具不同緩衝層之氮化鋁鎵/氮化鎵高電子遷移率電晶體與乾式蝕刻圖案化藍寶石基板之研究

Abstract

近年來，氮化鋁鎵/氮化鎵高電子遷移率電晶體以氮化鎵材料之寬能隙、高電子遷移率、高崩潰電場等優秀特性，在高頻以及高功率元件的應用上逐漸展露頭角，有望取代傳統矽基元件。 本論文研究利用濺鍍法(Sputtering)以及有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)此兩種方式成長氮化鋁緩衝層，以形成高磊晶品質之氮化鎵，並進行氮化鋁鎵/氮化鎵高電子遷移率電晶體之製作。第一部分為藉由XRD量測，分析其半高寬量測結果以計算出氮化鎵之差排密度，進而比較及證實透過濺鍍法成長緩衝層再磊晶之氮化鎵晶體品質較佳。針對元件電極，設計了相異的源極到汲極距離(LSD)以增進電晶體特性；在電性量測的結果，在LSD為8μm、VG為2V時，以Sputtering和MOCVD成長緩衝層製作出之元件的最大汲極飽和電流分別為1.98、58mA/mm，轉導值為0.468、26mS/mm，晶體品質與元件特性非正相關。 相較於第一部份透過緩衝層改善氮化鎵晶體品質，此論文亦透過圖案化藍寶石基板改變磊晶條件，因此第二部分為對藍寶石基板以濕式蝕刻方式實現奈米級結構之開發，後送交中科院磊晶。根據電子顯微鏡之結果，不同圖案會有不同的磊晶結果，證實圖案化藍寶石基板會影響晶體品質。 對比於第二部份，第三部分則為研究乾式蝕刻圖案化藍寶石基板技術，此研究目前可以製備出同為奈米級且具備高深寬比結構之藍寶石基板，其圖形尺寸最小直徑約為200nm、深度約為600nm。