RU139673U1 - SEMICONDUCTOR NANOGETEROSTRUCTURE INALGAAS / INALAS / INAS METAMORPHIC BUFFER LAYER ON A GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE - Google Patents
SEMICONDUCTOR NANOGETEROSTRUCTURE INALGAAS / INALAS / INAS METAMORPHIC BUFFER LAYER ON A GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE Download PDFInfo
- Publication number
- RU139673U1 RU139673U1 RU2013120462/28U RU2013120462U RU139673U1 RU 139673 U1 RU139673 U1 RU 139673U1 RU 2013120462/28 U RU2013120462/28 U RU 2013120462/28U RU 2013120462 U RU2013120462 U RU 2013120462U RU 139673 U1 RU139673 U1 RU 139673U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- heterostructure
- metamorphic
- layers
- nanoheterostructure
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Предлагаемая полезная модель относится к полупроводниковым наногетероструктурам InAlAs/InGaAs/GaAs с высокой подвижностью электронов типа МНЕМТ (metamorphic high electron mobility transistor), используемым для изготовления СВЧ транзисторов и монолитных интегральных схем миллиметрового диапазона длин волн. Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является создание так называемых метаморфных наногетероструктур транзисторов с высокой подвижностью электронов на подложках GaAs, приборные характеристики которых не уступали бы характеристикам наногетероструктур на подложках InP по максимальным значениям подвижности и концентрации электронов в канале, а транзисторы на их основе - по максимальным рабочим частотам и минимальному уровню шумов. Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является подавление проникновения дислокаций в активную область наногетероструктуры транзистора с высокой подвижностью электронов и подавление процесса развития микрорельефа поверхности во время процесса эпитаксии, приводящее к уменьшению шероховатости поверхности и гетерограниц наногетероструктуры, что снижает рассеяние носителей заряда на шероховатостях гетерограницы и способствует повышению подвижности носителей заряда двумерного электронного газа. Результат достигается за счет применения наногетероструктуры метаморфного буферного слоя специальной оригинальной конструкции, с резким ступенчатым изменением мольной доли арсенида индия в слоях твердых растворов образующих наногетероструктуру, отличающейся тем, что внутрь наногетероструктуры вводятся: стартовый слой четверного твердого раствора In1-x-yAlyGaxAs (5, фиг.2), ступенчато увеличивающий параметр кристаллической решетки непосредственно сразу после формирования буферного слоя арсенида галлия; три многослойные механически напряженные сверхрешетки In1-x-yAlyGaxAs / In1-yAlyAs (7,9,11, фиг.2), с различной средней мольной долей арсенида индия и параметром кристаллической решетки, с соотношением толщин слоя четверного и тройного твердых растворов 2 к 1, 1 к 1 и 1 к 2, подавляющие прорастание дислокаций несоответствия в верхние слои гетероструктуры и развитие микрорельефа поверхности гетероструктуры; завершающий метаморфный слой тройного твердого раствора In1-yAlyAs (13, фиг.2), ступенчато увеличивающий параметр кристаллической решетки до требуемого финального значения; сверхтонкие слои InAs (6, 8, 10, 12, фиг.2), помещаемые в начале каждого ступенчатого увеличения постоянной кристаллической решетки гетероструктуры, обеспечивающие раннее формирования сети дислокаций несоответствия и их эффективное «залечивание» по мере вьфащивания гетероструктуры. The proposed utility model relates to InAlAs / InGaAs / GaAs semiconductor nanoheterostructures with high electron mobility of the MNEMT type (metamorphic high electron mobility transistor) used for the manufacture of microwave transistors and monolithic integrated circuits of the millimeter wavelength range. The problem solved by this useful model is the creation of the so-called metamorphic nanoheterostructures of transistors with high electron mobility on GaAs substrates, the instrument characteristics of which would not be inferior to the characteristics of nanoheterostructures on InP substrates in the maximum mobility and electron concentration in the channel, and transistors based on them in maximum operating frequencies and minimum noise level. The technical result that allows us to accomplish the task is to suppress the penetration of dislocations into the active region of the transistor nanoheterostructure with high electron mobility and to suppress the development of the surface microrelief during the epitaxy process, which leads to a decrease in the surface roughness and heterogeneity of the nanoheterostructure, which reduces charge carrier scattering on the roughness and roughness helps to increase the mobility of charge carriers of a two-dimensional electron gas. The result is achieved through the use of a nanoheterostructure of a metamorphic buffer layer of a special original design, with a sharp stepwise change in the molar fraction of indium arsenide in the layers of solid solutions forming a nanoheterostructure, characterized in that the starting layer of a quaternary solid solution In 1-xy Al y Ga x As (5, Fig. 2), a stepwise increasing parameter of the crystal lattice immediately immediately after the formation of a buffer layer of gallium arsenide; three multilayer mechanically stressed superlattices In 1-xy Al y Ga x As / In 1-y Al y As (7,9,11, Fig. 2), with different average molar fractions of indium arsenide and crystal lattice parameter, with a ratio of layer thicknesses quaternary and ternary solid solutions 2 to 1, 1 to 1 and 1 to 2, inhibiting the growth of misfit dislocations into the upper layers of the heterostructure and the development of the microrelief of the surface of the heterostructure; the final metamorphic layer of the In 1-y Al y As ternary solid solution (13, FIG. 2), stepwise increasing the crystal lattice parameter to the desired final value; ultrathin InAs layers (6, 8, 10, 12, Fig. 2), placed at the beginning of each stepwise increase in the constant lattice of the heterostructure, ensuring the early formation of a network of misfit dislocations and their effective “healing” as the heterostructure is embossed.
