RU2474923C1 - SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOHETEROSTRUCTURE InAlAs/InGaAs - Google Patents

SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOHETEROSTRUCTURE InAlAs/InGaAs Download PDF

Info

Publication number
RU2474923C1
RU2474923C1 RU2011125641/28A RU2011125641A RU2474923C1 RU 2474923 C1 RU2474923 C1 RU 2474923C1 RU 2011125641/28 A RU2011125641/28 A RU 2011125641/28A RU 2011125641 A RU2011125641 A RU 2011125641A RU 2474923 C1 RU2474923 C1 RU 2474923C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inas
content
metamorphic
metamorphic buffer
thickness
Prior art date
Application number
RU2011125641/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011125641A (en
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 RU2011125641/28A priority Critical patent/RU2474923C1/en
Publication of RU2011125641A publication Critical patent/RU2011125641A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2474923C1 publication Critical patent/RU2474923C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: in a semiconductor metamorphic nanoheterostructure, comprising a single-crystal semi-insulating substrate GaAs, a superlattice Al0.4Ga0.6As/GaAs, a metamorphic buffer InxAl1-xAs with linear increase of InAs content x in thickness (x=x1→x4, where x1~0, x4≥0.75), an inverse layer InxAl1-xAs with smooth or uneven reduction of InAs content x in thickness (x=x4→x4', where x4,-x4=:0.05÷0.1, x4'≥0.7), a curing layer with homogeneous composition InxAl1-xAs, an active area InAl As/InGaAs with high InAs content, agreed along the lattice perimeter with the curing layer, inside the metamorphic buffer there are two mechanically stressed superlattices In(x2+Δx)Al1-(x2-Δx)As/In(x2-Δx)Ga1-(x2-Δx)As and In(x3+Δx)Al1-(x3+Δx)As/In(x3-Δx)Ga1-(x3-Δx)As introduced, symmetrically mismatched at Δx=0.05÷0.10 relative to the current composition of the metamorphic buffer in these points, which divide the metamorphic buffer into three parts, in every of which the content of InAs x in thickness increases accordingly 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.
EFFECT: reduced density of dislocations penetrating an active area of a nanoheterostructure.
3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Предлагаемое изобретение 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 present invention 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]. Это возможно благодаря уменьшению эффективной массы электронов при увеличении содержания InAs в активной области МНЕМТ или РНЕМТ 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 a high InAs content in the active region grown on InP substrates, it is possible to fabricate the fastest microwave transistors [1]. 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 RNEMT 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 made 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 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 gradually varying chemical composition (namely: the InAs content in the In x Al 1-x As ternary solid solution increases as the IMB grows), and, consequently, 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 дислокаций, как правило, не удается. Поэтому предлагается ряд способов уменьшения дефектности ММБ.The growth of an 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] 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 article [2], 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 дислокаций и других дефектов в активную область наногетероструктуры, что приводит к ухудшению таких электрофизических параметров, как подвижность и концентрация носителей. 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 dislocations and other defects from entering the active region of the nanoheterostructure, which leads to a deterioration of such electrophysical parameters as mobility and carrier concentration. 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 настоящего изобретения является структура, описанная в [3] (фиг.1), включающая монокристаллическую полуизолирующую подложку GaAs (1), на которой сформирован метаморфный буфер (2) InxAl1-xAs с линейным увеличением содержания InAs х по толщине (х=x1→x4, где х1=0, а x4=0.60), инверсный слой InxAl1-xAs (3) со скачкообразным уменьшением содержания InAs х по толщине (х=х4→x4', где х4=0.60, x4'=0.50), залечивающий слой с однородным составом Inx4'Al1-x4'As (4) и активную область InAlAs/InGaAs с высоким содержанием InAs (50%) (5), согласованную по параметру решетки с залечивающим слоем.Closest to the proposed structure and adopted as a prototype of the present invention is the structure described in [3] (Fig. 1), including a single-crystal semi-insulating GaAs substrate (1), on which a metamorphic buffer (2) In x Al 1-x As is formed with a linear increase in the InAs x content over the thickness (x = x 1 → x 4 , where x 1 = 0 and x 4 = 0.60), an Inverse Al x Al 1-x As layer (3) with an abrupt decrease in the InAs x content over the thickness (x = x 4 → x 4 ', where x 4 = 0.60, x 4 ' = 0.50), the healing layer with a homogeneous composition In x4 ' Al 1-x4' As (4) and the active region InAlAs / InGaAs with a high content m InAs (50%) (5), matched by the lattice parameter with the 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 изобретенияDisclosure of invention

Задачей настоящего изобретения 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 дислокаций, проникших в активную область наногетероструктуры.The objective of the present invention 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 the nanoheterostructure.

