【摘 要】
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氮化镓（GaN）材料具有宽禁带、高临界击穿场强、高饱和电子速度、抗腐蚀性强,耐高温等优秀特性,使其成为第三代半导体材料中的佼佼者。利用GaN与铝镓氮（AlGaN）异质结的自发极化和压电极化效应,产生高浓度、高密度的二维电子气（2DEG）可以实现工作频率高、耐压性能卓越的高电子迁移率晶体管（HEMT）器件。然而,由于器件结构设计等原因使常规AlGaN/GaN HEMT器件在截止状态时,电场主要在栅极
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氮化镓（GaN）材料具有宽禁带、高临界击穿场强、高饱和电子速度、抗腐蚀性强,耐高温等优秀特性,使其成为第三代半导体材料中的佼佼者。利用GaN与铝镓氮（AlGaN）异质结的自发极化和压电极化效应,产生高浓度、高密度的二维电子气（2DEG）可以实现工作频率高、耐压性能卓越的高电子迁移率晶体管（HEMT）器件。然而,由于器件结构设计等原因使常规AlGaN/GaN HEMT器件在截止状态时,电场主要在栅极集中,导致器件内部在高电场作用下发生击穿现象。击穿电压与GaN材料理论极限还有不小差距,GaN HEMT功率器件的击穿电压还有很大提升的空间。针对这种情况,本文对以下几个方面进行研究:（1）为了更加详细深入地了解AlGaN/GaN HEMT器件基本原理及结构,对影响二维电子气浓度的AlGaN势垒层进行研究,主要从AlGaN势垒层的Al组分及厚度两方面研究对器件正向特性的影响。（2）提出具有均匀凹槽势垒的AlGaN/GaN HEMT器件结构。该结构在栅极与漏极之间引入均匀分布的凹槽AlGaN势垒层,凹槽AlGaN势垒层所对应的沟道二维电子气浓度下降形成低浓度二维电子气区域,对辅助耗尽区扩展十分有利。引入的凹槽会形成许多电场峰值,提升器件表面的平均电场强度,从而提升器件的耐压性能。仿真结果表明,在器件最优参数基础上,击穿电压为821V较常规AlGaN/GaN HEMT器件提升了215%,比导通电阻Ron,sp仅增加了0.14mΩ·cm2。（3）提出一种具有部分P-GaN埋层的AlGaN/GaN HEMT器件结构。该结构根据RESURF原理,在GaN缓冲层中引入部分P-GaN埋层,利用P型掺杂与沟道电子形成PN结,提高缓冲层导带。使沟道中的自由载流子在强电场的作用下获能加速,挣脱势阱束缚的能力降低,从而抑制缓冲层泄漏电流。同时,在器件的漂移区形成多个新的峰值电场提高器件的平均电场。仿真结果表明,该器件在参数优化基础上,击穿电压为410V较常规AlGaN/GaN HEMT器件提升了193%,比导通电阻Ron,sp仅增加了0.02mΩ·cm2。
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