[发明专利]单片集成GaAs基PHEMT和PIN二极管材料结构

说明书

技术领域

本发明涉及化合物半导体材料及器件技术领域，尤其涉及一种单片集成砷化镓(GaAs)基赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)和PIN二极管材料结构。

背景技术

赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)具有高频、高速、高功率增益和低噪声系数的特点，因而在毫米波频段有着广泛的应用，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。

PIN二极管是一种特殊的电荷存储二极管。正向偏压下，导通阻抗很小，近似短路；反向偏压下，阻抗很高，近似开路，而且具有随偏压可连续改变阻抗的特性。

在PHEMT电路中，电位转换可以由二极管完成。但是，如果采用肖特基势垒二极管实现PHEMT电路的电位转换，则在高电流密度下，肖特基势垒二极管将产生较大的导通阻抗，不利于PHEMT电路电位转换的实现。如果采用PIN二极管实现PHEMT电路的电位转换，则在高电流密度下，由于PIN二极管的正向导通阻抗较小，就可以解决这个问题。

所以，如果能够将GaAs基PHEMT和PIN二极管集成在同一块衬底上，形成单片集成GaAs基PHEMT和PIN二极管材料结构，则将是一个非常值得研究的技术课题。

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单片集成GaAs基PHEMT和PIN二极管材料结构，以将GaAs基PHEMT和PIN二极管集成在同一块衬底上，实现单片集成GaAs基PHEMT和PIN二极管。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种单片集成GaAs基PHEMT和PIN二极管材料结构，该结构由GaAs基PHEMT和PIN二极管两部分组成，所述GaAs基PHEMT和所述PIN二极管被N型高掺杂腐蚀截止层AlAs隔开；所述GaAs基PHEMT由在GaAs衬底上依次分子束外延生长的缓冲层GaAs、十个周期的Al_0.22Ga_0.78As/GaAs超晶格层、沟道下势垒层Al_0.22Ga_0.78As、沟道层In_0.2Ga_0.8As、空间隔离层Al_0.22Ga_0.78As、平面掺杂层、势垒层Al_0.22Ga_0.78As、N型高掺杂盖帽层GaAs构成；所述N型高掺杂腐蚀截止层AlAs在所述N型高掺杂盖帽层GaAs上分子束外延生长而成；所述PIN二极管由在N型高掺杂腐蚀截止层AlAs上依次分子束外延生长的N型高掺杂层GaAs、不掺杂层GaAs、P型掺杂层GaAs构成。

上述方案中，所述缓冲层GaAs用于为后续外延层的生长提供平整的界面；该缓冲层GaAs的厚度为200纳米。

上述方案中，所述十个周期的Al_0.22Ga_0.78As/GaAs超晶格层用于减小缓冲层漏电流，其中，Al_0.22Ga_0.78As的厚度为10纳米，GaAs的厚度为1.5纳米。

上述方案中，所述沟道下势垒层Al_0.22Ga_0.78As用于为沟道生长提供一个平整的界面，同时也利用Al_0.22Ga_0.78As/In_0.2Ga_0.8As异质结把2DEG束缚在沟道内；所述沟道下势垒层Al_0.22Ga_0.78As的厚度为50纳米。

上述方案中，所述空间隔离层Al_0.22Ga_0.78As用于将施主杂质电离中心和2DEG空间隔离，减小电离散射作用，保证沟道内2DEG的高电子迁移率；所述空间隔离层Al_0.22Ga_0.78As的厚度为4纳米。

上述方案中，所述平面掺杂层中掺杂的是Si，掺杂剂量为3.0×10¹²cm^-2。

上述方案中，所述N型高掺杂盖帽层GaAs中掺杂的是Si，掺杂Si浓度为5×10¹⁸cm^-3，N⁺-GaAs与栅金属接触为器件制备提供良好的欧姆接触；该N型高掺杂盖帽层GaAs的厚度为50纳米。