专利名称：砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移率晶体管材料结构的制作方法
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/DMHEMT)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/DMHEMT，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InxAh—xAs、沟道 下势垒层In0.52Al0.48As、沟道层In0 53Ga0.47As、空间隔离层In0.52Al0.48As、 平面掺杂层、第一势垒层InQ.52Al。.48AS、第一腐蚀截止层InP、第二势垒层 In0.52Al。.48As、第二腐蚀截止层InP和高掺杂盖帽层Ino.53Ga。.47As构成。
上述方案中，所述晶格应变层InxAl^As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 InxAl^As的厚度为10000 A， In组分x从0渐变至0.52。
上述方案中，所述沟道下势垒层InQ.52Al,AS用于为沟道生长提供一 个平整的界面，同时也利用InP/Ino.52Al。.48As异质结将2DEG束缚在沟道 内；所述沟道下势垒层Ino.52Al0.48As的厚度为1000 A。
上述方案中，所述沟道层Ino.53Gao.47As的厚度为200 A。 上述方案中，所述空间隔离层Ino.52Alo.4sAs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Ina52Alo.48AS的厚度为30 A。
上述方案中，所述平面掺杂层中掺杂的是Si，掺杂剂量为4.0xl(^cm—2。 上述方案中，所述第一势垒层Ino.52Al。.48As的厚度为80 A。 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40 A。
上述方案中，所述第二势垒层In。.52Al。.48As的厚度为100 A。 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40 A。
上述方案中，所述高掺杂盖帽层Ino.53Ga。.47As中掺杂的是Si，掺杂Si 浓度为lxl019cm—3， #-111().5303().47八5与栅金属接触为器件制备提供良好的 欧姆接触；所述高掺杂盖帽层Ino.53GaQ.47AS的厚度为300 A。(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明提供的这种新的高速GaAs基E/D MHEMT材料结构，通过采用两层In。.52Al。.48As势垒层和InP腐蚀截止层 结构，Ino.52AlG.48As易于被H3P04—H202—H20溶液腐蚀，InP不易被H3P04 —H202—H20溶液腐蚀，两者对H3P04—H202—H20溶液有很好的选择腐 蚀性；通过湿法腐蚀，实现了不同的栅槽深度，从而达到了在同一块GaAs 衬底上同时制备增强型和耗尽型MHEMT器件和电路的目的，并提高了 MHEMT器件功率性能。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图1是常规GaAs基MHEMT材料结构的示意图2是本发明提供的高速GaAs基E/D MHEMT材料结构的示意图3示出了图2中各外延层的结构参数；
图4是应用本发明提供的高速GaAs基E/D MHEMT材料结构的单片 集成GaAs基E/D MHEMT器件的剖面图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种新的高速GaAs基E/D MHEMT材料结构，是在常 规MHEMT材料结构的基础上(常规MHEMT材料结构可参见图1)，通 过采用两层In。.52AlQ.48As势垒层和InP腐蚀截止层结构，In。.52Al。.48As易于 被H3P04—H202—H20溶液腐蚀，InP不易被H3P04—H202—H20溶液腐
蚀，两者对EbP04 — H202 —H20溶液有很好的选择腐蚀性。通过湿法腐蚀，
实现不同的栅槽深度，从而达到了在同一块GaAs衬底上同时制备增强型 和耗尽型MHEMT器件和电路的目的，并提高了 MHEMT器件功率性能。 如图1所示，图1是常规GaAs基MHEMT材料结构的示意图。该结 构由在GaAs衬底上依次生长的应变层GaAs、晶格应变层InxAl"As、沟 道下势垒层InQ.52Al。.48As、沟道层Ina53Gaa47As、空间隔离层Ina52Ala48As、平面掺杂层Si、势垒层In。.52Al。.48As和高掺杂盖帽层Ina53Ga。.47As构成。
如图2所示，图2是本发明提供的高速GaAs基E/D MHEMT材料结构的 示意图。该结构由在GaAs衬底上依次生长的晶格应变层InxAl,《As、沟道 下势垒层Ino.52Al().48As、沟道层Iri().53Gao.47As、空间隔离层Ino.52Alo.48As、平 面掺杂层、第一势垒层In。.52Alo.4sAs、第一腐蚀截止层InP、第二势垒层 In0.52Al。.48As、第二腐蚀截止层InP和高掺杂盖帽层Ino.53Gao.47As构成。
其中，所述晶格应变层I AlkAs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InxAl,-xAs 的厚度为10000 A， In组分x从0渐变至0.52。
所述沟道下势垒层InQ.52AlQ.48AS用于为沟道生长提供一个平整的界 面，同时也利用InP/In。.52Alo.48As异质结将2DEG束缚在沟道内；所述沟 道下势垒层InQ.52AlQ.48As的厚度为1000 A。
所述沟道层In。.53Ga。.47As的厚度为200 A。
所述空间隔离层In。.52Al。.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InG.52Al().48As的厚度为30 A。
所述平面掺杂层中掺杂的是Si，掺杂剂量为4.0xl012cm—2。
所述第一势垒层InQ.52Al().48AS的厚度为80 A。
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40A。
所述第二势垒层Ino.52Alo.48As的厚度为100 A。
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40 A。
所述高掺杂盖帽层In。.53Gao.47AS中掺杂的是Si，掺杂Si浓度为 lxl019cm-3， N"-In。.53Ga。.47As与栅金属接触为器件制备提供良好的欧姆接 触；所述高掺杂盖帽层In。.53Gaa47As的厚度为300 A。
图3示出了图2中各外延层的结构参数，图4示出了应用本发明提供 的高速GaAs基E/D MHEMT材料结构的单片集成GaAs基E/D MHEMT 器件的剖面图。下面进一步说明本发明提供的这种高速GaAs基E/D MHEMT材料结
