GaN HEMT外延材料表征技术研究进展

摘要    

氮化镓 ( GaN) 作为第三代半导体材料的典型代表，具有高击穿电场强度和高热导率 等优异的物理特性，是制作高频微波器件和大功率电力电子器件的理想材料。GaN 外延材料的 质量决定了高电子迁移率晶体管 ( HEMT) 的性能，不同材料特征的表征需要不同的测量工具和 技术，进而呈现器件性能的优劣。综述了 GaN HEMT 外延材料的表征技术，详细介绍了几种表 征技术的应用场景和近年来国内外的相关研究进展，简要总结了外延材料表征技术的发展趋势， 为 GaN HEMT 外延层的材料生长和性能优化提供了反馈和指导。

0 引言    

基于氮化镓 ( GaN) 异质结构的高电子迁移率 晶体管 ( HEMT) 凭借大功率和高频率等优异特性 被广泛应用于移动通信和电力电子等领域。随着应用需求的不断提升，对 GaN HEMT 的要求也 越来越高，这意味着研究人员不仅要在器件结构设 计方面，还要在外延材料质量方面做出努力，以提 高器件的性能和可靠性。

材料研究是器件研究的基础，GaN HEMT 的性 能在很大程度上取决于材料参数，如外延层的成 分、掺杂和缺陷等，外延层的质量直接决定器件的 性能和使用寿命。相 比 于 第 一 代 半 导 体 硅 ( Si) ，GaN 晶体质量较差，缺陷更复杂，同时为了 确保具有竞争力的价格，GaN HEMT 通常在异质衬 底上制备，导致外延层的缺陷密度非常高。如果穿 透位错等缺陷与沟道内的二维电子气 ( 2DEG) 接 触，或连接到衬底和栅金属，会在器件内产生泄漏 电流，并损害器件的长期稳定性。 

一次完整的外延工艺流程主要包括衬底选择、 堆垛层设计和材料生长，对于生长得到的外延片， 需要对其进行多维度的测量和表征。而精确的表征 手段能够充分获取材料的物理特性，从而更有效地 指导和优化外延层生长工艺，有利于提高材料的整 体质量，保证外延层能够用于器件制备，器件也能 够满足实际的应用需求。加入三代半交流群，加VX：tuoke08。Ⅲ族氮化物材料的表征主 要涉及表面形貌、厚度、组分、晶体质量、位错密 度、残余应力、掺杂浓度以及电学特性等多个方 面，这些材料性质主要影响 GaN HEMT 的工艺稳 定性、器件输出性能以及可靠性等。因此，开 展外延层的质量评估工作具有重要意义。 

本文综述了 GaN HEMT 外延材料的表征技术， 详细介绍了几种常见表征技术的应用场景和近年来 国内外的相关研究进展，简要总结了外延材料表征 技术的发展趋势，为 GaN HEMT 外延层的材料生 长和质量优化提供了反馈和指导。

1 GaN HEMT 外延材料表征技术    

GaN HEMT 外延层的质量直接决定着器件的性 能和寿命，而对外延层表面形貌、材料缺陷以及电 学性能的检测分析有助于反馈和优化外延生长工 艺。根据不同的研究需求选择合适的表征技术，将 大大提升外延层的表征效率和精度。 

1. 1 表面形貌及膜厚表征技术 

在 GaN 外延片制备的过程中，微米量级厚的 GaN 薄膜通常生长在异质衬底上，由于晶格常数 和热扩散系数不匹配，GaN 薄膜中存在大量穿透 位错，会进一步影响上层铝镓氮 ( AlGaN) 薄膜晶 体质量和界面 2DEG 性质。随着纳米成像技术的发 展，精确测量材料表面形貌和薄膜厚度成为了 可能。 

光学显微镜一般用于观察外延片宏观表面形 貌，例如大尺度表面起伏或者裂痕，但由于衍射极 限的限制，无法获得纳米尺度的材料形貌信息。原 子力显微镜 ( AFM) 也可以实现对样品表面形貌 的检测，具有原子级分辨率，并且可以得到三维图 像信息。2020 年，C．G．Li 等人利用 AFM 研究了 高温 GaN 生长过程中 V 族原料与Ⅲ族原料的摩尔 比 ( V/Ⅲ比) 对氮 ( N) 极性 GaN 外延层表面形 貌的影响，发现当 V/Ⅲ比较低时，GaN 表面出现 明显的起伏。图 1 给出了 V/Ⅲ比分别为 128 和 2 237时的表面形貌，可见表面起伏均沿着 GaN ＜11 － 00＞方向，且高 V/Ⅲ比条件得到的表面更平 整，在 25 μm×25 μm 扫描范围内的均方根粗糙度 ( Ｒq，ＲMS ) 仅为 1. 7 nm。通过化学腐蚀，GaN 外延 片中的位错将在表面以凹坑的形式暴露出来。凹坑 可以通过光学 显 微 镜、AFM、扫 描 电 子 显 微 镜 ( SEM) 或透射电子显微镜 ( TEM) 进行直接观 测。凹坑的尺寸通常正比于伯格斯矢量的大小，因 此对材料表面凹坑的成像还可以用于判断位错的类型。

