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InP 식각정지층을 갖는 InAlAs/InGaAs/GaAs MHEMT 소자의 항복 전압 개선에 관한 연구
Simulation Study on the Breakdown Enhancement for InAlAs/InGaAs/GaAs MHEMTs with an InP-Etchstop Layer 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.12 no.3, 2013년, pp.23 - 27  

손명식 (순천대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper is for enhancing the breakdown voltage of MHEMTs with an InP-etchstop layer. Gate-recess structures has been simulated and analyzed for the breakdown of the devices with the InP-etchstop layer. The fully removed recess structure in the drain side of MHEMT shows that the breakdown voltage ...

주제어

#Millimeter wave   #HEMT   #Metamorphic HEMT (MHEMT)   #Device simulation   #Hydrodynamic transport simulation   #Design of Epitaxial layers   #Cutoff frequency   #Maximum oscillation frequency   #Breakdown  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 이전 연구에서 제안된 InP 식각정지층(Etch-stop layer)을 갖는 에피구조에서 낮은 항복 전압을 개선하기 위해 게이트 리세스(recess) 구조를 변경하여 항복 전압을 시뮬레이션하고 비교 분석하였다.
  • 본 연구는 100 GHz 이상에서 사용 가능한 전력증폭용 MHEMT 소자를 개발하기 위해 진행하였으며, 이미 제작된 InAlAs/InGaAs/GaAs MHEMT소자의DC/RF 특성에 대해 ISE사의 DESSIS소자 시뮬레이터의 2차원 hydrodynamic 전송 모델을 이용한 파라미터 보정 시뮬레이션을 수행하여 실험 데이터와 잘 일치하는 파라미터 보정 결과를 얻었다[3-5]. 이러한 보정된 시뮬레이션 파라미터를 바탕으로 InP 식각정지층을 갖는 에피구조를 최적화 설계(수직 스케일링) 연구를 수행하였고, 새로이 설계한 에피구조에 대한 DC/RF특성을 예측하여 에피구조 특성을 분석하였다.

가설 설정

  • 이는 높은 드레인 전압에서 애벌런치 항복을 크게 감소시켜 항복전압을 증가시킨 것으로 해석된다. InAlAs 장벽층의 에피 두께가 감소할수록 또한 표면 트랩 밀도가 증가할수록 전류 감소 효과는 더 클 것이다. 다만 InAlAs 계면에 형성되는 표면 트랩 밀도를 제작 공정에서 균일한 트랩 밀도를 형성하도록 표면 처리 공정을 개발해야 하는 숙제는 여전히 남게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
30 GHz에서 3 THz 주파수 대역용 InP 기반 HEMT 소자의 문제점을 극복하기 위한 대안으로 어떤 연구들이 국내에서 시도되고 있는가? 이 소자의 가장 큰 문제로 아직은 비용이 GaAs 기반 소자에 비해 비싸며, 4인치 이상의 에피 웨이퍼 생산이 어렵고, 제작 시 깨지기 쉬워 취급하기 어렵다는 문제점을 안고 있다. 이에 대한 대안으로 InP 에피구조를 GaAs기판 위에 성장시킨 MHEMT(Metamorphic HEMT)에 대한 연구들이 국내에서도 많이 시도되고 진행되어 왔으며 위에서 언급한 InP 기반 MIMIC제작시의 단점을 극복할 수 있는 뛰어난 주파수 특성을 갖는 HEMT 소자로 자리 매김하고 있다[1-2].
HEMT 소자의 주파수 특성을 향상시키기 위한 게이트 풋 길이와 채널과 게이트 간 거리를 감소시키면 어떻게 되는가? 일반적으로HEMT 소자의 주파수 특성을 향상시키기 위한 게이트 풋 길이와 채널과 게이트 간 거리를 감소시키면 전달 전도도가 향상 되어 차단주파수(cutoff frequency: fT)가 향상된다. fT가 향상되어 최대공진주 파수(maximum oscillation frequency: fmax)가 증가하는 것이 아니므로 전력증폭기용 전력소자로 사용하기 위해서는 가능한 최대공진주파수가 차단 주파수 보다 커야 전력 소자로 사용할 수 있다.
30 GHz에서 3 THz 주파수 대역용 InP 기반 HEMT 소자의 문제점은? 이러한 주파수 대역용 InP 기반 HEMT 소자는 우수한 주파수 특성을 보여 주고 있지만 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 이 소자의 가장 큰 문제로 아직은 비용이 GaAs 기반 소자에 비해 비싸며, 4인치 이상의 에피 웨이퍼 생산이 어렵고, 제작 시 깨지기 쉬워 취급하기 어렵다는 문제점을 안고 있다. 이에 대한 대안으로 InP 에피구조를 GaAs기판 위에 성장시킨 MHEMT(Metamorphic HEMT)에 대한 연구들이 국내에서도 많이 시도되고 진행되어 왔으며 위에서 언급한 InP 기반 MIMIC제작시의 단점을 극복할 수 있는 뛰어난 주파수 특성을 갖는 HEMT 소자로 자리 매김하고 있다[1-2].
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참고문헌 (8)

  1. Sung-Chan Kim, Dan An, Byeong-Ok Lim, Tae-Jong Beak, Dong-Hoon Shin, and Jin-Koo Rhee, "Highperformance 94 GHz Single Balanced Mixer Based On 70 nm MHEMT And DAML Technology, " Journal of The Institute of Electronic Engineers of Korea-SD, vol. 43, no. 4, pp.254-261, Apr. 2006. 

  2. Seong-Jin Yeon, Myunghwan Park, JeHyunk Choi, and Kwangseok Seo, " 610 GHz InAlAs/In0.75GaAs Metamorphic HEMT with an Ultra-Short 15-nm-Gate, " Proc. of IEDM 2007, pp.613-616, 2007. 

  3. Myung Sik Son, "Optimization Study on the Epitaxial Structure for 100nm-Gate MHEMTs with InAlAs/InGaAs/GaAs Heterostructure," Journal of the Semiconductor & Display Technology, vol. 10, no. 4, pp.107-112, Dec. 2011. 

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  4. ISE-DESSIS manual, pp. 12-288, Ver. 9.5 

  5. Gaudenzio Meneghesso, Andrea Neviani, Rene Oesterholt, Mehran Matloubian, Takyiu Liu, Julia J. Brown, Claudio Canali, "On-state and Off-state Breakdown in GaInAs/InP Composite-Channel HEMT's with Variable GaInAs Channel Thickness," IEEE Trans. On Electron Devices, vol. 46, no. 1, pp.2-9, Jan. 1999. 

    상세보기 crossref

  6. Suman Datta, Shen Shi, Kenneth P. Roenker, Marc M. Cahay, and William E. Stanchina, "Simulation and Design of InAlAs/InGaAs pnp Heterojunction Bipolar," IEEE Trans. On Electron Devices, vol. 45, no. 8, pp.1634-1643, Aug. 1998. 

    상세보기 crossref

  7. Seok Gyu Choi, Yong-Hyun Baek, Min Han, Seok Ho Bang, Jin Seob Yoon, and Jin Koo Rhee,"Study of Composite channel Structure of Metamorphic HEMT for the Improved Device Characteristics," Journal of The Institute of Electronic Engineers of Korea-SD, vol. 44, no. 12, pp.1-6, Dec. 2007. 

  8. Myung Sik Son, "Study on the Breakdown Simulation for InAlAs/InGaAs/GaAs MHEMTs with an InP-etchstop Layer," Journal of the Semiconductor & Display Technology, vol. 11, no. 2, pp.53-57, Jun. 2012. 

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