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.     

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。     

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...     

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。     

调制掺杂对AlGaN/GaN HEMT材料电学性能的影响

利用范德堡Hall方法和汞探针C-V方法,研究了不同Si调制掺杂浓度对AlGaN/GaN HEMT材料电学性质的影响.发现si掺杂可以改善材料电学性能,二维电子气(2DEG)面密度和方块电阻(ns×μ)可以通过si调制掺杂精确控制.当Si掺杂浓度为3×10(18)cm-3时,得到了最低的方块电阻360Ω/□.尽管受到高浓度电子和离化杂质对二维电子气的散射影响,迁移率仍可达1220cm2/(V·s).分析了范德堡Hall方法和汞探针C-V方法的差别,同时测得材料的阈值电压也在合理范围.     

基于AlN和GaN形核层的AlGaN/GaN HEMT外延材料和器件对比

使用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上分别采用AlN和GaN作为形核层生长了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料,并进行了器件制备和性能分析.通过原子力显微镜(AFM)、高分辨率X射线双晶衍射仪(HR-XRD)和二次离子质谱仪(SIMS)等仪器对两种样品进行了对比分析,结果表明采用AlN形核层的GaN外延材料具有更低的位错密度,且缓冲层中氧元素的拖尾现象得到有效地抑制.器件直流特性显示,与基于GaN形核层的器件相比,基于AlN形核层的器件泄漏电流低3个数量级.脉冲Ⅰ-Ⅴ测试发现基于GaN形核层的HEMT器件受缓冲层陷阱影响较大,而基于AlN形核层的HEMT器件缓冲层陷阱作用不明显.     

6英寸硅基GaN HEMT外延材料的制备

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法,在6英寸(1英寸=2.54 cm)Si(111)衬底上,使用多层不同Al摩尔组分的AlGaN插入层技术,成功生长出厚度为2.9 μm无裂纹(扣除边缘2mm)的GaN外延层,解决了大尺寸外延片的翘曲度问题,并在此基础上生长了全结构的高电子迁移率晶体管(HEMT)外延片.采用X射线双晶衍射对外延材料结构进行了表征.Hall测试结果表明,HEMT外延材料的迁移率为2 080 cm2/(V·s),方块电阻为279.8 Ω/□,电荷面密度为1.07×1013 cm-2.采用喇曼光谱仪对GaN的应力进行了表征,GaN的喇曼E2(h)峰位于567.02 cm-1,表面受到的张应力为0.170 6 GPa,由于GaN外延层受到的张应力很小,说明插入多层AlGaN后应力已经释放.汞探针C-V测试二维电子气浓度较Hall测试结果偏低,可能是在C-V测试时肖特基势垒接触会降低载流子浓度.     

毫米波AlGaN / GaN HEMT 交流特性研究

毫米波频段已经成为AlGaN/GaN HEMT研究的一个发展趋势。利用器件仿真软件TCAD,对AlGaN/GaN HEMT交流特性进行了研究。从势垒层的Al组分和厚度两个参数分析了器件特征频率变化趋势。用TCAD仿真得到的AlGaN/GaN HEMT器件本征S参数,在ADS中添加器件的非本征参数,得到器件仿真的频率特性。在器件设计的基础上,进行了器件版图设计和流片,并测量了器件频率特性。测试和仿真结果的对比表明两者较为一致,表明器件仿真的有效性和指导意义。     

栅宽对AlGaN/GaN HEMTs亚阈值摆幅的影响

制备了不同栅极宽度的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，通过测量各器件电容-电压曲线和转移特性曲线，得到了栅沟道载流子输运特性以及亚阈值摆幅，结果显示当栅极宽度从10μm增加到50μm时，亚阈值摆幅下降了40.3%.定性且定量地分析了亚阈值摆幅值随栅极宽度变化的原因，发现不同的栅极宽度对应不同的极化散射强度，亚阈值摆幅的变化是由栅沟道载流子输运特性和极化散射效应造成的.为AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管开关性能优化提供了新的视角与维度，将促进其更好地应用于无线通信、电力传输以及国防军工领域.     

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.