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，

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。

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.

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.

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。

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.

GaN HEMT的温度特性及其应用

对0.25μm双场板结构GaN HEMT器件的温度特性进行了研究。负载牵引测试结果显示,GaN HEMT增益的温度系数为-0.02 dB/℃、饱和输出功率系数为-0.004 dB/℃。大的增益温度系数结合GaN HEMT自热效应引起的高温升对实际应用特别是功率MMIC的设计带来了挑战。按常温设计的GaN功率MMIC在高温下输出功率出现了较大幅度的下降,并且连续波与脉冲下工作输出功率存在较大差异。针对GaN HEMT应用中的这些问题提出了解决措施,包括降低2DEG浓度来减小增益的温度系数,通过选择SiC衬底和衬底减薄以及版图设计改善器件散热,降低器件工作时的温升。

一种带有背电极的高耐压AlGaN/GaN RESURF HEMT

针对常规AlGaN/GaN RESURF高电子迁移率晶体管(HEMT)中由于沟道电场分布不均匀而导致击穿电压过低的问题,提出一种带背电极的新型AlGaN/GaN RESURF HEMT结构。该背电极通过感应诱生负电荷调制器件沟道处的电力线分布,使栅漏之间的沟道横向电场分布更加均匀,从而提升器件击穿电压。仿真结果表明,对于栅漏间距为6μm的器件,背电极的引入使器件击穿电压得到显著提升(从1 118V增至1 670V),同时对器件导通电阻几乎没有影响(从0.87mΩ·cm2增至0.88mΩ·cm2)。研究结果为高耐压大功率AlGaN/GaN HEMT设计提供了一种新思路。

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。

MOCVD外延Al_2O_3基AlGaN/GaN超晶格的结构和光学特性

通过X射线衍射分析、透射电镜观察、红外透射光谱分析、紫外-可见吸收光谱分析和光致发光试验,研究了用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)的方法,在带有GaN缓冲层的蓝宝石(Al2O3)衬底上生长的AlGaN/GaN超晶格材料的微观结构、光吸收性质和发光特性。X射线衍射结果表明,GaN基材料均为纤锌矿六方结构,薄膜具有良好的结晶质量,薄膜生长沿c轴择优取向。透射电镜观察表明,超晶格试样的周期结构分布均匀,实际周期为13.3nm,且观察到高密度的位错存在于外延膜中。通过光学试验数据,确定了试样的光学吸收边都是在370nm附近,理论计算显示试样为直接跃迁型半导体,禁带宽度约为3.4eV。试样的折射率随光子能量的增加而增加、随波长的增加而减小,计算表明消光系数的极小值位于370nm处。光致发光测试分析表明,超晶格有很好的发光性能,并发现存在黄带发光。

AlGaN/GaN HEMTs器件布局对器件性能影响分析

比较了空气桥跨细栅和空气桥跨栅总线两种源连接结构的1 mm AlGaN/GaN HEMTs器件的特性,对两种结构的管芯进行了等效电路参数提取。测试了两种布局方式下的不同源场板结构器件的射频以及功率性能,比较分析表明,空气桥跨细栅的源连接方式由于有效地降低了栅漏电容以及栅源电容,比空气桥跨栅总线源连接的器件能取得更好的频率特性以及功率特性。

用于功率变换的高击穿增强型AlGaN/GaN HEMTs

首次采用CF4等离子体技术实现可用于功率变换的增强性AlGaN/GaN功率器件。实验结果表明,当AlGaN/GaN器件经功率150W和时间150s等离子体轰击后,器件阈值电压从-4V被调制约为0.5V,表现为增强型。当漂移区LGD从5μm增加到15μm,器件的击穿电压从50V迅速增大到400V,电压增幅达350V。采用长度为3μm源场板结构将器件击穿电压明显地提高,击穿电压增加约为475V,且有着比硅基器件更低的比导通电阻,约为2.9mΩ.cm2。器件模拟结果表明,因源场板在远离栅边缘的漂移区中引入另一个电场强度为1.5MV/cm的电场,从而有效地释放了存在栅边缘的电场,将高达3MV/cm的电场减小至1MV/cm。微波测试结果表明,器件的特征频率fT和最大震荡频率fMAX随Vgs改变,正常工作时两参数均在千兆量级。栅宽为1mm的增强型功率管有较好的交直流和瞬态特性,正向电流约为90mA。故增强型AlGaN/GaN器件适合高压高频大功率变换的应用。