基于复合势垒层的凹槽二次外延p型栅常关型GaN基HEMT研究

基本信息
批准号:61874131
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:周宇
学科分类:
依托单位:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘建勋,高宏伟,黄应南,孙秀建,戴淑君,何俊蕾,钟耀宗,苏帅
关键词:
常关型高电子迁移率晶体管二次外延复合势垒层凹槽型异质结
结项摘要

GaN-based normally-off high-electron-mobility transistor (HEMT) with a p-type gate has emerged as a promising candidate for applications in power electronics. However, it is challenging to achieve a high threshold voltage and a low on-resistance simultaneously with a conventional method, in which a single AlGaN barrier is used in the heterostructure and the p-GaN gate is formed by dry etching. On the basis of our previous work, we propose a novel heterostructure with double AlGaN barriers combined with a precise and uniform fabrication of recessed gates through a self-terminated etching process. Furthermore, p-GaN planar regrowth followed by a selective etching of the non-gate region p-GaN will be adopted for the construction of high-performance normally-off HEMTs. This project will focus on the design and growth of the composite heterostructure with an engineered control of polarization and band structure, the regrowth dynamics of p-GaN layer in the recessed region, and their influences on the device performance. The goal of this project is to develop high-performance normally-off GaN-based HEMTs featuring a high threshold voltage, a large gate swing, a low on-resistance, and great dynamic characteristics.

基于p型栅的常关型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有独特优势和重要应用前景。常规方法采用基于单势垒层的异质结构,通过干法刻蚀形成p型栅,难以实现器件常关性能与导通特性的同时优化。在前期工作基础上,本项目提出基于双Al组分复合势垒层的新型异质结构,采用自主研发的含氧等离子体刻蚀自终止技术,实现凹槽栅的可控制备,进一步通过整面二次外延生长p型层与非栅极区域p型层的选择性刻蚀相结合的方案,构筑兼具高关态性能、高导通特性的器件结构,研制高性能常关型HEMT。具体围绕复合势垒层中的极化与能带结构调控、凹槽区域p型层二次外延生长动力学、Mg掺杂及缺陷/界面态与器件性能的关联规律等关键科学问题,重点研究复合势垒层的异质结构设计与生长、高质量p型栅的凹槽二次外延及其对器件性能的影响机制等,目标实现兼具高阈值电压、大栅压摆幅、低导通电阻、及优良动态特性的常关型GaN基HEMT。

项目摘要

基于p型栅的常关型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有独特优势和重要应用前景。常规方法采用基于单势垒层的异质结构,通过干法刻蚀形成p型栅,难以实现器件常关性能与导通特性的同时优化。在前期工作基础上,本项目采用自主研发的含氧等离子体刻蚀自终止技术,实现了凹槽栅的可控制备,进一步通过整面二次外延生长p型层与非栅极区域p型层的选择性刻蚀相结合的方案,构筑兼具高关态性能、高导通特性的器件结构,最终研制出高性能常关型HEMT,器件阈值电压达到1.7 V @ 10 μA/mm,开关比达到5E10,器件导通电阻达到8.5 Ω∙mm,动态电阻达到1.5。此外,项目创新采用复合势垒层外延结构,通过MOCVD热分解技术,实现了栅极凹槽结构的可靠制备,成功制备MIS-HEMT,器件栅极界面态密度低至~1E11 eV-1·cm-2.. 本项目具体围绕复合势垒层中的极化与能带结构调控、凹槽区域p型层二次外延生长动力学、Mg掺杂及缺陷/界面态与器件性能的关联规律等关键科学问题,重点研究了复合势垒层的异质结构设计与生长、高质量p型栅的凹槽二次外延及其对器件性能的影响机制等,最终实现研制兼具高阈值电压、大栅压摆幅、低导通电阻、及优良动态特性的常关型GaN基HEMT的目标。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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