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高沟道电导率、高击穿场强及低电流崩塌的AlGaN/GaN/Si δ掺杂AlGaN/GaN:C HEMTs

DOI：10.1109/TED.2018.2889786 期刊：IEEE Transactions on Electron Devices 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 本文报道了一种基于硅衬底的高沟道电导率、高击穿场强（E场）及低电流崩塌特性的AlGaN/GaN/Si δ掺杂AlGaN/GaN:C HEMT器件，该器件通过采用硅掺杂AlGaN背势垒实现性能优化。硅δ掺杂AlGaN背势垒用于补偿碳掺杂半绝缘GaN缓冲层导致的沟道电导率下降。最大漏极电流从412 mA/mm提升至720 mA/mm，峰值外置跨导从103 mS/mm提高至210 mS/mm。通过在GaN沟道中插入硅δ掺杂AlGaN背势垒层，有效降低了栅极与漏极间的电场强度，从而抑制了GaN:C缓冲层中碳诱导受主陷阱对沟道电子的俘获。结合硅δ掺杂AlGaN背势垒的高电导率与GaN:C缓冲层的高电阻特性，该器件展现出优异的高击穿场强和低比导通电阻特性。实验观测显示：在10 μA/mm（7微米栅漏间距）条件下，器件承受769 V栅漏电压时对应0.53 mΩ·cm2比导通电阻，此时栅漏间电场强度达1.1 MV/cm。
作者： Ling Yang，Meng Zhang，Bin Hou，Minhan Mi，Mei Wu，Qing Zhu，Jiejie Zhu，Yang Lu，Lixiang Chen，Xiaowei Zhou，Ling Lv，Xiaohua Ma，Yue Hao
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过采用Si δ掺杂的AlGaN背势垒来解决碳掺杂GaN缓冲层带来的问题，从而开发出具有高沟道电导率、高击穿场强和低电流崩塌的高性能AlGaN/GaN HEMT器件。

研究成果

所制备的AlGaN/GaN/Si δ掺杂AlGaN/GaN:C HEMT器件展现出优异性能：最大漏极电流达720 mA/mm，峰值跨导为210 mS/mm，击穿场强1.1 MV/cm，比导通电阻0.53 mΩ·cm2。Si δ掺杂AlGaN背势垒有效抑制电流崩塌并提升沟道导电性，同时保持高击穿特性，在功率开关应用中展现出巨大潜力。

研究不足

与参考器件相比，采用Si δ掺杂AlGaN背势垒会使关态漏电流和栅极反向漏电流略有增加，击穿电压也稍有降低。该研究仅针对特定器件结构和材料，若要更广泛应用可能还需进一步优化。

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