Анализ механизмов рассеяния носителей в AlN/GaN HEMT-гетероструктурах с ультратонким AlN барьером

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом молекулярно-лучевой эпитаксии с плазменной активацией азота получены экспериментальные AlN/GaN гетероструктуры (ГС) с ультратонким AlN барьером. Слоевое сопротивление оптимизированных структур составило менее 230 Ом/¨. Исследованы процессы рассеяния, ограничивающие подвижность двумерного электронного газа в нелегированных AlN/GaN ГС с ультратонким AlN барьером. Показано, что в диапазоне ns, характерном для AlN/GaN HEMT ГС (ns > 1 × 1013 см–2), заметный вклад в рассеяние носителей заряда вносит шероховатость гетерограницы.

Об авторах

А. С. Гусев

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: AOSultanov@mephi.ru
Россия, 115409, Москва

А. О. Султанов

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Автор, ответственный за переписку.
Email: AOSultanov@mephi.ru
Россия, 115409, Москва

А. В. Катков

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: AOSultanov@mephi.ru
Россия, 115409, Москва

С. М. Рындя

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: AOSultanov@mephi.ru
Россия, 115409, Москва

Н. В. Сигловая

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: AOSultanov@mephi.ru
Россия, 115409, Москва

А. Н. Клочков

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: AOSultanov@mephi.ru
Россия, 115409, Москва

Р. В. Рыжук

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: AOSultanov@mephi.ru
Россия, 115409, Москва

Н. И. Каргин

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: AOSultanov@mephi.ru
Россия, 115409, Москва

Д. П. Борисенко

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: AOSultanov@mephi.ru
Россия, 115409, Москва