Description
Полезная модель относится к полупроводниковым наногетероструктурам InAlAs/InGaAs/GaAs с высокой подвижностью электронов типа МНЕМТ (metamorphic high electron mobility transistor), используемым для изготовления СВЧ транзисторов и монолитных интегральных схем миллиметрового диапазона длин волн.The utility model relates to semiconductor nanoheterostructures InAlAs / InGaAs / GaAs with high electron mobility type MNEMT (metamorphic high electron mobility transistor), used for the manufacture of microwave transistors and monolithic integrated circuits of the millimeter wavelength range.
В области диапазонов частот от единиц до сотен гигагерц и мощностей от милливатт до сотен ватт используются разнообразные полупроводниковые технологии и материалы. Основные типы транзисторов в этой области - это традиционные полевые и биполярные приборы, полевые транзисторы с затвором Шоттки (MESFET), полевые транзисторы с гетеропереходом (НЕМТ, РНЕМТ, МНЕМТ), а также биполярные транзисторы с гетеропереходом (НВТ).In the field of frequency ranges from units to hundreds of gigahertz and power from milliwatts to hundreds of watts, a variety of semiconductor technologies and materials are used. The main types of transistors in this area are traditional field and bipolar devices, Schottky field effect transistors (MESFETs), heterojunction field effect transistors (NEMT, RNEMT, MNEMT), as well as heterojunction bipolar transistors (NVT).
Арсенид галлия в настоящее время один из основных материалов для производства СВЧ-приборов. Это первый освоенный промышленностью материал из группы полупроводников АЗВ5, с которыми и сегодня связаны многие перспективы СВЧ-электроники. На фоне этой доминирующей сегодня технологии развиваются направления, которые, возможно, будут играть важнейшую роль в СВЧ-электронике завтра. Прежде всего, речь идет о фосфиде индия и твердых растворах на его основе [Y. Sato, T. Kita, S. Gozu, S. Yamada /Large spontaneous spin splitting in gate-controlled two-dimensional electron gases at normal http://Ino.75Gao.25As/Ino.75Alo.25As heterojunctions // J. Appl. Phys., 89, 8017 (2001)]. Базовыми элементами для реализации монолитных интегральных схем миллиметрового диапазона в настоящее время являются гетероструктурные полевые транзисторы в системе материалов AlInAs/InGaAs, выращиваемые на подложках InP, которые существенно превосходят хорошо освоенные в производстве псевдоморфные AlGaAs/InGaAs НЕМТ транзисторы по максимальным рабочим частотам и минимальному уровню шумов.Gallium arsenide is currently one of the main materials for the production of microwave devices. This is the first material mastered by the industry from the AZV5 semiconductor group, with which many prospects of microwave electronics are connected today. Against the background of this dominant technology today, areas are developing that may play a crucial role in microwave electronics tomorrow. First of all, we are talking about indium phosphide and solid solutions based on it [Y. Sato, T. Kita, S. Gozu, S. Yamada / Large spontaneous spin splitting in gate-controlled two-dimensional electron gases at normal http: //Ino.75Gao.25As/Ino.75Alo.25As heterojunctions // J. Appl . Phys., 89, 8017 (2001)]. The basic elements for the implementation of monolithic integrated circuits of the millimeter range at present are heterostructured field-effect transistors in the AlInAs / InGaAs material system grown on InP substrates, which significantly surpass the pseudomorphic AlGaAs / InGaAs NEMT transistors well mastered in production in maximum operating frequencies and minimum noise level.
В настоящее время МИС СВЧ на основе AlInAs/InGaAs/InP НЕМТ-транзисторов достаточно широко производятся и применяются в США, Японии и Франции. В частности, о создании PНЕМТ с InGaAs/InAlAs/InP-структурой на 100-мм пластинах по 0,1-мкм технологии одной из первых объявила компания Northrop Grumman Space Technology (США). Эта технология - результат совершенствования уже освоенного компанией процесса изготовления PНЕМТ на 75-мм пластинах, на базе которого производятся серийные МИС. В транзисторах, создаваемых в рамках данного процесса,Currently, MIS microwave based on AlInAs / InGaAs / InP HEMT transistors are quite widely produced and used in the USA, Japan and France. In particular, the creation of PNEMT with InGaAs / InAlAs / InP-structure on 100-mm wafers using 0.1-micron technology was one of the first to be announced by Northrop Grumman Space Technology (USA). This technology is the result of improving the manufacturing process already mastered by the company for manufacturing PNEMT on 75 mm plates, on the basis of which serial MISs are produced. In transistors created as part of this process,
концентрация индия в InGaAs-канальном слое составляет 60%, подвижность носителей в канале достигает 10000 см2/В·с при плотности электронов в канале ~3,5·10 см-2 [F. Capotondi, G. Biasiol, I. Vobornik, L. Sorba, F. Giazotto, A. Cavallini, B. Fraboni/Two-dimensional electron gas formation in undoped http://InO.75GaO.25As/ http://InO.75A10.25As quantum wells/ J. Vac. Sci. Technol. В 22, 702 (2004)]. При этом крутизна транзистора - примерно 800 мСм/мм, плотность тока - 540 мА/мм, граничная частота - более 190 ГГц. На базе РНЕМТ с такой структурой компанией создан ряд МИС, в частности - малошумящий двухкаскадный балансный усилитель Ка-диапазона с коэффициентом усиления свыше 17 дБ и уровнем шумов менее 2,4 дБ в диапазоне 27-39 ГГц.the indium concentration in the InGaAs channel layer is 60%, the carrier mobility in the channel reaches 10,000 cm 2 / V · s at an electron density in the channel of ~ 3.5 · 10 cm-2 [F. Capotondi, G. Biasiol, I. Vobornik, L. Sorba, F. Giazotto, A. Cavallini, B. Fraboni / Two-dimensional electron gas formation in undoped http: // InO.75 GaO.25As/ http: // InO. 75A10.25As quantum wells / J. Vac. Sci. Technol. B 22, 702 (2004)]. In this case, the transistor slope is approximately 800 mS / mm, the current density is 540 mA / mm, and the cutoff frequency is more than 190 GHz. On the basis of RNEMT with such a structure, the company created a number of MISs, in particular, a low-noise two-stage balanced Ka-band amplifier with a gain of more than 17 dB and a noise level of less than 2.4 dB in the range of 27-39 GHz.
