Heteroestructura de PHEMT de GaAs dopado con Si-Delta
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/. Aquí tomamos la heteroestructura pHEMT (transistor de alta movilidad de electrones pseudoajustados) de GaAs dopado delta, por ejemplo, y los materiales de capa específicos de la heteroestructura DpHEMT dopado delta con una capa de parada se enumeran en la siguiente tabla. PHEMT es uno de los dispositivos de potencia de microondas y ondas milimétricas más utilizados. En la estructura del material pHEMT de GaAs dopado con doble δ, las características de la interfaz y la calidad de crecimiento del canal de InGaAs de la capa tensa son las claves para determinar el rendimiento del material. Se encuentra que el dopaje delta doble aumenta efectivamente la concentración de portador de GaAs pHEMT en comparación con el dopaje delta simple.
1. Heteroestructura pHEMT dopada delta
1.1 Epitaxial pHEMT Structure on GaAs Substrate
GANW201028-PHEMT
| nombre de la capa |
|
Espesor |
tipo de conductividad |
|
|
| capa de contacto | H17 | 0.080 | norte | GaAs | 5.0×1018 |
| capa de parada | H16 | - | - | Al0.9Ga0.1As | - |
| capa de barrera | H15 | - | - | Al0.22Ga0.78As | - |
| capa espaciadora | H14 | - | - | GaAs | - |
| capa delta | H13 | - | - | Si | - |
| capa espaciadora | H12 | 0.0004 | - | GaAs | - |
| capa espaciadora | H11 | - | - | Al0.23Ga0.77As | - |
| capa espaciadora | H10 | - | - | GaAs | - |
| capa de canal | H9 | - | - | In0.23Ga0.77As | |
| capa espaciadora | H8 | - | - | GaAs | - |
| capa espaciadora | H7 | - | - | Al0.23Ga0.77As | - |
| capa espaciadora | H6 | - | - | GaAs | - |
| capa delta | H5 | - | - | Si | 0.74×1012 CM-2 |
| capa espaciadora | H4 | 0.0004 | - | GaAs | - |
| capa de barrera | H3 | - | - | Al0.23Ga0.77As | - |
| heteroestructura tampón |
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
| Layer Material | Espesor | Doping (Concentration) | Notes |
| N+ GaAs | — | Si doped,(6E18 cm-3) | |
| n-AlxGa1-xAs | — | Si doped, (–) | X=0.24±0.005 |
| i-AlxGa1-xAs | 7 | sin dopar | X=0.24±0.005 |
| Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
| i-GaAs | — | sin dopar | |
| i-AlxGa1-xAs | — | sin dopar | X=0.24±0.005 |
| i-GaAs | 1 | sin dopar | |
| InyGa1-yAs | — | sin dopar | — |
| GaAs (buffer 2) | — | sin dopar | |
| Superlattice | — | sin dopar | X=0.24±0.005 |
| AlxGa1-xAs (3.2 nm)/ | |||
| GaAs (– nm), x 6 | |||
| GaAs (buffer 1) | 200 | sin dopar | |
| (100) GaAs substrate | sin dopar |
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
| Layer Material | Espesor | Doping (Concentration) | Notes |
| N+ GaAs | — | Si doped, (–) | |
| n-AlxGa1-xAs | — | Si doped, 1E18 cm-3 | X=0.22±0.005 |
| Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
| n-AlxGa1-xAs | 4 | Si doped, (–) | X=0.24±0.005 |
| i-AlxGa1-xAs | — | sin dopar | X=0.24±0.005 |
| Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
| i-GaAs | 0.5 | sin dopar | |
| i-AlxGa1-xAs | — | sin dopar | X=0.23±0.005 |
| i-GaAs | — | sin dopar | |
| InyGa1-yAs | 14 | sin dopar | - |
| i-GaAs | — | sin dopar | |
| i-AlxGa1-xAs | — | sin dopar | X=0.23±0.005 |
| Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
| i-GaAs | 0.5 | sin dopar | |
| i-AlxGa1-xAs | — | sin dopar | X=0.23±0.005 |
| GaAs (buffer 2) | — | sin dopar | |
| Superlattice | — | sin dopar | X=0.23 |
| AlxGa1-xAs (– nm)/ | |||
| GaAs (– nm), x 6 | |||
| GaAs (buffer 1) | 150 | sin dopar | |
| (100) GaAs substrate | sin dopar |
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
La existencia de la capa de zapador de AlGaAs permite la ionización de las impurezas del donante, el donante ionizado y los electrones se separan espacialmente. Luego, el donante permanece en el lado de la capa de barrera y los electrones ingresan a la capa del canal. La existencia de la capa espaciadora aumenta la distancia entre el donante ionizado y el electrón, lo que no solo reduce la dispersión de Coulomb entre los dos, sino que también reduce aún más la dispersión de impurezas ionizadas del electrón y mejora la movilidad y la velocidad de saturación del electrón. . Sin embargo, con el engrosamiento de la capa espaciadora, aumentará la dificultad de que los electrones ingresen a la capa del canal, y la capa espaciadora excesivamente gruesa afectará la concentración del gas de electrones bidimensional, lo que resultará en la degradación del rendimiento del dispositivo pHEMT. .
