CN204303817U - 一种超高迁移率的GaAs基PHEMT外延材料结构 - Google Patents

一种超高迁移率的GaAs基PHEMT外延材料结构 Download PDF

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杜全钢
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李维刚
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Abstract

一种超高迁移率的GaAs基PHEMT外延材料结构，该结构由在GaAs衬底上依次生长的GaAs缓冲层、沟道下势垒层AlGaAs、下平面掺杂层、下空间隔离层AlGaAs、沟道层InGaAs、上空间隔离层AlGaAs、上平面掺杂层、势垒层AlGaAs、腐蚀阻断层AlAs以及高掺杂帽层GaAs组成。利用本实用新型，可以大大提高PHEMT材料沟道电子的室温迁移率，同时改善器件的栅漏电以及提高栅-漏极击穿电压，也能降低对器件开状态电阻的影响。

Description

一种超高迁移率的GaAs基PHEMT外延材料结构
技术领域
本实用新型涉及化合物半导体材料及器件技术领域，尤其涉及一种超高迁移率的砷化镓(GaAs)基PHEMT外延材料结构。
背景技术
砷化镓基赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)是一种化合物半导体材料，具有高频、高功率增益以及低噪声等特点，因而大量应用于无线通讯、光纤通讯、卫星通讯、毫米波雷达以及电子对抗等军事及民用领域。砷化镓PHEMT外延材料生产是整个砷化镓产业链中的重要一环，外延材料的质量直接决定了最后产品的重要性能。常规PHEMT外延材料大都采用In组分在0.25以下的InGaAs沟道，它具有与GaAs基材料失配小、材料生长技术成熟等优点，但沟道电子迁移率受到了局限。而随着无线通讯产品的普及以及功能的多样化，对砷化镓PHEMT外延材料的要求越来越高。PHEMT外延材料的沟道迁移率是其中一个最重要的指标，提高沟道迁移率就可以有效提高砷化镓PHEMT产品的直流和射频性能,它包括跨导、开状态电阻、截止频率、噪声系数、射频增益以及功率转换效率等重要应用参数，意义重大。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种实现超高电子迁移率的GaAs基PHEMT外延材料结构，以达到改善PHEMT器件的跨导、开状态电阻、截止频率、噪声系数、射频增益以及功率转换效率等重要应用参数的目的。同时由于这一独特设计所需的材料生长条件的变化，也有效地改善了PHEMT器件的栅漏电以及栅-漏极击穿电压。
本实用新型提供了一种超高迁移率的砷化镓(GaAs)基PHEMT外延材料结构，该结构包括GaAs缓冲层1、下势垒层AlGaAs2、下平面掺杂层3、下空间隔离层AlGaAs4、沟道层InGaAs5、上空间隔离层AlGaAs6、上平面掺杂层7、上势垒层AlGaAs8、腐蚀阻断层AlAs9、高掺杂帽层GaAs10、GaAs衬底11。
具体而言，在GaAs衬底11上依次生长GaAs缓冲层1、下势垒层AlGaAs2、下平面掺杂层3、下空间隔离层AlGaAs4、沟道层InGaAs5、上空间隔离层AlGaAs6、上平面掺杂层7、上势垒层AlGaAs8、腐蚀阻断层AlAs9、高掺杂帽层GaAs10。
GaAs缓冲层1用于为活性层提供一个平整的晶体界面，同时消除衬底界面态的影响，厚度为至
下势垒层AlGaAs2、上势垒层AlGaAs8与沟道层InGaAs5一起形成一个异质结将二维电子气束缚在沟道内，厚度分别为至和至Al的组分为0.15至0.28。
下平面掺杂层3、上平面掺杂层7分别用以为沟道提供自由电子。掺杂载体为施主元素Si，掺杂浓度分别为1E+12cm-2和3至5E+12cm-2。
下空间隔离层AlGaAs4、上空间隔离层AlGaAs6的作用是将施主杂质与沟道内二维电子气有效隔离，减少杂质散射，提高电子迁移率，厚度均为至Al的组分为0.15至0.28。
