p 型栅结构氮化镓基高电子迁移率晶体管结构优化

葛 梅，李 毅，王志亮，朱友华

（南通大学 信息科学技术学院，江苏 南通 226019）

氮化镓（GaN）属第三代半导体材料，具有禁带宽度大、电子饱和速度高、且具有耐高温、耐高压、抗辐射等优良特性，是制备电力电子器件的理想材料[1-2]。基于GaN 材料的高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistor，HEMT）在高温、高频、大功率领域具有广阔的应用前景。其中，AlGaN/GaN异质结是GaN 基HEMT 器件的基本结构。由于GaN 材料独特的自发极化和压电极化效应，GaN 基HEMT 器件沟道处天然存在高浓度的二维电子气（2DEG）[3]。因此传统的GaN 基HEMT 器件在零栅偏压下处于导通状态，开启电压为负值，是常开型（耗尽型）器件。而为了简化后期栅极驱动电路的设计，降低成本，工业界更需要常关型（增强型）器件[4]。

实现增强型器件的原理在于耗尽AlGaN/GaN异质结处的2DEG，这可以通过器件工艺来实现，目前实现增强型器件的方法有：薄势垒层[5]，凹槽栅工艺[6]、氟离子注入[7]和p 型栅结构[8-10]。其中，p 型栅技术是通过在势垒层上生长一层p-GaN 来耗尽沟道处的2DEG，这种方法工艺可控性强，能够大规模重复生产，且能够制备出高阈值电压、低漏电流的器件，是极有发展前景的一种增强型方法。

在p 型栅结构GaN 基HEMT 器件中，AlGaN/GaN 异质结是器件的主要结构，沟道处形成的2DEG 的浓度和迁移率是影响器件性能的关键。AlGaN 势垒层中Al 组分的选择会对器件性能造成影响。提高Al 组分能够提高器件中输出电流及跨导[11]，且能够降低器件的低频噪声[12]。然而一味地提高Al 组分也会对器件造成消极影响，研究发现高Al 组分会造成石墨烯AlGaN/GaN HEMT 器件栅极反向电流增大[13]。……