Al组分对MOCVD制备的AlxGa1-xN/AlN/GaN HEMT电学和结构性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同Al组分（x=0.19,0.22,0.25,0.32）的Al_xGa_1-xN/AlN/GaN 结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）材料。研究了Al_xGa_1-xN势垒层中Al组分对HEMT材料电学性质和结构性质的影响。研究结果表明,在一定的Al组分范围内,二维电子气（2DEG）浓度和迁移率随着Al组分的升高而增大。然而,过高的Al组分导致HEMT材料表面粗糙度增大,2DEG迁移率降低,该实验现象在另一方面得到了原子力显微镜测试结果的验证。在最佳Al组分（25%）范围内,获得的 HEMT材料的2DEG浓度和室温迁移率分别达到1.2×10¹³ cm^-2和1 680 cm²/（V·s）,方块电阻低至310 Ω/□。     

Pt/Au/n-InGaN肖特基接触的电流输运机理

基于热电子发射和热电子场发射模式,利用I-V方法研究了Pt/Au/n-InGaN肖特基接触的势垒特性和电流输运机理,结果表明,在不同背景载流子浓度下,Pt/Au/n-InGaN肖特基势垒特性差异明显.研究发现,较低生长温度制备的InGaN中存在的高密度施主态氮空位（V_N）缺陷导致背景载流子浓度增高,同时通过热电子发射模式拟合得到高背景载流子浓度的InGaN肖特基势垒高度和理想因子与热电子场发射模式下的结果差别很大,表明V_N缺陷诱发了隧穿机理并降低了肖特基势垒高度,相应的隧穿电流显著增大了肖特基势垒总的输运电流,证实热电子发射和缺陷辅助的隧穿机理共同构成了肖特基势垒的电流输运机理.低背景载流子浓度的InGaN肖特基势垒在热电子发射和热电子场发射模式下拟合的结果接近一致,表明热电子发射是其主导的电流输运机理.     

具有阻挡层的H等离子体处理增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT研究

采用H等离子体处理p-GaN盖帽层来制备p-GaN栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).在p-Ga N层表面上先沉积2 nm的Al₂O₃薄膜,以减少H等离子体注入p-GaN时对表面造成的损伤.经研究表明沉积Al₂O₃阻挡层的器件栅极反向泄漏电流降低了一个数量级,开关比提高了约3倍.由于栅极泄露电流的减小,关态击穿电压从410 V提高到780 V.针对栅极反向泄漏减小的现象,进行了变温IG-VG测试,验证了栅极反向泄漏电流的主导机制是二维变程跳跃(Two-dimensional variable range hopping,2D-VRH)模型.分析了减小栅极反向电流的原因是由于Al₂O₃阻挡层改变了HR-Ga N的表面态,使陷阱能级的活化能升高.此外,器件动态特性也表现出更稳定的趋势,这是Al₂O₃薄膜阻挡过多的H等离子体的注入,使AlGaN势垒和沟道陷阱态数量减少,电流崩塌效应减弱.     

Improving InGaN-LED performance by optimizing the patterned sapphire substrate shape

The epitaxial growths of GaN films and GaN-based LEDs on various patterned sapphire substrates (PSSes) with different values of fill factor (f) and slanted angle (θ) are investigated in detail. The threading dislocation (TD) density is lower in the film grown on the PSS with a smaller fill factor, resulting in a higher internal quantum efficiency (IQE). Also the ability of the LED to withstand the electrostatic discharge (ESD) increases as the fill factor decreases. The illumination output power of the LED is affected by both θ and f. It is found that the illumination output power of the LED grown on the PSS with a lower production of tanθ and f is higher than that with a higher production of tanθ and f.     

