GaN HFET的综合设计

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发,研究了负极化电荷在强化沟道阱量子限制和能带剪裁中的作用。优化设计负极化电荷的位置后给出了新的复合势垒设计。提出了新的动态电流崩塌模型和二维异质结构概念,把原位Si3N4钝化和复合势垒结合起来实现二维异质结构。用AlGaN/AlInN复合势垒解决了AlInNHFET中的欧姆接触电阻大和沟道不易夹断两大难题。通过能带剪裁和二维异质结构设计完成了包含钝化、场板电极、挖槽、薄势垒欧姆接触、GaN帽层和AlN插入层等方案优点的新综合设计。     

AlInN/AlGaN复合势垒增强模GaN HFET

通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程计算了势垒层挖槽过程中沟道阱能带和电子气密度的变化.研究了异质界面上极化电荷的大小和位置对沟道阱能带和能带剪裁力度的影响.发现帽层/势垒层界面上的界面阱会导致沟道电子波函数渗透到势垒层,引起能带畸变,降低电子的二维特性和输运性能.选用复合势垒并优化设计异质界面的能带带阶、极化电荷和AlN...     

GaN HFET研究中的钝化、场板和异质结构设计

从AlGaN/GaN沟道阱电子状态出发,深入研究了GaNHFET研究中的钝化和场板电极。提出了用低、高Al组分比势垒制成复合势垒,来抬高势垒和增大势垒宽度,强化沟道阱的量子限制。强调了负极化电荷在强化沟道阱量子限制和能带剪裁中的重要作用。依据内沟道、外沟道和欧姆接触对势垒的不同要求设计出二维异质结构。通过特殊的异质结构设计和后工艺剪裁制成了满足肖特基势垒和欧姆接触的两种不同的异质结构。把优质Si3N4钝化膜同复合势垒结合起来塑造出满足外沟道要求的异质结构,从而实现了HFET二维异质结构的优化设计。证实了这种新沟道阱中的电子在三种不同栅压下的强二维特性,强调了背场板和背势垒在器件研究中的重要作用。     

AlGaN/GaN异质结构中的极化工程

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发,研究了AlGaN/GaN量子阱电子气密度随Al组份比、势垒层厚度和栅压的变化,比较了能带带阶和极化电荷对沟道阱能带和电子气特性的影响,研究了在势垒层和缓冲层中夹入AlN及InGaN薄层的作用,计算了AlGaN/GaN/AlGaN双异质结的能带,最后探讨了势垒层能带的优化设计,提出了剪裁势垒层能带来钝化表面的新方法。     

AlGaN/GaN势垒层异质结构与二维电子气密度的相互作用

在忽略二维电子气波函数对势垒层渗透的前提下提出了直接求解无电子势垒层泊松方程来计算势垒层能带的新思路,提出了把势垒层以外的极化电荷、杂质电荷及电子电荷作为势垒层边界上的界面电荷来解势垒层泊松方程的新方法。由此计算出的势垒层能带和自洽能带计算结果相吻合。用电子气密度多项式来拟合沟道阱子带能级随电子气密度变化的曲线,推算出新的二维电子气密度的超越方程。对于各种不同异质结构,从超越方程解出的电子气密度和势垒层能带同自洽能带计算结果相吻合,从而创立了一种自洽求解沟道阱泊松方程和薛定谔方程的新方法。研究了二维电子气密度与势垒层异质结构的相互作用,讨论了电子气密度随异质结构的变化,提出了异质结能带剪裁的新思路。     

微波功率AlGaN/GaN HFET的二维能带和异质结构设计

在综述微波功率AlGaN/GaN HFET技术发展趋势基础上,提出了二维异质结能带优化设计的新课题.从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了利用异质界面上的极化电荷来剪裁异质结能带.用极化电荷设计近矩形前势垒能增大高能热电子的隧穿势垒宽度,抑制电流崩塌.背势垒中的极化电荷强化了沟道阱的量子限制,减弱了沟道中的强场峰,能提高击穿电压和抑制电流崩塌.薄势垒层中的极化电荷强化了沟道阱的结构,降低势垒高度后能产生高密度的电子气.优化设计二维异质结构能抑制沟道中的强场峰和电流崩塌,提高击穿电压和大漏压下的输出功率.     

