Das Ziel dieser Arbeit ist es, das Potenzial der GaN-Schottky-Dioden zur Hochfrequenz- Signalerzeugung und -Steuerung zu untersuchen, mit Schwerpunkt auf ihrem Leistungs- vermögen. Für GaN-Schottky-Dioden werden überlegene Leistungsvermögen aufgrund der großen Bandlücke von GaN erwartet. Es wurden theoretische Untersuchungen ana- lytisch und numerisch durchgeführt. Mehrere Bauelemente wurden hergestellt und ihre Leistung experimentell bewertet. Weiterhin wurden monolithisch integrierte Schaltun- gen mit diesen hergestellten Bauelementen demonstriert.

Die Diodengütefaktoren wie z. B. Cj0, Rs , Vbr , wurden hinsichtlich Leistungsvermö- gen und Oberwellenerzeugung untersucht, um die Design-Anforderungen der Dioden für spezielle Schaltungen bewerten zu können. Die numerische Simulation erlaubte die Vorhersage der Bauelementleistung für spezifische Geometrien und Materialeigen- schaften. Die Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass GaN-Schottky-Dioden ein Leis- tungsvermögen von mindestens 2 mal höher als GaAs-basierte Dioden aufweisen, wäh- rend sie die akzeptablen Verluste beibehalten.

Mehrere Fertigungstechnologieschritte wurden untersucht und zur Realisierung der GaN- basierten Schottky-Dioden eingesetzt. Die wichtigsten Schritte sind das Trockenätzen, die Herstellung von Metallkontakten sowie die Verbindungstechniken. Die Oberflächen- behandlung vor der Metallabscheidung, notwendig für qualitativ hochwertige Schottky- Kontakte, wurde detailliert untersucht. Weiterhin wurden drei Verbindungstechniken geeignet für On-Wafer-Tests entwickelt. Sie erlauben eine schnelle Auswertung der elek- trischen Diodeneigenschaften und legen die Basis für die Entwicklung von monolithisch integrierten Schaltungen.

Mehrere Hochfrequenz-Kleinsignalmessungen wurden für die GaN-Schottky-Dioden durchgeführt. Die gemessenen S-Parameter wurden verwendet, um Ersatzschaltbilder zu extrahieren. Ein Parameter-Extraktionsverfahren wurde eingesetzt, um die parasitären Effekte der Kontaktpads zu entfernen und Informationen über ihre intrinsischen Kompo- nenten zu erhalten. Auf diese Weise soll die Diodenoptimierung ermöglicht werden.

Die Großsignalcharakteristiken der hergestellten Dioden wurden mit einem Großsignal- Netzwerkanalysator On-Wafer gemessen. Diese neue Charakterisierungsmethode stellt direkt Informationen über die Diodenmerkmale wie Leistungsvermögen, Verlust usw. zur Verfügung. Die Zeitbereichsuntersuchungen der Dioden bei verschiedenen Betriebs- bedingungen gaben ein besseres Verständnis zum Diodenbetrieb.

Die Großsignal-Modelle der Dioden erhielt man unter Berücksichtigung des extrahierten Kleinsignal-Ersatzschaltbildes und der Großsignal-Messungen. Anschließend wurden GaN-basierte Schaltungen mit diesen Schottky-Dioden untersucht. Diese waren na- mentlich ein Frequenzverdoppler und ein analoger Phasenschieber. Die Bestimmung ihrer Großsignal-Eigenschaften war unter Verwendung der extrahierten Großsignalmod- elle der Diode möglich. Für den mit dieser Technologie gebauten Verdoppler wird eine Ausgangsleistung von 10 dBm bei 94 GHz erwartet. Zum Schluss wurden MMIC- Phasenschieber entworfen, hergestellt und charakterisiert. Sie zeigten eine Phasenschiebung (∆φ) von 45◦ und 6-7 dB Einfügungsdämpfung zwischen 32 und 38 GHz.