AlGaN/GaN HEMT逆压电效应模型及抑制技术的研究

摘要

传统的微波功率器件(例如Si，Ge)已经到达其性能极限，为了应用于未来无线通信以及航空航天等领域，宽禁带半导体诸如GaN、SiC 越来越受到科研人员的关注。AlGaN/GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)可以克服宽禁带半导体低电子迁移率的缺点，特别适合于高频高功率应用。
　　 AlGaN/GaN 异质结由于自发极化效应和压电极化效应在界面处产生高浓度的二维电子气(2DEG)，与此同时，逆压电效应对2DEG 也会产生影响。
　　 首先，在文中提出了一种逆压电效应模型(即电致耦合模型)来计算2DEG，在计算过程中考虑到弛豫度与附加电场对材料压电极化效应的影响，结果发现压电极化电荷密度低于传统利用压电模量方法的计算值，当Al组分0.30 x ?时，两种模型的计算值相差7.17[％]，由此可见，当电场作用于材料时，材料产生逆压电效应，导致压电极化电荷密度降低。其次，抑制逆压电效应，降低HEMT 器件的电流崩塌量并提高器件的击穿电压，这对于提高GaN 器件的工作性能具有重要意义。通过在器件研制过程中采用源漏凹槽结构来改变器件内电场分布，从而提高器件工作特性。实验结果初步表明，采用源漏凹槽结构不仅可以降低源漏间电阻，且对于器件击穿特性的影响如下：源、漏以及源漏三种凹槽结构中，源漏凹槽结构有利于提高器件栅漏击穿电压，在80V 电压下栅极漏电流密度比源凹槽结构低5.06×10-4A/mm ；源凹槽结构有利于提高栅源击穿电压，在80V 电压下栅极漏电流密度比漏凹槽结构低11.71×10-4A/mm。源漏凹槽结构在抑制电流崩塌方面要优于另外两种凹槽结构，电流崩塌量比未采用凹槽结构的器件低5.5[％]。综上可知，源漏凹槽结构可以抑制逆压电效应，减小电流崩塌量并提高器件的击穿电压，这对于提高器件的工作特性具有重要意义。