Analyse des vertikalen Leckstromverhaltens von GaN Hochspannungstransistoren auf Siliziumsubstrat unter Verwendung von dynamischen Charakterisierungsmethoden

Abstract

In den letzten Jahren ist das Interesse an Gallium Nitrid Hochspannungstransistoren stark gestiegen. Dabei sind die Sperreigenschaften und die vertikalen Leckströme von GaN basierenden Sperrstrukturen von entscheidender Bedeutung. Um den angelegten Hochspannungen Stand zu halten beziehungsweise um sehr niedrige Leckströme zu erzielen, wird eine Elektronensperrschicht benötigt. Die Analyse des vertikalen Leckstromverhaltens von Strukturen, die sich im Aufbau der Sperrschicht unterscheiden, ist Hauptbestandteil dieser Arbeit. Korrelationen zwischen den Eigenschaften der Elektronensperrschicht, wie zum Beispiel der Kohlenstoffkonzentration und den Dickenverhältnissen einzelner Schichten, mit dem vertikalen Leckstromverhalten werden erstellt. Weiters ist die Untersuchung des dynamischen trapping und de-trapping Verhaltens des Buffers von großem Interesse. Unter Verwendung verschiedener dynamischer Charakterisierungsmethoden, wie spannungsaufgelösten beziehungsweise zeitaufgelösten backgating Messungen, wurden diese Untersuchungen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse konnte ein physikalisches Modell von Uren et al. zum Ladungstransport durch den Buffer verifiziert werden und in Abhängigkeit von physikalischen Größen wiedergegeben werde. Der Einfluss des dynamischen Verhaltens auf den vertikalen Leckstrom wird abschließend diskutiert.

The interest in GaN high power transistors rose in the last few years. To resist high applied voltages an electronic blocking layer is needed. The main part of this work is the analysis of the vertical leakage current through structures which differ in the blocking layers. It is investigated how the properties of the blocking layer like carbon concentration or different thicknesses influence the vertical leakage current. Furthermore is the investigation of the dynamic trapping and de-trapping behavior of the buffer very important. The interest on this topic is huge. Therefore the dynamic behavior of the buffer was investigated using backgating measurements. Uren et al. established a physical model related to the results of backgating measurements to explain the buffer transport mechanisms, which is verified in this work. The influence of different physical parameters on the model is also shown. At the end the influence of the dynamic trapping and de-trapping behavior of the buffer on the vertical leakage current is discussed.