透明栅AlGaN/GaN HEMT器件制备及特性分析

摘要

第三代半导体材料GaN具有禁带宽度大、热导率高、击穿电压大、迁移率高、电子饱和速度大等优良特点。所以AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)在高温、高频、大功率半导体器件以及高亮度发光二极管、高性能紫外探测器等领域有着广泛的应用前景。透明导电氧化物薄膜材料因具有大的载流子浓度和光学禁带宽度而表现出优良的光电特性。本文对利用透明栅材料AZO(Al-doped ZincOxide)制作的透明栅结构AlGaN/GaN HEMT器件进行了研究。
　　 论文首先分析了AlGaN/GaN的材料结构，并对HEMT器件的基本工作机理进行了介绍。在原理分析的基础上完成了透明材料AZO做栅的HEMT器件的制备，并对其进行了肖特基特性和直流特性分析。在透明材料AZO生长之前通过电子束蒸发淀积一层薄Ni(约10nm)，可以有效地减小栅泄漏电流，提高肖特基势垒高度，改善肖特基特性，并且器件有着更大的饱和电流。
　　 本文还研究了快速热退火、紫外光照以及电应力对透明栅HEMT器件的影响。研究表明，低温退火可以显著改善器件肖特基栅特性，尤其以300℃退火最为明显，而400℃退火会导致器件特性严重退化。紫外光照致使器件结构中的陷阱所俘获的电子得到释放，并且产生光生载流子，导致电流增大，但是光照撤除后特性不能完全恢复。器件在开态应力下，沟道中热电子向势垒层和缓冲层跃迁被其中的陷阱所俘获致使沟道二维电子气(2DEG)的耗尽，导通电阻增大，从而导致器件饱和电流和峰值跨导的减小，以及漏端漏电的增大；而在关态应力下，部分从栅极注入的电子进入到沟道当中，使得沟道中2DEG浓度增大，相当于减小了导通电阻，从而导致器件饱和电流和跨导增大，阈值电压负漂。