賴昆佑
綦振瀛

現今商用增強型(E-mode)高功率氮化鎵異質場效電晶體中，p型氮化鎵(p-GaN)閘極是常用的閘極結構之一，此閘極對元件開關時的動態特性影響以 及與可靠度的關聯性是必須要了解的重要研究課題。本論文主要提出利用P-型GaN閘極的方式來製作出增強型(Enhancement-mode)操作之氮化鋁鎵/氮化鎵場效功率電晶體，用於供電元件內的電晶體做使用，將目標設計在高閾值電壓、高導通電流、低導通電阻、低閘極漏電流，以上四大條件做延伸，著重在磊晶結構的設計與磊晶過程的條件參數做探討。 利用有機金屬化學蒸汽沉積系統(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)沉積GaN磊晶層在矽基板上，使用不同鋁含量的AlGaN位障層，與不同濃度的鎂摻雜p-GaN閘極，探討背後物理意義並且分別組合出四種不同結構。同時為了更了解不同p-GaN長晶條件的表現，也設計了高溫和低溫，濃度高與濃度低四種P-型GaN閘極的長晶過程，研究其變化對元件電性帶來的影響。 從結果顯示，用計算能帶的方式可以看出元件的閾值電壓走向，有助於設計結構。在磊晶的層面，p-GaN的磊晶條件中，溫度990°C比起1020°C有更好的表面粗糙度，且可以降低 Mg擴散的距離。並且在這四種結構中，以鋁成分18%的AlGaN位障層搭配濃度 8×〖10〗^18 〖cm〗^(-3)鎂摻雜的p-GaN磊晶層的結構最為優秀，低鋁含量的位障層使極化效應降低，但不影響遷移率的表現，讓HEMT的閘極更容易控制。搭配上低濃度的Mg摻雜p-GaN，使表面更加平坦，也讓Mg的向外擴散較低，使遷移率不被其影響，這是本研究根據元件結果推理出來的最佳結構。