确定GaN异质结场效应晶体管栅下势垒层应变的方法
【专利摘要】确定GaN异质结场效应晶体管栅下势垒层应变的方法，属微电子【技术领域】，该方法的基本原理是首先使用半导体参数测试仪直接得到GaN异质结场效应晶体管栅极和源极间的电容-电压（C-V）和正向电流-电压（I-V）特性曲线，结合势垒层电容分析得到栅下总的极化电荷密度，然后结合GaN异质结材料的自发极化和压电极化理论，分析得到GaN异质结场效应晶体管栅下势垒层应变。本发明与现有测试技术相比较，测试方法更加容易、直接、准确，分辨率也更高，而且解决了现有测试方法无法测试栅下势垒层应变的问题。
【专利说明】确定GaN异质结场效应晶体管栅下势垒层应变的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种确定GaN异质结场效应晶体管栅下势鱼层应变的方法,属于微电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，由于其在高温高频大功率等方面的广泛应用前景，GaN异质结场效应晶体管(HFETs) —直作为微电子领域研究热点而备受关注。研究表明，极化电荷对于GaN异质结场效应晶体管的电学特性至关重要，而极化是与势垒层应变密切相关的，因此获得AlGaN势垒层的应变信息对于提高GaN HFETs器件特性至关重要。目前，微区拉曼光谱是研究势垒层应变的主要方法之一，2004年Sarus等人在应用物理快报第85期第2217页发表的《AlxGai_xN的E2 (高)声子模的声子形变势》以及2006年sarua等人在应用物理快报第88期第103502页发表的《AlGaN/GaN异质结场效应晶体管偏压下的压电极化张应变》等文章中都用到了微区拉曼光谱的方法研究势垒层的应变，微区拉曼光谱提供了一种测量外延层应力和分布的非破坏性方法，在声子拉曼峰中，E2 (闻)声子模的拉曼散射在(0001)面得背散射模式下是允许的，并且半高宽较窄、强度较大；一般利用E2(高)支声子模的拉曼峰频移来测量GaN层的应力，然后利用作用力与反作用力关系反推势垒层应变信息，但是由于测试光斑较大，因此这种方法分辨率较低，而对于栅下势垒层应变，由于栅金属的阻挡，光线不能从正面射入，而背面衬底较厚，要测试分析栅金属下很薄的势垒层应变非常困难。至今还没有方法能够测试得到栅下势垒层应变。因此研究一种可以确定栅下势垒层应变的方法是十分迫切和重要的。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有测试技术的缺陷和不足之处，本发明提供了一种简便快捷的方法，即一种确定GaN异质结场效应晶体管栅下势垒层应变的方法。
[0004]本发明是通过如下方式来实现的:
[0005]—种确定GaN异质结场效应晶体管栅下势鱼层应变的方法,选取GaN异质结场效应晶体管中最常见的AlGaN/AlN/GaN异质结HFETs (场效应晶体管)为例来作说明，其它异质结(AlN/GaN以及InAlN/AlN/GaN)同样可以采用此方法来确定栅下势垒层应变，利用半导体测试仪得到GaN HFETs栅源间的电容-电压(C-V)和正向电流-电压(1-V)特性曲线，分析得到栅下AlGaN势垒层的压电极化，进而得到其面内应变及栅下AlGaN势垒层应变以及势垒层晶格常数，该方法步骤如下:
[0006]I)使用半导体参数测试仪对GaN HFETs栅极和源极间的电容-电压即C-V进行测试，半导体参数测试仪C-V测试时有两根探针，测试时使GaN HFETs源端电极接半导体参数测试仪的接地探针，GaN HFETs的栅电极接半导体参数测试仪电容测试的另外一根探针，并设置测试的栅电极电压为-1OV?1.5V，步距为50mV，测试时所加信号频率为1MHz，信号振幅为IOOmV JHimGaN HFETs在不同栅压下的一系列栅下电容值，即得到GaN HFETs栅源间的电容-电压即C-V特性曲线；
[0007]2)计算GaN HFETs不同栅压下的栅下二维电子气(2DEG)密度n2D，由下式计算得到 n2D:
[0008]
【权利要求】
1.一种确定GaN异质结场效应晶体管栅下势鱼层应变的方法,选取GaN异质结场效应晶体管中最常见的AlGaN/AlN/GaN异质结场效应晶体管为例来作说明，其它异质结如AlN/GaN以及InAlN/AlN/GaN同样采用此方法来确定栅下势垒层应变，利用半导体测试仪得到GaN HFETs栅源间的电容-电压即C-V和正向电流-电压即1-V特性曲线，分析得到栅下AlGaN势垒层的压电极化，进而得到其面内应变及栅下AlGaN势垒层应变以及势垒层晶格常数，该方法步骤如下: 1)使用半导体参数测试仪对GaNHFETs栅极和源极间的电容-电压即C-V进行测试，半导体参数测试仪C-V测试时有两根探针，测试时使GaN HFETs源端电极接半导体参数测试仪的接地探针，GaN HFETs的栅电极接半导体参数测试仪电容测试的另外一根探针，并设置测试的栅电极电压为-1OV~1.5V，步距为50mV，测试时所加信号频率为1MHz，信号振幅为100mV，测试出GaN HFETs在不同栅压下的一系列栅下电容值，即得到GaN HFETs栅源间的电容-电压即C-V特性曲线； 2)计算GaNHFETs不同栅压下的栅下二维电子气密度n2D，由下式计算得到n2D:
【文档编号】G01B7/16GK103673866SQ201310682762
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】林兆军, 赵景涛, 栾崇彪, 吕元杰, 杨铭, 周阳, 杨琪浩 申请人:山东大学