射频应用-利用硅基氮化镓外延片实现低传导损耗

近年来，对 GaN 功率和 RF 器件的各种应用越来越多广泛，GaN 基产品的需求不断增长，总部位于新加坡的 IGSS GaN Pte Ltd（IGaN）指出其公司积极开发硅 / 碳化硅基氮化镓外延片（GaN-on-Si / SiC）和专有的 8 英寸（200 毫米）GaN 制造技术并实现了商业化，产品用于功率，RF 和传感器应用。

当前，GaN 的材料的宽带隙可提供出色的击穿电场和高漂移速度，适合制造高功率和高频器件，可应用于军事，国防，航空航天和下一代电信（尤其是 5G 网络）等领域。在应用方面，III 族氮化物材料（例如 GaN）通常在衬底上异质外延生长。在各种衬底材料中，硅由于有较低的衬底成本和对衬底尺寸的灵活可扩展性，被广泛地选择用于包括 III 族氮化物材料的外延叠层的生长。III 型氮化物材料与硅衬底之间的材料特性差异（例如热膨胀系数和晶格常数）可能会给实际应用带来技术挑战（即裂纹，缺陷，晶圆弯曲和晶体质量）。

但是，尽管 GaN-on-Si 射频电子器件显示出巨大的前景，但仍有一些问题需要解决。比如，在 III 型氮化物 / 硅界面处形成了一个寄生通道，这会导致寄生损耗，严重降低设备的输出功率，功率增益和效率，尤其是当它们在高频下工作时。在 RF 应用中，GaN-on-Si 高电子迁移率晶体管（HEMT）的关键要求是减少 AlN / Si 界面的传导损耗。在反应器中掺杂 Al 和 Ga，而使 AlN / Si 界面变得导电，因此反应器的预处理和硅衬底上第一层 AlN 层的生长条件对于抑制传导损耗至关重要。

IGaN 公司声称其技术具有实现极低传导损耗的独特优势，符合用于射频应用的 GaN-on-Si HEMT 的行业标准。最近 IGaN 公司制备的 GaN-on-Si HEMT 晶圆在 10GHz 的工作频率下，可实现室温时的传导损耗为 0.15dB，高温下的传导损耗为 0.23dB，显示了 10GHz 的工作频率下，在室温和高温下的传导损耗测量值。低传导损耗是实现低 RF 损耗的关键因素，这对于 RF 设备至关重要。

除了传导损耗测试外，IGaN 还实施了一种在 fab 加工前筛选出性能较差的 GaN 外延片的快速方法，该方法可以节省客户昂贵的报废成本，并有助于避免在外延片衬底具有高传导损耗的情况下对下游加工的晶圆和封装器件造成潜在的浪费。IGaN 公司指出，早期发现高传导损耗的外延片对于 RF-GaN 器件的大规模生产至关重要。

审核编辑 黄昊宇