Согласно изобретению этот 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 х по толщине (х=x1→x4, где х1~0, x4≥0.75), инверсный слой InxAl1-xAs (4) с плавным либо скачкообразным уменьшением содержания InAs х по толщине (х=x4→x4', где х4'-x4=0.05÷0.1, х4'≥0.7), 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 напряженные сверхрешетки In(x2+Δx)Al1-(х2+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 х по толщине увеличивается соответственно от х1 до x2, от x2 до x3 и от x3 до x4, где 0.4<x2<0.6, а 0.6<x3<0.75.According to the invention, this 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 (2), and an In x Al 1-x metamorphic buffer As (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), the inverse layer In x Al 1-x As (4) with a smooth or spasmodic decrease thickness of InAs x (x = x 4 → x 4 ', where x 4 ' -x 4 = 0.05 ÷ 0.1, x 4 ' ≥0.7), a healing layer with a homogeneous composition In x4' Al 1-x4 ' As (5 ), the active region of InAlAs / InGaA s (6) with a high InAs content (more than 70%), matched by the lattice parameter with the healing layer, two mechanically stressed superlattices In (x2 + Δx) Al 1- (x2 + Δx) As / In are introduced into the metamorphic buffer (3) (x2-Δx) Ga 1- (x2-Δx) As and In (x3 + Δx) Al 1- (x3 + Δx) As / In (x3-Δx) Ga 1- (x3-Δx) As, symmetrically mismatched on Δх = 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 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 настоящего изобретения. 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 present invention. The following successive layers and their composition are indicated.

На фиг.2 представлена схема полупроводниковой метаморфной наногетероструктуры в поперечном разрезе (вид сбоку), демонстрирующая суть настоящего изобретения.Figure 2 presents a diagram of a semiconductor metamorphic nanoheterostructure in cross section (side view), demonstrating the essence of the present invention.

На фиг.3 представлена схема полупроводниковой метаморфной наногетероструктуры в поперечном разрезе (вид сбоку), выращенной согласно настоящему изобретению.Figure 3 presents a diagram of a semiconductor metamorphic nanoheterostructure in cross section (side view) grown according to the present invention.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Устройство согласно настоящему изобретению работает следующим образом. The device according to the present invention 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 х по толщине (х=х1→x4, где х1~0, а x4≥0.75). Линейное изменение х от 0 до 0.75 изменяет параметр решетки и согласует его с параметром решетки активной области. Внутрь ММБ (3) вводятся две механически напряженные сверхрешетки In(x2+Δx)Al1-(х2+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 Δx=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 х, где х=х1→x2 (7), х=х2→x3 (9), x=x1→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 дислокаций, 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 1 → 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 by Δx = 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 1 → 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 dislocations growing into the active region, and also prevent 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 х 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 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 дислокаций.The introduction into the metamorphic buffer of symmetrically mismatched superlattices allows us to achieve a technical result - to reduce the density of germinating dislocations.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна». В частности, авторам неизвестно использование введения напряженных сверхрешеток внутрь ММБ для подавления дислокаций и фазового расслоения.The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "novelty." In particular, the authors are not aware of the use of introducing stressed superlattices inside the IMB to suppress dislocations and phase separation.

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 настоящему изобретению нами был получен следующий образец полупроводниковой метаморфной наногетероструктуры InAlAs/InGaAs (фиг.3).According to the present invention, we obtained the following sample of a semiconductor metamorphic nanoheterostructure InAlAs / InGaAs (Fig. 3).

