專利名稱：：高速砷化鎵基復(fù)合溝道應(yīng)變高電子遷移率晶體管材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種高速砷化鎵基復(fù)合溝道應(yīng)變高電子遷移率晶體管材料。
背景技術(shù)：
：高電子遷移率晶體管(HEMT)具有高頻、高速、高功率增益和低噪聲系數(shù)的特點(diǎn)，因而大量應(yīng)用于軍事、太空和民用通訊領(lǐng)域。如毫米波雷達(dá)、電子戰(zhàn)、智能裝備、衛(wèi)星通訊和輻射天文學(xué)等。GaAs基HEMT主要應(yīng)用于Ka波段以下，而InP基HEMT在更高的W波段仍具有高增益和低噪聲性能，但是InP基HEMT的不足之處在于一是源漏擊穿電壓低，輸出功率小，制約了其在微波功率放大器電路上的應(yīng)用；二是InP襯底易碎，晶片尺寸小，價(jià)格高昂，加工成本高。GaAs基應(yīng)變高電子遷移率晶體管(MHEMT)結(jié)構(gòu)，即在GaAs襯底上外延InP基HEMT的外延結(jié)構(gòu)。這樣，既可以利用GaAs襯底成熟的制備工藝，降低了制備成本；同時(shí)也可以獲得與InP基HEMT相近的高頻、高速性能。如圖1所示，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)MHEMT材料的示意圖。常規(guī)MHEMT材料包括GaAs襯底、應(yīng)變緩沖層InxAl^As(x從0漸變至0.52)、In0.52Al。.48As、Ino.53Gao.47As溝道層、Ino.52Alo.48As空間隔離層、delta摻雜層、Ino.52Al。.48As勢(shì)壘層以及^^-111。.530^().4^5蓋帽層。但是由于釆用常規(guī)的InP基HEMT外延結(jié)構(gòu)，器件的源漏擊穿電壓偏低。在目前的文獻(xiàn)報(bào)道中，MHEMT典型的源漏擊穿電壓為5至7伏特，這種低擊穿電壓導(dǎo)致MHEMT輸出功率小，制約了其用于功率放大電路。為改善MHEMT器件的功率性能，進(jìn)一步提高源漏擊穿電壓成為需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，結(jié)合了Ina53Ga。.47As的低場(chǎng)高電子遷移率和高場(chǎng)下InP有高閾值能量以及高飽和速率的特性，以解決常規(guī)MHEMT器件源漏擊穿電壓低的缺點(diǎn)，達(dá)到既提高源漏擊穿電壓，又保證具有優(yōu)越的毫米波頻率器件特性的目的。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種高速砷化鎵基復(fù)合溝道應(yīng)變高電子遷移率晶體管材料，該應(yīng)變高電子遷移率晶體管MHEMT材料由在GaAs襯底上依次外延生長(zhǎng)的晶格應(yīng)變層In美xAs、溝道下勢(shì)壘層In0.52Al0.48As、溝道層InP、溝道層In0.53Ga().47As、空間隔離層In。.52Al。.48As、平面摻雜層、勢(shì)壘層InQ.52AlQ,As和高摻雜蓋帽層InQ.53Gaa47As構(gòu)成。所述晶格應(yīng)變層In、A"As采用低溫外延生長(zhǎng)方法在GaAs襯底上生長(zhǎng)，厚度為10000至20000A，In組分x從0漸變至0.52，用于吸收GaAs襯底與后續(xù)外延層之間因?yàn)榫Ц袷洚a(chǎn)生的應(yīng)力，避免產(chǎn)生晶格馳豫。所述溝道下勢(shì)壘層In。.52Al。.48AS采用分子束外延技術(shù)低溫組分漸變方法在晶格應(yīng)變層InxAl^As上生長(zhǎng)，厚度為500至2000A，用于為溝道生長(zhǎng)提供一個(gè)平整的界面，并利用InP/Ino.52Al。.48As異質(zhì)結(jié)把二維電子氣2DEG束縛在溝道內(nèi)。所述溝道層InP采用分子束外延方法在溝道下勢(shì)壘層InQ52AlQ.48AS上生長(zhǎng)，厚度為100至200A，用于提高漏源擊穿電壓;其中摻雜InP層厚度為50至120A，體摻雜Si劑量為2X10"ciTr3，不摻雜lnP層厚度為50至80A。所述溝道層In。.53Gao.47As采用分子束外延方法在溝道層MP上生長(zhǎng)，厚度為30至60A，用于低場(chǎng)下為二維電子氣提供導(dǎo)電溝道。所述溝道層InP和溝道層In。.53GaQ.47As構(gòu)成MHEMT的復(fù)合溝道。所述空間隔離層InQ.52Ala48As采用分子束外延方法在溝道層Ina53Gaa47As上生長(zhǎng)，厚度為30至60A，用于將施主雜質(zhì)電離中心和2DEG空間隔離，減小電離散射作用，保證溝道內(nèi)2DEG的高電子遷移率。