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基于AlGaN/GaN共振隧穿二极管的退化现象的研究

陈浩然 杨林安 朱樟明 林志宇 张进成

基于AlGaN/GaN共振隧穿二极管的退化现象的研究

陈浩然, 杨林安, 朱樟明, 林志宇, 张进成
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  • 文章研究了GaN基共振隧穿二极管 (RTD) 的退化现象. 通过向AlGaN/GaN/AlGaN量子阱中引入三个实测的深能级陷阱中心并自洽求解薛定谔方程和泊松方程, 计算并且讨论了陷阱中心对GaN基RTD的影响. 结果表明, GaN基RTD的退化现象是由陷阱中心的缺陷密度和激活能的共同作用引起. 由于陷阱中心的电离率和激活能的指数呈正相关关系, 因此具有高激活能的陷阱中心俘获更多电子, 对负微分电阻 (NDR) 特性的退化起主导作用.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 61076079) 和国家科技重大专项 (批准号: 2013ZX02308-002) 资助的课题.
    [1]

    Zhang J F, Wang P Y, Xue J S, Zhou Y B, Zhang J C, Hao Y 2011 Acta phys. Sin. 60 117305 (in Chinese) [张金凤, 王平亚, 薛军帅, 周勇波, 张进成, 郝跃 2011 物理学报 60 117305]

    [2]

    Wang P Y, Zhang J F, Xue J S, Zhou Y B, Zhang J C, Hao Y 2011 Acta phys. Sin. 60 117304 (in Chinese) [王平亚, 张金凤, 薛军帅, 周勇波, 张进成, 郝跃 2011 物理学报 60 117304]

    [3]

    Xu S R, Zhang J C, Li Z M, Zhou X W, Xu Z H, Zhao G C, Zhu Q W, Zhang J F, Mao W, Hao Y 2009 Acta phys. Sin. 58 5706 (in Chinese) [许晟瑞, 张进城, 李志明, 周小伟, 许志豪, 赵广才, 朱庆伟, 张金凤, 毛维, 郝跃 2009 物理学报 58 5705]

    [4]

    Xu S R, Hao Y, Zhang J C, Zhou X W, Cao Y R, Ou X X, Mao W, Du D C, Wang H 2010 Chin. Phys. B 19 107204

    [5]

    Lin Z Y, Zhang J C, Xu S R, L L, Liu Z Y, Ma J C, Xue X Y, Xue J S, Hao Y 2011 Acta phys. Sin. 61 186103 (in Chinese) [林志宇, 张进成, 许晟瑞, 吕玲, 刘子扬, 马俊彩, 薛晓咏, 薛军帅, 郝跃 2011 物理学报 61 186103]

    [6]

    Bayram C, Vashaei Z, Razeghi M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 092104

    [7]

    Vashaei Z, Bayram C, Razeghi M 2010 J. Appl. Phys. 107 083505

    [8]

    Bayram C, Vashaei Z, Razeghi M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 181109

    [9]

    Bayram C, Vashaei Z, Razeghi M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 042103

    [10]

    Boucherit M, Soltani A, Monroy E, Rousseau M, Deresmes D, Berthe M, Durand C, De Jaeger J C 2011 Appl. Phys. Lett. 99 182109

    [11]

    Ambacher O, Cimalla V 2008 Polarization Effects in Semiconductors: From Ab Initio Theory to Device Applications (New York: Springer Science+Business Media) p35

    [12]

    Malbert N, Labat N, Curutchet A, Sury C, Hoel V, de Jaeger J C, Defrance N, Douvry Y, Dua C, Oualli M, Bru-Chevallier C, Bluet J M, Chikhaoui W 2009 Microelectron Reliab. 49 1216

    [13]

    Fang Z Q, Look D C 2005 Appl. Phys. Lett. 87 182115

    [14]

    Ambacher O, Foutz B, Smart J, Shealy J R, Weimann N G, Chu K, Murphy M, Sierakowski A J, Schaff W J, Eastman L F 2000 J. Appl. Phys. 87 334

    [15]

    Sacconi F, Carlo A D I, Lugli P 2002 Phys. Status Solidi A 190 295

    [16]

    Hermann M, Monroy E, Helman A, Baur B, Albrecht M, Daudin B, Ambacher O, Stutzmann M, Eickhoff 2004 Phys. Status Solidi C 1 2210

  • [1]