Развитие технологии InGaAs/InAlAs/InP НЕМТ в Японии позволило компании Fujitsu Laboratories Ltd продемонстрировать в июне 2008 г прототип системы беспроводной передачи данных с пропускной способностью 10 Гбит/с, работающей в диапазоне частот 70-100 ГГц.The development of InGaAs / InAlAs / InP HEMT technology in Japan allowed Fujitsu Laboratories Ltd to demonstrate in June 2008 a prototype of a wireless data transmission system with a bandwidth of 10 Gbit / s, operating in the frequency range 70-100 GHz.
Преимуществом гетероструктур на подложках InP, по сравнению с гетероструктурами InGaAs /AlGaAs выращиваемыми на подложках GaAs, является возможность использовать слои с более высоким содержанием индия (типичная мольная доля 0.5 в случае подложки InP, против 0.2 в случае подложки GaAs). Вследствие этого, больший разрыв зоны проводимости на гетерогранице канал/барьер, а также меньшая эффективная масса электронов, в модулированно-легированных гетероструктурах, что позволяет получать более высокую плотность (>2·1012 см-2) и большую подвижность (>10 000 см2/В·с) электронов в двумерном газе, образующемся вблизи гетерограницы. The advantage of heterostructures on InP substrates, in comparison with InGaAs / AlGaAs heterostructures grown on GaAs substrates, is the possibility to use layers with a higher indium content (a typical mole fraction of 0.5 in the case of an InP substrate, versus 0.2 in the case of a GaAs substrate). As a result, a larger gap in the conduction band at the channel / barrier heteroboundary, as well as a smaller effective mass of electrons in modulated doped heterostructures, which allows one to obtain a higher density (> 2 · 10 12 cm - 2) and greater mobility (> 10 000 cm 2 / V · s) of electrons in a two-dimensional gas formed near the heterointerface.
Однако подложки InP, по сравнению с GaAs, обладают существенными недостатками: меньший размер коммерчески доступных пластин, высокая хрупкость и значительно более высокая стоимость. Высокая стоимость подложки существенно повышает себестоимость изготовления транзисторных структур. Более высокая хрупкость InP затрудняет производство приборов на их основе и снижает выход годных приборов по причине раскалывания пластин в ходе их обработки. В связи с этим актуальной задачей является разработка альтернативного гетероструктурам на фосфиде индия подхода -создание так называемых метаморфных гетероструктур на подложках GaAs (фиг.1), приборные характеристики которых не уступали бы характеристикам гетероструктур на подложках InP.However, InP substrates, in comparison with GaAs, have significant drawbacks: the smaller size of commercially available wafers, high fragility, and significantly higher cost. The high cost of the substrate significantly increases the cost of manufacturing transistor structures. The higher fragility of InP makes it difficult to manufacture devices based on them and reduces the yield of suitable devices due to the splitting of the plates during their processing. In this regard, the urgent task is to develop an alternative approach to heterostructures on indium phosphide - the creation of so-called metamorphic heterostructures on GaAs substrates (Fig. 1), the instrument characteristics of which would not be inferior to the characteristics of heterostructures on InP substrates.