Монокристаллическая полуизолирующая подложка (1) выполнена из GaAs с кристаллографической ориентацией (10 0). 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 х 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. 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. За метаморфным буфером (3) расположен инверсный слой (4) InxAl1-xAs, значение х 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.The single-crystal semi-insulating substrate (1) is made of GaAs with a crystallographic orientation (10 0). 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. 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. 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 is completed by 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/(B·c) при комнатной температуре и 41000 см2/(В·с) при Т=77 K; относительная погрешность составляет 10%. Эти значения выше, чем наилучшие из продемонстрированных в статье [3]: 9570 см2/(B·c) и 35000 см2/(B·c) 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 / (B · c) and 35000 cm 2 / (B · c), respectively.

Источники информацииInformation sources

1. Iain Thayne, Khaled Elgaid, David Moran, Xin Cao, Euan Boyd, Helen McLelland, Martin Holland, Stephen Thorns, Colin Stanley. "50 nm metamorphic GaAs and InP HEMTs". Thin Solid Films 515, 4373-4377 (2007).1. Iain Thayne, Khaled Elgaid, David Moran, Xin Cao, Euan Boyd, Helen McLelland, Martin Holland, Stephen Thorns, Colin Stanley. "50 nm metamorphic GaAs and InP HEMTs." Thin Solid Films 515, 4373-4377 (2007).

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).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).

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.1021-1027.3. S. Bollaert, Y. Cordier, M. Zaknoune, H. Happy, V. Hoel, S. Lepilliet, D. Teron, A. Happy. "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.

Claims (1)

Полупроводниковая метаморфная наногетероструктура InAlAs/InGaAs, включающая монокристаллическую полуизолирующую подложку GaAs, метаморфный буфер InxAl1-xAs с линейным увеличением содержания InAs х по толщине (x=x1→x4, где x1~0), инверсный слой InxAl1-xAs с уменьшением содержания InAs х по толщине (х=х4→х4', где х4'-х4=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 х 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 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 х по толщине увеличивается соответственно от x1 до х2, от х2 до х3 и от х3 до х4, где 0,4<х2<0,6, а 0,6<х3<0,75, а содержание InAs х в активной области более 70% (х4'≥0,7, х4≥0,75). InAlAs / InGaAs semiconductor metamorphic nanoheterostructure including a single-crystal semi-insulating GaAs substrate, In x Al 1-x As metamorphic buffer with 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 a decrease in the InAs x content in thickness (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 substrate G aAs, an Al 0.4 Ga 0.6 As / GaAs superlattice is formed below the metamorphic 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) Al 1- (x2 superlattices are introduced into the metamorphic buffer + Δx) As / In (x2-Δx) Ga 1- (x2-Δx) 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 at these points, which divide the metamorphic buffer into three parts, in each of which the InAs x content increases in thickness, 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 content of InAs x in active region more than 70% (x 4 ' ≥0.7, x 4 ≥0.75).
RU2011125641/28A 2011-06-23 2011-06-23 SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOHETEROSTRUCTURE InAlAs/InGaAs RU2474923C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125641/28A RU2474923C1 (en) 2011-06-23 2011-06-23 SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOHETEROSTRUCTURE InAlAs/InGaAs

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125641/28A RU2474923C1 (en) 2011-06-23 2011-06-23 SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOHETEROSTRUCTURE InAlAs/InGaAs

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011125641A RU2011125641A (en) 2012-12-27
RU2474923C1 true RU2474923C1 (en) 2013-02-10

Family

ID=49120585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011125641/28A RU2474923C1 (en) 2011-06-23 2011-06-23 SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOHETEROSTRUCTURE InAlAs/InGaAs

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2474923C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534447C1 (en) * 2013-07-09 2014-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Pseudomorphic heterointerface modulation-doped field-effect transistor
RU2534437C1 (en) * 2013-07-04 2014-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Heterostructure modulated-doped field-effect transistor
RU2539754C1 (en) * 2013-10-02 2015-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Modulation-doped field-effect transistor
RU2581744C1 (en) * 2014-11-21 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) Method for determining lattice parameter in selected small region of epitaxial layer with chemical composition gradient
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
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

