高温AlN插入层对AlGaN/GaN异质结材料和HEMTs器件电学特性的影响

摘要

研究了在GaN缓冲层中插入40 nm厚高温AlN层的GaN外延层和AlGaN/GaN异质结材料, AlN插入层可以增加GaN层的面内压应力并提高AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)的电学特性. 在精确测量布拉格衍射角的基础上定量计算了压应力的大小. 增加的压应力一方面通过增强GaN层的压电极化电场, 提高了AlGaN/GaN异质结二维电子气(2DEG)面密度, 另一方面使AlGaN势垒层对2DEG面密度产生的两方面影响相互抵消. 同时, 这种AlN插入层的采用降低了GaN与AlGaN层之间的晶格失配, 改善了AlGaN/GaN异质结界面特性, 有利于减弱界面粗糙度散射, 提高2DEG迁移率. 利用这种插入层结构的AlGaN/GaN异质结材料研制了栅长为1 μm的HEMTs器件, 其最大漏电流和最大跨导比常规HEMTs器件分别提高了42%和20%.