CN208336234U - 一种带有AlAs腐蚀阻断层的GaAs基MHEMT外延材料结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带有AlAs腐蚀阻断层的GaAs基MHEMT外延材料结构，该结构由GaAs半绝缘衬底(1)上依次生长的InAlAs缓冲层(2)、InGaAs沟道层(3)、InAlAs隔离层(4)、平面掺杂层(5)、InAlAs势垒层(6)、AlAs势垒层兼腐蚀阻断层(7)、InGaAs重掺杂帽层(8)组成。高In组分的InGaAs沟道能有效降低电子有效质量，加强对沟道二维电子气的限制，减少掺杂电离层对沟道电子的散射，从而大大提高沟道电子的室温迁移率。
Description
技术领域
本实用新型涉及化合物半导体材料及器件技术领域，尤其涉及一种砷化镓GaAs基MHEMT外延材料结构。
背景技术
砷化镓基MHEMT是一种化合物半导体材料，具有高频、高功率增益以及低噪声等特点，因而大量应用于无线通讯、光纤通讯、卫星通讯、毫米波雷达以及电子对抗等军事及民用领域。砷化镓PHEMT外延材料生产是整个砷化镓产业链中的重要一环，外延材料的质量直接决定了最后产品的重要性能。常规PHEMT外延材料大都采用In组分在0.25以下的InGaAs沟道，它具有与GaAs基材料失配小、材料生长技术成熟等优点，但沟道电子迁移率受到了局限。而随着无线通讯产品的普及以及功能的多样化，对砷化镓PHEMT外延材料的要求越来越高。MHEMT是PHEMT的一种变种，由于MHEMT缓冲层中应力得到释放，可以生长更高In组分，沟道电子迁移率更高，二维电子气浓度更高。提高沟道迁移率和沟道二维电子气浓度就可以有效提高砷化镓MHEMT器件的直流和射频性能,它包括跨导、开状态电阻、截止频率、噪声系数、射频增益以及功率转换效率等重要应用参数。MHEMT利用InAlAs为势垒层，需要采用和PHEMT不同的工艺，如果能设计一种MHEMT外延结构，使其拥有以上优异性能，同时可以利用PHEMT成熟工艺，意义重大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种实现超高电子迁移率的GaAs基MHEMT外延材料结构，以达到改善其器件的跨导、开状态电阻、截止频率、噪声系数、射频增益以及功率转换效率等重要应用参数的目的。由于采用了AlAs层作为势垒层，可以利用和PHEMT类似的工艺制作器件。
为达到上述目的，本实用新型采取以下的技术方案：一种带有AlAs腐蚀阻断层的GaAs基MHEMT外延材料结构，该结构包括GaAs半绝缘衬底、InAlAs缓冲层、InGaAs沟道层、InAlAs隔离层、平面掺杂层、InAlAs势垒层、AlAs势垒层兼腐蚀阻断层和InGaAs重掺杂帽层；在GaAs半绝缘衬底上依次生长InAlAs缓冲层、InGaAs沟道层、InAlAs隔离层、平面掺杂层、InAlAs势垒层、AlAs势垒层兼腐蚀阻断层、InGaAs重掺杂帽层。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：高In组分的InGaAs沟道能有效降低电子有效质量，加强对沟道二维电子气的限制，减少掺杂电离层对沟道电子的散射，从而大大提高沟道电子的室温迁移率，可由传统的6000cm2/v.s增加到10000cm2/v.s以上，从而为微波器件跨导、开状态电阻、截止频率、噪声系数、射频增益以及功率转换效率等参数的提高提供了一个优异的解决方案。
由于采用AlAs势垒层，栅工艺和钝化工艺可以采用类似PHEMT成熟工艺，器件制作过程容易控制。
附图说明
图1：一种带有AlAs腐蚀阻断层的GaAs基MHEMT外延材料结构。
图中：1、GaAs半绝缘衬底，2、InAlAs缓冲层，3、InGaAs沟道层，4、InAlAs隔离层，5、平面掺杂层，6、InAlAs势垒层，7、AlAs势垒层兼腐蚀阻断层，8、InGaAs重掺杂帽层。
具体实施方式
