Si-Delta Dopad 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/. Här tar vi till exempel den deltadopade GaAs pHEMT (pseudo-matchad transistor med hög elektronmobilitet) heterostrukturen, och de specifika skiktmaterialen i deltadopad heterostruktur DpHEMT med ett stoppskikt listas som tabellen nedan. PHEMT är en av de mest använda mikrovågs- ​​och millimetervågseffektenheterna. I den dubbla δ-dopade GaAs pHEMT-materialstrukturen är gränssnittsegenskaperna och tillväxtkvaliteten hos det ansträngda skiktets InGaAs-kanal nycklarna för att bestämma materialets prestanda. Det har visat sig att dubbeldeltopning effektivt ökar bärarkoncentrationen av GaAs pHEMT jämfört med enkeldeltopning.

1. Deltadopad pHEMT-heterostruktur

1.1 Epitaxial pHEMT Structure on GaAs Substrate

GANW201028-PHEMT

lagernamn		Tjocklek, um	konduktivitetstyp
kontaktskikt	H17	0.080	N	GaAs	5,0×1018
stopplager	H16	-	-	Al0.9Ga0.1As	-
barriärskikt	H15	-	-	Al0,22Ga0,78As	-
distansskikt	H14	-	-	GaAs	-
deltalager	H13	-	-	Si	-
distansskikt	H12	0.0004	-	GaAs	-
distansskikt	H11	-	-	Al0,23Ga0,77As	-
distansskikt	H10	-	-	GaAs	-
kanalskikt	H9	-	-	In0.23Ga0.77As
distansskikt	H8	-	-	GaAs	-
distansskikt	H7	-	-	Al0,23Ga0,77As	-
distansskikt	H6	-	-	GaAs	-
deltalager	H5	-	-	Si	0,74×1012CENTIMETER-2
distansskikt	H4	0.0004	-	GaAs	-
barriärskikt	H3	-	-	Al0,23Ga0,77As	-
buffertheterostruktur	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

Lagermaterial	Tjocklek	Doping (Concentration)	Notes
N+ GaAs	-	Si doped,(6E18 cm-3)
n-AlxGa1-xSom	-	Si doped, (–)	X=0.24±0.005
i-AlxGa1-xSom	7	odopade	X=0.24±0.005
Delta- Si	-	Planar  Si doped, (–)
i-GaAs	-	odopade
i-AlxGa1-xSom	-	odopade	X=0.24±0.005
i-GaAs	1	odopade
yGa1-årSom	-	odopade	-
GaAs (buffer 2)	-	odopade
Superlattice	-	odopade	X=0.24±0.005
alxGa1-xAs (3.2 nm)/
GaAs (– nm), x 6
GaAs (buffer  1)	200	odopade
(100) GaAs substrate		odopade

 

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

Lagermaterial	Tjocklek	Doping (Concentration)	Notes
N+ GaAs	-	Si doped, (–)
n-AlxGa1-xSom	-	Si doped, 1E18 cm-3	X=0.22±0.005
Delta- Si	-	Planar  Si doped, (–)
n-AlxGa1-xSom	4	Si doped, (–)	X=0.24±0.005
i-AlxGa1-xSom	-	odopade	X=0.24±0.005
Delta- Si	-	Planar  Si doped, (–)
i-GaAs	0.5	odopade
i-AlxGa1-xSom	-	odopade	X=0.23±0.005
i-GaAs	-	odopade
yGa1-årSom	14	odopade	-
i-GaAs	-	odopade
i-AlxGa1-xSom	-	odopade	X=0.23±0.005
Delta- Si	-	Planar  Si doped, (–)
i-GaAs	0.5	odopade
i-AlxGa1-xSom	-	odopade	X=0.23±0.005
GaAs (buffer 2)	-	odopade
Superlattice	-	odopade	X=0.23
alxGa1-xAs (– nm)/
GaAs (– nm), x 6
GaAs (buffer  1)	150	odopade
(100) GaAs substrate		odopade

 

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

Förekomsten av AlGaAs-sapcer-skiktet möjliggör jonisering av donatorföroreningarna, den joniserade donatorn och elektronerna separeras rumsligt. Sedan stannar givaren på sidan av barriärskiktet och elektronerna kommer in i kanalskiktet. Förekomsten av distansskiktet ökar avståndet mellan den joniserade donatorn och elektronen, vilket inte bara minskar Coulomb-spridningen mellan de två, utan också minskar den joniserade föroreningsspridningen av elektronen ytterligare och förbättrar elektronens rörlighet och mättnadshastighet. . Med förtjockningen av distansskiktet kommer emellertid svårigheten för elektroner att komma in i kanalskiktet att öka, och det alltför tjocka distansskiktet kommer att påverka koncentrationen av den tvådimensionella elektrongasen, vilket resulterar i försämring av prestandan hos pHEMT-anordningen .

Bandgapet för indiumgalliumarsenid (InGaAs)-material är smalare än det för galliumarsenid (GaAs) och aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), så heteroövergången som bildas genom att kombinera med det bredbandiga materialet har en större ledningsbandsdiskontinuitet, och dess kvantpotentialbrunnen är mycket känslig för tvådimensionell. Elektrongasens inneslutningseffekt är starkare, och högre tvådimensionell elektrongaskoncentration och större bärarrörlighet kan erhållas. Jämfört med AlGaAs/GaAs-material visar GaAs pHEMT-datablad att InGaAs/GaAs-material har en större skillnad i gitterkonstant och därmed en högre grad av missanpassning, vilket kan minskas genom att kontrollera tillväxttjockleken för InGaAs-kanalskiktet.

4. Delta Doping of PHEMT Technology

Fälleffekten försvagas av den plana dopningstekniken, nypningsspänningen är väl kontrollerad, grindens genombrottsspänning ökas och bärarkoncentrationen i kanalen ökas. Med tanke på fördelarna med plandopningsteknologi används plandopningsteknologi (dvs deltadopningsteknologi) även i GaAs pHEMT-transistorer.

För GaAs pHEMT-process finns det två typer av delta-dopning: enkelplansdopning och dubbelplansdopning. Efter att kanalskiktet och distansskiktet har odlats odlas endast ett fåtal atomskikt av givarföroreningskisel på den övre delen av kanalskiktet, och sedan odlas AlGaAs-barriärskiktet igen. Denna dopningsmetod är en enkelplansdopning; dubbelplansdopning är att i pHEMT med två heteroövergångar växer kiselatomskikt på både den främre korsningen och den omvända korsningen på båda sidor av InGaAs-kanalskiktet för dopning.

I den enkelplansdopade pHEMT finns det bara en dopad heteroövergång i den övre delen av kanalen, och en tvådimensionell elektrongas existerar i den triangulära potentialbrunnen som bildas vid gränssnittet mellan övergången. Både de övre och nedre heteroövergångarna av det dubbelplansdopade pHEMT-kanalskiktet är dopade, och de två dopade triangulära potentialbrunnarna bildar ungefär kvadratiska potentialbrunnar på grund av potentialbrunnarnas relativt lilla bredd. Ursprungligen har de två dopade triangulära potentialerna tvådimensionell elektrongas, så koncentrationen av tvådimensionell elektrongas av pHEMT är hög, och på grund av bildandet av kvadratpotentialbrunn är restriktionseffekten på tvådimensionell elektrongas mer uppenbar , så prestandan för pHEMT baserat på GaAs förbättras, såsom bättre linjäritet, högre förstärkningsbandbredd.

För mer information, kontakta oss via e-post på sales@ganwafer.com och tech@ganwafer.com.