沟道层InGaAs5中，In的组分为0.30至0.42，厚度为至腐蚀阻断层AlAs9为器件腐蚀工艺提供控制点，厚度至
高掺杂帽层GaAs10中，掺杂元素为Si，浓度为4E+18至1E+19cm-3,厚度为至它为器件制备提供优异的欧姆接触，从而改善器件开状态电阻，进而改善器件的功率输出。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
相对于常规的PHEMT 0.1-0.25InGaAs沟道层而言，提高In的组分到0.30至0.42，高In组分的InGaAs沟道能有效降低电子有效质量，加强对沟道二维电子的限制，同时减少掺杂电离层对沟道电子的散射，从而大大提高沟道电子的室温迁移率，预计可由传统的6000cm2/v.s到8500cm2/v.s以上，从而为器件跨导、开状态电阻、截止频率、噪声系数、射频增益以及功率转换效率等参数的提高提供了一个优异的解决方案。同时由于这一独特设计所需的材料生长条件的优化，也有效地改善了PHEMT器件的栅漏电以及栅-漏极击穿电压。
相对于常规的厚的AlAs腐蚀阻断层而言，厚至的AlAs腐蚀阻断层除了能为器件腐蚀工艺提供精确控制点，同时也能降低对器件开状态电阻的影响。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中：1、GaAs缓冲层，2、下势垒层AlGaAs，3、下平面掺杂层，4、下空间隔离层AlGaAs，5、沟道层InGaAs，6、上空间隔离层AlGaAs，7、上平面掺杂层，8、上势垒层AlGaAs，9、腐蚀阻断层AlAs，10、高掺杂帽层GaAs，11、GaAs衬底。
具体实施方式
如图1所示，实施例对本实用新型做进一步说明。本实用新型在常规PHEMT外延结构的基础上，提出高In组分的InGaAs沟道层，从而大大提高沟道电子的室温迁移率，同时改善器件的栅漏电以及提高栅-漏极击穿电压。采用的AlAs腐蚀阻断层，除了能为器件腐蚀工艺提供精确控制点，同时也能降低对器件开状态电阻的影响。
具体的外延材料生长过程为
(1)在SI GaAs衬底上生长的GaAs缓冲层。
(2)在GaAs缓冲层上生长的Al0.25Ga0.75As下势垒层。
(3)在AlGaAs下势垒层上做下平面Si掺杂，掺杂浓度为1E+12cm-2。
(4)在下平面Si掺杂上生长的Al0.25Ga0.75As下空间隔离层。
(5)在下空间隔离层上生长是最关键的In0.38Ga0.62As沟道层。
(6)在In0.38Ga0.62As沟道层上生长的Al0.25Ga0.75As上空间隔离层。
(7)在上空间隔离层上做上平面Si掺杂，掺杂浓度为4E+12cm-2。
(8)在上平面Si掺杂上生长的Al0.25Ga0.75As势垒层。
(9)在AlGaAs势垒层上生长AlAs腐蚀阻断层。
(10)在AlAs腐蚀阻断层上生长的重掺杂GaAs帽层，掺杂浓度为9E+18cm-3。

Claims (1)

1.一种超高迁移率的砷化镓基PHEMT外延材料结构，其特征在于：该结构包括GaAs缓冲层(1)、下势垒层AlGaAs(2)、下平面掺杂层(3)、下空间隔离层AlGaAs(4)、沟道层InGaAs(5)、上空间隔离层AlGaAs(6)、上平面掺杂层(7)、上势垒层AlGaAs(8)、腐蚀阻断层AlAs(9)、高掺杂帽层GaAs(10)、GaAs衬底(11)；
具体而言，在GaAs衬底(11)上依次生长GaAs缓冲层(1)、下势垒层AlGaAs(2)、下平面掺杂层(3)、下空间隔离层AlGaAs(4)、沟道层InGaAs(5)、上空间隔离层AlGaAs(6)、上平面掺杂层(7)、上势垒层AlGaAs(8)、腐蚀阻断层AlAs(9)、高掺杂帽层GaAs(10)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116487428A (zh) * 2023-06-25 2023-07-25 合肥芯胜半导体有限公司 一种双层半导体器件的外延结构及制备方法、半导体器件

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