Al组分阶变势垒层AlGaN/AlN/GaN HEMTs的制备及性能

用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术,在蓝宝石衬底上生长了Al组分阶变势垒层结构的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管结构材料.用三晶X射线衍射(TCXRD)和原子力显微镜(AFM)对材料的结构、界面特性和表面形貌进行了研究.测试结果表明该材料具有优良的晶体质量和表面形貌,GaN(0002)衍射蜂的半高宽为4.56＇,AFM 5μm×5μm扫描面积的表面均方根粗糙度为0.159nm;TCXRD测试中在AlGaN(0002)衍射峰右侧观察到Pendell(o)sung条纹,表明AlGaN势垒层具有良好的晶体质量和高的异质结界面质量.     

AlGaN/AlN/GaN肖特基二极管的电学性能

利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法生长的AlGaN/AlN/GaN/蓝宝石材料制备了AlGaN肖特基二极管.器件的肖特基接触和欧姆接触分别为Ti/Pt和Ti/Al/Ti/Au,均采用电子束蒸发的方法沉积.AlGaN表面欧姆接触的比接触电阻率为7.48×10-4Ω/cm2,器件的I-V测试表明该AlGaN肖特基二极管具有较好的整流特性.根据器件的正向,I-V特性计算得到器件的势垒高度和理想因子分别为0.57eV和4.83.将器件在300℃中温退火,器件的电学性能有所改善.     

采用AlN/SiNx钝化的高性能AlGaN/GaN HEMTs

两种不同的钝化层结构被应用到势垒层厚度为12 nm的AlGa/GaN 高电子迁移率场效应晶体管中。首先采用等离子增强原子层沉积(PEALD)技术生长5 nm的AlN薄膜,然后再覆盖50 nm的等离子增强化学气相淀积(PECVD)生长的SiNx。相比于传统的SiNx钝化,AlN钝化层的插入更有效地抑制了电流崩塌效应,同时获得了小的亚阈值斜率(SS)。AlN钝化层的插入增大了器件的射频跨导从而获得了较高的截止频率。另外,通过变温直流特性测试发现,AlN/SiNx钝化的器件在高温时饱和电流和最大跨导的衰退相对于仅采用SiNx钝化的器件都要小,表明AlN钝化层的插入改善了器件的高温稳定性。     

含有Al组分阶变AlGaN过渡层的Si基AlGaN/GaN HEMT

采用一个AlN缓冲层和两个Al组分阶变的AlGaN过渡层作为中间层,在76.2mm Si衬底上外延生长出1.7μm厚无裂纹AlGaN/GaN异质结材料,利用原子力显微镜、X射线衍射、Hall效应测量和CV测量等手段对材料的结构特性和电学性能进行了表征。材料表面平整光滑,晶体质量和电学性能良好,2DEG面密度为1.12×1013cm-2,迁移率为1 208cm2/(V.s)。由该材料研制的栅长为1μm的AlGaN/GaN HEMT器件,电流增益截止频率fT达到10.4GHz,这些结果表明组分阶变AlGaN过渡层技术可用于实现高性能Si基GaN HEMT。     

具有高击穿电压的AlN背势垒AlGaN/GaN/AlN HEMT材料

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在4英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上制备了1.2μm厚的AlN背势垒的AlGaN/GaN/AlN双异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,其AlGaN势垒层表面粗糙度(RMS)、二维电子气(2DEG)迁移率以及HEMT材料的弯曲度都较为接近于常规的高阻GaN背势垒结构的HEMT材料。由于AlN晶格常数较小,具有AlN背势垒的HEMT材料受到了更大的压应力。通过对比分析两种HEMT材料所制备的器件发现,受益于AlN背势垒层更高的禁带宽度和临界电场,由AlN背势垒HEMT材料所制备的器件三端关态击穿电压为常规高阻GaN背势垒HEMT器件的1.5倍,缓冲层漏电流则较常规高阻GaN背势垒HEMT器件低2～3个数量级。     

版图设计对多指AlGaN/GaN HEMTs 栅指温度影响的研究

本文利用三维热仿真方法研究了不同版图设计对多指AlGaN/GaN 高电子迁移率器件工作温度的影响。我们使用拉曼微区测温技术测量了样品的沟道温度,并用于确定材料的热导率,验证器件热模型的准确性。建立模型时特别考虑了界面热阻的作用,确保器件温度分布的仿真结果与实验测量结果一致。文中采用包含界面热阻效应的三维热模型,系统的分析了栅指数目,器件栅宽和栅栅间距等因素对AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管热特性的影响。最后,提出了一种优化器件栅指间距的热设计方法,能够有效降低器件工作时的最高温度。     

AlGaN/GaN HEMT势垒层厚度影响的模拟及优化

完成了对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的结构设计及器件物理特性的验证等工作.使用TCAD软件完成了该器件直流特性及微波特性等性能的模拟.建立该器件的极化效应模型是本项研究的重点.完成了对异质结条件下诸多模型参数的筛选及修正,得到了符合理论的模拟结果.器件特性的验证与优化基于势垒层厚度h的变化展开,研究...     

