针对上述问题,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张宝顺研究员课题组提出一种新的实现增强型p-GaN 栅结构AlGaN/GaN HEMT的工艺技术—H等离子体钝化p-GaN技术。这种技术是通过H等离子体将p-GaN中的浅能级受主杂质Mg钝化成Mg-H中性复合物,从而将p型GaN转化成高阻的GaN,这种高阻GaN将截断器件中p-GaN的漏电通道,提高栅控制能力,同时由于p-GaN中的Mg受主被钝化,释放了钝化区下方的原先被p-GaN耗尽的沟道电子。H对于浅能级受主杂质有很强的钝化作用,但对于施主杂质的影响很小,这使得H对于p-GaN/AlGaN具有一定的选择性,因此这种工艺技术具有很好的工艺窗口。不同于刻蚀工艺去除栅下以外的p-GaN盖帽层,H等离子体技术将栅下以外的p-GaN盖帽层变为高阻的GaN,保留下来的厚的高阻GaN有利于降低器件的电流崩塌。目前采用H等离子体技术实现的p-GaN 栅结构AlGaN/GaN HEMT的阈值电压可以达到+1.75 V,饱和电流200mA/mm,开关比107。通过变温测试,这种工艺的可靠性也得到了初步的验证。该科研成果发表在Applied Physics Letters(DOI: 10.1063/1.4964518)上。
上述研究工作得到了国家重大科学仪器设备开发项目等的大力支持。
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图1.(a)H等离子体处理前器件结构(b)H等离子体处理后器件结构。
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图2.H等离子体处理前后器件性能变化,左为线性坐标,右为对数坐标。