GaN HFET中的噪声

从GaN异质结沟道阱中电子状态出发研究了HFET中的噪声产生机理.用沟道阱中子带间散射解释了迁移率起伏引起的1/f噪声.从电子状态转移及不同状态间的跃迁出发解释了各类噪声实验结果.建立了沟道阱能带与HFET噪声性能间的关联.运用正、负极化电荷剪裁了肖特基势垒、欧姆接触及内、外沟道的势垒和主阱及副阱阱宽和势垒高度,降低了栅流、欧姆接触和外沟道串联电阻,强化了沟道阱的量子限制,减弱了子带间散射.     

AlGaN／GaN二维电子气的特性研究

应用AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化边界条件自洽求解了薛定谔方程和泊松方程,求出异质结能带和二维电子气分布。研究了势垒层组分化、势垒层宽度、沟道层掺杂和栅电压变化对二维电子气特性的影响。着重研究了栅电压对二维电子气维性的控制作用,提出了使用薄势垒和重掺杂沟道的新HFET结构。     

原位钝化和催化剂钝化沟道阱能带计算

把Si3N4/AlGaN界面看成新的异质结,自洽求解薛定谔方程和泊松方程,建立起原位钝化和CATCVD钝化异质结构的新能带模型.运用这一模型,研究了原位钝化和CATCVD钝化异质结沟道阱的电子气密度、能带结构和输运性能,解释了相应的实验结果.在此基础上研究了这些新钝化异质结沟道阱能带的优化设计.优化设计的钝化复合势垒沟...     

AlGaN/GaN HFET的优化设计

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了不同掺杂方式下异质结能带和二维电子气的行为。发现掺杂能剪裁异质结能带的弯曲度、控制电子气的二维特性和浓度。在此基础上研究了不同掺杂方式的掺杂效率。通过掺杂和势垒结构的优化设计,得出了用δ掺杂加薄AlN隔离层的结构,既提高了电子气浓度,又保持电子气的强二维特性。从电子气浓度和栅对电子气的控制力度出发,提出了HFET势垒优化设计中的电子气浓度与势垒层厚度乘积规则。依据二维表面态理论,研究了表面态随帽层掺杂结构的变化。从前述乘积规则和表面态变化出发进行了内、外沟道异质结构的优化设计。优化结构既提高了电子气浓度和跨导,降低了欧姆接触电阻,又抑制了电流崩塌。     

AlGaN/GaN二维电子气的特性研究

应用 Al Ga N/Ga N异质结中的压电极化和自发极化边界条件自洽求解了薛定谔方程和泊松方程 ,求出了异质结能带和二维电子气分布。研究了势垒层组分比、势垒层宽度、沟道层掺杂和栅电压变化对二维电子气特性的影响。着重研究了栅电压对二维电子气特性的控制作用 ,提出了使用薄势垒和重掺杂沟道的新 HFET结构     

AlInGaN量子阱垒层材料的优化

采用k·p方法理论,考虑了极化电场和自由载流子重新分布等因素,通过薛定谔方程和泊松方程自洽求解得到InGaN/AlInGaN,InGaN/GaN,InGaN/InGaN,InGaN/AlGaN量子阱导带和价带的能带结构,并由此计算了不同量子阱结构的自发发射谱.分析对比发现AlInGaN材料特有的自发极化和压电极化效应在阱垒界面处形成的极化电荷对量子阱发光特性有重要的影响.以AlInGaN为垒,优化其中各元素的组分可以减小极化电场的影响,提高量子阱自发发射谱强度.同时,综合考虑了极化电荷和势垒高度的影响,提出了具体的优化方法,并给予了物理解释.     