Значительное различие постоянных решетки InP и GaAs (около 3,5%) приводит к невозможности прямого эпитаксиального выращивания совершенных приборных структур на подложках GaAs, постоянная решетки, которых совпадала бы с постоянной решетки или даже превышала бы постоянную решетки InP, так как в этом случаеA significant difference in the lattice constants of InP and GaAs (about 3.5%) makes it impossible to directly epitaxially grow perfect instrument structures on GaAs substrates, the lattice constant that would coincide with the lattice constant or even exceed the InP lattice constant, since in this case
релаксация возникающих упругих напряжений сопровождается формированием дислокаций несоответствия, проникающих на всю толщину эпитаксиального слоя и резким ухудшением всех электрофизических параметров структуры [S. Gozu, К. Tsuboki, M. Hayashi, С.L. Hong, S. Yamada// J. Cryst. Growth 201, 749 (1999); M. Matloubian et al., "http://Gao.47bio.53 As/InP HEMTs with novel GaP0.35 Sb0.65 Schottky Layers Grown by MOVPE." Device Research Conference Charlottesville, Virginia, 32-33 (1998)]. Использование специфических конструкций и технологических режимов выращивания переходного слоя позволяет перейти от постоянной решетки GaAs к постоянной решетки InP [Naoki Наrа, Naoya Okamoto, Kenji Imanishi, Tsuyoshi Takahashi, and Kozo MakiyamaImprovement in Reliability of InP-Based HEMTs by Suppressing Impact IonizationElectronics and Communications in Japan, Part 2, Vol.90, No. 5, 2007; K. Hetzer, W.E. Hoke, P.J. Lemonias, J.J. Mosca. /High indium metamorphic HEMT on a GaAs substrate/ J.Vac.Sci. Technol. - 1999. - В 17 (3) 1131; M. Zaknoune, В. Bonte, С. Gaquiere. [Text] / IEEE Electron Device Lett. - 1998. - 9 (9), 345; Guanwu Wang, Youngkai Chen, William J.Scha. [Text] / IEEE Trans. Electron Devices. - 1988. - 35(7), 818; M. Behet, K.Van der Zanden, G.Borghs. [Text] / http://Appl.Phys.Lett. - 1998. - 73, 2760; T. Mishima, K. Higuchi, M. Mori. [Text] / J. Crystal Growth. - 1995. - 150]. Использование оптимальных температур осаждения переходного слоя и других параметров эпитаксиального процесса, позволяет «удержать» большинство дислокаций в пределах переходного слоя и предотвратить их распространение в слои транзисторной структуры, получать гладкие интерфейсы, с шероховатостью на уроне 1 нм, что снижает рассеяния на шероховатостях гетерограницы и способствует повышению подвижности носителей заряда двумерного электронного газа.the relaxation of emerging elastic stresses is accompanied by the formation of misfit dislocations that penetrate the entire thickness of the epitaxial layer and a sharp deterioration of all electrical parameters of the structure [S. Gozu, C. Tsuboki, M. Hayashi, C. L. Hong, S. Yamada // J. Cryst. Growth 201, 749 (1999); M. Matloubian et al., "Http://Gao.47bio.53 As / InP HEMTs with novel GaP 0.35 Sb 0.65 Schottky Layers Grown by MOVPE." Device Research Conference Charlottesville, Virginia, 32-33 (1998)]. The use of specific constructions and technological regimes for growing the transition layer allows us to switch from a GaAs constant lattice to an InP constant lattice [Naoki Nara, Naoya Okamoto, Kenji Imanishi, Tsuyoshi Takahashi, and Kozo Makiyama Imaging in Reliability of InP-Based HEMTs by Suppressing Impact Ionization Electronics and Communications in Japan ,
Обычно, в качестве переходного слоя используется слой твердого раствора AlInAs, содержание индия в котором, как правило, линейно или ступенчато изменяется от 10 до 52-60% [Патент РФ RU 111352; Патент РФ RU 111353]. При определенных условиях сеть дислокаций не распространяется в направлении роста и не проникает в активные слои структуры, а «замыкается» внутри этого переходного слоя. Далее на поверхности переходного метаморфного буферного слоя выращивается транзисторная наногетероструктура. Базовая конструкция транзисторной гетероструктуры с высокой подвижностью электронов на поверхности переходного метаморфного буферного слоя, обычно, не отличается от конструкции транзисторной гетероструктуры выращиваемой непосредственно на поверхности подложки InP, в случае если параметр кристаллической решетки завершающей части буферного слоя близок к параметру кристаллической решетки InP. С другой стороны, использование переходного метаморфного буферногоTypically, an AlInAs solid solution layer is used as the transition layer, the indium content of which, as a rule, varies linearly or stepwise from 10 to 52-60% [RF Patent RU 111352; RF patent RU 111353]. Under certain conditions, the network of dislocations does not propagate in the direction of growth and does not penetrate into the active layers of the structure, but “closes” inside this transition layer. Next, a transistor nanoheterostructure is grown on the surface of the transition metamorphic buffer layer. The basic design of a transistor heterostructure with high electron mobility on the surface of the transition metamorphic buffer layer, usually does not differ from the design of the transistor heterostructure grown directly on the surface of the InP substrate, if the crystal lattice parameter of the final part of the buffer layer is close to the crystal lattice parameter InP. On the other hand, the use of transient metamorphic buffer
слоя позволяет выходить, в завершающей части буферного слоя, на параметр кристаллической решетки меньший или больший чем параметр кристаллической решетки InP. Это открывает возможности использования конструкций транзисторных гетероструктур с большой или меньшей мольной долей InAs в InGaAs-канальном слое и в InAlAs-барьерном слое, в зависимости от поставленных задач. Другими словами, при эпитаксии транзисторных гетероструктур на поверхности метаморфного буфера снимается требование обязательного решеточного согласования всех слоев гетероструктуры с параметром кристаллической решетки InP, требуемый параметр кристаллической решетки в этом случае задается метаморфным буферным слоем. Использовании идентичных скоростей выращивания бинарных соединений при эпитаксии твердых растворов InGaAs и InAlAs в завершающей части буферного слоя и в транзисторной гетероструктуре позволяет получать автоматическое согласование параметров кристаллических решеток.layer allows you to go, in the final part of the buffer layer, to a parameter of the crystal lattice smaller or larger than the crystal lattice parameter InP. This opens up the possibility of using designs of transistor heterostructures with a large or lower molar fraction of InAs in the InGaAs channel layer and in the InAlAs barrier layer, depending on the tasks set. In other words, during epitaxy of transistor heterostructures on the surface of a metamorphic buffer, the requirement of mandatory lattice matching of all layers of the heterostructure with the crystal lattice parameter InP is removed, the required crystal lattice parameter in this case is set by a metamorphic buffer layer. Using identical growth rates of binary compounds during the epitaxy of InGaAs and InAlAs solid solutions in the final part of the buffer layer and in the transistor heterostructure allows automatic matching of the crystal lattice parameters.
