GaN厚膜中的质子辐照诱生缺陷研究*

张明兰 杨瑞霞 李卓昕 曹兴忠王宝义王晓晖

1)(河北工业大学信息工程学院，天津 300401)

2)(中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室，北京 100083)

3)(中国科学院高能物理研究所核分析技术重点实验室，北京 100049)

(2012年12月17日收到;2013年1月25日收到修改稿)

1 引言

氮化镓(GaN)属于直接带隙半导体材料，禁带宽度大、耐高温、抗腐蚀，是制备高性能光、电器件的理想材料.由于抗辐射能力强，GaN基器件可以用于外太空、石油钻井平台等高温、强辐射环境中.随着研究工作的不断深入，材料生长技术日趋成熟，器件制备也取得了突破性的进展，并且在相关领域得到了应用.外太空中普遍存在的宇宙射线、高能质子、电子、γ射线等对器件的可靠性构成了严重威胁.近年，国际上一些主要的研究机构纷纷开展了GaN基材料和器件的辐照效应研究，如位于俄亥俄州的美国空军研究所[1]和俄亥俄州立大学自2005年就开始研究GaN基器件的辐照效应、日本法政大学的Kuriyama小组[2]致力于GaN基材料的中子辐照效应研究、俄罗斯稀土金属研究所的Polyakov小组[3]也是最早开展此类研究的机构之一.本文作者在国内最早开展了GaN基材料的中子辐照效应研究[4].质子作为范·艾伦带的主要成分，是半导体器件在外太空中面临的主要威胁之一，质子与GaN材料的作用包括电离过程和位移过程，前者属于瞬时过程，后者会在材料中形成晶格缺陷，属于永久性损伤，是引起半导体器件性能退化的主要因素，研究GaN材料的……