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(shù)轉(zhuǎn)移大會暨第三代半導(dǎo)體國際會議在北京國際會議中心舉行。其中，大會從技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用等全鏈條策劃，通過高峰論壇、專題研討、應(yīng)用峰會、合作論壇和創(chuàng)新大賽等多種形式，圍繞第三代半導(dǎo)體的前沿發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用設(shè)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(dǎo)體電力電子器件技術(shù)設(shè)置的專題分會，由山東大學(xué)校長、教授張榮，北京大學(xué)物理學(xué)院教授、北京大學(xué)寬禁帶半導(dǎo)體聯(lián)合研究中心主任張國義，美國弗吉尼亞理工大學(xué)教授、美國工程院院士Fred C. LEE聯(lián)合坐鎮(zhèn)，召集了全球頂級專家精英，打造一場氮化鎵等第三代半導(dǎo)體電力電子器件的盛會。會議現(xiàn)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，來自中山大學(xué)教授劉揚(yáng)作了“硅襯底采用選擇性區(qū)域生長高質(zhì)量MOS界面的槽柵增強(qiáng)型GaN MOSFET”研究報告。他在報告中介紹到，Si襯底上凹槽柵增強(qiáng)型GaN MOSFET 器件在業(yè)界被認(rèn)為是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流方向。由于MOS柵界面存在嚴(yán)重的電子俘獲效應(yīng)，其一直面臨閾值電壓的不穩(wěn)定性問題。作為一種可選方案，選區(qū)外延技術(shù)（SAG）被用于實現(xiàn)器件的增強(qiáng)型特性，其原理是通過再生長薄層AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而自然形成凹槽柵。
SAG方案的主要目的之一是獲得無晶格損傷的槽柵結(jié)構(gòu)，然而，由于選區(qū)外延工藝未能得到優(yōu)化，這一優(yōu)勢在我們之前的工作中并未充分得以體現(xiàn)。而選區(qū)生長的異質(zhì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量是這種器件關(guān)鍵之一。最近，我們通過將SAG界面與2DEG界面相分離以及抑制背景Si 施主雜質(zhì)，從而實現(xiàn)了與傳統(tǒng)一次外延同等質(zhì)量的高性能AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的再生長。
劉揚(yáng)表示，基于這一優(yōu)化的SAG工藝，我們成功制備了一種具有高質(zhì)量MOS界面特性的增強(qiáng)型GaN MOSFET器件。相比于干法刻蝕（ICP）工藝制備的MOSFET，SAG MOSFET器件在柵極區(qū)域幾乎不存在電子的俘獲效應(yīng)，顯示出極端低的閾值電壓回滯和低的開啟電阻等優(yōu)異特性。進(jìn)而，閾值電壓回滯與柵區(qū)GaN晶格損傷引起的俘獲效應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)性被確認(rèn)。這表明采用SAG技術(shù)以實現(xiàn)穩(wěn)定的GaN MOSFET功率器件是一種實際可選的方案。
同時，劉揚(yáng)還表示，基于AlN/GaN超晶格緩沖層技術(shù)制備Si上GaN外延材料，并針對材料生長中存在的應(yīng)力問題開展了系列研究。首先，我們確認(rèn)了此種外延結(jié)構(gòu)中GaN材料的拉曼應(yīng)力特征譜；觀測到該結(jié)構(gòu)中表征GaN應(yīng)力狀態(tài)的常規(guī)GaN E2H特征峰出現(xiàn)了雙峰現(xiàn)象，確認(rèn)了主峰來自于頂層GaN，而衛(wèi)星峰是來自于超晶格結(jié)構(gòu)中GaN，這一發(fā)現(xiàn)為實現(xiàn)AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)的Si上GaN材料的應(yīng)力調(diào)控提供了有效的觀察窗口。
此外，他也確認(rèn)了C摻雜引入的應(yīng)變態(tài)與C原子在GaN晶格中并入位置之間的關(guān)聯(lián)性。這些研究為制備高擊穿電壓的功率開關(guān)器件奠定了材料基礎(chǔ)。
