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摘要
近年来,AlGaN/GaN HEMTs（异质结高电子迁移率晶体管）成为GaN基电子器件中研究的热点之一。在本文中,我们采用InGaN作为沟道层,得到了高输出电流密度,跨导特性优异,高温下稳定性强的AlGaN/InGaN/GaN双异质结HEMTs器件;采用InAlGaN作为势垒层,通过调节合金中的Al和In的组分,得到常关型In AlGaN/GaN HEMTs器件。取得的研究成果如下:1.利用异质结极化理论,借助InAlGaN中In、Al组分对四元合金晶格常数的调制作用,采用InAlGaN作势垒层,实现了蓝宝石上具有压应变的In0.15Al0.43Ga0.42N/GaN异质结材料。表面形貌、结晶质量和电学表征结果显示,RMS（Root Mean Square）为0.69 nm,在表面没有In滴析出,倒易空间扫描显示势垒层完全应变;2DEG（二维电子气）迁移率为1248.86 cm2/V·s,2DEG面密度9.21?1011 cm-2,方块电阻值为10.04 k?/?。2.利用MOCVD（金属有机化合物化学气相淀积）和PMOCVD（脉冲金属有机化合物化学气相淀积）相结合的方式,在蓝宝石衬底上制备了性能优异的Al0.3Ga0.7N/In0.06Ga0.94N/GaN双异质结。利用一维Schrodinger方程和Poisson’s方程自洽求解,分析AlGaN/InGaN/GaN双异质结的能带结构,对比常规结构表现出优异的沟道限域性和GaN缓冲层的天然背势垒效果。异质结材料表面为清晰台阶状,RMS（表面粗糙度）0.20 nm,螺位错密度9.37×107 cm-3,刃位错密度8.33×108 cm-3。室温下,2DEG迁移率为1613.5 cm2/V·s,面密度1.29×1013 cm-2。从298 K升温至573 K,双异质结2DEG迁移率的退化程度较常规AlGaN/GaN结构小14%。3.成功制备了高性能AlGaN/InGaN/GaN双异质结HEMTs。栅压为2 V时,饱和输出电流密度为1002.40 mA/mm,跨导峰值为140.74 mS/mm,在较大范围内保持稳定。DIBL系数仅为3.67 mV/V。将温度从298 K升高到523 K,器件的饱和输出电流密度衰减量比AlGaN/GaN HEMTs低10%,跨导峰值衰减量小8%;DIBL系数的增大程度比AlGaN/GaN HEMTs小30.34%。这些都显著表现了双异质结材料沟道限域性优良和高温下工作稳定的优势。器件栅长1μm,fT（特征频率）9.2 GHz,fMAX（最大振荡频率）为16.1 GHz。4.在In0.15Al0.43Ga0.42N/GaN异质结上制作了常关型InAlGaN/GaN HEMTs器件。阈值电压为+0.43 V,实现normally-off特性,在栅压为4 V时,最大输出电流密度为249.92 mA/mm,跨导峰值为104.63 mS/mm。DIBL系数为11.88 mV/V,击穿电压较低为84.5 V;进行高温测试,从298 K升至523 K后,击穿电压下降至60.5 V。双脉冲动态IV测试发现在（-6,10）静态工作点输出电流峰值衰减15.71%,表明在改善材料和结构后只有较少的陷阱态。
- 出版日期2017
- 单位西安电子科技大学
