金属-铁电体-GaN结构研究

以铁电体Pb(Zr0.53Ti0.47)O3取代传统绝缘栅氧化物制备了GaN基金属-绝缘层-半导体(MIS)结构.由于铁电体具有较强的极化电场和高介电常数,GaN基金属-铁电体-半导体(MFS)结构的电容-电压特性与其他GaN基MIS结构相比较得到了显著的提高.GaN基MFS结构中GaN激活层达到反型时的偏压小于5V,这和硅基电子器件和集成电路的工作电压一致,而且结果表明GaN层的载流子浓度比其背景载流子浓度减小了一个数量级.因此,GaN基MFS结构对于GaN基场效应晶体管的实际应用具有重要的意义.     

金属-铁电体-GaN结构研究

以铁电体Pb(Zr0.53Ti0.47)O3取代传统绝缘栅氧化物制备了GaN基金属-绝缘层-半导体(MIS)结构.由于铁电体具有较强的极化电场和高介电常数,GaN基金属-铁电体-半导体(MFS)结构的电容-电压特性与其他GaN基MIS结构相比较得到了显著的提高.GaN基MFS结构中GaN激活层达到反型时的偏压小于5V,这和硅基电子器件和集成电路的工作电压一致,而且结果表明GaN层的载流子浓度比其背景载流子浓度减小了一个数量级.因此,GaN基MFS结构对于GaN基场效应晶体管的实际应用具有重要的意义.     

利用高频Plasma CVD在蓝宝石衬底上生长 立方GaN缓冲层及其光学性质

研究了采用高频PlasmaCVD技术在较低温度下(300—400℃)生长以GaN为基的Ⅲ-Ⅴ族氮化物的可行性,在蓝宝石衬底上生长了GaN缓冲层.热处理后的光致发光谱和X光衍射表明,生长的GaN缓冲层为立方相,带边峰位于3.15eV.在作者实验的范围内,最优化的TMGa流量为0.08sccm(TMAm=10sccm时),XPS分析结果表明此时的Ga/N比为1.03.这是第一次在高Ⅴ/Ⅲ比下得到立方GaN.相同条件下石英玻璃衬底上得到的立方GaN薄膜,黄光峰很弱,晶体质量较好.     

STMicroelectronics制造出GaN/Si(001)HEMT

STMicroelectronics公司的S.Joblet和法国国家科学研究中心研究所的同行们在Si(001)衬底上生长出GaNHEMT。他们声称,这种Si(001)衬底比GaN/SiHEMT制造商Picogiga和Nitronex所使用的Si(111)衬底更适合于主流硅产业。Si(001)衬底用来制造GaNHEMT具有成本低、热导率高的优势,从这方面来说,是和业已用来制造晶体管的Si(111)衬底相同的。但是,由于Si(001)衬底广泛用于硅产业,因此,用这种材料制造的晶体管更适合与主流微电子电路集成。不过,在Si(001)衬底上生长GaN层有一些难处。Si与GaN之间晶格失配大(-16.2%),热膨涨之差为113%,…     

GaN基MFS结构C-V特性研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在n型GaN衬底上制备了PZT铁电薄膜及其相应的金属-铁电体-半导体(MFS)结构,测量了该MFS结构的C-V特性,从理论上分析了所制备的MFS结构的阈值特性.阈值电压的实验与理论分析结果吻合较好.采用PZT铁电薄膜作为GaN基MFS结构的栅介质,利用其高介电常数和较强的极化电场可以显著降低GaN基MFS器件的工作电压.     

电纺丝方法制备GaN:Eu~(2+)纳米纤维与发光特性（英文）

通过结合静电纺丝和氨化技术方法合成了Eu~(2+)掺杂的GaN(GaN:Eu~(2+))纳米纤维.SEM和TEM图像显示纳米纤维由尺寸均匀分布的GaN纳米颗粒组成.XRD测试结果表明,GaN:Eu~(2+)样品主要为六方相GaN(hGaN),其平均粒径为7.3 nm.进一步的拉曼测试结果显示出现了两个额外的GaN拉曼位移,波数分别位于252和422 cm~(-1).室温光致发光谱表明GaN基质中的Eu~(2+)在407 nm处产生了强烈的特征蓝色发光峰     

Si衬底上侧向外延生长GaN的研究

采用条形Al掩模在Si(111)衬底上进行了GaN薄膜侧向外延的研究.结果显示,当掩模条垂直于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN无法通过侧向生长合并得到表面平整的薄膜;当掩模条平行于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN侧向外延速度较快,有利于合并得到平整的薄膜.同时,研究表明,升高温度和降低生长气压都有利于侧向生长.通过优化生长工艺,在条形Al掩模Si(111)衬底上得到了连续完整的GaN薄膜.原子力显微镜测试显示,窗口区域生长的GaN薄膜位错密度约为1×109/cm2,而侧向生长的GaN薄膜位错密度降低到了5×107/cm2以下.     