掺Fe高阻GaN缓冲层特性及其对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件的影响研究

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上制备了掺Fe高阻Ga N以及Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.对Cp_2Fe流量不同的高阻Ga N特性进行了研究.研究结果表明,Fe杂质在Ga N材料中引入的Fe~(3+/2+)深受主能级能够补偿背景载流子浓度从而实现高阻,Fe杂质在Ga N材料中引入更多起受主作用的刃位错,也在一定程度上补偿了背景载流子浓度.在一定范围内,Ga N材料方块电阻随Cp_2Fe流量增加而增加,Cp_2Fe流量为100 sccm(1 sccm 1mL min)时,方块电阻增加不再明显;另外增加Cp_2Fe流量也会导致材料质量下降,表面更加粗糙.因此,优选Cp_2Fe流量为75 sccm,相应方块电阻高达×10?/,外延了不同掺Fe层厚度的Al Ga N/Ga N HEMT结构,并制备成器件.HEMT器件均具有良好的夹断以及栅控特性,并且增加掺Fe层厚度使得HEMT器件的击穿电压提高了39.3%,同时对器件的转移特性影响较小.     

石蜡微胶囊的制备

针对太阳能利用以及一些蓄热场合,通过示差扫描量热法（DSC）选取了合适的石蜡,以脲醛树脂为囊壁,采用原位聚合法制备了石蜡一脲醛树脂微胶囊,拟将此微胶囊添加到上述应用场合的传热流体中,提高传热流体的热容。实验结果表明,乳化剂OP更适合于熔点60℃石蜡微胶囊的制备。     

Strain effects on optical polarisation properties in （11^-22） plane GaN films

We present the theoretical results of the electronic band structure of wurtzite GaN films under biaxial strains in the （11^-22）-plane. The calculations are performed by the k.p perturbation theory approach through using the effectivemass Hamiltonian for an arbitrary direction. The results show that the transition energies decrease with the biaxial strains changing from -0.5% to 0.5%. For films of （11^-22）-plane, the strains are expected to be anisotropic in the growth plane. Such anisotropic strains give rise to valence band mixing which results in dramatic change in optical polarisation property. The strain can also result in optical polarisation switching phenomena. Finally, we discuss the applications of these properties to the （1132） plane GaN-based light-emitting diode and lase diode.     

Improving InGaN-LED performance by optimizing the patterned sapphire substrate shape

The epitaxial growths of GaN films and GaN-based LEDs on various patterned sapphire substrates(PSSes) with different values of fill factor(f) and slanted angle(θ) are investigated in detail.The threading dislocation(TD) density is lower in the film grown on the PSS with a smaller fill factor,resulting in a higher internal quantum efficiency(IQE).Also the ability of the LED to withstand the electrostatic discharge(ESD) increases as the fill factor decreases.The illumination output power of the LED is affected by both θ and f.It is found that the illumination output power of the LED grown on the PSS with a lower production of tan θ and f is higher than that with a higher production of tan θ and f.     

氮化镓功率电子器件封装技术研究进展

氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor, HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中,但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅基电力电子器件封装中寄生电感参数较大,会引起开关振荡等问题,使GaN的优良性能难以充分发挥;另外,封装的热管理能力决定了功率器件的可靠性,若不能很好地解决器件的自热效应,会导致其性能降低,甚至芯片烧毁。本文在阐释传统封装技术应用于氮化镓功率电子器件时产生的开关震荡和热管理问题基础上,详细综述了针对以上问题进行的GaN封装技术研究进展,包括通过优化控制电路、减小电感L_g、提高电阻R_g抑制dv/dt、在栅电极上加入铁氧体磁环、优化PCB布局、提高磁通抵消量等方法解决寄生电感导致的开关振荡、高导热材料金刚石在器件热管理中的应用、器件封装结构改进,以及其他散热技术等。     

高阻GaN的MOCVD外延生长

利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)在蓝宝石衬底上生长了高阻GaN薄膜。对GaN成核层生长的反应室压力、生长时间和载气类型对GaN缓冲层电学特性的影响进行了分析。实验结果表明,延长GaN成核层的生长时间,降低成核层生长时的反应室压力,载气由H₂换为N₂都会得到高阻的GaN缓冲层。样品的方块电阻R_s最高为2.49×10¹¹ Ω/□。以高阻GaN样品为衬底制备了AlGaN/AlN/GaN结构HEMT器件,迁移率最高达1 230 cm²/(V·s)。