耿立新 ,赵红东 ,任星霖 ,韩铁成 ,刘 赫

(1.河北工业大学 电子信息工程学院,天津 300401;2.天津金沃能源科技股份有限公司,天津 300382)

晶格匹配的InAlN/GaN 异质结作为GaN 基高电子迁移率晶体管(HEMT) 器件的主要结构,因具有较强的自发极化效应,在高温、高频、高功率等领域得到广泛关注[1-6]。特别是在高温条件下,由于外部环境温度的升高以及器件本身的自热效应,传统的InAlN/GaN HEMT 器件仍然存在阈值电压漂移、饱和输出电流降低、器件关断困难等问题,这严重影响了器件的性能。因此,寻找提高InAlN/GaN HEMT 器件热稳定性的方法具有重要意义。

纤锌矿结构的BGaN 材料具有较小的晶格常数[7-9],因压电极化效应在GaN/BGaN 异质结界面产生大量负极化电荷,可充当背势垒结构,从而阻止沟道电子溢出至缓冲层,提高器件的关断速度,抑制短沟道效应[10-11]。与此同时,BGaN 材料作为背势垒结构有利于传统的AlGaN/GaN HEMT 器件在高温条件下的应用[12]。但目前关于BGaN 材料对InAlN/GaN HEMT 器件的高温性能影响未见相关报道。因此,本文应用ATLAS 二维仿真软件设计了InAlN/GaN/BGaN 异质结HEMT 器件,并首次研究了该器件在高温条件下的直流性能。为了更好地说明该器件的优势,同时模拟了传统的InAlN/GaN HEMT 器件作为对比[13]。

1 器件结构及仿真介绍

两器件横截面结构如图1 所示。图1 (a) 表示传统的InAlN/GaN HEMT 器件,图1(b) 为带有BGaN缓冲层结构的InAlN/GaN/BGaN HEMT 器件。其中,InAlN/GaN HEMT 器件包含2 μm 半绝缘GaN 缓冲层、1 nm AlN 插入层、8 nm In0.17Al0.83N 势垒层以及130 nm SiN 钝化层。将InAlN/GaN HEMT 中的GaN 缓冲层替换为1 μm B0.015Ga0.985N 缓冲层和30 nm GaN 沟道层即得到InAlN/GaN/BGaN HEMT 器件,两器件均采用SiC 材料作衬底。栅长为70 nm 且位于源漏两电极中间的T 型栅极采用肖特基接触,源极和漏极定义为欧姆接触。……