發(fā)布時間：2020-04-25 13:45

【摘要】：氮化鎵(GaN)是寬禁帶半導(dǎo)體材料的一種,具備優(yōu)良的電學(xué)特性,并且在高頻大功率器件領(lǐng)域發(fā)揮著顯著的強(qiáng)大作用。其中,GaN屬于III-V族半導(dǎo)體材料,有大的禁帶寬度,高的擊穿電場,高的熱導(dǎo)率,強(qiáng)的抗腐蝕能力和抗輻照能力等得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,正是由于GaN材料如此杰出的特性,對GaN材料以及器件的研究在過去十幾年內(nèi)得到迅猛發(fā)展,無論是GaN基材料的生長技術(shù)還是相應(yīng)的器件工藝均得到提升。然而對于GaN電子器件來講,器件性能主要取決于材料質(zhì)量以及工藝水平。眾所周知,藍(lán)寶石襯底具有良好的穩(wěn)定性能,且其生產(chǎn)技術(shù)成熟,是目前異質(zhì)外延GaN應(yīng)用最廣泛的襯底材料之一,并且圖形化藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)在LED中被廣泛使用。本文借鑒了LED的成熟工藝,并期望能夠?qū)D形化藍(lán)寶石襯底的優(yōu)勢在肖特基勢壘二極管等電子器件中發(fā)揮出來,進(jìn)一步發(fā)掘GaN的應(yīng)用潛力。本文對藍(lán)寶石襯底上生長的N型GaN材料特性進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,并深入研究了圖形化藍(lán)寶石襯底對于位錯的湮滅機(jī)理;研究了SiH_4流量對GaN電學(xué)特性以及應(yīng)力特性的影響;以及對刻蝕工藝進(jìn)行了研究并制備了GaN肖特基勢壘二極管,主要結(jié)果如下:第一,研究了不同類型藍(lán)寶石襯底對GaN材料性能的影響�；贛OCVD方法在藍(lán)寶石襯底上生長的GaN材料,圖形化襯底相比普通平面襯底而言,GaN外延層表面原子臺階清晰可見,材料質(zhì)量更佳;位錯密度降低了3倍,結(jié)晶質(zhì)量更好。位錯密度降低這是因?yàn)閳D形化促使GaN外延層中的位錯延伸方向由通常的垂直向上變成了側(cè)向生長,并且側(cè)向生長的位錯很快得到湮滅,實(shí)現(xiàn)了圖形化藍(lán)寶石襯底上的低位錯GaN材料的生長。此外,普通平面藍(lán)寶石襯底上生長的GaN外延層由于位錯密度高,表面略為粗糙而具有更強(qiáng)的黃帶發(fā)光現(xiàn)象。第二,研究了SiH_4流量對GaN材料性能的影響。當(dāng)SiH_4流量設(shè)置為50 sccm、120 sccm和300 sccm時,樣品的遷移率先從70 cm~2/V·s增大到165 cm~2/V·s,再下降到120 cm~2/V·s,即樣品的遷移率先增大再減小。根據(jù)我們分析,當(dāng)樣品的摻Si量較小時,電離雜質(zhì)散射的作用較弱,載流子遷移率升高;當(dāng)加大摻Si量時,電離雜質(zhì)散射的作用增強(qiáng),樣品的載流子遷移率降低。此外,樣品所受應(yīng)力隨著硅烷流量的增加而減小。第三,研究了GaN肖特基勢壘二極管的刻蝕工藝。當(dāng)先進(jìn)行隔離刻蝕時,由于刻蝕深度大,以2μm的SiO_2作為掩膜刻蝕GaN時,過厚的SiO_2掩膜使得刻蝕SiO_2的時間過長,導(dǎo)致光刻膠存在非常嚴(yán)重的鉆孔現(xiàn)象,使得SiO_2被破壞;此外,在隔離邊緣一側(cè)因?yàn)榭涛g不完全而存在兩個比較高的GaN側(cè)峰。當(dāng)先進(jìn)行臺面刻蝕時,由于臺面的存在會造成甩膠不均勻的現(xiàn)象,且兩種刻蝕方案下臺面處亮度存在差異,但不會對器件特性產(chǎn)生影響。因此,本文器件采用先進(jìn)行臺面刻蝕,再進(jìn)行隔離刻蝕的方法進(jìn)行研究。第四,研究了GaN肖特基勢壘二極管的特性。當(dāng)溫度從25℃升高至125℃時,肖特基勢壘二極管的正向開啟電壓從0.573 V降低到0.501 V,勢壘高度從0.896 eV降低到0.732 eV。當(dāng)采用W作為陽極金屬時,相比于Ni/Au,器件開啟電壓從0.9 V降低到0.47 V,降低了大約一半,實(shí)現(xiàn)了低開啟器件的制備。使用場板后,器件反向電流降低了大約3個數(shù)量級,即場板有效降低了反向泄漏電流,實(shí)現(xiàn)了低泄漏電流器件的制備。
【圖文】：

圖 3.7 樣品 A（a）和樣品 B（b）的 CL 測試結(jié)果RD 測試分析行了 X 射線衍射（XRD）測試。通過該測試手等信息，此時 XRD 采用 θ-ω 的掃描模式，該種一定角度，當(dāng)材料結(jié)晶質(zhì)量較差時，掃描曲線的密度。因此該測試手段能夠直接反應(yīng)出圖形化藍(lán)高。圖 3.8 為 X 射線衍射原理示意圖。

勢壘二極管工藝研究特基勢壘二極管制備工藝流程極管是研究 GaN 器件的一個重要分支，制備該器件的：圖 4.1 所示，在 GaN 生長完成后，通常要進(jìn)行一系較為完備地分析材料的特性進(jìn)行多次測試，這一過程會吸附雜質(zhì)，，受到有機(jī)物或者無機(jī)物的沾污，以及形的過程中，樣品表面受到的污染會被放大，使得器件器件制備之初，對外延片進(jìn)行清洗。本文中先將樣品再在乙醇中超聲震蕩清洗 5 分鐘，最后將樣品浸沒用氮?dú)鈽尨蹈蓸悠繁砻妗?
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN311.7

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號：2640318