Influence of annealed ohmic contact metals on electron mobility of strained AlGaN/GaN heterostructures

The influence of annealed ohmic contact metals on the electron mobility of a two dimensional electron gas (2DEG) is investigated on ungated AlGaN/GaN heterostructures and AlGaN/GaN heterostructure field effect transistors (AlGaN/GaN HFETs). Current-voltage (I-V) characteristics for ungated AlGaN/GaN heterostructures and capacitance-voltage (C-V) characteristics for AlGaN/GaN HFETs are obtained, and the electron mobility for the ungated AlGaN/GaN heterostructure is calculated. It is found that the electron mobility of the 2DEG for the ungated AlGaN/GaN heterostructure is decreased by more than 50% compared with the electron mobility of Hall measurements. We propose that defects are introduced into the AlGaN barrier layer and the strain of the AlGaN barrier layer is changed during the annealing process of the source and drain, causing the decrease in the electron mobility.     

0.15μm GaN HEMT及其应用

报道了毫米波应用的0.15μm场板结构GaN HEMT。器件研制采用了76.2mm(3英寸)SiC衬底上外延生长的AlGaN/GaN异质结构材料,该材料由MOCVD技术生长并引入了掺Fe GaN缓冲层技术以提升器件击穿电压。器件栅脚和集成了场板的栅帽均由电子束光刻实现,并采用栅挖槽技术来控制器件夹断电压。研制的2×75μm栅宽GaN HEMT在24V工作电压、35GHz频率下的负载牵引测试结果显示其输出功率密度达到了4W/mm,对应的功率增益和功率附加效率分别为5dB和35%。采用该0.15μm GaN HEMT技术进行了Ka波段GaN功率MMIC的研制,所研制的功率MMIC在24V工作电压下脉冲工作时(100μs脉宽、10%占空比),29GHz频点处饱和功率达到了10.64W。     

SiO/sub 2//AlGaN/InGaN/GaN MOSDHFETs

The characteristics of a novel nitride based field-effect transistor combining SiO/sub 2/ gate isolation and an AlGaN/InGaN/GaN double heterostructure design (MOSDHFET) are reported. The double heterostructure design with InGaN channel layer significantly improves confinement of the two-dimensional (2-D) electron gas and compensates strain modulation in AlGaN barrier resulting from the gate voltage modulations. These decrease the total trapped charge and hence the current collapse. The combination of the SiO/sub 2/ gate isolation and improved carrier confinement/strain management results in current collapse free MOSDHFET devices with gate leakage currents about four orders of magnitude lower than those of conventional Schottky gate HFETs.     

Polarization-Engineered Ga-Face GaN-Based Heterostructures for Normally-Off Heterostructure Field-Effect Transistors

Polarization-engineered Ga-face GaN-based heterostructures with a GaN cap layer and an AlGaN/p-GaN back barrier have been designed for normally-off field-effect transistors (FETs). The simulation results show that an unintentionally doped GaN cap and p-GaN layer in the buffer primarily deplete electrons in the channel and the Al_0.2Ga_0.8N back barrier helps to pinch off the channel. Experimentally, we have demonstrated a normally-off GaN-based field-effect transistor on the designed GaN cap/Al_0.3Ga_0.7N/GaN channel/Al_0.2Ga_0.8N/p-GaN/GaN heterostructure. A positive threshold voltage of 0.2 V and maximum transconductance of 2.6 mS/mm were achieved for 80-μm-long gate devices. The device fabrication process does not require a dry etching process for gate recessing, while highly selective etching of the GaN cap against a very thin Al_0.3GaN_0.7N top barrier has to be performed to create a two-dimensional electron gas for both the ohmic and access regions. A self-aligned, selective etch of the GaN cap in the access region is introduced, using the gate metal as an etch mask. The absence of gate recess etching is promising for uniform and repeatable threshold voltage control in normally-off AlGaN/GaN heterostructure FETs for power switching applications.