AlGaN/AlN/GaN肖特基二极管的电学性能

利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法生长的AlGaN/AlN/GaN/蓝宝石材料制备了AlGaN肖特基二极管.器件的肖特基接触和欧姆接触分别为Ti/Pt和Ti/Al/Ti/Au,均采用电子束蒸发的方法沉积.AlGaN表面欧姆接触的比接触电阻率为7.48×10-4Ω/cm2,器件的I-V测试表明该AlGaN肖特基二极管具有较好的整流特性.根据器件的正向,I-V特性计算得到器件的势垒高度和理想因子分别为0.57eV和4.83.将器件在300℃中温退火,器件的电学性能有所改善.     

Preparation and Properties of AlGaN/AIN/GaN HEMTs with Compositionally Step-Graded AIGaN Barrier Layer

：A1GaN/AlN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) structures with compositionally step-graded AIGaN barrier layer were grown on sapphire substrates by metalorganic chemical vapor deposition.High crystal quality and good sur‘ face morphology of the HEMT structures are confirmed by triple.crystal X-ray diffraction(TCXRD)and atomic force microscopy(AFM)measurements.The full width at half maximum of the GaN(0002)peak iS 4.567 from the rocking curve. AFM measurements reveal a smooth A1GaN surface with a root-mean-square roughness of 0.159nm for a scan area of 5um× 5tLm.Pendell6sung fringes are observed beside AIGaN(0002)diffraction peaks,indicating good crystalline quality and a coherent interface.     

AlN阻挡层对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN异质结和AlGaN/AlN/GaN异质结二维电子气材料,采用相同器件工艺制造出了AlGaN/GaN HEMT器件和AlGaN/AlN/GaN HEMT器件.通过对两种不同器件的比较和讨论,研究了AlN阻挡层的增加对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响.     

AlN阻挡层对AlGaN/GaNHEMT器件的影响

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN异质结和AlGaN/AlN/GaN异质结二维电子气材料,采用相同器件工艺制造出了AlGaN/GaN HEMT器件和AlGaN/AlN/GaN HEMT器件.通过对两种不同器件的比较和讨论,研究了AlN阻挡层的增加对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响.     

AlN插入层与AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应的关系

比较有无AlN插入层AlGaN/GaN HEMTs在直流偏置应力条件下的电流崩塌程度,研究AlN插入层对电流崩塌的影响.从测试结果看,无AlN插入层的AlGaN/GaN HEMTs有更显著的电流崩塌程度,表明AlN插入层对电流崩塌效应有显著的抑制作用.模拟的AlGaN/GaN能带结构表明,AlN插入层能显著提高AlGaN导带底能级,增加异质结的带隙差.带隙差的增加有利于减小电子遂穿几率,加强沟道二维电子气的量子限制,从而抑制电流崩塌效应.     

AlN插入层与AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应的关系

比较有无AlN插入层AlGaN/GaN HEMTs在直流偏置应力条件下的电流崩塌程度,研究AlN插入层对电流崩塌的影响.从测试结果看,无AlN插入层的AlGaN/GaN HEMTs有更显著的电流崩塌程度,表明AlN插入层对电流崩塌效应有显著的抑制作用.模拟的AlGaN/GaN能带结构表明,AlN插入层能显著提高AlGaN导带底能级,增加异质结的带隙差.带隙差的增加有利于减小电子遂穿几率,加强沟道二维电子气的量子限制,从而抑制电流崩塌效应.     

具有栅源间本征GaN调制层的AlGaN/GaN HEMT

为解决常规AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)因源极电子注入栅极右侧高场区造成的雪崩击穿,并提高器件的击穿电压,提出了一种具有栅源间本征GaN (i-GaN)调制层的新型AlGaN/GaN HEMT结构.新结构器件在反向耐压时将调制层下方部分区域的二维电子气(2DEG)完全耗尽,扩展了沟道的夹断区,有效阻止了源极电子向栅极右侧高场区的注入.仿真结果表明,通过设置适当的调制层长度和厚度,器件的击穿电压可从常规结构的862 V提升至新结构的1086 V,增幅达26％.同时,GaN调制层会微幅增大器件的比导通电阻,对阈值电压也具有一定的提升作用.     

N-Face GaN/AlGaN HEMTs Fabricated Through Layer Transfer Technology

We present a new method to fabricate N-face GaN/AlGaN high electron mobility transistors (HEMTs). These devices are extremely promising for ultrahigh frequency applications where low contact resistances and excellent carrier confinement are needed. In this letter, the N-face of a Ga-face AlGaN/GaN epilayer grown on Si(111) is exposed by removing the Si substrate. To provide mechanical support, prior to the substrate removal, the Ga-face of the wafer is bonded to a Si(100) carrier wafer. The resultant N-face GaN/AlGaN heterostructures exhibited record transport properties ($mu_{e} !=! hbox{1670} hbox{cm}^{2}/hbox{V}cdot hbox{s}$, $n_{s} !=! hbox{1.6} !times! hbox{10}^{13}/ hbox{cm}^{2}$, and $R_{rm sh} = hbox{240} Omega/hbox{sq}$ ). These excellent transport properties rendered N-face HEMTs with 30% higher maximum drain current than Ga-face HEMTs and good RF characteristics ($f_{T} = hbox{10.7} hbox{GHz} cdot muhbox{m}$ and $f_{max} = hbox{21.5} hbox{GHz}cdot muhbox{m}$), comparable to state-of-the-art Ga-face devices.