基于应变迁移率模型对应变沟道AlGaN/GaN HEMT器件电子输运特性的研究

摘要

为了进一步提升AlGaN/GaN HEMTs的电流特性，提出了一种在非栅下沟道插入InGaN弛豫层的应变GaN沟道AlGaN/5-nm-GaN/InGaN HEMT（SGC-HEMT）器件结构。通过Sentaurus TCAD仿真研究了SGC-HEMT器件电子输运特性。基于修正的应变迁移率模型，通过改变InGaN弛豫层的In组分调整沟道应变的大小，同时考虑了5-nm-GaN沟道应变和AlGaN势垒层的附加应变，讨论了极化诱导电子气分布与沟道应变的理论关系。仿真结果表明，应变的引入显著增加了器件的漏极饱和电流，当In组分为0.02时，应变GaN（GaNs）沟道层和AlGaN势垒层的拉伸应变为0.225%,SGC-HEMT的漏极饱和电流为0.914 A·mm^-1，相比传统GaN/AlGaN HEMT的0.701 A·mm^-1提高了30.63%；随着沟道拉伸应变的进一步施加，散射机制不断增强，漏极饱和电流和有效迁移率的增长趋于平缓，栅极泄漏也逐渐恶化。此外，由于栅极下方的沟道未施加应变，阈值电压基本不随应变而变化。最后，提取了不同拉伸应变下的有效迁移率，发现随着沟道拉伸应变的增加，低电场区的有效迁移率较高，而高电场区的衰减较慢。对应变沟道GaN HEMT电子输运特性的研究成果有利于进一步提高AlGaN/GaN HEMT的电学性能。

关键词

GaN/AlGaN / 2DEG / 应变沟道 / 有效迁移率 / 电子输运