A1GaN／GaN双异质结F注入增强型高电子.PDF

物理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．65，No．3(2016) 038501 A1GaN／GaN双异质结F注入增强型高电子 迁移率晶体管冰 t 赵梦荻 裴九清 何云龙 李祥东 郑雪峰 毛维 马晓华 张进成 郝跃 (西安电子科技大学微电子学院，宽禁带半导体材料与器件重点实验室，西安 710071) ’ (2015年8月10日收到；2015年l1月20日收到修改稿) 理论模拟了不同GaN沟道厚度的双异质结 (AlGaN／GaN／AlGaN／GaN)材料对高电子迁移率晶体管 (HEMT)特性的影响，并模拟了不同F注入剂量下用该材料制作的增强型器件的特性差异．采用双异质结材 料，结合F注入工艺成功地研制出了较高正向阈值电压的增强型HEMT器件．实验研究了三种 GaN沟道厚 度制作的增强型器件直流特性的差异，与模拟结果进行了对比验证．采用降低的F注入等离子体功率，减小 了等离子体处理工艺对器件沟道迁移率的损伤，研制出的器件未经高温退火即实现了较高的跨导和饱和 电流 特性．对 14nmGaN沟道厚度的器件进行了阈值 电压温度稳定性和栅泄漏 电流的比较研究，并且分析了双异 质结器件的漏致势垒降低效应． 关键词：双异质结，增强型器件，F等离子体，漏致势垒降低效应 PACS：85．30：Tv，73．40．一C，85．35．Be DOI：10．7498／aps．65．038501 功实现了GaN基增强型HEMT．降低的F离子注 1 引 言 入功率和剂量，一定程度上降低了等离子体损伤和 F离子稳定性对器件的影响，而双异质结构的采用 近年来，基于A1GaN／GaN异质结的高电子迁 提高了器件的正向阈值 电压．关于双异质结构结合 移率晶体管fHEMT)在功率器件、微波器件 以及 低损伤F处理工艺制作增强型GaN器件的研究报 GaN数字电路等领域得到了良好的发展 [1I2】．功 道较少，本文通过模拟和实验研究分析了不同GaN 率器件需要采用增强型器件，GaN数字电路也需 沟道厚度对增强型器件特性的影响，并对研制出的 要增强型器件和耗尽型器件结合组成逻辑 电路， 器件进行了高温退火阈值 电压稳定性和漏致势垒 增强型AIGaN／GaNHEMT的研究越来越受到研 降低 (DIBL)效应研究． 究者的关注 [3】_采用槽栅制作增强型A1GaN／GaN HEMT[4]．由于工艺重复性的问题限制了该技术的 2 实 验 发展．采用在势垒层或栅介质层进行F离子注入成 功研制了增强型A1GaN／GaNHEMT5【，61．双异质 双异质结AlGaN／GaN／AlGaN／GaN材料结 结结构能提高二维电子气 (2DEG)的限域性 [7—9l， 构是通过低压金属氧化物化学气相沉积设备在 有利于实现栅对沟道的控制，成为制作增强型器件 (0001)面蓝宝石衬底上异质外延生长得到．其材 的一种 良好的材料结构选择．本文采用降低功率的 料层结构(从衬底向表面)如下：200am高NA1N F等离子体注入工艺与双异质结材料结构结合，成 层；670ilm未掺杂GaN层；950amA1GaN层，Al 国家自然科学基金 (批准号61574112资助的课题． t通信作者．E-maihwangchong1978lO@hotmail．com @2016中国物理学会ChinesePhysicalSociety