两种不同结构InGaP/GaAs HBT的直流特性分析

InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)是当前微波毫米波领域中具有广阔发展前景的高速固态器件,其直流特性是器件重要参数之一.本文采用Medici软件对两种InGaP/GaAs外延结构HBT的直流特性和高频特性进行了模拟计算,并实际制备出了两种材料结构的大尺寸(发射极面积100μm×100μm)双台面InGaP/GaAs HBT器件,对其直流特性进行了测试和分析,两种外延结构的器件共射直流增益分别为50和350,模拟得其最大截止频率分别为8和10GHz.     

InGaP/GaAs HBT器件的制备及其特性

采用在发射区台面腐蚀时保留InGaP钝化层和去除InGaP钝化层的方法制备了两种InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)器件,研究了InGaP钝化层对HBT器件基区表面电流复合以及器件直流和射频微波特性的影响.对制备的两种器件进行了对比测试后得到:保留InGaP钝化层的HBT器件最大直流增益(β)为130,最高振荡频率(fmax)大于53 GHz,功率附加效率达到61％,线性功率增益为23 dB;而去除InGaP钝化层的器件最大β为50,fnax大于43 GHz,功率附加效率为57％,线性功率增益为18 dB.测试结果表明,InGaP钝化层作为一种耗尽型的钝化层能有效抑制基区表面电流的复合,提高器件直流增益,改善器件的射频微波特性.     

减小发射极宽度提高InGaP/GaAs HBT的性能

在发射极宽度为3μm和4μm InGaP/GaAs HBT工艺的基础上,研究了发射极宽度为2μm时发射极与基极之间的自对准工艺,用简单方法制备出了发射极宽度为2μm的InGaP/GaAs HBT.发射极面积为2μm×15μm时器件的截止频率高达81GHz,且集电极电流密度为7×104A/cm2时仍没有出现明显的自热效应.它的高频和直流特性均比发射极宽度为3μm和4μm InGaP/GaAs HBT的有了显著提高,并对器件性能提高的原因进行了分析.     

InP基及含磷化合物HBT材料的GSMBE生长与特性

通过对外延材料结构设计和GSMBE生长工艺的深入研究,解决了生长InP基及含磷化合物HBT外延材料的关键问题,建立了稳定优化的GSMBE生长工艺,研制出性能优良的φ50mm InP基HBT和φ100mm InGaP/GaAs HBT外延材料.所发展的GSMBE外延技术,在As/P气氛切换、基区p型重掺杂扩散抑制、双异质结HBT结构设计等方面具有自己的特色.器件单位采用所提供的外延材料研制出的InP基HBT和InGaP/GaAs HBT器件与电路,达到了目前采用国产HBT外延材料研制的最好水平.     

InP基及含磷化合物HBT材料的GSMBE生长与特性

通过对外延材料结构设计和GSMBE生长工艺的深入研究,解决了生长InP基及含磷化合物HBT外延材料的关键问题,建立了稳定优化的GSMBE生长工艺,研制出性能优良的φ50mm InP基HBT和φ100mm InGaP/GaAs HBT外延材料.所发展的GSMBE外延技术,在As/P气氛切换、基区p型重掺杂扩散抑制、双异质结HBT结构设计等方面具有自己的特色.器件单位采用所提供的外延材料研制出的InP基HBT和InGaP/GaAs HBT器件与电路,达到了目前采用国产HBT外延材料研制的最好水平.     

一种用于InGaP/GaAs HBT的简化的VBIC模型

提出一个应用于InGaP/GaAs HBT的简化的VBIC模型,描述了模型参数的提取方法,并把此模型应用于单、多指InGaP/GaAs HBT器件的建模.对器件的I-V特性及50MHz～15GHz频率范围内S参数进行了测量和仿真.结果表明,50MHz～9GHz频率范围内,简化后模型可对InGaP/GaAs HBT交流小信号特性进行较好的表征.     

新结构InGaP/GaAs/InGaP DHBT生长及特性研究

设计并生长了一种新的InGaP/GaAs/InGaP DHBT结构材料,采用在基区和集电区之间插入n+-InGaP插入层结构,以解决InGaP/GaAs/InGaP DHBT集电结导带尖峰的电子阻挡效应问题。采用气态源分子束外延(GSMBE)技术,通过优化生长条件,获得了高质量外延材料,成功地生长出带有n+-InGaP插入层结构的GaAs基InGaP/GaAs/InGaP DHBT结构材料。采用常规的湿法腐蚀工艺,研制出发射极面积为100μm×100μm的新型结构InGaP/GaAs/InGaP DHBT器件。直流特性测试的结果表明,所设计的集电结带有n+-InGaP插入层的InGaP/GaAs/InGaP DHBT器件开启电压约为0.15V,反向击穿电压达到16V,与传统的单异质结InGaP/GaAs HBT相比,反向击穿电压提高了一倍,能够满足低损耗、较高功率器件与电路制作的要求。     

C波段3.5W/mm,PAE＞40%的InGaP/GaAs HBT功率管

通过优化InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)的材料结构和器件结构,采用BE金属自对准、发射极镇流和电镀空气桥等工艺技术,研制了C波段InGaP/GaAs HBT功率管.其击穿电压BVCBO大于31V,BVCEO大于21V;在5.4GHz时连续波(CW)饱和输出功率达到1.4W,功率密度达到3.5W/mm,功率附加效率(PAE)大于40%.     

C波段3.5W/mm,PAE＞40%的InGaP/GaAs HBT功率管

通过优化InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)的材料结构和器件结构,采用BE金属自对准、发射极镇流和电镀空气桥等工艺技术,研制了C波段InGaP/GaAs HBT功率管.其击穿电压BVCBO大于31V,BVCEO大于21V;在5.4GHz时连续波(CW)饱和输出功率达到1.4W,功率密度达到3.5W/mm,功率附加效率(PAE)大于40%.     

一种简化的VBIC模型和InGaP/GaAs HBT宽带放大器设计

采用一种新的简化VBIC模型对单、多指InGaP/GaAs HBT器件进行建模.测量和模型仿真FV特性及其在多偏置条件下多频率点S参数对比结果表明,DC～9GHz频率范围内,简化后的模型可对InGaP/GaAs HBT交流小信号特性进行较好的表征.利用建立的模型设计出DC～9GHz两级直接耦合宽带放大器,该放大器增益达到19dB,输入、输出回波损耗分别低于-10dB和-8dB.