RU111352U1 - SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs - Google Patents

SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs Download PDF

Info

Publication number
RU111352U1
RU111352U1 RU2011125642/28U RU2011125642U RU111352U1 RU 111352 U1 RU111352 U1 RU 111352U1 RU 2011125642/28 U RU2011125642/28 U RU 2011125642/28U RU 2011125642 U RU2011125642 U RU 2011125642U RU 111352 U1 RU111352 U1 RU 111352U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inas
metamorphic
content
thickness
layer
Prior art date
Application number
RU2011125642/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Галиб Бариевич Галиев
Иван Сергеевич Васильевский
Евгений Александрович Климов
Сергей Сергеевич Пушкарёв
Олег Альбертович Рубан
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН (ИСВЧПЭ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН (ИСВЧПЭ РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН (ИСВЧПЭ РАН)
Priority to RU2011125642/28U priority Critical patent/RU111352U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU111352U1 publication Critical patent/RU111352U1/en

Links

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Полупроводниковая метаморфная наногетероструктура InAlAs/InGaAs, включающая монокристаллическую полуизолирующую подложку GaAs, метаморфный буфер InxAl1-xAs с линейным увеличением содержания InAs x по толщине (x=x1→x4, где x1~0), инверсный слой InxAl1-xAs с уменьшением содержания InAs x по толщине (x=x4→x4', где x4'-x4=0,05÷0,10), залечивающий слой с однородным составом Inx4'Al1-x4'As и активную область InAlAs/InGaAs с высоким содержанием InAs, согласованную по параметру решетки с залечивающим слоем, отличающаяся тем, что на монокристаллической полуизолирующей подложке GaAs ниже метаморфного буфера формируется сверхрешетка Al0,4Ga0,6As/GaAs, уменьшение содержания InAs x по толщине в инверсном слое может быть либо скачкообразным, либо плавным, внутрь метаморфного буфера вводятся две механически напряженных сверхрешетки In(x2+Δx)Al1-(x2+Δx)As/In(x2-Δx)Ga1-(x2-Δx)As и ! In(x3+Δx)Al1-(x3+Δx)As/In(x3-Δx)Ga1-(x3-Δx)As, симметрично рассогласованные на Δx=0,05÷0,10 относительно текущего состава метаморфного буфера в данных точках, которые делят метаморфный буфер на три части, в каждой из которых содержание InAs x по толщине увеличивается соответственно от x1 до x2, от x2 до x3 и от x3 до x4, где 0,4<x2<0,6, а 0,6<x3<0,75, а содержание InAs x в активной области более 70% (x4'≥0,7, x4≥0,75). Semiconductor metamorphic InAlAs / InGaAs nanoheterostructure, including a single-crystal semi-insulating GaAs substrate, InxAl1-xAs metamorphic buffer with a linear increase in InAs x content in thickness (x = x1 → x4, where x1 ~ 0), Inverse InxAl1-xAs layer with decrease thickness (x = x4 → x4 ', where x4'-x4 = 0.05 ÷ 0.10), a healing layer with a homogeneous composition Inx4'Al1-x4'As and an active InAlAs / InGaAs region with a high InAs content, matched by the parameter gratings with a healing layer, characterized in that on a single-crystal semi-insulating GaAs substrate, it is metamorphic below An Al0.4Ga0.6As / GaAs superlattice is formed about the buffer, a decrease in the InAs x content over the thickness in the inverse layer can be either spasmodic or smooth, two mechanically strained In (x2 + Δx) Al1- (x2 + Δx) superlattices are introduced into the metamorphic buffer As / In (x2-Δx) Ga1- (x2-Δx) As and! In (x3 + Δx) Al1- (x3 + Δx) As / In (x3-Δx) Ga1- (x3-Δx) As, symmetrically mismatched by Δx = 0.05 ÷ 0.10 relative to the current composition of the metamorphic buffer at these points which divide the metamorphic buffer into three parts, in each of which the InAs x content in thickness increases, respectively, from x1 to x2, from x2 to x3, and from x3 to x4, where 0.4 <x2 <0.6, and 0.6 <x3 <0.75, and the InAs x content in the active region is more than 70% (x4'≥0.7, x4≥0.75).