所述平面摻雜層采用分子束外延方法在空間隔離層In。.52Alo.48As上生長(zhǎng)，厚度為5至10A，用于提供自由電子；摻雜Si的劑量為2.5xl012cm—2至5xlO'W2。所述勢(shì)壘層In。.52Al,As采用分子束外延方法在平面慘雜層上生長(zhǎng)，厚度為150至200A，用于和柵金屬形成肖特基接觸，使平面摻雜層產(chǎn)生的自由電子向溝道內(nèi)轉(zhuǎn)移。所述高慘雜蓋帽層In。.53Ga。.47AS釆用分子束外延方法在勢(shì)壘層Ino.52Al。.4sAs上生長(zhǎng)，厚度為100至200A，用于為器件制備提供良好的歐姆接觸；體摻雜Si的劑量為5xlOn^至2xlO"cm—3。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、利用本發(fā)明，由于采用了InP和InGaAs復(fù)合溝道結(jié)構(gòu)，所以解決了常規(guī)MHEMT器件源漏擊穿電壓低的缺點(diǎn)，達(dá)到了既提高源漏擊穿電壓，也保證具有優(yōu)越的毫米波頻率器件特性的目的。2、本發(fā)明提供的這種高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，MHEMT的溝道由In0.53Ga0.47As禾卩In:P構(gòu)成，In0.53Ga0.47As與InP的導(dǎo)帶差A(yù)EC(In0.53Gaa47As—InP)為0.2eV。低場(chǎng)下，2DEG主要集中在Ina53Gaa47As溝道內(nèi)；在高場(chǎng)下，2DEG主要集中InP溝道內(nèi)。該復(fù)合溝道結(jié)構(gòu)結(jié)合了InQ.53GaQ.47As的低場(chǎng)高電子遷移率和高場(chǎng)下InP有高閾值能量和高飽和速率的特性，既提高了源漏擊穿電壓，也保證了優(yōu)越的毫米波頻率特性。利用InQ.53GaQ.47AS低場(chǎng)高電子遷移率和高場(chǎng)下InP有高閾值能量和高飽和速率的特性，既提高了源漏擊穿電壓，也保證了優(yōu)越的毫米波頻率特性。3、本發(fā)明提供的這種高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，考慮到外延生長(zhǎng)和器件性能兩方面的實(shí)際要求。在滿足外延生長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)的前提下，提出了復(fù)合溝道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于提高M(jìn)HEMT器件的源漏擊穿電壓，改善MHEMT器件的功率性能。4、本發(fā)明提供的這種高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，高摻雜蓋帽層Ina53GaQ.47AS與柵金屬接觸為器件制備提供了良好的歐姆接觸。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)MHEMT材料的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料的示意圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料的示意圖，該MHEMT材料由在GaAs襯底上依次外延生長(zhǎng)的晶格應(yīng)變層InxM.xAs、溝道下勢(shì)壘層In。.52Al。.48As、溝道層摻雜InP、溝道層不掾雜InP、溝道層In。.53Ga。.47As、空間隔離層Ina52Ala48As、平面摻雜層、勢(shì)壘層InQ.52Al。.48As和高摻雜蓋帽層InQ.53Ga。.47As構(gòu)成。其中，晶格應(yīng)變層InxAl,.xAS采用低溫外延生長(zhǎng)方法在GaAs襯底上生長(zhǎng)，生長(zhǎng)時(shí)保持低溫，生長(zhǎng)厚度為10000至20000A，優(yōu)選厚度為15000A。In組分x從0漸變至0.52，用于吸收GaAs襯底與后續(xù)外延層之間因?yàn)榫Ц袷洚a(chǎn)生的應(yīng)力，避免產(chǎn)生晶格馳豫。溝道下勢(shì)壘層Ina52Al,As采用分子束外延方法在晶格應(yīng)變層InxAl，-xAs上生長(zhǎng)，厚度為500至2000A，優(yōu)選厚度為IOOOA。用于為溝道生長(zhǎng)提供一個(gè)平整的界面，并利用InP/In。.52Al。.48AS異質(zhì)結(jié)把二維電子氣(2DEG)束縛在溝道內(nèi)。溝道層InP采用分子束外延方法在溝道下勢(shì)壘層Ina52Ala48AS上生長(zhǎng)，厚度為100至200A，(其中摻雜InP層50至120A,體摻雜Si劑量為2X1018cm—3，不摻雜InP層50至80A。)