不得了！国产GaN又打破记录
不得了！国产GaN又打破记录
最近，《ELECTRONIC MATERIALS》刊登了一项国产GaN技术进展——GaN HEMT的2DEG迁移率高达2396 cm2 /V·s，“有史以来最高”。
据介绍，该技术是由中科院半导体所、山东大学等单位联合开发，主要采用了两段式加热法，可以有效地保护GaN衬底，从而获得光滑的薄膜表面和较低的位错密度。
传统难题：
异质衬底位错大，同质衬底表面粗糙
通常，氮化镓基材料通常生长在异质衬底上，这会增加缓冲器和栅极泄漏，并严重降低器件的可靠性，同时也降低了二维电子气（2DEG）迁移率，影响了器件的开关速度和高频特性。
为此，使用同质GaN衬底是解决这些问题的主要方法，但是，GaN衬底会从空气中吸收C、O和其他施主杂质，从而严重降低外延材料的质量。
而为了在外延生长前去除吸附的杂质，需要在1000°C以上的温度下对GaN衬底进行热处理。然而，GaN在900℃以上就会开始明显分解。而且MOCVD通常使用氢气作为载气，这会显着提高GaN分解速率，这也这导致衬底表面明显粗糙，增加了外延层的位错密度和表面粗糙度。
国产两段式加热法
实现全球最高性能
为了使在GaN衬底上生长的 AlGaN/GaN HEMT获得更高的2DEG迁移率，中科院等单位提出了一种两段式热处理工艺，包括一种有效的高温表面稳定技术，以保护同质GaN衬底的表面，从而确保高质量 HEMT 结构的后续生长。
在第一阶段，引入氢和氨，在氨和氢的混合气氛下将衬底逐渐加热到900℃。氨与氢气的流量比为1:3。
在第二阶段，衬底温度从900℃增加到1050℃，然后保持3分钟。在这个阶段，氨流量急剧增加，而氢气流量保持不变。随着氨流量的增加，氨分压显着增加，氨与氢气的流量比变为1:2。
热处理完成后，关闭热量并保持气体连续流动，让GaN衬底在氢气和氨气的混合气氛中冷却至室温。
两段式加热处理被证实能够有效防止H2对GaN衬底的蚀刻，据测量，Al0.25Ga0.75N/GaN HEMT结构具有非常光滑的表面，RMS粗糙度为0.12nm。外延层和GaN衬底的界面处没有新的位错产生，外延层的位错密度在105cm2量级。
最终，该研究获得了迄今为止最高的2DEG迁移率——2396 cm2/V·s的室温2DEG迁移率和0.89×1013cm2的2DEG密度。
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