欧洲首次在200mm硅晶圆上生长出高质量的AIGaN／GaN异质结构

欧洲独立纳米电子研究中心IMEC与MOCVD设备供应商AIXTRON公司日前宣布，首次在200mm硅晶圆上成功生长出高质量高均匀性的AlGaN／GaN异质结构。 A1GaN／GaN异质结构在AIXTRON应用实验室中的300mm CRIUS MOCVD设备中生长得到，

氮极性AlGaN基隧道结深紫外LED

针对AlGaN(Aluminum Gallium Nitride)基深紫外LED(Light Emitting Diode)发光效率低、工作偏压较大的问题,设计了一种带有n^(+)-GaN/Al_(0.4)Ga_(0.6)N/p^(+)-GaN隧道结的氮极性AlGaN基深紫外LED器件结构。该结构由n-Al_(0.65)Ga_(0.35)N电子提供层、 Al_(0.65)Ga_(0.35)N/Al_(0.5)Ga_(0.5)N多量子阱、组分渐变p-Al_(x)Ga_(1-x)N和n^(+)-GaN/Al_(0.4)Ga_(0.6)N/p^(+)-GaN隧道结构成。研究结果表明,相比于无隧道结的参考LED,隧道结LED具有更高的内量子效率和光输出功率,同时其具有更低的开启电压。隧道结LED光电特性的改善,归因于隧道结的引入提升了LED的空穴注入效率,提高了LED器件的电流扩展能力。通过模拟软件对半导体器件载流子输运、光电特性的模拟,有助于加深对半导体器件物理特性的理解。若在“半导体器件物理”学习课程加入对半导体器件模拟软件的学习,能有效提升学生对半导体器件物理知识的理解和探索。

高性能背照式GaN/AlGaN p-i-n紫外探测器的制备与性能

研究了GaN/AlGaN异质结背照式p-i-n结构可见盲紫外探测器的制备与性能。GaN/AlGaN外延材料采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长,衬底为双面抛光的蓝宝石,缓冲层为AlN,n型层采用厚度为0.8μm的Si掺杂Al0.3Ga0.7N形成窗口层,i型层为0.18μm的非故意掺杂的GaN,p型层为0.15μm的Mg掺杂GaN。采用Cl2、Ar和BCl3感应耦合等离子体刻蚀定义台面,光敏面面积为1.96×10-3 cm2。可见盲紫外探测器展示了窄的紫外响应波段,响应区域为310～365 nm,在360 nm处响应率最大,为0.21 A/W,在考虑表面反射时,内量子效率达到82%;优质因子R0A为2.00×108Ω.cm2,对应的探测率D=2.31×1013 cm.Hz1/2.W-1;且零偏压下的暗电流为5.20×10-13 A。

C波段0.75mmAlGaN/GaN功率器件

研制并测试了以蓝宝石作衬底的10×75μm×0.8μmAlGaN/GaN微波器件,采用等离子增强气相化学沉积的方法生长了250nm的Si3N4形成钝化层,直流特性从0.56A/mm上升到0.66A/mm,跨导从158mS/mm增为170mS/mm,截止频率由10.7GHz增大到13.7GHz,同时在4GHz下,Vds=25V,Vgs=-2.5V,输出功率由0.90W增至1.79W,输出功率密度达到2.4W/mm.钝化有效地改善了器件的输出特性,减小和消除了表面寄生栅对器件的影响.

AlGaN/GaN异质结极化行为与二维电子气

AlGaN/GaN异质结及其相关器件因其优越的电学特性成为近几年的研究热点。2DEG作为其特征与材料本身的极化现象关系密切。本文主要从晶体微观结构角度介绍AlGaN/GaN异质结极化现象的产生、机理和方向性,着重讨论极化对异质结界面处诱生的二维电子气的影响。极化不仅可提高2DEG的浓度,而且还能使其迁移率得到提高。

AlGaN基共振腔增强的p-i-n型紫外探测器

设计了目标探测波长为320nm的AlGaN基共振腔增强的p-i-n型紫外光电探测器,共振腔由分别作为底镜和顶镜的AlN/Al0.3Ga0.7 N布拉格反射镜和空气/GaN界面组成,有源区p-GaN/i-GaN/n-Al0.38Ga0.62 N被置于腔内.该结构采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底和GaN模板上外延生长得到.光谱响应测试显示了正入射时该器件在波长313nm处出现响应的选择增强,零偏压下响应度为14mA/W.

