香港科技大学使用氮氧化镓（GaON）表面增强层（SRL）来提高p型栅极GaN沟道功率高电子迁移率晶体管（HEMT）的栅极电压窗口和长期可靠性。与其他有关p-GaN HEMT的报告相比，该设备在10年的使用寿命中提供了最高的最大栅极电压。

　　对于p-GaN栅极HEMT，研究人员使用了专为E模式p-GaN栅极功率HEMT设计的6英寸硅上GaN（GaN/Si）晶片。层结构为4.2μm高电阻GaN缓冲层，420nmGaN沟道，15nm Al_0.2Ga_0.8N和100nm p-GaN盖。覆盖层中掺杂了3x10¹⁹/cm³的镁。

　　使用感应耦合氧等离子体处理，然后在氮气中于800°C退火30分钟，创建GaON SRL。二次离子质谱（SIMS）显示氧渗透到p-GaN中的深度约为5nm。SRL所需的等离子体/退火处理仅使表面粗糙度略有增加，为0.44nm。

　　然后通过三氯化硼（BCl₃）电感耦合等离子体蚀刻形成带有SRL帽的p型栅极。通过4nm AlN的等离子体增强原子层沉积（PEALD）和60nm SiNx的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）形成钝化层。然后打开源/漏接触窗，以沉积退火的钛/铝/镍/金欧姆接触。

　　使用多能量氟离子注入实现了器件隔离。镍/金栅极接触是在另一个接触窗打开过程之后进行的。该设备配有接触垫并与HEMT触点互连。

　　HEMT的尺寸是栅极长度为4μm，接触窗口为2μm，栅-源极/源极间距分别为15μm和2μm。

　　对于0.01mA/mm的漏极电流，该器件的阈值电压（V_TH）为+1.4V，与不带SRL的比较器件相同。两种晶体管均具有90mV/10倍亚阈值摆幅，并且开/关电流比高，大于10⁸。11Ω-mm的比导通电阻（R_ON）被描述为“低”。

　　在关断状态下的测量中，当栅极和衬底接地到源电压水平时，漏极偏压在击穿前达到740V，电流为1μA/mm。超过550V漏偏压的主要泄漏源来自于衬底。这些结果表明，SRL的部署既不会显着改变正向传导特性，也不会损害器件的反向阻断能力。

　　通过SRL插入，正向栅极击穿电压从10.5V增加到12.7V，同时将栅极泄漏降低了两个数量级。使用Fowler-Nordheim隧穿拟合栅极电流-电压行为，研究人员估计带SRL的φb为1.1eV，不带SRL的φb为0.6eV。相对于GaN的3.4eV，较高的势垒反映了GaON的4.1eV带隙较宽。

　　击穿电压在150°C时有所增加，在使用SRL时击穿电压增加到13.4V，在没有SRL的情况下击穿电压增加到11.4V，在较高的温度下，栅极泄漏的减少量减少了两个数量级。

　　随时间变化的栅极击穿测试在一定范围的偏差下进行。SRL可以提高10年/1％失效水平7.8V的最大栅极电压（VG-max）的估算值，而没有SRL的则为5.9V。SRL器件的栅极电压范围扩大了，可以为栅极驱动器电路提供设计灵活性。

　　研究小组表示，在较高的栅极应力下，较高的栅极泄漏电流进一步证明了p-GaN表面区域得到了增强，以通过部署GaON SRL更好地维持对高能载流子的轰击。