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高耐压功率GaAs MESFET的研究与制备

陈宏江  
【摘要】:砷化镓(GaAs)金属—半导体场效应晶体管(MESFET)是一种重要的GaAs器件,广泛的应用于无线通讯、信息技术和相控阵雷达等众多领域。栅漏击穿电压(BV_(gd))是GaAs MESFET的重要性能指标之一。目前国内GaAs MESFET的栅漏击穿电压只略高于10V,限制了GaAs MESFET的输出功率。提高BV_(gd),改善GaAs MESFET功率特性,成为当今众多学者的重要研究内容。 本文分析了GaAs MESFET的击穿机理,设计了非掺杂低温(LT)GaAs作为帽层,AlAs作为隔离层的高击穿电压GaAs MESFET器件结构。进行了LT GaAs材料生长、GaAs/AlGaAs选择湿法腐蚀、源漏欧姆接触等一系列研究实验。打通了制备工艺,制备出了高击穿电压的GaAs MESFET器件。 用分子束外延(MBE)设备在不同温度下生长了LTGaAs材料,并进行了600℃的退火实验。分别用双晶X射线(X-Ray)衍射仪和霍尔(Hall)测试系统测试了LT GaAs退火前后的结构特性和电学特性。结果表明:生长温度越低,LT GaAs的晶格常数越大;180℃生长的LT GaAs材料退火后电学特性较好,电阻率为4×10~(17)Ω·cm,呈半绝缘特性。 进行了50%柠檬酸溶液和30%5双氧水溶液按体积比从1:1到10:1,Al_xGa_(J-x)As中的Al组分分别为x=0.2、0.3、1.0的选择湿法腐蚀实验。用α台阶仪、原子力显微镜(AFM)测试了不同体积比和不同Al组分时的腐蚀速率和样品表面形貌。结果表明:随着腐蚀液体积比的增大,溶液对AlGaAs的腐蚀速率呈上升趋势,而对GaAs的腐蚀速率呈先升后降趋势;腐蚀速率越大,腐蚀后的GaAs表面越粗糙,AlGaAs中Al的组分越大,腐蚀后的AlGaAs表面越平。分析了选择腐蚀机理,确定了腐蚀工艺中50%柠檬酸:H_2O_2=1.5:1的最佳腐蚀液配比方案。 用50%柠檬酸/H_2O_2溶液腐蚀掉GaAs MESFET材料的LT GaAs帽层,用盐酸漂掉AlAs自停止层,在掺杂浓度为1×10~(17)cm~(-3)的有源沟道层上做了欧姆接触合金实验。用探针台测得不同合金工艺条件下的接触电阻值,建立传输线(TLM)模型,计算了欧姆接触的比接触电阻。选出了450℃,90s的最佳合金条件。 最后利用所做实验的结论制备了输出功率大于500mW,工作频率为4HGz时,增益不


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