刘劭璠 张明兰

摘 要：二维电子气（2DEG）特性决定了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）性能。为了提高器件的2DEG密度、迁移率和漏电流，本文采用AlGaN和GaN之间引入一层薄的AlN间隔层的方法。使用Silvaco仿真工具模拟了不同AlN间隔层厚度对载流子浓度、迁移率和量子阱深度的影响。器件仿真结果表明：在HEMT器件中插入薄AlN间隔层可以增加载流子浓度和迁移率，并加大了导带不连续性。另外，器件的电子迁移率在AlN厚度为0.2nm时取得最大值，而载流子浓度和漏电流随AlN层厚度增加而持续上升。

关键词：HEMT；间隔层；迁移率；载流子浓度；仿真

中图分类号：TN323.3 文献标识码：A

Abstract：Two-dimensional electron gas（2DEG） property is crucial for performance of AlGaN/GaN high electron mobility transistor （HEMT）.Introduction of AlN spacer layer in between AlGaN and GaN layer is one of the way to improve 2DEG density，mobility，and drain current. Carrier concentration， mobility and quantum well depth for different AlN spacer thickness was simulated by using Silvaco simulation tool.Our device simulations showed that carrier concentration，mobility are enhanced on introduction of AlN spacer layer in HEMT.In addition，our simulation showed that the mobility of 2DEG attains maximum value at the 0.2nm thick AlN layer but carrier concentration and drain current increase with spacer thickness.

Key words：HEMT；Spacer layer；mobility；carreier concentration；simulation

EEACC：2560

1 引言

基于GaN的高電子迁移率晶体管（HEMTs）具有宽禁带（3.4eV）、高击穿电场（约3V/cm）和很强的自发极化和压电极化等优点，氮化物材料优秀的基础物理性质使它在高频率、高功率微波应用方面引人注目。为了提高高功率开关器件的性能，获得低导通电阻，需要提高载流子浓度和迁移率的乘积。而对于AlGaN/GaN HEMT器件来说，在AlGaN和GaN之间的大导带不连续性，包括自发极化和压电极化的极化的存在形成一个三角势阱，限制了二维方向上的AlGaN/GaN界面高密度电子（1013cm-2量级）。

这些年来，为了提高载流子浓度和迁移率的乘积，出现了很多办法。对AlGaN势垒层进行Si掺杂是增加沟道中薄膜电子密度的有效方法。但是许多实验小组表示由于Si掺杂造成的电荷增加低于总电荷的25%。所以通过对AlGaN势垒层进行Si掺杂增加薄膜电子密度中的电势是有限的。另一中更有效的增加薄膜电子密度的方法是提高AlGaN势垒层中Al的含量，势垒中的Al含量越高，自发极化和压电极化就越强，于是感应得到更高的薄膜电子密度。……