設(shè)計了GaN基具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的電流孔徑垂直電子晶體管（SJ CAVET）和具有梯度摻雜超結(jié)結(jié)構(gòu)的電流孔徑垂直電子晶體管（GD-SJ CAVET）。采用Silvaco TCAD軟件對兩種器件的電學(xué)特性進(jìn)行了仿真。與SJ CAVET相比,GD-SJ CAVET在導(dǎo)通時具有更大的電流密度和更寬的電流路徑,并得到分布更均勻的電場,因此器件的擊穿特性和導(dǎo)通特性均得到了較大改善。相比SJ CAVET,當(dāng)GD-SJ CAVET梯度摻雜區(qū)域數(shù)量為3、n柱頂部區(qū)域的摻雜濃度為0.5×10¹⁶ cm^-3時,器件的比導(dǎo)通電阻降低了27.3%,擊穿電壓提升了27.7%。 

【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020,45(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

SJ CAVET和具有3個摻雜區(qū)域的GD-SJ CAVET

圖4為兩種器件擊穿時在y方向沿直線A1A2的電場分布,插圖為二維電場分布示意圖,圖中E為電場強(qiáng)度�？梢钥闯�,盡管超結(jié)結(jié)構(gòu)使緩沖層的電場分布在一定程度上是均勻的,但是CBL與孔徑區(qū)域交界面下方有一個尖峰電場,其下方緩沖層的電場有明顯的下降,而電場分布的不均勻會導(dǎo)致器件提前擊穿,因此可以通過提高緩沖層中部的電場來改善擊穿特性。在GD-SJ CAVET中,在緩沖層中部形成了一個比較寬的高電場,大幅度地改善了器件緩沖層的電場分布,這表明梯度摻雜超結(jié)結(jié)構(gòu)可以更有效地對電場進(jìn)行調(diào)制,因此GD-SJ CAVET可以得到更高的擊穿電壓。圖5為SJ CAVET和具有3個摻雜區(qū)域的GD-SJ CAVET的擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻隨摻雜濃度梯度變化的關(guān)系曲線。當(dāng)Gn=0時,器件為SJ CAVET。對于GD-SJ CAVET,不同的Nn1對應(yīng)不同的峰值擊穿電壓,并且峰值擊穿電壓隨著Nn1的增加而降低,并且其峰值擊穿電壓對應(yīng)的摻雜濃度梯度逐漸降低;但是導(dǎo)通電阻則隨摻雜濃度梯度增大而逐漸減小。因此在具有相同Nn1的前提下,當(dāng)Gn為0～2×1016 cm-3時,GD-SJ CAVET的擊穿特性和導(dǎo)通特性均優(yōu)于SJ CAVET。

SJ CAVET和GD-SJ CAVET的截面示意圖如圖1所示。由于器件為軸對稱結(jié)構(gòu),為簡化仿真,本文僅對兩個器件的左半側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。使SJ CAVET與GD-SJ CAVET的參數(shù)設(shè)置保持一致,器件組成如下:厚度為200 nm的p+-GaN帽層,其p型摻雜濃度為1×1018 cm-3;厚度為20 nm未摻雜的Al0.2Ga0.8N勢壘層;厚度為50 nm的n型摻雜GaN溝道層,其摻雜濃度為1×1016 cm-3;厚度為1 μm的p型摻雜的CBL層,摻雜濃度為1×1018 cm-3;n+-GaN襯底厚度為1 μm,其n型摻雜濃度為1×1018 cm-3。SJ CAVET的n柱和p柱中摻雜濃度相同,而GD-SJ CAVET中的n柱和p柱均被等分為m個摻雜區(qū)域,當(dāng)m=1時,GD-SJ CAVET即為SJ CAVET。n柱中第i(i=1,2,3,……,m)個摻雜區(qū)域用ni表示,n柱的摻雜濃度梯度為Gn,ni區(qū)的摻雜濃度為Nni;p柱中的第i個摻雜區(qū)域用pi表示,p柱的摻雜濃度梯度為Gp,pi的摻雜濃度為Npi。其中n柱的摻雜濃度從上至下依次梯度增加,p柱的摻雜濃度從下至上依次梯度增加,并且Nn1=Np1,Gn=Gp,因此Nni=Npi。在SJ CAVET中,n柱摻雜濃度等于p柱摻雜濃度,并且n柱摻雜濃度與GD-SJ CAVET中的n1區(qū)的摻雜濃度Nn1相同,p柱摻雜濃度與GD-SJ CAVET中的p1區(qū)的摻雜濃度Np1相同。在SJ CAVET和GD-SJ CAVET中,p柱和n柱的高度(H)和寬度(Wp和Wn)均相同,分別為12 μm和3 μm。m個摻雜區(qū)域的各部分的高度h=H/m,圖中的直線A1A2為器件左半部CBL與孔徑交界的垂直線,直線B1B2為器件左半部的右邊界。在本文中,將Nn1的濃度設(shè)置為0.5×1016,1×1016和1.5×1016 cm-3分別進(jìn)行研究。2 仿真結(jié)果與分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]復(fù)合溝道氟離子增強(qiáng)型AlGaN/GaN HEMT的研究[J]. 蔡金勇,周琦,羅小蓉,陳萬軍,范遠(yuǎn)航,熊佳云,魏杰,楊超,張波.  固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2014(05)



本文編號：3497785