由于GaN具有大禁帶寬度、高電子遷移率、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，GaN HEMT成為新一代功率器件研究的熱點(diǎn)。由于極化作用，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面會(huì)形成高濃度的二維電子氣，濃度可達(dá)到1013/cm²量級(jí)，因此一般的GaN HEMT都是耗盡型器件。如何實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型GaN HEMT一直是該領(lǐng)域研究的難點(diǎn)，目前幾種主要用來(lái)制備增強(qiáng)型器件的方案包括：p型柵、凹槽柵、F處理和Cascode結(jié)構(gòu)。其中，p型柵的方案已經(jīng)被很多著名的研究機(jī)構(gòu)和公司采用，如IMEC、FBH、Panasonic、EPC和Samsung等。但是制備這種器件結(jié)構(gòu)需要對(duì)幾十nm的p-GaN層進(jìn)行刻蝕，由于刻蝕工藝的特點(diǎn)，對(duì)粗糙度、均勻性、選擇性、腔室控制等方面提出了挑戰(zhàn)，容易造成刻蝕不均勻和刻蝕損傷的問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張寶順課題組提出一種新的實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型p-GaN 柵結(jié)構(gòu)AlGaN/GaN HEMT的工藝技術(shù)——H等離子體鈍化p-GaN技術(shù)。這種技術(shù)是通過(guò)H等離子體將p-GaN中的淺能級(jí)受主雜質(zhì)Mg鈍化成Mg-H中性復(fù)合物，從而將p型GaN轉(zhuǎn)化成高阻的GaN，這種高阻GaN將截?cái)嗥骷衟-GaN的漏電通道，提高柵控制能力，同時(shí)由于p-GaN中的Mg受主被鈍化，釋放了鈍化區(qū)下方的原先被p-GaN耗盡的溝道電子。H對(duì)于淺能級(jí)受主雜質(zhì)有很強(qiáng)的鈍化作用，但對(duì)于施主雜質(zhì)的影響很小，這使得H對(duì)于p-GaN/AlGaN具有一定的選擇性，因此這種工藝技術(shù)具有很好的工藝窗口。不同于刻蝕工藝去除柵下以外的p-GaN蓋帽層，H等離子體技術(shù)將柵下以外的p-GaN蓋帽層變?yōu)楦咦璧腉aN，保留下來(lái)的厚的高阻GaN有利于降低器件的電流崩塌。目前采用H等離子體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的p-GaN 柵結(jié)構(gòu)AlGaN/GaN HEMT的閾值電壓可以達(dá)到+1.75 V，飽和電流200mA/mm，開(kāi)關(guān)比107。通過(guò)變溫測(cè)試，這種工藝的可靠性也得到了初步的驗(yàn)證。該科研成果發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》（Applied Physics Letters，DOI: 10.1063/1.4964518）上。

上述研究工作得到了國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)項(xiàng)目等的大力支持。

圖1.（a）H等離子體處理前器件結(jié)構(gòu)（b）H等離子體處理后器件結(jié)構(gòu)。

圖2. H等離子體處理前后器件性能變化，左為線性坐標(biāo)，右為對(duì)數(shù)坐標(biāo)。