GaN基功率型微波双异质结构场效应晶体管的技术发展(英文)  

Technology Development for GaN Based Power Microwave DHFET

作　　者：S.I.Petrov A.N.Alexeev D.M.Krasovitsky V.P.Chaly 

机构地区：[1]SemiTEq股份公司 [2]Svetlana-Rost股份公司

出　　处：《电子工业专用设备》2013年第2期17-20,64,共5页Equipment for Electronic Products Manufacturing

摘　　要：有关结果表明,在氨分子束外延STE3N2系统中,以极高的温度(1 100-1 150℃)让氮化铝缓冲层进行增长是为DHFET(双异质结构场效应晶体管)通道获得高品质GaN(氮化镓)层的关键步骤。缓冲层从包含AlN(氮化铝)、AlGaN/AlN(氮化铝镓/氮化铝)超晶格与AlGaN(氮化铝镓)过渡层的c-蓝宝石衬底开始排列。透射电子显微镜的研究表明,穿透位错密度从AlN层的(2～4)×1010cm-2逐渐减少到顶部GaN活动层的(9～10)×108cm-2。结构质量的改善使得电子迁移率大幅度增长至600～650 cm2/V.s,而在一个1.5μm厚、略含硅元素的GaN顶层中高达3×1016～5×1016cm-3。这些结果表明生长于蓝宝石上的金属有机气相沉积GaN具有良好品质,并且比传统的分子束外延好几倍。在带有AlxGa1-xN顶部阻挡层(x=0.25-0.4)的双异质结构(DH)中使用这样一个GaN层可以让二维电子气中的电子面密度、迁移率与薄层电阻分别在1 300～1 700 cm2/V.s、(1.0～1.8)×1013cm-2与230～400Ω/sq的范围内发生变化。该技术的应用以及为了在SiC(碳化硅)基板上生长而采用的DH设计使得我们可以为0.03～4.0 GHz的超宽频功率放大器(输出功率为2.5 W、增益为17～25 dB、效率为30%)制造出一个带有0.5μm门信号宽度的DHFET。The growth of AIN buffer layer at extremely high temperature （1100- 1150 ℃） in ammonia MBE STE3N2 system is shown to be the key step to obtain high quality GaN layers for DHFET channels. The buffer layer sequence from c-sapphire substrate involved AIN, A1GaN/AIN superlattice and A1GaN transition layers. TEM study showed gradual decrease of threading dislocation density from （2-4）× 10^10 cm^-2 in AIN to （9-10）× 10^8 cm^2 in the top GaN active layer. The improvement of structural quality resulted in substantial increase in electron mobility up to 600- 650 cm^2/V.s in a 1.5 μmthick GaN top layer lightly doped with silicon up to n = （3-5） × 10^16 cm^-3. These results correspond to a good quality MOCVD GaN grown on sapphire and several times better than in conventional MBE. Employing such a GaN layer in a double heterostructure （DH） with the cap A1xGa1-xN barrier layer （x = 0.25 -0.4） allows to change the electron sheet density, mobility and sheet resistance in a two dimensional eleetron gas in the range of 1 300- 1 700 cm^2/V-s,（1.0- 1.8）×10^13 cm^-2 and 230 ×400Ω/sq, respectively. Application of this technology and DH design for growing on SiC substrates enabled one to manufacture a DHFET with a gate length of 0.5 m for 0.03 ~4.0 GHz extra-broadband power amplifiers having Pout= 2.5 W, gain 17-25 dB and efficiency 30%.

关 键 词：分子束外延(MBE)系统 氮化铝(AIN) 氮化镓(GaN) 三族氮化物 双异质结构场效应 晶体管(DHFET) 

分 类 号：TN432[电子电信—微电子学与固体电子学]