CN207250525U - 一种InP HEMT结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种InP HEMT结构，该InP HEMT材料由在InP衬底上依次外延生长的缓冲层In_0.52Al_0.48As、复合沟道层、空间隔离层In_0.52Al_0.48As、平面掺杂层、势垒层InAlAs和高掺杂渐进盖帽层In_XGa_1‑X构成，通过上述方式，本实用新型这种结构综合应用了低场时InGaAs的高电子迁移率特性及高场时InP的高阈值能量和高饱和速率，既提高了InP HEMT的漏极－源极击穿电压，也保证了其优良毫米波频率特性和提升输出功率和可靠性。

Description

一种InP HEMT结构

技术领域

本实用新型涉及一种InP HEMT结构，属于半导体制造领域。

背景技术

由于HEMT具有的高电子迁移率、低噪声、高功率增益、低功耗、高效率等特点，被大量应用于微波、毫米波单片集成电路和超高速数字集成电路领域中。HEMT的优越频率特性源自其独特的能带结构，即异质结界面的导带不连续性，这种不连续性产生的二维电子气具有很高的迁移率和饱和速度。InP基HEMT具有更极高的截止频率和更很低的噪声，被认为在毫米波段最有竞争力的三端器件之一。早期促进InP基HEMT技术发展的是来自光纤通讯系统的光发射器和光探测器中超高频和宽带信号放大的需求，现在推动技术的主要是军事需求，然而随着直接广播卫星（DBSs）、手提电话、自动防撞系统等的出现，潜在的民用机会也得到发展。现在GaAs 基HEMT技术已经进入规模产业化阶段，但InP基HEMT仍然有一些技术难题有待解决，例如InP基HEMT的应用受限于其较低的沟道击穿电压，使漏极偏置电压较低，进而输出功率密度不高。

自上个世纪八十年代开始，人们通过不断优化外延层结构来改进InP基HEMT和MMIC的功率性能。在毫米波段，已有很多性能优良的InP基HEMT研究报道。为改善InP HEMT的功率性能，人们主要在肖特基势垒材料和沟道材料展开了很多的研究。InP HEMT较低的栅极击穿电压主要是源于其弱的肖特基势垒，通过增加InAlAs势垒中Al的组分或采用InAlP势垒都能够有效地提高器件地栅极－漏极击穿电压。在另一方面，InGaAs沟道中的碰撞电离限制了InP HEMT的输出功率，减少碰撞电离可经由降低InGaAs沟道中In的组分，提高沟道的禁带宽度使其的漏极－源极击穿电压提高3-4 V，同时保持了InP HEMT极佳的高频特性。然而，降低In组分在提高禁带宽度的同时也降低了InGaAs中的电子迁移率，从而恶化HEMT的射频性能。使用更宽禁带的InP作为HEMT沟道可以大幅提高器件漏极－栅极击穿电压。InP在高场下具有很高的饱和电子漂移速度，但在低场下的电子迁移率却比In_0.53Ga_0.47As低得多，且InP沟道HEMT的薄层电阻和源电阻都比In_0.53Ga_0.47As要高；并且使用InP沟道比较难于得到低的接触电阻，从而降低HEMT在毫米波段的增益和附加效率。

因此，为兼顾HEMT漏极－源极击穿电压和频率性能，本实用新型中采用复合沟道，是用InP替代部分InGaAs，共同构成HEMT的导通沟道。由于In_0.53Ga_0.47As具有很高的电子迁移率，而InP的电离阈值能量比In_0.53Ga_0.47As高，耐电压击穿能力比In_0.53Ga_0.47As强，所以这种结构综合应用了低场时InGaAs的高电子迁移率特性及高场时InP的高阈值能量和高饱和速率，既提高了HEMT的漏极－源极击穿电压，不只提升输出功率和可靠性也保证了其优良毫米波频率特性。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种InP HEMT结构，其特征在于，所述器件由下至上依次包括衬底、缓冲层、复合沟道层、空间隔离层、平面掺杂层、势垒层和帽层；

