文档介绍：GaN 器件白桦林物理与微电子科学学院 2012 年 12 月 GaN 器件专题报告报告内容? GaN 介绍? GaN 器件? GaN 器件的应用?总结 GaN 器件专题报告 GaN 介绍 GaN 材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点,是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,并与 SIC 、金刚石等半导体材料一起,被誉为是继第一代 Ge 、 Si半导体材料、第二代 GaAs 、 InP 化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗腐蚀能力,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有广阔的应用前景。 GaN 器件专题报告 1. GaN 材料结构图1(a) GaN 纤锌矿晶体结构图1(b) GaN 闪锌矿晶体结构 GaN 器件专题报告 GaN 器件专题报告 GaN 材料具有两种晶体结构,分别为六方对称的纤锌矿结构(见图 1(a))和立方对称的闪锌矿结构(见图 1(b))。通常条件下, GaN 以六方对称性的纤锌矿结构存在,纤锌矿结构是由两套六方密堆积结构沿 c轴方向平移 5c/8 套构而成,它的一个原胞中有 4个原子,原子体积大约为 GaAs 的一半。但在一定条件下也能以立方对称性的闪锌矿结构存在。闪锌矿结构则由两套面心立方密堆积结构沿对角线方向平移 1/4 对角线长度套构而成。这种现象在Ⅲ族氮化物材料中是普遍存在的,称为多型体现象(Polytypism) 。 GaN 器件专题报告 2. GaN 材料性质 GaN 是一种很稳定的化合物并且显示了很强的硬度,它的宽禁带、高饱和速度以及高的击穿电压有利于制造成为微波功率器件。 GaN 在高温下的化学稳定性再结合其硬度特性,使氮化镓被制成了一种具有吸引力的防护涂层材料,有利于制造高温器件。?化学特性在室温下, GaN 不溶于水、酸和碱,而在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解。 NaOH 、H 2 SO 4和H 3 PO 4能较快地腐蚀质量差的 GaN ,可用于这些质量不高的 GaN 晶体的缺陷检测。 GaN 在 HC l或H 2气下,在高温下呈现不稳定特性,而在 N 2气下最为稳定。 GaN 器件专题报告?结构特性 GaN 器件专题报告 GaN 器件专题报告 Maruska 和Tietjen 首先精确地测量了 GaN 直接隙能量为。?电学特性 GaN 的电学特性是影响器件的主要因素。未有意掺杂的 GaN 在各种情况下都呈 n型,最好的样品的电子浓度约为 4×10 16/cm 3。一般情况下所制备的 P型样品,都是高补偿的。未掺杂载流子浓度可控制在 10 14~10 20 /cm 3范围。另外,通过 P型掺杂工艺和 Mg的低能电子束辐照或热退火处理,已能将掺杂浓度控制在 10 11~10 20 /cm 3范围。室温下其电子迁移率可以达到 900 cm 2 /V?s,从而使其非常适于制做高速器件。另外, GaN 材料电击穿强度高、漏电流小,使其适于制作高压器件。 GaN 器件专题报告 3. GaN 材料的缺点与问题在理论上由于其能带结构的关系,其中载流子的有效质量较大,输运性质较差,则低电场迁移率低,高频性能差。现在用异质外延(以蓝宝石和 SiC 作为衬底)技术生长出的 GaN 单晶,还不太令人满意,例如位错密度达到了 10 8 ~10 10 /cm 2;未掺杂 GaN 的室温背景载流子(电子)浓度高达 10 17/cm 3,并呈现出 n型导电;虽然容易实现 n型掺杂,但 p型掺杂水平太低(主要是掺 Mg ),所得空穴浓度只有 10 17 ~10 18 /cm 3, 迁移率< 10cm 2 / ,掺杂效率只有 % ~1% 。从整体来看, GaN 的优点弥补了其缺点,而制作微波功率器件的效果还往往要远优于现有的一切半导体材料。 GaN 器件专题报告报告内容? GaN 介绍? GaN 器件? GaN 器件的应用?总结