太赫兹GaN SBD外延材料的应力调控及低缺陷密度控制技术研究

采用金属有机物化学气相沉积(Metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)技术在101.6 mm(4英寸)半绝缘SiC衬底上开展太赫兹用GaN肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode,SBD)外延材料应力演进及缺陷密度控制的研究。提出了一种基于AlGaN过渡层的应力调控方案,实现了外延材料的应力调控;采用低温脉冲式掺杂技术生长n+-GaN层,降低了外延材料的缺陷密度,提升了晶体质量。研制的101.6 mm GaN SBD外延材料的弯曲度(Bow)/翘曲度(Warp)为-12/18μm,(002)/(102)面半高宽为148/239 arcsec,方阻9.2Ω/□,方阻片内不均匀性1.1%,并基于自研材料实现了截止频率为1.12 THz的GaN SBD器件的研制。

200 mm高纯半绝缘SiC衬底AlGaN/GaN HEMT外延材料

南京电子器件研究所采用国产200 mm高纯半绝缘SiC衬底,提出衬底高温刻蚀、GaN外延模式调控应力等技术,有效解决了高温下衬底边缘突翘和薄膜异质生长应力大等问题,显著降低了大尺寸外延材料的翘曲度,研制出高质量200 mm SiC衬底AlGaN/GaN HEMT外延材料(图1)。外延材料测试结果表明,二维电子气室温迁移率达到2 231 cm^(2)/(V·s),方块电阻片内不均匀性为2.3%(图2),GaN(0002)和(1012)面XRD摇摆曲线半高宽分别达到143 arcsec和233 arcsec,圆片弯曲度和翘曲度分别达到-18.7μm和27.1μm(图3)。材料显示了优良的结晶质量和电学特性,为GaN微波毫米波功率器件和MMIC应用奠定了良好的技术基础。

GaN外延材料及其自供电紫外光电探测器研究进展

近年来,自供电Ga N基紫外光电探测器凭借具有的紫外敏感性、高稳定性及便携应用等特点,在紫外通信、紫外辐射检测以及导弹追踪等领域具有重要的应用前景。但其发展依旧面临着材料位错密度高、器件性能差、器件集成度低等问题。为了解决上述问题,科研工作者开展系统地研究并取得了重要进展。本文从材料缺陷控制、器件结构设计和器件集成应用三个方面讨论了自供电Ga N基紫外光电探测器的研究进展,并展望了其发展前景。

B^+注入HgCdTe外延材料的红外透射光谱分析

运用多层模型和膜系传递矩阵以及非线性二乘法,模拟了B+注入碲镉汞外延材料的红外透射光谱,结果表明B+注入碲镉汞外延材料的红外透射光谱能够很好地理论再现,并由此获得了结区的自由载流子浓度分布、迁移率、面自由载流子浓度以及折射率和消光系数等相关参量,所得结果与微分Hall法测试的结果是一致的.计算结果也表明B+注入HgCdTe导致红外透射率变化的根本原因是注入层的高载流子浓度的等离子效应改变了该层的折射率和消光系数.

用于硅双漂移雪崩二极管的n^+/np多层外延材料

硅双漂移雪崩二极管由于具有较高的输出功率和转换效率,是颇有发展前景的微波半导体功率器件。由于器件的性能主要取决于多层外延材料的掺杂分布,即每层浓度、厚度的精确控制及过渡区的宽度,而大功率器件又要求外延层缺陷密度尽可能的低。

高纯氮化镓外延材料的制备

用ＭＯＶＰＥ方法在蓝宝石衬底上生长了高纯氮化镓（ＧａＮ）外延材料。未掺杂ＧａＮ显ｎ型，室温下（３００Ｋ）背景电子浓度为１．６×１０１７ｃｍ－３，电子迁移率为３６０ｃｍ２／Ｖ．ｓ。在１９５Ｋ附近电子迁移率达到峰值，为４９０ｃｍ２／Ｖ．ｓ。发现了该材料中存在深施主能级，其离化能约为３８ｍｅＶ。

