N极性GaN衬底表面超高真空清洁工艺

针对经过化学腐蚀预处理并具有清晰台阶流形貌的自支撑N极性GaN衬底,研究了在超高真空中采用氩离子轰击和不同气氛保护下退火等技术进一步对其进行表面清洁的方法,并采用X射线光电子能谱和俄歇电子能谱对处理结果进行分析。实验结果表明,氩离子轰击可有效清除表面的C、O等污染,且处理后的表面能带弯曲值稳定在(1.73±0.12)eV。但是氩离子轰击也会不可避免地造成表面偏析,使表面Ga与N的原子个数比明显上升。而在氮气和氢气的混合气体通过射频等离子体源产生的原子气氛保护下以800℃退火后,既能够去除C、O等表面污染,也能抑制表面N原子的流失和表面偏析。该超高真空处理工艺对N极性GaN衬底表面具有很好的清洁效果。

扫描近场光电多功能探针系统

通过将光源和光学探测系统、电化学测量装置等与扫描探针显微镜相集成,研制了扫描近场光电多功能探针系统,在获得高分辨表面形貌像的同时还可同位测量局域光谱、光电压/光电流等光电性质,并可对固液界面光电化学过程进行原位观察。介绍了该系统的主要架构和功能及在石墨烯/氮化镓界面接触电学性质、氮化镓表面光电压等研究中的应用。通过同位的表面结构、拉曼光谱和局域导电特性的综合表征和分析,发现了石墨烯电极能够自适应地降低与半导体的接触势垒以及单个褶皱形成的局域导电通道。在紫外波段扫描光电压测试中捕捉到了单个位错所引起的局域表面光电压谱起伏。该系统有助于从实验上研究表界面和缺陷等微观要素对器件性能的影响。

具有阻挡层的H等离子体处理增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT研究

采用H等离子体处理p-GaN盖帽层来制备p-GaN栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).在p-GaN层表面上先沉积2 nm的Al_(2)O_(3)薄膜,以减少H等离子体注入p-GaN时对表面造成的损伤.经研究表明沉积Al_(2)O_(3)阻挡层的器件栅极反向泄漏电流降低了一个数量级,开关比提高了约3倍.由于栅极泄露电流的减小,关态击穿电压从410 V提高到780 V.针对栅极反向泄漏减小的现象,进行了变温I_(G)-V_(G)测试,验证了栅极反向泄漏电流的主导机制是二维变程跳跃(Two-dimensional variable range hopping,2D-VRH)模型.分析了减小栅极反向电流的原因是由于Al_(2)O_(3)阻挡层改变了HR-GaN的表面态,使陷阱能级的活化能升高.此外,器件动态特性也表现出更稳定的趋势,这是Al_(2)O_(3)薄膜阻挡过多的H等离子体的注入,使AlGaN势垒和沟道陷阱态数量减少,电流崩塌效应减弱.