F-离子注入实现的AlGaN／GaN增强型HEMT器件特性的模型分析.pdf

专用元器件 doi：l0．3969~．issn．1563-4795．2011．09．006 F一离子注入实现的AIGaN／GaN增强型 HEMT器件特性的模型分析 张 曼，张继华 ，杨传仁 (电子科技大学 电子薄膜与集成器件 国家重点实验室，四川 成都 610054) 摘 要：文 中针对-3前通过在A1GaN层进行F一离子注入这种 实~EA1GaN／GaN增强型HEMT器件 的重要方法，建立其数值模型 。对该方法F一起到对导电沟道的调制机理进行 了分析解释 ，对 该方法的实现过程 中的关键F一离子注入量、注入深度分布的对宏观器件特性 的影响进行数值 分析，得到 了具有指导意义的结果。为今后该方面的器件特性进一步研究提供 了理论指导。 关键词 ：F一注入 ；增强型HEMT；数值模拟 近几年来 ．A1GaN／GaN异质结高电子迁移率晶 Liu等人采用AIlnGaN／GaN异质结也实现了增强型 体管 fHEMT)由于其材料耐高温特性很强 ，抗腐 器件 (见 图1)。这几种是 目前最为重要的实现增强 蚀性更高 。这些优越的性质使其很适合应用于高 型GaN器件 的方法 ，他们都各 自具有不同的优势 ， 温 、高压 、大功率和抗辐射器件 。而且在做成异 分别拥有一定 的应用价值 ，无法 实现相互 替代 。 质结材料 中其界面的电子浓度 以及 电子迁移率都 本文就针对其中F一离子实现增强型器件的方法 ，从 相 当高 ，这又使其很适合应用于高 电子迁移率晶 数值分析的角度对该方法进行理论计算 ，从原理 体管 fHEMT)。这些使得A1GaN／GaN异质结高 电子 上对其 中F一对沟道电子进行调制以达到实现器件增 迁移率晶体管 fHEMT)在高温器件及大功率微波 强型特性的原理进行定性分析和定量计算 。 器件方面拥有不可比拟的优势 。由于A1GaN／GaN异 质结生长完成后 。异质结界面就存在大量二维 电 ■■_ I e e e e e e e e 0 0 e —一F离子 子气 f2DEG)，当材料制作成器件加负栅压后才能 AIGaN 将2DEG耗 尽 而使沟 道夹 断 ，即常规 A1GaN／GaN — | HEMT为耗尽型器件。但在数字电路 、高压开关等 ／ OaN 领域应用时需要增强型器件 。为此 ，近年来人们 图1 F一注入 法实现AlGaN／GaNHEMT器件结构 探寻了多种实现增强型GaN器件 的方法。香港科技 大学~Wang等人采用对栅 区域注入F离子 的方法实 l 数值模型 现 了增强型器件 ：Lanford等人采用刻蚀掉A1GaN／ GaN异质结的一部分A1GaN层制作槽栅结构 ，利用 因为氟离子 的强负电性 ，在势垒层 中存在 的 肖特基结对2DEG的耗尽作用来实现增 强型器件： 氟离子使得沟道中的2DEG在0V栅压下处于耗尽状 态 ，对于器件而言在0V栅压下需要处于常关状态 ， 收稿 日期 ：2011-03—29 也就是增强型器件。 匿 匿黝 《 用 兀 襦 仟 大部分的氟离子处理后都停留在的A1GaN的势 2 结果与讨论 垒层 中，我们认为其服从从表面到沟道处为一近