GaN 外延片通常由氮化铝 ( AlN) 成核层、 GaN 缓冲层、AlGaN 势垒层以及 GaN 帽层等多层 薄膜组成，不同的薄膜厚度、组分、堆垛方案都将 影响 GaN HEMT 器件的最终性能。椭偏仪和紫外－ 可见分光光度计是两种可以进行薄膜厚度测量的仪器，均采用光学无损检测技术，椭偏仪可以得到厚 度和介电常数，而紫外－可见分光光度计可以获得 样品厚度，并且谱线形状能在一定程度上反映出晶 体质量的优劣。对于由多层薄膜组成的 GaN 外 延片，通常利用聚焦离子束 ( FIB) 刻蚀暴露出横 截面，再利用 SEM 或者 TEM 对各层薄膜厚度和质 量进行直接测量和成像。电子显微技术突破了光学 衍射极限，具有纳米级的空间分辨率，其中 TEM 比 SEM 具有更高的分辨能力。2018 年，J． T．Chen 等人利用低边界热阻 AlN 成核层获得了高质量 的 GaN/AlN/碳化硅 ( SiC) 界面，初始外延生长 阶段的缺陷被明显抑制。外延层横截面的 TEM 表 征结果如图 2 所示，与传统外延层结构相比，低边 界热阻 AlN 成核层具有更高的结构完整性，没有 明显晶界出现，GaN 外延层与 SiC 衬底间的面内晶 格失配因此得到了缓解。

对于 GaN HEMT 外延片的表面形貌表征技术， 光学显微镜操作简单，无需真空环境，常用来进行 外延片的初步观测，检查表面是否有污染和大尺度 裂痕。通过 AFM 和 SEM 得到的表面形貌图像分辨 率更高，但成像区域范围有限。对于外延片的厚度 表征技术，椭偏仪和紫外－可见分光光度计对样品 无损伤、可重复性高，而结合 FIB 和 TEM 对外延 层横截面进行成像，各层薄膜质量和厚度的测量结 果直观、精确，但对样品造成了破坏，技术复杂性 较高。 

1. 2 缺陷、应力及掺杂分析技术

异质外延过程引入的高密度缺陷和残余应力严 重影响 GaN HEMT 器件的性能，是制约其应用的 主要瓶颈。在材料生长或器件工作过程中，缺陷能 级态和应力可以在外延层的不同位置产生，通常需 要在材料生长水平上对材料的适用性进行无损评 估，以确保可靠的器件性能。光致发光 ( PL) 、阴 极发 光 ( CL ) 、 显 微 拉 曼 光 谱、 X 射 线 衍 射 ( XＲD) 、深 能 级 瞬 态 谱 ( DLTS ) 、深 能 级 光 谱 ( DLOS) 、二次离子质谱 ( SIMS) 等许多技术已用 于缺陷能级态、应力以及掺杂成分的实验表征。 

1. 2. 1 PL、CL 和显微拉曼光谱

PL、CL 和显微拉曼光谱是常用的表征 GaN 外 延材料缺陷和应力的光学实验手段，杜成林等 人在 2020 年对这几种技术的物理原理及应用进 行了较为详细的介绍。最近，研究人员利用光学表 征技术对 GaN 外延材料进行了一些新的研究。 

2021 年，A． Goyal 等人报道了利用 CL 技 术，通 过 改 变 电 子 束的 加 速 电 压，实现了对 AlGaN/GaN HEMT 结构各层中辐射缺陷的探测。 根据电子束的聚焦情况和趋肤深度，在低加速电压 ( ＜1 kV) 时，利用 CL 技术可以分析势垒层和帽层 中的缺陷，而加速电压大于 2 kV 时，则可以分析 缓冲层中的缺陷，这为 CL 技术在 GaN 外延层分层 表征方面的应用提供了新的思路。