    Zhang J F, Wang P Y, Xue J S, Zhou Y B, Zhang J C, Hao Y 2011 Acta phys. Sin. 60 117305 (in Chinese) [张金凤, 王平亚, 薛军帅, 周勇波, 张进成, 郝跃 2011 物理学报 60 117305]

    [2]

    Wang P Y, Zhang J F, Xue J S, Zhou Y B, Zhang J C, Hao Y 2011 Acta phys. Sin. 60 117304 (in Chinese) [王平亚, 张金凤, 薛军帅, 周勇波, 张进成, 郝跃 2011 物理学报 60 117304]

    [3]

    Xu S R, Zhang J C, Li Z M, Zhou X W, Xu Z H, Zhao G C, Zhu Q W, Zhang J F, Mao W, Hao Y 2009 Acta phys. Sin. 58 5706 (in Chinese) [许晟瑞, 张进城, 李志明, 周小伟, 许志豪, 赵广才, 朱庆伟, 张金凤, 毛维, 郝跃 2009 物理学报 58 5705]

    [4]

    Xu S R, Hao Y, Zhang J C, Zhou X W, Cao Y R, Ou X X, Mao W, Du D C, Wang H 2010 Chin. Phys. B 19 107204

    [5]

    Lin Z Y, Zhang J C, Xu S R, L L, Liu Z Y, Ma J C, Xue X Y, Xue J S, Hao Y 2011 Acta phys. Sin. 61 186103 (in Chinese) [林志宇, 张进成, 许晟瑞, 吕玲, 刘子扬, 马俊彩, 薛晓咏, 薛军帅, 郝跃 2011 物理学报 61 186103]

    [6]

    Bayram C, Vashaei Z, Razeghi M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 092104

    [7]

    Vashaei Z, Bayram C, Razeghi M 2010 J. Appl. Phys. 107 083505

    [8]

    Bayram C, Vashaei Z, Razeghi M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 181109

    [9]

    Bayram C, Vashaei Z, Razeghi M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 042103

    [10]

    Boucherit M, Soltani A, Monroy E, Rousseau M, Deresmes D, Berthe M, Durand C, De Jaeger J C 2011 Appl. Phys. Lett. 99 182109

    [11]

    Ambacher O, Cimalla V 2008 Polarization Effects in Semiconductors: From Ab Initio Theory to Device Applications (New York: Springer Science+Business Media) p35

    [12]

    Malbert N, Labat N, Curutchet A, Sury C, Hoel V, de Jaeger J C, Defrance N, Douvry Y, Dua C, Oualli M, Bru-Chevallier C, Bluet J M, Chikhaoui W 2009 Microelectron Reliab. 49 1216

    [13]

    Fang Z Q, Look D C 2005 Appl. Phys. Lett. 87 182115

    [14]

    Ambacher O, Foutz B, Smart J, Shealy J R, Weimann N G, Chu K, Murphy M, Sierakowski A J, Schaff W J, Eastman L F 2000 J. Appl. Phys. 87 334

    [15]

    Sacconi F, Carlo A D I, Lugli P 2002 Phys. Status Solidi A 190 295

    [16]

    Hermann M, Monroy E, Helman A, Baur B, Albrecht M, Daudin B, Ambacher O, Stutzmann M, Eickhoff 2004 Phys. Status Solidi C 1 2210

