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具有p-GaN岛状埋层耐压结构的横向AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

张力 林志宇 罗俊 王树龙 张进成 郝跃 戴扬 陈大正 郭立新

具有p-GaN岛状埋层耐压结构的横向AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

张力, 林志宇, 罗俊, 王树龙, 张进成, 郝跃, 戴扬, 陈大正, 郭立新
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  • GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)相对较低的击穿电压严重限制了其大功率应用.为了进一步改善器件的击穿特性,通过在n-GaN外延缓冲层中引入六个等间距p-GaN岛掩埋缓冲层(PIBL)构成p-n结,提出一种基于p-GaN埋层结构的新型高耐压AlGaN/GaN HEMT器件结构.Sentaurus TCAD仿真结果表明,在关态高漏极电压状态下,p-GaN埋层引入的多个反向p-n结不仅能够有效调制PIBL AlGaN/GaN HEMT的表面电场和体电场分布,而且对于缓冲层泄漏电流有一定的抑制作用,这保证了栅漏间距为10 μm的PIBL HEMT能够达到超过1700 V的高击穿电压(BV),是常规结构AlGaN/GaN HEMT击穿电压(580 V)的3倍.同时,PIBL结构AlGaN/GaN HEMT的特征导通电阻仅为1.47 mΩ ·cm2,因此获得了高达1966 MW·cm-2的品质因数(FOM=BV2/Ron,sp).相比于常规的AlGaN/GaN HEMT,基于新型p-GaN埋岛结构的HEMT器件在保持较低特征导通电阻的同时具有更高的击穿电压,这使得该结构在高功率电力电子器件领域具有很好的应用前景.
      通信作者: 林志宇, zylin@xidian.edu.cn
    • 基金项目: 中国博士后科学基金(批准号:2015M582610)和国家自然科学基金(批准号:61404014,61574023)资助的课题.
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    Nanjo T, Kurahashi K, Imai A, Suzuki Y, Nakmura M, Suita M, Yagyu E 2014 Electron. Lett. 50 1577

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    Verzellesi G, Morassi L, Meneghesso G, Meneghini M, Zanoni E, Pozzovivo G 2014 IEEE Electron Dev. Lett. 35 443

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-01
  • 修回日期:  2017-08-16
  • 刊出日期:  2017-12-05

具有p-GaN岛状埋层耐压结构的横向AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

  • 1. 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体国家重点实验室, 西安 710000;
  • 2. 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 西安 710000
  • 通信作者: 林志宇, zylin@xidian.edu.cn
    基金项目: 

    中国博士后科学基金(批准号:2015M582610)和国家自然科学基金(批准号:61404014,61574023)资助的课题.

摘要: GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)相对较低的击穿电压严重限制了其大功率应用.为了进一步改善器件的击穿特性,通过在n-GaN外延缓冲层中引入六个等间距p-GaN岛掩埋缓冲层(PIBL)构成p-n结,提出一种基于p-GaN埋层结构的新型高耐压AlGaN/GaN HEMT器件结构.Sentaurus TCAD仿真结果表明,在关态高漏极电压状态下,p-GaN埋层引入的多个反向p-n结不仅能够有效调制PIBL AlGaN/GaN HEMT的表面电场和体电场分布,而且对于缓冲层泄漏电流有一定的抑制作用,这保证了栅漏间距为10 μm的PIBL HEMT能够达到超过1700 V的高击穿电压(BV),是常规结构AlGaN/GaN HEMT击穿电压(580 V)的3倍.同时,PIBL结构AlGaN/GaN HEMT的特征导通电阻仅为1.47 mΩ ·cm2,因此获得了高达1966 MW·cm-2的品质因数(FOM=BV2/Ron,sp).相比于常规的AlGaN/GaN HEMT,基于新型p-GaN埋岛结构的HEMT器件在保持较低特征导通电阻的同时具有更高的击穿电压,这使得该结构在高功率电力电子器件领域具有很好的应用前景.

English Abstract

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