2.3、金屬絕緣物場效應晶體管

在某些應用中，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 結構中采用一個摻雜的GaN 層一個未摻雜的AlGaN 層就可以滿足這一要求，即形成金屬絕緣物場效應晶體管結構。Binari 等人[14] 成功地在GaN 上直接制造出了MISFETs，獲得的跨導為16mS/ mm。之后，Q.Chen 等人[6] 則在AlGaN/ GaN 異質結上成功地制造出MISFETs。其具體的結構包括：生長在藍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。工藝過程中使用Ti/ Al 金屬結構作為歐姆接觸，SiO₂ 作為柵絕緣物。當電壓在- 6V 和+ 6V 之間時，最大跨導為86mS/ mm，充分顯示出了其高功率應用的優勢，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大的負反饋電容，因此減小了射頻增益，限制了f _T 和f _max。

3、GaN 基微波器件關鍵工藝的研究進展

制造高性能GaN 微波器件不僅與材料質量有很大關系，而且也與器件制備工藝緊密相關。因此，了解當前GaN 微波器件的工藝研究進展是非常必要的。

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鍵。相對較窄帶隙的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。這是因為GaN 有較寬的帶隙，在金屬和半導體界面接觸處的接觸勢壘較高，從而導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真空和電子束蒸發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對較低摻雜濃度的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 為刻蝕劑對在藍寶石襯底上生長的GaN 進行反應離子刻蝕，形成適合于電阻測量的臺階結構。其后，在蒸發室中淀積Ti/ Al/Ni/ Au 形成多層歐姆接觸薄膜。對摻雜濃度為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 作為頂層的方法來獲得低歐姆接觸。Lin 等人在InN 頂層和GaN 間生長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，沒有進行退火獲得的比接觸電阻為6.0X10^{- 5} cm²。

3.2、退火技術

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，抑制位錯向表面延伸，提高薄膜質量，有效地轉移離子注入所導致的各種缺陷。

M.W.Cole 等人對后生長快速高溫熱退火情況下退火溫度對GaN 薄膜晶體質量的影響進行了研究。退火在氮氣中進行，時間1min，溫度600~ 800，結果表明，一定退火溫度下，GaN 薄膜表面缺陷數量比襯底和緩沖層界面處要低30%~ 25%。退火溫度越高，延伸到表面的位錯也越少。由此可見較高溫度的退火在一定程度上能夠抑制位錯向表面的延伸[1，19]。

3.3、刻蝕技術

刻蝕是GaN 微波器件制造過程中一個很重要的工藝。但由于GaN 有極高的化學穩定性，室溫下酸和堿對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離子刻蝕，電子回旋共振等離子體，化學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，刻蝕氣體為CCl₂F₂ 對GaN 進行刻蝕，獲得的刻蝕速率大約為4.1 nm/ s；他們還采用反應離子刻蝕技術，刻蝕氣體為CCl₄ 和N₂ 的混合氣體對GaN 進行刻蝕，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，刻蝕氣體為BCl₃ 對GaN 進行刻蝕。當反應室壓力為0.5Pa，陰極功率密度為0.4W/ cm²時，獲得了目前最高的刻蝕速率，大約為5.8 nm/ s。

另外，由于光誘導刻蝕不僅能克服干法刻蝕中高能粒子轟擊對半導體表面造成的損傷，而且僅發生在激光束照射區域，可實現選擇性刻蝕，因此光誘導刻蝕已成為一種極具潛力的刻蝕技術。

4、結論

隨著材料和器件工藝技術的不斷提高和發展，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（極化和壓電效應對其影響較大），加之襯底晶格的不匹配以及材料生長和器件制備工藝不夠成熟，器件性能的進一步提高以及穩定和重復性將成為研究焦點。由于GaN 具有重要器件特性和巨大需求潛力，其微波器件的發展已成為國內外化合物半導體研究的熱點。相信隨著材料質量及器件制備工藝日趨成熟，會有更多性能更理想的GaN 基微波器件被研制出來，并應用于更廣闊的領域。

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