2021 年，K．Fujii 等人对金属有机化学气相 沉积 ( MOCVD) 生长的 n 型 GaN 进行了 PL 探测， 发现光谱中 2．2 eV 附近的黄光强度与激发功率具 有特殊的依赖关系。通过与氢化物气相外延生长的 非掺杂 GaN 进行对比研究，证明了这一现象来自 于氮位的碳 ( CN) 缺陷处俘获的施主－受主对的激 子－激子湮灭，而 CN缺陷与 GaN 层堆垛缺陷区域 边缘产生的位错有关。 

GaN 和 AlGaN 的晶格振动状态对晶体质量、 应力和铝 ( Al) 成分等非常敏感，因此拉曼光谱也被广泛用于 GaN 外延层应力的表征。目前采 用拉曼散射研究最多的是 GaN 外延层薄膜的拉曼 声子频移和双轴应力之间的关系，其中纵向光学声 子A1( LO) 模式和高频声子 E2 ( high) 模式的拉曼频 移与应力呈线性关系。2020 年，C． C． Lee 等人利用拉曼光谱表征了 GaN 外延层的晶体质量，发 现 GaN 与衬底间的晶格失配产生了拉伸应力，使 E2 ( high) 模式发生了红移。通过淀积 AlN 成核 层，引入压缩应力后，E2 ( high) 模式的红移程度 明显减小，表明该方法有效降低了 GaN 层的拉伸 应力。同时，引入 AlN 成核层使 E2 ( high) 模式 的半高全宽 ( FWHM) 减小，表明 GaN 层的穿透 位错密度也随之降低。 

1. 2. 2 XＲD 

X 射线的波长接近原子半径，当 X 射线以一 定角度入射到晶体表面时能够产生衍射现象，对衍 射谱的分析可以研究 GaN 的结构、内部缺陷以及 应力等。XＲD 是一种非破坏性技术，具有对 样品无损伤、无污染、精度高等优点，通常通过测 量布拉格衍射峰的 FWHM 来评价生长层的结晶质 量，具有越小 FWHM 值的外延层薄膜，其结晶质 量越高。根据布拉格公式、纤锌矿结构的面间 距公式和维加德公式，结合 XＲD 测量结果，可以 比较准确地计算出晶格常数与氮化物合金中的组 分。研究人员还可以通过测量 GaN 层中对称和 非对称衍射图样的 FWHM 值来估计刃位错和螺位 错的密度。 

D．M．Zhao 等人在 2015 年研究了 GaN 过渡 层对 Si 衬底上 GaN 外延层生长的影响，XＲD 测量 结果表明，引入 GaN 过渡层并控制其生长条件， 可以提高 GaN 外延层的结晶质量，但过渡层的厚 度具有临界值，超过临界值 GaN 外延层质量反而 降低。通过光学显微镜对裂纹密度进行观测，进一 步验证了这一结论。随后，他们在 2018 年对比了 引入 GaN 过渡层和 AlGaN 缓冲层对 Si 衬底上 GaN 外延层质量的影响，XＲD 测量结果表明，引入 AlGaN 缓冲层得到的 GaN 外延层质量更高，且显 微拉曼光谱表征结果显示，引入 AlGaN 缓冲层使 后续 GaN 生长过程中形成了更大的压缩应力，因 此 GaN 外延层的残余拉伸应力减小。 

2016 年，Z．Y．He 等人探究了低温生长 AlN 插入层对 AlGaN/GaN 异质结构性质的影响。对于 不同厚度 t 的 AlN 插入层，样品 ( 002) 面 XＲD 的 衍射角 2θ 扫描结果如图 3 ( a) 所示，所有样品 GaN 层和 AlGaN 层的峰位基本一致，通过拟合可 以得到 AlGaN 势垒层中 Al 组分为 0. 25 ～ 0. 26，反 映了 AlGaN 势垒层生长过程中样品具有良好的均 匀性和稳定性。图 3 ( b) 给出了样品 ( 002) 和 ( 102) 面 XＲD 摇摆曲线的 FWHM 随 AlN 层厚度的 变化，随 着 AlN 层 厚 度 的 增 加，( 002 ) 面 的 FWHM 变化不大，而 ( 102) 面的 FWHM 明显增 加，表明 GaN 层中的刃位错和混合位错密度显著 增加，最终导致了霍尔测量中 AlGaN/GaN 异质结 构电子迁移率的降低。要获得好的晶体质量，在外 延生长工艺中往往需要选取一个合适的参数组合， 2020 年，A．Chatterjee 等人讨论了低温 GaN 缓冲 层生长参数对高温 GaN 外延层晶体质量的影响， 并得到了生长温度、退火时间和 GaN 缓冲层厚度 的最优值组合，同时结合 PL 和 XＲD 测量结果证 明了此时的 GaN 外延层具有更低的位错密度。

