【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(chǎng),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(shì),正是由于GaN材料如此杰出的特性,對(duì)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(zhǎng)技術(shù)還是相應(yīng)的器件工藝均得到提升。然而對(duì)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(shì)在肖特基勢(shì)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(duì)藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)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(duì)于位錯(cuò)的湮滅機(jī)理;研究了SiH_4流量對(duì)GaN電學(xué)特性以及應(yīng)力特性的影響;以及對(duì)刻蝕工藝進(jìn)行了研究并制備了GaN肖特基勢(shì)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(duì)GaN材料性能的影響�；贛OCVD方法在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)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(tái)階清晰可見,材料質(zhì)量更佳;位錯(cuò)密度降低了3倍,結(jié)晶質(zhì)量更好。位錯(cuò)密度降低這是因?yàn)閳D形化促使GaN外延層中的位錯(cuò)延伸方向由通常的垂直向上變成了側(cè)向生長(zhǎng),并且側(cè)向生長(zhǎng)的位錯(cuò)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(cuò)GaN材料的生長(zhǎng)。此外,普通平面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的GaN外延層由于位錯(cuò)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(duì)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(shí),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(shí),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(shí),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(shì)壘二極管的刻蝕工藝。當(dāng)先進(jìn)行隔離刻蝕時(shí),由于刻蝕深度大,以2μm的SiO_2作為掩膜刻蝕GaN時(shí),過厚的SiO_2掩膜使得刻蝕SiO_2的時(shí)間過長(zhǎng),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(gè)比較高的GaN側(cè)峰。當(dāng)先進(jìn)行臺(tái)面刻蝕時(shí),由于臺(tái)面的存在會(huì)造成甩膠不均勻的現(xiàn)象,且兩種刻蝕方案下臺(tái)面處亮度存在差異,但不會(huì)對(duì)器件特性產(chǎn)生影響。因此,本文器件采用先進(jìn)行臺(tái)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(shì)壘二極管的特性。當(dāng)溫度從25℃升高至125℃時(shí),肖特基勢(shì)壘二極管的正向開啟電壓從0.573 V降低到0.501 V,勢(shì)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(shí),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(chǎng)板后,器件反向電流降低了大約3個(gè)數(shù)量級(jí),即場(chǎng)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(cè)試結(jié)果RD 測(cè)試分析行了 X 射線衍射（XRD）測(cè)試。通過該測(cè)試手等信息，此時(shí) 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(shí)，掃描曲線的密度。因此該測(cè)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(shì)壘二極管工藝研究特基勢(shì)壘二極管制備工藝流程極管是研究 GaN 器件的一個(gè)重要分支，制備該器件的：圖 4.1 所示，在 GaN 生長(zhǎng)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(cè)試，這一過程會(huì)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(huì)被放大，使得器件器件制備之初，對(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN311.7

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 yC龍,王燕,余志平,田立林;AlGaN/GaN材料HEMT器件優(yōu)化分析與I-V特性[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2004年10期

2 袁明文,潘靜;氮化鎵微波電子學(xué)的進(jìn)展(續(xù))[J];半導(dǎo)體情報(bào);1999年04期

3 李彥平;關(guān)興國(guó);;Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導(dǎo)體的進(jìn)展[J];半導(dǎo)體情報(bào);1996年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 林志宇;基于MOCVD方法的N面GaN材料生長(zhǎng)及特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 杜大超;N面GaN外延薄膜生長(zhǎng)研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2640318