具有均匀凹槽势垒结构的横向AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

摘要

为了改善传统AlGaN/GaN HEMT器件的表面电场、温度分布,提升器件击穿电压和稳定性,提出了一种具有均匀凹槽势垒(UGB)的新型AlGaN/GaN HEM T器件结构.UGB-AlGaN/GaN HEMT结构通过在栅电极和漏电极之间引入均匀分布的凹槽AlGaN势垒,降低了AlGaN层极化强度,导致沟道2DEG浓度下降,形成低浓度的2DEG区域,使器件沟道2DEG分布由均匀分布变成凹槽台阶状分布,从而调节器件的表面电场.利用电场调制效应在凹槽右侧形成新的电场峰值,有效降低栅极边缘的高峰电场.同时,优化器件沟道表面温度分布,使UGB-AlGaN/GaN HEMT表面温度分布更均匀.Silvaco TCAD仿真结果表明,器件在关态漏极高压下,均匀凹槽AlGaN势垒能够调节HEMT器件的表面电场分布,从而保证了栅电极与漏电极距离为10μm时UGB-AlGaN/GaN HEMT器件能够达到821 V的击穿电压,是常规器件击穿电压(260 V)的3.1倍.同时,UGB-AlGaN/GaN HEMT器件的特征导通电阻仅为0.87 mΩ·cm2,因此获得了高达772 MW·cm-2的品质因数.基于新型均匀凹槽势垒结构的HEMT器件具有较高击穿电压,同时保持较低的特征导通电阻及良好的温度特性,这使得该结构在高功率电子元器件领域有很好的应用前景.