GaN刻蚀表面损伤修复方法研究

摘要

GaN材料以其在高击穿场强、高电子饱和漂移速度等方面的优越特性,已成为新一代功率电子器件研究中的核心材料.其中,平面结构常关型HEMT器件和垂直结构MOS器件是目前GaN基功率器件实现应用的主要技术路线,而在这些器件的制备过程中刻蚀工艺都是必要的步骤,所以刻蚀工艺成为GaN基功率器件制备的重要环节.本篇工作中，首先在GaN材料表面选区进行了工CP刻蚀，进而使用包括四甲基氢氧化钱(TMAH)溶液、H2O2+H2SO4混合溶液、氧等离子体与HCl溶液结合处理等方法对刻蚀表面的损伤进行修复，所得到的GaN材料表面形貌如图1所示，损伤修复条件及对应修复后的材料表面粗糙度(RMS)。为了进一步研究表面修复方法对于器件电学性能的影响，本篇工作基于选区刻蚀的GaN材料表面制备了肖特基二极管。通过二极管I-V特性研究发现，使用TMAH溶液处理，以及使用氧等离子体与稀盐酸溶液结合处理的修复方法得到的器件漏电流更低，比未刻蚀样品对应的器件漏电还要低1-2个数量级，同时器件电学性能也具有更好的均匀性，说明这两种方法可以有效的修复GaN表面刻蚀损伤。进一步的，基于以上两种修复方法处理后制备的肖特基二极管在CV测试中也表现出更小的频散。这说明器件具有更低的界面态密度(图4)。为了进一步研究肖特基二极管的反向漏电机制，我们通过分析器件漏电与肖特基电极尺寸的关系，发现器件反向漏电与肖特基电极的面积近似成线性关系(图5)，这说明器件漏电主要来自于肖特基电极接触界面处的漏电而非电极边缘处GaN材料的表面漏电，也验证了TMAH溶液处理、氧等离子体+HCl溶液处理两种方法对GaN材料刻蚀表面较好的修复效果。