一种带有AlAs腐蚀阻断层的GaAs基MHEMT外延材料结构，该结构包括GaAs半绝缘衬底1、InAlAs缓冲层2、InGaAs沟道层3、InAlAs隔离层4、平面掺杂层5、InAlAs势垒层6、AlAs势垒层兼腐蚀阻断层7和InGaAs重掺杂帽层8；在GaAs半绝缘衬底1上依次生长InAlAs缓冲层2、InGaAs沟道层3、InAlAs隔离层4、平面掺杂层5、InAlAs势垒层6、AlAs势垒层兼腐蚀阻断层7、InGaAs重掺杂帽层8。
所述的InAlAs缓冲层2生长在GaAs半绝缘衬底1上，由In组分渐变层和常数In组分层组成。其目的是让晶格常数从GaAs逐渐过渡到常数In组分InAlAs层的值，并且使常数In组分的InAlAs层的失配应力充分释放，为后续的有源区生长提供晶体质量良好的基础。
所述的InGaAs沟道层3生长在InAlAs缓冲层2上。InGaAs沟道层与失配应力释放后的常数In组分InAlAs缓冲层的晶格相匹配。
所述的InAlAs隔离层4生长在InGaAs沟道层3上，其作用是将平面掺杂层的施主杂质与沟道二维电子气隔离开，减少电离杂质散射，提高电子迁移率。
所述的平面掺杂层5生长在InAlAs隔离层4上，其掺杂剂为硅Si，为电子沟道提供二维电子气。
所述的InAlAs势垒层6生长在平面掺杂层5上。其掺杂浓度可以是0至5.0E17cm-3。其作用是与栅金属形成肖特基势垒接触，通过栅压调制InGaAs沟道层中的二维电子气。
所述的AlAs势垒层兼腐蚀阻断层7生长在InAlAs势垒层6上，AlAs层可以和InAlAs势垒层一起作为肖特基势垒，也可以作为腐蚀阻断层。由于是晶格失配层，AlAs层的厚度控制在30A以内以保证其晶格质量。
所述的InGaAs重掺杂帽层8生长在AlAs势垒层兼腐蚀阻断层7上。InGaA重掺杂帽层和InGaAs沟道层3以及InAlAs势垒层6晶格匹配。InGaAs帽层为重摻Si层，方便制作高质量欧姆接触。
结合附图1对本实用新型做进一步说明。如附图1所示，在GaAs半绝缘衬底上生长500nm的组分渐变InAlAs缓冲层,In组分从0渐变到0.6。然后生长500nm的In0.52Al0.48As缓冲层。在InAlAs缓冲层上生长20nm的In0.53Ga0.47As沟道层。在20nm In0.53Ga0.47As沟道层上生长3nm的In0.52Al0.48As隔离层。在3nm In0.52Al0.48As隔离层上做平面Si掺杂层，面掺杂浓度为5E+12cm-2。在平面Si掺杂层上生长15nm的In0.52Al0.48As势垒层。在In0.52Al0.48As势垒层上生长3nmAlAs势垒层兼腐蚀阻断层。在2nmAlAs势垒层兼腐蚀阻断层上生长20nm的In0.53Ga0.47As重掺Si帽层。浓度为1E+19cm-3。
Claims (1)
1.一种带有AlAs腐蚀阻断层的GaAs基MHEMT外延材料结构，其特征在于：该结构包括GaAs半绝缘衬底(1)、InAlAs缓冲层(2)、InGaAs沟道层(3)、InAlAs隔离层(4)、平面掺杂层(5)、InAlAs势垒层(6)、AlAs势垒层兼腐蚀阻断层(7)和InGaAs重掺杂帽层(8)；
在GaAs半绝缘衬底(1)上依次生长InAlAs缓冲层(2)、InGaAs沟道层(3)、InAlAs隔离层(4)、平面掺杂层(5)、InAlAs势垒层(6)、AlAs势垒层兼腐蚀阻断层(7)和InGaAs重掺杂帽层(8)。
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| CN112736132A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-04-30 | 湖北文理学院 | InP PHEMT外延结构及其制备方法 |
| CN115274826A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-01 | 上海新微半导体有限公司 | 赝配高电子迁移率晶体管、外延结构及制备方法 |
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