又有新纪录！北京大学、硅基GaN
又有新纪录！北京大学、硅基GaN
最近，北京大学等团队又创造了新纪录——他们开发了一种硅基GaN，其迁移率达到了1090cm2/V-s，相比之前的最高记录提高了51%左右。
据介绍，通过厚的位错过滤层，减少n-GaN中的穿透位错，是北大取得这一成果的关键。这项研究最近刊登在《应用物理学快报 (Applied Physics Letters)》上。
传统问题：
漂移区迁移率太低
业界正在开发垂直GaN器件，以已打入电动汽车、发电厂、数据中心等高功率和高电压市场。
对于垂直GaN器件，漂移区是核心部分，它不仅起到阻断反向电压的作用，还起到传导正向电流的作用，为此，就要求漂移层需要更高的电子迁移率，以保持低比导通-状态电阻（Ron）和器件的高频性能。
迄今为止，SiC基GaN的最高室温电子迁移率为1470cm2/V-s，电子浓度为1.2 × 1015cm-3。
而在蓝宝石衬底上生长的GaN层，电子迁移率为1170 cm2/V-s，载流子浓度为5×1016cm-3。
由于GaN和硅之间存在大晶格失配（~17%），产生了高穿透位错密度（~108-109cm-2），导致硅基GaN之前的最高电子迁移率仅为~720 cm2/V-s，硅掺杂浓度为2×1016cm-3，远低于前面两种衬底。
但是采用硅衬底上可以显着降低成本，而且硅基GaN器件还有另一个优势——可以与硅单片集成CMOS电路。因此，亟需提高硅基GaN的漂移区电子迁移率。
北大成果：
迁移率提升51%
北大研究发现，碳杂质的掺入与位错密度呈线性相关，这表明碳可能会在位错周围积累。而他们的进一步测量证实，这些碳修饰的位错成为了受体状陷阱，形成带电的库仑散射中心。
因此，非常需要进一步减少散射中心，来提高硅基GaN的迁移率。为此，北大开发了一种轻n掺杂方法，来获得高质量的硅基氮化镓(n--GaN)。
据介绍，北大团队在p型掺杂的 硅衬底上生长n-GaN，然后通过引入厚的位错过滤层（DF），来降低位错相关的受主陷阱散射，从而降低碳装饰位错的密度。
该团队使用1-5μm不同厚度的位错过滤层，在1020°C、富含氨的4534 V/III比率下进行生长。
缓冲层由300nm 1100°C氮化铝成核层和400nm 1060°C Al0.25Ga0.75N应力控制层组成，位错过滤层生长在缓冲层上面，以桥接GaN和硅之间的晶格失配。顶层是具有~3x1016cm-3硅掺杂的2μm n-GaN，它是在1050°C温度300mbar压力下生长。
根据X射线衍射分析，采用较厚的5μm位错过滤层，顶部n-GaN的位错密度较低，即样品C为5.4x108/cm2。
随着位错的减少，顶部n-GaN层包含的碳杂质较少，因此提高了电子迁移率。根据测量结果，样品C的n-GaN迁移率为1090cm2/V-s。
根据温度相关的测量，样品A (1μm DF)，在120K时的峰值迁移率达到2620cm2/V-s。样品C在110K处为3628cm2/V-s。
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