Eterostruttura PHEMT GaAs drogata 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/. Qui prendiamo ad esempio l'eterostruttura GaAs drogata con delta pHEMT (transistor ad alta mobilità elettronica pseudo-abbinata), e i materiali dello strato specifico dell'eterostruttura drogata con delta DpHEMT con uno strato di arresto sono elencati come nella tabella seguente. PHEMT è uno dei dispositivi di alimentazione a microonde e onde millimetriche più utilizzati. Nella struttura del materiale GaAs pHEMT a doppio δ drogato, le caratteristiche dell'interfaccia e la qualità di crescita del canale InGaAs dello strato teso sono le chiavi per determinare le prestazioni del materiale. Si è riscontrato che il drogaggio a doppio delta aumenta efficacemente la concentrazione di carrier del GaAs pHEMT rispetto al drogaggio a delta singolo.
1. Eterostruttura pHEMT drogata con delta
1.1 Epitaxial pHEMT Structure on GaAs Substrate
GANW201028-PHEMT
| nome del livello |
|
Spessore, ehm |
tipo di conducibilità |
|
|
| strato di contatto | H17 | 0.080 | N | GaAs | 5,0×1018 |
| strato di arresto | H16 | - | - | Al0.9Ga0.1As | - |
| strato barriera | H15 | - | - | Al0.22Ga0.78A | - |
| strato distanziatore | H14 | - | - | GaAs | - |
| strato delta | H13 | - | - | Si | - |
| strato distanziatore | H12 | 0.0004 | - | GaAs | - |
| strato distanziatore | H11 | - | - | Al0.23Ga0.77A | - |
| strato distanziatore | H10 | - | - | GaAs | - |
| strato di canale | H9 | - | - | In0.23Ga0.77A | |
| strato distanziatore | H8 | - | - | GaAs | - |
| strato distanziatore | H7 | - | - | Al0.23Ga0.77A | - |
| strato distanziatore | H6 | - | - | GaAs | - |
| strato delta | H5 | - | - | Si | 0,74×1012 CM-2 |
| strato distanziatore | H4 | 0.0004 | - | GaAs | - |
| strato barriera | H3 | - | - | Al0.23Ga0.77A | - |
| eterostruttura tampone |
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
| Materiale a strati | Spessore | Doping (Concentration) | Notes |
| N+ GaAs | — | Si doped,(6E18 cm-3) | |
| n-AlxGa1-xAs | — | Si doped, (–) | X=0.24±0.005 |
| i-AlxGa1-xAs | 7 | Undoped | X=0.24±0.005 |
| Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
| i-GaAs | — | Undoped | |
| i-AlxGa1-xAs | — | Undoped | X=0.24±0.005 |
| i-GaAs | 1 | Undoped | |
| InyGa1-yAs | — | Undoped | — |
| GaAs (buffer 2) | — | Undoped | |
| Superlattice | — | Undoped | X=0.24±0.005 |
| AlxGa1-xAs (3.2 nm)/ | |||
| GaAs (– nm), x 6 | |||
| GaAs (buffer 1) | 200 | Undoped | |
| (100) GaAs substrate | Undoped |
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
| Materiale a strati | Spessore | 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 | — | Undoped | X=0.24±0.005 |
| Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
| i-GaAs | 0.5 | Undoped | |
| i-AlxGa1-xAs | — | Undoped | X=0.23±0.005 |
| i-GaAs | — | Undoped | |
| InyGa1-yAs | 14 | Undoped | - |
| i-GaAs | — | Undoped | |
| i-AlxGa1-xAs | — | Undoped | X=0.23±0.005 |
| Delta- Si | — | Planar Si doped, (–) | |
| i-GaAs | 0.5 | Undoped | |
| i-AlxGa1-xAs | — | Undoped | X=0.23±0.005 |
| GaAs (buffer 2) | — | Undoped | |
| Superlattice | — | Undoped | X=0.23 |
| AlxGa1-xAs (– nm)/ | |||
| GaAs (– nm), x 6 | |||
| GaAs (buffer 1) | 150 | Undoped | |
| (100) GaAs substrate | Undoped |
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
L'esistenza dello strato sapcer AlGaAs consente la ionizzazione delle impurità del donatore, il donatore ionizzato e gli elettroni sono separati spazialmente. Quindi, il donatore rimane sul lato dello strato barriera e gli elettroni entrano nello strato del canale. L'esistenza dello strato distanziatore aumenta la distanza tra il donatore ionizzato e l'elettrone, che non solo riduce la dispersione di Coulomb tra i due, ma riduce anche ulteriormente la dispersione dell'impurità ionizzata dell'elettrone e migliora la mobilità e la velocità di saturazione dell'elettrone . Tuttavia, con l'ispessimento dello strato distanziatore, la difficoltà degli elettroni che entrano nello strato del canale aumenterà e lo strato distanziatore eccessivamente spesso influenzerà la concentrazione del gas di elettroni bidimensionale, con conseguente degrado delle prestazioni del dispositivo pHEMT .
