Einfluss der Schichteigenschaften auf das elektrische und optoelektrische Verhalten von AlGaN-GaN-HEMT-Transistoren

Wolter, Mike Jean; Lüth, Hans

doi:25729

Einfluss der Schichteigenschaften auf das elektrische und optoelektrische Verhalten von AlGaN-GaN-HEMT-Transistoren

Wolter, Mike Jean (Author)

2004

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Mike Jean Wolter

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2004

UmfangVIII, 133 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Lüth, Hans (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2004-03-04

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-8147
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59383/files/Wolter_Mike.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
HEMT (Genormte SW) ; Heterostruktur-Bauelement (Genormte SW) ; Aluminiumnitrid (Genormte SW) ; Galliumnitrid (Genormte SW) ; Epitaxieschicht (Genormte SW) ; Gitterbaufehler (Genormte SW) ; DLTS (Genormte SW) ; Impedanzspektroskopie (Genormte SW) ; Physik (frei) ; GaN (frei) ; AlGaN (frei) ; Transistor (frei) ; Defekte (frei) ; Photoionisation (frei) ; Admittanzspektroskopie (frei) ; defects (frei) ; admittance spectroscopy (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Die Fehlanpassung der Gitterkonstante und des Ausdehnungskoeffizienten von Galliumnitrid (GaN) auf die Substrate Saphir, Silicium und Siliciumkarbid führt in AlGaN/GaN-Schichten zu einer hohen Konzentration an Defekten. Der Einfluss dieser elektrisch aktiven Zentren (Traps) und die damit verbundenen Trapping-Effekte wurden mit vier verschiedenen Messverfahren untersucht. Die Photoionisationsspektroskopie an Schichten auf Saphir-Substrat und auf Silicium-Substrat förderten zwei bzw. drei unterschiedliche für den „Current Collapse”, verantwortliche Traps zu Tage. Der Current Collapse beruht auf Umladeprozessen von Störstellen in der GaN-Pufferschicht. Mittels Backgating Current Deep Level Transient Spectroscopy wurden die Aktivierungsenergien von einem Minoritätstrap und einem Majoritätstrap im GaN-Puffer auf Silicium-Substrat bestimmt. Pulsmessungen sind Drainstrom-Messungen bei gepulster Gatespannung und dienen dazu den Einfluss des „Gate Lag”, zu untersuchen. Beim Gate Lag werden Oberflächenzustände umgeladen, so dass der gepulste Drainstrom abnimmt. Dieser Effekt konnte zu einem großen Teil durch die Oberflächenpassivierung mit Siliciumnitrid unterdrückt werden. Schließlich wurde mittels Admittanzspektroskopie die Aktivierungsenergie einer Gitterfehlstelle, die durch den Sputterprozess bei der Prozessierung von Transistoren entsteht, im GaN-Puffer bestimmt. Es konnten also die Einflüsse sowohl der Oberflächenzustände vom AlGaN als auch der Störstellen, d.h. der Gitterdefekte und der Verunreinigungen im GaN, nachgewiesen werden. Mittels Literaturvergleichen konnten diese Traps zu identifiziert werden.

The mismatch of the lattice constants and of the thermal expansion coefficients between gallium nitride (GaN) and its substrates like sapphire, silicon and silicon carbide is responsible for a high concentration of defects in AlGaN/GaN layers. The influence of these electrically active centres (traps) and their respective trapping effects are investigated using four different measurement methods. With photoionisation spectroscopy on layers grown on sapphire and silicon substrates two resp. three different traps responsible for the current collapse were found. Current collapse is assigned to traps in the GaN buffer layer. Using backgating current deep level transient spectroscopy the activation energies of a minority and a majority trap in the GaN buffer on silicon substrate were determined. For pulse measurements the drain current is measured at pulsed gate voltages. These measurements are used to investigate the influence of the "gate lag", i.e. trapping in surface states. This effect was suppressed largely by passivating the surface with a silicon nitride layer. Finally with admittance spectroscopy the activation energy of a GaN buffer anti-site, which is caused by sputtering during the processing of transistors, could be determined. Thus it was shown that surface states of AlGaN as well as defects in GaN, i.e. lattice defects and impurities, are responsible for trapping effects in AlGaN/GaN high electron mobility transistors. These traps could be confirmed in literature.

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