[实用新型]一种新型mHEMT器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型mHEMT器件，属于半导体制造领域。

背景技术

由于HEMT具有的高电子迁移率、低噪声、高功率增益、低功耗、高效率等特点，被大量应用于微波、毫米波单片集成电路和超高速数字集成电路领域中。HEMT的优越频率特性源自其独特的能带结构，即异质结界面的导带不连续性，这种不连续性产生的二维电子气具有很高的迁移率和饱和速度。InP基HEMT或GaAs mHEMT具有更高的截止频率和更低的噪声，被认为在毫米波段最有竞争力的三端器件之一。早期促进InP基HEMT技术发展的是来自光纤通讯系统的光发射器和光探测器中超高频和宽带信号放大的需求，现在推动技术的主要是军事需求，然而随着直接广播卫星（DBSs）、手提电话、自动防撞系统等的出现，潜在的民用机会也得到发展。现在GaAs 基HEMT技术已经进入规模产业化阶段，但InP基HEMT仍然有一些技术难题有待解决，例如InP基HEMT的应用受限于其较低的沟道击穿电压，使漏极偏置电压较低，进而输出功率密度不高。

自上个世纪八十年代开始，人们通过不断优化外延层结构来改进InP基HEMT器件的功率性能。InP HEMT较低的栅极击穿电压主要是源于其弱的肖特基势垒，通过减少InAlAs势垒中In的组分或采用InAlP势垒都能够有效地提高器件地栅极－漏极击穿电压。然而，降低In组分在提高禁带宽度的同时也降低了InGaAs中的电子迁移率，从而恶化HEMT的射频性能。

因此，为兼顾HEMT漏极－源极击穿电压和频率性能，本发明中采用复合沟道，是用InP替代部分InGaAs，共同构成HEMT的导通沟道。由于In_0.53Ga_0.47As具有很高的电子迁移率，而InP的电离阈值能量比In_0.53Ga_0.47As高，耐电压击穿能力比In_0.53Ga_0.47As强，所以这种结构综合应用了低场时InGaAs的高电子迁移率特性及高场时InP的高阈值能量和高饱和速率，既提高了HEMT的漏极－源极击穿电压，不只提升输出功率和可靠性也保证了其优良毫米波频率特性。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种新型mHEMT器件，其特征在于，所述器件外延结构由下至上依次包括衬底、缓冲层、复合沟道层、空间隔离层、平面掺杂层、势垒层和帽层；

所述缓冲层为多层应变缓冲层结构，主要包括15层周期重复变化的AlGaAs/GaAs结构；

所述复合沟道层从上至下包括不掺杂InGaAs沟道1、不掺杂InP沟道2和高掺杂InP沟道3，沟道1和沟道2两种结构减小了碰撞电离，有效的提高了够到中的击穿电场强度，沟道3用于低场下为二维电子气提供导电沟道；

所述帽层为高掺杂渐进帽层，用于为器件制备提供良好的欧姆接触，帽层两侧开设有沟槽，沟槽深度从帽层表面深入到复合沟道层，沟槽内设置隔离区；帽层上表面设置源极和漏极，栅极设置在所述源极和漏极中间，所述栅极金属为T型栅，下方深入到帽层内。

优选地，所述所述空间隔离层在沟道层In_0.53Ga_0.47As上生长，厚度为30至60Å，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；

优选地，所述平面掺杂层生长在空间隔离层In_0.52Al_0.48As上生长，厚度为5至10Å，用于提供自由电子；

优选地，所述渐进帽层为In_XGa_1-XAs帽层，厚度为150-300 Å，其中包括若干层结构，每一层结构中In组分含量x从0.53渐进到0。

区别于现有技术的情况，本实用新型的有益效果是：

1、本发明提供的这种GaAs CC mHEMT器件外延结构，由于采用了复合沟道（In_0.53Ga_0.47As/InP/n⁺-InP）结构，综合应用了低场时InGaAs的高电子迁移率特性及高场时InP的高阈值能量和高饱和速率，既提高了GaAs mHEMT的漏极－栅极击穿电压，也保证了其优良的毫米波频率特性和提升输出功率和可靠性；

2、本实用新型提供的这种HEMT外延结构，其高掺杂渐进盖帽层In_XGa_1-XAs为器件制备提供了良好的欧姆接触；