Наилучшие значения подвижности для метаморфных транзисторных наногетероструктур AlInAs/InGaAs 9900, 10000 и 12400 см2/Вхс при концентрациях индия в InGaAs-канальном слое 0.54, 0.56 и 0.60, соответственно. При этом плотность электронов в двумерном газе может достигать величин >3·1012 см2.The best mobility values for the AlInAs / InGaAs metamorphic transistor nanoheterostructures are 9900, 10000, and 12400 cm 2 / Bxc at the indium concentrations in the InGaAs channel layer of 0.54, 0.56, and 0.60, respectively. In this case, the electron density in a two-dimensional gas can reach values> 3 · 10 12 cm 2 .
Однако, практическая реализация метаморфных гетероструктур на GaAs, транспортные и структурные характеристики, которых не уступали бы характеристикам гетероструктур на InP, затруднена не полным подавлением прорастания дислокаций в активные слои структуры и возникновением микрорельефа поверхности и требует проведения тщательной оптимизации процесса синтеза таких гетероструктур методом молекулярно-пучковой эпитаксии и их конструкции.However, the practical implementation of metamorphic GaAs heterostructures, transport and structural characteristics that would not be inferior to the characteristics of InP heterostructures, is hindered by incomplete suppression of the growth of dislocations in the active layers of the structure and the emergence of surface microrelief and requires careful optimization of the synthesis of such heterostructures by the molecular beam method epitaxy and their construction.
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью является создание метаморфных гетероструктур с высокой подвижностью электронов на подложках GaAs, приборные характеристики которых не уступали бы характеристикам наногетероструктур на подложках InP по максимальным значениям подвижности и концентрации электронов в канале.The problem solved by this useful model is the creation of metamorphic heterostructures with high electron mobility on GaAs substrates, whose instrumental characteristics would not be inferior to the characteristics of nanoheterostructures on InP substrates in the maximum values of electron mobility and electron concentration in the channel.
Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является уменьшение плотности дислокаций в активной области наногетероструктуры и уменьшение шероховатости поверхности и гетерограниц наногетероструктуры, что снижает рассеяние носителей заряда на шероховатостях гетерограницы и способствует повышению подвижности носителей заряда двумерного электронного газа.The technical result that allows us to fulfill the task is to reduce the density of dislocations in the active region of the nanoheterostructure and to reduce the roughness of the surface and heterointerfaces of the nanoheterostructure, which reduces the scattering of charge carriers on the roughness of the heterointerface and increases the mobility of charge carriers of a two-dimensional electron gas.
Технический результат достигается за счет того, что в полупроводниковой наногетероструктуре InAlGaAs/InAlAs/InAs метаморфного буферного слоя на подложке арсенида галлия, включающей в себя стартовый слой четверного твердого раствора In1-x-yAlyGaxAs, слой In1-x-yAlyGaxAs, три многослойные механически напряженные сверхрешетки In1-x-yAlyGaxAs/In1-yAlyAs с различной средней мольной долей арсенида индия и параметром кристаллической решетки и завершающий метаморфный слой тройного твердого раствора In1-yAlyAs, три последовательно расположенные сверхрешетки представляют собой чередующиеся слои In1-x-yAlyGaxAs/In1-yAlyAs, в соотношении толщин слоев четверного и тройного твердых растворов 2 к 1, 1 к 1 и 1 к 2 соответственно, ступенчато увеличивают параметр кристаллической решетки в промежуточном диапазоне от стартового до завершающего слоев гетероструктуры, и подавляют прорастание дислокаций несоответствия в верхние слои гетероструктуры и развитие микрорельефа поверхности гетероструктуры, а сверхтонкие слои InAs помещены в начале каждого ступенчатого увеличения постоянной кристаллической решетки гетероструктуры и обеспечивают раннее формирование сети дислокаций несоответствия и их эффективное "залечивание" по мере выращивания гетероструктуры.Technical result is achieved due to the fact that in the semiconductor nanogeterostruktur InAlGaAs / InAlAs / InAs metamorphic buffer layer on a substrate of gallium arsenide comprising a starter layer quaternary solid solution of In 1-xy Al y Ga x As, a layer of In 1-xy Al y Ga x As, three multilayer mechanically stressed superlattices In 1-xy Al y Ga x As / In 1-y Al y As with different average molar fractions of indium arsenide and crystal lattice parameter and the final metamorphic layer of the ternary solid solution In 1-y Al y As , three consecutively located superlattices alternating layers of In 1-xy Al y Ga x As / In 1-y Al y As, in the ratio of the thicknesses of the layers of the quaternary and ternary
На фиг.1 представлена базовая схема поперечного сечения полупроводниковой метаморфной наногетероструктуры, выбранной в качестве прототипа заявляемой полезной модели. Указаны следующие друг за другом слои и их состав. Figure 1 presents the basic cross-sectional diagram of a semiconductor metamorphic nanoheterostructure selected as a prototype of the claimed utility model. The following successive layers and their composition are indicated.