Description

Область техникиTechnical field

Предлагаемая полезная модель относится к полупроводниковым МНЕМТ (metamorphic high electron mobility transistor) наногетероструктурам, используемым для изготовления СВЧ транзисторов и монолитных интегральных схем с высокой рабочей частотой и большими пробивными напряжениями.The proposed utility model relates to semiconductor MNEMT (metamorphic high electron mobility transistor) nanoheterostructures used for the manufacture of microwave transistors and monolithic integrated circuits with a high operating frequency and high breakdown voltages.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время PHEMT (pseudomorphic high electron mobility transistor) наногетероструктуры типа In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As, т.е. с высоким содержанием InAs в активной области, выращенные на подложках InP, позволяют изготовить самые быстродействующие СВЧ транзисторы [1] ([1] lain Thayne, Khaled Elgaid, David Moran, Xin Cao, Euan Boyd, Helen McLelland, Martin Holland, Stephen Thoms, Colin Stanley. "50 nm metamorphic GaAs and InP HEMTs". Thin Solid Films 515, 4373-4377 (2007).). Это возможно благодаря уменьшению эффективной массы электронов при увеличении содержания InAs в активной области МНЕМТ или PHEMT структур, что влечет за собой соответствующее увеличение подвижности и дрейфовой скорости насыщения электронов.Currently, PHEMT (pseudomorphic high electron mobility transistor) nanoheterostructures of the type In 0.52 Al 0.48 As / In 0.53 Ga 0.47 As, i.e. with high InAs content in the active region, grown on InP substrates, they can produce the fastest microwave transistors [1] ([1] lain Thayne, Khaled Elgaid, David Moran, Xin Cao, Euan Boyd, Helen McLelland, Martin Holland, Stephen Thoms, Colin Stanley. "50 nm metamorphic GaAs and InP HEMTs." Thin Solid Films 515, 4373-4377 (2007).). This is possible due to a decrease in the effective mass of electrons with an increase in the InAs content in the active region of MNEMT or PHEMT structures, which entails a corresponding increase in the mobility and drift velocity of electron saturation.

Но из-за высокой стоимости подложек InP и их меньшей технологичности, вызванной в основном их хрупкостью, а также малого пробивного напряжения в СВЧ транзисторах, изготовленных на структурах на основе InP, поиск и разработка новых наногетероструктур с высоким содержанием InAs в активной области, выращенных на подложках GaAs, является актуальной задачей.But due to the high cost of InP substrates and their lower manufacturability, caused mainly by their fragility, as well as low breakdown voltage in microwave transistors fabricated on InP structures, the search and development of new nanoheterostructures with a high InAs content in the active region grown on GaAs substrates is an urgent task.

Самым удачным и приемлемым оказался метод использования так называемого метаморфного буфера (ММБ) InxAl1-xAs. Выращенные с применением этого метода наногетероструктуры называются МНЕМТ (metamorphioc high electron mobility transistor). Суть метода заключается в выращивании между подложкой и активной областью относительно толстого (обычно 1÷2 мкм) переходного слоя (метаморфного буфера) с постепенно изменяющимся по толщине химическим составом (а именно: содержание InAs x в тройном твердом растворе InxAl1-xAs увеличивается по мере роста ММБ), а следовательно, и параметром решетки. Таким образом, ММБ согласует параметр решетки подложки с параметром решетки активной области. Метаморфная технология позволяет получить «виртуальную» подложку с требуемым параметром решетки, непосредственно на которой уже выращиваются активные слои требуемого состава.The most successful and acceptable method was the use of the so-called metamorphic buffer (IMB) In x Al 1-x As. Nanoheterostructures grown using this method are called MNEMT (metamorphioc high electron mobility transistor). The essence of the method is to grow between the substrate and the active region a relatively thick (usually 1 ÷ 2 μm) transition layer (metamorphic buffer) with a chemical composition gradually varying in thickness (namely: the content of InAs x in the ternary solid solution In x Al 1-x As increases as MMB grows), and, consequently, by the lattice parameter. Thus, the IMB agrees the lattice parameter of the substrate with the lattice parameter of the active region. Metamorphic technology allows you to get a “virtual” substrate with the required lattice parameter, directly on which active layers of the required composition are already grown.

Рост идеального ММБ должен сопровождаться постепенной релаксацией механических напряжений, неизбежно возникающих из-за несоответствия параметров решетки нижележащего и вышележащего слоев. Однако, как показала практика, полностью избавиться от механических напряжений и дислокации, как правило, не удается. Поэтому предлагается ряд способов уменьшения дефектности ММБ.The growth of ideal IMB should be accompanied by a gradual relaxation of mechanical stresses that inevitably arise due to the mismatch of the lattice parameters of the underlying and overlying layers. However, as practice has shown, it is usually not possible to completely get rid of mechanical stresses and dislocations. Therefore, a number of methods are proposed for reducing the defectiveness of MMB.

