Si基GaN材料寄生导电层的研究

通过对Si基GaN材料的电学性能进行测量分析,确认了该材料体系所特有的寄生导电层现象。研究了寄生导电层对Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)微波功率性能和击穿性能的不良影响。通过材料生长工艺的优化,降低了寄生导电层的导电性,获得了击穿电压超过320V的Si基GaN HEMT功率电子器件。     

金刚石衬底GaN HEMT研究进展

SiC衬底GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)综合了AlGaN/GaN异质结优异的输运特性与SiC衬底高导热性能,在高频、宽带、高效、大功率应用领域表现出显著的性能优势。但GaN外延材料中存在高密度的缺陷,影响了导电沟道的散热,散热问题成为影响GaN HEMT性能进一步发挥的主要障碍。本文分析了GaN外延材料高缺陷密度形成的原因,介绍了近年来国外正在开展的基于转移技术金刚石衬底GaN HEMT技术,解决GaN HEMT散热问题的研究进展。研究结果表明,基于转移技术的金刚石衬底GaN HEMT有望成为继SiC衬底GaN HEMT之后的下一代固态微波功率器件主导型器件技术。     

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。     

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。     

8W AlGaN/GaN HEMT功率器件的研制

报道了基于国产衬底以及国产外延的AlGaN/GaN HEMT X波段功率器件的研究进展.利用国产衬底以及外延材料,优化了器件栅场板的结构,研制成功栅长0.35μm,栅宽为lmm的微波功率器件.该器件输出电流密度达到0.83A/mm,击穿电压大于100V,跨导为236mS/mm,截止频率(fT)达到30GHz,最大振荡频率(fmax)为32GHz,8GHz下在片进行连续波测试,漏端电压为40V时测试得到功率增益4.9dB,输出功率达8W,功率附加效率(PAE)为45%.     

蓝宝石衬底上AIGaN／GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的AIGaN／GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）直流I-V特性解析模型。从理论的角度分析了自热效应对AlGaN／GaN HEMT器件的影响，并同已有的实验结果进行了对比，符合较好。证明基于这种模型的理论分析适于AIGaN／GaN HEMT器件测试及应用的实际情况。     

8W AlGaN/GaN HEMT功率器件的研制

报道了基于国产衬底以及国产外延的AlGaN/GaN HEMT X波段功率器件的研究进展.利用国产衬底以及外延材料,优化了器件栅场板的结构,研制成功栅长0.35μm,栅宽为lmm的微波功率器件.该器件输出电流密度达到0.83A/mm,击穿电压大于100V,跨导为236mS/mm,截止频率(fT)达到30GHz,最大振荡频率(fmax)为32GHz,8GHz下在片进行连续波测试,漏端电压为40V时测试得到功率增益4.9dB,输出功率达8W,功率附加效率(PAE)为45%.     

4 W/mm蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT

报道了利用南京电子器件研究所生长的蓝宝石衬底AlGaN/GaN异质结材料制作的HEMT,器件功率输出密度达4W/mm。通过材料结构及生长条件的优化,利用MOCVD技术获得了二维电子气(2DEG)面密度为0.97×1013cm-2、迁移率为1000cm2/Vs的AlGaN/GaN异质结构材料,用此材料完成了栅长1μm、栅宽200μm AlGaN/GaN HEMT器件的研制。小信号测试表明器件的fT为17GHz、最高振荡频率fmax为40GHz;负载牵引测试得到2GHz下器件的饱和输出功率密度为4.04W/mm。     

跨导为220mS／mm的AIGaN／GaN HEMT

介绍了AIGaN／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，获得最大跨导220mS／mm，最大的漏源饱和电流密度0．72A／ram。由S参数测量推出器件的截止频率和最高振荡频率分别为12GHz和24GHz。     

蓝宝石衬底上AlGaN/GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的A lG aN/G aN HEM T(高电子迁移率晶体管)直流I-V特性解析模型。从理论的角度分析了自热效应对A lG aN/G aN HEM T器件的影响,并同已有的实验结果进行了对比,符合较好。证明基于这种模型的理论分析适于A lG aN/G aN HEM T器件测试及应用的实际情况。     

GaN基HEMT栅终端场板结构研究

制作了带有栅终端场板结构的GaN基HEMT,研究了击穿电压与场板长度的关系,提取了最佳场板长度为0.4,0.5,0.6μm时所对应的栅漏击穿电压最大,为120 V.研究了栅终端场板对器件小信号特性和大信号的影响,栅终端场板长度0.4μm时,器件特征频率及最大振荡频率减小量最小.在栅宽1 mm、频率8 GHz、无场板器件最大工作电压28 V时,连续波输出功率3.2 W,功率增益4.0 dB,功率附加效率17.0%;栅终端场板器件最大工作电压38 V时,连续波输出功率5.1 W,功率增益4.1 dB,功率附加效率21.0%.     