На фиг.2 представлена детализированная схема поперечного сечения наногетероструктуры метаморфного буферного слоя специальной оригинальной конструкции, демонстрирующая суть заявляемой полезной модели. Указаны следующие друг за другом слои и их состав.Figure 2 presents a detailed cross-sectional diagram of a nanoheterostructure of a metamorphic buffer layer of a special original design, demonstrating the essence of the claimed utility model. The following successive layers and their composition are indicated.
Полупроводниковая наногетероструктура метаморфного буферного слоя (3, фиг.1) выращена методом молекулярно-пучковой или газовой эпитаксии после выращивания на поверхности арсенида галлия с кристалографической ориентацией (100) буферного эпитаксиального слоя арсенида галлия с типичной толщиной 150±50 нм или более и состоит из стартового слоя четверного твердого раствора In1-x-yAlyGaxAs, сверхтонкого слоя InAs, слоя In1-x-yAlyGaxAs, сверхтонкого слоя InAs, три многослойные механически напряженные сверхрешетки In1-x-yAlyGaxAs/In1-yAlyAs с различной средней мольной долей арсенида индия и параметром кристаллической решетки и завершающий метаморфный слой тройного твердого раствора In1-yAlyAs, три сверхрешетки представляют собой чередующиеся слои In1-x-yAlyGaxAs/In1-yAlyAs, в соотношенииThe semiconductor nanoheterostructure of the metamorphic buffer layer (3, Fig. 1) is grown by molecular beam or gas epitaxy after growing on the surface of gallium arsenide with a crystallographic orientation (100) a buffer epitaxial layer of gallium arsenide with a typical thickness of 150 ± 50 nm or more and consists of a starting layers of the In 1-xy Al y Ga x As quaternary solid solution, the InAs hyperfine layer, the In 1-xy Al y Ga x As layer, the InAs hyperfine layer, three mechanically stressed multilayer In 1-xy Al y Ga x As / In 1 superlattices -y Al y As with various average mole nd fraction indium arsenide crystal lattice parameter and terminating metamorphic layer ternary solid solution of In 1-y Al y As, a superlattice represent three alternating layers of In 1-xy Al y Ga x As / In 1-y Al y As, in the ratio
толщин слоя четверного и тройного твердых растворов 2 к 1, 1 к 1 и 1 к 2 соответственно, ступенчато увеличивают параметр кристаллической решетки в промежуточном диапазоне от стартового до завершающего слоев гетероструктуры, подавляют прорастание дислокаций несоответствия в верхние слои гетероструктуры и развитие микрорельефа поверхности гетероструктуры, а сверхтонкие слои InAs помещены в начале каждого ступенчатого увеличения постоянной кристаллической решетки гетероструктуры, обеспечивают раннее формирование сети дислокаций несоответствия и их эффективное "залечивание" по мере выращивания гетероструктуры.the thicknesses of the layer of quaternary and ternary
Равенство мольных долей тройных твердых растворов InAlAs, InGaAs обеспечивает решеточное согласование тройных твердых растворов InAlAs, InGaAs и завершающего слоя наногетероструктуры метаморфного буфера, при последующем выращивании на нем транзисторной наногетероструктуры. The equality of the molar fractions of the InAlAs, InGaAs ternary solid solutions ensures the lattice matching of the InAlAs, InGaAs ternary solid solutions and the final layer of the metamorphic buffer nanoheterostructure during subsequent growth of the transistor nanoheterostructure on it.
Обозначим значение скорости выращивания соединения InAs символом А. Используемые типичные значения А для выращивания метаморфных транзисторных наногетероструктур находятся в диапазоне 0.1±0.05 нм/сек. Значения скорости роста AlAs и GaAs выбираются практически равными, обозначим их В. Используемые типичные значения В для выращивания метаморфных транзисторных наногетероструктур также находятся в диапазоне 0.1±0.05 нм/сек. Мольная доля Al, у, в тройном твердом растворе In1-yAlyAs равна отношению В/(А+В), а мольная доля In, 1-y, равна отношению А/(А+В). Мольная доля Al, y, в четверном твердом растворе Inx1AlyGa1-x1-yAs равна отношению В/(А+2В), мольная доля Ga, x, имеет такое же значение В/(А+2В), а мольная доля In, (1-х-у), равна отношению А/(А+2В). Соотношения значений А и В выбирают исходя из поставленной задачи по дальнейшему выращиванию на метаморфном буферном слое транзисторной наногетероструктуры. Характерные для метаморфных транзисторных наногетероструктур отношение А/(А+В) варьируется в достаточно широком диапазоне, 0.3-0.6. Если после формирования наногетероструктуры метаморфного слоя на поверхности арсенида галлия планируется выращивание транзисторной гетероструктуры согласованной по параметру решетки с фосфидом индия, то отношение А/(А+В) выбирается равным 0.520, тогда наногетероструктура состоит из слоев In0.520Al0.480As и In0.352Al0.324Ga0.324As.We denote the value of the InAs compound growth rate by the symbol A. The typical A values used for growing metamorphic transistor nanoheterostructures are in the range 0.1 ± 0.05 nm / s. The growth rates of AlAs and GaAs are chosen almost equal, we will designate them B. Typical values of B used for growing metamorphic transistor nanoheterostructures are also in the range 0.1 ± 0.05 nm / s. The molar fraction of Al, y, in the In 1-y Al y As ternary solid solution is equal to the ratio B / (A + B), and the molar fraction of In, 1-y, is equal to the ratio A / (A + B). The molar fraction of Al, y, in the In x1 Al y Ga 1-x1-y As quadruple solid solution is equal to the ratio B / (A + 2B), the molar fraction of Ga, x, has the same value of B / (A + 2B), and the molar fraction of In, (1-x-y), is equal to the ratio A / (A + 2B). The ratio of the values of A and B is selected based on the task of further growing a transistor nanoheterostructure on a metamorphic buffer layer. The ratio A / (A + B) characteristic of metamorphic transistor nanoheterostructures varies in a rather wide range, 0.3–0.6. If, after the formation of a metamorphic layer nanoheterostructure on the surface of gallium arsenide, it is planned to grow a transistor heterostructure of a lattice matched with indium phosphide, then the A / (A + B) ratio is chosen equal to 0.520, then the nanoheterostructure consists of layers In 0.520 Al 0.480 As and In 0.352 Al 0.324 Ga 0.324 As.
