图1 不同温度下的HEMT结构二极管反向I-V特性曲线
为了分析高场下栅边缘漏电的导电机制，对于器件进行温度相关的电流-电压（I-V-T）测试。如图1所示，常规HEMT结构二极管的I-V-T曲线与不同面积的圆形HEMT结构二极管的I-V特性曲线类似。这就意味着与面积相关的电流随着温度的增加而增加，而边缘长度相关的边缘电流则不随温度的变化而变化。为了更清楚的看到两者关系，我们使用前文描述的方法对总电流减去了面积相关的电流。从图上可以明显看到，边缘电流不随温度的变化而变化，这是隧穿电流的基本特征。面积相关的电流已经在很多文章中详细讨论过，我们只讨论在高场偏置下的边缘漏电导电机制。
因为AlGaN/GaN异质结的三角形势垒形状特征，以及电流温度无关特点，Fowler-Nordheim(FN)隧穿便成为栅边缘高场漏电机制一个合理的猜测。FN隧穿的电流密度由下式给出
图2分别画出了常规HEMT结构二极管和圆形HEMT结构二极管ln(Jedge/E2)与1/E在不同温度下的关系曲线，栅极偏置的范围为-15V到-40V。图2（a）的插入图显示了通过模型计算的平均电场和栅极偏压的关系。从296K到473K，无论是常规HEMT结构二极管还是圆形HEMT结构二极管都可以拟合得到ln(Jedge/E2)与1/E的直线关系。为了获得合理的直线斜率B和截距ln（A），不同类型的HEMT结构二极管需要不同拟合因子ΔL值。常规HEMT结构二极管的ΔL值为256nm，圆形HEMT结构二极管的ΔL值为218nm。表明在圆形HEMT结构二极管中，由横向延伸耗尽层感生的电场影响的范围要小于在常规HEMT结构二极管中的范围。不同类型的HEMT结构二极管的ΔL值的差别并不大，只有34nm。这些细微差异并影响总的栅边缘漏电总的趋势。通过拟合直线斜率ln（A）可以抽取的肖特基势垒高度，抽取得到的常规HEMT结构二极管肖特基势垒高度为1.21eV，而圆形HEMT结构二极管的肖特基高度为1.11eV，对比热电子发射（TE）模型抽取的肖特基势垒高度1.15eV。理想的拟合直线和合理的A和B值表明高栅极偏置下的栅边缘漏电流是由FN机制决定的，对应的电场强度为1.80MV/cm。
图3 大偏置下栅极反向漏电电子输运机制示意能带图，包括面积电流和栅极边缘漏电流
图3所示的是大偏置栅极反向漏电电子输运机制能带图。在栅极漏端，电场由于横向扩展的耗尽层感生的净电荷的增加而增加。有效的电场增加范围为从栅极边缘往栅极内测的ΔL距离内。ΔL的长度根据拟合大概为一百至几百纳米之间。这些由于横向耗尽层感生的电场导致了栅极漏端的势垒变薄，因此，栅极边缘电流更容易以FN隧穿的方式从ΔL范围内穿过势垒。在栅极侧，远离极漏端边缘的大部分区域，栅电流可能输运机制是FP发射或TAT。尽管ΔL在我们实验的器件里要远小于栅极长度，但是在其他小栅长HEMT器件中，面积/边缘长度比值很小，在这种情况下栅极电流可能可以与面电流相比拟。在栅极电压小于阈值电压时，栅区域下的电场强度不会根据栅极偏压的变化而变化，但是栅极边缘的电场仍然在逐渐增大，因此一直增加栅极电压对栅边缘漏电变得更严重。正是由于HEMT结构的独特性，这种栅边缘漏电总是会在HEMT相关器件中存在。从上面对ΔL的讨论来看，为减小栅极边缘漏电，应该尽可能的增大ΔL，从而将横向延伸的耗尽层感生的电场散布到更大的范围内以减小ΔL区域内的电场。在实际的器件设计和工艺流程中，应该避免设计非直线栅结构，提高栅极金属的堆叠质量，使用更为平整的AlGaN势垒层表面等等。