Журавльов К С, Торопов А І, Мансуров В Г Інститут фізики напівпровідників, Сибірське відділення Російської Академії наук пр Ак Лаврентьєва, 13, м Новосибірськ, 603950, Росія тел: 383-304474, e-mail: zhur@thermoispnscru

Рис 1а Концентрація двовимірних електронів в каналі AIGaAs / lnGaAs / GaAs гетероструктури

Анотація – У доповіді представлені результати роботи з розвитку МЛЕ технології гетероструктур для потужних НВЧ транзисторів і інтегральних схем на основі матеріалів типу А3В5, включаючи ширококутного нітриди елементів третьої групи Показано, що оптимізація технологічних умов вирощування буферного шару GaAs структур з сильно легованим каналом без шару псевдоізолятора AIGaAs (аналог структур типу САГ-МК) і з шаром псевдоізолятора AIGaAs під затвором дозволяє поліпшити параметри транзисторів Наведено оптимізація гетероструктур AIGaAs / lnGaAs / GaAs для потужних НВЧ транзисторів типу РНЕМТ і технології їх зростання Продемонстровані результати щодо зростання GaN / AIGaN гетероструктур з двовимірним електронним газом та проведено аналіз шляхів поліпшення якості нітридних гетероструктур для потужних транзисторів

I                                       Введення

Технологія молекулярно-променевої епітаксії (МЛЕ) активно використовується в світі для виробництва гетероструктур для різних типів НВЧ транзисторів У МЛЕ дає можливість з високою точністю контролювати основні параметри гетероструктур – товщину шарів і концентрацію носіїв заряду і забезпечувати створення різких (моноатомного гладких) гетерограниц

Fig 1а Concentration of two-dimensional electros In AIGaAs / lnGaAs / GaAs heterostructure channel

У даній роботі представлені результати роботи в ІФП СО РАН з розвитку МЛЕ технології гетероструктур для потужних НВЧ транзисторів і інтегральних схем на основі матеріалів типу А3В5, включаючи ширококутного нітриди елементів третьої групи

Puc 16 Рухливість двовимірних електронів в каналі AIGaAs / lnGaAs / GaAs гетероструктури

Потужні СВЧ транзистори і монолітні інтегральних схеми широко використовуються при розробці новітніх видів СВЧ техніки, що застосовується в системах радіолокації і звязку, супутникового і кабельного телебачення У більшості цих систем в даний час використовуються підсилювачі потужності на основі вакуумних ламп Однак перспективи розробки наступного покоління СВЧ техніки повязані з прогресом у розвитку твердотільних підсилювачів потужності на основі широкозонних напівпровідників, які більш ефективні, компактні, надійні і дешеві у виготовленні Крім того, твердотільні підсилювачі потужності відкривають нові можливості по створенню широко затребуваних НВЧ пристроїв з контролю роботи двигунів, контролю руху літальних апаратах, пристроїв попередження зіткнень автомобілів і багатьох інших

II                              Основна частина

в ІФП зі РАН проведена оптимізація технологічних умов вирощування методом МЛЕ Гете-роепітаксіальних GaAs структур з сильно легованим каналом без шару псевдоізолятора AIGaAs (аналог структур типу САГ-МК) і з шаром псевдоізолятора AIGaAs під затвором, необхідних для виготовлення потужних польових транзисторів НВЧ діапазону Основна увага приділена розробці структури і технології зростання буферного шару Висока якість і відсоток виходу придатних транзисторів досягнутий при використанні складного буферного шару, що містить короткоперіодні AlAs / GaAs сверхрешетки Розроблені та затверджені ТУ на два цих типу гетероструктур На основі цих гетероструктур ВАТ «Октава» розробило ряд широкосмугових підсилювачів потужності на діапазон 1-18 ГГц і вузькосмугові підсилювачі потужності Х-діапазону

Fig 1b Mobility of two-dimensional electros In AIGaAs/lnGaAs/GaAs heterostructure channel

Для подальшого підвищення вихідної потужності і коефіцієнта посилення НВЧ транзисторів проводиться розробка та оптимізація структури і технології зростання псефдоморфних AIGaAs / lnGaAs / GaAs гетероструктур для потужних НВЧ транзисторів типу РНЕМТ На малюнках 1а і б наведено розподілу концентрації і рухливості електронів в InGaAs каналі, виміряні безконтактним методом на фірмі Lehighton Electronic, Inc (США)

Представлені дані показують, що вирощувані гетерострукгури мають високі електричні параметри по всій площі структури

