[发明专利]一种GaN HEMT器件可靠性在片筛选的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种GaN HEMT器件可靠性在片筛选的方法，乃是利用GaN HEMT高场下发光现象进行GaN HEMT器件可靠性筛选的方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

GaN HEMT器件经历了近二十年的发展，器件微波性能逐步得到提高并向其理论极限靠拢，但由于多应用于微波大功率领域，器件经常工作在很高的漏-源偏置电压下，高电场下产生的热电子会使HEMT器件特性退化，由此导致的可靠性问题一直阻碍着GaN HEMT的发展和广泛应用。因此，GaN HEMT失效机理的研究一直是GaN器件研究领域中非常重要的环节。研究发现，在GaN HEMT栅电极靠漏边缘上存在的强电场峰使栅电极上的电子隧穿注入到势垒层表面，经由表面缺陷间跳跃电导产生栅-漏之间的泄漏电流，栅电极使表面陷阱充电，降低了下方沟道的电子气浓度，引起漏极电流和跨导下降，器件性能退化。研究还发现，在高场作用下，器件沟道中产生大量非平衡热声子，GaN HEMT器件的退化与热声子寿命有关，当二维电子气面密度在0.7-1×10¹³cm^-2附近，热声子寿命最低，器件退化程度最小。另外，在强电场下GaN HEMT器件性能发生退化的同时伴有电致发光现象，GaN HEMT的电致发光与器件性能变化存在着一定关联。

GaN HEMT的电致发光是研究材料和器件结构、器件工艺等对器件微波性能影响的一种有效途径，同时也是研究失效机理的一种有效手段。器件在直流工作时，注入功率的耗散方式可以分两种，一是发热，二是发光。GaN HEMT器件发光可分为开态发光与关态发光，其发光机理有以下几种：碰撞离化，带内跃迁，韧致发光，与深能级相关的辐射跃迁等。实验表明，当加一定的偏压使沟道不完全打开时，其器件的发光强度最大，而此时热声子寿命最低，器件退化最小。因此，通过对HEMT器件发光特性的测试可以对器件可靠性进行初步评估。

发明内容

本发明提出的是一种GaN HEMT器件可靠性在片筛选的方法，乃是利用GaN HEMT高场下发光现象进行GaN HEMT器件可靠性筛选的方法，其目的是为了对GaN HEMT器件的可靠性进行快速评估并为提高器件可靠性提供指导，利用在片测试系统，并将光谱分析结果反馈给材料生长与器件工艺过程，提高器件的可靠性。

本发明的技术解决方案是：                                                该方法包括如下工艺步骤：

一、搭建GaN HEMT器件在片电致发光光谱测试平台并置于暗室；

二、基于上述测试平台测试一定漏压Vdsc下,GaN HEMT器件发光强度随栅压Vgs的变化关系；

三、取发光强度最大的偏压点Vgsm作为偏置条件进行发光图像采集以及光谱测试；

四、对获得的发光图像及发光光谱进行分析，实现对器件可靠性的评价。

本发明的优点是：通过搭建GaN器件在片电致发光光谱测试系统，可实现器件可靠性在片筛选，避免了划片、封装等一系列可靠性筛选的准备工序，节约了成本，同时无需长时间加电应力，大大缩短可靠性筛选的时间，提高了工作效率。另外，从发光图像和发光光谱可以对器件失效机理进行分析，可获得材料缺陷， 工艺一致性、热电子温度等方面的信息，进一步对材料结构和器件结构的优化提供理论指导，提高器件的可靠性。

附图说明

图1是本发明GaN HEMT器件在片电致发光光谱测试平台示意图。

图2是实施例1中GaN HEMT器件电致发光光谱分析结果。

图中的1是半导体参数分析仪， 2是探针台，3是GaN HEMT器件，4是显微镜，5是单色仪，6是光电倍增管探测器，7是控制计算机。

具体实施方式

一种GaN HEMT器件可靠性在片筛选的方法，主要步骤有：一、搭建GaN HEMT器件在片电致发光光谱测试平台并置于暗室，二、基于上述测试平台测试一定漏压下GaN HEMT器件发光强度随栅压的变化关系，三、取发光强度最大的偏压点作为偏置条件进行发光图像采集以及光谱测试，四、对获得的发光图像及发光光谱进行分析，实现对器件可靠性的评价。