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異質結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結構。其中，p型柵的方案已經(jīng)被很多著名的研究機構和公司采用，如IMEC、FBH、Panasonic、EPC和Samsung等。但是制備這種器件結構需要對幾十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，中國科學院蘇州納米技術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 柵結構AlGaN/GaN HEMT的工藝技術——H等離子體鈍化p-GaN技術。這種技術是通過H等離子體將p-GaN中的淺能級受主雜質Mg鈍化成Mg-H中性復合物，從而將p型GaN轉化成高阻的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有很強的鈍化作用，但對于施主雜質的影響很小，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等離子體技術實現(xiàn)的p-GaN 柵結構AlGaN/GaN HEMT的閾值電壓可以達到+1.75 V，飽和電流200mA/mm，開關比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儀器設備開發(fā)項目等的大力支持。

　　圖1.（a）H等離子體處理前器件結構（b）H等離子體處理后器件結構。

　　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。