一种应变mHEMT结构的制作方法

本实用新型涉及一种应变mHEMT结构，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具有更极高的截止频率和更很低的噪声，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和MMIC的功率性能。在毫米波段，已有很多性能优良的InP基HEMT研究报道。为改善InP HEMT的功率性能，人们主要在肖特基势垒材料和沟道材料展开了很多的研究。InP HEMT较低的栅极击穿电压主要是源于其弱的肖特基势垒，通过增加InAlAs势垒中Al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。在另一方面，InGaAs沟道中的碰撞电离限制了InP HEMT的输出功率，减少碰撞电离可经由降低InGaAs沟道中In的组分，提高沟道的禁带宽度使其的漏极－源极击穿电压提高3-4 V，同时保持了InP HEMT极佳的高频特性。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。使用更宽禁带的InP作为HEMT沟道可以大幅提高器件漏极－栅极击穿电压。InP在高场下具有很高的饱和电子漂移速度，但在低场下的电子迁移率却比In_0.53Ga_0.47As低得多，且InP沟道HEMT的薄层电阻和源电阻都比In_0.53Ga_0.47As要高；并且使用InP沟道比较难于得到低的接触电阻，从而降低HEMT在毫米波段的增益和附加效率。

因此，为兼顾HEMT漏极－源极击穿电压和频率性能，本实用新型中采用复合沟道，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。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种应变mHEMT结构，其特征在于，所述器件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；

所述缓冲层为复合应变缓冲层结构，从下至上包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层；

所述复合沟道层从上至下包括不掺杂InGaAs沟道1、为不掺杂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。

优选地，所述第一缓冲层为GaAs不掺杂缓冲层，厚度为400-800nm；所述第二缓冲层为渐进应变In_xAl_1-xAs缓冲层，其内部为多层结构，层间In组分x从0渐进到0.52，厚度为100-300nm；所述第三缓冲层为In_0.52Al_0.48As不掺杂缓冲层，厚度100-300nm；

优选地，所述空间隔离层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；掺杂Si的剂量为2.5×10¹²cm^-2至5×10¹²cm^-2。

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、本实用新型提供的这种GaAs CC mHEMT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；

3、本实用新型提出的InP HEMT结构具有明显成效，包括极高的截止频率和很低的噪声和提升输出功率和可靠性, 在超高速、超高频如毫米波段等领域具有极强的竞争力；

4、本实用新型提出的GaAs CC mHEMT结构采用了三层复合应变缓冲层结构（m-Buffer layers）（In_0.52Al_0.48As/ In_xAl_1-xAs/GaAs），有效的解决了GaAs基衬底和InP异质结构体系之间的晶格失配问题，可用廉价的GaAs材料体系实现InP材料体系的超高迁移率，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，其生长方式值得推广应用。

附图说明

图1是本实用新型应变mHEMT结构的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1提供的一种应变mHEMT结构，其特征在于，所述器件由下至上依次包括衬底1、缓冲层2、复合沟道层3、空间隔离层4、平面掺杂层5、势垒层6和帽层7；

所述缓冲层为复合应变缓冲层结构，从下至上包括第一缓冲层21、第二缓冲层22和第三缓冲层23；

所述复合沟道层从上至下包括不掺杂InGaAs沟道1(31)、为不掺杂InP沟道2(32)和高掺杂InP沟道3(33)，沟道1(31)和沟道2(32)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7为高掺杂渐进帽层，用于为器件制备提供良好的欧姆接触。

具体而言，

所述第一缓冲层为GaAs不掺杂缓冲层，厚度为400-800nm；所述第二缓冲层为渐进应变In_xAl_1-xAs缓冲层，其内部为多层结构，层间In组分x从0渐进到0.52，厚度为100-300nm；所述第三缓冲层为In_0.52Al_0.48As不掺杂缓冲层，厚度100-300nm；

所述空间隔离层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；掺杂Si的剂量为2.5×10¹²cm^-2至5×10¹²cm^-2。

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。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。