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110911502B (en) * 2019-12-09 2022-02-01 扬州乾照光电有限公司 Solar cell and manufacturing method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999014809A1 (en) * 1997-09-17 1999-03-25 Picogiga, Societe Anonyme Iii-v semiconductor component with heterojunction
GB2358959A (en) * 1999-10-07 2001-08-08 Win Semiconductors Corp Metamorphic heterojunction bipolar transistor for low cost fabrication on large size gallium arsenide wafers
TW494577B (en) * 2000-08-28 2002-07-11 Win Semiconductors Corp Novel metamorphic hetero-junction bipolar transistor
US6697412B2 (en) * 2001-04-13 2004-02-24 Triquint Semiconductor, Inc. Long wavelength laser diodes on metamorphic buffer modified gallium arsenide wafers
RU2396655C1 (en) * 2009-05-06 2010-08-10 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Tunnel-coupled semi-conducting heterostructure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999014809A1 (en) * 1997-09-17 1999-03-25 Picogiga, Societe Anonyme Iii-v semiconductor component with heterojunction
GB2358959A (en) * 1999-10-07 2001-08-08 Win Semiconductors Corp Metamorphic heterojunction bipolar transistor for low cost fabrication on large size gallium arsenide wafers
TW494577B (en) * 2000-08-28 2002-07-11 Win Semiconductors Corp Novel metamorphic hetero-junction bipolar transistor
US6697412B2 (en) * 2001-04-13 2004-02-24 Triquint Semiconductor, Inc. Long wavelength laser diodes on metamorphic buffer modified gallium arsenide wafers
RU2396655C1 (en) * 2009-05-06 2010-08-10 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Tunnel-coupled semi-conducting heterostructure

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534437C1 (en) * 2013-07-04 2014-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Heterostructure modulated-doped field-effect transistor
RU2534447C1 (en) * 2013-07-09 2014-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Pseudomorphic heterointerface modulation-doped field-effect transistor
RU2539754C1 (en) * 2013-10-02 2015-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Modulation-doped field-effect transistor
RU2581744C1 (en) * 2014-11-21 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) Method for determining lattice parameter in selected small region of epitaxial layer with chemical composition gradient
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
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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011125641A (en) 2012-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2474923C1 (en) SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOHETEROSTRUCTURE InAlAs/InGaAs
KR101641071B1 (en) Superlattice crenelated gate field effect transistor
EP1821344B1 (en) Method of forming heterojunction tranistors including energy barriers
US7544963B2 (en) Binary group III-nitride based high electron mobility transistors
KR102174546B1 (en) Semiconductor devices and methods of designing semiconductor devices
EP0312237A2 (en) Interface charge enhancement in delta-doped heterostructure
US7566898B2 (en) Buffer architecture formed on a semiconductor wafer
US20030102482A1 (en) Strain balanced nitride heterojunction transistors and methods of fabricating strain balanced nitride heterojunction transistors
EP3549173B1 (en) High electron mobility transistor and method for manufacturing high electron mobility transistor
WO2005083793A1 (en) Nitride heterojunction transistors having charge-transfer induced energy barriers and methods of fabricating the same
EP2082431A1 (en) Boron aluminum nitride diamond heterostructure
WO2016204965A1 (en) Doped barrier layers in epitaxial group iii nitrides
US6489639B1 (en) High electron mobility transistor
KR20120004409A (en) Semiconductor substrate, method for manufacturing semiconductor substrate, method for evaluating semiconductor substrate, and electronic device
GB2248966A (en) Field effect semiconductor devices
US6919589B2 (en) HEMT with a graded InGaAlP layer separating ohmic and Schottky contacts
CN110875182B (en) Method for increasing spin orbit coupling and spin transistor
CN111863962A (en) Novel AlGaN-based multi-channel field effect transistor
RU2474924C1 (en) Semiconductor nanoheterostructure inalas/ingaas with metac metamorphic buffer
RU111352U1 (en) SEMICONDUCTOR METAMORPHIC NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs
RU2563544C1 (en) Semiconductor heterostructure
JP2010177416A (en) Nitride semiconductor device
RU111353U1 (en) SEMICONDUCTOR NANOGETEROSTRUCTURE InAlAs / InGaAs WITH METAMORPHOR BUFFER
Cordier et al. Charge control and electron transport properties in In/sub y/Al/sub 1-y/As/In/sub x/Ga/sub 1-x/As metamorphic HEMTs: effect of indium content
KR102080744B1 (en) Nitride semiconductor and method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190624