Ternäre und quaternäre Barrierenmaterialien für nitridische Heterostruktur-Feldeffekttransistoren

Diese Arbeit behandelt die Entwicklung von GaN-basierten Heterostruktur-Feldeffekttransistoren mit gitterangepasster Barriere für leistungselektronische Anwendungen. Als Barrierenmaterial werden sowohl ternäre Verbindungen vom Typ (Al,In)N als auch quaternäre Mischkristalle des Typs (Al,Ga,In)N untersucht. Zur Herstellung dieser schwer mischbaren Materialien kommt das Verfahren der Molekularstrahlepitaxie zum Einsatz, das aus physikalischen Gründen vorteilhaft erscheint. Es werden neuartige Transistorstrukturen vorgestellt, die eine quaternäre (Al,Ga,In)N-Barriere optimierter Zusammensetzung mit einem AlN/GaN/AlN-Abstandshalter kombinieren. Durch diesen Ansatz wird verglichen mit herkömmlichen (Al,Ga)N/GaN-Strukturen eine höhere Schichtleitfähigkeit bei gleichzeitig kleinerer Barrierendicke erreicht. Auf Basis der neuen Heterostrukturen werden Bauelemente mit Stromdichten bis zu 2,3 A/mm bei Steilheiten bis zu 675 mS/mm realisiert, was nahe des bisherigen Bestwerts für nitridische Transistoren liegt. Als weiterführendes Ergebnis wird die erfolgreiche Integration der neu entwickelten Transistoren mit quaternärer Barriere in monolithischen Verstärkerschaltungen demonstriert.