XＲD 和 TEM 都是表征缺陷性质和分布的首选 技术。TEM 是最直观的表征手段，为外延层中存在 缺陷提供了明确的证据，然而，通过 TEM 获得的信 息是局部的，不能代表样品的整体质量，且样品制 备过程耗时较多，同时具有破坏性。相比而言， XＲD 属于一种无损光谱检测技术，可以通过样品衍 射峰的 FWHM 来快速评估外延层薄膜质量，并能及 时反馈给研究人员，以修正下一次的材料生长条件。 

1. 2. 3 DLTS 和 DLOS 

掺杂是改变半导体材料性质的一个重要手段， 对于 GaN 来说，不同元素的掺杂可以实现 n 型 GaN 或 p 型 GaN，以应用于不用的场景。然而，掺 杂也会使材料内部出现新的缺陷，或使固有缺陷的 性质发生变化。DLTS 和 DLOS 是表征缺陷能级位 置、密度及俘获截面的一种技术，通过监控陷阱内 载流子的热激励或光激励辐射，能够实现对整个 GaN 带隙内深能级缺陷的定量表征。DLTS 可以探 测导带底下方或价带顶上方 1 eV 范围内的陷阱能 级，是一种具有很高检测灵敏度的实验方法， 而 DLOS 可以探测 GaN 带隙内 DLTS 无法探测的深 能级陷阱态，与 DLTS 形成互补。

2013 年到 2015 年，Z．Zhang 等人分别研究 了高能质子辐射对 n 型 GaN 层、p 型 GaN 层内陷阱 的影响，以及这些陷阱随退火温度的变化行为。结 合 DLTS 和 DLOS 的测量，辐射前后陷阱的能级位置 和密度得以确定，不同陷阱对辐射剂量和退火温度 的反应不同，表明其物理机制也各不相同。H． Y． Wang 等人于 2020 年研究了不同碳 ( C) 掺杂浓 度对 Si 衬底 GaN 层内电子俘获行为的影响，DLTS 实验结果表明，高 C 掺杂浓度的样品在整个正向偏 压范围内表现出较高的电子陷阱密度，来源于缺陷 与缺陷带的电荷交换，而低 C 掺杂浓度的样品在低 偏压下出现电子陷阱，在高偏压下出现空穴陷阱， 这是由缺陷与价带交换电荷引起的。 

2020 年，S．Yang 等人利用 DLTS 技术表征 了 p 型 GaN 层内的陷阱态，这些陷阱往往作为载 流子俘获中心，影响器件的性能。图 4 ( a) 给出 了在不同填充脉冲栅极偏压 Vp 下的 DLTS 测量结 果，纵坐标 CDLTS表示 p 型 GaN 的栅电容。当 Vp为 正值时，360 K 左右的负峰对应电子陷阱态，随着 更多的电子从 2DEG 沟道注入 p 型 GaN 层并被空 间电 荷 区 俘 获，峰 值 振 幅 增 大。Vp 为 负 值 时， 340 K处的正峰揭示了 p 型 GaN 层中的空穴陷阱 态。假设俘获截面 σ 与温度 T 无关，从 Arrhenius 图的斜率可以推导出电子和空穴陷阱的激活能 ET 分别为导带底能级 EC下方 0. 85 eV 和价带顶能级 EV上方 0. 49 eV。从 Arrhenius 图的线性截距可以得 到 电 子 和 空 穴 陷 阱 的 俘 获 截 面 分 别 为 σn = 1×10-15 cm2 和 σp = 1 × 10-19 cm2 ，如图 4 ( b) 所示，其中 τ 为发射时间常数。电子陷阱可能来源 于间隙位 N 或间隙位镓，而空穴陷阱可能来源于 N 空位或相关配合物。

1. 2. 4 SIMS 

SIMS 是通过分析初级离子入射样品后溅射产 生的二次离子而获取材料信息的一种质谱技术，可 以实现对 GaN 外延层掺杂浓度的测量。 2018 年，A．Lardeau-Falcy 等人研究了退火 对 Si 衬底 GaN 层中掺杂的镁 ( Mg) 原子再分布的 影响。SIMS 测量结果表明，Mg 原子浓度对其扩散 行为有强烈的影响，在 1018 cm-3 或更低的浓度范围 内，退火到 1100 ℃后，Mg 原子的分布没有改变。

