76.2mm Si基AlGaN/GaN HEMT

<正>南京电子器件研究所采用含有双AlGaN过渡层的材料结构在76.2 mm(3英寸)Si衬底上外延生长了厚度超过2μm的AlGaN/GaN HEMT材料(图1),材料表面光滑、无裂纹。通过外延材料结构和生长条     

Si衬底上5.1W/mm功率密度的GaN HEMT

利用MOCVD技术在Si（111）衬底上生长了高质量的GaN HEMT材料,1μm厚GaN外延层XRD（002）摇摆曲线半高宽573″,（102）摇摆曲线半高宽668″。通过插入层技术实现2μm厚GaN HEMT材料无裂纹,室温二维电子气迁移率1350cm^2/（V.s）,方块电阻328Ω/□.1mm栅宽GaN微波功率器件饱和电流大于0.8A/mm,跨导大于250mS/mm,2GHz下最大连续波输出功率5.1W,增益9.1dB,附加效率达到35%。     

在复合衬底γ-Al2O3/Si(001)上生长GaN

采用分子束外延(MBE)生长方法,使用γ-Al2O3材料作为新型过渡层,在Si(∞1)衬底上获得了没有裂纹的GaN外延层,实验结果表明使用γ-Al2O3过渡层有效地缓解了外延层中的应力.通过生长并测试分析几种不同结构的外延材料,研究了复合衬底γ-Al2O3/Si(001)生长GaN情况,得到了六方相GaN单晶材料,实现了GaN c面生长.预铺薄层Al及高温AlN层可以提高GaN晶体质量,低温AlN缓冲层可以改善GaN表面的粗糙度.为解决Si(001)衬底上GaN的生长问题提供了有益的探索.     

在复合衬底γ-Al2O3/Si(001)上生长GaN

采用分子束外延(MBE)生长方法,使用γ-Al2O3材料作为新型过渡层,在Si(∞1)衬底上获得了没有裂纹的GaN外延层,实验结果表明使用γ-Al2O3过渡层有效地缓解了外延层中的应力.通过生长并测试分析几种不同结构的外延材料,研究了复合衬底γ-Al2O3/Si(001)生长GaN情况,得到了六方相GaN单晶材料,实现了GaN c面生长.预铺薄层Al及高温AlN层可以提高GaN晶体质量,低温AlN缓冲层可以改善GaN表面的粗糙度.为解决Si(001)衬底上GaN的生长问题提供了有益的探索.     

Si衬底上5.1W/mm功率密度的GaN HEMT

利用MOCVD技术在Si(111)衬底上生长了高质量的GaN HEMT材料.1μm厚GaN外延层XRD (002) 摇摆曲线半高宽573″,(102) 摇摆曲线半高宽668″.通过插入层技术实现2μm厚GaN HEMT材料无裂纹,室温二维电子气迁移率1350cm2/(V·s),方块电阻328Ω/□.1mm栅宽GaN微波功率器件饱和电流大于0.8A/mm,跨导大于250mS/mm,2GHz下最大连续波输出功率5.1W,增益9.1dB,附加效率达到35%.     

AlGaN/GaN基HEMT器件的研究进展(英文)

由于AlGaN具有高的击穿电场(3 MV/cm,是GaAs的7.5倍),且在AlGaN/GaN异质结处存在高浓度的极化诱导二维电子气,AlGaN基高电子迁移率晶体管是目前最适合应用于微波大功率放大领域的器件。着重对影响高频大功率AlGaN/GaN性能的材料结构和器件制作进行了阐述。     

5 W Si衬底GaN基HEMT研究

介绍了Si衬底上外延生长GaN基HEMT的制备及其直流特性与微波特性的研究结果:栅宽200 μm器件Vgs=0 V时饱和电流密度达0.975 A/mm,最大跨导240 mS/mm,夹断电压-4.5 V,栅漏击穿电压80 V;栅宽1 mm器件,在频率2 GHz下,工作电压Vds=25 V时,连续波输出功率为5.0 W,功率增益为9 dB,功率附加效率为35%.     

Si基GaN HEMT低温欧姆接触工艺研究

研究了在Si基GaN外延材料上实现低温欧姆接触的技术途径。研究了外延层的刻蚀深度、合金温度以及不同金属体系对接触特性的影响,发现外延层刻蚀深度的优化可显著改善欧姆接触特性。采用Ti/Al(10/200nm)金属,在外延层刻蚀深度为20nm以及合金温度550°C时,得到接近传统高温合金条件下的接触电阻,最小值达到0.76Ω.mm,同时实现的欧姆接触电极具有良好的形貌。该技术有望应用于高频、高功率GaN HEMT的工艺。     

AlGaN/GaN HEMT功率放大器设计

在小信号S参数不适于微波功率放大器的设计而大信号S参数不易获得的情况下,利用ADS软件,采用负载牵引法和输入端共轭匹配,成功的设计出AlGaN/GaN HEMT微波功率放大器.为了解决晶体管端口出现负阻的问题,设计了输入输出端并联电阻和反馈网络两种方法,最后得到理想的结果为:工作绝对稳定,带宽3.6GHz～8.0GHz,最高增益11.04dB,最大输出功率33dBm,最大PAE达到29.2%,电压驻波比较小.     

