ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2015, № 1 · ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Изучение влияния дефектов в зародышевых cлоях AlGaN на утечки в гетероструктурах для транзисторов с высокой подвижностью электронов

А.А. Андреев1, Ю.В. Грищенко1, И.С. Езубченко1, М.Л. Занавескин1, И.О. Майборода1, М.А. Рудик1, Ю.В. Федоров2

1 Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук, Россия
Полный текст УДК 621.38-022.532 EDN TOPOAR

Аннотация

Исследован вопрос улучшения морфологии рельефа зародышевых слоев нитридных гетероструктур на подложках сапфира, выращиваемых методом аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии, для транзисторов с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ). Установлено, что при осаждении высокотемпературных слоев AlGaN, в отличие от AlN, галлий может выступать в качестве автосурфактанта, способствуя установлению двумерного режима роста. Показано, что использование зародышевых слоев с улучшенной морфологией поверхности позволяет снизить токи утечек в гетероструктурах для ТВПЭ на несколько порядков. На основе гетероструктуры с минимальными токами утечек изготовлены тестовые транзисторы с длиной затворов L G=0,15 мкм, демонстрирующие Ft до 71 ГГц и Fmax до 172 ГГц, что приближается к результатам, полученным на гетероструктурах, выращенным методом газофазной эпитаксии (MOCVD).

  • GaN
  • AlGaN
  • аммиачная МЛЭ
  • транзисторы с высокой подвижностью электронов
  • зародышевые слои
Abstract (in English)

The issue of improving the morphology relief of the nucleation layers of the nitride heterostructure on sapphire substrates grown by ammonia MBE, for high electron mobility transistors (HEMT), was investigated. It was found that during deposition of high temperature layer of AlGaN unlike AlN, gallium can act as autosurfactant, promoting to establishment of the two-dimensional growth mode. It was shown that use of nucleation layer with improved morphology of the surface can reduce leakage currents on several orders of magnitude in heterostructure for HEMT. On the basis of heterostructure with minimal leakage currents, the test transistors with a gate length L G = 0,15 µm, showing F t up to 71 GHz and Fmax up to 172 GHz, which is close to the results obtained in the heterostructures grown by chemical vapor deposition (MOCVD), were produced.

Для цитирования

Андреев А.А., Грищенко Ю.В., Езубченко И.С., Занавескин М.Л., Майборода И.О., Рудик М.А., Федоров Ю.В. Изучение влияния дефектов в зародышевых cлоях AlGaN на утечки в гетероструктурах для транзисторов с высокой подвижностью электронов // Журнал радиоэлектроники. – 2015. – № 1.

Литература

  1. Ю. Федоров. Широкозонные гетероструктуры (Al, Ga, In)N и приборы на их основе для миллиметрового диапазона длин волн // Электроника НТБ, № 2 (2011)
  2. Stephen W. Kaun et al. Molecular beam epitaxy for high-performance Ga-face GaN electron devices // Semicond. Sci. Technol., №28 (2013), p. 074001
  3. Corrion A.L., Poblenz C., Wu F. and Speck J.S. Structural and morphological properties of GaN buffer layers grown by ammonia molecular beam epitaxy on SiC substrates for AlGaN/GaN high electron mobility transistors // J. Appl. Phys., 103 (2008), p. 093529
  4. Christiane Poblenz et al. Power Performance of AlGaN/GaN HEMTs Grown on SiC by Ammonia-MBE at 4 and 10 GHz // IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 28, NO. 11, NOVEMBER 2007
  5. M.Higashiwaki et al. Millimeter-wave GaN HFET technology // Proc. SPIE, Gallium Nitride Materials and Devices III, vol. 6894 (2008), 68941L
  6. V.G.Mansurov et al. AlN growth on sapphire substrate by ammonia MBE // Journal of Crystal Growth, 300 (2007), pp. 145-150
  7. D. Chernsand, C. G. Jiao. // Phys. Rev. Lett., 87 (2001), p. 205504
  8. J. W. P. Hsu et al. Direct imaging of reverse-bias leakage through pure screw dislocations in GaN films grown by molecular beam epitaxy on GaN templates // Appl. Phys. Lett., Vol. 81, N. 1, 2002
  9. W. Qianetal. Open-core screw dislocations in GaN epilayers observed by scanning force microscopy and high-resolution transmission electron microscopy // Appl. Phys. Lett., Vol. 67, N. 16, 1995
  10. J. Jasinskietal. Inversion domains in AlN grown on (0001) sapphire // Appl. Phys. Lett., 83 (2003), p. 2811
  11. Zahl P., Kury P. Horn-von Hoegen M., Interplay of surface morphology, strain relief, and surface stress during surfactant mediated epitaxy of Ge on Si // Appl. Phys. A., Vol. 69, N. 5, 1999, pp. 481-488
  12. T. M. Altahtamouni, J. Li, J.Y. Lin and H.X. Jiang. Surfactant effects of gallium on quality of AlN epilayers grown via metal-organic chemical-vapour deposition on SiC substrates // J. Phys. D: Appl. Phys., 45 (2012), p. 285103
  13. E. J. Tarsa, B. Heying, X. H. Wu, P. Fini, S. P. DenBaars, and J. S. Speck. Homoepitaxial growth of GaN under Ga-stable and N-stable conditions by plasma-assisted molecular beam epitaxy // J. Appl. Phys., Vol. 82, N. 11, 1997
  14. S. T. King, M. Weinert, and L. Li. Atomistic View of the Autosurfactant Effect during GaN Epitaxy // Phys. Rev. Lett., 98 (2007), p. 206106
  15. Майборода И.О., Андреев А.А., Перминов П.А., Aедоров Ю.В., Занавескин М.Л. Селективный рост невжигаемых омических контактов к двумерному электронному газу в транзисторах с высокой подвижностью электронов на основе гетеропереходов GaN/AlGaN методом молекулярно-пучковой эпитаксии // ПЖТФ, том 40, выпуск 11, 2014, сc. 80-86
  16. Rathnait D. Long and Paul C. McIntyre. Surface Preparation and Deposited Gate Oxides for Gallium Nitride Based Metal Oxide Semiconductor Devices // Materials, 5 (2012), pp. 1297-1335