在 1019 cm-3 或更高的浓度范围内，退火导致 Mg 原 子在 ［0001］ 方向上快速扩散，并在 GaN/封盖层 界面处形成 Mg 原子陷阱。2019 年，N．Dharmarasu 等人采用不同 C 掺杂浓度 nC的 GaN 缓冲层，在 标准 SiC 衬底上生长了 AlGaN/GaN 外延结构，并 研究了不同 nC对器件电学性能的影响。他们通过 调节不同的生长条件来调节 C 掺杂情况，并通过 SIMS 测量样品表面下方不同深度 D 对应的 nC，结 果如图 5 所示 ( 图中 1 mbar = 100 Pa) ，通过改变 GaN 缓冲层的生长条件，实现了浓度为3×1018 cm-3 的 C 掺杂。nC的提升使器件缓冲层泄漏电流和关态 击穿电压得到了显著改善，但电流崩塌也有所增加。

2020 年，Y． X． Zhang 等 人 结 合 SIMS 和 DLTS 两种测量技术，研究了MOCVD 生长的 GaN 层中铁 ( Fe) 原子的非故意掺杂来源。研究发现， 晶圆的溶液清洗过程会在生长界面引入显著的 Fe 污染，并缓慢地进入 GaN 外延层，从而导致 Fe 浓 度高达 1017 cm-3 。此外，在生长过程中，样品基座中的 Fe 杂质也会进入 GaN 外延层，形成导带底下 方 0. 57 eV 的缺陷能级。当采用替代的清洗工艺， 并且基座表面被衬底完全覆盖时，Fe 掺杂水平可 以被显著地抑制两个数量级以上。同年，V． N． Popok 等人研究了 AlGaN 层厚度对 AlGaN/GaN 界面处 2DEG 性质的影响，结果表明，厚度小于 6～7 nm 的 AlGaN 层会明显受到表面氧化的影响， 其成分和晶格结构发生变化，导致界面极化场分布 不均匀性，进而影响了 2DEG 的浓度和迁移率。其 中，SIMS 的测量结果既证明了 AlGaN 层表面氧的 出现，又通过监控 Al 的浓度变化实现了对 AlGaN 层厚度的测量。 

1. 3 电学性质测量技术

GaN 外延片的电学参数主要包括载流子面密 度 ns、载流子迁移率 μ 以及方块电阻 Ｒ□，这些参 数直接决定了 HEMT 器件的输出性能，同时掌握 这些参数的测量技术对于 GaN 外延生长的反馈优 化也具有重要意义。霍尔效应测试仪可以对样品的 电学特性进行分析。 

E．C．H．Kyle 等人在 2014 年研究了 GaN 外延 层的 μ 对生长温度和穿透位错密度的依赖关系，通 过使用输运方程和电荷平衡方程拟合 μ 和 ns随温 度变化的霍尔测量结果，实现了对 GaN 薄膜质量 的定量表征。2015 年，J． Lehmann 等人研究了 外延工艺和氟 ( F) 基 Si3N4刻蚀对 GaN HEMT 的 2DEG 性能的影响，通过霍尔效应测量 Ｒ□、μ 和 ns，证明了位于 AlGaN/GaN 界面的 F 缺陷会导致 μ 和 ns的严重恶化，氯基刻蚀去除 F 致缺陷对 μ 的 提升有积极影响。此外，2 nm 厚的 AlN 间隔层还 可以有效提高 ns。2016 年，K．Prasertsuk等人在 蓝宝石衬底上生长了 N 极性 GaN/AlGaN/GaN 异质 结，并对其 2DEG 的性质进行了霍尔效应测量。在 室温下，该异质结的 ns和 μ 分别为 1. 4×1013 cm-2 和 1 250 cm2 /( V·s) 。异质结的迁移率随温度的降 低而单调增加，在 17 K 时达到 3 050 cm2 /( V·s) 的饱和值，如图 6 所示，而对于 GaN 外延层，在低温下电离杂质占主导地位，因此迁移率随着温度 的降低而降低。