  • [1] 刘阳, 柴常春, 于新海, 樊庆扬, 杨银堂, 席晓文, 刘胜北. GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理. 物理学报, 2016, 65(3): 038402. doi: 10.7498/aps.65.038402
    [2] 刘旭阳, 张贺秋, 李冰冰, 刘俊, 薛东阳, 王恒山, 梁红伟, 夏晓川. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管温度传感器特性. 物理学报, 2020, 69(4): 047201. doi: 10.7498/aps.69.20190640
    [3] 薛正群, 黄生荣, 张保平, 陈朝. GaN基白光发光二极管失效机理分析. 物理学报, 2010, 59(7): 5002-5009. doi: 10.7498/aps.59.5002
    [4] 张剑铭, 邹德恕, 徐 晨, 顾晓玲, 沈光地. 电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响. 物理学报, 2007, 56(10): 6003-6007. doi: 10.7498/aps.56.6003
    [5] 薛正群, 黄生荣, 张保平, 陈朝. 激光诱导p-GaN掺杂对发光二极管性能改善的分析. 物理学报, 2010, 59(2): 1268-1274. doi: 10.7498/aps.59.1268
    [6] 张运炎, 范广涵, 章勇, 郑树文. 掺杂GaN间隔层对双波长发光二极管光谱调控作用的研究. 物理学报, 2011, 60(2): 028503. doi: 10.7498/aps.60.028503
    [7] 陈峻, 范广涵, 张运炎. 渐变型量子阱垒层厚度对GaN基双波长发光二极管发光特性调控的研究. 物理学报, 2012, 61(17): 178504. doi: 10.7498/aps.61.178504
    [8] 罗 毅, 郭文平, 邵嘉平, 胡 卉, 韩彦军, 薛 松, 汪 莱, 孙长征, 郝智彪. GaN基蓝光发光二极管的波长稳定性研究. 物理学报, 2004, 53(8): 2720-2723. doi: 10.7498/aps.53.2720
    [9] 蒙 康, 姜森林, 侯利娜, 李 蝉, 王 坤, 丁志博, 姚淑德. Mg+注入对GaN晶体辐射损伤的研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2476-2481. doi: 10.7498/aps.55.2476
    [10] 宋淑芳, 陈维德, 许振嘉, 徐叙瑢. 掺Er/Pr的GaN薄膜深能级的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1407-1412. doi: 10.7498/aps.55.1407
    [11] 金豫浙, 胡益培, 曾祥华, 杨义军. GaN基多量子阱蓝光LED的γ辐照效应. 物理学报, 2010, 59(2): 1258-1262. doi: 10.7498/aps.59.1258
    [12] 乔建良, 常本康, 钱芸生, 王晓晖, 李飙, 徐源. GaN真空面电子源光电发射机理研究. 物理学报, 2011, 60(12): 127901. doi: 10.7498/aps.60.127901
    [13] 张明兰, 杨瑞霞, 李卓昕, 曹兴忠, 王宝义, 王晓晖. GaN厚膜中的质子辐照诱生缺陷研究. 物理学报, 2013, 62(11): 117103. doi: 10.7498/aps.62.117103
    [14] 周 梅, 赵德刚. p-GaN层厚度对GaN基p-i-n结构紫外探测器性能的影响. 物理学报, 2008, 57(7): 4570-4574. doi: 10.7498/aps.57.4570
    [15] 秦 琦, 于乃森, 郭丽伟, 汪 洋, 朱学亮, 陈 弘, 周均铭. 使用SiNx原位淀积方法生长的GaN外延膜中的应力研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5450-5454. doi: 10.7498/aps.54.5450
    [16] 万 威, 唐春艳, 王玉梅, 李方华. GaN晶体中堆垛层错的高分辨电子显微像研究. 物理学报, 2005, 54(9): 4273-4278. doi: 10.7498/aps.54.4273
    [17] 宋淑芳, 陈维德, 许振嘉, 徐叙瑢. 掺Er/Er+O的GaN薄膜光学性质的研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1621-1626. doi: 10.7498/aps.56.1621
    [18] 郭亮良, 冯 倩, 马香柏, 郝 跃, 刘 杰. GaN FP-HEMTs中击穿电压与电流崩塌的关系. 物理学报, 2007, 56(5): 2900-2904. doi: 10.7498/aps.56.2900
    [19] 申 晔, 邢怀中, 俞建国, 吕 斌, 茅惠兵, 王基庆. 极化诱导的内建电场对Mn δ掺杂的GaN/AlGaN量子阱居里温度的调制. 物理学报, 2007, 56(6): 3453-3457. doi: 10.7498/aps.56.3453
    [20] 周 梅, 左淑华, 赵德刚. 一种新型GaN基肖特基结构紫外探测器. 物理学报, 2007, 56(9): 5513-5517. doi: 10.7498/aps.56.5513
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-07-07
  • 修回日期:  2013-07-22
  • 刊出日期:  2013-11-05

基于AlGaN/GaN共振隧穿二极管的退化现象的研究

  • 1. 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室, 西安 710071
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 61076079) 和国家科技重大专项 (批准号: 2013ZX02308-002) 资助的课题.

摘要: 文章研究了GaN基共振隧穿二极管 (RTD) 的退化现象. 通过向AlGaN/GaN/AlGaN量子阱中引入三个实测的深能级陷阱中心并自洽求解薛定谔方程和泊松方程, 计算并且讨论了陷阱中心对GaN基RTD的影响. 结果表明, GaN基RTD的退化现象是由陷阱中心的缺陷密度和激活能的共同作用引起. 由于陷阱中心的电离率和激活能的指数呈正相关关系, 因此具有高激活能的陷阱中心俘获更多电子, 对负微分电阻 (NDR) 特性的退化起主导作用.

English Abstract

参考文献 (16)

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