Il divario di banda del materiale dell'arseniuro di indio gallio (InGaAs) è più stretto di quello dell'arseniuro di gallio (GaAs) e dell'arseniuro di gallio di alluminio (AlGaAs), quindi l'eterogiunzione formata dalla combinazione con il materiale del divario di banda largo ha una maggiore discontinuità della banda di conduzione e la sua Il pozzo di potenziale quantistico è molto sensibile al bidimensionale L'effetto di confinamento del gas di elettroni è più forte e si possono ottenere una maggiore concentrazione di gas di elettroni bidimensionale e una maggiore mobilità del vettore. Rispetto ai materiali AlGaAs/GaAs, la scheda tecnica GaAs pHEMT mostra che i materiali InGaAs/GaAs hanno una differenza maggiore nella costante del reticolo e quindi un grado più elevato di disadattamento, che può essere ridotto controllando lo spessore di crescita dello strato del canale InGaAs.
4. Delta Doping of PHEMT Technology
L'effetto trappola è indebolito dalla tecnologia di drogaggio planare, la tensione di pinch-off è ben controllata, la tensione di rottura del gate è aumentata e la concentrazione di portante nel canale è aumentata. In considerazione dei vantaggi della tecnologia di drogaggio planare, la tecnologia di drogaggio planare (ovvero la tecnologia di drogaggio delta) viene utilizzata anche nel transistor GaAs pHEMT.
Per il processo GaAs pHEMT, esistono due tipi di drogaggio delta: drogaggio planare singolo e drogaggio doppio planare. Dopo che lo strato del canale e lo strato distanziatore sono cresciuti, solo pochi strati atomici di silicio di impurità del donatore vengono fatti crescere sulla parte superiore dello strato del canale, quindi lo strato barriera di AlGaAs viene fatto crescere di nuovo. Questo metodo di drogaggio è un drogaggio su un solo piano; il drogaggio a doppio piano è che nel pHEMT con due eterogiunzioni, gli strati atomici di silicio vengono fatti crescere sia sulla giunzione diretta che sulla giunzione inversa su entrambi i lati dello strato del canale InGaAs per il drogaggio.
Nel pHEMT drogato a piano singolo, c'è solo un'eterogiunzione drogata nella parte superiore del canale ed esiste un gas di elettroni bidimensionale nel potenziale triangolare ben formato all'interfaccia della giunzione. Sia l'eterogiunzione superiore che quella inferiore dello strato canale pHEMT drogato a doppio piano sono drogate e i due pozzi potenziali triangolari drogati formano pozzi potenziali approssimativamente quadrati a causa della larghezza relativamente piccola dei pozzi potenziali. Originariamente, i due potenziali triangolari drogati hanno gas di elettroni bidimensionali, quindi la concentrazione di gas di elettroni bidimensionali di pHEMT è elevata e, a causa della formazione di un pozzo di potenziale quadrato, l'effetto di restrizione sul gas di elettroni bidimensionali è più evidente , quindi le prestazioni di pHEMT basate su GaAs sono migliorate, ad esempio una migliore linearità, una maggiore larghezza di banda del guadagno.
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