[发明专利]一种GaAs复合PHEMT-PIN的外延材料结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种砷化镓（GaAs）复合PHEMT-PIN的外延材料结构，属于半导体技术领域。

背景技术

GaAs PHEMT器件和PIN 二极管器件作为微波元器件在微波毫米波系统中应用广泛，可以组合在一起，实现放大器、开关，衰减器，移相器，混频器，检波器等多种功能。

GaAs PHEMT器件具有增益高，频率特性好的特点，主要应用于放大器、开关，衰减器，混频器，检波器等电路。

GaAs PIN二极管具有高击穿电压，功率容量大的特点，经常应用于微波毫米波开关，衰减器，混频器，检波器等电路。

在传统的单片集成电路芯片设计中，采用GaAs PHEMT的材料结构，只能设计加工成PHEMT器件和电路。PIN材料结构只能设计加工PIN二极管电路。因为二者材料的差异，导致工艺无法兼容。因此传统的GaAs PHEMT管材料结构和GaAs PIN二极管材料局限了电路设计的灵活性，不能最大限度的发挥GaAs PIN管和GaAs PHEMT的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提出一种GaAs复合PHEMT-PIN的外延材料结构及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种GaAs复合PHEMT-PIN的外延材料结构，从下至上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、第一i-GaAs层、第一平面掺杂层、第一spacer层、i-InGaAs层、第二spacer层、第二平面掺杂层、i-AlGaAs层、n-GaAs层、第二i-GaAs层、P-GaAs层。

进一步的，本发明的GaAs复合PHEMT-PIN的外延材料结构，所述GaAs缓冲层的厚度为300~1000nm，所述第一i-GaAs层的厚度为20~200nm，所述第一平面掺杂层的厚度为0.1~1nm，所述第一spacer层的厚度为2~4nm，所述i-InGaAs层的厚度为10~14nm，所述第二spacer层的厚度为2~4nm，所述第二平面掺杂层的厚度为0.1~1nm，所述i-AlGaAs层的厚度为30~60nm ，所述n-GaAs层的厚度为30~2000nm，所述第二i-GaAs层的厚度为500~5000nm，所述P-GaAs层的厚度为100~300nm。

本发明还提出一种GaAs复合PHEMT-PIN的外延材料结构的制备方法，采用金属有机物化学气相沉积MOCVD或分子束外延MBE的生长方法，进行以下步骤：

1）选择砷化镓GaAs材料的单晶作为衬底；

2）在衬底上，生长300~1000nm的GaAs缓冲层；

3）在GaAs缓冲层上，生长20~200nm的不掺杂GaAs，形成第一i-GaAs层；

4）在第一 i-GaAs层上，生长0.1~1nm的平面掺杂硅，形成第一平面掺杂层；

5）在第一平面掺杂层上，生长2~4nm的不掺杂AlGaAs，形成第一spacer层；

6）在第一spacer层上，生长10~14nm不掺杂的InGaAs，形成i-InGaAs层；

7）在i-InGaAs层上，生长2~4nm不掺杂的AlGaAs，形成第二spacer层；

8）在第二spacer层上，生长0.1~1nm的平面掺杂硅，形成第二平面掺杂层；

9）在第二平面掺杂层上，生长30~60nm的不掺杂AlGaAs，形成i-AlGaAs层；

10）在i-AlGaAs层上，生长30~2000nm高掺杂的n型GaAs，形成n-GaAs层；

11）在n-GaAs层上，生长500~5000nm不掺杂的n型GaAs，形成第二i-GaAs层；

12）在第二i^-GaAs层上，生长100~300nm高掺杂的p型GaAs，形成P-GaAs层。

进一步的，本发明的外延材料结构的制备方法中，所述第一平面掺杂层中硅的浓度为1E12/cm^-3，所述第二平面掺杂层中硅的浓度为4E12/cm^-3，所述n-GaAs层中n型GaAs的浓度>2E18/cm^-3，所述P-GaAs层中p型GaAs的浓度>1E19/cm^-3。

进一步的，本发明的外延材料结构的制备方法中，步骤2）中，是在衬底上，生长700nm的GaAs缓冲层，步骤3）中，是在GaAs缓冲层上，生长50nm的不掺杂GaAs，形成第一i-GaAs层。