太赫茲波段AlGaN-GaN共振隧穿二級管研究.pdf

1、共振隧穿二極管(RTD)工作頻率高，能產(chǎn)生太赫茲頻波，受到了強烈的關(guān)注，而GaAs、InP材料制作的RTD比較成熟，且最近實驗中報道，室溫下GaInAs/AlAs RTD工作在1.08THz，輸出功率5.5μW，這是迄今觀察到的RTD最高振蕩頻率。隨著通信對大功率的要求，GaN等材料的功率優(yōu)勢凸現(xiàn)出來，因此GaN基RTD最近受到大量關(guān)注。然而因AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)有強烈的極化效應(yīng)，且GaN及其異質(zhì)結(jié)材料中存在大量的缺陷，它們對RTD

2、的電流特性影響至關(guān)重要，所以到目前為止，GaN基RTD直流特性很不穩(wěn)定，且會隨著測量次數(shù)增加而衰退，更無法得到穩(wěn)定的太赫茲波。鑒于此，本文重點考慮了界面陷阱對AlGaN/GaN RTD的影響，對其直流特性進行了相關(guān)研究，并建立其SPICE器件模型，首次得到GaN RTD的交流特性。主要研究成果如下：
　　 1)總結(jié)了當今GaN RTD領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和主要問題，研究了RTD的工作原理及其各種電流模型和電路模型。同時，對比了GaN相

3、對于GaAs用于RTD制造的優(yōu)勢，最突出的優(yōu)勢就是室溫下的輸出功率，GaN基RTD能輸出mW級，而GaAs RTD卻在μW級。
　　 2)詳細研究了勢壘勢阱變化，發(fā)射區(qū)摻雜濃度變化，發(fā)射區(qū)Spacer變化，勢壘Al組分變化在對GaN RTD器件直流特性的影響。
　　 3)重點研究界面陷阱這一關(guān)鍵因素對器件電流的影響，得到一定面缺陷密度下，器件直流特性和負阻特性不會衰退，在一定面電荷密度下，器件負阻特性退化厲害，這對生長器

4、件具有指導(dǎo)意義。
　　 4)提取了GaN RTD的寄生參數(shù)，建立了器件的電路模型，通過模型搭建了負阻振蕩電路。并首次得到GaN RTD的功率和效率。同時還得到了器件的S參數(shù)，為其他參數(shù)做擬合準備。
　　 綜上，本文對AlGaN/GaN RTD進行了全面研究，并得到在面缺陷密度高于106cm-2器件負阻明顯退化，同時得到AlGaN/GaN RTD振蕩器的穩(wěn)定太赫茲波，在143GHz到1THz的輸出功率為22mW左右，DC-