2016年11月15日至17日,中國科技部與北京市人民政府主辦的2016中國(北京)跨國技術轉移大會暨第三代半導體國際會議在北京國際會議中心舉行。其中,大會從技術、產業、應用等全鏈條策劃,通過高峰論壇、專題研討、應用峰會、合作論壇和創新大賽等多種形式,圍繞第三代半導體的前沿發展和技術應用設置多個專場重點討論。
11月16日,圍繞氮化鎵及其它新型寬禁帶半導體電力電子器件技術設置的專題分會,由山東大學校長、教授張榮,北京大學物理學院教授、北京大學寬禁帶半導體聯合研究中心主任張國義,美國弗吉尼亞理工大學教授、美國工程院院士Fred C. LEE聯合坐鎮,召集了全球頂級專家精英,打造一場氮化鎵等第三代半導體電力電子器件的盛會。會議現場十分火爆,受場地限制,很多與會代表都站著聽完會議,火爆程度可想而知!
會上,來自日本名古屋工大教授江川孝志分享了200毫米硅襯底AlGaN/GaN基HEMT的異質外延生長和器件特征的最新進展。他表示,GaN器件的電子特性使其成為低損耗,高功率開關應用的理想選擇。硅襯底的優勢在于可使GaN長達200毫米的直徑范圍上生長,這為CMOS的集成提供了機會。GaN和Si之間存在較大的晶格及熱膨脹系數不匹配限制了高質量硅基GaN的發展,從而導致高位錯密度,晶圓彎曲和裂紋形成。因此,為提高裝置性能,發展最小晶圓彎度、無裂紋的高質量硅基GaN勢在必行。
在4英寸硅基上,以晶圓彎度作為外延層的總厚度的函數進行研究。厚外延層是GaN基HEMT器件獲得高擊穿電壓的必要條件。然而,這同時導致晶片彎曲和拉伸應變增加。最后,當GaN外延層超過臨界厚度時,將形成裂紋。GaN層缺失時,SLS的彎度高,而 GaN層的生長可減少外延層彎曲。例如,5.0mm厚的AlGaN/AlN ILs上SLS的彎曲值為135mm。然而,通過生長2.0mm厚的GaN和AlGaN勢壘層可使彎曲值降至80mm。這些結果表明,由于SLS和GaN之間反平衡熱和晶格失配,SLS和GaN可使晶片彎度降至最小值。
江川孝志表示,為了得到高質量的GaN外延層, AlN成核層在硅上的沉積非常重要。表面特性和垂直BV值作為AlN NL的生長溫度(樣品包括AlN 成核層/Si, AlGaN IL/AlN 成核層/Si 和SLS/AlGaN IL/AlN 成核層/Si)的函數也進行了研究。其結構和電氣特性表明AlN在硅上的成核層很大程度上影響硅基氮化鎵的縱向VB特性。
通過優化生長條件并利用SLS技術,8英寸硅基上成功生長AlGaN/GaN異質結構。外延晶片的流動性為1750 cm2/Vs,薄片載流子密度為1x1013 cm-2,彎曲值為50 mm。常關器件制作采用閘門門槽和MOS技術。該器件漏極電流的最大值為300 mA/mm,低漏電流和擊穿電壓分別為825 V。這些結果表明,常關器件在使用SLS促進AlGaN/GaN異質結構生長方面具有潛能。