局部帽层耐压结构AlGaN/GaN HEMT优化设计

来源 :第一届全国宽禁带半导体学术及应用技术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dengpengfei
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目前,AlGaN/GaN HEMT作为大功率器件,其功率特性一直是研究的重点.而击穿电压是制约AlGaN/GaN HEMT在高功率高耐压电路应用中的关键参数.RESURF技术首次被Shreepad Karmalkar等人引入GaN HEMT器件,通过对器件的缓冲层进行掺杂,缓冲层和沟道互相耗尽,从而提高了器件的击穿电压.但是GaN掺杂一直是一个难题,这一技术并未得到普遍使用.Yasuhiro Uemoto等人将源场板、栅场板和漏场板相结合,并采用AlN钝化技术,使得AlGaN/GaN HEMT器件的击穿电压达到了8300V.但是场板结构引入了较大的寄生电容,使得器件频率特性退化.本文提出了一种具有局部帽层结构的GaN HEMT能够在不牺牲器件可靠性的基础上提升耐压能力。该结构通过调制沟道电场方法来提高器件的耐压能力,极大的发挥了GaN材料的优势。本文提出的局部帽层结构添加在栅漏之间的AlGaN势垒层之上。该局部帽层结构的材料存在极化效应,且极化强度小于AlGaN势垒层。局部帽层的上层表面处的极化电荷会被钝化层所屏蔽,在帽层与AlGaN势垒层之间界面会存在净剩余的正的极化电荷,由于电中性条件减少了AlGaN势垒层与GaN缓冲层界面的极化束缚电荷,从而减少了帽层下方导电沟道局部区域的二维电子气浓度,耗尽了部分沟道中的二维电子气,形成LDD(low density drain)结构,使AlGaN/GaN HEMT器件在承受耐压时,电场更加均匀,提升了器件的耐压能力。本文利用Silvaco TCAD仿真软件,通过分析器件沟道处的二维电子气浓度和电场分布以及器件的击穿电压来说明局部帽层对氮化镓异质结场效应晶体管击穿特性的改善机理。
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