2.3、金屬絕緣物場(chǎng)效應(yīng)晶體管

在某些應(yīng)用中，人們需要獲得非常低的柵泄漏電流，而采用絕緣體柵代替肖特基柵，并在HFET 結(jié)構(gòu)中采用一個(gè)摻雜的GaN 層一個(gè)未摻雜的AlGaN 層就可以滿足這一要求，即形成金屬絕緣物場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)。Binari 等人[14] 成功地在GaN 上直接制造出了MISFETs，獲得的跨導(dǎo)為16mS/ mm。之后，Q.Chen 等人[6] 則在AlGaN/ GaN 異質(zhì)結(jié)上成功地制造出MISFETs。其具體的結(jié)構(gòu)包括：生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上的半絕緣GaN 層，厚度為1μm；50 nm的n 型GaN 層和3 nm的Al_0.2Ga_0.8N 未摻雜空間層以及30 nm的摻雜Al_0.2Ga_0.8N 層。工藝過(guò)程中使用Ti/ Al 金屬結(jié)構(gòu)作為歐姆接觸，SiO₂ 作為柵絕緣物。當(dāng)電壓在- 6V 和+ 6V 之間時(shí)，最大跨導(dǎo)為86mS/ mm，充分顯示出了其高功率應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，但截止頻率f _T 和最大振蕩頻率f _max 僅為2.9 GHz和7.1GHz，這可能是由于柵和漏源間的重疊形成一個(gè)大的負(fù)反饋電容，因此減小了射頻增益，限制了f _T 和f _max。

3、GaN 基微波器件關(guān)鍵工藝的研究進(jìn)展

制造高性能GaN 微波器件不僅與材料質(zhì)量有很大關(guān)系，而且也與器件制備工藝緊密相關(guān)。因此，了解當(dāng)前GaN 微波器件的工藝研究進(jìn)展是非常必要的。

3.1、歐姆接觸

低的歐姆接觸電阻是制作高性能微波器件的關(guān)鍵。相對(duì)較窄帶隙的Si，GaAs 和InP 等材料而言，在GaN上制備低的歐姆接觸電阻較為困難。這是因?yàn)镚aN 有較寬的帶隙，在金屬和半導(dǎo)體界面接觸處的接觸勢(shì)壘較高，從而導(dǎo)致大的歐姆接觸電阻。為了降低歐姆接觸電阻，目前采用淀積多層金屬的方法在界面處形成低勢(shì)壘的多元合金或高的摻雜濃度。

合金歐姆接觸 這種方法主要是通過(guò)真空和電子束蒸發(fā)Al，Au 或Ti/Ag 而在GaN 上形成低的歐姆接觸的。Wu 等人采用兩步淀積Ti 薄膜及熱退火工藝技術(shù)對(duì)較低摻雜濃度的GaN 獲得的比接觸電阻為5.0X10^{- 6}~ 5.5X10^{- 6}Ω·cm²，對(duì)較高摻雜濃度的GaN 獲得的比接觸電阻為3.0X10^{- 6}~ 4.1X10^{- 6}Ω·cm²。Fan 等人首先以Cl₂ 和BCl₃ 為刻蝕劑對(duì)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的GaN 進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，形成適合于電阻測(cè)量的臺(tái)階結(jié)構(gòu)。其后，在蒸發(fā)室中淀積Ti/ Al/Ni/ Au 形成多層歐姆接觸薄膜。對(duì)摻雜濃度為2X10¹⁷Ω·cm^{- 3}和4X10¹⁷Ω·cm^{- 3}的n 型GaN，獲得的比接觸電阻分別為1.19X10^{- 7}Ω·cm²和8.9X10^{- 8}Ω·cm²，較為理想[17，18]。

非合金歐姆接觸 這種方法主要采用GaN/ InN 短周期超晶格和InN 作為頂層的方法來(lái)獲得低歐姆接觸。Lin 等人在InN 頂層和GaN 間生長(zhǎng)了一層短周期超晶格，并在InN 頂層淀積20nm的Ti 和100 nm 的Al之后，沒(méi)有進(jìn)行退火獲得的比接觸電阻為6.0X10^{- 5} cm²。

3.2、退火技術(shù)

合理的退火條件能夠降低金屬/ GaN 歐姆接觸電阻，改善材料特性，抑制位錯(cuò)向表面延伸，提高薄膜質(zhì)量，有效地轉(zhuǎn)移離子注入所導(dǎo)致的各種缺陷。

M.W.Cole 等人對(duì)后生長(zhǎng)快速高溫?zé)嵬嘶鹎闆r下退火溫度對(duì)GaN 薄膜晶體質(zhì)量的影響進(jìn)行了研究。退火在氮?dú)庵羞M(jìn)行，時(shí)間1min，溫度600~ 800，結(jié)果表明，一定退火溫度下，GaN 薄膜表面缺陷數(shù)量比襯底和緩沖層界面處要低30%~ 25%。退火溫度越高，延伸到表面的位錯(cuò)也越少。由此可見(jiàn)較高溫度的退火在一定程度上能夠抑制位錯(cuò)向表面的延伸[1，19]。

3.3、刻蝕技術(shù)

刻蝕是GaN 微波器件制造過(guò)程中一個(gè)很重要的工藝。但由于GaN 有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，室溫下酸和堿對(duì)它們的腐蝕速率極低，僅為每分鐘幾納米，因此目前的研究主要集中在干法刻蝕上。干法刻蝕主要包括反應(yīng)離子刻蝕，電子回旋共振等離子體，化學(xué)輔助離子束刻蝕和磁控離子刻蝕等方法。

Vassile 等人采用等離子體刻蝕技術(shù)，刻蝕氣體為CCl₂F₂ 對(duì)GaN 進(jìn)行刻蝕，獲得的刻蝕速率大約為4.1 nm/ s；他們還采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，刻蝕氣體為CCl₄ 和N₂ 的混合氣體對(duì)GaN 進(jìn)行刻蝕，獲得的刻蝕速率大約為0.33nm/ s[15]。Mclane 等人[20] 采用磁控離子刻蝕技術(shù)，刻蝕氣體為BCl₃ 對(duì)GaN 進(jìn)行刻蝕。當(dāng)反應(yīng)室壓力為0.5Pa，陰極功率密度為0.4W/ cm²時(shí)，獲得了目前最高的刻蝕速率，大約為5.8 nm/ s。

另外，由于光誘導(dǎo)刻蝕不僅能克服干法刻蝕中高能粒子轟擊對(duì)半導(dǎo)體表面造成的損傷，而且僅發(fā)生在激光束照射區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)選擇性刻蝕，因此光誘導(dǎo)刻蝕已成為一種極具潛力的刻蝕技術(shù)。

4、結(jié)論

隨著材料和器件工藝技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，GaN 基微波器件的性能已有了很大的提高。但由于器件特性依靠2DEG 的性能（極化和壓電效應(yīng)對(duì)其影響較大），加之襯底晶格的不匹配以及材料生長(zhǎng)和器件制備工藝不夠成熟，器件性能的進(jìn)一步提高以及穩(wěn)定和重復(fù)性將成為研究焦點(diǎn)。由于GaN 具有重要器件特性和巨大需求潛力，其微波器件的發(fā)展已成為國(guó)內(nèi)外化合物半導(dǎo)體研究的熱點(diǎn)。相信隨著材料質(zhì)量及器件制備工藝日趨成熟，會(huì)有更多性能更理想的GaN 基微波器件被研制出來(lái)，并應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域。

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