La banda prohibida del material de arseniuro de indio y galio (InGaAs) es más estrecha que la del arseniuro de galio (GaAs) y el arseniuro de aluminio y galio (AlGaAs), por lo que la heterounión formada al combinarse con el material de banda prohibida ancha tiene una discontinuidad de banda de conducción más grande y su El pozo de potencial cuántico es muy sensible a la bidimensional. El efecto de confinamiento del gas de electrones es más fuerte y se puede obtener una concentración de gas de electrones bidimensional más alta y una mayor movilidad del portador. En comparación con los materiales de AlGaAs/GaAs, la hoja de datos de GaAs pHEMT muestra que los materiales de InGaAs/GaAs tienen una mayor diferencia en la constante de red y, por lo tanto, un mayor grado de desajuste, que puede reducirse controlando el espesor de crecimiento de la capa del canal de InGaAs.
4. Delta Doping of PHEMT Technology
El efecto de trampa se debilita con la tecnología de dopaje planar, el voltaje de pellizco está bien controlado, el voltaje de ruptura de la puerta aumenta y la concentración de portadores en el canal aumenta. En vista de las ventajas de la tecnología de dopaje planar, la tecnología de dopaje planar (es decir, la tecnología de dopaje delta) también se utiliza en el transistor GaAs pHEMT.
Para el proceso pHEMT de GaAs, hay dos tipos de dopaje delta: dopaje de plano simple y dopaje de plano doble. Después de que la capa del canal y la capa espaciadora hayan crecido, solo unas pocas capas atómicas de silicio de impureza donante crecen en la parte superior de la capa del canal, y luego la capa de barrera de AlGaAs vuelve a crecer. Este método de dopaje es un dopaje en un solo plano; El dopaje de doble plano es que en el pHEMT con dos heterouniones, las capas atómicas de silicio crecen tanto en la unión directa como en la unión inversa en ambos lados de la capa del canal InGaAs para el dopaje.
En el pHEMT dopado en un solo plano, solo hay una heterounión dopada en la parte superior del canal, y existe un gas de electrones bidimensional en el pozo de potencial triangular formado en la interfaz de la unión. Las heterouniones superior e inferior de la capa del canal pHEMT dopada de doble plano están dopadas, y los dos pozos de potencial triangulares dopados forman pozos de potencial aproximadamente cuadrados debido al ancho relativamente pequeño de los pozos de potencial. Originalmente, los dos potenciales triangulares dopados tienen gas de electrones bidimensionales, por lo que la concentración de gas de electrones bidimensionales de pHEMT es alta y, debido a la formación de un pozo de potencial cuadrado, el efecto de restricción en el gas de electrones bidimensionales es más obvio. , por lo que se mejora el rendimiento de pHEMT basado en GaAs, como una mejor linealidad, mayor ancho de banda de ganancia.
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