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.     

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.     

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.     

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1350cm2/(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%.     

蓝宝石衬底上槽栅型X波段增强型AlGaN/GaN HEMT

研制了一款X波段增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。在3英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上采用低损伤栅凹槽刻蚀技术制备了栅长为0.3μm的增强型AlGaN/GaN HEMT。所制备的增强型器件的阈值电压为0.42 V,最大跨导为401 mS/mm,导通电阻为2.7Ω·mm。器件的电流增益截止频率和最高振荡频率分别为36.1和65.2 GHz。在10 GHz下进行微波测试,增强型AlGaN/GaN HEMT的最大输出功率密度达到5.76 W/mm,最大功率附加效率为49.1%。在同一材料上制备的耗尽型器件最大输出功率密度和最大功率附加效率分别为6.16 W/mm和50.2%。增强型器件的射频特性可与在同一晶圆上制备的耗尽型器件相比拟。     

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。     

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%。     

L波段350W AlGaN/GaN HEMT器件研制

基于高纯半绝缘碳化硅衬底,采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺生长了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料.室温下霍尔测试结果表明,外延层二维电子气迁移率为1 950cm2/ (V·s),方块电阻为350 Ω,电阻均匀性为3％.通过优化工艺降低了欧姆接触电阻,提高了器件工作效率.采用源场板结合栅场板的双场板技术和增大源漏间距,提高了器件击穿电压.优化了背面减薄和背面通孔技术,提高了器件散热能力.采用阻抗匹配技术提升了芯片阻抗.最终采用预匹配技术和金属陶瓷封装技术成功制作50 mm栅宽的AlGaN/GaNHEMT器件.直流测试结果表明,器件击穿电压高达175 V.微波测试结果表明,在50 V工作电压、1.3 GHz下,器件输出功率达350 W,功率附加效率达81％,功率增益大于13 dB.     

非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT

报道了研制的AlGaN/GaN微波功率HEMT,该器件采用以蓝宝石为衬底的非掺杂AlGaN/GaN异质结构,器件工艺采用了Ti/Al/Ni/Au欧姆接触和Ni/Au肖特基势垒接触以及SiN介质进行器件的钝化.研制的200μm栅宽T型布局AlGaN/GaN HEMT在1.8GHz,Vds=30V时输出功率为28.93dBm,输出功率密度达到3.9W/mm,功率增益为15.59dB,功率附加效率(PAE)为48.3%.在6.2GHz,Vds=25V时该器件输出功率为27.06dBm,输出功率密度为2.5W/mm,功率增益为10.24dB,PAE为35.2%.     

具有低欧姆接触电阻的高性能AlGaN/GaN HEMT器件研制

研究了AlGaN/GaN HEMT器件Ti/Al/Ti/Au四层金属结构欧姆接触的形成过程.通过系统研究退火条件获得了较低的欧姆接触电阻,实现了10-7Ω·cm2的欧姆接触率,并在此基础上对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触形成机理进行了深入讨论.通过器件工艺的优化,研制了高性能的AlGaN/GaN HEMT器件.栅宽40μm的器件跨导达到250mS/mm,fT达到70GHz;栅宽0.8mm的功率器件电流密度达到1.07A/mm(Vg=0.5V),Vds=30V时,8GHz工作频率下(在片测试)器件的输出功率为32.5dBm(1.6W),输出功率密度达到2.14W/mm,功率增益为12.7dB.