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1、第26卷第10期半导体学报Vol.26No.102005年10月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSOct.,2005GaN异质结的二维表面态薛舫时(南京电子器件研究所,南京210016)提要:提出了氮化物表面强极化电荷产生薄吸附层形成的二维表面态新模型.从薛定谔方程和泊松方程的自洽计算中得到了新的二维表面态.计算了不同吸附层能带带阶、厚度和表面势下的表面状态,研究了表面态与异质结构间的关联.算得的表面能级同实验测量数据相吻合.用该态模型解释了氮化物产生高密度表面态的原因和深表面能级与较浅的瞬态电流激活能间的矛盾.关键词:氮化物表面;二维表面态;极化吸附层;电流崩塌EE
2、ACC:7320C;2550E;2520D中图分类号:TN386文献标识码:A文章编号:025324177(2005)1021939206速的指数衰变过程和一个缓变的非指数响应,得出1引言导带下0137eV的深能级和禁带中的连续表面态.[8]Auret等人用DLTS谱研究了GaN表面的陷阱AlGaN/GaNHFET射频工作中的电流崩塌和能级,发现导带下0145eV的能级具有连续能谱的[9]高温下栅极的泄漏电流是制约器件生产和应用的两特性.Fang等人的DLTS测量得出导带下个难题.势垒层的表面能级是产生这两个问题的关0118eV和0153eV能级,后者依赖于样品中的电场[10]键因素,因而成为
3、器件研究的热点.强度.Look等人测得位于导带底以下0134eV和众所周知,GaAs的高表面态密度产生费米能1104eV的两个表面陷阱.级钉扎.AlGaN/GaNHFET的表面态密度更高,达AlGaN/GaNHFET的漏电流DLTS谱测出了13-2[11]10cm,表面费米能级的位置就成为研究的焦点.器件工作状态下的表面态.Vertiatchikh等人测[1]Behn等人测量了三种不同气氛下的紫外光反射得主峰能级位于导带下1143eV.当器件用SiN钝化谱,发现随气氛改变而产生显著变化,没有费米能级后该峰显著减弱,而且能级移动到11427eV.Okino[2][12]钉扎.Hashizume等
4、人测量了不同表面处理工艺等人在HFET中测得分别位于导带底以下下的表面费米能级,发现表面能带弯曲可以有近0158eV和111eV的两个陷阱能级.当生长介质层1eV的变化.在适当的表面处理下,表面态密度降低制成MISHFET后只测得导带下0149eV处的一个11-2[7]到2×10cm.肖特基势垒研究也证明了低至3×陷阱.在器件模型研究中,Hasegawa等人以瞬态11-2[3]10cm的表面态密度.说明极性氮化物表面并电流激活能0137eV为表面能级建立栅泄漏电流和[4][13]不存在高密度的固有表面态密度.Nguyen等人电流崩塌的模拟理论.Meneghesso等人由栅延指出,不同器件的电流
5、崩塌特性差别很大,说明它不迟的温度变化中测得013eV的激活能.假设表面能是一种本征现象,而是由不适当工艺处理造成的.级是距价带顶013eV的空穴陷阱.[5,6]Klein等人用光照射产生电流崩塌的器件实验表明,表面能级是由表面吸附、沾污及相关来恢复漏电流,在光离化谱中发现两个峰,分别位于缺陷造成的,同器件制作中的表面处理、杂质沾污及导带下118eV和2185eV.后一能级的浓度随C含表面钝化有关,而且还受器件中电场的影响.目前对量改变而变化,被确定为C沾污的能级.Hasegawa此还没有很好的理论描述.此外,表面能级究竟是离[7]等人测量了无栅HFET的瞬态电流,发现一个快带边1eV以上的深
6、能级,还是像电流激活能测量中薛舫时男,1939年出生,研究员,从事GaNHFET研究.2005201202收到,2005206210定稿n2005中国电子学会1940半导体学报第26卷获得的013～014eV的较浅的能级,也是一个亟待来寻找相应的表面态.对于能量较高的表面态,往往解决的重要课题.笔者认为氮化物的重要特征是存要计算二百多个高激发态.为此,笔者选用有限差分在很强的表面极化电荷.极化电荷吸附周围分子后方法,精心优化计算程序,保证了高激发态的计算精形成一极化吸附层,构成二维势阱,产生二维表面度.态.由此就能自洽求解薛定谔方程和泊松方程来计算二维表面态,研究它与表面吸附层的厚度、特性以3
7、计算结果及异质结能带和电场间的关联,建立起新的表面态首先计算势垒层厚30nm,Al组分比为013的模型.AlGaN/GaN异质结.设表面吸附层厚2nm,吸附层同势垒层间的带阶为112eV.计算得到的异质结能2表面态模型和表面能级计算带和二维电子气分布如图1所示.异质结界面上大[14]带阶和强极化电荷形成一个很窄的量子阱,产生强Kohn等人在研究GaNHFET的瞬态特性而窄的二维电子气尖峰.阱结构不