溶胶-凝胶法制备Bi2O3-ZnO-Nb2O5薄膜及GaNMIS结构C-V特性

采用溶胶-凝胶法制备出高介电常数的Bi2O3-ZnO-Nb2Os(BZN)薄膜.总结出适合作为GaN金属-绝缘层-半导体场效应晶体管(MIS FET)栅介质的BZN薄膜的原料配比、烧结温度和保温时间等工艺参数,解决了原料溶解、粘稠度、浸润度等工艺问题.同时,结合半导体工艺制造出以BZN薄膜为绝缘介质的GaN MIS结构,通过测量到的高频C-V特性曲线,得到薄膜的相对介电常数为91,MIS结构的强反型电压为-3.4V,平带电压为-1.9V.     

溶胶-凝胶法制备Bi2O3-ZnO-Nb2O5薄膜及GaNMIS结构C-V特性

采用溶胶-凝胶法制备出高介电常数的Bi2O3-ZnO-Nb2Os(BZN)薄膜.总结出适合作为GaN金属-绝缘层-半导体场效应晶体管(MIS FET)栅介质的BZN薄膜的原料配比、烧结温度和保温时间等工艺参数,解决了原料溶解、粘稠度、浸润度等工艺问题.同时,结合半导体工艺制造出以BZN薄膜为绝缘介质的GaN MIS结构,通过测量到的高频C-V特性曲线,得到薄膜的相对介电常数为91,MIS结构的强反型电压为-3.4V,平带电压为-1.9V.     

AlGaN/GaN异质结场效应晶体管的阈值电压

利用AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(AlGaN/GaN HFET)栅结构的电容-电压(C-V)特性确定AlGaN/GaN HFET的阈值电压.通过对模拟计算得到的AlGaN/GaN HFET电流-电压(I-V)特性曲线与测试得到的AlGaN/GaN HFET曲线比较分析,证实了依据AlGaN/GaN HFET栅结构的C-V特性曲线的微分极值点确定阈值电压是一种切实可行的方法.     

AlGaN/GaN异质结场效应晶体管的阈值电压

利用AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(AlGaN/GaN HFET)栅结构的电容-电压(C-V)特性确定AlGaN/GaN HFET的阈值电压.通过对模拟计算得到的AlGaN/GaN HFET电流-电压(I-V)特性曲线与测试得到的AlGaN/GaN HFET曲线比较分析,证实了依据AlGaN/GaN HFET栅结构的C-V特性曲线的微分极值点确定阈值电压是一种切实可行的方法.     

用于紫外探测器的AlGaN/GaN异质结构的Ti/Al/Ni/Au欧姆接触特性

采用Ti/Al/Ni/Au多层金属体系在Al0.27Ga0.73N/GaN异质结构上制备了欧姆接触.分别采用线性传输线方法(LTLM)和圆形传输线方法(CTLM)对其电阻率进行了测试.当Ti(10nm)/Al(100nm)/Ni(40nm)/Au(100nm)金属体系在650℃高纯N2气氛中退火30s时,测量得到的最小比接触电阻率为1.46×10-5Ω·cm2.并制备了Al0.27Ga0.73N/GaN光导型紫外探测器,通过测试发现探测器的暗电流.电压曲线呈线性分布.实验结果表明在Al0.27 Ga0.73N/GaN异质结构上获得了好的欧姆接触,能够满足制备高性能AlGaN/GaN紫外探测器的要求.     

用于紫外探测器的AlGaN/GaN异质结构的Ti/Al/Ni/Au欧姆接触特性

采用Ti/Al/Ni/Au多层金属体系在Al0.27Ga0.73N/GaN异质结构上制备了欧姆接触. 分别采用线性传输线方法(LTLM)和圆形传输线方法(CTLM)对其电阻率进行了测试. 当Ti(10nm)/Al(100nm)/Ni(40nm)/Au(100nm)金属体系在650℃高纯N2气氛中退火30s时,测量得到的最小比接触电阻率为1.46E-5Ω·cm2. 并制备了Al0.27Ga0.73N/GaN光导型紫外探测器,通过测试发现探测器的暗电流-电压曲线呈线性分布. 实验结果表明在Al0.27Ga0.73N/GaN异质结构上获得了好的欧姆接触,能够满足制备高性能AlGaN/GaN紫外探测器的要求.     

