AlGaN-GaN HEMT的研制.pdf

1、氮化鎵(GaN)是直接帶隙材料，適合制備光電器件；化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在室溫下不溶于水、酸和堿；熔點(diǎn)較高(約1700℃)、禁帶寬度大(3.4eV)，適宜制備高溫、抗輻射器件；電子峰值速度高(室溫下2.5×107cm/s，750K時(shí)為2.0×107cm/s)，可獲得高的截止頻率，實(shí)現(xiàn)高性能的電子器件；GaN和AlGaN都存在極化效應(yīng)。 制備AlGaN/GaNHEMT包括材料生長(zhǎng)和器件制備兩部分。 常用的生長(zhǎng)GaN和AlGaN

2、的方法有金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)和分子束外延(MBE)。用作材料生長(zhǎng)的襯底材料有藍(lán)寶石、SiC和Si等，其中藍(lán)寶石和Si的價(jià)格較低，SiC的熱導(dǎo)率最好，可用來(lái)制備高性能的功率器件。襯底之上生長(zhǎng)的HEMT基本層結(jié)構(gòu)由緩沖層、GaN溝道層、本征AlGaN隔離層和摻雜AlGaN層組成。為提高器件的擊穿特性，降低柵漏電流，還可在摻雜AlGaN層之上再生長(zhǎng)帽層，材料可以是非摻雜的GaN或AlGaN。 在層結(jié)構(gòu)之上應(yīng)用光刻、電子

3、束蒸發(fā)、剝離和退火等工藝形成歐姆接觸和肖特基接觸，通過(guò)反應(yīng)離子束刻蝕(RIE)隔離出源、柵、漏區(qū)。 HEMT的工作原理是通過(guò)柵極下面的肖特基(Schottky)勢(shì)壘來(lái)控制AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中的二維電子氣(2DEG)的濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制。因此HEMT的關(guān)鍵部分是摻雜層和溝道層間的異質(zhì)結(jié)。異質(zhì)結(jié)處的勢(shì)阱將電子限制在二維平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并使其遠(yuǎn)離施主雜質(zhì)，從而降低了雜質(zhì)散射的影響，實(shí)現(xiàn)高電子遷移速度。2DEG中的電子主要有三個(gè)來(lái)

4、源：(1)從摻雜AlGaN/GaN層轉(zhuǎn)移的電子；(2)GaN溝道雜質(zhì)的貢獻(xiàn)；(3)由極化效應(yīng)誘生的上述來(lái)源的電子。 制備出的AlGaN/GaNHEMT在室溫時(shí)，有良好的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性。VG=0V時(shí)，單位柵寬的飽和漏極電流分別為0.255A/mm(21℃)和0.321A/mm(-40℃)；21℃、VDs=4V時(shí)，單位柵寬的最大跨導(dǎo)為140.25mS/mm。VDs=15V，VGs=-1V時(shí)，器件的截止頻率fT和最大振蕩頻率fma