В статье [2] ([2] S.Mendach, C.M. Hu, Ch. Heyn, S.Schnull, H.P.Oepen, R.Anton, W.Hansen. "Strain relaxation in high-mobility InAs inserted-channel heterostructures with metamorphic buffer". Physica E 13, 1204-1207 (2002).) описана принятая в качестве аналога наногетероструктура, где активная область выращивается на метаморфном буфере со ступенчатым изменением мольной доли InAs (10% на каждые 100 нм). Сам ММБ растет на монокристаллической полуизолирующей подложке GaAs. В данном случае, как и в большинстве НЕМТ и РНЕМТ наногетероструктур, непосредственно на подложке до начала роста ММБ формируется короткопериодная сверхрешетка AlAs/GaAs (или AlxGa1-xAs/GaAs), которая играет двоякую роль. Во-первых, как видно из [2], она улучшает электрофизические параметры гетероструктуры, а во-вторых, препятствует сегрегации ненамеренной фоновой примеси из подложки в активные области наногетероструктуры во время ее эпитаксиального роста.In [2] ([2] S. Mendach, CM Hu, Ch. Heyn, S. Schnull, HP Oepen, R. Anton, W. Hansen. "Strain relaxation in high-mobility InAs inserted-channel heterostructures with metamorphic buffer" Physica E 13, 1204-1207 (2002).) A nanoheterostructure adopted as an analogue is described, where the active region is grown on a metamorphic buffer with a stepwise change in the molar fraction of InAs (10% for every 100 nm). MMB itself grows on a single-crystal semi-insulating GaAs substrate. In this case, as in most NEMT and RNEMT nanoheterostructures, a short-period AlAs / GaAs (or Al x Ga 1-x As / GaAs) superlattice is formed directly on the substrate before the MMB growth, which plays a double role. First, as can be seen from [2], it improves the electrophysical parameters of the heterostructure, and secondly, it prevents the segregation of unintentional background impurities from the substrate into the active regions of the nanoheterostructure during its epitaxial growth.

Существенным недостатком данного устройства является то, что не удается предотвратить выход дислокации и других дефектов в активную область наногетероструктуры, что приводит к ухудшению таких электрофизических параметров, как подвижность и концентрация носителей. А это в свою очередь ограничивает рабочую полосу частот, пробивное напряжение и другие характеристики СВЧ транзисторов и больших интегральных схем, созданных на данной наногетероструктуре.A significant drawback of this device is that it is not possible to prevent the dislocation and other defects from entering the active region of the nanoheterostructure, which leads to a deterioration in such electrophysical parameters as mobility and carrier concentration. And this in turn limits the working frequency band, breakdown voltage and other characteristics of microwave transistors and large integrated circuits created on this nanoheterostructure.

Наиболее близкой к предлагаемой структуре и принятой в качестве прототипа является структура, описанная в [3] ([3] S.Bollaert, Y.Cordier, M.Zaknoune, H.Happy, V.Hoel, S.Lepilliet, D.Theron, A.Cappy. "The indium content in metamorphic InxAl1-xAs/InxGa1-xAs HEMT on GaAs substrate: a new structure parameter". Solid-State Electronics 44 (2000), p.1021-1027.) (фиг.1), включающая монокристаллическую полуизолирующую подложку GaAs (1), на которой сформирован метаморфный буфер (2) InxAl1-xAs с линейным увеличением содержания InAs x по толщине (x=x1→x4, где x1=0, а x4=0.60), инверсный слой InxAl1-xAs (3) со скачкообразным уменьшением содержания InAs x по толщине (х=x4→x4', где x4=0.60, x4'=0.50), залечивающий слой с однородным составом Inx4'Al1-x4'As (4) и активную область InALAs/hiGaAs с высоким содержанием InAs (50%) (5), согласованную по параметру решетки с залечивающим слоем.Closest to the proposed structure and adopted as a prototype is the structure described in [3] ([3] S. Bollaert, Y. Cordier, M. Zaknoune, H. Happy, V. Hoel, S. Lepilliet, D. Teron, A.Cappy. "The indium content in metamorphic In x Al 1-x As / In x Ga 1-x As HEMT on GaAs substrate: a new structure parameter". Solid-State Electronics 44 (2000), p.1021-1027 .) (Fig. 1), including a GaAs single crystal semi-insulating substrate (1), on which an In x Al 1-x As metamorphic buffer (2) is formed with a linear increase in the InAs x content in thickness (x = x 1 → x 4 , where x 1 = 0, and x 4 = 0.60), the inverse layer In x Al 1-x As (3) with an abrupt decrease in the InAs x content in thickness (x = x 4 → x 4 ', where x 4 = 0.60, x 4 '= 0.50), a healing layer with a homogeneous composition In x4 ' Al 1-x4 ' As (4) and an active InALAs / hiGaAs region with a high InAs content (50%) (5), matched by the lattice parameter with a healing layer.