构的生长过程。
步骤l、在GaAs衬底上生长10000 A的晶格应变层InxAl,.xAs， In组 分x从O渐变至0.52。
步骤2、在晶格应变层InxAl"As上生长1000 A的沟道下势垒层 In0 52Al0.48Aso
步骤3、在沟道下势垒层In。.52Ala48AS上生长200 A的沟道层 In0 53Ga0.47Aso
步骤4、在沟道层Ino.53Gao.47As上生长30 A的空间隔离层In。.52Al().48As。 步骤5、在空间隔离层InQ.52Ale.48AS上生长平面掺杂层，掺杂Si的剂
量为4xl012cm_2。
步骤6、在平面掺杂层上生长80 A的第一势垒层Ino.52Alo.4sAs。 步骤7、在第一势垒层In。.52Al,As上生长40A的第一腐蚀截止层InP。 步骤8、在第一腐蚀截止层InP上生长100 A的第二势垒层
In0.52Al0.48As。
步骤9、在第二势垒层InQ.52Al。.48As上生长40 A的第二腐蚀截止层InP。 步骤10、在第二腐蚀截止层InP上生长300 A的高掺杂盖帽层
In0.53Ga().47As，掺杂Si浓度为lxl019cnf3。
上述第一势垒层In。,52Al。.48As、第二势垒层InQ.52Al,As、第一腐蚀截
止层InP和第二腐蚀截止层InP的厚度以及平面掺杂剂量可在一定范围内，
根据具体材料和器件指标进行调整。
本发明的这种高速GaAs基E/D MHEMT材料结构，考虑到外延生长 和器件性能两方面的实际要求。在满足外延生长可实现的前提下，有利于 实现不同的栅槽深度，从而得到单片集成E/DMHEMT。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移率晶体管材料结构，其特征在于，该结构由在砷化镓衬底上依次生长的晶格应变层InxAl1-xAs、沟道下势垒层In0.52Al0.48As、沟道层In0.53Ga0.47As、空间隔离层In0.52Al0.48As、平面掺杂层、第一势垒层In0.52Al0.48As、第一腐蚀截止层InP、第二势垒层In0.52Al0.48As、第二腐蚀截止层InP和高掺杂盖帽层In0.53Ga0.47As构成。
2、 根据权利要求l所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移率 晶体管材料结构，其特征在于，所述晶格应变层InxAl,.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InxAl^As的厚度为10000 A， In组分x从0渐变至0.52。
3、 根据权利要求1所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移率晶体管材料结构，其特征在于，所述沟道下势垒层Ino.52Alo.48As用于为沟道生长提供一个平整的界面，同时也利用InP/Ina52AlQ.48AS异质结将 2DEG束缚在沟道内；所述沟道下势垒层Ino.52Al,AS的厚度为1000 A。
4、 根据权利要求1所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移 率晶体管材料结构，其特征在于，所述沟道层Ino.53Gao.47As的厚度为200A。
5、 根据权利要求1所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移 率晶体管材料结构，其特征在于，所述空间隔离层Irio.52Alo.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。.52Al。.48AS的厚度为30 A。
6、 根据权利要求1所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移 率晶体管材料结构，其特征在于，所述平面掺杂层中掺杂的是Si,掺杂剂 量为4.0xl012cm-2。
7、 根据权利要求1所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移 率晶体管材料结构，其特征在于，所述第一势垒层Ino.52Alo.4sAs的厚度为 80 A。
8、 根据权利要求1所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移 率晶体管材料结构，其特征在于，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40 A。
9、 根据权利要求1所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移率晶体管材料结构，其特征在于，所述第二势垒层InQ.52Al。.48As的厚度为ioo Ao
10、 根据权利要求1所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移 率晶体管材料结构，其特征在于，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40 A。
11、 根据权利要求1所述的高速砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移 率晶体管材料结构，其特征在于，所述高掺杂盖帽层Ino.53Gao.47As中掺杂 的是Si，掺杂Si浓度为lxl019cnf3， N+-Ina53Gao.47As与栅金属接触为器件 制备提供良好的欧姆接触；所述高掺杂盖帽层In。.53Ga。.47AS的厚度为300 A。
全文摘要
本发明公开了一种砷化镓基增强/耗尽型应变高电子迁移率晶体管材料结构，该结构由在砷化镓衬底上依次生长的晶格应变层In<sub>x</sub>Al<sub>1-x</sub>As、沟道下势垒层In<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>As、沟道层In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As、空间隔离层In<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>As、平面掺杂层、第一势垒层In<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>As、第一腐蚀截止层InP、第二势垒层In<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>As、第二腐蚀截止层InP和高掺杂盖帽层In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As构成。利用本发明，达到了在同一块GaAs衬底上同时制备增强型和耗尽型MHEMT器件和电路的目的，并提高了MHEMT器件功率性能。
文档编号H01L29/778GK101442070SQ20071017779
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者叶甜春, 张海英, 徐静波 申请人:中国科学院微电子研究所