X-波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

AIGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）以其高输出功率密度、高电压工作和易于宽带匹配等优势将成为下一代高频固态微波功率器件。微波功率器件主要有内匹配功率管和功率单片微波集成电路（MMIC）两种结构形式，功率MMIC尽管其研制成本相对较高，但功率MMIC可实现宽带匹配，同时功率MMIC的体积较内匹配功率管小得多，

AlGaN/GaN异质结构的X射线衍射研究

在(0001)取向的蓝宝石(α-Al2O3)基片上用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长了势垒层厚度为1000?的Al0.22Ga0.78N/GaN异质结构;;利用高分辨X射线衍射(HRXRD)技术测量了样品的对称反射(0002)和非对称反射(1014)的倒易空间Mapping(RSM)。结果表明;;样品势垒层的内部微结构与应变状态和下层i-GaN的微结构与应变状态互相关联。样品势垒层的微应变已经发生弛豫;;而且具有一种“非常规”应变弛豫状态;;这种弛豫状态的来源可能与n-AlGaN的内部缺陷以及i-GaN/α-Al2O3界面应变弛豫状态有关。掠入射X射线衍射研究表明样品内部的应变是不均匀的;;由表层的横向压应变状态过渡到下层的张应变状态;;与根据倒易空间Mapping分析得到的结果一致。

14W X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC(英文)

报道了研制的SiC衬底AlGaN/GaN HEMT微带结构微波功率MMIC,芯片工艺采用凹槽栅场板结构提高AlGaN/GaN HEMTs的微波功率特性.S参数测试结果表明AlGaN/GaN HEMTs的频率特性随器件的工作电压变化显著.研制的该2级功率MMIC在9～11GHz带内30V工作,输出功率大于10W,功率增益大于12dB,带内峰值输出功率达到14.7W,功率增益为13.7dB,功率附加效率为23%,该芯片尺寸仅为2.0mm×1.1mm.与已发表的X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC研制结果相比,本项工作在单位毫米栅宽输出功率和芯片单位面积输出功率方面具有优势.

紫外图像传感器技术研究进展

介绍了两类主要的紫外图像传感器技术的最新研究进展,根据其特点对它们在特定紫外成像应用需求中的优势和不足进行了简要分析,最后对这些紫外图像传感器技术的未来发展进行了展望。

高量子效率前照式GaN基p-i-n结构紫外探测器

研究了Al0.1-Ga0.9N／GaN异质结p-i-n结构可见盲紫外探测器的制备与性能,P区采用Al组分含量为0．1的AlGaN外延材料形成窗口层，使340-365nm波段的紫外光可以直接透过P区到达i区并被吸收，有效提高了这个波段的响应率与量子效率,并且研究了不同P区AlGaN外延层厚度对探测器性能的影响，制备了两种不同P区厚度（0．1μm和0．15μm）的器件，测试结果表明，P区的厚度对200-340nm波段光吸收的量子效率影响较大，而i区的晶体质量的提高可以有效提高340-365nm波段光吸收的量子效率,并且当P区AlGaN厚度为0．15μm时，器件的峰值响应率达到0．214A／W，在考虑表面反射时外量子效率高达85．6％，接近理论极限，并且在零偏压时暗电流密度为3．16nA／cm^2,表明器件具有非常高的信噪比。

含有Al组分阶变AlGaN过渡层的Si基AlGaN／GaNHEMT

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。

X波段高输出功率凹栅AlGaN/GaN HEMT

使用自主研制的SiC衬底GaN HEMT外延材料,研制出高输出功率AlGaN/GaN HEMT,优化了器件研制工艺,比接触电阻率小于1.0×10-6Ω.cm2,电流崩塌参量小于10%,击穿电压大于80V.小栅宽器件工作电压达到40V,频率为8GHz时输出功率密度大于10W/mm.栅宽为2mm单胞器件,工作电压为28V,频率为8GHz时,输出功率为12.3W,功率增益为4.9dB,功率附加效率为35%.四胞内匹配总栅宽为8mm器件,工作电压为27V时,频率为8GHz时,输出功率为33.8W,功率增益为6.3dB,功率附加效率为41.77%,单胞器件和内匹配器件输出功率为目前国内该器件输出功率的最高结果.

AlGaN/GaN HEMT中电场分布的ATLAS模拟

用Silvaco的ATLAS软件模拟了栅场板参数对AlGaN/GaN HEMT中电场分布的影响。模拟结果表明,场板的加入改变了器件中电势的分布情况,降低了栅边缘处的电场峰值,改善了器件的击穿特性;场板长度(LFP,length of field plate)、场板与势垒层间的介质层厚度t等对电场的分布影响很大。随着LFP的增大、t的减小,栅边缘处的电场峰值Epeak1明显下降,对提高器件的耐压非常有利。通过对相同器件结构处于不同漏压下的情况进行模拟,发现当器件处于高压下时,场板的分压作用更加明显,说明场板结构更适合于制备用作电力开关器件的高击穿电压AlGaN/GaN HEMT。

跨导为325mS/mm的AlGaN/GaNHFET器件

报道了使用国产GaN外延材料(蓝宝石衬底)的AlGaN/GaNHFET器件的制备以及室温下器件的性能.器件栅采用场板结构,其中栅长为0.3μm,场板长为0.37μm,源漏间距为3μm.器件的饱和电流密度为0.572A/mm,最大漏电流密度为0.921A/mm,最大跨导为325mS/mm,由S参数外推出截止频率和最高振荡频率分别为27.9GHz和33.1GHz.

AlGaN/GaN HEMT高温特性的研究进展

回顾了在高温条件下AlGaN/GaN HEMT器件特性的研究进展。发现2DEG的高温特性是影响器件高温性能的根本内在因素,且外延材料的缺陷、衬底及其器件的封装形式也影响器件的高温特性。最后总结了适合高温下工作的AlGaN/GaN HEMT的改进方法。