[发明专利]砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移率晶体管材料结构

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，尤其涉及一种高速砷化镓(GaAs)基增强/耗尽型应变高电子迁移率晶体管(E/D MHEMT)材料结构。

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、低噪声性能。

常规的GaAs基MHEMT外延结构均为耗尽型。单片集成E/D MHEMT可以实现直接耦合场效应晶体管逻辑(DCFL)，可以用于高速逻辑电路；同时利用E/D MHEMT，也可以将射频前端(低噪放、功放、开关)实现单片集成，降低芯片面积。

因此，单片集成E/D MHEMT技术正成为高速数字电路和射频微波电路的一个研究热点。

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GaAs基E/D MHEMT材料结构，以达到在同一块GaAs衬底上同时制备增强型和耗尽型MHEMT器件和电路的目的，并提高MHEMT器件功率性能。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种高速GaAs基E/D MHEMT材料结构，该结构由在砷化镓衬底上依次生长的晶格应变层In_xAl_1-xAs、沟道下势垒层In_0.52Al_0.48As、沟道层In_0.53Ga_0.47As、空间隔离层In_0.52Al_0.48As、平面掺杂层、第一势垒层In_0.52Al_0.48As、第一腐蚀截止层InP、第二势垒层In_0.52Al_0.48As、第二腐蚀截止层InP和高掺杂盖帽层In_0.53Ga_0.47As构成。

上述方案中，所述晶格应变层In_xAl_1-xAs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；该晶格应变层In_xAl_1-xAs的厚度为，In组分x从0渐变至0.52。

上述方案中，所述沟道下势垒层In_0.52Al_0.48As用于为沟道生长提供一个平整的界面，同时也利用InP/In_0.52Al_0.48As异质结将2DEG束缚在沟道内；所述沟道下势垒层In_0.52Al_0.48As的厚度为

上述方案中，所述沟道层In_0.53Ga_0.47As的厚度为

上述方案中，所述空间隔离层In_0.52Al_0.48As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In_0.52Al_0.48As的厚度为

上述方案中，所述平面掺杂层中掺杂的是Si，掺杂剂量为4.0×10¹²cm^-2。

上述方案中，所述第一势垒层In_0.52Al_0.48As的厚度为

上述方案中，所述第一腐蚀截止层InP用于增强型MHEMT栅槽腐蚀截止，所述腐蚀截止层InP的厚度为

上述方案中，所述第二势垒层In_0.52Al_0.48As的厚度为

上述方案中，所述第二腐蚀截止层InP用于耗尽型MHEMT栅槽腐蚀截止，所述腐蚀截止层InP的厚度为