【摘要】：GaN材料因其禁帶寬度大、電子飽和速率較高、耐高壓、抗輻射并有獨(dú)特的極化效應(yīng)的特點(diǎn),成為制作高溫、高頻、大功率以及抗輻照的微波電子器件的理想的材料。GaN基微電子器件,尤其是AlGaN/GaN HEMT的微波功率器件在如相控陣?yán)走_(dá)、電子對(duì)抗、靈巧武器、衛(wèi)星通訊、航空航天、通信基站等領(lǐng)域有極為廣闊的應(yīng)用前景。GaN材料一般采用異質(zhì)外延生長方法來獲得,SiC襯底與GaN材料的晶格失配和熱失配小,用SiC襯底作GaN材料外延生長的襯底非常適合。同時(shí),SiC襯底具有良好的熱導(dǎo)率,利于散熱,非常適合用于制作AlGaN/GaN HEMT微波功率器件。但是,SiC襯底畢竟和GaN材料之間還是有一定的晶格失配,而且SiC襯底外延生長的GaN材料會(huì)產(chǎn)生張應(yīng)力,容易導(dǎo)致GaN外延層開裂。因此,在SiC襯底上外延生長GaN基HEMT器件還需要一定的研究工作。本文以SiC基GaN材料的外延生長中出現(xiàn)的主要問題為出發(fā)點(diǎn),圍繞著SiC基GaN異質(zhì)外延緩沖層設(shè)計(jì)、插入層設(shè)計(jì)、材料性能表征、SiC基AlGaN/GaNHEMT的結(jié)構(gòu)材料生長和器件性能表征等方面展開研究,主要研究結(jié)果如下：1.研究了A1N緩沖層對(duì)SiC基GaN外延層的外延生長的影響,優(yōu)化了AlN層的溫度、厚度和生長Ⅴ/Ⅲ。研究發(fā)現(xiàn),優(yōu)化的AlN緩沖層能夠減弱GaN層的開裂情況,并且能提高GaN外延層的晶體質(zhì)量。2.研究了A1GaN插入層對(duì)SiC基GaN外延層的外延生長的影響,優(yōu)化了AlGaN的生長條件。在2英寸SiC襯底上外延生長出1.8μm表面無裂紋的GaN薄膜材料。材料表面平整光亮,AFM 2μm×2μm均方根粗糙度為0.150nm,雙晶XRD衍射GaN(002)衍射峰半高寬為129.2arcsec,(102)衍射峰半高寬為 176.8 arcsec.3.研制出了表面無裂紋的SiC基AlGaN/GaN HEMT結(jié)構(gòu)的材料。二維電子氣面密度是3×1012 cm-2,并且室溫(300K)下的二維電子氣遷移率為2029cm2/V·s,均方塊電阻值為259.1 Ω/sq。該HEMT結(jié)構(gòu)材料的二維電子氣性能優(yōu)異。4.采用我們研制的材料,完成了HEMT器件工藝,并進(jìn)行了器件驗(yàn)證。
[Abstract]:Because of its wide band gap, high electron saturation rate, high pressure resistance, radiation resistance and unique polarization effect, GaN materials have become high temperature, high frequency, Ideal materials for high-power and irradiation-resistant microwave electronic devices. GaN based microelectronic devices, especially AlGaN/GaN HEMT microwave power devices, such as phased array radar, electronic countermeasures, smart weapons, satellite communications, aerospace, GaN materials are generally obtained by heteroepitaxial growth. The lattice mismatch and thermal mismatch between SiC substrate and GaN material are small. SiC substrate is suitable for GaN epitaxial growth. At the same time, the SiC substrate has good thermal conductivity and is favorable for heat dissipation. It is very suitable for the fabrication of AlGaN/GaN HEMT microwave power devices. However, there is still some lattice mismatch between SiC substrate and GaN material, and the GaN material grown on SiC substrate will produce tensile stress, which will easily lead to GaN epitaxial layer cracking. Therefore, it is necessary to study the epitaxial growth of GaN based HEMT devices on SiC substrate. Based on the main problems in the epitaxial growth of SiC based GaN materials, this paper focuses on the design of SiC based GaN heteroepitaxial buffer layer, the design of insertion layer, and the characterization of material properties. The structural material growth and device performance characterization of SiC based AlGaN/GaNHEMT are studied. The main results are as follows: 1. The effect of A1N buffer layer on the epitaxial growth of GaN epitaxial layer based on SiC was studied. The temperature, thickness and growth of AlN layer were optimized. It is found that the optimized AlN buffer layer can attenuate the cracking of GaN layer and improve the crystal quality of GaN epitaxial layer. The influence of A1GaN insertion layer on the epitaxial growth of SiC based GaN epitaxial layer was studied. The growth conditions of AlGaN were optimized. GaN thin films without cracks on 1.8 渭 m surface were grown by epitaxial growth on 2 inch SiC substrates. The surface of the material is smooth and bright. The root-mean-square roughness of AFM 2 渭 m 脳 2 渭 m is 0.150nm, the half maximum width of double crystal XRD diffraction GaN (002) diffraction peak is 129.2 arcsecand the half width of (102) diffraction peak is 176.8 arcsec.3.. A surface crack free SiC based AlGaN/GaN HEMT structure material has been developed. At room temperature (300K) and 3 脳 1012 cm-2, the two-dimensional electron gas mobility is 2029cm2/V s, and the average square resistance is 259.1 惟 / sq.. The HEMT structure material has excellent two-dimensional electron gas performance. 4. Using the material we developed, the process of HEMT device is completed, and the device verification is carried out.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.055;TN386

【共引文獻(xiàn)】

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3 孫以材,范兆書,孫新宇,寧秋鳳;電阻率兩種測(cè)試方法間幾何效應(yīng)修正的相關(guān)性[J];半導(dǎo)體技術(shù);2000年05期

4 劉新福,孫以材,劉東升;四探針技術(shù)測(cè)量薄層電阻的原理及應(yīng)用[J];半導(dǎo)體技術(shù);2004年07期

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7 石俊生，，孫以材;方塊電阻測(cè)試中的有限元理論[J];半導(dǎo)體情報(bào);1996年06期

8 陳暢生,曾繁清,熊傳銘,沈?qū)W礎(chǔ);硅中氧的結(jié)構(gòu)組態(tài)及熱擴(kuò)散行為[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);1991年08期

9 戴顯英,張鶴鳴,王偉,胡輝勇,呂懿,舒斌;應(yīng)變Si_(1-x)Ge_x材料摻雜濃度的表征技術(shù)[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2003年09期

10 張艷輝,孫以材,劉新福,陳志永;斜置式方形探針測(cè)量單晶斷面電阻率分布mapping技術(shù)[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2004年06期

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9 袁劍峰;酞菁銅有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件性能的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2005年

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4 齊棟博;高頻光電導(dǎo)衰減法少子壽命測(cè)試儀設(shè)計(jì)[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2011年

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6 張俊雙;磁控濺射法制備AZO透明導(dǎo)電薄膜及其性能研究[D];暨南大學(xué);2011年

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9 黃劍;氧化銅納米棒的制備、改性及其復(fù)合材料的研究[D];蘭州理工大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：2425225