[发明专利]一种N极性III族氮化物半导体器件的性能预测方法及装置

说明书

本发明公开了一种N极性III族氮化物半导体器件的性能预测方法及装置，其中的方法包括如下步骤：获取待预测器件各层的厚度和各层的组分；根据各层的厚度和各层的组分确定待预测器件中的异质结界面极化电荷；基于待预测器件的界面和内部电场特性确定待预测器件的静态性能与异质界面极化电荷之间的协同对应关系；获取待预测器件中各沟道顶部界面的势垒高度；根据异质结界面极化电荷、各沟道顶部界面的势垒高度、各层的组分和厚度以及协同对应关系确定待预测器件的静态性能。本发明中的方法，能够实现对N极性(III族氮化物)HEMTs器件结构的2DEG浓度和势垒高度进行计算，并预测2DHG的产生，有助于理解N极性多沟道HEMTs器件原理并指导器件制作。

技术领域

本发明涉及半导体性质测量技术领域，具体涉及一种N极性III族氮化物半导体器件的性能预测方法及装置。

背景技术

第三代半导体材料即宽禁带(Wide Band Gap Semiconductor，简称WBGS)半导体材料是继第一代硅、锗和第二代砷化镓、磷化铟等以后发展起来的新兴材料。第三代半导体材料中，III-N材料因其具有的强极化效应和宽禁带宽度，得到了广泛的研究。基于III-N材料的高电子迁移率晶体管具有高浓度高迁移率的二维电子气和高击穿电压，成为制作大功率和射频器件的优秀选择。同时，多沟道结构HEMTs比单沟道具有更强的电流承载能力，更高的接入电阻和跨导线性度和更少的电流崩塌。

大多数关于氮化镓的研究集中在Ga极性，因为Ga极性更容易通过自然生长得到。在N极性氮化镓在不同衬底上外延的方法被报道之后，关于N极性HEMTs器件的研究也获得了很好的器件特性，得益于N极性HEMTs具有较小的欧姆接触电阻，自建背势垒，可灵活减小栅到沟道的距离，有很好的短沟道效应抑制能力等优点。

但由于AlGaN背势垒后存在厚的GaN缓冲层，在无故意掺杂的N极性结构中背势垒和缓冲层界面将产生2DHG。对于HEMTs器件，2DHG的迁移率在室温下只有约16cm²/(V·s)，且它的存在会屏蔽2DEG沟道，但在电子-空穴对凝聚效应及运用这个效应制备的假自旋场效应晶体管(BiSFET),GaN基变容二极管等运用场景下，2DHG也可以发挥重要作用。另外，无2DEG共存的单独的2DHG沟道也能运用于P沟道GaN基HEMTs。

同时，也有使用数值器件仿真或解析模型的多沟道HEMTs器件模型，和Ga极性2DHG的计算模型被研究。最近，一种完全由物理参数组成的Ga极性多沟道模型被提出，它能够独立于数值模拟对异质结构的能带和2DEG进行计算，但是，对于N面多沟道结构而言，还没有由物理参数组成的解析模型能在同时考虑到多沟道和二维空穴气的情况下对其进行描述。N极性和多沟道异质结构的复杂情况将给N极性HEMTs的设计和制作带来很多困难。

因此，如何预测N极性高电子迁移率晶体管(HEMTs)的能带和载流子浓度等静态性能，以指导N极性多沟道HEMTs设计成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种N极性III族氮化物半导体器件的性能预测方法和装置，以实现对N极性高电子迁移率晶体管(HEMTs)的能带和载流子浓度等静态性能的预测。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种N极性III族氮化物半导体器件的性能预测方法，包括：

获取待预测器件各层的厚度和各层的组分；

根据各层的厚度和各层的组分确定待预测器件中的异质结界面极化电荷；

基于待预测器件的界面和内部电场特性确定待预测器件的静态性能与异质界面极化电荷之间的协同对应关系；

获取待预测器件中各沟道顶部界面的势垒高度；

根据异质结界面极化电荷、各沟道顶部界面的势垒高度、各层的厚度、各层的组分及协同对应关系确定待预测器件的静态性能。