Heteroestrutura de GaAs PHEMT dopado com 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/. Aqui tomamos a heteroestrutura de GaAs pHEMT dopado delta (transistor de alta mobilidade de elétrons pseudo-combinado) por exemplo, e os materiais de camada específicos da heteroestrutura dopado delta DpHEMT com uma camada de parada são listados como a tabela abaixo. O PHEMT é um dos dispositivos de energia de micro-ondas e ondas milimétricas mais amplamente utilizados. Na estrutura do material pHEMT de GaAs dopado com δ duplo, as características da interface e a qualidade de crescimento do canal de InGaAs da camada tensionada são as chaves para determinar o desempenho do material. Verifica-se que a dopagem duplo delta aumenta eficazmente a concentração de transportadores de GaAs pHEMT em comparação com a dopagem delta simples.
1. Heteroestrutura pHEMT dopada Delta
1.1 Epitaxial pHEMT Structure on GaAs Substrate
GANW201028-PHEMT
| nome da camada |
|
Espessura, hum |
tipo de condutividade |
|
|
| camada de contato | H17 | 0.080 | N | GaAs | 5,0 × 1018 |
| parar camada | H16 | - | - | Al0,9Ga0,1As | - |
| camada de barreira | H15 | - | - | Al0,22Ga0,78As | - |
| camada espaçadora | H14 | - | - | GaAs | - |
| camada delta | H13 | - | - | Si | - |
| camada espaçadora | H12 | 0.0004 | - | GaAs | - |
| camada espaçadora | H11 | - | - | Al0,23Ga0,77As | - |
| camada espaçadora | H10 | - | - | GaAs | - |
| camada de canal | H9 | - | - | In0,23Ga0,77As | |
| camada espaçadora | H8 | - | - | GaAs | - |
| camada espaçadora | H7 | - | - | Al0,23Ga0,77As | - |
| camada espaçadora | H6 | - | - | GaAs | - |
| camada delta | H5 | - | - | Si | 0,74×1012 CM-2 |
| camada espaçadora | H4 | 0.0004 | - | GaAs | - |
| camada de barreira | H3 | - | - | Al0,23Ga0,77As | - |
| heteroestrutura de buffer |
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
| Material da camada | Espessura | 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
| Material da camada | Espessura | 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
A existência da camada sapcer AlGaAs possibilita a ionização das impurezas doadoras, o doador ionizado e os elétrons são separados espacialmente. Então, o doador fica do lado da camada de barreira e os elétrons entram na camada do canal. A existência da camada espaçadora aumenta a distância entre o doador ionizado e o elétron, o que não só reduz o espalhamento de Coulomb entre os dois, mas também reduz ainda mais o espalhamento de impurezas ionizadas do elétron, e melhora a mobilidade e a velocidade de saturação do elétron. . No entanto, com o espessamento da camada espaçadora, a dificuldade dos elétrons entrarem na camada do canal aumentará, e a camada espaçadora excessivamente espessa afetará a concentração do gás de elétrons bidimensional, resultando na degradação do desempenho do dispositivo pHEMT .
O band gap do material de arseneto de índio e gálio (InGaAs) é mais estreito do que o de arseneto de gálio (GaAs) e arseneto de alumínio e gálio (AlGaAs), de modo que a heterojunção formada pela combinação com o material de gap de banda larga tem uma descontinuidade de banda de condução maior e sua Potencial quântico bem é muito sensível a bidimensional O efeito de confinamento do gás de elétron é mais forte, e maior concentração de gás de elétron bidimensional e maior mobilidade do portador podem ser obtidos. Comparado com os materiais AlGaAs/GaAs, a folha de dados GaAs pHEMT mostra que os materiais InGaAs/GaAs têm uma diferença maior na constante de rede e, portanto, um maior grau de incompatibilidade, que pode ser reduzido controlando a espessura de crescimento da camada do canal InGaAs.
4. Delta Doping of PHEMT Technology
O efeito de armadilha é enfraquecido pela tecnologia de dopagem planar, a tensão de pinçamento é bem controlada, a tensão de ruptura da porta é aumentada e a concentração de portadores no canal é aumentada. Em vista das vantagens da tecnologia de dopagem planar, a tecnologia de dopagem planar (ou seja, tecnologia de dopagem delta) também é usada no transistor GaAs pHEMT.
Para o processo pHEMT de GaAs, existem dois tipos de dopagem delta: dopagem monoplanar e dopagem dupla planar. Depois que a camada de canal e a camada espaçadora são cultivadas, apenas algumas camadas atômicas de silício de impureza doador são cultivadas na parte superior da camada de canal e, em seguida, a camada de barreira de AlGaAs é cultivada novamente. Este método de dopagem é uma dopagem de plano único; A dopagem de plano duplo é que no pHEMT com duas heterojunções, as camadas atômicas de silício são cultivadas tanto na junção direta quanto na junção reversa em ambos os lados da camada de canal de InGaAs para dopagem.
No pHEMT dopado de plano único, há apenas uma heterojunção dopada na parte superior do canal, e um gás de elétrons bidimensional existe no potencial triangular bem formado na interface da junção. Ambas as heterojunções superior e inferior da camada de canal pHEMT dopado de plano duplo são dopadas, e os dois poços de potencial triangulares dopados formam poços de potencial aproximadamente quadrados devido à largura relativamente pequena dos poços de potencial. Originalmente, os dois potenciais triangulares dopados têm gás de elétron bidimensional, então a concentração de gás de elétron bidimensional de pHEMT é alta, e devido à formação de potencial quadrado bem, o efeito de restrição no gás de elétron bidimensional é mais óbvio , portanto, o desempenho do pHEMT baseado em GaAs é aprimorado, como melhor linearidade, maior largura de banda de ganho.
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