摻雜和不摻雜InP層的優(yōu)選厚度分別為IOOA和60A。InP的電離閾值能量是1.69eV，比In0.53Ga0.47As的電離閾值能量(0.92eV)高，在高場(chǎng)下有高飽和速率，耐電壓擊穿能力更強(qiáng)，用于提高漏源擊穿電壓。溝道層In。.53Ga。.47As采用分子束外延方法在溝道層InP上生長(zhǎng)，厚度為30至60A，優(yōu)選厚度為30A。在低場(chǎng)下有較高的電子遷移率，用于為二維電子氣提供導(dǎo)電溝道。溝道層InP和溝道層In。.53Ga。.47As構(gòu)成MHEMT的溝道。In。.53Ga。.47As與InP的導(dǎo)帶差A(yù)Ec(InQ.53Gao.47As—InP)為0.2eV，低場(chǎng)下，2DEG主要集中在In。.53Gao.47八s溝道內(nèi)，在高場(chǎng)下，2DEG主要集中InP溝道內(nèi)。該復(fù)合溝道結(jié)構(gòu)結(jié)合了In。.53Ga。.47AS的低場(chǎng)高電子遷移率和高場(chǎng)下InP有高閾值能量和高飽和速率的特性，既提高了源漏擊穿電壓，也保證了優(yōu)越的毫米波頻率特性。利用Ina53GaQ.47AS低場(chǎng)高電子遷移率和高場(chǎng)下InP有高閾值能量和高飽和速率的特性，既提高了源漏擊穿電壓，也保證了優(yōu)越的毫米波頻率特性。Ina53Ga。.47As和InP的具體參數(shù)如表1所示InP的電離閾值能量1.69eVIna53Ga。.47As的電離閾值能量0.92eV導(dǎo)帶差值A(chǔ)Ec(In0.53Ga0.47As—InP)0.2eV表1空間隔離層InQ.52Al,As采用分子束外延方法在溝道層InQ.53GaQ.47As上生長(zhǎng)，厚度為30至60A，優(yōu)選厚度為40A。用于將施主雜質(zhì)電離中心和2DEG空間隔離，減小電離散射作用，保證溝道內(nèi)2DEG的高電子遷移率。平面摻雜層采用分子束外延方法在空間隔離層Ina52Al,As上生長(zhǎng)，厚度為5至IOA，用于提供自由電子；摻雜Si的劑量為2.5xl0、m，至5xl012Cm—2，優(yōu)選劑量為3xl0m—2。此處，平面摻雜層的含義是指在一個(gè)平面上摻雜，所以其厚度可以忽略不計(jì)；平面摻雜和體摻雜相對(duì)，體摻雜是指在立體內(nèi)慘雜，一般厚度較厚，此處選取平面摻雜。勢(shì)壘層Ino.52Alo.48As采用分子束外延方法在平面摻雜層上生長(zhǎng)，厚度為150至200A，優(yōu)選厚度為150A。用于和柵金屬形成肖特基接觸，使平面摻雜層產(chǎn)生的自由電子向溝道內(nèi)轉(zhuǎn)移。高摻雜蓋帽層InQ.53GaQ.47AS采用分子束外延方法在勢(shì)壘層In0.52Al0.48As上生長(zhǎng)，厚度為100至200A，優(yōu)選厚度為IOOA。體摻雜Si的劑量為5^1018(:111-3至2><1019^1-3，優(yōu)選劑量為lxl019cnf3。高摻雜蓋帽層In0.53GaG.47As—般為N+Jno^Ga^As,N+-InQ.53GaQ.47As與柵金屬接觸為器件制備提供良好的歐姆接觸。本發(fā)明提供的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料的具體參數(shù)如表2所示<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種高速砷化鎵基復(fù)合溝道應(yīng)變高電子遷移率晶體管材料，其特征在于，該應(yīng)變高電子遷移率晶體管MHEMT材料由在GaAs襯底上依次外延生長(zhǎng)的晶格應(yīng)變層InxAl1-xAs、溝道下勢(shì)壘層In0.52Al0.48As、溝道層InP、溝道層In0.53Ga0.47As、空間隔離層In0.52Al0.48As、平面摻雜層、勢(shì)壘層In0.52Al0.48As和高摻雜蓋帽層In0.53Ga0.47As構(gòu)成。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，其特征在于，所述晶格應(yīng)變層InxAl^AS采用低溫外延生長(zhǎng)方法在GaAs襯底上生長(zhǎng)，厚度為10000至20000A，In組分x從0漸變至0.52，用于吸收GaAs襯底與后續(xù)外延層之間因?yàn)榫Ц袷洚a(chǎn)生的應(yīng)力，避免產(chǎn)生晶格馳豫。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，其特征在于，所述溝道下勢(shì)壘層InQ.52Al,AS采用分子束外延技術(shù)低溫組分漸變方法在晶格應(yīng)變層InxAl,.