研究目的
在掺锗自支撑氮化镓衬底上制备并评估用于高功率应用的垂直氮化镓肖特基势垒二极管，重点研究材料特性和电学性能。
研究成果
在掺锗自支撑氮化镓衬底上制备的垂直氮化镓肖特基势垒二极管具有高性能表现：低开启电压、高击穿电压以及高肖特基势垒高度，适用于高功率应用场景。与硅掺杂衬底相比，锗掺杂能有效降低应力与缺陷。后续研究应聚焦于优化衬底掺杂工艺，在串联电阻与击穿电压之间实现平衡。
研究不足
该研究指出，串联电阻不可忽略，主要源于锗掺杂的块状氮化镓衬底和N极接触电阻，采用更重锗掺杂衬底可降低该电阻。此外，反向漏电流随电极直径增大而增加，从而限制了大尺寸二极管的击穿电压；通过减小电极尺寸或采用场板结构可改善此问题。肖特基势垒高度的不均匀性会影响理想因子及势垒高度随温度的变化。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用氢化物气相外延（HVPE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）在掺锗自支撑GaN衬底上制备垂直GaN肖特基势垒二极管，用于外延层生长。材料表征方法包括原子力显微镜（AFM）、阴极荧光（CL）、高分辨X射线衍射（HRXRD）、光致发光（PL）、拉曼光谱及电学测量（C-V和I-V）。
2：样品选择与数据来源：
样品为掺锗c面自支撑GaN衬底（Ge施主浓度约10^18 cm^-3），由HVPE生长。其上通过MOCVD生长未掺杂GaN外延层。
3：实验设备与材料清单：
设备包含用于表面形貌的AFM、带CL附件的SEM（Quanta400 FEG）、HRXRD系统、显微拉曼系统（Jobin Yvon LabRAM HR 800UV）、配备He-Cd激光器的PL装置、用于C-V和I-V测量的Keithley 4200半导体特性分析仪，以及用于变温I-V测量的Agilent 1500半导体分析仪。材料包括欧姆接触用Ti/Al/Ni/Au和肖特基接触用Ni/Au。
4：实验流程与操作步骤：
制备过程包括外延层生长、电子束蒸发形成欧姆/肖特基接触，以及在室温和高温（300-500 K）下进行材料表征与电学测量。
5：数据分析方法：
数据分析包括从CL图像计算位错密度、利用拉曼频移公式s = Δν / 4.2 cm^-1 GPa^-1计算应力、通过C-V测量获取自由载流子浓度，以及基于热电子发射模型和Cheung方法从I-V曲线提取开启电压、理想因子、肖特基势垒高度和串联电阻等电学参数。
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Cathodoluminescence System
Oxford Mono-CL3
Oxford
Attached to SEM for CL measurements to estimate dislocation density.
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Semiconductor Characterization System
Keithley 4200
Keithley
Used for C-V and I-V measurements at room temperature.
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Semiconductor Analyzer
Agilent 1500
Agilent
Used for temperature-dependent I-V measurements.
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Atomic Force Microscope
Used for surface morphology characterization of the GaN epitaxial layer.
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Scanning Electron Microscope
Quanta400 FEG
Used for evaluating crystal quality with attached cathodoluminescence system.
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High-Resolution X-ray Diffraction System
Used for HRXRD measurements to analyze crystal quality.
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Micro-Raman System
Jobin Yvon LabRAM HR 800UV
Jobin Yvon
Used for room-temperature Raman scattering measurements.
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Photoluminescence Setup
Used for PL measurements with a He-Cd laser.
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Electron Beam Evaporator
Used for forming Ti/Al/Ni/Au ohmic contacts and Ni/Au Schottky contacts.
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