Si-Delta Doped GaAs PHEMT Heterostruktur

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/. Di sini kita mengambil delta doped GaAs pHEMT (pseudo-matched high electron mobility transistor) heterostructure sebagai contoh, dan bahan lapisan khusus bagi delta doped heterostructure DpHEMT dengan lapisan henti disenaraikan seperti jadual di bawah. PHEMT ialah salah satu peranti kuasa gelombang mikro dan gelombang milimeter yang paling banyak digunakan. Dalam struktur bahan pHEMT GaAs berdop δ berganda, ciri antara muka dan kualiti pertumbuhan saluran InGaAs lapisan tegang adalah kunci untuk menentukan prestasi bahan. Didapati bahawa doping delta berganda berkesan meningkatkan kepekatan pembawa pHEMT GaAs berbanding dengan doping delta tunggal.

1. Struktur Heterostruktur pHEMT Delta Doped

1.1 Epitaxial pHEMT Structure on GaAs Substrate

GANW201028-PHEMT

nama lapisan		Ketebalan, um	jenis kekonduksian
lapisan kenalan	H17	0.080	N	GaAs	5.0×1018
lapisan berhenti	H16	-	-	Al0.9Ga0.1As	-
lapisan penghalang	H15	-	-	Al0.22Ga0.78As	-
lapisan pengatur jarak	H14	-	-	GaAs	-
lapisan delta	H13	-	-	Si	-
lapisan pengatur jarak	H12	0.0004	-	GaAs	-
lapisan pengatur jarak	H11	-	-	Al0.23Ga0.77As	-
lapisan pengatur jarak	H10	-	-	GaAs	-
lapisan saluran	H9	-	-	Dalam0.23Ga0.77As
lapisan pengatur jarak	H8	-	-	GaAs	-
lapisan pengatur jarak	H7	-	-	Al0.23Ga0.77As	-
lapisan pengatur jarak	H6	-	-	GaAs	-
lapisan delta	H5	-	-	Si	0.74×1012CM-2
lapisan pengatur jarak	H4	0.0004	-	GaAs	-
lapisan penghalang	H3	-	-	Al0.23Ga0.77As	-
penampan heterostruktur	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	Thickness	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

Layer Material	Thickness	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

Kewujudan lapisan sapcer AlGaAs membolehkan pengionan kekotoran penderma, penderma terion dan elektron diasingkan secara spatial. Kemudian, penderma kekal di sisi lapisan penghalang, dan elektron memasuki lapisan saluran. Kewujudan lapisan spacer meningkatkan jarak antara penderma terion dan elektron, yang bukan sahaja mengurangkan penyerakan Coulomb antara kedua-duanya, tetapi juga mengurangkan lagi penyebaran kekotoran terion elektron, dan meningkatkan pergerakan dan halaju tepu elektron. . Walau bagaimanapun, dengan penebalan lapisan spacer, kesukaran elektron memasuki lapisan saluran akan meningkat, dan lapisan spacer yang terlalu tebal akan menjejaskan kepekatan gas elektron dua dimensi, mengakibatkan kemerosotan prestasi peranti pHEMT. .

Jurang jalur bahan indium gallium arsenide (InGaAs) adalah lebih sempit daripada galium arsenide (GaAs) dan aluminium gallium arsenide (AlGaAs), jadi heterojunction yang terbentuk dengan bergabung dengan bahan jurang jalur lebar mempunyai ketakselanjaran jalur konduksi yang lebih besar, dan telaga potensi kuantum adalah sangat sensitif kepada dua dimensi Kesan terkurung gas elektron adalah lebih kuat, dan kepekatan gas elektron dua dimensi yang lebih tinggi dan mobiliti pembawa yang lebih besar boleh diperolehi. Berbanding dengan bahan AlGaAs/GaAs, lembaran data pHEMT GaAs menunjukkan bahawa bahan InGaAs/GaAs mempunyai perbezaan yang lebih besar dalam pemalar kekisi dan dengan itu tahap ketidakpadanan yang lebih tinggi, yang boleh dikurangkan dengan mengawal ketebalan pertumbuhan lapisan saluran InGaAs.

4. Delta Doping of PHEMT Technology

Kesan perangkap dilemahkan oleh teknologi doping planar, voltan picit-off dikawal dengan baik, voltan pecahan pintu meningkat, dan kepekatan pembawa dalam saluran meningkat. Memandangkan kelebihan teknologi doping planar, teknologi doping planar (iaitu teknologi doping delta) juga digunakan dalam transistor pHEMT GaAs.

Untuk proses pHEMT GaAs, terdapat dua jenis doping delta: doping satah tunggal dan doping dua satah. Selepas lapisan saluran dan lapisan spacer ditanam, hanya beberapa lapisan atom silikon kekotoran penderma ditanam pada bahagian atas lapisan saluran, dan kemudian lapisan penghalang AlGaAs ditanam semula. Kaedah doping ini ialah doping satu satah; doping dua satah ialah dalam pHEMT dengan dua heterojunctions, lapisan atom silikon ditanam pada kedua-dua simpang hadapan dan simpang belakang pada kedua-dua belah lapisan saluran InGaAs untuk doping.

Dalam pHEMT doped satah tunggal, hanya terdapat satu heterojunction doped di bahagian atas saluran, dan gas elektron dua dimensi wujud dalam telaga potensi segi tiga yang terbentuk di antara muka simpang. Kedua-dua heterojunctions atas dan bawah lapisan saluran pHEMT berdop dwi-satah didopkan, dan dua telaga berpotensi segi tiga terdop membentuk kira-kira telaga berpotensi persegi kerana lebar potensi telaga yang agak kecil. Pada asalnya, dua potensi segi tiga doped mempunyai gas elektron dua dimensi, jadi kepekatan gas elektron dua dimensi pHEMT adalah tinggi, dan kerana pembentukan potensi persegi dengan baik, kesan sekatan pada gas elektron dua dimensi adalah lebih jelas. , jadi prestasi pHEMT berdasarkan GaAs dipertingkatkan, seperti lineariti yang lebih baik, lebar jalur keuntungan yang lebih tinggi.

Untuk maklumat lebih lanjut, sila hubungi kami melalui e-mel di sales@ganwafer.com dan tech@ganwafer.com.