SiC基板上のGaN MOSFET構造

GaN エピ層は通常、サファイア、Si、SiC 基板などのさまざまな基板上に MOCVD によって成長させます。基板の選択は、用途のニーズに応じて異なります。したがって、RF MOSFET (金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ) アプリケーションの場合、最高の電力レベルを提供できる SiC 基板が使用されます。GaNウェハは、最も要求の厳しい環境での使用を保証する他の優れた機能を備えており、GaN ホテロエピタキシャル成長に推奨される材料です。以下にリストされている SiC ベースの GaN MOSFET 構造は、RF アプリケーション向けに成長しています。さらに、RF デバイス用のカスタム エピタキシャル GaN トランジスタ構造を成長させることもできます。

1. RF アプリケーション向けの SiC 基板上の GaN MOSFET 構造エピタキシー

PAM200409-MOSFET

1号AlGaN/GaN MOSFETの構造

4 インチ GaN on SiC エピウェーハ (MOCVD)
レイヤ名	材料	厚さ (À)	ドーパント	濃度(cm-3）
4.キャップ	罪	60	–	–
3.バリア	AlNの	–	N / A	N / A
2.バッファ	GaNチャネル	–	–	–
	AlGaNバッファ
1. 核形成	核形成	標準
SiC基板

 

2位RF MOSFET 用の EPI 構造を備えた SiC ウェハ上の GaN

4 インチ GaN on SiC エピウェーハ (MOCVD)
レイヤ名	材料	厚さ (À)	ドーパント	濃度(cm-3）
5.キャップ	GaN系	–	UID	–
4.バリア	アル0.25ジョージア0.75N	–	N / A	N / A
3.スペーサー	AlNの	8	N / A	N / A
2.バッファ	GaNチャネル	–	チャネルから離れた鉄ドープ
	GaNバッファー
1. 核形成	核形成	標準
SiC基板

 

携帯電話の内部空間では、GaN on SiC エピ構造により良好な消費電力制御を実現できます。高周波および高出力が要求される衛星通信では、GaN MOSFET の利点により、窒化ガリウム (GaN) テクノロジーが新しいソリューションとして徐々に GaAs および Si に取って代わると推定されています。

中でも、GaN-on-SiC MOSFET ウェハは、SiC の優れた熱伝導率と、GaN の高出力密度および低損失機能を組み合わせています。 Si と比較すると、SiC は散逸性が非常に高い基板であるため、デバイスが高電圧および高ドレイン電流で動作し、接合温度は RF 電力に応じてゆっくりと上昇します。その結果、RF 性能が向上し、RF アプリケーションに適した材料となります。

2. GaN-on-SiC MOSFET ウェーハが RF 市場において他の半導体よりも優れているのはなぜですか?

GaN-on-SiC MOSFET は、近い将来、RF 市場におけるシリコンベースの LDMOS の優位に取って代わると予想されています。また、SiC エピ ウェーハ上の GaN は、次の理由から RF アプリケーションで際立っています。

GaN はバンドギャップが大きいため高い破壊電界を持ち、そのため GaN デバイスは他の半導体デバイスよりもはるかに高い電圧で動作することができます。十分に高い電場にさらされると、半導体内の電子は化学結合を切断するのに十分な運動エネルギーを得ることができます (衝撃イオン化または電圧破壊として知られるプロセス)。インパクトイオン化が制御されていない場合、デバイスの性能が低下する可能性があります。 GaN デバイスはより高い電圧で動作できるため、より高電力のアプリケーションで使用できます。

GaN 上の電子は、非常に高い飽和速度 (非常に高い電界での電子速度) を持っています。大きな充電能力と組み合わせると、SiC 基板上の GaN MOSFET ははるかに高い電流密度を供給できます。

RF 電力出力は電圧と電流スイングの積であるため、電圧が高く、電流密度が高いほど、実物大のトランジスタでより多くの RF 電力を生成できます。つまり、縦型 GaN MOSFET 上に製造されたデバイスは、はるかに高い電力密度を生成します。

GaN-on-SiC デバイスは、主に SiC の高い熱伝導率により、異常な熱特性を示します。具体的には、GaN MOSFET 構造上のデバイスの温度は、同じ消費電力の場合、GaAs または Si デバイスほど高くなりません。デバイスの温度が低いほど、信頼性が高くなります。

3.MOSFETについて

MOSFET は、半導体の制御された酸化によって製造される IGFET (絶縁ゲート電界効果トランジスタ) の一種です。アナログ回路からデジタル回路まで幅広く使用できる電界効果トランジスタです。チャネル（動作キャリア）の極性に従って、MOSFETはN型とP型に分けられ、NMOSFET（NMOS）およびPMOSFET（PMOS）としても知られています。 GaN MOSFET と Si MOSFET の比較では、GaN MOSFET はシリコンよりも高速にスイッチングでき、dV/dt のスルーレートは 100 V/nsec を超えます。

デュアルゲート MOSFET、デプレッション モード MOSFET、パワー MOSFET、二重拡散 MOSFET など、一般的な MOSFET テクノロジが多数あります。すべてのタイプの中で、デュアルゲート MOSFET は通常、RF 集積回路で使用されます。この MOSFET の両方のゲートは電流量を制御できます。 RF 回路アプリケーションでは、デュアルゲート MOSFET の 2 番目のゲートは、主にゲイン、ミキサー、または周波数変換制御に使用されます。

Si基板上の典型的なデュアルゲートMOSFET構造

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