微波器件
• §3-1 GaN MESFET
• §3-2 GaN MISFET
• §3-3 GaN HEMTs
• 3-3-1 AlGaN/GaN 异质结二维电子气
• 3-3-2 AlGaN/GaN HEMT 直流特性
• 第四章 金属/氮化物肖特基接触
• §4-1 基本理论
• §4-2 肖特基特性的评定
• 第五章 AlGaN/GaN HEMT 的制备
• 第六章 AlGaN/GaN HEMT 肖特基特性的影响因素及工艺优化
• §6-1 样品的制备
• §6-2 表面处理对肖特基特性的影响
• 6-2-1 表面处理对金属/GaN 接触的影响
• 6-2-2 表面处理对金属/AlGaN 接触的影响
• §6-3 离子注入对肖特基特性的影响
• §6-4 钝化对肖特基特性的影响
• 6-4-1 钝化前后器件肖特基特性的比较
• 6-4-2 SiN 钝化膜折射率的优化实验
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的科研成果