远离沟道的P型埋层对AlGaN/GaN MISFET器件的击穿增强

许洁 章徐国

上海电力大学，中国·上海 200090

1 引言

在电力电子领域，基于AlGaN/GaN 极化效应的场效应晶体管由于高二维电子气（2DEG）浓度，高电子饱和速度等出色的特性而备受关注。

对于GaN 电力电子器件而言，通常要确保器件在获得高击穿电压的同时具有相对较低的导通电阻，因此使用Mg掺杂的p 型GaN 埋层结构被提出，该结构可以调节栅漏间的体电场和表面电场分布来增强击穿电压VBK，且在RON，sp和VBK之间可以达到更好的权衡。

论文通过Sentaurus TCAD 对具有远离沟道的p-GaN 埋层结构的MISFET 进行了2D 仿真分析及优化。最终，优化后的器件击穿电压VBK=1941V。

2 器件结构

AlGaN/GaN MISFET 的截面图，两者之间的不同点在于GaN 缓冲层中是否埋设p 型GaN 埋层。

该结构具有无意掺杂的Al0.25Ga0.75N 势垒层，无意掺杂的GaN 沟道层及缓冲层。栅极下方的势垒层被完全刻蚀以实现常关操作[1-4]。

埋层顶部与沟道底部的距离为dBC（dBC=0.01，0.3，0.5，1um），埋层右侧与栅场板右侧边缘的水平距离为dBG（dBG=-0.5，0，0.5，1，2，3，4um），埋层从容易击穿的栅场板边缘的左侧逐渐向漏端延伸，另外埋层的厚度固定为0.2um，埋层左侧距离器件边缘的距离为1.5um。

3 埋层对器件的击穿

和传统MISFET相比，PBL器件取得了更高的击穿电压，增强了击穿特性。

图2 为埋层空穴浓度为不同dBG和dBC对器件击穿电压VBK的影响，此时栅极电压Vgs=0V，漏极电压Vds=VBK。

图1 MISFET 结构截面图

图2 不同dBG 和dBC 对应的击穿电压VBK

图2 说明相同dBG，dBC条件下，Nburied高时对应的击穿电压VBK更大。当Nburied=5 ⅹ1017cm-3时，从图3（c）中可以看到，当dBG≥3.0um 后，器件击穿电压发生了与埋层空穴浓度低时相比不同的变化，这是由于此时击穿点发生了转移。从dBG=3um 开始，漏端电场和碰撞电离率都会开始增加，并超过栅场板边缘对应的横向电场和碰撞电离率，漏端的电场线分布更加密集使得器件在漏端发生了击穿，击穿点从栅场板边缘转移到了漏端。

4 结论

论文提出的PBL 器件在其缓冲层内具有远离沟道的P型GaN 埋层，PBL 的空穴扩散使其周围产生了对电场线有吸引作用的正空间电荷区域，即PBL 能够调制电场。埋层与漏端的距离过近时，PBL 会增强漏端的电场，导致器件击穿点从栅场板边缘转移到漏端，文中获得的高击穿电压为1941V。