含有InGaN的GaN增强型HEMT与双极型器件研究-微电子学与固体电子学专业论文.docxVIP

Study on GaN-based Enhencement-mode HEMTs and Bipolar Devices with InGaN A Dissertation Submitted to Xidian University in Candidacy for the Degree of Master in Microelectronics and Solid-State Electronics By Sun Wenhao Xi’an, P. R. China January 2014 西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新性）声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机 构的学位或研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了 明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 日期 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校 后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容， 可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位 论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 (必威体育官网网址的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于必威体育官网网址在 年解密后适用本授权书。 本人签名： 日期 导师签名： 日期 摘 要 I 摘 要 GaN 基半导体材料与器件由于具有击穿场强高、电子迁移率高、电子饱和速度大、 耐高温、抗辐照等优点，吸引了越来越多的关注。经过几十年的发展，在电子器件方 面 AlGaN/GaN HEMT 结构在高频率、大功率、高电压等方面已经取得了极其出色的 结果。为了进一步拓展 GaN 基材料的独特优势，除了微波功率器件外，应用于功率 开关领域的增强型 GaN HEMT 器件以及双极型 GaN 器件也开始受到人们的关注。基 于此，本文从 GaN 基材料体系的极化理论入手，利用 InGaN 材料表现出来的独特极 化特性，针对多种含 InGaN 的新型 GaN 基增强型 HEMT 和双极型器件，进行了仿真 设计研究。取得的主要研究成果包括： 1、首先针对 InGaN 帽层的 AlGaN/GaN HEMT 结构，仿真研究了 InGaN 帽层对 AlGaN/GaN 异质结能带的调制效应，并对 InGaN 帽层的 In 组分和厚度进行了优化， 设计出阈值电压高达 2.7V 的增强型 HEMT 器件； 2、提出了一种 InGaN 填充的凹槽栅 AlGaN/GaN HEMT 增强型器件结构，通过 仿真研究与凹槽深度优化，设计出阈值电压 1.3V、具有更高栅控特性的增强型 HEMT 器件； 3、针对 n+-GaN/p-InGaN/n-GaN 纵向 HBT 器件，仿真研究了基区 InGaN 层 In 组 分对器件特性的影响，发现从发射结到集电结 In 组分正向缓变的 InGaN 基区结构具 有更高的电流放大能力，同时采用一种缓变的发射结能够显著提高电流放大能力； 4、提出了一种 2DEG/p-InGaN/2DEG 的横向 GaN 基双极型晶体管，该结构与 AlGaN/GaN HEMT 结构与工艺的兼容性好，仿真研究证明了该结构的可行性，并分 析了发射区 2DEG 密度、InGaN 基区宽度、AlGaN 背势垒等因素对器件性能的影响。 关键词：铟镓氮 极化 增强型高电子迁移率晶体管 双极型晶体管 PAGE IV PAGE IV 含有 InGaN 的 GaN 增强型 HEMT 和双极型器件研究 Abstract III Abstract GaN-based material and electronic device system has attracted more and more research centers’ attention since its emergence in 1980s, for its superior electric properties such as high breakdown electric field, high mobility and high electron