AlGaN/GaN HEMT材料的高溫MOCVD生長研究

陳峰武，鞏小亮，羅才旺，程文進，魏 唯，鮑 蘋

(中國電子科技集團公司第四十八研究所，湖南 長沙 410111)

第三代半導體材料GaN由于其禁帶寬度大、耐高壓、耐高溫、抗輻射、電子遷移速率高、易于形成異質結構等，是制造高溫、高頻、高效、大功率、抗輻射微波電子器件和電路的理想材料。高頻大功率GaN基高電子遷移率晶體管在相控陣雷達、電子對抗、5G通訊、汽車電子等領域具有廣泛的應用前景，已成為目前國際學術界和產業界關注的焦點[1-3]。

目前，AlGaN/GaN HEMT的研究和應用取得了很多突破性的進展，但仍然面臨著不少難題，例如外延材料的缺陷和雜質問題、歐姆接觸問題、表面鈍化問題、器件的穩定性和可靠性問題等[4]。其中外延材料的缺陷和雜質問題主要是由于缺乏同質襯底。為了彌補同質襯底的缺失，目前Al-GaN/GaN HEMT結構材料的生長一般在異質襯底上進行。常用的異質襯底有藍寶石、碳化硅和硅。藍寶石襯底由于生產技術成熟、機械強度高、熱穩定性好等優點，已成為目前最常用的襯底材料，但其也存在導熱性能差、與GaN的晶格失配和熱失配大（分別為14%和35%）的問題；硅襯底具有成本低廉、尺寸大、導電性能好的優點，是未來低成本器件制造的一種重要候選襯底，但是同樣存在與GaN的晶格失配和熱失配過大（分別為17%和56%）導致外延層翹曲和開裂等問題。碳化硅襯底由于具備與GaN最小的晶格失配和熱失配度（分別為3.5%和18%），導熱性能優異等特點，是目前高頻大功率AlGaN/GaN HEMT器件最合適的襯底材料[5]。……