采用自立式 a-平面衬底来提高HFET的性能

采用自立式 a-平面衬底来提高HFET的性能

      在一个已商品化的原始 a-平面衬底上制作的增强型 GaN HFET其漏极电流强度可达220 mA/mm。

      来自日本的一个工程师团队通过在一个自立式（Freestanding）GaN衬底上进行器件生长的方法来制作HFET器件，打破了a-平面增强型异质结场效应晶体管（HFET）的漏极电流强度记录。

      增强型HFET与耗尽型HFET相比，前者的应用要少得多。耗尽型HFET更易于制造，并具有高的击穿电压和高的工作温度，并具有很高的电流密度。然而在许多应用中，人们也非常希望其中的增强型HFET能具有同等的性能，因为这样就能降低其待机功耗，可简化电路，这对应用于自动故障防止电路中是必不可少的。

      为了制造增强型HFET，研究人员将目光转向了非极性衬底。通过调节阻挡层中的施主浓度，就可以控制沟道层中二维电子气的密度。

      有一些研究团队，其中包括美国加州大学Santa Barbara分校的研究团队，已经采用了自立式m-平面衬底来制作他们的增强型HFET，但这样做会在氮化物外延层中产生高浓度的氧污染。虽然由此产生的高漏电流可以采用铁掺杂措施来加以减小，但是这种铁元素会对沟道产生沾污，从而降低了漏极电流，并会增加电流的崩溃效应。

      当HFET是生长在以r -平面蓝宝石衬底的a-平面GaN上时，由于晶体管中会产生位错和堆垛层错，所以这种器件的性能也不令人满意。

      然而，来自Meijo大学的论文通讯作者Yasuhiro Isobe说，如果对生长条件进行充分的优化，就有可能在自立式a-平面GaN衬底上制造出高质量的HFET来。

      Isobe和他同事曾在商品化a-平面GaN衬底上制造出了这种HFET晶体管，这些商品化GaN衬底主要由Kyma技术公司和Sumitomo电子工业公司等进行生产。

      这些器件在结构上的特征是具有一个未经特意掺杂的GaN缓冲层，其厚度大于7µm，随后是3层Al0.34-Ga0.64-N层，其厚度分别为1nm、3nm和16nm。最薄和最厚的两层未经特意的掺杂，与处于它们中间3nm厚的薄层形成一种三明治结构，该中间层的硅掺杂浓度为3.5 x 1019cm-3。

      根据二次离子质谱SIMS分析，在a-平面GaN层中的O含量水平低于仪器的检出限2 x 1016 cm-3。

      当栅源间电压为3V、栅极宽度为2µm、源漏间距为8µm时，这种HFET可提供峰值漏极电流强度为220mA/mm。而当这个电压调节至–20 V时，漏极电流为8 x 10-6 A/mm，该日本团队说这个数值比生长在广泛使用的c-平面上HFET的相应值要低。这种晶体管跨导的峰值为56.6 mS/mm，当源漏间电压为+8V时，其阈值电压为–1.6 V。

      该研究团队现在正在试图制造具有更高性能水平的器件。Isobe说，他们已经取得了一定成功，但是同时也发现了一些问题，对此进行详细描述的论文将会随即发表。

       译