Si-Delta dopovaný GaAs PHEMT heterostruktura
As a leading semiconductor wafer manufacturer, Ganwafer can supply III-V semiconductor epitaxial wafers, more specifications please refer to https://www.ganwafer.com/product/iii-v-epi-wafer/. Zde vezmeme například delta dopovanou heterostrukturu GaAs pHEMT (pseudo-matched high electron mobility transistor) heterostrukturu a specifické materiály vrstvy delta dopované heterostruktury DpHEMT se stop vrstvou jsou uvedeny v tabulce níže. PHEMT je jedním z nejpoužívanějších mikrovlnných a milimetrových výkonových zařízení. V dvojité δ-dopované GaAs pHEMT materiálové struktuře jsou charakteristiky rozhraní a kvalita růstu kanálu InGaAs napjaté vrstvy klíčem k určení výkonu materiálu. Bylo zjištěno, že dvojité delta dopování účinně zvyšuje koncentraci nosiče GaAs pHEMT ve srovnání s jednoduchým delta dopováním.
1. Delta dopovaná pHEMT heterostruktura
1.1 Epitaxial pHEMT Structure on GaAs Substrate
GANW201028-PHEMT
název vrstvy |
|
Tloušťka, ehm |
typ vodivosti |
|
|
kontaktní vrstva | H17 | 0.080 | N | GaAs | 5,0×1018 |
zastavovací vrstva | H16 | - | - | Al0,9Ga0,1As | - |
bariérová vrstva | H15 | - | - | Al0,22Ga0,78As | - |
distanční vrstva | H14 | - | - | GaAs | - |
delta vrstva | H13 | - | - | Si | - |
distanční vrstva | H12 | 0.0004 | - | GaAs | - |
distanční vrstva | H11 | - | - | Al0,23Ga0,77As | - |
distanční vrstva | H10 | - | - | GaAs | - |
kanálová vrstva | H9 | - | - | In0,23Ga0,77As | |
distanční vrstva | H8 | - | - | GaAs | - |
distanční vrstva | H7 | - | - | Al0,23Ga0,77As | - |
distanční vrstva | H6 | - | - | GaAs | - |
delta vrstva | H5 | - | - | Si | 0,74×1012CM-2 |
distanční vrstva | H4 | 0.0004 | - | GaAs | - |
bariérová vrstva | H3 | - | - | Al0,23Ga0,77As | - |
pufrová heterostruktura |
H2 |
- | - | GaAs, AlGaAs | - |
substrate
(001) |
H1 |
625 ± 25 | - | GaAs | - |
1.2 Specification of Epitaxial РНЕМТ-1δ Structure on GaAs Substrate for Low Noise MMIC Applications
GANW190213-PHEMT
Materiál vrstvy | Tloušťka | Doping (Concentration) | Notes |
N+ GaAs | — | Si doped,(6E18 cm-3) | |
n-AlXGa1-xTak jako | — | Si doped, (–) | X=0.24±0.005 |
i-AlXGa1-xTak jako | 7 | nedotovaných | X=0.24±0.005 |
Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
i-GaAs | — | nedotovaných | |
i-AlXGa1-xTak jako | — | nedotovaných | X=0.24±0.005 |
i-GaAs | 1 | nedotovaných | |
vyGa1-rTak jako | — | nedotovaných | — |
GaAs (buffer 2) | — | nedotovaných | |
Superlattice | — | nedotovaných | X=0.24±0.005 |
AlXGa1-xAs (3.2 nm)/ | |||
GaAs (– nm), x 6 | |||
GaAs (buffer 1) | 200 | nedotovaných | |
(100) GaAs substrate | nedotovaných |
Remarks:
* layer thickness deviation less than 5%
* Doping referred to desirable channel electron concentration ns=1.7E12 cm-2 ±5 % (for the reference Hall structure with i-GaAs 4 nm cap layer rather than n+GaAs for transistor structure)
* Channel Hall mobility should exceed 7000 cm2/(V s) at room temperature (typical 7050-7150 cm2/(V s))
1.3 Specification of GaAs Epitaxial Р-НЕМТ 2δ Structure for Power Amplifier MMIC Applications
GANW190213-PHEMT
Materiál vrstvy | Tloušťka | Doping (Concentration) | Notes |
N+ GaAs | — | Si doped, (–) | |
n-AlXGa1-xTak jako | — | Si doped, 1E18 cm-3 | X=0.22±0.005 |
Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
n-AlXGa1-xTak jako | 4 | Si doped, (–) | X=0.24±0.005 |
i-AlXGa1-xTak jako | — | nedotovaných | X=0.24±0.005 |
Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
i-GaAs | 0.5 | nedotovaných | |
i-AlXGa1-xTak jako | — | nedotovaných | X=0.23±0.005 |
i-GaAs | — | nedotovaných | |
vyGa1-rTak jako | 14 | nedotovaných | - |
i-GaAs | — | nedotovaných | |
i-AlXGa1-xTak jako | — | nedotovaných | X=0.23±0.005 |
Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
i-GaAs | 0.5 | nedotovaných | |
i-AlXGa1-xTak jako | — | nedotovaných | X=0.23±0.005 |
GaAs (buffer 2) | — | nedotovaných | |
Superlattice | — | nedotovaných | X=0.23 |
AlXGa1-xAs (– nm)/ | |||
GaAs (– nm), x 6 | |||
GaAs (buffer 1) | 150 | nedotovaných | |
(100) GaAs substrate | nedotovaných |
Remarks:
* layer thickness deviation less than 5%
* Doping referred to desirable channel electron concentration ns=2.8E12 cm-2 ±10 % (for the reference Hall structure with i-GaAs 4 nm cap layer rather than n+GaAs for transistor structure)
* Channel Hall mobility should exceed 6100 cm2/(V s) at room temperature (typical 6200-6500 cm2/(V s))
2. Additional FAQ about Device Parameters on GaAs PHEMT Structure
Q: We need the following parameters for basic transistors:
Structure 1.2: Gm=630 mS/mm, Vth=-0.4 V, Ids0~300 mA/mm, Idsmax~ 550 mA/mm (Usd~2V) for Lg~0.15 um.