Наші дослідження показали, що найкращі параметри потужних НВЧ транзисторів виходять при використання гетерострукгур з легованим InGaAs каналом У структурах з дельта-легування ванием AIGaAs барєру пробивні напруги транзисторів істотно менше Виготовлені СВЧ транзистори з параметрами, порівнянними з кращими закордонними зразками: малосигнальний коефіцієнт посилення Ку = 7,2 дБ, питома насичена вихідна потужність близько Руд = 1 Вт / мм на частоті 18 ГГц (при напружених на стоці рівному

7,5 В) і ККД рівний 60%

III Висновок

в роботі представлені результати розвитку технології молекулярно-променевої епітаксії, позво

Рис 2 Залежність питомої вихідний НВЧ потужності нітрид галієвих транзисторів від рухливості електронів в каналі GaN / AIGaN гетероструктур

Fig 2 Output power density of gallium-nitride transistors \/s electron mobility in GaN/AIGaN heterostructures channel

Подальше кардинальне підвищення потужності НВЧ транзисторів повязано з розвитком технології росту нітридів металів третьої групи Нітрид гал-Лієв гетероструктури дозволяють отримувати більш високу провідність каналу і велику напруженість пробійного поля при меншій чутливості до температури і радіації, ніж у використовуваних в даний час структурах на основі класичних зєднаннях типу А3В5 У ІФП СО РАН методом МЛЕ з аміаку на підкладках сапфіру отримані GaN / AIGaN гетероструктури з двовимірним електронним газом з щільністю електронів П2о = 1,8 х10′ ® см ^ і рухливістю електронів μ = 870 см ^ / (НД) На основі експериментальних зразків гетероструктур створено зразки НВЧ транзисторів з максимальною питомою крутизною 220 мСм / мм пробивним напругою затвор-стік 78 В і питомої вихідною потужністю 670 мВт / мм на частоті 12 ГГц У роботі аналізується отримані в Росії і за кордоном результати (див рис2) і обговорюються напрямки роботи по створенню гетероструктур для НВЧ транзисторів з високими характеристиками

лилося отримувати потужні арсенід галієві СВЧ транзистори з параметрами, порівнянними з параметрами кращих зарубіжних транзисторів Наведено дані з розробки GaN / AIGaN гетероструктур з двовимірним електронним газом для потужних транзисторів і проведено аналіз шляхів поліпшення якості цих гетероструктур

MOLECULAR BEAM EPITAXY OF HETEROSTRUCTURES ON THE BASIS OF lll-V MATERIALS FOR UHF TRANSISTORS

Zhuravlev K S, ToropovA I, Mansurov V G

Institute for Semiconductor Physics SB RAS

13,            Lavrentiva av, Novosibirsk, 630090, Russia

Ph: 383-3304475, e-mail: zhur@thermoispnscru

Abstract – Described is MBE technology, whose essence is the growth of heterostructures for UHF transistors including nitride technology We demonstrate that buffer layer optimization allows improving GaAs FETs parameters Procedures of Al- GaAs/lnGaAs/GaAs heterostructures growth for PHEMT, as well as the heterostructures themselves, have been also optimized Presented in this paper is the data on MBE technology development, especially as regards GaN/AIGaN heterostructures with two-dimensional electronic gas for HEMT

I                                         Introduction

MBE technology is widely used in development and production of heterostructures for high frequency high power transistors and integrated circuits Solid-state power amplifiers are intended to replace vacuum tubes used now in vast majority of high power devices operating at centimeter- and millimeter-wave frequencies, because they are smaller, cheaper and more reliable

Presented in this paper is the experience of Semiconductor Physics Institute SB RAN regarding the development of MBE technology for power microwave transistors and ICs

II                                        Main Part

Optimization of buffer layer structure and its growth conditions enhances performance and the yield of GaAs heterostructures for FETs These FETs were used by public corporation «Octava» for creation of broad-band power amplifiers at 1- 18 GHz range

Further increase of output power was achieved with development of MBE technology of AIGaAs/lnGaAs/GaAs structures for PHEMT We have found that the voltage of gate-drain electric breakdown is much higher for PHEMT realized using structures with doped InGaAs channel

A gallium nitride MBE technology with ammonia as the source of active nitrogen is also developing GaN / AIGaN heterostructures with two-dimensional electronic gas having an electron concentration ПГО = 1,8 x10 ^ ^ cm^ and electron mobility μ=870 cm^/(Vsec) have been grown and used for HEMT making Specific transconductance of 220 mSm/mm, gate-drain breakdown voltage of 78 V, and output power density of 670 mW/mm characterize the HEMTs

III                                       Conclusion

Gallium arsenide MBE technology in Russia can make for development of microwave industry

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р