基于EMMI定位的GaN_HEMT耐正向可靠性研究_白霖.pdf

第 43卷 第 1期2023年 2月Vol.43，No.1Feb.，2023固体电子学研究与进展RESEARCH&PROGRESS OF SSE基于EMMI定位的GaN HEMT耐正向可靠性研究白霖 林伟杰 林罡 邵国键 任春江 刘柱（南京电子器件研究所，南京，210016）20221008收稿，20221125收改稿摘要：GaN HEMT 器件在高温栅偏压（HTGB）应力下会出现势垒退化现象，并进一步引发器件在射频工作下的不稳定和失效问题。使用微光显微镜（EMMI）作为主要工具，对器件的 HTGB退化问题进行了研究。讨论了不同电偏置条件下器件 EMMI 发光的分布和形成机理，并对比了器件在 HTGB 试验前后 EMMI 发光图像的变化。HTGB后器件在反偏电场下出现明显新增 EMMI亮点，对亮点的微区分析定位到栅下有外延位错对应的局部烧毁点。研究表明，延伸至栅下的外延位错会构成漏电通道，对 HTGB下的退化和失效存在贡献。关键词：氮化镓高电子迁移率晶体管；微光显微镜；高温栅偏压；外延位错；可靠性中图分类号：TN386 文献标识码：A 文章编号：10003819(2023)01008306Investigation of GaN HEMT Reliability Under Forward Gate Bias by Emission MicroscopeBAI Lin LIN Weijie LIN Gang SHAO Guojian REN Chunjiang LIU Zhu（Nanjing Electronic Devices Institute，Nanjing，210016，CHN）Abstract:Barrier degradation occurs in GaN HEMT devices under high temperature gate bias（HTGB）test，and further causes instability and failure problems during RF operation.In this paper，Emission Microscope（EMMI）was used as main tool to study the HTGB degradation of devices.EMMI luminescence distributions and formation mechanisms under varying external electrical bias conditions were discussed，and the EMMI luminescence differences of devices before and after HTGB stress were compared.New obvious EMMI spots under reversed electric field were found in devices after HTGB stress，and local burn point corresponding to the epitaxial dislocation under the gate was located in the bright spot area by micro analysis.This work shows that the epitaxial dislocations extended to gate may form leakage path，which contributes to the degradation and failure in HTGB stress.Key words：GaN HEMT；EMMI；HTGB；epitaxial dislocation；reliability引 言第三代半导体 GaN 材料具有禁带宽度大，耐高温，击穿电压高，电子饱和迁移速度快等显著优点，从而在雷达、航空航天、通信基站等微波领域得到广泛应用12。过去的二三十年间，GaN HEMT 器件的外延生长、工艺技术、结构设计等方面都有了长足的进步，但依然存在诸多可靠性方面的问题，制约着器件进一步走向更大规模商用。其中，高温栅偏压应力（High temperature gate bias）主要考核器件在正向栅流注入情况下肖特基结的稳定性34，对考察器件在射频工作状态下的长期可靠性有重要参考意义，但 HTGB 激发和造成退化的原因和机材料与工艺 基金项目：工信部产业基础再造和制造业高质量发展专项资助项目（CEIEC2020ZM020598）联系作者：E-mail:bailin5cetc.com.cnDOI:10.19623/j.c