SiC衬底上高性能AlGaN/GaN HEMT结构材料的研制

用金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)在半绝缘4H-和6H-SiC衬底上研制出了高性能的具有国内领先和国际先进水平的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,室温二维电子气迁移率和浓度分别为2215cm2/(V·s)和1.044×1013cm-2;50mm外延片平均方块电阻不高于253.7Ω/□,方块电阻不均匀性小于2.02%;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有较高的晶体质量和表面质量.用以上材料研制出了1mm栅宽AlGaN/GaN HEMT功率器件,8GHz连续波输入下器件的输出功率密度为8.25W/mm,功率附加效率为39.4%;对研制的器件进行了可靠性测试,器件连续工作半小时后,输出功率只下降了0.1dBm,表明所研制的器件具备了一定的可靠性.     

MOCVD生长的SiC衬底高迁移率GaN沟道层AlGaN/AlN/GaN HEMT结构

用MOCVD技术在高阻6H-SiC衬底上研制出了具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料,其室温和80K时二维电子气迁移率分别为1944和11588cm2/(V·s),相应二维电子气浓度为1.03×1013cm-2;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有良好的晶体质量和表面形貌,10μm×10μm样品的表面粗糙度为0.27nm.用此材料研制出了栅长为0.8μm,栅宽为1.2mm的HEMT器件,最大漏极饱和电流密度和非本征跨导分别为957mA/mm和267mS/mm.     

高性能1mm SiC基AlGaN/GaN功率HEMT研制

在6H-SiC衬底上,外延生长了AlGaN/GaN HEMT结构,设计并实现了高性能1mm AlGaN/GaN微波功率HEMT,外延材料利用金属有机物化学气相淀积技术生长.测试表明,该lmm栅宽器件栅长为0.8μm,输出电流密度达到1.16A/mm,跨导为241mS/mm,击穿电压＞80V,特征频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz.5.4GHz连续波测试下功率增益为14.2dB,输出功率达4.1W,脉冲条件测试下功率增益为14.4dB,输出功率为5.2W,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力.     

8英寸Si衬底上高质量AlGaN/GaN HEMT结构的生长

在8英寸(1英寸=2.54 cm)的Si衬底上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长了高质量、无龟裂的GaN薄膜和AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.通过调节应力调控层的结构,厚度为5 μm的GaN膜层翘曲度低于50 μm.采用X射线衍射(XRD)对GaN薄膜的(002)和(102)衍射峰进行扫描,其半峰全宽(FWHM)分别为182和291 arcsec.透射电子显微镜(TEM)截面图显示GaN外延层的位错密度达到了3.5×107/cm2,证实了在大尺寸Si衬底上可以制作高质量的GaN薄膜.AlGaN/GaN HEMT结构的二维电子气浓度和载流子迁移率分别为9.29×1012/cm2和2 230 cm2/(V·s).基于这些半绝缘AlGaN/GaNHEMT结构所制作的功率电子器件的输出电流可达20 A,横向击穿电压可达1 200 V.     

输出功率密度为2.23W/mm的X波段AlGaN/GaN功率HEMT器件

MOCVD技术在蓝宝石衬底上制备出具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/GaN HEMT材料.高迁移率GaN外延层的室温迁移率达741cm2/(V·s),相应背景电子浓度为1.52×1016cm-3;非有意掺杂高阻GaN缓冲层的室温电阻率超过108Ω·cm,相应的方块电阻超过1012Ω/□.50mm HEMT外延片平均方块电阻为440.9Ω/□,方块电阻均匀性优于96％.用此材料研制出了0.2μm栅长的X波段HEMT功率器件,40μm栅宽的器件跨导达到250mS/mm,特征频率fT为77GHz;0.8mm栅宽的器件电流密度达到1.07A/mm,8GHz时连续波输出功率为1.78W,相应功率密度为2.23W/mm,线性功率增益为13.3dB.     

MOCVD生长的SiC衬底高迁移率GaN沟道层AlGaN/AlN/GaN HEMT结构

用MOCVD技术在高阻6H-SiC衬底上研制出了具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料,其室温和80K时二维电子气迁移率分别为1944和11588cm2/(V·s),相应二维电子气浓度为1.03×1013cm-2;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有良好的晶体质量和表面形貌,10μm×10μm样品的表面粗糙度为0.27nm.用此材料研制出了栅长为0.8μm,栅宽为1.2mm的HEMT器件,最大漏极饱和电流密度和非本征跨导分别为957mA/mm和267mS/mm.     

用于SiC和蓝宝石衬底的AlGaN/GaN HEMT热解析模型

研究了温度的升高对低场迁移率及阈值电压的影响,建立了模拟AlGaN/GaN HEMT直流I-V特性的热解析模型。模型考虑了极化、材料热导率、电子迁移率、薄层载流子浓度、饱和电子漂移速度及导带断续的影响。模拟结果表明,低场迁移率随温度的升高而下降,阈值电压随温度的升高略有增加,但变化很小,而沟道温度随漏压的增加上升很快,并最终导致输出漏电流的下降。最后将模拟结果与实验值进行对比,符合较好,证明了该模型的正确性,并可以应用于SiC和蓝宝石两种不同衬底AlGaN/GaN HEMT器件的模拟。     

高性能的增强型AlGaN/GaN HEMT

采用氟离子处理的方法实现了阈值电压0.35V的增强型AlGaN/GaN HEMT 器件。该器件展示了高性能直流特性,最大饱和电流 667mA/mm,器件的峰值跨导达到203ms/mm。 1μm栅长电流增益截止频率和最大振荡截止频率分别为10.3GHz和12.5GHz,并且小信号特性在器件氟离子处理后并没有出现衰退。最后,采用SIMS的实验结果辅助进行了数值仿真,对氟离子在势垒层中起受主缺陷的理论给出了合理的解释。     

