[00127913]GaAs基插入结构高击穿电压功率场效应晶体管研制

该项目是河北省自然科学基金资助项目。针对目前国产GaAsMESFET击穿电压低的问题，以改善GaAs MESFET击穿特性、提高器件可靠性和稳定性为目的，研究了GaAs MESFET的击穿机理，设计了一种带插入层的MESFET器件结构。利用在GaAs MESFET沟道上方插入低掺杂次沟道层和半绝缘低温分子束外延GaAs层的方法，减小沟道表面层电流密度，利用插入的半绝缘低温GaAs层材料本身特性和适当的栅结构，分散栅极漏侧附近的电场，制备出单指栅宽为125μm、指数为30、栅漏击穿电压为30V、工作频率为4 GHz时增益不小于7dB、输出功率大于500mW的功率GaAs MESFET器件。器件的纵向材料结构为：缓冲层/超晶格/ GaAs有源层/AlAs隔离层/低温GaAs(LT GaAs)层。主、次双层沟道结构中位于上层的低掺杂次沟道减小了沟道表面电流，有利于提高击穿电压，并且可以改善栅金属肖特基特性。下层主沟道高载流子浓度有利于大电流密度和频率特性，解决了兼顾跨导特性、大电流密度和击穿特性的问题。非掺杂LT GaAs呈半绝缘特性。这种半绝缘层与GaAs沟道是同质材料，晶格匹配，容易解决界面态问题。LT GaAs的临界击穿电场也较高(5×105 V/cm)。另外LT GaAs中存在大量As沉淀，在栅反偏条件下，从栅极漏侧通过量子遂穿或热离子发射注入到LT GaAs层的电子被这些沉淀俘获或被电离的As反位缺陷俘获，可在栅极漏侧附近形成负电荷堆积，使峰电场减弱，VBGD提高。同时，器件采用了特殊的栅结构，这种栅结构具有类似场板的作用，进一步提高了击穿电压。在器件制备过程中，优化了用分子束外延(MBE)设备低温(LT)生长GaAs材料的生长条件，制备出了电阻率为4×107Ω·cm，呈半绝缘特性的LT GaAs高耐压材料。用50%柠檬酸溶液和30%双氧水溶液混合液对AlGaAs/GaAs结构选择湿法腐蚀制备栅槽的工艺，用于器件制备取得了良好结果。