Характерные толщины слоев наногетероструктуры метаморфного буферного слоя (фиг.2):The characteristic thicknesses of the layers of the nanoheterostructure of the metamorphic buffer layer (figure 2):
- стартовый слой, формируемый из четверного твердого раствора In1-x-yAlyGaxAs - 20±5 нм (5, фиг.2);- the starting layer formed from a quaternary solid solution In 1-xy Al y Ga x As - 20 ± 5 nm (5, figure 2);
- сверхтонкий слой бинарного соединения InAs - 0.30±0.03 нм (6, фиг.2);- the ultrathin layer of the InAs binary compound is 0.30 ± 0.03 nm (6, Fig. 2);
- слой, формируемый из четверного твердого раствора In1-x-yAlyGaxAs - 200±10 нм (7, фиг.2);- a layer formed from a quaternary solid solution In 1-xy Al y Ga x As - 200 ± 10 nm (7, figure 2);
- сверхтонкий слой бинарного соединения InAs- 0.30±0.03 нм (8, фиг.2);- an ultrathin layer of the InAs-binary compound 0.30 ± 0.03 nm (8, Fig. 2);
- промежуточный слой №1, формируемый последовательным выращиванием 10 или более пар чередующихся слоев In1-x-yAlyGaxAs/In1-yAlyAs, так называемая сверхрешетка №1, при соотношении толщин слоя четверного и тройного твердых растворов 2 к 1, соответственно, при характерных толщинах слоев 20±1 нм и 10±0.5 нм (9, фиг.2);- intermediate layer No. 1, formed by the sequential growth of 10 or more pairs of alternating layers of In 1-xy Al y Ga x As / In 1-y Al y As, the so-called superlattice No. 1, with a ratio of the thicknesses of the layer of quadruple and triple
- сверхтонкий слой бинарного соединения InAs - 0.30±0.03 нм (10, фиг. 2);- the ultrathin layer of the InAs binary compound is 0.30 ± 0.03 nm (10, Fig. 2);
- промежуточный слой №2, формируемый последовательным выращиванием 15 пар или более чередующихся слоев In1-x-yAlyGaxAs/In1-yAlyAs, так называемая сверхрешетка №2, при соотношении толщин слоя четверного и тройного твердых растворов 1 к 1, соответственно, при характерных толщинах слоев 10±0.5 нм (11, фиг.2);- intermediate layer No. 2, formed by the sequential growth of 15 pairs or more alternating layers of In 1-xy Al y Ga x As / In 1-y Al y As, the so-called superlattice No. 2, with a ratio of the thicknesses of the layer of quadruple and triple
- сверхтонкий слой бинарного соединения InAs - 0.30±0.03 нм (12, фиг. 2);- the ultrathin layer of the InAs binary compound is 0.30 ± 0.03 nm (12, Fig. 2);
- промежуточный слой №3, формируемый последовательным выращиванием 10 пар или более чередующихся слоев In1-x-yAlyGaxAs/In1-yAlyAs, так называемая сверхрешетка №3, при соотношении толщин слоя четверного и тройного твердых растворов 1 к 2, соответственно, при характерных толщинах слоев 10±0.5 нм и 20±1 нм (13, фиг.2);- intermediate layer No. 3, formed by the sequential growth of 10 pairs or more alternating layers of In 1-xy Al y Ga x As / In 1-y Al y As, the so-called superlattice No. 3, with a ratio of the thicknesses of the layer of quadruple and triple
- сверхтонкий слой бинарного соединения InAs - 0.3±0.03 нм (14, фиг.2);- the ultrathin layer of the InAs binary compound is 0.3 ± 0.03 nm (14, Fig. 2);
- завершающий слой, формируемый из тройного твердого раствора Inx1AlyAs, с характерной толщиной 1000 нм или более (15, фиг.2).- the final layer formed from a ternary solid solution In x1 Al y As, with a characteristic thickness of 1000 nm or more (15, figure 2).
Постоянная кристаллической решетки по мере выращивания наногетероструктуры ступенчато увеличивается и достигает своего максимального значения при выращивании завершающего слоя.The lattice constant as the nanoheterostructure is grown increases stepwise and reaches its maximum value when growing the final layer.
