一种带有GaAs面掺杂平滑层的GaAs基PHEMT外延材料结构的制作方法

本实用新型涉及化合物半导体材料及器件技术领域，尤其涉及一种带有GaAs面掺杂平滑层的GaAs基PHEMT外延材料结构。

背景技术：

砷化镓GaAs基赝配高电子迁移率晶体管PHEMT是一种化合物半导体材料，具有高频、高功率增益以及低噪声等特点，因而大量应用于无线通讯、光纤通讯、卫星通讯、毫米波雷达以及电子对抗等军事及民用领域。砷化镓PHEMT外延材料生产是整个砷化镓产业链中的重要一环，外延材料的质量直接决定了最后产品的重要性能。常规PHEMT外延材料大都采用硅Si在AlGaAs层中做面掺杂。但由于铝Al的化学属性活泼，在外延生长中，AlGaAs层容易吸附更多的杂质如氧O、碳C等，造成在AlGaAs层中Si面掺杂的掺杂效率不高。因此设计一种外延结构，从而提高Si面掺杂效率有现实意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是设计一种带有GaAs面掺杂平滑层的GaAs 基PHEMT外延材料结构，以提高势垒层中Si面掺杂的掺杂效率，进而有利于改善PHEMT器件的跨导和击穿电压。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种带有GaAs面掺杂平滑层的GaAs基PHEMT外延材料结构，在Si平面掺杂层两侧增加GaAs 平滑层，以减少Si平面掺杂时的杂质吸收，进而提高掺杂效率。该结构包括：该材料结构包括GaAs半绝缘衬底上依次生长GaAs缓冲层、AlGaAs下势垒层、第一GaAs平滑层、下平面掺杂层、第二GaAs 平滑层、AlGaAs下空间隔离层、InGaAs沟道层、AlGaAs上空间隔离层、第三GaAs平滑层、上平面掺杂层、第四GaAs平滑层，AlGaAs 上势垒层、AlAs腐蚀阻断层和GaAs重掺杂帽层；在GaAs半绝缘衬底上依次生长GaAs缓冲层、AlGaAs下势垒层、第一GaAs平滑层、下平面掺杂层、第二GaAs平滑层、AlGaAs下空间隔离层、InGaAs 沟道层、AlGaAs上空间隔离层、第三GaAs平滑层、上平面掺杂层、第四GaAs平滑层、AlGaAs上势垒层、AlAs腐蚀阻断层、GaAs重掺杂帽层。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

相对于常规的PHEMT而言，在Si平面掺杂层两侧各增加一层厚的GaAs平滑层使Si面掺杂避开AlGaAs层，有效地减少杂质的吸附，提高了Si面掺杂效率。由于GaAs层很薄，不会形成沟道，所以不会产生平行电导。这种设计有利于改善PHEMT器件的跨导和击穿电压。

附图说明

图1一种带有GaAs面掺杂平滑层的GaAs基PHEMT外延材料结构。

图中：1、GaAs半绝缘衬底，2、GaAs缓冲层，3、AlGaAs下势垒层，4、第一GaAs平滑层，5、下平面掺杂层，6、第二GaAs 平滑层，7、AlGaAs下空间隔离层，8、InGaAs沟道层，9、AlGaAs 上空间隔离层，10、第三GaAs平滑层，11、上平面掺杂层，12、第四GaAs平滑层，13、AlGaAs上势垒层，14、AlAs腐蚀阻断层，15、 GaAs重掺杂帽层。

具体实施方式

结合附图1对本实用新型做进一步说明。

一种带有GaAs面掺杂平滑层的GaAs基PHEMT外延材料结构，其特征在于：该材料结构包括GaAs半绝缘衬底1上依次生长GaAs 缓冲层2、AlGaAs下势垒层3、第一GaAs平滑层4，下平面掺杂层 5、第二GaAs平滑层6、AlGaAs下空间隔离层7、InGaAs沟道层8、 AlGaAs上空间隔离层9、第三GaAs平滑层10、上平面掺杂层11、第四GaAs平滑层12，AlGaAs上势垒层13、AlAs腐蚀阻断层14和 GaAs重掺杂帽层15。

在GaAs半绝缘衬底1上依次生长GaAs缓冲层2、AlGaAs下势垒层3、第一GaAs平滑层4，下平面掺杂层5、第二GaAs平滑层6、 AlGaAs下空间隔离层7、InGaAs沟道层8、AlGaAs上空间隔离层9、第三GaAs平滑层10、上平面掺杂层11、第四GaAs平滑层12，AlGaAs 上势垒层13、AlAs腐蚀阻断层14、GaAs重掺杂帽层15。

GaAs缓冲层2用于为后续生长的有源区提供一个平整的晶体界面，同时消除衬底界面态的影响，厚度为至

AlGaAs下势垒层3、AlGaAs上势垒层13与InGaAs沟道层8 一起形成一个异质结将二维电子气束缚在沟道内，厚度分别为至和至Al的组分为0.15至0.28。

下平面掺杂层5、上平面掺杂层11分别为InGaAs沟道层8提供自由电子。掺杂剂为元素Si，掺杂浓度分别为1E+12cm^-2和3-5E+12cm^-2。第一GaAs平滑层4、第二GaAs平滑层6、第三GaAs 平滑层10、第四GaAs平滑层12厚度为

如附图1所示，依次进行如下外延生长过程：

S1在GaAs半绝缘衬底上生长的GaAs缓冲层。

S2在GaAs缓冲层上生长的Al0.25Ga0.75As下势垒层。

S3在的Al0.25Ga0.75As下势垒层上生长的第一GaAs 平滑层。

S4在的第一GaAs平滑层上生长Si下平面掺杂层，掺杂浓度为1E+12cm^-2。

S5在Si下平面掺杂上生长的第二GaAs平滑层。

S6在的第二GaAs平滑层上做的Al0.25Ga0.75As下空间隔离层。

S7在Al0.25Ga0.75As下空间隔离层上生长In0.2Ga0.8As沟道层。

S8在In0.2Ga0.8As沟道层上生长的Al0.25Ga0.75As上空间隔离层。

S9在Al0.25Ga0.75As上空间隔离层上生长的第三GaAs平滑层。

S10在的第三GaAs平滑层上生长Si上平面掺杂，掺杂浓度为4E+12cm^-2。

S11在Si上平面掺杂层上生长的第四GaAs平滑层。

S12在的第四GaAs平滑层上生长的Al0.25Ga0.75As上势垒层。

S13在Al0.25Ga0.75As上势垒层上生长AlAs腐蚀阻断层。

S14在AlAs腐蚀阻断层上生长的GaAs重掺杂帽层，掺杂浓度为5E+18cm^-3。