GaN基歐姆接觸及AlGaN-GaN HEMT器件研究.pdf

1、寬禁帶半導(dǎo)體GaN具有禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高等特點(diǎn)，在高溫以及微波功率器件制造領(lǐng)域具有極大的潛力。其中，A1GaN/GaNHEMT器件在微波大功率和高溫應(yīng)用方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。但是A1GaN/GaNHEMT仍未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，歸根結(jié)底主要是因?yàn)閷?duì)于A1GaN/GaNHEMT器件理論及實(shí)驗(yàn)方面的研究工作還不是很細(xì)致。為了進(jìn)一步提高A1GaN/GaNHEMT器件的性能，有必要對(duì)其相關(guān)的

2、制造工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化。本文從GaN基歐姆接觸以及制造方面對(duì)A1GaN/GaNHEMT器件進(jìn)行了詳細(xì)的研究。主要研究工作和成果如下： 1．從理論上研究了n—GaN基材料歐姆接觸的形成機(jī)制和設(shè)計(jì)原則，確定了通過(guò)優(yōu)化退火時(shí)間，退火溫度以及金屬層厚度這些參數(shù)來(lái)獲得低阻、熱穩(wěn)定金屬合金的研究方向。 2．研究了測(cè)試歐姆接觸比接觸電阻率的傳輸線模型（TLM）以及圓形傳輸線模型（CTLM），并分別為這兩種模型提出了改進(jìn)的測(cè)試及計(jì)算方法

3、。對(duì)于TLM模型，提高了計(jì)算精度，并指出了在不能得到完美的接觸退火表面的情況下，應(yīng)首選改進(jìn)的TLM測(cè)試模型來(lái)計(jì)算歐姆接觸參數(shù)；對(duì)于CTLM，采用最簡(jiǎn)單的單環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)定義CTLM模型，有效的減少了計(jì)算量，加快了工藝進(jìn)程。 3．使用單環(huán)CTLM模型制作了n—GaN歐姆接觸，出于考慮HBT的p型歐姆接觸電極形成的退火溫度為550℃，只對(duì)550℃下不同Ti/A1比例的n—GaN的歐姆接觸進(jìn)行了研究，確定了最優(yōu)的Ti/A1比例為1∶6。

4、 4．研究了退火溫度對(duì)p—GaN歐姆接觸的影響以及金屬比例對(duì)p—GaN歐姆接觸的影響，得到了最佳的p—GaN歐姆接觸退火溫度和金屬比例，獲得了10—3量級(jí)的p—GaN歐姆接觸比接觸電阻率。 5．研究了退火條件對(duì)n—A1GaN/GaN異質(zhì)結(jié)歐姆接觸特性的影響，確定了一種能夠大幅提升歐姆接觸性能的退火條件：采用在830℃，30s退火之后再進(jìn)行200℃，10min的加熱的方法對(duì)Ti/A1/Ni/Au歐姆接觸進(jìn)行退火。結(jié)果表明：R—

5、L曲線線形非常好，比接觸電阻率從10—5減小到10—6量級(jí)，方塊電阻較穩(wěn)定，基本不存在不擊穿現(xiàn)象。 研究了溫度對(duì)n—A1GaN/GaN異質(zhì)結(jié)歐姆接觸的影響，結(jié)果表明：溫度對(duì)比接觸電阻率的影響不大，而方塊電阻則隨著溫度的升高而增大，這主要是因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí)，薄層電荷密度幾乎不變，而遷移率隨溫度升高而下降造成的。 6.通過(guò)制備不同A1組分（x=0.15，0.27，0.35，0.4）的A1xGa1-xN/GaN異質(zhì)結(jié)材料，分析

6、了不同A1組分材料的電學(xué)特性，研究了A1組分對(duì)歐姆接觸的影響，并在此基礎(chǔ)上制備了A1xGa1-xN/GaNHEMT器件，采用HP4156C對(duì)器件進(jìn)行了直流特性測(cè)試，得到了器件性能隨A1組份的變化趨勢(shì)，從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證了理論的正確性。并從結(jié)構(gòu)上改變x=0.4的高A1組分A1xGa1-xN/GaN異質(zhì)結(jié)材料，2DEG遷移率和面密度大幅上升，從原來(lái)的733.6cm2/V·s和1.34×1013cm-2分別提高為939㎡/V·s和2.01×101

7、3cm-2，提高幅度分別為28％和50％。制成器件的最大漏電流從原來(lái)的616.7mA/mm變成了928.3mA/mm（增加了50％），峰值跨導(dǎo)從原來(lái)的113.7mS/mm增加到了154.1mS/mm（增加了35.5％），說(shuō)明采用合適的A1GaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)，增大A1組分是可以進(jìn)一步提高器件性能的，為進(jìn)一步研究和優(yōu)化A1GaN/GaNHEMT器件性能奠定了基礎(chǔ)。 研究了溫度對(duì)A1GaN/GaNHEMT器件性能的影響，結(jié)果表明：