Si-Delta Doped 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/. Tutaj bierzemy na przykład heterostrukturę GaAs pHEMT z domieszką delta (pseudo-dopasowany tranzystor o wysokiej ruchliwości elektronów), a konkretne materiały warstwowe heterostruktury domieszkowanej delta DpHEMT z warstwą stop są wymienione w poniższej tabeli. PHEMT jest jednym z najczęściej stosowanych urządzeń mocy mikrofalowej i fal milimetrowych. W strukturze materiału GaAs pHEMT z podwójnym domieszkowanym charakterystyka graniczna faz i jakość wzrostu naprężonego kanału warstwy InGaAs są kluczem do określenia wydajności materiału. Stwierdzono, że domieszkowanie podwójne delta skutecznie zwiększa stężenie nośnika GaAs pHEMT w porównaniu z domieszkowaniem pojedynczym delta.
1. Heterostruktura Delta Doped pHEMT
1.1 Epitaxial pHEMT Structure on GaAs Substrate
GANW201028-PHEMT
| nazwa warstwy |
|
Grubość, hm |
typ przewodnictwa |
|
|
| warstwa kontaktowa | H17 | 0.080 | N. | GaAs | 5,0×1018 |
| zatrzymaj warstwę | H16 | - | - | Al0.9Ga0.1As | - |
| warstwa barierowa | H15 | - | - | Al0.22Ga0.78As | - |
| warstwa dystansowa | H14 | - | - | GaAs | - |
| warstwa delta | H13 | - | - | Si | - |
| warstwa dystansowa | H12 | 0.0004 | - | GaAs | - |
| warstwa dystansowa | H11 | - | - | Al0.23Ga0.77As | - |
| warstwa dystansowa | H10 | - | - | GaAs | - |
| warstwa kanału | H9 | - | - | In0,23Ga0,77As | |
| warstwa dystansowa | H8 | - | - | GaAs | - |
| warstwa dystansowa | H7 | - | - | Al0.23Ga0.77As | - |
| warstwa dystansowa | H6 | - | - | GaAs | - |
| warstwa delta | H5 | - | - | Si | 0,74×1012 CM-2 |
| warstwa dystansowa | H4 | 0.0004 | - | GaAs | - |
| warstwa barierowa | H3 | - | - | Al0.23Ga0.77As | - |
| heterostruktura buforowa |
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
| Materiał warstwy | Grubość | Doping (Concentration) | Notes |
| N+ GaAs | - | Si doped,(6E18 cm-3) | |
| n-AlxGa1-xJak | - | Si doped, (–) | X=0.24±0.005 |
| i-AlxGa1-xJak | 7 | niedomieszkowana | X=0.24±0.005 |
| Delta- Si | - | Planar Si doped, (–) | |
| i-GaAs | - | niedomieszkowana | |
| i-AlxGa1-xJak | - | niedomieszkowana | X=0.24±0.005 |
| i-GaAs | 1 | niedomieszkowana | |
| WyGa1-yJak | - | niedomieszkowana | - |
| GaAs (buffer 2) | - | niedomieszkowana | |
| Superlattice | - | niedomieszkowana | X=0.24±0.005 |
| GlinxGa1-xAs (3.2 nm)/ | |||
| GaAs (– nm), x 6 | |||
| GaAs (buffer 1) | 200 | niedomieszkowana | |
| (100) GaAs substrate | niedomieszkowana |
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
| Materiał warstwy | Grubość | Doping (Concentration) | Notes |
| N+ GaAs | - | Si doped, (–) | |
| n-AlxGa1-xJak | - | Si doped, 1E18 cm-3 | X=0.22±0.005 |
| Delta- Si | - | Planar Si doped, (–) | |
| n-AlxGa1-xJak | 4 | Si doped, (–) | X=0.24±0.005 |
| i-AlxGa1-xJak | - | niedomieszkowana | X=0.24±0.005 |
| Delta- Si | - | Planar Si doped, (–) | |
| i-GaAs | 0.5 | niedomieszkowana | |
| i-AlxGa1-xJak | - | niedomieszkowana | X=0.23±0.005 |
| i-GaAs | - | niedomieszkowana | |
| WyGa1-yJak | 14 | niedomieszkowana | - |
| i-GaAs | - | niedomieszkowana | |
| i-AlxGa1-xJak | - | niedomieszkowana | X=0.23±0.005 |
| Delta- Si | - | Planar Si doped, (–) | |
| i-GaAs | 0.5 | niedomieszkowana | |
| i-AlxGa1-xJak | - | niedomieszkowana | X=0.23±0.005 |
| GaAs (buffer 2) | - | niedomieszkowana | |
| Superlattice | - | niedomieszkowana | X=0.23 |
| GlinxGa1-xAs (– nm)/ | |||
| GaAs (– nm), x 6 | |||
| GaAs (buffer 1) | 150 | niedomieszkowana | |
| (100) GaAs substrate | niedomieszkowana |
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
Istnienie warstwy saperskiej AlGaAs umożliwia jonizację zanieczyszczeń donorowych, zjonizowany donor i elektrony są przestrzennie rozdzielone. Następnie dawca pozostaje po stronie warstwy barierowej, a elektrony wchodzą do warstwy kanału. Istnienie warstwy dystansującej zwiększa odległość między zjonizowanym donorem a elektronem, co nie tylko zmniejsza rozpraszanie kulombowskie między nimi, ale także dodatkowo zmniejsza rozpraszanie zjonizowanych zanieczyszczeń elektronu oraz poprawia ruchliwość i prędkość nasycenia elektronu . Jednak wraz z pogrubieniem warstwy dystansowej utrudnione przedostawanie się elektronów do warstwy kanałowej będzie wzrastać, a nadmiernie gruba warstwa dystansowa wpłynie na stężenie dwuwymiarowego gazu elektronowego, co spowoduje pogorszenie wydajności urządzenia pHEMT .