Активная область представляет собой квантовую яму InGaAs, ограниченную барьерами InAlAs, в которой формируется двумерный электронный газ. В одном из барьеров располагается дельта-слой атомов Si, являющихся донорами. Существенным недостатком данной структуры является то, что накопившиеся напряжения и образовавшиеся дислокации выходят на поверхность метаморфного буфера, на которой формируется активная область наногетероструктуры, ответственная за СВЧ характеристики и СВЧ параметры приборов, изготовленных на данной наногетероструктуре. Это влечет за собой относительно низкую подвижность электронов в канале, которая в результате ограничивает рабочую полосу частот СВЧ транзистора, созданного на данной структуре.The active region is an InGaAs quantum well bounded by InAlAs barriers, in which a two-dimensional electron gas is formed. In one of the barriers is a delta layer of Si atoms, which are donors. A significant drawback of this structure is that the accumulated stresses and the resulting dislocations emerge on the surface of the metamorphic buffer, on which the active region of the nanoheterostructure is formed, which is responsible for the microwave characteristics and microwave parameters of devices fabricated on this nanoheterostructure. This entails a relatively low electron mobility in the channel, which as a result limits the working frequency band of the microwave transistor created on this structure.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является увеличение рабочей частоты СВЧ транзисторов, изготовленных на основе наногетероструктур с высоким содержанием InAs в активной области, выращенных на подложках GaAs. Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является уменьшение плотности дислокации, проникших в активную область наногетероструктуры.The problem solved by this useful model is to increase the operating frequency of microwave transistors made on the basis of nanoheterostructures with a high InAs content in the active region grown on GaAs substrates. The technical result that allows us to complete the task is to reduce the density of dislocations that have penetrated into the active region of a nanoheterostructure.

Технический результат достигается за счет того, что в полупроводниковой метаморфной наногетероструктуре (фиг.2), включающей монокристаллическую полуизолирующую подложку GaAs (1), сверхрешетку Al0.4Ga0.6As/GaAs (2), метаморфный буфер InxAl1-xAs (3) с линейным увеличением содержания InAs x по толщине (x=x1→x4, где x1~0, x4≥0.75), инверсный слой InxAl1-xAs (4) с плавным либо скачкообразным уменьшением содержания InAs x по толщине (x=x4→x4', где x4'-x4=0.05÷0.1), залечивающий слой с однородным составом Inx4'Al1-x4'As (5), активную область InAlAs/InGaAs (6) с высоким содержанием InAs (более 70%), согласованную по параметру решетки с залечивающим слоем, внутрь метаморфного буфера (3) вводятся две механически напряженных сверхрешетки In(x2+Δx)+Al1-(x2+Δx)+As/In(x2-Δx)Ga1-(x2-Δx)As и In(x3+Δx)Al1-(x3+Δx)As/In(x3-Δx)Ga1-(x3-Δx)As, симметрично рассогласованные на Δх=0.05÷0.10 относительно текущего состава метаморфного буфера в данных точках, которые делят метаморфный буфер на три части, в каждой из которых содержание InAs x по толщине увеличивается соответственно от x1 до x2, от x2 до x3 и от x3 до x4, где 0.4<x2<0.6, а 0.6<x3<0.75.The technical result is achieved due to the fact that in a semiconductor metamorphic nanoheterostructure (Fig. 2), which includes a single-crystal semi-insulating GaAs substrate (1), an Al 0.4 Ga 0.6 As / GaAs superlattice, and a metamorphic In x Al 1-x As buffer (3 ) with a linear increase in the InAs x content over the thickness (x = x 1 → x 4 , where x 1 ~ 0, x 4 ≥0.75), an inverse layer In x Al 1-x As (4) with a smooth or stepwise decrease in the InAs x content by thickness (x = x 4 → x 4 ', where x 4 ' -x 4 = 0.05 ÷ 0.1), the healing layer with a homogeneous composition In x4 ' Al 1-x4' As (5), the active region InAlAs / InGaAs (6 ) with a high InAs content (over 70%), matched by the lattice parameter with the healing layer, two mechanically strained superlattices In (x2 + Δx) + Al 1- (x2 + Δx) + As / In (x2-Δx) Ga 1- (x2-Δx are introduced into the metamorphic buffer (3) ) As and In (x3 + Δx) Al 1- (x3 + Δx) As / In (x3-Δx) Ga 1- (x3-Δx) As, symmetrically mismatched at Δх = 0.05 ÷ 0.10 relative to the current composition of the metamorphic buffer in the data points that divide the metamorphic buffer into three parts, in each of which the InAs x content in thickness increases, respectively, from x 1 to x 2 , from x 2 to x 3, and from x 3 to x 4 , where 0.4 <x 2 <0.6, and 0.6 <x 3 <0.75.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 представлена схема полупроводниковой метаморфной наногетероструктуры в поперечном разрезе (вид сбоку), выбранной в качестве прототипа заявляемой полезной модели. Указаны следующие друг за другом слои и их состав.Figure 1 presents a diagram of a semiconductor metamorphic nanoheterostructure in cross section (side view), selected as a prototype of the claimed utility model. The following successive layers and their composition are indicated.

