[发明专利]一种磷化铟基高电子迁移率晶体管结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型磷化铟基基高电子迁移率晶体管结构及制备方法。通过气态源分子束外延(GSMBE)进行材料生长，通过化合物半导体工艺过程实现异质结双极晶体管器件的制备，属于材料制备技术领域。

背景技术

1960年，Anderson预言在异质结界面存在电子的积累。1969年，Easki(江崎)和Tsu(朱兆祥)提出在异质结结构中，离化的施主杂质和自由电子是分离的。1978年，Dingle等在调制掺杂的超晶格中观察到了载流子迁移率增加的现象。而后，又在调制掺杂的单异质结和超晶格结构的实验中，证明了异质结界面存在着具有二维行为的电子气，并具有高的迁移率。1980年，日本富士通公司研制出世界上第一只HEMT。HEMT兼有优异的低噪声特性和出色的功率性能，在高端市场具有很强的竞争力。国外已有高性能的HEMT器件产品走向市场，其中比较成熟的是基于AlGaAs/GaAs材料体系的HEMT器件。利用AlGaAs/InGaAs异质结构及InGaAs沟道二维电子气(2DEG)特性研制的赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)也已被广泛用于微波毫米波接收系统。InP基HEMT在超过300GHz的频率都有增益，且其短沟道效应很小，制造步骤少，性能均匀稳定，已成为毫米波高端应用的支柱产品。目前已成为毫米波最重要的固态器件和MIMIC的核心部分。

由于与InP匹配的InGaAs材料比与GaAs匹配的AlGaAs材料有更高的电子迁移率，适合在InP HEMT材料结构中作为沟道材料。随着单晶材料技术的发展，大尺寸的InP衬底质量不断提高同时价格趋于下降，这样就为InP体系高电子迁移率晶体管(HEMT，High Electron Mobility Transistor)材料的大规模应用提供了便利条件。随着近几年对InP基HEMT的大力开发和研制，InP基HEMT已成为毫米波高端应用的支柱产品。通常InP基HEMT采用的InGaAs/InAlAs结构，沟道中In的摩尔分数是53％，而赝配的InGaAs沟道中In含量可以达到80％以上。有报道In含量为68％的赝配InGaAs沟道HEMT，其f_max达到600GHz。2007年在IEDM会议上的最新报道，美国UIUC大学宣布研制出fT为1.2THz的InP基PHEMT。近几年，InP基HEMT已经在各种高速和微波单片电路中得到了很好的应用，目前对这一器件的深入研究主要是提高器件的功率性能和可靠性，同时引入新的沟道设计，进一步提高器件的性能。

由于HEMT中离化的施主杂质和自由电子是分离的，这就需要有非常好的材料质量，尤其在沟道层和硅德尔塔(Si-δ-doping)掺杂生长中需要具有一个较高的界面质量。传统的金属有机气相外延MOCVD等外延方法采用了载气带入部分元素方式，这就会带入一定量的其他元素而影响材料的界面质量。而气态源分子束外延GSMBE生长方法不利用载气，采用原子的直接沉积。这种方法的可控性要好，并且采用了气态的V族元素，生长室氛围稳定性要好于采用载气的外延生长方法，可以在V族元素保护下实现间断生长，能够保证材料在厚度，均匀性以及材料界面等多方面有良好的控制。【H.Howe,Microwave Theory and Techniques,IEEE Transactions on,1984(9):991-996】【Haddad G.I.,IEEE Transactions on,2002(3):760-779】【P.M.Smith,IEEE MGWL,1995(7):230-232】【Yasuo Osone,IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies,2005(1):34-38】【B.-G.Min,Journal of the Korean Physical Society,2003:S518-S521】

【www.compoundsemiconductor.net/cws/article/news/32221】

本申请的发明人拟利用气态源分子束外延(GSMBE)技术，在磷化铟衬底上生长高电子迁移率晶体管结构材料，通过微纳米加工技术制备高电子迁移率晶体管材料，发展与IC工艺兼容的集成技术，从而引导出本发明的目的。

发明内容

本发明涉及一种磷化铟基高电子迁移率晶体管材料结构及制备方法，采用气态源分子束外延(GSMBE)进行材料生长，制备HEMT结构材料。

本发明提供的磷化铟高电子迁移率晶体管结构如表1所示。