具有高击穿电压和低关断态电流的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

摘要

为了能够完全发挥GaN基器件的优势，提高AlGaN/GaN HEMT器件的耐压值，通过在传统AlGaN/GaN HEMT的栅极和漏极之间加入一层Al组份为0～0.25线性渐变的AlGaN极化诱导层（PIL），形成Al极化梯度，进而诱导出三维空穴气（3DHG）。3DHG可起到辅助HEMT沟道耗尽的作用，其通过电荷的电场调制抬高了沟道处的整体电场值，使得栅漏之间的沟道电场分布更加均匀。使用Sentaurus TCAD对AlGaN/GaN HEMT器件进行仿真实验，并对物理模型参数进行校正。仿真结果表明，Al组份极化梯度越大，3DHG浓度峰值越大，最大浓度为1.05×10¹⁸ cm^-3，且3DHG浓度与PIL-HEMT击穿电压正相关；PIL-HEMT的电学特性得到了提高，击穿电压由常规AlGaN/GaN HEMT器件的66.7 V提高到975 V，有效长度平均耐压提高到162.5 V·μm^-1，比导通电阻Ron,sp=1.09 m?·cm²，相较于常规HEMT的比导通电阻增大了0.36 m?·cm²;FOM为1.23 GW·cm^-2，且在饱和电流(0.23 A·mm^-1)不变的前提下使关断电流从常规的1.6×10^-7 A·mm^-1减小到6.2×10^-8 A·mm^-1，降低了PIL-HEMT的静态功耗。

关键词

AlGaN/GaN HEMT / 线性梯度AlGaN / 3维空穴气 / 击穿电压

基金资助

广西自然科学基金（2018GXNSFAA138025）; 广西科技计划（AD18281037）