V práci sme vyšetrovali efekty samoohrevu a rozloženia elektricky aktívnych porúch v spínacich p-GaN/AlGaN/GaN heteroštruktúrnych tranzistoroch. Skúmané súčiastky boli pripravené na heteroštruktúrach s AlGaN alebo GaN kanálovou oblasťou rastenou na vodivých SiC substrátoch. Za účelom zabezpečenia vysokého prierazného napätia (vertikálny prieraz) boli pred depozíciou do SiC implantované atómy Ar. V súlade s očakávaniami sme pomocou tranzientnej techniky pre skúmanie efektu samoohrevu pozorovali takmer troj-násobný nárast teploty kanála v tranzistoroch s AlGaN kanálovou oblasťou oproti tranzistorom s GaN kanálovou oblasťou. Na druhej strane bolo prekvapivé pozorovanie nárastu efektov samoohrevu pre štruktúry s implantovaným Ar do substrátu. Tento efekt môžeme prisúdiť zmene materiálových vlastností AlGaN kanálovej vrstvy rastenej na substráte implantovanom Ar. Výsledky modelovania pozorovaných tepelných efektov poukazujú na zníženie tepelnej vodivosti AlGaN vrstvy z 30 na 15 W/mK pre vzorky bez resp. s Ar implantáciou do SiC.
Pre lepšie pochopenie zmeny tepelnej vodivosti vrstiev rastených na Ar implantovanom substráte sme realizovali sériu meraní tranzient výstupného prúdu pre charakterizáciu emisno-záchytných procesov elektricky aktívnych porúch. Naša analýza ukázala prítomnosť dominantných procesov záchytu nosičov (označených ako Tp2 v obrázku nižšie) v súčiastkach s AlGaN kanálovou vrstvou, zatiaľ čo tento proces bol pre tranzistory s GaN kanálovou vrstvou zanedbateľný. Za účelom lokalizácie týchto pascí sme v ďalšom merali tranzienty drainového prúdu na súčiastkach, ktoré boli podrobené elektrickému namáhaniu v zatvorenom stave. Táto analýza jednoznačne ukázala, že defekty zodpovedné za záchytné procesy Tp2 sa nachádzajú priamo v kanálovej AlGaN oblasti. Výsledky preto naznačujú, že implantácia Ar do SiC substrátu ovplyvňuje hustotu rastových defektov počas následného rastu heteroštruktúry.
Kuzmík, J., Ťapajna, M., Válik, L., Molnár, M., Donoval, D., Fleury, C., Pogany, D., Strasser, G., Hilt, O., Brunner, F., and Wuerfl, J.: Self-heating in GaN transistors designed for high-power operation, IEEE Trans. Electron Dev. 61 (2014) 3429-3434.
M. Ťapajna, et al. In: ASDAM ’14. Eds. J. Breza et al. Piscataway: IEEE 2014. ISBN: 978-1-4799-5474-2, p. 121.