GaN在Si(001)上的ECR等离子体增强MOCVD直接生长研究

研究了用电子回旋共振(ECR)等离子体增强金属有机物化学气相沉积(PEMOCVD)技术在Si(001)衬底上,低温(620～720℃)下GaN薄膜的直接外延生长及晶相结构.高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)结果表明:在Si(001)衬底上外延出了高度c轴取向纤锌矿结构的GaN膜,但在GaN/Si(001)界面处自然形成了一层非晶层,其两个表面平坦而陡峭,厚度均匀(≈2nm).分析认为,在初始成核阶段N与Si之间反应所产生的这层SixNy非晶层使GaN的β相没有形成.XRD和原子力显微镜(AFM)结果表明,衬底表面的原位氢等离子体清洗,GaN初始成核及后续生长条件对GaN膜的晶体质量非常重要.     

8英寸Si衬底上高质量AlGaN/GaN HEMT结构的生长

在8英寸(1英寸=2.54 cm)的Si衬底上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长了高质量、无龟裂的GaN薄膜和AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.通过调节应力调控层的结构,厚度为5 μm的GaN膜层翘曲度低于50 μm.采用X射线衍射(XRD)对GaN薄膜的(002)和(102)衍射峰进行扫描,其半峰全宽(FWHM)分别为182和291 arcsec.透射电子显微镜(TEM)截面图显示GaN外延层的位错密度达到了3.5×107/cm2,证实了在大尺寸Si衬底上可以制作高质量的GaN薄膜.AlGaN/GaN HEMT结构的二维电子气浓度和载流子迁移率分别为9.29×1012/cm2和2 230 cm2/(V·s).基于这些半绝缘AlGaN/GaNHEMT结构所制作的功率电子器件的输出电流可达20 A,横向击穿电压可达1 200 V.     

GaN在Si(001)上的ECR等离子体增强MOCVD直接生长研究

研究了用电子回旋共振(ECR)等离子体增强金属有机物化学气相沉积(PEMOCVD)技术在Si(001)衬底上,低温(620～720℃)下GaN薄膜的直接外延生长及晶相结构.高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)结果表明:在Si(001)衬底上外延出了高度c轴取向纤锌矿结构的GaN膜,但在GaN/Si(001)界面处自然形成了一层非晶层,其两个表面平坦而陡峭,厚度均匀(≈2nm).分析认为,在初始成核阶段N与Si之间反应所产生的这层SixNy非晶层使GaN的β相没有形成.XRD和原子力显微镜(AFM)结果表明,衬底表面的原位氢等离子体清洗,GaN初始成核及后续生长条件对GaN膜的晶体质量非常重要.     

GaN/GaAs(001)外延薄膜的湿法腐蚀特性

对在GaAs (001) 衬底上用金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的GaN薄膜的湿法腐蚀特性进行了研究.所用腐蚀液包括HCl、H3PO4、KOH水溶液以及熔融KOH,腐蚀温度为90～300℃.实验发现不同的腐蚀液在样品表面腐蚀出不同形状的腐蚀坑.KOH溶液腐蚀出长方形的坑,长边平行于(111)A面,表明沿相互垂直的〈110〉晶向的腐蚀特性不同.用不同晶面相对反应性的差别定性解释了腐蚀的这种非对称性.此外,还发现KOH水溶液更有可能用于显示立方相GaN外延层中的层错.     

GaN/GaAs(001)外延薄膜的湿法腐蚀特性

对在GaAs (001) 衬底上用金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的GaN薄膜的湿法腐蚀特性进行了研究.所用腐蚀液包括HCl、H3PO4、KOH水溶液以及熔融KOH,腐蚀温度为90～300℃.实验发现不同的腐蚀液在样品表面腐蚀出不同形状的腐蚀坑.KOH溶液腐蚀出长方形的坑,长边平行于(111)A面,表明沿相互垂直的〈110〉晶向的腐蚀特性不同.用不同晶面相对反应性的差别定性解释了腐蚀的这种非对称性.此外,还发现KOH水溶液更有可能用于显示立方相GaN外延层中的层错.     

AlGaN/AlN/GaN大功率微波HEMT

美国加利福尼亚大学研制成新型异质结Al GaN/AlN/GaNHEMT。对于通常的HEMT在高的电荷密度下 ,插入极薄的AIN界面层 (～ 1nm )保持高迁移率 ,提高有效△Ec和降低合金散射。基于这种结构的器件具有优良的Dc和RF性能。在VGS为 2V下 ,高的峰值电流为 1A/mm ,在 8GHz下 ,功率附加效率为 2 8%时的输出功率密度为8 4W /mm。AlGaN/AlN/GaN大功率微波HEMT@一凡     

增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT

成功研制出蓝宝石衬底的槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT.栅长1.2μm.源漏间距4μm,槽深15nm的器件在3V栅压下饱和电流达到332mA/mm,最大跨导为221mS/mm,阈值电压为0.57V,ft和,fmax分别为5.2和9.3GHz.比较刎蚀前后的肖特基,Ⅰ-Ⅴ特性,证实了槽栅刻蚀过程中非有意淀积介质层的存在.深入研究了增强型器件亚阈特性和频率特性.     

增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT

成功研制出蓝宝石衬底的槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT. 栅长1.2μm,源漏间距4μm,槽深15nm的器件在3V栅压下饱和电流达到332mA/mm,最大跨导为221mS/mm,阈值电压为0.57V, ft和fmax分别为5.2和9.3GHz. 比较刻蚀前后的肖特基I-V特性,证实了槽栅刻蚀过程中非有意淀积介质层的存在. 深入研究了增强型器件亚阈特性和频率特性.     

AlGaN/GaN HEMT器件的研制

介绍了AlGaN/GaN HEMT器件的研制及室温下器件特性的测试.漏源欧姆接触采用Ti/Al/Pt/Au,肖特基结金属为Pt/Au.器件栅长为1μm,获得的最大跨导为120mS/mm,最大的漏源饱和电流密度为0.95A/mm.