-organicChemicalVaporDePosition，金 属有机化合物沉积）工艺生长，用于在低场下为二维电子气提供导电沟道。GalnAs沟道层 41的厚度为200-320A,且GalnAs的化学式为G&1YInYAs，其中，Y的范围为0-0. 54。M0CVD 工艺可以为GalnAs沟道层41的生长提供一个平整的界面，从而能在低场下为二维电子气 提供导电沟道。
[0023] AlInAs隔离层42采用分子束外延工艺生长，用于将施主杂质电离中心和二维电 子气进行空间隔离。AlInAs隔离层42的厚度为30-60./V，且AlInAs的化学式为zInzAs， 其中，Z的范围为0-0. 54。AlInAs隔离层42可以减小电离散射作用，保证沟道内二维电子 气的高电子迀移率。
[0024] Si掺杂层43采用分子束外延工艺生长，用于提供自由电子。Si掺杂层43的厚度 为i5_l〇A，Si的掺杂剂量为2· 5X 1012-5X 1012cm2。
[0025] AlInAs势皇层44采用MOCVD工艺生长，用于使Si掺杂层43提供的自由电子向 GalnAs沟道层41内转移。AlInAs势皇层44的厚度为20〇-3〇〇A,且AlInAs的化学式 Ah MInMAs，其中，Μ的范围为0-0.54。如果GalnAs帽层45上具有栅极金属，AlInAs势皇层 44可以和栅金属形成肖特基接触，使Si掺杂层43产生的自由电子向沟道内转移。
[0026] GalnAs帽层45采用分子束外延工艺生长，GalnAs帽层45的厚度为L50-300A, 且GalnAs的化学式为G&1NInNAsIn，其中，N的范围为0-0. 54。进一步地，GalnAs帽层45进 行Si掺杂，Si的掺杂剂量为5X101S-2X1019cm3。GalnAs帽层45的Si的掺杂剂量较高， 当在GalnAs帽层45沉积金属时，可以为金属提供良好的欧姆接触。
[0027] 本发明实施例的Si基MHEMT外延结构由于采用了P型Si衬底，并且实现了Si材 料和InP沟道材料的异质集成，从而不仅可以大幅度降低高速MHEMT器件的成本，而且能够 有效改善P型Si衬底和InP沟道材料之间的晶格失配问题，有利于射频与数字集成的大规 模化应用。进一步地，P型Si衬底的加工工艺成熟，加工后的尺寸大，从而在毫米波频率范 围内的低噪声、高功率领域有着非常重要的应用价值。
[0028] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种Si基MHEMT外延结构，其特征在于，包括P型Si衬底，所述P型Si衬底上由 下至上依次生长有GaAs成核层、晶格应变缓冲层和外延层，所述晶格应变缓冲层用于吸收 所述P型Si衬底与所述外延层之间因晶格失配产生的应力，所述外延层由下至上依次包括 GalnAs沟道层、AlInAs隔离层、Si掺杂层、AlInAs势皇层和GalnAs帽层，所述晶格应变缓 冲层包括由下至上依次生长的GaAs缓冲层、第一InP缓冲层、GalnAs应力束缚层、第二InP 缓冲层、第一AlInAs缓冲层和第二AlInAs缓冲层，其中，所述GaAs缓冲层采用高温生长， 所述第一InP缓冲层采用低温生长，所述第二InP缓冲层采用高温生长，第一AlInAs缓冲 层采用低温生长，所述第二AlInAs缓冲层采用高温生长。2. 根据权利要求1所述的Si基MHEMT外延结构，其特征在于，采用高温生长的温度为 650°C，采用低温生长的温度为550°C。3. 根据权利要求1或2所述的Si基MHEMT外延结构，其特征在于，所述GaAs缓冲层、 所述第一InP缓冲层和所述第二InP缓冲层的厚度均为400-800nm，所述第一AlInAs缓冲 层和所述第二AlInAs缓冲层的厚度为100-300nm〇4. 根据权利要求3所述的Si基MHEMT外延结构，其特征在于，所述第一AlInAs缓冲层 和所述第二AlInAs缓冲层中，AlInAs的化学式为AhxInxAs，其中，X的范围为0-0. 54。5. 根据权利要求1所述的Si基MHEMT外延结构，其特征在于，所述GalnAs沟道层采 用金属有机化合物沉积MOCVD工艺生长，用于在低场下为二维电子气提供导电沟道，所述 GalnAs沟道层的厚度为200-32 0Λ，且GalnAs的化学式为Ga1YInYAs，其中，Y的范围为 0-0.54。6. 根据权利要求5所述的Si基MHEMT外延结构，其特征在于，所述AlInAs隔离层 采用分子束外延工艺生长，用于将施主杂质电离中心和所述二维电子气进行空间隔离，所 述AlInAs隔离层的厚度为30-60Λ，且AlInAs的化学式为AllzInzAs，其中，Z的范围为 0-0.54。7. 根据权利要求6所述的Si基MHEMT外延结构，其特征在于，所述Si掺杂层采用分 子束外延工艺生长，用于提供自由电子，所述Si掺杂层的厚度为:5-1爐，Si的掺杂剂量为 2. 5X1012-5X1012cm2〇8. 根据权利要求7所述的Si基MHEMT外延结构，其特征在于，所述AlInAs势皇层采 用M0CVD工艺生长，用于使所述Si掺杂层提供的自由电子向所述GalnAs沟道层内转移， 所述AlInAs势皇层的厚度为200- 300Λ,且AlInAs的化学式AhMInMAs，其中，Μ的范围为 0-0.54。9. 根据权利要求8所述的Si基MHEMT外延结构，其特征在于，所述GalnAs帽层采 用分子束外延工艺生长，所述GalnAs帽层的厚度为1 ,50-300Λ，且GalnAs的化学式为 GaiNInNAsIn，其中，N的范围为 0-0· 54。10. 根据权利要求9所述的Si基MHEMT外延结构，其特征在于，所述GalnAs帽层进行 Si掺杂，Si的掺杂剂量为5X10ls-2X1019cm3。
【专利摘要】本发明提供了一种Si基MHEMT外延结构。其包括由下至上依次生长的P型Si衬底、GaAs成核层、晶格应变缓冲层和外延层，晶格应变缓冲层用于吸收P型Si衬底与外延层之间因晶格失配产生的应力，外延层由下至上依次包括GaInAs沟道层、AlInAs隔离层、Si掺杂层、AlInAs势垒层和GaInAs帽层，晶格应变缓冲层包括由下至上依次生长的采用高温生长的GaAs缓冲层、采用低温生长的第一InP缓冲层、GaInAs应力束缚层、采用高温生长第二InP缓冲层、采用低温生长的第一AlInAs缓冲层和采用高温生长的第二AlInAs缓冲层。本发明能够实现Si材料和InP沟道材料的异质集成。
【IPC分类】H01L29/778, H01L21/02, H01L29/06, H01L29/201
【公开号】CN105304706
【申请号】CN201510641698
【发明人】黎明
【申请人】成都嘉石科技有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月8日