蘇州納米所在增強型GaN HEMT器件研究方面取得進展

　　由于GaN具有大禁帶寬度、高電子遷移率、高擊穿場強等優(yōu)點，GaN HEMT成為新一代功率器件研究的熱點。由于極化作用，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面會形成高濃度的二維電子氣，濃度可達到1013/cm2量級，因此一般的GaN HEMT都是耗盡型器件。如何實現(xiàn)增強型GaN HEMT一直是該領(lǐng)域研究的難點，目前幾種主要用來制備增強型器件的方案包括：p型柵、凹槽柵、F處理和Cascode結(jié)構(gòu)。其中，p型柵的方案已經(jīng)被很多著名的研究機構(gòu)和公司采用，如IMEC、FBH、Panasonic、EPC和Samsung等。但是制備這種器件結(jié)構(gòu)需要對幾十nm的p-GaN層進行刻蝕，由于刻蝕工藝的特點，對粗糙度、均勻性、選擇性、腔室控制等方面提出了挑戰(zhàn)，容易造成刻蝕不均勻和刻蝕損傷的問題。

　　針對上述問題，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張寶順課題組提出一種新的實現(xiàn)增強型p-GaN 柵結(jié)構(gòu)AlGaN/GaN HEMT的工藝技術(shù)——H等離子體鈍化p-GaN技術(shù)。這種技術(shù)是通過H等離子體將p-GaN中的淺能級受主雜質(zhì)Mg鈍化成Mg-H中性復(fù)合物，從而將p型GaN轉(zhuǎn)化成高阻的GaN，這種高阻GaN將截斷器件中p-GaN的漏電通道，提高柵控制能力，同時由于p-GaN中的Mg受主被鈍化，釋放了鈍化區(qū)下方的原先被p-GaN耗盡的溝道電子。H對于淺能級受主雜質(zhì)有很強的鈍化作用，但對于施主雜質(zhì)的影響很小，這使得H對于p-GaN/AlGaN具有一定的選擇性，因此這種工藝技術(shù)具有很好的工藝窗口。不同于刻蝕工藝去除柵下以外的p-GaN蓋帽層，H等離子體技術(shù)將柵下以外的p-GaN蓋帽層變?yōu)楦咦璧腉aN，保留下來的厚的高阻GaN有利于降低器件的電流崩塌。目前采用H等離子體技術(shù)實現(xiàn)的p-GaN 柵結(jié)構(gòu)AlGaN/GaN HEMT的閾值電壓可以達到+1.75 V，飽和電流200mA/mm，開關(guān)比107。通過變溫測試，這種工藝的可靠性也得到了初步的驗證。該科研成果發(fā)表在《應(yīng)用物理快報》（Applied Physics Letters，DOI: 10.1063/1.4964518）上。

　　上述研究工作得到了國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)項目等的大力支持。

　　圖1.（a）H等離子體處理前器件結(jié)構(gòu)（b）H等離子體處理后器件結(jié)構(gòu)。

　　圖2. H等離子體處理前后器件性能變化，左為線性坐標，右為對數(shù)坐標。