郭海君 段宝兴 袁嵩 谢慎隆 杨银堂

(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)

具有部分本征GaN帽层新型A lGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性分析∗

郭海君 段宝兴†袁嵩 谢慎隆 杨银堂

(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)

(2017年4月11日收到;2017年6月5日收到修改稿)

为了优化传统A lGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,HEMTs)器件的表面电场,提高击穿电压,本文提出了一种具有部分本征GaN帽层的新型A lGaN/GaN HEMTs器件结构.新型结构通过在A lGaN势垒层顶部、栅电极到漏电极的漂移区之间引入部分本征GaN帽层,由于本征GaN帽层和A lGaN势垒层界面处的极化效应,降低了沟道二维电子气(two dimensional electron gas,2DEG)的浓度,形成了栅边缘低浓度2DEG区域,使得沟道2DEG浓度分区,由均匀分布变为阶梯分布.通过调制沟道2DEG的浓度分布,从而调制了A lGaN/GaN HEMTs器件的表面电场.利用电场调制效应,产生了新的电场峰,且有效降低了栅边缘的高峰电场,A lGaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布更加均匀.利用ISE-TCAD软件仿真分析得出:通过设计一定厚度和长度的本征GaN帽层,A lGaN/GaN HEMTs器件的击穿电压从传统结构的427 V提高到新型结构的960 V.由于沟道2DEG浓度减小,沟道电阻增加,使得新型A lGaN/GaN HEMTs器件的最大输出电流减小了9.2%,截止频率几乎保持不变,而最大振荡频率提高了12%.

高电子迁移率晶体管,电场调制,二维电子气,击穿电压

1 引 言

以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料是继以硅(Si)为代表的第一代元素半导体材料和以砷……