含GaN/AlGaN双异质结源极和半超结的增强型垂直HFET的静态特性

GaN/AlGaN异质结垂直型场效应晶体管(HFET)可用作大功率开关等,但性能受限于击穿电压(V_(B))与比导通电阻(R_(on,sp))的折衷,值得深入研发。本文构建了一种包含GaN/Al_(x1(x2))Ga_(1-x1(x2))N双异质结源极和(n)GaN/(p_(1(2)))Al_(x3(x4))Ga_(1-x3(x4))N/(n)GaN叠层异质半超结的增强型垂直HFET,利用Silvaco TCAD软件模拟了Al组份(x_(1),x_(2),x_(3),x_(4))、(p)AlGaN柱宽度、电流阻挡层浓度对器件静态性能的影响。结果表明,双异质结源极能产生更多的二维电子气(2DEG),改变x_(1)及x_(2)能提高器件的漏极电流密度(J_(DS))并降低R_(on,sp)。调节x_(3)及x_(4)可优化器件的载流子通道,降低R_(on,sp);改善漂移区的电场分布,提升V_(B)。相较于非均匀掺杂同质全超结垂直型HFET[DOI:10.1088/1674-1056/27/4/047305],本器件的R_(on,sp)降低39.33%,功率品质因数(FOM_(BR))提升46.15%,可为设计高性能HFET提供新方案。

Ka波段InAlN/GaN/AlGaN双异质结场效应晶体管

InAlN/GaN/AlGaN双异质结材料可以兼顾较高的二维电子气浓度和较好的载流子限域性,适宜制备Ka波段及以上微波功率器件。使用金属有机物气相外延方法,在SiC衬底上生长高性能InAlN/GaN/AlGaN双异质结构材料并制备了栅长为0.2μm的异质结场效应晶体管。测试结果表明,在栅压+2 V时器件的最大电流密度为1.12 A/mm,直流偏置条件VDS为+15 V和VGS为-1.6 V时,最高输出功率密度为2.1 W/mm,29 GHz下实现功率附加效率(ηPAE)为22.3%,截止频率fT达到60 GHz,最高振荡频率fmax为105 GHz。就功率密度和功率附加效率而言,是目前报道的Ka波段InAlN/GaN/AlGaN双异质结场效应晶体管研究的较好结果。