[发明专利]InP衬底上集成增强型和耗尽型HEMT的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料与器件，特别涉及一种在InP衬底上集成增强型和耗尽型HEMT(高电子迁移率晶体管)的制作方法。

背景技术

自从1980年Mimura E等首先研制成功AlGaAs/GaAs异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)以来，由于其卓越的电子输运特性，使得此类器件和电路具有高频、高速和低噪声等特性，并得到了快速的发展和广泛的应用。

就衬底材料而言，InP与GaAs相比，击穿电场、热导率、电子饱和速率均更高，用它制作的HEMT器件的截止频率已经接近600GHz。参见YoshimiYamashita，“Pseudomorphic In_0.52Al_0.48As/In_0.7Ga_0.3As HEMTs With anUltrahigh f_T of 562GHz”，IEEE Electron Dev.Lett，2002年。InP基纳米栅高电子迁移率晶体管(HEMT)被公认为是在40-100Gb/s传输速率的光纤通信用电路及微波，毫米波以及亚毫米波无线通信应用的首选。用InP基HEMT制作的低噪声放大器、压控振荡器等都具有其他器件不可比拟的优越性。

HEMT器件根据其开启电压的不同，分为增强型HEMT和耗尽型HEMT。增强型HEMT定义为开启电压大于0V的HEMT器件，耗尽型HEMT定义为开启电压小于0V的HEMT器件。在现代超大规模集成电路中，耗尽型晶体管和增强型晶体管都是基本的三端控制器件。然而实际制作中，耗尽型HEMT相对来说比较容易实现，目前为止，基于InP基HEMT的实际应用一般都采用耗尽型HEMT，随着近几年HEMT技术的迅速发展，耗尽型HEMT的成品率、高频特性、功率特性等已经可以满足小规模超高速集成电路的需求(已有文献报导可在同一芯片上集成上千个耗尽型HEMT)；而增强型InP基HEMT的制作则要困难的多，虽然近几年增强型HEMT的制作技术得到不断的改进，但距离实际应用于集成电路尚有一定的差距，对InP基HEMT在逻辑电路方面的应用有较大的限制。尤其在一些逻辑电路中，更需要同时制作增强型和耗尽型HEMT(比如DCFL电路)。

由于在现代集成电路中，增强型晶体管和耗尽型晶体管都是关键的三端控制器件，而InP基HEMT的高频高速特性则远强于一般的MOS晶体管，也比GaAs基HEMT的高频高速特性好得多。因而如果能在InP衬底上集成增强型和耗尽型HEMT，就可以进一步制作出各种包括增强型HEMT和耗尽型HEMT的InP基超高速集成电路芯片，使得InP基HEMT在超高速集成电路方面的应用范围取得极大的突破。用InP基HEMT制作的集成电路芯片的工作频率可以超过100GHz，相当于一般电脑芯片工作频率的几十倍到一百倍。

本发明的基本出发点是在InP衬底上实现增强型HEMT制作的基础上，通过适当的改进，使得可以在制作出增强型HEMT的同时也制作出耗尽型HEMT。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在同一InP衬底上集成增强型和耗尽型HEMT的制作方法，这种方法采用较成熟的InP基HEMT制作工艺，依靠在材料结构中生长两层AlAs阻挡层，实现增强型HEMT和耗尽型HEMT在InP衬底上的集成。本发明对HEMT的栅长或栅的结构无特殊要求，栅的制作可分别采用增强型和耗尽型HEMT栅制作的各种成熟的方案。

本发明一种在InP衬底上集成增强型和耗尽型HEMT的制作方法，其特征在于：

1)半绝缘的InP衬底。

2)在InP衬底上生长缓冲层：这一层为不掺杂的半导体，目的是为获得高质量的外延层，减少衬底中的缺陷对电子沟道层的影响，厚度需以上，较厚的缓冲层会有较好的效果，但成本也相应增加，一般采用的In_0.52Al_0.48As层。

3)在缓冲层上生长电子沟道层：这一层为不掺杂In_0.53Ga_0.47As层，是二维电子所在层，厚度一般在之间。

4)在电子沟道层上生长空间层：这一层为不掺杂In_0.52Al_0.48As层，作用是将施主杂质与二维电子气隔开，减少电离杂质散射，提高电子迁移率，厚度为一般取