GaN MIS-HFET器件结构特点

  如图1所示为增强型AlGaN/GaN MIS-HFET器件结构横截面示意图。AlGaN/GaN晶圆为基于4英寸Si衬底的国产MOCVD外延片,将该4英寸晶圆使用划片机划成多个2cm×2cm的方片作为实验片。材料由下至上依次为2µm厚的非掺杂GaN缓冲层,1nm厚的AlN空间插入层,21.5nm厚的AlGaN势垒层。其中,AlGaN势垒层中的Al组份为25%,沟道二维电子气浓度和迁移率分别为8.9×1012cm-2和1717cm2/V·s。晶圆方块电阻约为370Ω/□。器件尺寸如下:栅长Lg=1µm,栅源距离Lgs=2µm,器件有源区宽度W=10µm,栅漏距离Lgd长度为5µm、10µm、20µm。
增强型Al2O3/AlGaN/GaN MIS-HFET器件结构横截面示意图 
图1 增强型Al2O3/AlGaN/GaN MIS-HFET器件结构横截面示意图
 
  器件在结构上具有以下特点:
  (1)Si衬底。相比于传统的蓝宝石和SiC衬底,Si衬底材料成本较低、并更易实现更大尺寸的GaN外延晶圆,这对GaN功率器件的产业化至关重要。同时,Si衬底GaN晶圆工艺在未来有望实现与CMOS工艺的兼容,可以降低GaN产品成本。
 
  (2)凹槽栅结构。凹槽栅因其工艺简单,易于实现,稳定性高等特点成为较优的一种增强型器件实施方案。通过使用两步刻蚀法工艺精确控制刻蚀速率和刻蚀深度,获得了低损伤的栅凹槽,并耗尽栅凹槽下的2-DEG,从而使器件获得更优的正向特性。
 
  (3)Al2O3栅介质。原子层淀积工艺生长的Al2O3为高k介质层,具有非常好的侧壁附着度,与栅金属和栅凹槽形成了Ni/Al2O3/AlGaN/GaN MIS结构,有效的增加了器件的栅摆幅。
 

相关阅读