AlGaN/GaN HEMT电流崩塌研究

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GaN基材料具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿电场高、热导率高等特点,是制备高温微波功率器件的理想材料。AlGaN/GaN高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)受到国内外研究机构的广泛关注,材料和器件性能得到显著提高。目前,可靠性成为制约AlGaN/GaNHEMT进一步发展的瓶颈,电流崩塌效应是影响器件可靠性的主要因素之一。为了提高AlGaN/GaN HEMT的可靠性,有必要开展电流崩塌效应的研究。本论文对AlGaN/GaN HEMT短期直流应力下的电流崩塌现象进行了研究。主要研究工作及成果如下:  一、AlGaN/GaN/InGaN/GaN HEMT研制  采用蓝宝石衬底AlGaN/GaN/InGaN/GaN HEMT结构材料,在我们自己的工艺线上进行流片,研制出的器件栅长为3μm,栅宽为100μm。器件的阈值电压约为-3.5 V,在栅压为0V时的直流输出饱和电流密度为226mA/mm。研制的器件主要用于后续的电流崩塌实验研究。  二、AlGaN/GaN HEMT的电流崩塌效应  研究了AlGaN/GaN HEMT器件在短期直流应力下的电流崩塌现象。研究结果表明,应力越大电流崩塌现象越明显,应力时间越长电流崩塌现象越明显,电流崩塌现象与器件中存在的缺陷有着密切的关系;钝化可以通过抑制虚栅效应,抑制电流崩塌;场板结构可以改变电场分布,降低栅边沿处的电场强度,抑制电流崩塌;光照可以使短期直流应力引起的电流崩塌迅速恢复。  三、AlGaN/GaN/InGaN/GaNHEMT的电流崩塌效应  研究了AlGaN/GaN/InGaN/GaN HEMT在短期直流应力下的电流崩塌现象,并且与不带InGaN背势垒结构的AlGaN/GaN HEMT的电流崩塌现象进行了对比。通过对实验结果进行分析,得到了表面态是影响AlGaN/GaNHEMT短期直流应力下电流崩塌的主要因素,表面态俘获电子,形成虚栅,从而导致电流崩塌,引起器件性能下降。  四、AlGaN/GaN异质结带阶研究  采用XPS对AlGaN/GaN异质结的带阶进行了研究,得到了AlGaN/GaN异质结的带阶类型。对样品进行测试分析得到,Al0.17Ga0.83N/GaN的价带带阶为0.13±0.07 eV,导带带阶为0.22±0.07 eV,Al0.17Ga0.83N/GaN异质结的类型为I型。
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