Pasmo zabronione materiału z arsenku indu galu (InGaAs) jest węższe niż arsenku galu (GaAs) i arsenku glinu galu (AlGaAs), więc heterozłącze utworzone przez połączenie z materiałem o szerokiej przerwie energetycznej ma większą nieciągłość pasma przewodnictwa, a jego kwantowa studnia potencjału jest bardzo wrażliwa na dwuwymiarowość Efekt zamknięcia gazu elektronowego jest silniejszy i można uzyskać wyższe dwuwymiarowe stężenie gazu elektronowego i większą ruchliwość nośnika. W porównaniu z materiałami AlGaAs/GaAs, arkusz danych GaAs pHEMT pokazuje, że materiały InGaAs/GaAs mają większą różnicę w stałej sieci, a tym samym wyższy stopień niedopasowania, który można zmniejszyć, kontrolując grubość wzrostu warstwy kanału InGaAs.
4. Delta Doping of PHEMT Technology
Efekt pułapki jest osłabiony przez technologię domieszkowania planarnego, napięcie zaciskania jest dobrze kontrolowane, napięcie przebicia bramki jest zwiększone, a stężenie nośników w kanale wzrasta. Ze względu na zalety technologii domieszkowania planarnego, w tranzystorze GaAs pHEMT stosowana jest również technologia domieszkowania planarnego (tj. technologia domieszkowania delta).
W przypadku procesu GaAs pHEMT istnieją dwa rodzaje domieszkowania delta: domieszkowanie jednopłaszczyznowe i domieszkowanie dwupłaszczyznowe. Po wyhodowaniu warstwy kanałowej i warstwy dystansującej, na górnej części warstwy kanałowej wyhodowano tylko kilka warstw atomowych krzemu będącego donorem z domieszką, a następnie ponownie wyhodowano warstwę barierową AlGaAs. Ta metoda domieszkowania jest dopingiem jednopłaszczyznowym; domieszkowanie dwupłaszczyznowe polega na tym, że w pHEMT z dwoma heterozłączami, warstwy atomowe krzemu rosną zarówno na złączu przednim, jak i złączu odwrotnym po obu stronach warstwy kanału InGaAs w celu domieszkowania.
W jednopłaszczyznowym domieszkowanym pHEMT istnieje tylko jedno domieszkowane heterozłącze w górnej części kanału, a dwuwymiarowy gaz elektronowy istnieje w trójkątnym potencjale dobrze utworzonym na granicy złącza. Zarówno górne, jak i dolne heterozłącza domieszkowanej dwupłaszczyznowo warstwy kanału pHEMT są domieszkowane, a dwie domieszkowane trójkątne dołki potencjału tworzą w przybliżeniu kwadratowe dołki potencjału ze względu na stosunkowo małą szerokość dołków potencjału. Pierwotnie dwa domieszkowane trójkątne potencjały mają dwuwymiarowy gaz elektronowy, więc stężenie dwuwymiarowego gazu elektronowego pHEMT jest wysokie, a ze względu na tworzenie się potencjału kwadratowego, efekt ograniczenia dwuwymiarowego gazu elektronowego jest bardziej oczywisty , dzięki czemu poprawia się wydajność pHEMT opartego na GaAs, na przykład lepsza liniowość, wyższa przepustowość wzmocnienia.
Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o kontakt mailowy pod adresem sales@ganwafer.com i tech@ganwafer.com.