Список литературы

  1. Meyer D.J. et al. High Electron Velocity Submicrometer AlN/GaN MOS-HEMTs on Freestanding GaN Substrates // in IEEE Electron Device Letters. 2013. V. 34. No. 2. Р. 199—201. doi: 10.1109/LED.2012.2228463.
  2. Xue J.S., Zhang J.C., Hao Y. Ultrathin barrier AlN/GaN high electron mobility transistors grown at a dramatically reduced growth temperature by pulsed metal organic chemical vapor deposition // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 107. I. 4. Аrticle ID 043503. https://doi.org/10.1063/1.4927743
  3. Cao Y., Wang K., Li G., Kosel T., Xing H., Jena D. MBE growth of high conductivity single and multiple AlN/GaN heterojunctions // Journal of Crystal Growth. 2011. V. 323. I. 1. Р. 529—533. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2010.12.047
  4. Harrouche K., Kabouche R., Okada E. and Medjdoub F. High performance and highly robust AlN/GaN HEMTs for millimeter-wave operation // in IEEE Journal of the Electron Devices Society. 2019. V. 7. Р. 1145—1150. doi: 10.1109/JEDS.2019.2952314.
  5. Chang C.Y. et al. Very low sheet resistance AlN/GaN high electron mobility transistors // Proc. CS MANTECH Conference. 2009. Р. 18—21.
  6. Ambacher O., Smart J., Shealy J.R. et al. Two-dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectric polarization charges in N- and Ga-face AlGaN/GaN heterostructures // J. Appl. Phys. 1999. V. 85. Р. 3222—3233. https://doi.org/10.1063/1.369664
  7. Burnham S., Doolittle W. In situ growth regime characterization of AlN using reflection high energy electron diffraction // Journal of Vacuum Science & Technology B. 2006. V. 24. Р. 2100—2104.
  8. Burnham S., Namkoong G., Lee K., Doolittle W. Reproducible reflection high energy electron diffraction signatures for improvement of AlN using in situ growth regime characterization // Journal of Vacuum Science & Technology B. 2007. V. 25. Р. 1009—1013.
  9. Протасов Д.Ю., Малин Т.В., Тихонов А.В. и др. Рассеяние электронов в гетероструктурах AlGaN/GaN с двумерным электронным газом // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47. Вып. 1. С. 36—47.
  10. Ridley B.K., Zakhleniuk N.A. Transport in a polarization-induced 2D electron gas // Int. J. High Speed Electron. Syst. 2001. V. 11. No. 2. Р. 117—147.
  11. Yaita J. et al. Probing the effects of surface roughness and barrier layer thickness in InAlGaN/GaN HEMTs to improve carrier mobility // Applied Physics Express. 2021. V. 14. Article ID 031005.
  12. Ridley B.K., Foutrz B.E., Eastman L.F. Mobility of electrons in bulk GaN and AlxGa1–xN/GaN heterostructures // Phys. Rev. B. 1999. V. 61. No. 24. Р. 16862—16869.
  13. Tripathi P., Ridley B.K. Dynamics of hot-electron scattering in GaN heterostructures // Physical Review B. 2002. V. 66. Article ID 195301.
  14. Zanato D. et al. The effect of interface-roughness and dislocation scattering on low temperature mobility of 2D electron gas in GaN/AlGaN // Semicond. Sci. Technol. 2004. V. 19. Р. 427—432.
  15. Fang F.F., Howard W.E. Negative field-effect mobility on (100) Si surfaces // Phys. Rev. Lett. 1966. V. 16. No. 18. Р. 797—799.
  16. Jena, D., Smorchkova, Yu., Elsass, C., Gossard, A.C., and Mishra, U.K. Electron transport and intrinsic mobility limits in two-dimensional electron gases of III–V nitride heterostructures, arXiv Preprint, 2001.https://doi.org/10.48550/arXiv.cond-mat/0103461
  17. Lisesivdin S.B. et al. Scattering analysis of 2DEG carrier extracted by QMSA in undoped Al0.25Ga0.75N/GaN heterostructures // Semicond. Sci. Technol. 2007. V. 22. Р. 543—548.
  18. Davies J.H. The physics of low-dimensional semiconductors: an introduction, Cambridge University Press, 1998.
  19. Gelmont B.L., Shur M., Stroscio M. Polar optical-phonon scattering in three and two-dimensional electron gases // J. Appl. Phys. 1995. V. 77. Р. 657—660.
  20. Smorchkova I.P. et al. AlN/GaN and (Al, Ga)N/AlN/GaN two-dimensional electron gas structures grown by plasma-assisted molecular-beam epitaxy // Journal of Applied Physics. 2001. V. 90. No. 10. Р. 5196—5201. https://doi.org/10.1063/1.1412273
  21. Zimmermann T. et al. AlN/GaN Insulated-gate HEMTs with 2.3 A/mm output current and 480 mS/mm transconductance // IEEE Electron Device Letters. 2008. V. 29. No. 7. Р. 661—664. https://ieeexplore.ieee.org/document/4558119
  22. Gaska R., Yang J.W., Osinsky A. et al. Electron transport in AlGaN/GaN heterostructures grown on 6H-SiC substrates // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 72. No. 6. Р. 707—709. https://doi.org/10.1063/1.120852
  23. Cordier Y., Portail M., Chenot S. et al. AlGaN/GaN high electron mobility transistors grown on 3C-SiC/Si(111) // Journal of Crystal Growth. 2008. V. 310. I. 20. Р. 4417—4423. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2008.07.063
  24. Chen Z., Pei Y., Newman S. et al. Growth of AlGaN/GaN heterojunction field effect transistors on semi-insulating GaN using an AlGaN interlayer // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. Article ID 112108. https://doi.org/10.1063/1.3103210
  25. Chen J., Bergsten J., Lu J., Janzen E. et al. A GaN — SiC hybrid material for high-frequency and power electronics // Appl. Phys. Lett. 2018. V. 113. Article ID 041605. https://doi.org/10.1063/1.5042049
  26. Wu S., Ma X., Yang L. et al. A millimeter-wave AlGaN/GaN HEMT fabricated with transitional-recessed-gate technology for high-gain and high-linearity applications // IEEE Electron Device Letters. 2019. V. 40. No. 6. Р. 846—849. doi: 10.1109/LED.2019.2909770.
  27. Asgari A., Babanejad S., Faraone L. Electron mobility, Hall scattering factor, and sheet conductivity in AlGaN/AlN/GaN heterostructures // J. Appl. Phys. 2011. V. 110. I. 11. Article ID 113713. https://doi.org/10.1063/1.3665124

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024