镁掺杂对采用CMOS兼容工艺制造的p-GaN栅极HEMTs的影响

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Impact of Mg Doping on p-GaN Gate HEMTs Fabricated by CMOS-Compatible Process

　　摘要：调节Mg掺杂量是常用的方法，用于操控p-GaN栅极HEMTs的阈值电压（VTH）。然而，作为天然存在的杂质，Mg掺杂剂可能会引入不稳定因素。在这项研究中，我们对比分析了具有不同Mg掺杂浓度（范围从1.5×10^19 cm^-3到1.2×10^20 cm^-3）的四个样品，发现：1）过高的或过低的Mg掺杂浓度都会对VTH产生不利影响；2）肖特基结附近离子化空穴浓度较低时，p-GaN在正向栅压下的耗尽区域会更宽，同时栅极漏电流也会减少；3）严重的Mg扩散会同时降低导通状态电流和关断状态漏电流；4）设备在导通状态下的电阻动态退化显著受到扩散进入AlGaN/GaN层的Mg离子化作用的影响；5）值得注意的是，尽管掺杂浓度为6×10^19 cm^-3时会在肖特基结附近产生明显的自我补偿效应，但通过扩散作用在p-GaN/AlGaN异质结处形成的实际掺杂浓度约为2×10^19 cm^-3，此时器件的VTH可以达到最大值。上述研究系统地分析了Mg掺杂浓度对器件关键电气特性和可靠性的影响，有助于深入理解p-GaN栅极HEMTs的工作原理。