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钝化与场板结构对AlGaN_GaN HEMT电流崩塌的影响

第28卷 第1期2007年1月

半 导 体 学 报

C HIN ES E J OU RNAL O F S EM ICON

D U C TO RS

Vol.28 No.1

J an.,2007

3国家重大基础研究发展计划(批准号:2002CB3119,513270407),国防科技重点实验室基金(批准号:51432030204D Z0101, 51433040105D Z0102)资助项目

通信作者.Email:cool maer@http://www.doczj.com/doc/cd194d93168884868762d6ee.html

 2006207225收到,2006208204

钝化与场板结构对AlGaN_GaN HEMT电流崩塌的影响

定稿2007中国电子学会

钝化与场板结构对Al G a N/G a N HEMT

电流崩塌的影响3

马香柏  张进城 郭亮良 冯 倩 郝 跃

(西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室,西安 710071)

摘要:由于Al G aN/GaN H EM T的几何结构以及很强的极化效应, 漏区域的电场很大,以至于电子可以从 隧穿到Al G aN表面.隧穿的电子在表面累积,导致 下耗尽区的电子向漏端延伸,从而引起漏极电流的下降.文中采用应力测试方法,研究了未钝化、钝化以及场板三种结构的Al GaN/G aN H EM T的电流崩塌程度.实验结果表明,钝化隔断了电子从 隧穿到Al G aN表面的通道,场板结构能够有效降低 边缘电场,均减少了电子从 隧穿到表面陷阱的几率,从而使虚 的作用减弱,有效地抑制了电流崩塌效应.

关键词:电流崩塌;钝化;场板结构

PACC:7280E;7360L;7220J

中图分类号:TN386   文献标识码:A   文章编号:025324177(2007)0120073205

1 引言

Al GaN/GaN异质结构有很大的导带偏移,而且在异质界面附近产生很强的自发极化和压电极化,感生出很强的界面电荷和电场,积聚起高密度的二维电子气.这种二维电子气可以由不掺杂势垒层中的电子转移来产生,这种分离减少了母体对电子的库仑作用,消除了电离散射中心的影响,提高了电子迁移率.GaN材料的这些特点决定了Al GaN/ GaN H EM T具有优异的微波功率特性,目前Al2 GaN/GaN H EM T的最大输出漏电流达到211A/ mm[1],器件最大跨导达到525mS/mm,击穿电压在600V以上[2],SiC衬底上,4GHz微波功率达到了136W[3].

虽然Al GaN/GaN H EM T表现出了良好的微波功率特性,但是电流崩塌效应仍然是限制其广泛应用的主要困难.大量文献报道,对器件施加大的 漏电压,器件直流特性明显退化,出现电流崩塌现象[4~6].在大的 漏电压下, 漏之间产生大电场,电子从 隧穿到Al GaN表面,被 漏之间的表面态俘获,使耗尽区向漏端延伸,形成虚 ,从而减少了沟道的2DEG,导致器件出现电流崩塌[4].最近,利用FP(field2plated)场板结构[5]制成的 长1μm、源漏间距415μm的H EM T器件,在2GHz下的微波输出功率为10W/mm.FP H EM T器件微波功率特性的改善,主要是由于增加了击穿电压以及减少了 边缘的峰值电场[7],场板结构对电流崩塌的影响有待研究.

本文研究了钝化以及场板结构对电流崩塌的改善,通过对未钝化、钝化以及场板这三种不同结构的器件施加直流应力,比较它们的电流退化程度,说明钝化以及场板结构能够有效地减少 边缘电场,减少了注入到表面态的泄漏电流,从而有效地抑制了电流崩塌.并采用A TL AS2SIL VACO模拟未钝化以及场板结构的 极边缘电场分布图,说明了大的 漏电场导致填充表面态的电子数增加仍然是电流崩塌的重要原因.

2 器
件结构与工艺

2 器件结构与工艺

实验中所采用的Al GaN/GaN异质结材料样片是利用MOCVD制备的.衬底为(0001)面单面抛光蓝宝石.先在520℃下生长厚度约为30nm的GaN 成核层,接着在高温下依次生长厚度约为1μm的GaN缓冲层,8nm厚的未掺杂Al GaN层以及16nm 厚的Si掺杂Al GaN层,其中Si掺杂浓度为110×1018~210×1018cm-3.测量得到的Al G aN层的Al组分为27%,Hall效应测量显示室温下该材料的方块电阻为312Ω/□,电子迁移率为1234cm2/(V・s),

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