Традиционные AlGaN/GaN-транзисторы - приборы, работающие в режиме обеднения. Для большинства применений необходимо реализовывать Е -режим работы, когда ток в канале не течет при нулевом напряжении на затворе. Возможность реализации работы транзистора в Е -режиме открывает широкие перспективы для проектирования цифровых схем и силовых устройств. В работе рассмотрен новый способ формирования нормально-закрытых транзисторов, работающих в Е -режиме, - использование p -GaN-слоя под затвором. В качестве метода формирования данного слоя выбрано плазмохимическое удаление p -GaN-слоя вне затвора. При этом возникают проблемы неоднородности травления по глубине и плохого контроля скорости травления. Разработана гетероструктура с дополнительным барьерным слоем AlN, который является стоп-слоем при травлении. Приведены результаты исследования влияния различных параметров гетероструктуры на концентрацию носителей в канале и, соответственно, на выходные характеристики транзистора, разработан технологический маршрут. По разработанному технологическому маршруту сформированы образцы нормально-закрытых транзисторов, максимальный ток стока которых в открытом состоянии составляет 350 мА/мм при напряжении на затворе 4 В, пробивное напряжение - около 550 В в закрытом состоянии при 0 В на затворе.
1. Гольцова М. Мощные GaN-транзисторы. Истинно революционная технология // Электроника: наука, технология, бизнес. 2012. № 4. С. 86–100.
2. 600-V normally off SiNx/AlGaN/GaN MISHEMT with large gate swing and low current collapse /
Z. Tang, Q. Jiang, Y. Lu et al. // IEEE Electron Device Letters. 2013. Vol. 34. No. 11. P. 1373–1375.
3. Asgari A., Kalafi M. The control of two-dimensional-electron-gas density and mobility in AlGaN/GaN heterostructures with Schottky gate // Materials Science and Engineering: C. 2006. Vol. 26. P. 898–901.
4. Tiwari S. Compound semiconductor device physics. Academic Press, San Diego, 1992, 32 p.
5. Landford W.B., Tanaka T., Otoki Y., Adesida I. Recessed-gate enhancement-mode GaN HEMT with high threshold voltage // Electronics Letters. 2005. Vol. 41. No. 7. P. 449–450.
6. Cai Y., Zhou Y., Lau K.M., Chen K.J. Control of threshold voltage of AlGaN/GaN HEMTs by fluoride-based plasma treatment: from depletion mode to enhancement mode // IEEE Trans. Electron Devices. 2006.
Vol. 53. No. 9. P. 2207–2215.
7. Ohmaki Y., Tanimoto M., Akamatsu S., Mukai T. Enhancement-mode AlGaN/AlN/GaN high electron mobility transistor with low on-state resistance and high breakdown voltage // Japanese Journal of Applied Physics. 2006. Vol. 45. No. 2. P. 42–45.
8. Kambayashi H., Satoh Y., Ootomo S. Over 100 A operation normally-off AlGaN-GaN hybrid
MOS-HFET on Si substrate with high-breakdown voltage // Solid-State Electronics. 2010. Vol. 54. No. 6.
P. 660–664.
9. Roccaforte F., Fiorenza P., Greco G. Recent advances on dielectrics technology for SiC and GaN power devices // Applied surface science. 2014. Vol. 301. P. 9–18.
10. Greco G., Iucolano F., Roccaforte F. Review of technology for normally-off HEMTs with p-GaN gate // Materials Science in Semiconductor Processing. 2018. Vol. 78. P. 96–106.
11. Uemoto Y., Hikita M., Ueno H. Gate Injection Transistor (GIT) – a normally-off AlGaN/GaN power transistor using conductivity modulation // IEEE Transactions on Electron Devices. 2007. Vol. 54. No. 12.
P. 3393–3399.
12. High-performance normally off p-GaN gate HEMT with composite AlN/Al0.17Ga0.83N/Al0.3Ga0.7N barrier layers design / H. Chiu, Y. Chang, B. Li at al. // Journal of the Electron Devices Society. 2018. Vol. 6.
P. 201–206.
13. Bai Z., Du J., Jiang Z., Yu Q. Design and simulation of high breakdown voltage AlGaN/GaN HEMTs with a charged passivation layer for microwave power applications // Journal of Computational Electronics. 2017. Vol. 16. No. 3. P. 741–747.
14. Mohamed A.A., Granzner R., Schwier F. Theoretical investigation of trigate AlGaN/GaN HEMTs // IEEE Transactions on Electron Devices. 2013. Vol. 60. P. 3335–3341.
15. High on/off ratio in enhancement-mode AlxGa1–xN/GaN junction heterostructure field-effect transistors with p-type GaN gate contact / T. Fujii, N. Tsuyukuchi, Y. Hirose et al. // Japanese Journal of Applied Physics. 2006. Vol. 45. No. 2. P. 37–41.
16. Adak S., Swain S., Rahaman H., Sarkar Ch. Effect of doping in p-GaN gate on DC performances of
AlGaN/GaN normally-off scaled HFETs // Devices for Integrated Circuit. 2017. P. 372–375.
17. Field- and current-driven degradation of GaN-based power HEMTs with p-GaN gate: Dependence on Mg-doping level / I. Rossetto, M. Meneghini, E. Canato et al. // Microelectronics Reliability. 2017. Vol. 76–77. P. 298–303.
18. Miyake H., Motogaito A., Hiramatsu K. Effects of reactor pressure on epitaxial lateral overgrowth of GaN via low-pressure metalorganic vapor phase epitaxy // Japanese Journal of Applied Physics. 1999. Vol. 38. No. 9A/B. P. L1000–L1002.