GaN基微波半导体器件研究进展

图5 、AlGaN/ GaN HFET 结构图

除了使用SiC 和蓝宝石之外，现在人们也尝试着在GaN HFET 的制造中采用GaN 作为衬底[11] ，初步获得了较好的微波性能。

2.2.2、MODFETs

调制掺杂场效应管是在HEFT 结构的基础上，通过使用一个掺杂的AlGaN 层一个未掺杂的GaN层来调制掺杂以提高二维电子气传输特性的器件结构。近年来，已经成为最受人们关注的新型GaN微波器件之一，而这方面的研究也取得了较大的进展[12，13]。1996 年，Jinwook Burm 等人[13] 采用OMPVE技术在（0001）蓝宝石衬底上制造出了性能非常好的MODFET 结构，包括空间层、隔离电荷提供层以及薄沟道，见图6。其在24V的漏源偏置电压下的截止频率f _T 和最高振荡频率f _max 分别可以达到21.4GHz和77.5GHz，充分显示出GaN MODFET 在微波大功率应用方面的强大优势。

图6、MODFET 层结构

图7 给出了当频率在1 ~ 20GHz 间时，GaN MODFETs 与其他一些微波器件功率密度的比较。从图中可看出，GaN MODFETs 在频率为10 GHz 和18 GHz处的射频功率密度分别为6.8W/ mm 和3.3W/ mm，而SiC MESFET 的CW 和脉冲射频功率密度仅为10 ~ 3.3W/ mm，都比同一频率下的GaNMODFETs 所报道的最高值低。此外，从图中还可以看出，在频率大于10GHz的情况下，GaN MODFETs 比SiCMESFETs 在微波应用方面更具有优势，这主要归于调制掺杂以及随之增加的输运特性的原因。

图7、GaN MODFETs 与其他RF 技术的功率密度的比较

图8 是GaN MODFETs 与其他微波器件输出功率的比较。在图7 与图8 中，●为Si 浅漏金属氧化物半导体场效应晶体管（连续波），◆为SiC 静电感应晶体管（脉冲波），△为SiC 金属半导体场效应晶体管（连续波），▲为SiC 金属半导体场效晶体管（脉冲波），◆为GaN 调制掺杂场效应晶体管（连续波），●为P-GaAs 高电子迁移率晶体管（连续波），GaAs 异质结结型场效应晶体管（连续波），■为GaAs 金属半导体场效应晶体管（连续波）。从图8 中可看出，GaN MODFETs 总的输出功率相对较低。低频情况下（< 1.0GHz），输出功率为100W到1 000W之间时，SiC SITs 和Si 基LDMOS 占有极大的优势。当频率为3.0GHz时，SiC MESFETs 在输入为连续波时射频输出功率超过6W，但GaN MODFET 最高输出功率在10.0GHz处仅为4.0W。之所以出现这种情况，主要是由于GaN MODFETs 微波功率技术目前还不够成熟。但总的来说，GaN MODFET 还是显示出其在8.2~ 12.4GHz的频率范围内具有极大的优势。相信随着GaN 微波功率技术的不断提高，会制造出微波性能越来越好的GaN MODFET 微波器件。

图8、GaN MODFETs 与其他RF 技术的输出功率的比较