【摘 要】
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硅上AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在高压功率器件中具有重要的应用前景.然而,由于器件高压过程中载流子的俘获效应,GaN基器件的可靠性仍存在问题.关态工作条件下,HEMT器件的栅漏之间存在较大的电压,从栅极注入的电子容易被表面、AlGaN势垒层、甚至GaN缓冲层中的缺陷俘获,造成电流崩塌效应或阈值电压漂移等可靠性问题.开态条件下,二维电子气沟道中的电子通过高场加速获得较高的能量,演
【机 构】
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北京大学物理学院宽禁带中心,北京,100871 清华大学物理学院,北京,100084
【出 处】
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第一届全国宽禁带半导体学术及应用技术会议
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硅上AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在高压功率器件中具有重要的应用前景.然而,由于器件高压过程中载流子的俘获效应,GaN基器件的可靠性仍存在问题.关态工作条件下,HEMT器件的栅漏之间存在较大的电压,从栅极注入的电子容易被表面、AlGaN势垒层、甚至GaN缓冲层中的缺陷俘获,造成电流崩塌效应或阈值电压漂移等可靠性问题.开态条件下,二维电子气沟道中的电子通过高场加速获得较高的能量,演变成高能"热电子",热电子有一定的几率越过AlGaN和GaN界面之间的势垒或者二维电子气沟道与GaN缓冲层之间的势垒,注入到AlGaN势垒层中或者GaN缓冲层中.关态条件下,栅极注入载流子的俘获机制已有相应报道,但是关于开态条件下热电子的俘获机制的报导仍较少.本文研究了AlGaN/GaN异质结构在高场条件下热电子的俘获机制。样品结构如图1所示，正面有两个欧姆接触电极，高掺杂的硅衬底上有一个欧姆接触电极。横向高压下电流随时间的退化可以表示热电子的俘获现象。而一定时间的纵向电压可以使电子从二维电子气沟道注入到GaN缓冲层中，填充GaN缓冲层中的陷阱态。如图2所示，通过对比未经纵向电压预处理的热电子俘获现象和经过纵向电压预处理的热电子俘获现象，发现经过纵向电压预处理过后，热电子俘获现象基本被抑制，从而可以说明本实验中热电子主要被GaN中的缺陷态俘获，而非AIGaN势垒层中的陷阱态。为了确定相应陷阱态的能级位置和俘获截面，本文进一步进行了变温电流瞬态谱的测量，得到的陷阱态激活能为0.39eV，俘获截面为10-20量级。
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