На фиг.2 представлена схема полупроводниковой метаморфной наногетероструктуры в поперечном разрезе (вид сбоку), демонстрирующая суть заявляемой полезной модели.Figure 2 presents a diagram of a semiconductor metamorphic nanoheterostructure in cross section (side view), demonstrating the essence of the claimed utility model.

На фиг.3 представлена схема полупроводниковой метаморфной наногетероструктуры в поперечном разрезе (вид сбоку), выращенной согласно заявляемой полезной модели.Figure 3 presents a diagram of a semiconductor metamorphic nanoheterostructure in cross section (side view) grown according to the claimed utility model.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Устройство согласно заявляемой полезной модели работает следующим образом:The device according to the claimed utility model operates as follows:

Как показано на фиг.2, непосредственно на монокристаллической полуизолирующей подложке GaAs (1) формируется сверхрешетка Al0.4Ga0.6As/GaAs (2), препятствующая сегрегации ненамеренной фоновой примеси из подложки в активные области наногетероструктуры во время ее эпитаксиального роста. Выше формируется метаморфный буфер (3) с линейным увеличением содержания InAs x по толщине (x=x→x4, где x1~0, а x4≥0.75). Линейное изменение x от 0 до 0.75 изменяет параметр решетки и согласует его с параметром решетки активной области. Внутрь ММБ (3) вводятся две механически напряженных сверхрешетки In(x2+Δx)Al1-(x2+Δx)As/In(x2-Δx)Ga1-(x2-Δx)As (8) и In(x3+Δx)Al1-(x3+Δx)As/In(x3-Δx)Ga1-(x3-Δx)As (10), симметрично рассогласованные на Δх=0.05÷0.10 относительно текущего состава метаморфного буфера в данных точках. Метаморфный буфер при этом оказывается разделен на три части (7, 9, 11), каждая из которых представляет собой слой InxAl1-xAs с линейно возрастающим по толщине содержанием InAs x, где x=x1→x2 (7), x=x2→х3 (9), x=x3→x4 (11). Сверхрешетки, введенные в ММБ, отличаются как по составу, так и по назначению от сверхрешетки Al0.4Ga0.6As/GaAs, расположенной непосредственно на подложке. Слои этих сверхрешеток симметрично рассогласованы относительно состава ММБ при данной толщине, что приводит к образованию короткопериодных полей упругой деформации и отсутствию более дальнодействующего поля упругой деформации. Короткопериодные деформационные поля приводят к изгибанию прорастающих в активную область дислокации, а также препятствуют фазовому расслоению тройного твердого раствора InxAl1-xAs при больших значениях х.As shown in Fig. 2, an Al 0.4 Ga 0.6 As / GaAs (2) superlattice is formed directly on a single-crystal semi-insulating GaAs substrate (1), which prevents the segregation of unintentional background impurities from the substrate into the active regions of the nanoheterostructure during its epitaxial growth. Above, a metamorphic buffer (3) is formed with a linear increase in the InAs x content over the thickness (x = x → x 4 , where x 1 ~ 0, and x 4 ≥0.75). A linear change in x from 0 to 0.75 changes the lattice parameter and matches it with the lattice parameter of the active region. Two mechanically strained superlattices In (x2 + Δx) Al 1- (x2 + Δx) As / In (x2-Δx) Ga 1- (x2-Δx) As (8) and In (x3 + Δx ) Al 1- (x3 + Δx) As / In (x3-Δx) Ga 1- (x3-Δx) As (10), symmetrically mismatched at Δх = 0.05 ÷ 0.10 relative to the current composition of the metamorphic buffer at these points. In this case, the metamorphic buffer is divided into three parts (7, 9, 11), each of which is an In x Al 1-x As layer with an InAs x content linearly increasing in thickness, where x = x 1 → x 2 (7) , x = x 2 → x 3 (9), x = x 3 → x 4 (11). The superlattices introduced into the IMB differ both in composition and purpose from the Al 0.4 Ga 0.6 As / GaAs superlattice located directly on the substrate. The layers of these superlattices are symmetrically mismatched with respect to the IMB composition at a given thickness, which leads to the formation of short-period fields of elastic deformation and the absence of a longer-range field of elastic deformation. Short-period deformation fields lead to bending of the dislocations growing into the active region and also hinder the phase separation of the ternary In x Al 1-x As solid solution at large x values.

