[发明专利]高速砷化镓基复合沟道应变高电子迁移率晶体管材料

说明书

技术领域

本发明涉及化合物半导体材料技术领域，尤其涉及一种高速砷化镓基复合沟道应变高电子迁移率晶体管材料。

背景技术

高电子迁移率晶体管(HEMT)具有高频、高速、高功率增益和低噪声系数的特点，因而大量应用于军事、太空和民用通讯领域。如毫米波雷达、电子战、智能装备、卫星通讯和辐射天文学等。

GaAs基HEMT主要应用于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声性能，但是InP基HEMT的不足之处在于：一是源漏击穿电压低，输出功率小，制约了其在微波功率放大器电路上的应用；二是InP衬底易碎，晶片尺寸小，价格高昂，加工成本高。

GaAs基应变高电子迁移率晶体管(MHEMT)结构，即在GaAs衬底上外延InP基HEMT的外延结构。这样，既可以利用GaAs衬底成熟的制备工艺，降低了制备成本；同时也可以获得与InP基HEMT相近的高频、高速性能。

如图1所示，图1为现有技术中常规MHEMT材料的示意图。常规MHEMT材料包括GaAs衬底、应变缓冲层In_xAl_1-xAs(x从0渐变至0.52)、In_0.52Al_0.48As、In_0.53Ga_0.47As沟道层、In_0.52Al_0.48As空间隔离层、delta掺杂层、In_0.52Al_0.48As势垒层以及N⁺In_0.53Ga_0.47As盖帽层。

但是由于采用常规的InP基HEMT外延结构，器件的源漏击穿电压偏低。在目前的文献报道中，MHEMT典型的源漏击穿电压为5至7伏特，这种低击穿电压导致MHEMT输出功率小，制约了其用于功率放大电路。为改善MHEMT器件的功率性能，进一步提高源漏击穿电压成为需要解决的关键技术。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高速砷化镓基复合沟道MHEMT材料，结合了In_0.53Ga_0.47As的低场高电子迁移率和高场下InP有高阈值能量以及高饱和速率的特性，以解决常规MHEMT器件源漏击穿电压低的缺点，达到既提高源漏击穿电压，又保证具有优越的毫米波频率器件特性的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高速砷化镓基复合沟道应变高电子迁移率晶体管材料，该应变高电子迁移率晶体管MHEMT材料由在GaAs衬底上依次外延生长的晶格应变层In_xAl_1-xAs、沟道下势垒层In_0.52Al_0.48As、沟道层InP、沟道层In_0.53Ga_0.47As、空间隔离层In_0.52Al_0.48As、平面掺杂层、势垒层In_0.52Al_0.48As和高掺杂盖帽层In_0.53Ga_0.47As构成。

所述晶格应变层In_xAl_1-xAs采用低温外延生长方法在GaAs衬底上生长，厚度为10000至In组分x从0渐变至0.52，用于吸收GaAs衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫。

所述沟道下势垒层In_0.52Al_0.48As采用分子束外延技术低温组分渐变方法在晶格应变层In_xAl_1-xAs上生长，厚度为500至用于为沟道生长提供一个平整的界面，并利用InP/In_0.52Al_0.48As异质结把二维电子气2DEG束缚在沟道内。

所述沟道层InP采用分子束外延方法在沟道下势垒层In_0.52Al_0.48As上生长，厚度为100至用于提高漏源击穿电压；其中掺杂InP层厚度为50至体掺杂Si剂量为2×10¹⁸cm^-3，不掺杂InP层厚度为50至