Structure 1.3: Gm=430 mS/mm, Vth=-1.2 V, Ids0~400 mA/mm, Idsmax~ 550 mA/mm (Usd~5V), Ubd~ 20 V, for Lg~0.25 um
So can your GaAs pHEMT structure meet these requirements?
A: Yes, we can understand and epitaxial these pHEMT structures to meet your requirement.
You want to match Gm, Idmax, Idss and Vth in addition to channel Hall mobility and channel electronic concentration requirements, it needs to adjust 2-3 Runs in order to finally meet your needs. This requires to make three structural fine-tuning for each structure before ordering 100 pieces, mainly to fine-tune the size of Idss, i.e. 12 pieces each time (6 pieces for each structure, one structure for each two pieces), do 2-3 times, which is expected to meet your needs, after your confirmation, you can place another 100 pieces of orders.
3. AlGaAs Spacer Layer and InGaAs Channel in GaAs PHEMT
Existence sapcerové vrstvy AlGaAs umožňuje ionizaci donorových nečistot, ionizovaný donor a elektrony jsou prostorově odděleny. Poté donor zůstává na straně bariérové vrstvy a elektrony vstupují do kanálové vrstvy. Existence distanční vrstvy zvyšuje vzdálenost mezi ionizovaným donorem a elektronem, což nejen snižuje Coulombův rozptyl mezi těmito dvěma, ale také dále snižuje rozptyl ionizovaných nečistot elektronu a zlepšuje pohyblivost a rychlost saturace elektronu. . Se zesílením distanční vrstvy se však zvýší obtížnost vstupu elektronů do kanálové vrstvy a příliš silná distanční vrstva ovlivní koncentraci dvourozměrného elektronového plynu, což bude mít za následek degradaci výkonu pHEMT zařízení. .
Pásmová mezera materiálu arsenidu india a galia (InGaAs) je užší než u materiálu arsenidu galia (GaAs) a arsenidu hliníku a galia (AlGaAs), takže heteropřechod vzniklý spojením s materiálem se širokým pásmem má větší diskontinuitu vodivostního pásu a jeho kvantová potenciálová jáma je velmi citlivá na dvourozměrný. Účinek zadržení elektronového plynu je silnější a lze získat vyšší dvourozměrnou koncentraci elektronového plynu a větší mobilitu nosiče. Ve srovnání s materiály AlGaAs/GaAs datový list GaAs pHEMT ukazuje, že materiály InGaAs/GaAs mají větší rozdíl v mřížkové konstantě a tím i vyšší stupeň nesouladu, který lze snížit řízením tloušťky růstu kanálové vrstvy InGaAs.
4. Delta Doping of PHEMT Technology
Efekt pasti je zeslaben technologií planárního dopingu, pinch-off napětí je dobře řízeno, průrazné napětí hradla je zvýšeno a koncentrace nosiče v kanálu je zvýšena. Vzhledem k výhodám technologie planárního dopingu se v tranzistoru GaAs pHEMT používá také technologie planárního dopingu (tj. technologie delta dopingu).
Pro proces GaAs pHEMT existují dva typy delta dotování: jednoplošné dopování a dvouplošné dotování. Poté, co kanálová vrstva a distanční vrstva narostou, na horní části kanálkové vrstvy naroste pouze několik atomárních vrstev donorového příměsového křemíku a poté se znovu naroste bariérová vrstva AlGaAs. Tato dopingová metoda je jednoplošný doping; double-plane doping spočívá v tom, že v pHEMT se dvěma heteropřechody jsou křemíkové atomové vrstvy narostlé jak na dopředném spojení, tak na reverzním spojení na obou stranách vrstvy kanálu InGaAs pro dopování.
V jednorovinně dopovaném pHEMT je pouze jedna dotovaná heteropřechod v horní části kanálu a dvourozměrný elektronový plyn existuje v trojúhelníkové potenciálové jamce vytvořené na rozhraní přechodu. Horní i spodní heteropřechody dvourovinné dopované kanálové vrstvy pHEMT jsou dotovány a dvě dotované trojúhelníkové potenciální jamky tvoří přibližně čtvercové potenciální jamky kvůli relativně malé šířce potenciálních jamek. Původně měly dva dopované trojúhelníkové potenciály dvourozměrný elektronový plyn, takže koncentrace dvourozměrného elektronového plynu pHEMT je vysoká a kvůli tvorbě čtvercového potenciálu je omezující účinek na dvourozměrný elektronový plyn zjevnější. , takže je zlepšen výkon pHEMT založeného na GaAs, jako je lepší linearita, vyšší šířka pásma zisku.
Pro více informací nás prosím kontaktujte e-mailem na sales@ganwafer.com a tech@ganwafer.com.