GaN基HEMT失效热点行为研究

研究了GaN基HEMT器件的失效热点行为。当V_GS>V_th时,漏极电流I_D主要为漏-源导通电流I_DS,输运机制为漂移;当V_GSth时,I_D主要为反向栅-漏电流I_GD,输运机制为与可导位错有关的Fowler-Nordheim隧穿。通过分析V_GS和V_DS变化对热点分布的影响,表明栅极边界耗尽沟道内形成的强横向电场与势垒层内的强垂直电场分别是I_DS和I_GD电流形成热点的主要原因;同时,还测量了热点的微光光谱,并根据临界电场与最大光子能量得到了电子的平均自由程,约为60 nm。     

GaN基HEMT场板结构研究进展

综述了近年来GaN基HEMT场板结构研究的最新进展,介绍了场板结构定义以及提高栅漏击穿电压的原理,总结了均匀场板结构、台阶场板结构、多层场板结构、双场板结构等对栅漏击穿电压BVGD的改善情况,叙述了栅终端场板和源终端场板的功率附加效率(PAE)、截止频率fT、最大振荡频率fMAX、增益等微波特性的不同点,获得了最佳场板结构以及场板连接方式.     

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%。     

基于Si衬底的功率型GaN基LED制造技术

介绍了Si衬底功率型GaN基LED芯片和封装制造技术,分析了Si衬底功率型GaN基LED芯片制造和封装工艺及关键技术,提供了产品测试数据。Si衬底LED芯片制备采用上下电极垂直结构与Ag反射镜工艺,封装采用仿流明大功率封装,封装后白光LED光通量达80 lm,光效达70 lm/W,产品已达商品化。与蓝宝石和SiC衬底技术路线相比,Si衬底LED芯片具有原创技术产权,可销往任何国家而不受国际专利的限制。产品抗静电性能好,寿命长,可承受的电流密度高,具有单引线垂直结构,器件封装工艺简单,而且生产效率高,成本低廉。其应用前景广阔,是值得大力发展的一门新技术。     

毫米波GaN基HEMT器件材料结构发展的研究

由于GaN材料的高的饱和电子速度和击穿场强,GaN基HEMT已经成为实现毫米波器件的重要选择。回顾了GaN基HEMT器件材料结构的发展历程,就目前GaN基毫米波HEMT器件设计应用存在的短沟道效应和源漏间较大的导通电阻两个主要问题进行了机理分析,并对GaN基HEMT器件的毫米波应用未来发展方向进行了分析。同时从GaN基HEMT器件材料结构设计入手对解决方案进行了探讨性研究。针对面向毫米波应用的GaN基HEMT材料结构,为有效的抑制短沟道效应,可以采用栅凹槽结构加背势垒结构、采用InAlN等新材料,可以有效降低源漏导通电阻。     

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 。     

Si衬底氮化物LED器件的研究进展

通过对比分析目前氮化物LED的三种主要衬底即蓝宝石、SiC与Si的技术特点,指出了发展Si衬底LED的重要意义。详细介绍了目前国内外Si衬底LED的研究现状,解析了在Si衬底上制备LED的多种新型技术,主要包括以提高薄膜沉积质量为目的的缓冲层技术、激光脱离技术、图案掩模技术、阳极氧化铝技术,以及以提高光提取率为宗旨的镜面结构技术和量子阱/量子点技术。这些新型技术与传统的MOCVD,HVPE,MBE等制备技术相结合,在很大程度上克服了Si衬底的不足,使Si衬底上氮化物LED展现出广阔的发展前景。     

Si衬底GaN基材料及器件的研究

GaN具有禁带宽、热导率高等特点,广泛应用于光电子和微电子器件领域.Si衬底GaN基材料及器件的研制将进一步促进GaN基器件与传统器件工艺的集成,因而具有很高的研究价值.介绍了Si衬底GaN基材料生长及特性方面的研究现状和GaN基器件的进展情况.