氮化镓基器件电子辐照诱生缺陷表征和分析

摘要

氮化镓(GaN)作为目前全球半导体研究的前沿和热点，其应用领域不断在拓展，从而使愈来愈多的GaN器件会工作在辐照环境中，辐照环境中的辐射粒子会在GaN器件内部诱生各种缺陷，进而影响器件的性能，因此有效的表征GaN器件辐照诱生缺陷对GaN器件在辐照环境下的应用具有重要的理论意义和实用价值。本文分别对GaN基发光二极管(LED)和AlGaN/GaN异质结进行1.5MeV电子辐照，剂量依次为1kGy、10kGy和50kGy，然后用变频C-V特性测试、低频噪声测试、PL谱、TRPL谱、XRD测试和XPS测试手段对不同剂量电子辐照诱生的缺陷进行表征分析，主要研究工作和结果如下: 1、对不同剂量电子辐照的GaN基LED进行了变频C-V特性测试和低频噪声测试，PL谱、TRPL谱和XRD测试。变频C-V测试结果表明电子辐照使器件内部产生复合中心点缺陷和界面态缺陷，且缺陷密度均随辐照剂量的增加而增加;低频噪声测试结果表明电子辐照在器件源区产生大量界面态缺陷，且缺陷密度随辐照剂量的增加而增加;PL谱测试结果表明电子辐照剂量使器件内产生了N空位缺陷、MgGa替位缺陷和MgGa-VN复合体缺陷。样品中辐射复合中心随辐照剂量的增加而增加，且辐照剂量为50kGy时产生的非辐射复合中心使LED发光强度降低;TRPL谱测试结果表明非平衡载流子浓度、辐射复合中心和非辐射复合中心密度随辐照剂量的增加而增加;XRD测试结果表明电子辐照使样品缺陷密度增加，同时在样品中产生VN或VGa空位缺陷和MgGa替位缺陷。 2、对不同剂量电子辐照的AlGaN/GaN异质结外延片进行了变频C-V特性、XRD和XPS测试。变频C-V测试结果表明电子辐照使AlGaN/GaN异质结内部产生Ga受主缺陷，在异质结表面和异质界面均产生界面态缺陷，且Ga受主缺陷、表面态和界面态缺陷密度均随辐照剂量的增加而增加;XRD测试结果表明电子辐照在AlGaN/GaN异质结中产生VN和VGa空位缺陷，以及GaA1替位缺陷，且缺陷密度随辐照剂量的增加而增大;XPS测试结果表明电子辐照使异质结表面Al-O键断裂生成Ga-O导致异质结表面Al2O3减少，Ga2O3增多，同时辐照使异质结表面产生Ga空位和N空位，且空位密度随辐照剂量的增加而增大。 通过本论文的研究，能够将由电子辐照引起的器件性能变化与辐照诱生缺陷相结合，为将电子辐照应用于器件改性提供参考价值。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2氮化镓基本特性及其典型器件

1．3氮化镓材料器件缺陷的研究

1．4 GaN基器件电子辐照效应研究现状

1．5本文主要研究工作

第二章电子辐照效应及缺陷表征方法

2．1电子辐照

2．1．1电子辐照效应

2．1．2电子辐照实验设备

2．2缺陷表征方法

2．2．1变频C-V特性测试

2．2．2低频噪声测试

2．2．3光致发光谱(PL)

2．2．4时间分辨光致发光(TRPL)

2．2．5 X射线衍射(XRD)

2．2．6 X射线光电子能谱(XPS)

2．3本章小结

第三章电子辐照GaN基LED诱生缺陷表征与分析

3．1 GaN基LED外延片电子辐照实验

3．2实验结果及分析

3．2．1变频C-V特性测试分析

3．2．2低频噪声测试分析

3．2．3光致发光谱(PL)

3．2．4时间分辨光致发光(TRPL)

3．2．5 XRD测试

3．3本章小结

第四章电子辐照AlGaN／GaN异质结诱生缺陷表征与分析

4．1 AlGaN／GaN异质结电子辐照实验

4．2实验结果分析

4．2．1变频C-V特性测试分析

4．2．2 XRD测试

4．2．3 XPS测试

4．3本章小结

第五章总结与展望

5．1论文工作总结

5．2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