AlGaN／GaN材料HEMT器件优化分析与I—V特性.pdfVIP

维普资讯 第 25卷第 1O期 半 导 体 学 报 Vo1．25，No．10 2004年 1O月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORS 0ct．，2004 AlGaN／GaN材料HEMT器件 优化分析与 — 特性* 杩 龙 王 燕 余志平 田立林 (清华大学微电子学研究所 ，北京 100084) 摘要：在考虑AIGaN／GaN异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上，自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔 方程和泊松方程．通过模拟计算，研究了AIGaN／GaNHEMT器件掺杂层Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏 压对二维电子气特性的影响．用准二维物理模型计算了AIGaN／GaNHEMT器件的输出特性，给出了相应的饱和 电压和阈值电压，并对计算结果和AIGaN／GaNHEMT器件的结构优化进行了分析． 关键词：AIGaN／GaN；HEMT；二维电子气；输出特性 PACC ：7340N ；7360L 中图分类号：TN325．3 文献标识码 ：A 文章编号：0253—4177(2004)10—1285—06 薛定谔方程和泊松方程[5q]．通过模拟，对A1GaN／ 1 引言 GaN材料HEMT器件进行优化分析，研究了A1的 含量、势垒层厚度、隔离层厚度和掺杂浓度、栅偏压 Ⅲ一V族氮化物是近几年兴起的宽带隙半导体 等对二维电子气浓度和半高宽的影响．此外，我们用 材料，这些宽禁带半导体具有较高的击穿电压、电子 准二维物理模型计算了AlGaN／GaN材料HEMT 漂移速度和很强的抗辐射能力[1]，被看作是发展短 器件的输出特性，并给出了相应的饱和电压和阈值 波长光电子器件以及高温、高频、大功率电子器件的 电压． 最优选材料，已成为当前 国际研究热点 ]．Al— GaN／GaN异质结则是发展氮化物电子器件最重要 2 器件性能的优化分析 的也是最基本的结构．A1GaN／GaN材料的二维电 A1GaN／GaN材料 HEMT器件结构如图1所 子气和器件研究中出现了一些新的不同于其他Ⅲ一 示．我们将从四个方面来分析各种器件参数对二维 V族材料的问题，有待进一步研究．例如，界面极化 电子气浓度的影响，最后讨论A1GaN／GaNHEMT 电荷会对二维电子气浓度和分布有影响；强极化电 器件的优化方案． 场的存在会影响栅 电压对二维电子气的调控能力； 异质结材料中的应变常常会诱导产生许多深能级中 2．1 势垒层Al的组分对二维电子气的影响 心，从而影响到二维电子气浓度等等，这些问题可以 通过对 AlGaN／GaN异质结的优化设计来解决．研 作为新型的电子功能材料，A1GaN／GaN最突 究分析AlGaN／GaN异质结界面二维电子气的浓度 出的特点是能够在界面处形成高密度的极化 电荷， 和分布以及输运性质对发展异质结电子器件具有重 这些极化电荷即使在势垒层掺杂浓度很低或不掺杂 要的意义． 时，也能在界面处得到很高的二维电子气浓度．我们 本文首先考虑AG|aN／GaN异质结中的压电极 考虑沿Eooo1]方向的GaN层上异质外延薄的Al GaN层 ，假定其厚度小于临界厚度，则材料失配在 化和 自发极化效应，自洽求解了垂直于沟道方向的 *国家重点基础研究专项基金资助项 目(批准号：2002CB311907