基于蓝宝石衬底的高性能AlGaN/GaN二维电子气材料与HEMT器件

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了高性能的Al Ga N/Ga N二维电子气(2 DEG)材料,室温和77K温度下的电子迁移率分别为94 6和2 5 78cm2 /(V·s) ,室温和77K温度下2 DEG面密度分别为1.3×10 1 3和1.2 7×10 1 3cm- 2 .并利用Al Ga N/Ga N二维电子气材料制造出了高性能的HEMT器件,栅长为1μm,源漏间距为4 μm,最大电流密度为4 85 m A/mm(VG=1V) ,最大非本征跨导为170 m S/mm(VG=0 V) ,截止频率和最高振荡频率分别为6 .7和2 4 GHz     

基于蓝宝石衬底的高性能AlGaN/GaN二维电子气材料与HEMT器件

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了高性能的AlGaN/GaN二维电子气(2DEG)材料,室温和77K温度下的电子迁移率分别为946和2578cm2/(V*s),室温和77K温度下2DEG面密度分别为1.3×1013和1.27×1013cm-2.并利用AlGaN/GaN二维电子气材料制造出了高性能的HEMT器件,栅长为1μm,源漏间距为4μm,最大电流密度为485mA/mm(VG=1V),最大非本征跨导为170mS/mm(VG=0V),截止频率和最高振荡频率分别为6.7和24GHz.     

高跨导AlGaN/GaN HEMT器件

报道了生长在蓝宝石衬底上的AlGaN/GaNHEMT器件的制造工艺以及在室温下器件的性能.器件的栅长为1 0 μm ,源漏间距为4 0 μm .器件的最大电流密度达到1 0 0 0mA/mm ,最大跨导高达1 98mS/mm ,转移特性曲线表现出增益带宽较宽的特点.同时由所测得的S参数推出栅长为1 0 μm器件的截止频率(fT)和最高振荡频率(fmax)分别为1 8 7GHz和1 9 1GHz.     

高跨导AlGaN/GaN HEMT器件

报道了生长在蓝宝石衬底上的AlGaN/GaN HEMT器件的制造工艺以及在室温下器件的性能.器件的栅长为1.0μm,源漏间距为4.0μm.器件的最大电流密度达到1000mA/mm,最大跨导高达198mS/mm,转移特性曲线表现出增益带宽较宽的特点.同时由所测得的S参数推出栅长为1.0μm器件的截止频率(fT)和最高振荡频率(fmax)分别为18.7GHz和19.1GHz.     

蓝宝石上高电子迁移率AlGaN/GaN材料的研究

通过优化蓝宝石衬底上GaN材料缓冲层和Mg掺杂生长工艺,获得了高质量的半绝缘GaN缓冲层,同时通过优化AlGaN/GaN异质结材料中AlN插入层的厚度,获得了性能优良的AlGaN/GaN HEMT材料.室温下2DEG载流子面密度为1.21×10013/cm2,迁移率为1970 cm2/V·s,77 K下2DEG迁移率达到13000 cm2/V·s.     

SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的热分析与测试

对SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的结温进行了理论计算与实测。计算中考虑了衬底材料热导率随温度的变化以及器件源、漏电阻上的热损耗,不同耗散功率下的理论计算与红外显微镜实测结果比较表明,两者相差最大不超过10℃。由于理论计算结果是在解析解的基础上运用计算机迭代计算获得,所耗时间较短,故这一结果对于改善器件结构以提高AlGaN/GaN HEMT及其MMIC电路的性能将有较大帮助。     

RF-MBE Grown AlGaN/GaN HEMT Structure with High Al Content

A Si doped AlGaN/GaN HEMT structure with high Al content (x=43%) in the barrier layer is grown on sapphire substrate by RF-MBE.The structural and electrical properties of the heterostructure are investigated by the triple axis Xray diffraction and Van der PauwHall measurement,respectively.The observed prominent Bragg peaks of the GaN and AlGaN and the Hall results show that the structure is of high quality with smooth interface.The high 2DEG mobility in excess of 1260cm2／（V·s） is achieved with an electron density of 1.429e13cm－2 at 297K,corresponding to a sheet-densitymobility product of 1.8e16V－1·s－1.Devices based on the structure are fabricated and characterized.Better DC characteristics,maximum drain current of 1.0A/mm and extrinsic transconductance of 218mS/mm are obtained when compared with HEMTs fabricated using structures with lower Al mole fraction in the AlGaN barrier layer.The results suggest that the high Al content in the AlGaN barrier layer is promising in improving material electrical properties and device performance.     

RF-MBE生长的高Al势垒层AlGaN/GaN HEMT结构

采用RF-MBE技术,在蓝宝石衬底上生长了高Al组分势垒层AlGaN/GaN HEMT结构.用三晶X射线衍射分析得到AlGaN势垒层的Al组分约为43%,异质结构晶体质量较高,界面比较光滑.变温霍尔测量显示此结构具有良好的电学性能,室温时电子迁移率和电子浓度分别高达1246cm2/(V·s)和1.429×1013cm-2,二者的乘积为1.8×1016V-1·s-1.用此材料研制的器件,直流特性得到了提高,最大漏极输出电流为1.0A/mm,非本征跨导为218mS/mm.结果表明,提高AlGaN势垒层Al的组分有助于提高AlGaN/GaN HEMT结构材料的电学性能和器件性能.     

4H-SiC衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的研制

报道了在4H-SiC衬底上AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的研制和室温特性测试结果.器件采用栅长为0.7μm,夹断电压为-3.2V,获得了最高跨导为202mS/mm,最大漏源饱和电流密度为915mA/mm的优良性能和结果.