提出了一種含有AlN 插入層的新型Al 組分漸變的N 極性GaN 基高電子遷移率晶體管( HEMT) 結(jié)構(gòu)，并通過(guò)自洽求解一維薛定諤方程和泊松方程，仿真研究了該新型N 極性HEMT 結(jié)構(gòu)的二維電子氣特性。結(jié)果表明采用該新型N 極性HEMT 結(jié)構(gòu)其體載流子濃度峰值與普通Al 組分漸變N 極性HEMT 結(jié)構(gòu)相比提高了12%。同時(shí)定義了Al 組分從大到小漸變層和從小到大漸變層厚度之比R 及最大值xmax，仿真表明二維電子氣面密度隨R 增大而減小，而xmax超過(guò)0.4 后二維電子氣面密度出現(xiàn)飽和趨勢(shì)。

　　N 極性(N-polar) GaN基高電子遷移率晶體管(HEMT) 與傳統(tǒng)的Ga 極性(Ga-polar) GaN 基HEMT相比，在高頻大功率微波晶體管應(yīng)用中以低接觸電阻及高二維電子氣(2DEG) 限閾性等優(yōu)勢(shì)日益受到相關(guān)研究者的重視，且在頻率及功率特性方面已逐漸可以和Ga 極性HEMT 器件性能相比擬。

　　在N 極性HEMT 文獻(xiàn)報(bào)道中，對(duì)GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)中的AlGaN天然背勢(shì)壘層除進(jìn)行Si 摻雜以提高GaN 溝道層中的2DEG 面密度及穩(wěn)定性外，一般還進(jìn)行Al 組分漸變式處理，其目的是減小HEMT器件的電流崩塌效應(yīng)。Rajan S 等研究認(rèn)為在N 極性GaN 基HEMT 中的AlGaN 背勢(shì)壘層和GaN 緩沖層所構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)處，靠近價(jià)帶頂附近存在一個(gè)施主型陷阱能級(jí)，由于陷阱能級(jí)離費(fèi)米能級(jí)較近，且施主能級(jí)釋放和捕獲電子速度較慢，從而引起電流崩塌。通過(guò)對(duì)AlGaN 背勢(shì)壘層進(jìn)行Al 組分漸變處理后，可以使價(jià)帶頂和陷阱能級(jí)遠(yuǎn)離費(fèi)米能級(jí)，從而使施主型陷阱能級(jí)變成深能級(jí)，最終減小電流崩塌效應(yīng)。

　　提高異質(zhì)結(jié)中的2DEG 面密度及遷移率對(duì)提高器件電流處理能力至關(guān)重要，增大AlxGa1 - xN 中的Al 組分x 及Al 組分漸變范圍可以提高N 極性GaN/AlGaN 異質(zhì)結(jié)中的2DEG 面密度，但這會(huì)降低異質(zhì)結(jié)界面材料質(zhì)量，從而影響2DEG 遷移率。

　　為了在提高N 極性GaN 基HEMT 2DEG 面密度的同時(shí)降低對(duì)2DEG 遷移率的影響，提出了一種新型的Al 組分漸變結(jié)構(gòu)，通過(guò)自洽求解薛定諤方程和泊松方程分析并研究了相關(guān)參數(shù)對(duì)該新型結(jié)構(gòu)中2DEG 行為特性的影響，期望為實(shí)際N 極性材料與器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些有益幫助。

　　結(jié)論

　　提出了一種含有AlN 插入層的新型Al 組分漸變的N 極性GaN 基HEMT 結(jié)構(gòu)。通過(guò)自洽求解一維薛定諤方程和泊松方程，首先仿真研究了不含AlN 插入層時(shí)的無(wú)Al 組分漸變、普通Al 組分漸變和新型Al 組分漸變的三種N 極性GaN 基HEMT 結(jié)構(gòu)的2DEG 行為特性。結(jié)果表明該新型Al 組分漸變的N 極性HEMT 結(jié)構(gòu)其總2DEG 面密度最大，但GaN/AlGaN 異質(zhì)結(jié)中的2DEG 面密度較低，限閾性也較差。引入1 nm AlN 插入層后，該新型N 極性HEMT 結(jié)構(gòu)的體載流子濃度峰值與普通Al 組分漸變N 極性HEMT 結(jié)構(gòu)相比增加了12%，而2DEG 限閾性也得到了有效提高。同時(shí)定義了Al 組分的從大到小漸變層和從小到大漸變層厚度之比R 和最大值xmax，分析表明2DEG 面密度隨R 增大而減小，而xmax超過(guò)0.4 后2DEG 面密度逐漸趨于飽和。