大尺寸Si基GaN HEMT外延薄膜的生長(zhǎng)

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（合肥工業(yè)大學(xué) 微電子學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引 言

以GaN和SiC為首的寬禁帶半導(dǎo)體材料能降低導(dǎo)通電阻的同時(shí)提高擊穿電壓，從而進(jìn)一步降低功率和損耗，被認(rèn)為是新一代電力電子器件的最佳選擇。因此，GaN基HEMT器件可廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品、新能源汽車、工業(yè)應(yīng)用、可再生能源、交通運(yùn)輸工具等重要領(lǐng)域。GaN基HEMT因其器件性能優(yōu)異成為目前的研究熱點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)如下：首先，AlGaN/GaN的界面處的電子被局限在不連續(xù)的導(dǎo)帶形成的三角形勢(shì)阱里，電子只能在二維二維平面勢(shì)阱內(nèi)移動(dòng)，產(chǎn)生高濃度的二維電子氣。GaN層作為溝道層而AlGaN層作為勢(shì)壘層，在空間上保證了電子與雜質(zhì)互相分離，電子受雜質(zhì)散射影響小，因此電子氣的遷移率能夠大幅度提高。其次，GaN材料具備的寬禁帶、耐高溫特性使得器件能在高溫、大電場(chǎng)、大功率狀態(tài)下工作且特性不發(fā)生顯著退化。

生長(zhǎng)GaN外延的常用襯底有碳化硅（SiC）、藍(lán)寶石（AlO）和硅（Si）。硅襯底的價(jià)格最為低廉，且大尺寸制備技術(shù)成熟。硅襯底散熱好，且容易獲得不同尺寸（2-12英寸）和不同類型（n型/p型/高阻）的襯底，可滿足不同的外延生長(zhǎng)工藝需求。另外，硅襯底GaN器件還可與傳統(tǒng)硅基器件集成在同一晶圓上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)集成。因此，Si基GaNHEMT外延迅速成為國(guó)內(nèi)外企業(yè)和高校的研究熱點(diǎn)。雖然Si基GaNHEMT外延有著諸多優(yōu)勢(shì)，但是GaN-on-Si外延技術(shù)的難度卻是最大，如GaN和硅襯底之間的晶格失配（17%）和熱失配（56%）導(dǎo)致GaN薄膜易龜裂、缺陷密度大、大尺寸的翹曲難控制的問(wèn)題、Ga原子與硅襯底發(fā)生回熔腐蝕等。……