AlGaN-AIN-GaN異質(zhì)結(jié)肖特基接觸特性研究.pdf

1、作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，GaN基材料由于具有禁帶寬度大、擊穿電場強、飽和電子漂移速度大及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點，在高溫、高壓、微波、大功率器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其中，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFET)是新型的微波功率器件，與傳統(tǒng)微波器件相比，具有高跨導(dǎo)、高擊穿電壓、高截止頻率等優(yōu)良特性，將是下一代無線通信系統(tǒng)功率放大器的核心元件。
　　 自1993年世界上第一支AlGaN/GaNHFET問世以來，對

2、于AlGaN/GaNHFET的研究已經(jīng)獲得了長足的進步。目前最新型的AlGaN/GaNHFET在AlGaN/GaN異質(zhì)界面處有一層薄的AlN插層。AlN插層可以抑制三角形勢阱內(nèi)的二維電子氣(2DEG)向AlGaN勢壘層擴散，以及減少2DEG傳輸過程中受到的合金散射。然而AlGaN/GaNHFET器件仍然存在著一些未解決的問題，例如高頻條件下器件出現(xiàn)的電流崩塌效應(yīng)，器件在高溫環(huán)境下工作的可靠性問題等。這些問題阻礙了AlGaN/GaNHFE

3、T功率器件的大規(guī)模商用進程。本論文正是以這些問題為出發(fā)點，進行了如下幾方面的研究:
　　 1.AlGaN/AlN/GaN肖特基勢壘二極管(SBD)2DEG電子遷移率研究。提出了一種計算AlGaN/AlN/GaN肖特基勢壘二極管肖特基接觸下串聯(lián)電阻的方法功耗法，并證明了這種方法的有效性。根據(jù)功耗法，利用實驗測得的電流-電壓(I-V)曲線和電容-電壓(C-V)曲線計算了AlGaN/AlN/GaN肖特基勢壘二極管肖特基接觸下串聯(lián)電阻及

4、2DEG電子遷移率。計算結(jié)果表明，肖特基接觸下串聯(lián)電阻是肖特基勢壘二極管總電阻的重要組成部分，是不能忽略不計的。
　　 2.肖特基漏AlGaN/AlN/GaNHFETAlGaN勢壘層應(yīng)變研究。在AlGaN/AlN/GaN異質(zhì)結(jié)材料上制備了一系列柵極接觸面積不同的肖特基漏HFETs，以及對應(yīng)的相同尺寸的傳統(tǒng)HFETs作為對照。我們根據(jù)功耗法計算了肖特基漏AlGaN/AlN/GaNHFETs漏端串聯(lián)電阻及柵漏間溝道2DEG電子遷移率

5、，并與對照組的計算結(jié)果作比較。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)AlGaN/AlN/GaNHFETs相比，肖特基漏AlGaN/AlN/GaNHFETs具有更小的漏端串聯(lián)電阻，更高的柵漏間溝道2DEG電子遷移率。其原因在于當高溫快速退火使歐姆接觸形成時，金屬原子會發(fā)生明顯的橫向擴散，大量的金屬原子進入AlGaN勢壘層，導(dǎo)致柵漏間AlGaN層的應(yīng)變不均勻，產(chǎn)生很強的極化梯度庫侖場散射。肖特基漏AlGaN/AlN/GaNHFETs漏端接觸的形成未經(jīng)過退火，沒有

6、發(fā)生金屬原子的橫向擴散。與歐姆接觸相比對柵漏間AlGaN勢壘層應(yīng)變影響程度降低，器件柵漏間的極化梯度庫侖場散射隨之降低。
　　 3.AlGaN/AlN/GaN異質(zhì)結(jié)界面陷阱態(tài)研究。根據(jù)AlGaN/AlN/GaN異質(zhì)結(jié)材料的等效物理模型，結(jié)合測得的電流-電壓曲線、電容-電壓曲線及電導(dǎo)-電壓(G-V)曲線，計算了不同歐姆接觸電阻率的AlGaN/AlN/GaN異質(zhì)結(jié)材料器件的界面陷阱態(tài)密度、時間常數(shù)及陷阱態(tài)能級等表征界面陷阱態(tài)信息的參