、As上生長(zhǎng)，厚度為500至2000A,用于為溝道生長(zhǎng)提供一個(gè)平整的界面，并利用InP/InQ.52AlQ.48As異質(zhì)結(jié)把二維電子氣2DEG束縛在溝道內(nèi)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，其特征在于，所述溝道層InP采用分子束外延方法在溝道下勢(shì)壘層Ino.52Alo.48As上生長(zhǎng)，厚度為100至200A，用于提高漏源擊穿電壓其中摻雜InP層厚度為50至120A，體摻雜Si劑量為2X1018cm—3，不摻雜InP層厚度為50至80A。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，其特征在于，所述溝道層Ina53GaQ.47As采用分子束外延方法在溝道層InP上生長(zhǎng)，厚度為30至60A，用于低場(chǎng)下為二維電子氣提供導(dǎo)電溝道。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，其特征在于，所述溝道層InP和溝道層InQ.53Ga().47AS構(gòu)成MHEMT的復(fù)合溝道。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，其特征在于，所述空間隔離層In。.52AlQ.48AS采用分子束外延方法在溝道層In0.53Gao.47As上生長(zhǎng)，厚度為30至60A，用于將施主雜質(zhì)電離中心和2DEG空間隔離，減小電離散射作用，保證溝道內(nèi)2DEG的高電子遷移率。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，其特征在于，所述平面摻雜層采用分子束外延方法在空間隔離層Inc^Al,As上生長(zhǎng)，厚度為5至IOA，用于提供自由電子；摻雜Si的劑量為2.5x10l2cm—2至5xl012cm-2。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，其特征在于，所述勢(shì)壘層InQ.52AlQ.48AS采用分子束外延方法在平面摻雜層上生長(zhǎng)，厚度為150至200A，用于和柵金屬形成肖特基接觸，使平面摻雜層產(chǎn)生的自由電子向溝道內(nèi)轉(zhuǎn)移。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，其特征在于，所述高摻雜蓋帽層InQ.53Ga。.47AS采用分子束外延方法在勢(shì)壘層Ino.52Al。.48As上生長(zhǎng)，厚度為100至200A，用于為器件制備提供良好的歐姆接觸；體摻雜Si的劑量為5xl018cm-3至2xl019Cm-3。全文摘要本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，公開(kāi)了一種高速砷化鎵基復(fù)合溝道MHEMT材料，該MHEMT材料由在GaAs襯底上依次外延生長(zhǎng)的晶格應(yīng)變層In<sub>x</sub>Al<sub>1-x</sub>As、溝道下勢(shì)壘層In<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>As、溝道層摻雜InP、溝道層不摻雜InP、溝道層In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As、空間隔離層In<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>As、平面摻雜層、勢(shì)壘層In<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>As和高摻雜蓋帽層In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As構(gòu)成。利用本發(fā)明，結(jié)合了In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As的低場(chǎng)高電子遷移率和高場(chǎng)下InP有高閾值能量以及高飽和速率的特性，解決了常規(guī)MHEMT器件源漏擊穿電壓低的缺點(diǎn)，達(dá)到了既提高源漏擊穿電壓，又保證器件具有優(yōu)越的毫米波頻率特性的目的。文檔編號(hào)H01L29/778GK101221984SQ20071006337公開(kāi)日2008年7月16日申請(qǐng)日期2007年1月10日優(yōu)先權(quán)日2007年1月10日發(fā)明者葉甜春,尹軍艦,張海英,徐靜波申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所