120 V超快软恢复二极管用大尺寸硅外延材料工艺研究

硅外延材料具有厚度和电阻率能精确调控、结晶完整性良好的优势,能够有效降低功耗,改善击穿电压,广泛应用于半导体分立器件。外延层厚度、电阻率、均匀性、晶格质量等参数指标直接决定了所制分立器件的良率和性能。通过研究平板式外延炉的热场和流场分布对材料均匀性的调制规律,在150 mm的大尺寸硅单晶衬底上化学气相沉积了高均匀性的硅外延材料。利用原子力显微镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延材料的表面形貌、平整度、微粗糙度、厚度、电阻率、均匀性等参数。最终制备的外延材料的厚度和电阻率片内标准偏差均小于2%,而且表面无雾、滑移线等缺陷。制备的高均匀性的外延材料在应用于耐压为120 V的超快软恢复二极管后,解决了边缘电压低击穿现象,显著提升了器件的产出良率。

快速恢复外延二极管用150mm高均匀性硅外延材料的制备

利用PE3061D型平板式外延炉,在150mm的重掺As的硅单晶衬底上采用化学气相沉积(CVD)方法制备参数可控且高均匀性的外延层,通过聚光灯、原子力显微镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、微粗糙度、厚度、电阻率以及均匀性参数。采用了基座浅层包硅技术、周期性滞留层杂质稀释技术、高温快速二次本征生长技术、温场流场调控技术等新型工艺技术,使外延层厚度满足(15±2%)μm,电阻率满足(15±2%)Ω·cm的设计要求,片内厚度和电阻率不均匀性达到<2%的水平。制备的硅外延材料应用于FRED的试产,击穿电压高于125V,晶圆的成品率达到90%以上,满足了120VFRED器件使用要求,实现了自主可控。

P型GaN和AlGaN外延材料的制备

研究了MOVPE方法外延P型GaN和Al0 13Ga0 87N的生长工艺 ,包括掺杂剂量和热退火条件 ,对材料电学性质的影响。得到了性能优良的P型材料 ,并研制了InGaN/AlGaN双异质结蓝光发光二极管。

G波段AlN/GaN HEMT外延材料

南京电子器件研究所基于MOCVD平台,在100 mm SiC半绝缘衬底上,提出恒压式气流吹扫和台阶式流场调控技术分别应用于生长AlN/GaN异质结界面和AlN势垒层,显著改善了AlN/GaN异质结界面不清晰、Al原子表面扩散长度偏低的外延难题,研制出高性能AlN/GaN HEMT外延材料。图1为AFM 5μm×5μm范围下的表面形貌,势垒层表面平整,原子台阶明显,RMS=0.3 nm,且无明显缺陷。

固态源MBE系统生长高质量的调制掺杂GaAs结构材料和InP/InP外延材料的兼容性研究(英文)

通过固态源的分子束外延系统生长了调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和InP/InP外延材料。在生长含磷材料之后,生长条件(真空状态)变差;我们通过采取合理的工艺方法和生长工艺条件的优化,获得了电子迁移率为1.86×105cm2/Vs(77K)调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和电子迁移率为2.09×105cm2/Vs(77K)δSi掺杂AlGaAs/GaAs结构材料。InP/InP材料的电子迁移率为4.57×104cm2/Vs(77K),该数值是目前国际报道最高迁移率值和最低的电子浓度的InP外延材料。成功地实现了在一个固态源分子束外延设备交替生长高质量的调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和含磷材料。

低温低真空CVD生长锗硅异质结外延材料

利用自行研制的超净低温低真空化学气相外延系统，应用锗烷和硅烷气体，在２ 英寸到３英寸的衬底硅片上生长了锗硅异质结外延层。在６６５ ℃，６１０ ℃和５７５℃不同温度分别生长了Ｓｉ０－８Ｇｅ０－２ ，Ｓｉ０－５ Ｇｅ０－５ 和Ｓｉ０－６５Ｇｅ０－３５ 的异质外延层，获得了原子级表面和界面的异质外延材料。结果表明：外延生长速率和Ｇｅ 组分由硅烷和锗烷的分压及生长时的温度控制。并利用Ｘ 射线双晶衍射，扩展电阻和电化学ＣＶ 法研究了ＧｅＳｉ

金刚石芯LED中衬底及外延材料的研究进展

金刚石作为自然界中热导性最好的材料,在半导体行业的应用越来越广泛。随着LED行业的不断发展,金刚石芯LED也崭露头角。综述了自20世纪50年代以来,金刚石材料作为衬底和外延材料在半导体光电子领域的研究进展。主要从两个方面展开论述:金刚石作为衬底外延GaN的研究进展;以及金刚石本身作为外延材料制备成p-n结、p-i-n结、异质结等半导体器件的研究进展。这些研究充分体现了金刚石材料应用在LED产品中的可行性和优越性,以及应用在大功率LED芯片中的巨大潜力。