2017 年，M． Horita 等人对低掺杂浓度的 n 型和 p 型 GaN 进行了霍尔效应测量。对于 n 型 GaN，其电子迁移率在高温和低温时分别受到光学 声子散射和电离杂质散射的影响。对于 p 型 GaN， 施主浓度为 3. 2×1016 cm-3 ，300 K 时的空穴迁移率 为 31 cm2 /( V·s) 。同年，I．Nifa 等人开发了一 个新的霍尔效应测量系统，对 AlGaN/AlN/GaN 异 质结 2DEG 的性质进行了测量，他们利用带有永磁 体的探针系统，实现了对 200 或 300 mm 晶圆的整 体测量，并能精确获取 ns和 μ 的信息。基于此系 统，他们在 2019 年对 Al0. 25Ga0. 75N/AlN/GaN 异质 结 2DEG 的输运性质进行了研究，通过对比常 开型器件在高偏压下的霍尔效应测量和经典 C-V 测 量结果，证明在 AlGaN 层上界面形成了导电通道， 致使 μ 发生退化。2020 年，D．G． Zhang 等人通 过提高 AlN 成核层表面平整度，在 SiC 衬底上实现 了厚度仅为 250 nm 的高质量 GaN 外延层，其 XＲD 测量结果显示 ( 0002) 和 ( 101 － 2) 面摇摆曲 线的 FWHM 分 别 为 81″ 和 209″，对 于 生 长 的 AlGaN/GaN 异质结构，通过霍尔测量得到其 2DEG 的室温迁移率高达 2 238 cm2 /( V·s) 。

GaN 外延层表面形貌、材料质量以及电学性 能的评估分析可以通过不同的技术手段实现，现将 本节介绍的几种常见的外延材料表征技术进行简要 总结，如表 1 所示。在 GaN 外延材料的表征实验 中，研究人员应综合考虑实验条件和实验目标，选 择合适的技术来开展研究。同时，不同技术的结合 也有助于获得更加真实可靠的结果，为接下来 GaN 外延材料的质量优化工作提供有力指导。

GaN 外延层质量的优劣直接关系到 HEMT 器 件的性能，各种表征技术实现了对外延层质量的多 角度测量和评估，如何抑制甚至避免缺陷和应力的 产生，优化外延层整体的材料质量和性能就成了研 究人员需要考虑的问题。在薄膜生长过程中，腔内 温度和压强等基本参数会影响外延层的性质， 此外，原子掺杂和堆垛方案不同也会对外延层的材 料质量和电学性能产生影响。通过对以上条件 的优化，高质量或满足特殊器件性能需求的外延层 将得以实现。

2 GaN HEMT 外延材料表征技术发展趋势    

不论是科学研究还是工厂生产，外延材料的质 量表征都是不可或缺的一个环节。随着 GaN HEMT 行业应用场景的拓展，人们对器件性能的需求进一 步提升，对外延材料质量的要求也越来越高，表征 技术也随之不断发展。从各种表征技术自身能力开 发层面看，提升仪器设备探测的可靠性、精度和极 限，依然是未来的发展趋势，例如，继续提升 PL 或显微拉曼光谱的横向和纵向分辨能力，提升 SIMS 对不同离子浓度的探测灵敏度等。此外，实现不同表征技术的集成，提高表征效率，也是设 备开发人员关注的方向。从大规模产业化层面看， 基于光学方法的无损伤检测技术对环境要求较低， 表征效率更高，更适合应用于生产线，是实现 GaN 外延材料质量控制、成本节约以及工艺改进的重要手段。未来还可以扩展材料生长过程中原位表征技 术的种类，开发计算机分析程序或软件，实现表征 结果反馈和生长参数调节的智能化。

3 结语          

     GaN 基高频率、大功率的电子器件在移动通 信和电力电子等领域具有重要应用，以 MOCVD 为 主的 GaN 异质衬底外延是当前的主流制备技术。 高质量的外延层是实现 GaN HEMT 器件应用的关 键基础，因此，外延层的质量评估和优化，受到了 国内外研究人员的高度重视。经过多年的研究和发 展，具有高空间分辨率的 AFM、SEM 和 TEM 技 术，基于光谱和质谱探测的 PL、CL、显微拉曼光 谱、XＲD、DLTS、DLOS 和 SIMS 技术，以及基于 霍尔效应的电学测量技术等，被广泛应用于 GaN 外延层的表面形貌和厚度表征、缺陷和应力探测、 电学参数测量等多角度的质量评估实验领域。随着 GaN HEMT 器件应用场景的不断拓展，对器件性能 指标的需求也在不断提高，深入理解和掌握这些表 征技术的原理及应用，对于提升外延层质量评估的 效率和精度，指导外延层的优化设计具有重要 意义。

审核编辑：汤梓红