围绕第三代半导体，今年跨国技术转移大会专门设置了多场分会，其中，11月16日下午举行的“第三代半导体与新一代移动通信技术”分会，围绕着第三代半导体与新一代移动通信技术展开多维度的探讨，涉及高性能GaN开关电源，GaN、SiC材料外延及电子器件等众多热点。会上，来自河北半导体研究所的高级工程师吕元杰分享了“采用凹栅工艺提升AlGaN/GaN HFETs器件性能”演讲报告。
河北半导体研究所的高级工程师 吕元杰
吕元杰，高级工程师，2007年获山东大学学士学位，2012年获山东大学博士学位。现工作于河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室。目前研究领域为III-V异质结材料和器件，主要包括：大功率高频GaN基异质结场效应晶体管（HFETs）、GaN基单片微波集成电路、GaN基压力传感器、器件物理模型以及器件载流子输运机理等。发表SCI/EI收录学术论文60余篇，其中以第一作者身份发表学术论文20余篇，多篇论文发表在国际著名期刊Applied Physics letters和Journal of Applied Physics上。2014年被国际无线电联盟大会授予“青年科学家”荣誉称号。近期的主要研究成果如下：
1）研制国内首支W波段AlGaN/GaN MMIC，86.5 GHz下输出功率达到257 mW；2）研究发现极化梯度库仑场散射对超薄势垒层的AlN/GaN HFETs器件中的载流子迁移率有更大的影响；3）研制了高频AlGaN/GaN HFETs器件，fT和fmax分别为149和263 GHz，fT*fmax值为AlGaN/GaN HFETs器件的国际报道最高值；4）研制了高频InAlN/GaN HFETs器件, fT达到282 GHz，为国内最高报道。
吕元杰介绍说，归因于大的击穿场强和高的电子饱和漂移速度，AlGaN/GaN异质结场效应晶体管（HFETs）可在高压和大功率领域应用。目前AlGaN/GaN HFETs器件已广泛应用于固态功率放大器，涵盖L (1-2 GHz) 至W (75-110 GHz)波段。然而，国际已报道的器件中电流增益截止频率(fT)大于110 GHz时，最大振荡频率(fmax)都小于230GHz，这大大限制了在D波段(110-170GHz)的功放应用。
吕元杰表示，结合凹栅工艺和再生长欧姆接触工艺，大幅提升了AlGaN/GaN HFETs器件性能。采用再生长欧姆接触工艺，器件源漏间距(Lsd)缩小至600 nm。器件开态电阻(Ron)为0.81 ?·mm。在蒸发60nm栅金属之前采用低功率等离子体刻蚀工艺实现低损伤凹栅工艺。
采用凹栅工艺后器件的短沟道效应被很好的抑制。峰值跨导(gm)从607 mS/mm提升至 764 mS/mm。此外，采用射频小信号测试得到未刻蚀器件的fT和fmax分别为152 GHz and 192 GHz，而采用凹栅工艺的器件fT仍然保持149 GHz，fmax提升至263GHz，同时展示出最高的fT*fmax值。这表明通过进一步优化材料和器件工艺，AlGaN/GaN HFETs器件有望实现在D波段的功放应用。