检验GaN基外延材料质量的简易方法

研究了GaN基外延材料对Al GaN/GaN HEMT电流崩塌效应影响,基于背对背肖特基I-V特性的对称性与Al GaN/GaN HEMT电流崩塌效应的对应关系,提出了一种检验GaN基外延材料的简便方法。实验观察到,背对背肖特基结I-V特性对称性好的外延材料,所对应的Al-GaN/GaN HEMT器件电流崩塌程度更小,反之亦然。缺陷俘获电子是引起背对背肖特基结I-V特性不对称的根本原因,这些缺陷也是产生Al GaN/GaN HEMT电流崩塌效应的重要原因,因此利用背对背肖特基I-V特性的对称性是定性地评价GaN基外延材料质量优劣的一种有效方法。

基于国产外延材料的SiC基AlGaN/GaN HEMT器件研制

本文报道了基于国产外延材料的SiC基Al GaN/GaN高迁移率晶体管(HEMT)器件的研制,外延材料利用金属有机物化学气相淀积技术(MOCVD)生长,器件栅长0.8μm,输出电流密度达到0.94A/mm,在5.4GHz下,单指型管芯获得了3.1W/mm的连续波测试功率,与蓝宝石衬底的器件相比,由于自热效应的有效改善,输出功率能力大大提高.

高质量6英寸SiC基AlGaN/GaN HEMT外延材料

南京电子器件研究所基于国产半绝缘SiC衬底研制出了高质量152.4 mm (6英寸)GaN HEMT外延材料。采用高温成核层调制生长技术,有效降低了大尺寸GaN外延材料的位错密度和圆片翘曲度,并利用温流场调控技术,大幅提升了片内均匀性,突破了国产半绝缘SiC衬底上高质量152.4 mm (6英寸)GaN HEMT外延材料制备关键技术。

基于100mm国产SiC衬底高性能AlGaN/GaN异质结外延材料

南京电子器件研究所提出了一种"AlN表面原位图形化"技术,将AlN成核岛台阶化(图1),改善GaN缓冲层的外延生长模式,抑制GaN/AlN界面位错的生成以及纵向延伸,从而降低GaN缓冲层的穿透位错密度。另外,原位制备工艺容易实现,避免杂质引入,降低外延成本。采用该技术在100 mm国产高纯半绝缘SiC衬底上制备出1.8 μm厚高质量GaN HEMT外延材料,GaN缓冲层(002)和(102)面摇摆曲线半高宽分别达到56、147 arcsec(图2),与常规工艺相比位错密度降低80%,二维电子气室温迁移率达到2 300 cm^2/(V·s),材料结晶质量和电学特性获得显著提升。

双晶x射线衍射法测量超薄层外延材料厚度

介绍了通过双晶ｘ 射线衍射测量超薄外延层厚度的一种方法。利用回摆曲线中的干涉条纹测量了通过ＭＢＥ生长的Ｇａ０．７Ａｌ０．３Ａｓ／Ｇａ０．９Ａｌ０．１Ａｓ／Ｇａ０．７Ａｌ０．

SiC同质外延材料表面形貌缺陷研究

本文针对SiC同质外延材料中的表面形貌缺陷展开研究,使用共聚焦表面缺陷分析仪对外延材料表面缺陷进行表征测试和统计。根据三角形缺陷的结构和形貌特征,分析三角形缺陷的产生机制和延伸模型,系统研究了刻蚀气体HCl流量对SiC外延材料表面三角形缺陷的影响,结果表明刻蚀气体流量和时间对三角形缺陷影响明显,在HCl流量为100mL/min时,4英寸SiC外延材料表面三角形缺陷密度最低,达到0.85/cm^(2)。结合KOH腐蚀工艺,研究胡萝卜位错的产生机理,通过优化SiC外延生长速率,实现SiC外延材料胡萝卜缺陷密度有效降低至0.2/cm^(2)以下。

硅基外延GaAs材料的力学仿真分析

Si,GaAs,Si基异质外延GaAs三种材料的基本力学特性各有不同,通过理论计算和ANSYS仿真得出相同条件下Si基异质外延GaAs材料中GaAs应力转化率是Si和GaAs材料的1.26倍左右,应力造成的位移系数略小于Si,远远小于GaAs,同时经过计算得出Si基异质外延GaAs材料的量程是GaAs材料的5倍,说明Si基外延GaAs材料不仅机械特性良好,而且还明显优于Si和GaAs,有更好的力电耦合效应需要的机械特性。