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插入AlN阻挡层结构的HEMT性能变化

  Shen等人报告了在AlGaN/GaN异质结界面插入AlN薄层形成的AlGaN/AlN/GaN异质结优于常规的AlGaN/GaN异质结,因为前者的2DEG的电子密度和迁移率都得到改善。AlGaN/AlN/GaN结构极化效应造成的有效ΔEc增大,产生更深的量子阱,由此产生更高的电子浓度。二维电子向势垒层的渗入量显著减少,所以能够减少合金无序散射从而提高迁移率。有效ΔEc增大不仅使量子阱变深,还使势垒层的能带升高,尤其是异质结界面附近。AlN层的插入有利于改善输出特性,本文研究AlN层厚度对导带,电子浓度及输出特性的影响,结构如图.1所示。
AlGaN/GaN异质结插入AlN阻挡层 
图1 AlGaN/GaN异质结插入AlN阻挡层
 
  图2对应AlN厚度分别为1nm、5nm、10nm情况下的导带。比较三幅图可以看出,随着AlN厚度的增加,GaN势阱深度变大,同时势垒也变大,有利于电子积累和减小电子迁移到AlGaN层,提高电子迁移率,改善输出特性。
(a)1nmAlN层导带图 (b)5nmAlN层导带 (c)10nmAlN层导带 
图2 (a)1nmAlN层导带图 (b)5nmAlN层导带 (c)10nmAlN层导带
 
  图3对应AlN厚度分别为1nm、5nm、10nm情况下的电子分布情况,图中标出了电子的峰值浓度。通过比较可以看出,随着AlN厚度的增加,AlGaN/GaN异质结中电子浓度变大,这是与导带的变化情况相联系的。
(a)1nmAlN层电子浓度 (b)5nmAlN层电子浓度 (c)10nmAlN层电子浓度 
图3 (a)1nmAlN层电子浓度 (b)5nmAlN层电子浓度 (c)10nmAlN层电子浓度
 
  图4显示AlN厚度分别为1nm、5nm、10nm情况下输出漏极电流特性,图4a对应栅极电压0V的漏极电流,图4b对应栅极电压-2V情况下输出电流。比较不同AlN厚度情况下的输出电流可以看出,AlN层的引入有利于特高输出电流,随着AlN层厚度的增加,输出电流也会增加。
(a)Vg=0V输出漏电流 (b)Vg=-2V输出漏电流 
图4 (a)Vg=0V输出漏电流 (b)Vg=-2V输出漏电流
 
  综上所述,AlN阻挡层的引入有利于提高HEMT器件的性能,厚的AlN层会进一步提高输出电流,改善HEMT器件性能。

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