P-GaN栅结构GaN基HEMT器件研究进展

增强型氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor, HEMT)是高频高功率器件与开关器件领域的研究热点,P-GaN栅技术因具备制备工艺简单、可控且工艺重复性好等优势而成为目前最常用且唯一实现商用的GaN基增强型器件制备方法。首先,概述了当前制约P-GaN栅结构GaN基HEMT器件发展的首要问题,从器件结构与器件制备工艺这2个角度,综述了其性能优化举措方面的最新研究进展。然后,通过对研究进展的分析,总结了当前研究工作面临的挑战以及解决方法。最后,对未来的发展前景、发展方向进行了展望。     

AlGaN/GaN HEMT研制及特性分析

以蓝宝石为衬底研制出栅长1μm AlGaN/GaN HEMT．在室温下,测试该器件显示出良好的输出特性和肖特基伏安特性,最大跨导160mS/mm,栅压1V下饱和电流720mA/mm,击穿电压大于50V．分析了几个关键工艺对器件特性的影响,指出较大的欧姆接触电阻(3.19Ω·mm)限制了器件性能进一步提高,需提高肖特基接触的势垒高度．     

AlGaN/GaN HEMT在N2中高温退火研究

通过N2气氛中对蓝宝石衬底AlGaN／GaN HEMT在200～600℃退火1min和5min的多批实验,研究了在不同温度和时间退火冷却后器件直流参数的变化．对器件欧姆接触和肖特基接触在高温退火前后的特性进行了对比分析．确定出了最有利于高电子迁移率晶体管特性提高的退火温度为500℃．退火时间为5min．该条件退火后高电子迁移率晶体管最大跨导提高8．9%．肖特基栅反向漏电流减小2个数量级．阈值电压绝对值减小．退火后肖特基势垒高度提高．在减小栅泄漏电流的同时对沟道电子也有耗尽作用．这是饱和电流和阈值电压变化的主要原因．采用扫描电子显微镜观察肖特基退火后的形貌，500℃未发现明显变化．600℃有起泡现象．     

AlGaN/GaN HEMT热形貌分布特性仿真

该文从泊松方程、连续性方程和晶格热方程出发,采用商用TCAD软件建立A1GaN/GaNHEMT器件二维模型.针对自加热效应,在不同的直流偏置电压下,对AlGaN/GaN HEMT器件进行了二维数值分析,获得相应的热形貌分布.     

AlGaN/GaN HEMTs表面钝化抑制电流崩塌的机理研究

通过实验测量对AlGaN/GaN HEMT表面钝化抑制电流崩塌的机理进行了深入研究.AlGaN/GaN HEMT Si3N4钝化层使用PECVD获得.文章综合考虑了钝化前后器件输出特性及泄漏电流的变化,钝化后直流电流崩塌明显减少,仍然存在小的崩塌是由于GaN缓冲层中的陷阱对电子的捕获.传输线模型测量表明,钝化后电流的增加是由于钝化消除了表面态密度进而增加了沟道载流子密度.     

双AlN插入层法在Si图形衬底上进行AlGaN/GaN HEMT的MOCVD生长

双AlN插入层方法被用来在Si（111）图形衬底上进行AlGaN/GaN高迁移率晶体管（HEMT）的金属有机物化学气相沉积（MOCVD）外延生长。Si图形衬底采用SiO2掩膜和湿法腐蚀（无掩膜）两种方法进行制备。高温生长双AlN插入层用来释放GaN外延层和Si衬底之间由于晶格失配和热失配而产生的张应力。AlGaN/GaN HEMT的生长特性被讨论和分析。在使用优化的双AlN插入层之前,可以在图形[1-100]方向观察到比[11-20]方向更多的由于应力而引起的裂纹。这是由于GaN在（1-100）面比（11-20）更稳定。建议在图形设计中,长边应沿着[11-20]方向进行制备。拉曼测试显示在图形凹角处比凸角处有更大的拉曼频移,证明在图形凹角处有更大的张应力。     

氧化铝增强的PdSe2/Si异质结光电探测器

为了降低暗电流,通过原子层沉积(ALD)生长了一层氧化铝(Al₂O₃)隧穿层,制备了PdSe₂/Al₂O₃/Si异质结光电探测器.通过优化Al₂O₃层的厚度,使得该探测器实现了高速和宽光谱响应.研究结果表明,在波长为808 nm的光照射和-2 V偏压下,所制备的光电探测器与未生长Al₂O₃的器件相比,暗电流降低了约3个数量级,器件的光响应度达到了约为0.31 A/W,对应的比探测率约为2.5×10¹² Jones,器件在零偏压下表现出明显的自驱动效应.经过循环测试1 200次后,器件保持良好的光响应.器件响应的上升时间和下降时间分别为7.1和15.6μs.结果表明,在二维层状半导体材料与Si之间引入Al₂O₃隧穿层,可以有效地降低器件的暗电流,有利于高性能的Si基光电探测器的制备.