Reduction of gate leakage current for AlGaN/GaN HEMT by ${N_2}O$ plasma

${N_2}O$ 플라즈마에 의한 AlGaN/GaN HEMT의 누설전류 감소

AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) were fabricated and the effect of ${N_2}O$ plasma on the electrical characteristics of the devices was investigated. The HEMT exposed to ${N_2}O$ plasma formed by 40 W of RF power in a chamber with pressure of 20 mTorr at a temperature of $200^{\circ}C$, exhibited a reduction of gate leakage current from 246 nA to 1.2 pA by 10 seconds treatment. The current between the two isolated active regions reduced from 3 uA to 7 nA and the sheet resistance of the active layer was lowered also. The variations of electrical characteristics for HEMT were occurred within a short time expose of 10 seconds and the successive expose did not influence on the improvements of gate leakage characteristics and conductivity of the active region. The reduced leakage current level was not varied by successive $SiO_2$ deposition and its removal. The transconductnace and drain current of AlGaN/GaN HEMTs were increased also by the expose to the ${N_2}O$ plasma.

본 연구에서는 AlGaN/GaN HEMT (High electron mobility transistor)를 제작하고 20 mTorr의 챔버 압력과 15 sccm의 ${N_2}O$ 유량, 40 W의 RF 전력의 조건으로 원거리에서 형성된 플라즈마로 소스와 드레인 영역을 10초${\sim}$120초 동안 처리하여 HEMT의 전기적 특성을 관찰하였다. 상온에서 ${N_2}O$ 플라즈마에 처리한 경우 HEMT의 특성이 변화하지 않았으나 $200^{\circ}C$의 온도에서 10초 동안 처리한 경우 게이트 길이가 1um, 소스와 드레인 사이의 거리가 4um인 HEMT의 게이트 누설전류가 246 nA로부터 1.2 pA로 크게 감소하였다. 또한 25 um 떨어진 200um 폭의 두 활성층 사이 누설전류가 3 uA로부터 7 nA로 감소하였으며 720 ${\Omega}/{\box}$의 활성층의 면저항을 608 ${\Omega}/{\box}$로 감소시켜 도전율의 증가를 나타내기도 하였다. ${N_2}O$ 플라즈마의 처리에 의한 전기적 특성 개선은 10초 이내의 짧은 시간 동안 이루어지며 더 이상의 처리는 누설전류 특성 개선에 도움이 되지 않았다. 또한 ${N_2}O$ 플라즈마 처리로 개선된 특성은 $SiO_2$의 증착과 식각 후에도 개선된 특성이 유지되었다. ${N_2}O$ 플라즈마의 처리는 트랜지스터의 트랜스컨덕턴스와 드레인 전류의 증가, 드레인 전류의 차단특성의 개선에도 기여하여 고품위의 AlGaN/GaN HEMT 제작에 효과적으로 이용될 수 있음이 확인되었다.