高線性度Al-,x-Ga-,1-x-N-Al-,y-Ga-,1-y-N-GaNHEMT研究.pdf

1、近幾十年來(lái)，全球無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。無(wú)論在軍事還是民用領(lǐng)域中的應(yīng)用，都對(duì)射頻器件的要求越來(lái)越高。而一直作為主導(dǎo)的第一代半導(dǎo)體材料硅，在很長(zhǎng)的時(shí)間里都起著極其重要的作用，但是隨著通信系統(tǒng)對(duì)器件的性能要求的提高，硅基器件的性能已經(jīng)不能滿足要求；就出現(xiàn)了以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導(dǎo)體材料，并成為微波領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)品的主要材料；但是隨著科學(xué)的進(jìn)一步研究和發(fā)展，GaAs器件在頻率和功率密度方面已經(jīng)接近它的極限。近幾年，一類寬禁帶半導(dǎo)體開(kāi)時(shí)成

2、為研究的熱點(diǎn)，目前尤其以氮化鎵(GaN)為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體由于其寬禁帶的特點(diǎn)，相比BJT、MOS和GaAs器件，GaN 高電子遷移率晶體管(HEMT)表現(xiàn)出了高功率密度性能；同時(shí)研究還表明GaN HEMT還具有高工作頻率，低噪聲、高效率和高線性度等性能優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)AlGaN/GaN HEMT器件結(jié)構(gòu)，從改善線性度的角度對(duì)器件的外延層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。
　　 首先本文介紹AlGaN/GaN HEMT的基本理論和工作原理，然

3、后著重介紹了一種緩變溝道AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN HEMT(CC-HEMT)結(jié)構(gòu)。給出了該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和器件的性能，尤其是在線性度方面，該結(jié)構(gòu)的器件相比常規(guī)結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN HEMT有明顯的改善。
　　 其次，用數(shù)值計(jì)算自洽求解泊松和薛定諤方程方法，計(jì)算了在緩變溝道AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN結(jié)構(gòu)中，不同的勢(shì)壘層厚度、Al組分和摻雜濃度，隔離層厚度，緩變層厚度、Al組分下的相關(guān)性能參

4、數(shù)如二維電子氣濃度，橫向電場(chǎng)，面電子密度等。從半導(dǎo)體和量子阱理論上分析這些參數(shù)的變化對(duì)計(jì)算的性能產(chǎn)生的影響，并得到其變化趨勢(shì)。
　　 然后，用Silvaco TCAD軟件對(duì)不同結(jié)構(gòu)下CC-HEMT器件進(jìn)行仿真，得到仿真結(jié)果。再結(jié)合理論計(jì)算，確定了最佳外延器件結(jié)構(gòu)。
　　 接著給出了在藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)1um柵長(zhǎng)的CC-HEMT研制過(guò)程和測(cè)試結(jié)果。
　　 最后，本文還根據(jù)目前國(guó)際上的最新發(fā)展，提出了插入AlN隔離