GaN/Si-HEMT-Struktur

GaN hat hervorragende physikalische Eigenschaften wie eine hohe elektrische Durchschlagsfeldstärke und eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was es zu einem idealen Material für die Herstellung von Hochfrequenz-Mikrowellengeräten und elektronischen Hochleistungsgeräten macht. Die Qualität von GaN-Epitaxiematerialien bestimmt die Leistung von Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (HEMTs). Gegenwärtig werden die üblicherweise verwendeten Materialien für GaN-HEMT-Vorrichtungen unter Verwendung von heteroepitaxialen Verfahren hergestellt. Die am häufigsten verwendeten Substratmaterialien für epitaktische GaN-HEMT-Strukturen sind Silizium, Saphir und SiC. Obwohl es erhebliche thermische und Gitterfehlanpassungen zwischen Silizium und GaN gibt, verwenden wir aufgrund des ausgereiften Prozesses und der niedrigen Kosten immer noch siliziumbasiertes epitaxiales GaN als Mainstream. Ganwafer bietet GaN-auf-Silizium-HEMT-Wafer an, wobei die folgende Spezifikation als Beispiel genommen wird. Weitere 2DEG-GaN-HEMT-Wafer finden Sie unterhttps://www.ganwafer.com/product-category/gan-wafer/.

1. Si-basierte GaN-HEMT-Struktur

GANW230414 – HEMT

2. Einfluss des Substratabweichungswinkels auf die GaN-Epitaxie

Die Oberflächenmorphologie von epitaxialen GaN-Schichten, die auf 4° und 2° außeraxialen Si-Substraten mit einem Versatzwinkel für die Orientierung aufgewachsen wurden, wurde untersucht und die Wirkung des Versatzwinkels auf die Oberflächenmorphologie von GaN analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass ein übermäßiger Abweichungswinkel der Kristallorientierung des Substrats stufenartige Fluktuationen auf der Oberfläche der Epitaxieschicht verursachen kann. Für einen Abweichungswinkel der Kristallorientierung des Substrats von weniger als 2° gibt es jedoch keine Stufen auf der Oberfläche, und die Oberflächenfluktuationen sind relativ glatt. Daher kann die Auswahl eines Substrats mit einem Abweichungswinkel innerhalb des Bereichs von 0,5–1° für das GaN-HEMT-Strukturwachstum die Rauhigkeit der GaN-Epitaxieschichten und die Versetzungen verringern.

3. Auswirkungen der AlN-Keimbildungsschicht für die Si-HEMT-Struktur mit GaN-Epischicht

Es gibt einen Einfluss der Wachstumsbedingungen der AlN-Schicht auf die Kristallqualität und den Spannungszustand der GaN-HEMT-Epitaxie. Durch Einstellen des N/Al-Verhältnisses wurde festgestellt, dass je kleiner das N/Al-Verhältnis, desto besser die Qualität der GaN-Kristalle und desto kleiner der Spannungszustand. Durch separates Einstellen der TMAl-Durchflussrate und der NH3-Durchflussrate wurde festgestellt, dass die TMAl-Durchflussrate eher als die NH3-Durchflussrate die Qualität von GaN-Kristallen beeinflusst. Es gibt einen optimalen Wert für die TMAl-Flussrate, bei dem die GaN-Kristallqualität in der GaN-Transistorstruktur am besten und die in der Epitaxieschicht vorhandene Spannung am kleinsten ist.

Daher umfasst das Anpassen der TMAl-Flussrate hauptsächlich das Optimieren der Wachstumsrate der AlN-Pufferschicht, wodurch die Keimbildungsgröße während des GaN-2DEG-HEMT-Wachstums optimiert und das Auftreten von Korngrenzen während des Verschmelzens verringert wird, wodurch die Zugspannung in der GaN-HEMT-Epitaxieschicht verringert wird .

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