Enhancement-Mode AlInN/GaN High-Electron-Mobility Transistors Enabled by Thermally Oxidized Gates

材料科学 光电子学 符号 物理 数学 算术
作者
Elia Palmese,Haotian Xue,Spyridon Pavlidis,Jonathan J. Wierer
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (2): 1003-1009
标识
DOI:10.1109/ted.2023.3343313
摘要

Enhancement mode AlInN/gallium nitride (GaN) high-electron-mobility transistors (HEMTs) are fabricated by thermally oxidizing the barrier region under the gate. The oxidation is performed at 850 $^{\circ}$ C in O $_{\text{2}}$ , and a SiN $_{\textit{x}}$ mask is used to achieve selective oxidization of the AlInN layer. For comparison, a standard Schottky gate and atomic layer deposition (ALD) Al $_{\text{2}}$ O $_{\text{3}}$ metal–insulator–semiconductor (MIS) HEMTs are fabricated from the same structure and show depletion mode behavior as expected. Scanning transmission electron microscopy (STEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) mappings are performed to characterize the gate of the oxidized HEMTs, showing complete oxidation of the AlInN barrier. All the devices are tested to determine their transfer and output characteristics. The results show that the thermally oxidized gate produces a positive shift in threshold voltage at $\sim$ 4 V and low currents ( $\sim$ 2 $\times$ 10 $^{-\text{7}}$ mA/mm) at zero gate voltage. The oxidized HEMTs are also subjected to postmetallization annealing (PMA) at 400 $^{\circ}$ C and 500 $^{\circ}$ C for 10 min flowing 1000 sccm of N $_{\text{2}}$ , retaining enhancement mode behavior and leading to a further positive shift in threshold voltage.
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