11月16日,围绕氮化镓及其它新型宽禁带半导体电力电子器件技术设置的专题分会,由山东大学校长、教授张荣,北京大学物理学院教授、北京大学宽禁带半导体联合研究中心主任张国义,美国弗吉尼亚理工大学教授、美国工程院院士Fred C. LEE联合坐镇,召集了全球顶级专家精英,打造一场氮化镓等第三代半导体电力电子器件的盛会。会议现场十分火爆,受场地限制,很多与会代表都站着听完会议,火爆程度可想而知!
会上,来自日本名古屋工大教授江川孝志分享了200毫米硅衬底AlGaN/GaN基HEMT的异质外延生长和器件特征的最新进展。他表示,GaN器件的电子特性使其成为低损耗,高功率开关应用的理想选择。硅衬底的优势在于可使GaN长达200毫米的直径范围上生长,这为CMOS的集成提供了机会。GaN和Si之间存在较大的晶格及热膨胀系数不匹配限制了高质量硅基GaN的发展,从而导致高位错密度,晶圆弯曲和裂纹形成。因此,为提高装置性能,发展最小晶圆弯度、无裂纹的高质量硅基GaN势在必行。
在4英寸硅基上,以晶圆弯度作为外延层的总厚度的函数进行研究。厚外延层是GaN基HEMT器件获得高击穿电压的必要条件。然而,这同时导致晶片弯曲和拉伸应变增加。最后,当GaN外延层超过临界厚度时,将形成裂纹。GaN层缺失时,SLS的弯度高,而 GaN层的生长可减少外延层弯曲。例如,5.0mm厚的AlGaN/AlN ILs上SLS的弯曲值为135mm。然而,通过生长2.0mm厚的GaN和AlGaN势垒层可使弯曲值降至80mm。这些结果表明,由于SLS和GaN之间反平衡热和晶格失配,SLS和GaN可使晶片弯度降至最小值。
江川孝志表示,为了得到高质量的GaN外延层, AlN成核层在硅上的沉积非常重要。表面特性和垂直BV值作为AlN NL的生长温度(样品包括AlN 成核层/Si, AlGaN IL/AlN 成核层/Si 和SLS/AlGaN IL/AlN 成核层/Si)的函数也进行了研究。其结构和电气特性表明AlN在硅上的成核层很大程度上影响硅基氮化镓的纵向VB特性。
通过优化生长条件并利用SLS技术,8英寸硅基上成功生长AlGaN/GaN异质结构。外延晶片的流动性为1750 cm2/Vs,薄片载流子密度为1x1013 cm-2,弯曲值为50 mm。常关器件制作采用闸门门槽和MOS技术。该器件漏极电流的最大值为300 mA/mm,低漏电流和击穿电压分别为825 V。这些结果表明,常关器件在使用SLS促进AlGaN/GaN异质结构生长方面具有潜能。