В каждой сверхрешетке слои InGaAs обладают пониженным содержанием InAs относительно текущего состава метаморфного буфера, а слои InAlAs - повышенным содержанием InAs. Это сделано для того, чтобы не создать в сверхрешетках дополнительные квантовые ямы для электронов и не получить параллельную проводимость по сверхрешеткам.In each superlattice, InGaAs layers have a reduced InAs content relative to the current composition of the metamorphic buffer, and InAlAs layers have a high InAs content. This is done in order not to create additional quantum wells for electrons in the superlattices and not to obtain parallel conductivity along the superlattices.

Над ММБ (3) формируется инверсный слой (4), в котором содержание InAs x плавно изменяется от x4 до x4', причем перепад содержания InAs составляет 0.05÷0.10. Инверсный слой (4) позволяет ликвидировать механические напряжения, оставшиеся в ММБ (3), и получить ненапряженную «виртуальную» подложку для последующего роста залечивающего слоя (5) и активной области (6).An inverse layer (4) is formed above MMB (3), in which the InAs x content smoothly changes from x 4 to x 4 ', and the difference in InAs content is 0.05–0.10. Inverse layer (4) allows you to eliminate the mechanical stresses remaining in the IMB (3), and to obtain an unstressed "virtual" substrate for the subsequent growth of the healing layer (5) and the active region (6).

За инверсным слоем (4) следует залечивающий слой с однородным составом Inx4'Al1-x4'As (5), над которым находится активная область (6), согласованная по параметру решетки с залечивающим слоем. Содержание InAs в слоях активной области составляет более 70%.The inverse layer (4) is followed by a healing layer with a homogeneous composition In x4 ' Al 1-x4' As (5), above which there is an active region (6), matched by the lattice parameter with the healing layer. The content of InAs in the layers of the active region is more than 70%.

Все описанные слои за исключением δ-слоя кремния являются нелегированными.All of the described layers with the exception of the δ-layer of silicon are undoped.

Введение внутрь метаморфного буфера симметрично рассогласованных сверхрешеток позволяет достигнуть технического результата - уменьшить плотность прорастающих дислокации.The introduction into the metamorphic buffer of symmetrically mismatched superlattices allows us to achieve a technical result - to reduce the density of germinating dislocations.

Создание в соответствии с заявленными признаками и конструкцией ММБ наногетероструктур обеспечивает возможность выращивания структур с высоким содержанием InAs в активной области и с высокими значениями подвижности.The creation of nanoheterostructures in accordance with the declared features and design of the IMB provides the possibility of growing structures with a high InAs content in the active region and with high mobility values.

Согласно заявляемой полезной модели нами был получен следующий образец полупроводниковой метаморфной наногетероструктуры InAlAs/InGaAs (фиг.3).According to the claimed utility model, we obtained the following sample of the semiconductor metamorphic InAlAs / InGaAs nanoheterostructure (Fig. 3).

Монокристаллическая полуизолирующая подложка (1) выполнена из GaAs с кристаллографической ориентацией (100). На ней находится пятипериодная сверхрешетка Al0.4Ga0.6As/GaAs (2), толщины слоев Al0.4Ga0.6As и GaAs составляют 24 Å и 14 Å соответственно. Выше сформирован метаморфный буфер InxAl1-xAs (3), значение x изменяется от 0.06 в начале метаморфного буфера до 0.75 в его конце, толщина метаморфного буфера в данном примере составляет 1.2 мкм. Внутрь метаморфного буфера на 0.54 и 0.90 его толщины при текущих составах In0.49Al0.51As и In0.73Al0.27As вставлены две механически напряженные сверхрешетки In0.39Ga0.61As/In0.53Al0.47As (8) и In0.62Ga0.38As/In0.77Al0.23As (10), каждая по 5 периодов, в первой сверхрешетке слои InGaAs и InAlAs имели толщины 32 Å и 36 Å, а во второй - 34 Å и 56 Å соответственно.The single-crystal semi-insulating substrate (1) is made of GaAs with a crystallographic orientation of (100). It contains a five-period Al 0.4 Ga 0.6 As / GaAs superlattice (2), Al 0.4 Ga 0.6 As and GaAs layer thicknesses are 24 Å and 14 Å, respectively. The metamorphic In x Al 1-x As buffer (3) was formed above, the value of x changes from 0.06 at the beginning of the metamorphic buffer to 0.75 at its end, and the thickness of the metamorphic buffer in this example is 1.2 μm. Two mechanically stressed superlattices In 0.39 Ga 0.61 As / In 0.53 Al 0.47 As (8) and In 0.62 Ga 0.38 As / In are inserted inside the metamorphic buffer at 0.54 and 0.90 of its thickness for the current compositions of In 0.49 Al 0.51 As and In 0.73 Al 0.27 As 0.77 Al 0.23 As (10), each with 5 periods, in the first superlattice, the InGaAs and InAlAs layers were 32 Å and 36 Å thick, and in the second, 34 Å and 56 Å thick, respectively.

