InP基功率HEMT结构材料分子束外延生长研究

从 3个层面研究了分子束外延 Al0 .48In0 .52 As/ Ga0 .47In0 .53As/ In P功率 HEMT结构材料生长技术。首先 ,通过观察生长过程的高能电子衍射 (RHEED)图谱 ,确立了 Ga0 .47In0 .53As/ In P结构表面层的 MBE RHEED衍射工艺相图 ,据此生长的单层 Si-doped Ga0 .47In0 .53As(40 0 nm) / In P室温迁移率可达 6960 cm2 / V· s及电子浓度 1 .3 3 E1 7cm- 3。其次 ,经过优化结构参数 ,低噪声 Al0 .48In0 .52 As/ Ga0 .47In0 .53As/ In P HEMT结构材料的 Hall参数达到μ30 0 K≥ 1 0 0 0 0 cm2 / V· s、2 DEG≥ 2 .5 E1 2 cm- 2 。最后 ,在此基础之上 ,降低 spacer的厚度、在 Ga0 .47In0 .53As沟道内插入 Si平面掺杂层并增加势垒层的掺杂浓度获得了功率 Al0 .48In0 .52 As/ Ga0 .47In0 .53As/ In PHEMT结构材料 ,其 Hall参数达到μ30 0 K≥ 80 0 0 cm2 / V· s、2 DEG≥ 4 .0 E1 2 cm- 2 。     

沟道应力对GaAs PHEMT材料电性能的影响

设计并用分子束外延(MBE)法制备了不同沟道结构的GaAs PHEMT材料,采用高分辨率X射线双晶衍射仪(DCXRD)、应力测试仪和霍尔测试仪对样品的结晶质量、薄层组分和厚度偏差、应力以及电子迁移率进行了分析表征。探讨了外延片应力与沟道结构的相关性,研究了沟道失配应力对电性能的影响机理。建立了GaAs PHEMT材料热应力引起电子传输特性退化的试验方法,进行了高温和低温存储后材料电性能的演化行为测试,并归纳了热应力引起材料电特性退化的实验结果。结果表明GaAs PHEMT材料经高、低温存储并恢复室温后仍能保持原有电性能,沟道应力对材料电性能的影响主要表现为失配应力。     

RTD/HEMT串联型RTT的设计与研制

依据RTD/HEMT串联型RTT的概念,设计了RTD/HEMT单片集成材料结构,该结构采用分子束外延技术生长.采用湿法化学腐蚀、金属剥离、台面隔离和空气桥互连技术,研制了RTD/HEMT串联型RTT,并对RTT及RTT中RTD和HEMT的直流特性进行了测试.测试结果表明:在室温下,器件具有明显的栅控负阻特性,正接型RTT的最大峰谷电流之比在2.2左右,反接型RTT的最大峰谷电流之比在4.6左右.实验为RTD/HEMT串联型RTT性能的优化和RTD/HEMT单片集成电路的研制奠定了基础.     

共振隧穿二极管的设计、研制和特性分析

用分子束外延技术在半绝缘GaAs衬底上生长制备了不同结构的AlAs/GaAs/InGaAs两垒一阱RTD单管.经过材料生长设计和工艺的改进,测得室温下器件的最高PVCR为2.4,峰值电流密度达到36.8kA/cm2.进行直流参数测试,得到RTD的I-V特性曲线,对量子阱宽度和帽层厚度对I-V特性的影响进行了分析.     

X射线在超晶格材料衍射中的相干性分析

X射线双晶衍射仪系统中受参考晶体分辨率等因素的影响,X射线的相干长度不超过1 μm.X射线在异质外延晶体材料内衍射时,不超过相干长度范围内厚度外延层中的衍射波会产生相干叠加,否则,产生非相干叠加.分子束外延(MBE)生长了短周期InGaAs/GaAs超晶格,在其摇摆曲线中观察到显示X射线在超晶格结构中衍射相干特征的多级卫星峰及Pendell(o)song干涉条纹,并利用相干光理论对超晶格结构信息诸如周期及"0"级峰位置等进行了分析.     

太赫兹量子级联激光器有源区有限元模拟

采用有限元分析法解决了太赫兹量子级联激光器(THz QCL)有源区模拟问题。由于InP基差频THz QCL有源区为千层纳米结构,无法拆分实验探索,因此模拟分析显得尤为必要。首先列出有源区量子结构的薛定谔方程,而后采用Galerkin有限元法改写薛定谔方程,再根据连续性和边界条件,得到本征值矩阵方程,最后采用Matlab写出运算程序求解本征值矩阵方程,求出波函数。针对不同有源区量子结构,设定材料、组分、厚度和周期数及外加偏压等参数,即可得到波函数模方、能级、频率和波长等模拟结果。选取InP基差频THz QCL结构进行验证,结果表明此模型切实可行,其拓展应用也可以解决GaAs THz QCL模拟问题。     

不对称势垒对共振隧穿二极管I-V特性的影响

利用Airy函数和传输矩阵方法计算了不对称势垒厚度的InP基AlAs/InGaAs/AlAs DBS结构在偏压情况下的共振透射系数,并通过材料生长和器件工艺制作得到了共振隧穿二极管的直流I-V特性。在峰值电流密度为132kA/cm2下,获得了17.84的电流峰谷比。测试结果还表明不对称势垒厚度的RTD在偏压情况下,当电子从较薄势垒向较厚势垒穿透时,更容易获得高的电流峰谷比,反之可获得较大的负微分电阻电压区域。     

RTD纳米薄层的精细控制及X射线双晶衍射测量

在共振隧穿二极管(RTD)的MBE生长中,用双生长速率和束流调制技术实现了RTDnm级薄层的精细控制;用X射线双晶衍射仪扫描并分析了典型双势垒RTD样品的衍射摇摆曲线;用计算机对样品结构进行了动力学模拟分析。结果显示样品异质结界面和晶体质量良好,纳米薄膜的组分和厚度偏差分别控制在2%和3.5%之内,说明薄层的生长得到了精细控制。     

一种高性能InP基谐振隧穿二极管的研制

设计并用分子束外延技术生长了InP基InGaAs/AlAs体系RTD材料,采用传统湿法腐蚀、光学接触式光刻、金属剥离、台面隔离和空气桥互连工艺,研制出了具有优良负阻特性和较高阻性截止频率的InP基RTD单管，器件正向PVCR为17.5,反向PVCR为28,峰值电流密度为56kA/cm^2,采用RNC电路模型进行数据拟合后得到阻性截止频率为82.8GHz，实验为今后更高性能RTD单管的研制,以及RTD与其他高速高频三端器件单片集成电路的设计与研制奠定了基础。     

一种高性能InP基谐振隧穿二极管的研制

设计并用分子束外延技术生长了InP基InGaAs/AlAs体系RTD材料,采用传统湿法腐蚀、光学接触式光刻、金属剥离、台面隔离和空气桥互连工艺,研制出了具有优良负阻特性和较高阻性截止频率的InP基RTD单管.器件正向PVCR为17.5,反向PVCR为28,峰值电流密度为56kA/cm2,采用RNC电路模型进行数据拟合后得到阻性截止频率为82.8GHz.实验为今后更高性能RTD单管的研制,以及RTD与其他高速高频三端器件单片集成电路的设计与研制奠定了基础.