Полученная наногетероструктура InAlGaAs/InAlAs метаморфного буферного слоя обеспечивает возможность дальнейшего выращивания метаморфных наногетероструктур транзисторов с высокой подвижностью электронов на подложках GaAs, приборные характеристики которых не уступают характеристикам наногетероструктур на подложках InP по максимальным значениям подвижности и концентрации электронов в канале, а транзисторы на их основе - по максимальным рабочим частотам и минимальному уровню шумов.The obtained InAlGaAs / InAlAs nanoheterostructure of the metamorphic buffer layer provides the possibility of further growing metamorphic nanoheterostructures of transistors with high electron mobility on GaAs substrates, the instrument characteristics of which are not inferior to the characteristics of nanoheterostructures on InP substrates in the maximum electron mobility and concentration in the channel, and transistors based on them maximum operating frequencies and minimum noise level.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120462/28U RU139673U1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | SEMICONDUCTOR NANOGETEROSTRUCTURE INALGAAS / INALAS / INAS METAMORPHIC BUFFER LAYER ON A GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120462/28U RU139673U1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | SEMICONDUCTOR NANOGETEROSTRUCTURE INALGAAS / INALAS / INAS METAMORPHIC BUFFER LAYER ON A GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU139673U1 true RU139673U1 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50481512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013120462/28U RU139673U1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | SEMICONDUCTOR NANOGETEROSTRUCTURE INALGAAS / INALAS / INAS METAMORPHIC BUFFER LAYER ON A GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU139673U1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650575C2 (en) * | 2016-07-04 | 2018-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) | Material for efficient generating terahertz radiation |
RU2698538C1 (en) * | 2018-10-17 | 2019-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Heterostructure formation method |
RU196935U1 (en) * | 2019-10-09 | 2020-03-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | InAlAs / InGaAs two-period gauge superlattice on an InP substrate |
RU2799735C1 (en) * | 2023-01-27 | 2023-07-11 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" | Powerful uhf field transistor with a semiconductor heterostructure |
-
2013
- 2013-04-30 RU RU2013120462/28U patent/RU139673U1/en active IP Right Revival
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650575C2 (en) * | 2016-07-04 | 2018-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) | Material for efficient generating terahertz radiation |
RU2698538C1 (en) * | 2018-10-17 | 2019-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Heterostructure formation method |
RU196935U1 (en) * | 2019-10-09 | 2020-03-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | InAlAs / InGaAs two-period gauge superlattice on an InP substrate |
RU2799735C1 (en) * | 2023-01-27 | 2023-07-11 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" | Powerful uhf field transistor with a semiconductor heterostructure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7544963B2 (en) | Binary group III-nitride based high electron mobility transistors | |
US7550784B2 (en) | Nitride-based transistors and methods of fabrication thereof using non-etched contact recesses | |
US20220367176A1 (en) | Epitaxies of a Chemical Compound Semiconductor | |
Li et al. | Fabrication of 150-nm T-gate metamorphic AlInAs/GaInAs HEMTs on GaAs substrates by MOCVD | |
US11824110B2 (en) | Field effect transistor and method for manufacturing same | |
Xu et al. | Design and fabrication of double modulation doped InAlAs/lnGaAs/InAs heterojunction FETs for high-speed and millimeter-wave applications | |
RU139673U1 (en) | SEMICONDUCTOR NANOGETEROSTRUCTURE INALGAAS / INALAS / INAS METAMORPHIC BUFFER LAYER ON A GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE | |
US6919589B2 (en) | HEMT with a graded InGaAlP layer separating ohmic and Schottky contacts | |
US20080067547A1 (en) | Epitaxial nucleation and buffer sequence for via-compatible InAs/AlGaSb HEMTs | |
TW201824459A (en) | Structure for integrated fet and hbt | |
Jeon et al. | DC and RF performance of LP-MOCVD grown Al/sub 0.25/Ga/sub 0.75/As/In/sub x/Ga/sub 1-x/As (x= 0.15-0.28) P-HEMT's with Si-delta doped GaAs layer | |
JP2808671B2 (en) | Field effect transistor | |
Loualiche et al. | Pseudomorphic GaInP Schottky diode and MSM detector on InP | |
Feuer et al. | Microwave performance of InGaAs/InAlAs/InP SISFETs | |
JP2010177416A (en) | Nitride semiconductor device | |
KR20230090573A (en) | AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure | |
Jo et al. | Molecular beam epitaxy growth and characterization of InGaP/InGaAs pseudomorphic high electron mobility transistors (HEMTs) having a channel layer over critical layer thickness | |
Wang | Strain‐relaxed epitaxial layers for high‐speed electronic devices | |
Ouchi et al. | Gas-source MBE growth of metamorphic InP/In/sub 0.5/Al/sub 0.5/As/In/sub 0.5/Ga/sub 0.5/As/InAsP high-electron-mobility structures on GaAs substrates | |
CN118039665A (en) | Epitaxial structure of semiconductor device, preparation method of epitaxial structure and semiconductor device | |
Heuken | Heterostructure field effect transistors grown by MOVPE | |
Ahmad | Recent Development in InGaAs based Millimeter Wave HEMTs | |
Adesida et al. | Advances in Gallium nitride-based electronics | |
Docter et al. | InzAl1− zAs/InyGa1− yAs lattice constant engineered HEMTs on GaAs | |
JPH0695534B2 (en) | Heterostructure semiconductor device and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140501 |
|
NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20150727 |
|
PD9K | Change of name of utility model owner | ||
QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180730 Effective date: 20180730 |