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提高铟铝氮化镓势垒异质结构的迁移率

稿件来源:今日半导体 责任编辑:ICAC 发布时间:2020-06-28

  台湾国立交通大学已使用氮化镓中间层(IL)来改善低成本硅上氮化铟铝镓(InAlGaN)阻挡层高电子迁移率晶体管(HEMT)的性能。该团队声称,证明了InAlGaN势垒HEMT结构中的第一个高电子迁移率性能。

  到目前为止,与基于AlGaN和InAlN的器件相比,InAlGaN势垒HEMT的迁移率较低,但研究经验表明,GaNIL可以改善InAlGaN结构中的迁移率,并且硅的使用应降低材料成本。

  研究人员使用硅衬底生长各种异质结构。InAGaN四元势垒在875°C温度和100Torr压力下生长。GaNIL在相同压力下于1080°C生长。通过在0-12s范围内改变生长时间来改变厚度,从而得到五个标记为A-E的样品。

  研究提示IL的增长时间过长会导致InAlGaN势垒的表面退化,适合进行“阶梯流”生长,从而使表面更光滑,降低了样品深处的界面粗糙度。更光滑的界面粗糙度将减少载流子散射,提高迁移率。

  实验中基于样品A的HEMT在2V的栅源极电势差和10V的漏极偏置下实现了943mA/mm的最大漏极电流密度,而样品B的最大漏极电流密度为1490mA/mm。相比于样品A的204mS/mm,样品B的较高电子迁移率还导致在2V栅极时具有401mS/mm的更高的峰值非本征跨导。

  研究人员为样品B的HEMT性能更好提供了两种可能的解释:(1)由于界面粗糙度的改善,合金和界面粗糙度的散射得到了有效抑制,从而提高了GaN IL样品的电子迁移率;(2)与直接在AlN上生长InAlGaN的样品相比,由于InAlGaN和GaN之间的晶格失配较少,可以通过GaN IL改善InAlGaN势垒层的晶体质量。

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