MOCVD生长P型GaN的掺Mg量的研究

使用MOCVD技术在Al2O3衬底上生长了GaN：Mg薄膜.通过对退火后样品的光电性能综合分析,研究了掺Mg量对生长P型GaN的影响.结果表明：要获得高空穴载流子浓度的P型GaN,Mg的掺杂量必须控制好.掺Mg量较小时,GaN：Mg单晶膜呈现N型导电,得不到P型层;掺Mg量过大时,会形成与Mg有关的深施主,由于深施主的补偿作用,得不到高空穴浓度的P型GaN.生长P型GaN的最佳Cp2Mg/TMGa之比在1/660-1/330之间     

晶体管、MOS器件

0608838结温与热阻制约大功率LED发展〔刊,中〕/余彬海//发光学报.—2005,26(6).—761-766(E)0608839分子束外延生长AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的陷阱光致电离光谱=Photoionisation spectroscopy oftraps in AlGaN/GaN high electron mibility transistorsgrown by molecular beamepitaxy〔刊,英〕/P.B.Klein,J.A.Mittereder//Electronics Letters.—2003,39(18).—1354-1355(E)0608840蓝宝石衬底上Si Ge/Si n-MODFET结构高电子迁移率=High electron mobility in Si Ge/Si n-MODFET struc-tures onsapphire substrates…     

高阈值电压低界面态增强型Al2O3/GaN MIS-HEMT

采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺并结合高温氮气氛围退火技术,制备出了高阈值电压的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMT)。采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺刻蚀AlGaN层,并在AlGaN/GaN界面处自动终止刻蚀,可有效控制刻蚀的精度并降低栅槽表面的粗糙度。同时,利用高温氮气退火技术能够修复Al_2O_3/GaN界面的界面陷阱,并降低Al_2O_3栅介质体缺陷,因此能够减少Al_2O_3/GaN界面的界面态密度并提升栅极击穿电压。采用这两项技术制备的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN MIS-HEMT具有较低的栅槽表面平均粗糙度(0.24 nm)、较高的阈值电压(4.9 V)和栅极击穿电压(14.5 V)以及较低的界面态密度(8.49×10¹¹ cm^-2)。     

SiC衬底X波段GaN MMIC的研究

使用国产6H-SiC衬底的GaN HEMT外延材料研制出高工作电压、高输出功率的AlGaN/GaN HEMT.利用ICCAP软件建立器件大信号模型,利用ADS软件仿真优化了双级GaN MMIC,研制出具有通孔结构的GaN MMIC芯片,连续波测试显示,频率为9.1～10.1 GHz时连续波输出功率大于10 W,带内增益大于12 dB,增益平坦度为±0.2 dB.该功率单片为第一个采用国产SiC村底的GaN MMIC.     

铟对GaN基激光器晶体质量的影响

利用高分辨X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对GaN基蓝紫半导体激光器中的n型AlGaN/GaN超晶格在铟背景下进行生长对器件的晶体质量的影响进行了研究分析.分别测量了(0002),(10-11),(10-12),(10-13),(10-14),(10-15)和(20-21)不同晶面的摇摆曲线.利用Williamson-Hall图对X射线衍射的试验结果进行了分析,进而研究了该器件中的线位错.分析表明,在铟背景下生长的n型AlGaN/GaN超晶格相对传统的AlGaN/GaN超晶格而言,可以大大降低GaN基蓝紫半导体激光器中的位错密度并获得较好的晶体质量.这一结论与利用原子力显微镜分析得到的结论完全一致.     

GaN HEMT外延材料表征技术研究进展

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的典型代表,具有高击穿电场强度和高热导率等优异的物理特性,是制作高频微波器件和大功率电力电子器件的理想材料.GaN外延材料的质量决定了高电子迁移率晶体管(HEMT)的性能,不同材料特征的表征需要不同的测量工具和技术,进而呈现器件性能的优劣.综述了GaN HEMT外延材料的表征技术,详细介绍了几种表征技术的应用场景和近年来国内外的相关研究进展,简要总结了外延材料表征技术的发展趋势,为GaN HEMT外延层的材料生长和性能优化提供了反馈和指导.     

GaN薄膜表面形貌与AlN成核层生长参数的关系

采用金属有机物化学气相淀积技术生长了以AlN为成核层的GaN薄膜,研究了成核层生长时三甲基铝(TMAl)流量对最终GaN薄膜表面形貌的影响.研究结果表明,高质量GaN薄膜只能在高TMAl流量下获得,采用充足的TMAl源才能形成满足需要的AlN成核点,这是生长高质量GaN薄膜的一个先决条件.