Метаморфный буфер при этом оказывается разделен на три части (7, 9, 11), каждая из которых представляет собой слой InAl1-xAs с линейно возрастающим по толщине содержанием InAs x. За метаморфным буфером (3) расположен инверсный слой (4) InxAl1-xAs, значение x изменяется от 0.75 в начале инверсного слоя до 0.70 в его конце на толщине 40 нм. За инверсным слоем следует залечивающий слой In0.70Al0.30As (5) толщиной 0.16 мкм. Полупроводниковая наногетероструктура завершается активной областью (6), состоящей из канала In0.76Ga0.24As толщиной 164 Å, спейсера In0.70Al0.30As толщиной 64 Å, δ-слоя кремния с концентрацией 1.7·1012 см-2, барьера In0.70Al0.30As толщиной 219 Å и защитного слоя In0.76Ga0.24As толщиной 73 Å. Все полупроводниковые слои выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии.In this case, the metamorphic buffer is divided into three parts (7, 9, 11), each of which is an InAl 1-x As layer with an InAs x content linearly increasing in thickness. Behind the metamorphic buffer (3) is the inverse layer (4) In x Al 1-x As, the value of x varies from 0.75 at the beginning of the inverse layer to 0.70 at its end at a thickness of 40 nm. The inverse layer is followed by a healing layer of In 0.70 Al 0.30 As (5) 0.16 μm thick. The semiconductor nanoheterostructure terminates in the active region (6), which consists of an In 0.76 Ga 0.24 As channel 164 Å thick, an In 0.70 Al 0.30 As spacer 64 Å thick, a δ-layer silicon with a concentration of 1.7 · 10 12 cm -2 , an In 0.70 Al 0.30 barrier As 219 Å thick and the In 0.76 Ga 0.24 As protective layer 73 Å thick. All semiconductor layers are grown by molecular beam epitaxy.

Получены значения подвижности электронов 12000 см2/(В·с) при комнатной температуре и 41000 см2/(В·с) при Т=77 К; относительная погрешность составляет 10%. Эти значения выше, чем наилучшие из продемонстрированных в статье [3]: 9570 см2/(В·с) и 35000 см2/(В·с) соответственно.The electron mobility values of 12000 cm 2 / (V · s) at room temperature and 41000 cm 2 / (V · s) at T = 77 K were obtained; the relative error is 10%. These values are higher than the best demonstrated in the article [3]: 9570 cm 2 / (V · s) and 35000 cm 2 / (V · s), respectively.

Claims (1)

