第三代寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）因臨界擊穿電場高、電子飽和速率大、熱導率高、抗輻射能力強等卓越性能,已成為半導體產業(yè)界的研究熱點。近年來,GaN材料和器件在射頻/微波、移動通信和半導體照明等領域大放異彩,而在電力電子領域,AlGaN/GaN HEMT作為核心代表器件,盡管在材料生長、工藝制造、器件制作與表征等方面取得了重要突破,但是現階段仍存在諸多技術難點需要攻克。首先,由于AlGaN/GaN異質結具有強極化效應,在異質結界面處存在高濃度的二維電子氣（2DEG）,因此,增強型的實現一直是業(yè)界重點關注的問題之一。其次,目前AlGaN/GaN HEMT的擊穿電壓遠低于理論極限值,如何提高器件的擊穿電壓也是亟需解決的重點問題之一。最后,GaN功率器件的制造工藝尚未成體系化,開發(fā)一套適合GaN功率器件的制造工藝至關重要�；谏鲜隹茖W問題,通過對表面清洗、ICP刻蝕以及歐姆接觸等關鍵制造工藝的開發(fā)與優(yōu)化,本論文提出并研制了兩種新型AlGaN/GaN HEMT功率器件。同時,利用Sentaurus TCAD數值仿真軟件,提出并優(yōu)化設計了兩種空穴氣增強型AlGaN/GaN HEMT。具體創(chuàng)新點如...

【文章頁數】：112 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-5不同種類的GaN外延片尺寸和成本的關系[14]

在GaN電力電子領域中,GaN材料的同質外延十分困難且成本較高,目前,異質襯底上GaN基材料的生長仍是產業(yè)界的首要選擇[11-13]。常見的幾種異質襯底有Si襯底、SiC襯底和藍寶石襯底。不同異質襯底材料的物理特性見表1-2。在異質襯底的選擇中,主要考慮以下幾個方面:異質材料之間....

圖2-1不同極性的纖鋅礦型GaN晶體結構。(a)Ga面極性;(b)N面極性[24]

纖鋅礦型GaN屬于六方晶體結構,六方晶體的極軸稱為c軸。沿著平行于c軸的方向,N原子和Ga原子交替排列,不同的排列順序會產生具有不同極性的晶體結構,如圖2-1所示[24]。通常,Ga面極性的GaN晶體是通過有機金屬化合物化學氣相淀積(MetalOrganicChemical....

圖2-2壓電極化的產生機理。(a)平衡態(tài);(b)非平衡態(tài)[32]

由于氮元素的電負性比鎵元素高,且纖鋅礦型GaN晶體結構不具備中心對稱性,導致正、負電荷中心不重合,從而沿c軸方向產生自發(fā)極化效應(SpontaneousPolarization)[29-30]。根據當前的報道,纖鋅礦型GaN晶體結構的自發(fā)極化率為0.029C/m2[31]。另外....

圖2-3 AlGaN/GaN異質結導帶及電荷分布圖[36]

自發(fā)極化效應和壓電極化效應使得在AlGaN/GaN異質結界面靠近GaN一側形成三角形勢阱,高濃度的二維電子氣(2DEG)被束縛在三角形勢阱內,因此,2DEG的遷移率顯著提高,如圖2-3所示[36]。此外,AlGaN層的厚度以及Al組分均會影響2DEG的濃度。隨著AlGaN層厚度....

本文編號：4017289