GaN基肖特基二极管的输运和击穿特性研究

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1、StudyonelectricaltransportandbreakdowncharacteristicsofGaN—basedSchottkybarrierdiodes(ThesisforMasterDegree)Author：DongshengCAOMajor：MicroelectronicsandSolid—StateElectronicsSupervisor：Prof．HaiLUDepartmentofPhysics，NanjingUniversityMay，2011壹室大堂盟究生望业论文主文摘要益页用纸毕业论文题目：Q丛基直挂基三垫篮丝捡堡

2、垒圭窒盐：睦丛塞塑垫主墨国签垫量鲎专业盟级硕士生姓名：萱壅盘指导教师(姓名、职称)：陆海教授摘要以Si，GaAs等传统半导体材料为基础的器件由于受到材料本身属性的限制，在功率半导体器件的相应指标上很难再有进一步的提高。近年来以III族氮化物为代表的新一代宽禁带半导体材料发展迅猛。GaN具有宽带隙、高饱和电子漂移速率、高击穿场强和高热导率等优越材料性能，在紫外到可见光电子器件以及高频、高温、大功率电子器件领域极具发展潜力。然而由于异质外延GaNg[-延材料的缺陷密度很高，器件性能会受到很大影响。在这篇论文里，我们对基于GaN体材料衬底的低缺陷密度同质外

3、延肖特基二极管的电流传输机理和A1GaN／GaN基平面肖特基二极管击穿做出了研究。首先，我们研究了通过金属有机源化学汽相沉积生长在GaN衬底上的同质外延GaN肖特基二极管随温度变化的电学特性。通过阴极射线发光扫描技术，我们算出GaN外延层中的位错密度约为4×106cm"2，这一密度与X射线衍射实验得到的结果一致。这种垂直结构的二极管在室温下反向偏压20V时的反向漏电流为10。10A量级，同时具有0．9V的低开启电压和1．5m．Q·cm2的低开启电阻。由于肖特基势垒的不均匀性分布，在300K到410K的变温测量中，我们观测到了随温度升高而升高的势垒高度

4、和随温度升高而降低的理想常数。同时我们测量到的反向漏电流与热电子发射理论模型的值相差很大，因此我们提出了一种以材料缺陷为主要漏电通道的修正热场发射模型来拟合随温度和场强变化的反向漏电流曲线。通过拟合得到的漏电流曲线和实验曲线匹配得较好。然后，我们制备了肖特基一欧姆接触间距不同的没有终端结构的A1GaN／GaN基平面肖特基二极管器件。测量发现，随着AIGaN／GaN界面处二维电子气的完全耗尽，反向漏电流在很低的反向偏压下就很快饱和了。同时我们也发现器件的击穿电压VBR与肖特基一欧姆接触间距成正比关系，其中在间距为20岬的时候，击穿电压超过了1100V，

5、得到了超过280MW·cm。2的优值系数。我们采用了“naturalsuper-junction"理论来解释这一系列实验结果。关键词：氮化镓，肖特基二极管，同质外延，漏电流机理，击穿电压THESIS：StudyonelectricaltransportandbreakdowncharacteristicsofGaN-basedSchottkybarrierdiodesSPECIALIZATl0N：MicroelectronicsandSolid—StateElectronicsPOSTGRADUATE：DongshengCAOⅣ匝NTOR：Prof．

6、HaiLUAbstractInrecentyears，theperformanceofpowerdevicesbasedonconventionalsemiconductorssuchasSiandGaAsislimitedbytheirintrinsicmaterialparametersWidebandgapsemiconductormaterials，especiallyIII·nitrides(GaN，AIN，InN)andtheircompounds，havebeenasubjectofintensiveinvestigationdurin

7、gthelastdecades，whichhaveexhibitedpromisingpotentialsinUV-to-visibleoptoelectronicdeviceapplicationsaswellashighfrequency,hightemperatureandhighpowerdevicesduetotheiroutstandingpropertiessuchaswidebandgapenergy,highelectronsaturationvelocity,largebreakdownelectricalfieldandhigh

8、thermalconductivity．However，heteroepitaxialGaN-basedde