Полупроводниковая метаморфная наногетероструктура InAlAs/InGaAs, включающая монокристаллическую полуизолирующую подложку GaAs, метаморфный буфер InxAl1-xAs с линейным увеличением содержания InAs x по толщине (x=x1→x4, где x1~0), инверсный слой InxAl1-xAs с уменьшением содержания InAs x по толщине (x=x4→x4', где x4'-x4=0,05÷0,10), залечивающий слой с однородным составом Inx4'Al1-x4'As и активную область InAlAs/InGaAs с высоким содержанием InAs, согласованную по параметру решетки с залечивающим слоем, отличающаяся тем, что на монокристаллической полуизолирующей подложке GaAs ниже метаморфного буфера формируется сверхрешетка Al0,4Ga0,6As/GaAs, уменьшение содержания InAs x по толщине в инверсном слое может быть либо скачкообразным, либо плавным, внутрь метаморфного буфера вводятся две механически напряженных сверхрешетки In(x2+Δx)Al1-(x2+Δx)As/In(x2-Δx)Ga1-(x2-Δx)As иInAlAs / InGaAs semiconductor metamorphic nanoheterostructure, including a single-crystal semi-insulating GaAs substrate, In x Al 1-x As metamorphic buffer with a linear increase in InAs x content in thickness (x = x 1 → x 4 , where x 1 ~ 0), In x inverse layer Al 1-x As with decreasing thickness of InAs x (x = x 4 → x 4 ', where x 4 ' -x 4 = 0.05 ÷ 0.10), a healing layer with a homogeneous composition In x4 ' Al 1- x4 ' As and the active region InAlAs / InGaAs with a high InAs content, matched by the lattice parameter with a healing layer, characterized in that on a single-crystal semi-insulating GaAs substrate the same metamorphic buffer forms an Al 0.4 Ga 0.6 As / GaAs superlattice; a decrease in the InAs x content over the thickness in the inverse layer can be either spasmodic or smooth, two mechanically strained In (x2 + Δx) Al 1 superlattices are introduced into the metamorphic buffer - (x2 + Δx) As / In (x2-Δx) Ga 1- (x2-Δx) As and In(x3+Δx)Al1-(x3+Δx)As/In(x3-Δx)Ga1-(x3-Δx)As, симметрично рассогласованные на Δx=0,05÷0,10 относительно текущего состава метаморфного буфера в данных точках, которые делят метаморфный буфер на три части, в каждой из которых содержание InAs x по толщине увеличивается соответственно от x1 до x2, от x2 до x3 и от x3 до x4, где 0,4<x2<0,6, а 0,6<x3<0,75, а содержание InAs x в активной области более 70% (x4'≥0,7, x4≥0,75).
Figure 00000001
In (x3 + Δx) Al 1- (x3 + Δx) As / In (x3-Δx) Ga 1- (x3-Δx) As, symmetrically mismatched by Δx = 0.05 ÷ 0.10 relative to the current composition of the metamorphic buffer in data points that divide the metamorphic buffer into three parts, in each of which the InAs x content in thickness increases, respectively, from x 1 to x 2 , from x 2 to x 3, and from x 3 to x 4 , where 0.4 <x 2 <0.6, and 0.6 <x 3 <0.75, and the InAs x content in the active region is more than 70% (x 4 ' ≥0.7, x 4 ≥0.75).
Figure 00000001
RU2011125642/28U 2011-06-23 2011-06-23 SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs RU111352U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125642/28U RU111352U1 (en) 2011-06-23 2011-06-23 SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125642/28U RU111352U1 (en) 2011-06-23 2011-06-23 SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU111352U1 true RU111352U1 (en) 2011-12-10

Family

ID=45406263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011125642/28U RU111352U1 (en) 2011-06-23 2011-06-23 SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU111352U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2474923C1 (en) SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOHETEROSTRUCTURE InAlAs/InGaAs
US7544963B2 (en) Binary group III-nitride based high electron mobility transistors
US7030428B2 (en) Strain balanced nitride heterojunction transistors
US6177685B1 (en) Nitride-type III-V HEMT having an InN 2DEG channel layer
KR102174546B1 (en) Semiconductor devices and methods of designing semiconductor devices
EP0312237A2 (en) Interface charge enhancement in delta-doped heterostructure
EP2082431A1 (en) Boron aluminum nitride diamond heterostructure
US6489639B1 (en) High electron mobility transistor
EP3311414A1 (en) Doped barrier layers in epitaxial group iii nitrides
EP0381396A1 (en) Compound semiconductor devices
WO2010116699A1 (en) Semiconductor substrate, method for manufacturing semiconductor substrate, method for evaluating semiconductor substrate, and electronic device
TW201108412A (en) Semiconductor substrate, method for making a semiconductor substrate, and electronic device
US6919589B2 (en) HEMT with a graded InGaAlP layer separating ohmic and Schottky contacts
GB2612558A (en) Compound semiconductor substrate and compound semiconductor device
CN110875182B (en) Method for increasing spin orbit coupling and spin transistor
CN111863962A (en) Novel AlGaN-based multi-channel field effect transistor
RU111352U1 (en) SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs
JP5875296B2 (en) Semiconductor substrate and insulated gate field effect transistor
JPS6353711B2 (en)
JP3158467B2 (en) InAlAs / InGaAs heterojunction structure field effect transistor
RU111353U1 (en) SEMICONDUCTOR NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs WITH METAMORPHOR BUFFER
Kuo et al. High‐performance Ga0. 4In0. 6As/Al0. 55In0. 45As pseudomorphic modulation‐doped field‐effect transistors prepared by molecular‐beam epitaxy
JP2021100051A (en) Heterostructure and manufacturing method thereof
JPH0620966A (en) Manufacture of compound semiconductor wafer
Shieh et al. A new δ-doped InGaAs/GaAs pseudomorphic high electron mobility transistor utilizing a strained superlattice spacer

Legal Events

Date Code Title Description
MG1K Anticipatory lapse of a utility model patent in case of granting an identical utility model

Ref document number: 2011125641

Country of ref document: RU

Effective date: 20130210

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20120624