所述复合沟道层从上至下包括不掺杂InGaAs沟道1、为不掺杂InP沟道2和高掺杂InP沟道3，沟道1和沟道2两种结构减小了碰撞电离，有效的提高了够到中的击穿电场强度，沟道3用于低场下为二维电子气提供导电沟道；

所述帽层为高掺杂渐进帽层。

优选地，所述缓冲层为In_0.52Al_0.48As非掺杂缓冲层，厚度400-800mm，用于吸收InP衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫；

优选地，所述空间隔离层用于将施主杂质电离中心和2DEG空间隔离，减小电离散射作用，保证沟道内2DEG的高电子迁移率；

优选地，所述渐进帽层为In_XGa_1-XAs帽层，厚度为150-300 Å，其中包括若干层结构，每一层结构中In组分含量x从0.53渐进到0。

区别于现有技术的情况，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型提供的这种HEMT外延结构，由于采用了复合沟道（In_0.53Ga_0.47As/InP/n⁺-InP）结构，综合应用了低场时InGaAs的高电子迁移率特性及高场时InP的高阈值能量和高饱和速率，既提高了InP HEMT的漏极－栅极击穿电压，也保证了其优良的毫米波频率特性和提升输出功率和可靠性。

2.本实用新型提供的这种HEMT外延结构，其高掺杂渐进盖帽层In_XGa_1-XAs为器件制备提供了良好的欧姆接触。

3.本实用新型提出的InP HEMT结构具有明显成效，包括极高的截止频率和很低的噪声和提升输出功率和可靠性, 在超高速、超高频如毫米波段等领域具有极强的竞争力。

附图说明

图1是本实用新型InP HEMT结构的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1一种InP HEMT结构，其特征在于，所述器件由下至上依次包括衬底1、缓冲层2、复合沟道层3、空间隔离层4、平面掺杂层5、势垒层6和帽层7；

所述复合沟道层从上至下包括不掺杂InGaAs沟道1(31)、为不掺杂InP沟道2(32)和高掺杂InP沟道3(33)，沟道1(31)和沟道2(32)两种结构代替了常规InP HEMT中InGaAs沟道的上半部分，这种沟道结构的主要优势是InP中的电离阈值能量较高，两种材料之间的导带不连续性较小，减小了碰撞电离，有效地提高了沟道中的击穿电场强度，沟道3起到载流子提供和沟道的导电作用，用于低场下为二维电子气提供导电沟道；

具体的：

所述缓冲层2为不掺杂In_0.52Al_0.48As缓冲层，在550℃低温下生长在衬底上，厚度400~800nm，用于吸收InP衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫；

所述沟道层3采用金属有机化合物沉积或分子束沉积生长，用于为沟道生长提供一个平整的界面，在低场下为二维电子气提供导电沟道；

所述空间隔离层4用于将施主杂质电离中心和2DEG空间隔离，减小电离散射作用，保证沟道内2DEG的高电子迁移率；

所述帽层7为In_XGa_1-XAs渐变帽层，厚度为150-300 Å，其中包括若干层结构，每一层结构中In组分含量x从0.53渐进到0。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种InP HEMT结构，其特征在于，所述结构由下至上依次包括衬底、缓冲层、复合沟道层、空间隔离层、平面掺杂层、势垒层和帽层；

所述复合沟道层从上至下包括不掺杂InGaAs沟道1、不掺杂InP沟道2和高掺杂InP沟道3，沟道1和沟道2两种结构减小了碰撞电离，有效的提高了够到中的击穿电场强度，沟道3用于低场下为二维电子气提供导电沟道；

所述帽层为高掺杂渐进帽层，用于为器件制备提供良好的欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的InP HEMT结构，其特征在于：所述缓冲层为In_0.52Al_0.48As非掺杂缓冲层，厚度400-800mm，用于吸收InP衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫。

3.根据权利要求1所述的InP HEMT结构，其特征在于：所述空间隔离层用于将施主杂质电离中心和2DEG空间隔离，减小电离散射作用，保证沟道内2DEG的高电子迁移率。

4.根据权利要求1所述的InP HEMT结构，其特征在于：所述渐进帽层为In_XGa_1-XAs帽层，厚度为150-300 Å，其中包括若干层结构。