Normally-Off AlGaN/GaN HEMT using fluorine implantation below the channel

Un interrupteur GaN HEMT normally-off grâce à des ions fluor implantés sous l'interface AlGaN/GaN

Saleem Hamady (1) , Frédéric Morancho (1) , Bilal Beydoun (2) , Patrick Austin (1) , Mathieu Gavelle (3)

1 LAAS-ISGE - Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie
2 LU / ULB - الجامعة اللبنانية [بيروت] = Lebanese University [Beirut] = Université libanaise [Beyrouth]
3 CEA-TECH-Reg - CEA Tech en régions

AlGaN/GaN HEMTs are very promising candidates for high frequency applications with high power and low noise. Unfortunately, while switching applications strongly demand normally-off operation, conventional HEMTs are normally-on. For the sake of achieving normally-off HEMTs, several structures have been proposed. One of the major normally-off HEMTs uses fluorine implantation in the AlGaN layer. We suggest in this work the implantation of fluorine ions under the AlGaN/GaN interface only below the gate electrode rather than implanting in the AlGaN layer. Simulation results show that the proposed method is capable of achieving normally-off operation and more effective when it comes to the fluorine concentration required to obtain the desired threshold voltage. Neither the vertical breakdown voltage, nor the off-state current are affected by this approach.

Les HEMTs en AlGaN/GaN sont des candidats prometteurs pour les applications forte puissance, haute fréquence et faible bruit. Grâce au champ électrique critique élevé du GaN et à la haute mobilité électronique dans le gaz bidimensionnel (2DEG) du HEMT, ce composant peut afficher des tenues en tension et des fréquences de commutation élevées ainsi que des résistances à l'état passant faibles, dépassant ainsi les limites des composants conventionnels en silicium. Alors que les applications de commutation de puissance nécessitent très souvent des composants normally-off, les HEMTs conventionnels ont un fonctionnement normally-on. C'est pourquoi plusieurs structures de HEMTs normally-off ont été proposées récemment dans la littérature, l'une d'entre elles utilisant l'implantation de fluor dans la couche d'AlGaN. Dans ce travail, nous suggérons d'implanter les ions fluor non pas dans l'AlGaN mais dans la couche de GaN, sous l'interface AlGaN/GaN et seulement sous l'électrode de grille. Les résultats de simulations montrent que la méthode proposée permet d'obtenir un fonctionnement normally-off. En outre, cette méthode semble être plus efficace, notamment en terme de concentration du fluor implanté, qui est le paramètre d'ajustement permettant d'obtenir la tension de seuil souhaitée.

Mots clés: Gallium Nitride (GaN); TCAD simulation; fluorine implantation

Mots clés: High Electron Mobility Transistor (HEMT); Normally-off; Nitrure de Gallium (GaN); simulations à éléments finis; composants à large bande interdite.

Domaines: Electronique; Micro et nanotechnologies/Microélectronique; Energie électrique

Saleem Hamady, Frédéric Morancho, Bilal Beydoun, Patrick Austin, Mathieu Gavelle. Normally-Off AlGaN/GaN HEMT using fluorine implantation below the channel. Symposium en Génie Electrique 2014 (SGE 2014), Jul 2014, Cachan, France. ⟨hal-01955720⟩