GaN基渐变背势垒双异质结生长研究

摘要

由于GaN材料性能卓越，GaN基AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMTs)在高温大功率应用方面发挥着重要的作用。然而，AlGaN/GaN单异质结材料依然存在限域性较差，高温下迁移率降低过大和漏电增加等问题。随着GaN材料不断的发展，GaN基双异质结材料受到了广泛的关注，它可以避免单异质结材料在高栅压和高温下限域性降低的情况。但是，背势垒的引入使得双异质结材料中存在寄生沟道，导致器件性能退化。为了消除寄生沟道带来的不利影响，带有渐变背势垒的双异质结材料被寄予了很大希望，但是渐变Al组份的背势垒会导致外延质量降低，对材料电学特性会造成不利影响。因此，开展渐变背势垒双异质结优化研究是十分有意义的。目前，已经有许多研究者尝试改变渐变背势垒的层结构来优化双异质结材料，但是并没有对各种渐变层结构对双异质材料影响进行比较分析，本文主要围绕渐变背势垒双异质结开展研究。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了单异质结，双异质结，渐变背势垒双异质材料的优劣，以及影响其特性的主要因素，特别是分析了一些工艺参数对材料特性的影响，如沟道层厚度和背势垒Al组份。⑵研究了渐变背势垒Al组份对双异质结材料特性的影响，结果表明高Al组份的渐变背势垒对材料的限域性有一定提升，但是材料的结晶质量和电学特性会显著恶化。⑶研究了非均匀渐变背势垒和均匀渐变背势垒结构对双异质结材料的不同影响，结果表明的均匀渐变背势垒双异质结材料虽然结晶质量比非均匀渐变背势垒双异质结材料略差，但是电学特性有所提升。⑷研究了均匀渐变背势垒渐变层单层厚度对双异质结材料特性的影响，结果表明单层厚度太厚或者太薄都会对材料结晶质量和电特性造成不利影响。⑸采用磁控溅射这种低成本工艺在蓝宝石上溅射AlN，然后利用MOCVD二次外延生长渐变背势垒双异质结材料，通过各种预处理工艺消除二次外延带来的不利影响。结果表明，在磁控溅射AlN上生长双异质结材料结晶质量和电学特性均略优于采用MOCVD成核生长的材料。

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第一章 绪论

1.1 GaN基材料研究背景和意义

1.2 GaN基异质结材料理论和进展

1.3 GaN基异质结材料外延生长技术

1.4本文主要工作

第二章 GaN基异质结材料生长和表征

2.1 GaN材料生长基本原理

2.2材料表征与测试

2.3 GaN基异质结材料生长

2.4本章小结

第三章 渐变背势垒双异质结优化研究

3.1渐变层背势垒Al组份优化研究

3.2渐变背势垒层结构优化研究

3.3渐变背势垒单层厚度优化研究

3.4渐变背势垒渐变梯度优化研究

3.5 本章小结

第四章 采用磁控溅射AlN工艺优化生长渐变背势垒

4.1磁控溅射AlN渐变背势垒工艺

4.2基于磁控溅射AlN渐变背势垒双异质结生长研究

4.3 本章小结

第五章 结束语

参考文献

致谢

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