Study on Self-Heating Effects in AlGaN/GaN-on-Si Power Transistors

Self-heating effects during operation of high current AlGaN/GaN power transistors degrade the current-voltage characteristics. In particular, this problem becomes serious when a low thermal conductivity Si substrate is used. In this work, AlGaN/GaN-on-Si devices were fabricated with various channel widths and Si substrate thicknesses in which the structure dependent self-heating effects were investigated by temperature dependent measurements as well as thermal simulation. Accordingly, a device structure that can effectively dissipate the heat was proposed in order to achieve the maximum current in a multi-channel, large area device. Employing via-holes and common electrodes with a 100 ${\mu}m$ Si substrate thickness improved the current level by 75% reducing the channel temperature by 68%.

AlGaN/GaN-on-Si 전력스위칭소자의 자체발열 현상에 관한 연구

높은 전류밀도를 갖는 AlGaN/GaN 전력소자는 소자 동작 시에 발생하는 자체발열 현상으로 인해 소자의 전류-전압특성이 저하된다. 특히 열전도도가 낮은 Si 기판을 사용할 경우 더욱 심각한 문제를 발생시킨다. 본 논문에서는 Si기판에 성장한 AlGaN/GaN-on-Si 웨이퍼를 사용하여 전력소자를 제작하였으며, 채널 폭과 Si기판의 두께에 따른 자체 발열 현상을 측정과 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 그리고 이를 기반으로 다채널을 갖는 대면적 전력소자 설계에서 최대전류를 얻기 위하여 열방출을 효과적으로 할 수 있는 구조를 제안하였다. 비아홀과 공통전극을 사용하고 Si 기판을 100 ${\mu}m$로 얇게 하였을 때 래핑을 하지 않은 소자 대비 약 75%의 온 상태 전류증가와 68% 이상의 채널온도 감소가 기대된다.