基于多周期量子阱結構的HEMT器件制造技術

本發明專利技術公開了一種基于多周期量子阱結構的HEMT器件，包括襯底，襯底上生長緩沖層，緩沖層上生長量子阱有源層；量子阱有源層包括：勢壘層、隔離層、溝道層和缺陷層；量子阱有源層上設置源極、漏極和柵極，柵極位于量子阱有源層的中間，源極和漏極位于量子阱有源層的兩側。本發明專利技術通過引入缺陷層俘獲電子，使器件可以快速關斷；通過生長多周期量子阱異質結，產生多個導電通道層，增加了器件的功率處理能力；通過使用臺面結構，有效解決常規表面電極引起的內部電場彎曲問題，漏、源電壓可以無差別的加載到多周期異質結兩端；該器件的成功研發將使HEMT器件向更高頻、高速、大功率領域發展。

HEMT device based on multi period quantum well structure

The invention discloses a HEMT device based on multi quantum well structure cycle comprises a substrate, a buffer layer growth substrate, growth of quantum well active layer on the buffer layer; quantum well active layer comprises a barrier layer, isolation layer, channel layer and defect layer; quantum well active layer is arranged on the source and drain located in the middle gate and gate, quantum well active layer, a source electrode and a drain electrode is positioned on both sides of the quantum well active layer. By introducing the defect layer electron capture, the device can quickly turn off the growth cycle; multi quantum well heterostructures, generating a plurality of conductive channel layer, increases the power handling capability of the device; through the use of mesa structure, effectively solve the bending problem of internal electric field caused by conventional surface electrodes, drain and source voltage can no the difference is loaded into the multi cycle heterojunction at both ends; the successful development of the device will make HEMT devices to a high frequency, high speed, high power field.

【技術實現步驟摘要】
基于多周期量子阱結構的HEMT器件
本專利技術屬于半導體
，尤其涉及一種基于多周期量子阱結構的HEMT器件。
技術介紹
HEMT(HighElectronMobilityTransistor)，高電子遷移率晶體管，是一種異質結場效應晶體管，能夠工作于超高頻(毫米波)、超高速領域。由于InP材料具有高飽和電子遷移率、高擊穿電場、良好的熱導率，InP基的晶格匹配HEMT，其性能比GaAs基的HEMT更為優越，隨著InP單晶的制備取得進展，InP基的HEMT性能也得到很大的提高。相比于GaAs基的HEMT，InP基的HEMT具有更高的轉換效率、工作頻率、輸出功率和低噪聲等特性，使得其在高頻、高速、大功率方面有著重要應用。InP基的HEMT常溫300K下，In0.52Al0.48As的禁帶寬度為1.47eV，In0.53Ga0.47As的禁帶寬度為0.74eV，兩者導帶能級相差0.44eV，具有較大的導帶不連續性。因而，在InGaAs溝道中可以產生高遷移率、高濃度的二維電子氣，使InP基HEMT器件保持高頻、高速、大功率的性能。目前，人們已經利用InGaAs/InAlAs異質結設計出可用于太赫茲波段工作的HEMT有源區結構，應用于太赫茲的產生、探測等領域。但是，常規InGaAs/InAlAs的HEMT普遍存在異質結界面二維電子氣面密度有限的問題，導致器件電流處理能力有限。而且，由于載流子壽命較長，導致HEMT無法快速關斷。常規的表面電極也存在內部電場彎曲的問題。因此，如何通過合理設計有源區結構，解決上述不足已成為本領域技術人員亟待解決的技術課題。
技術實現思路
專利技術目的：針對以上問題，本專利技術提出一種基于多周期量子阱結構的HEMT器件。技術方案：為實現本專利技術的目的，本專利技術所采用的技術方案是：一種基于多周期量子阱結構的HEMT器件，包括襯底，襯底上生長緩沖層，緩沖層上生長量子阱有源層。其中，量子阱有源層包括：勢壘層、隔離層、溝道層和缺陷層。量子阱有源層上設置源極、漏極和柵極，柵極位于量子阱有源層的中間，源極和漏極位于量子阱有源層的兩側。勢壘層、隔離層、缺陷層和緩沖層的材料為InAlAs，溝道層的材料為InGaAs。勢壘層、隔離層、缺陷層和緩沖層的材料為AlGaN，溝道層的材料為GaN。進一步地，勢壘層、隔離層、溝道層、缺陷層和緩沖層寬度相同，襯底的寬度大于上述各層的寬度，兩側均形成臺面結構。柵極位于量子阱有源層頂部，源極與漏極位于量子阱有源層兩側的臺面結構。進一步地，量子阱有源層上設置n個順序結構而構成的溝道層，且每個溝道層都是等間距的。進一步地，量子阱有源層的四層，勢壘層、隔離層、溝道層和缺陷層，可以自上而下依次排列，也可以自下而上依次排列。有益效果：本專利技術的HEMT器件通過引入缺陷層俘獲電子，使器件關斷時可以快速關斷；通過生長多周期量子阱異質結，產生多個導電通道層，使其突破臨界厚度的生長和單異質結界面二維電子氣濃度有限的限制，增加了器件電流、功率處理能力；通過使用臺面結構，使源極、漏極電極位于多周期異質結的兩側，有效解決常規上表面電極引起的內部電場彎曲問題，漏、源電壓可以無差別的加載到多周期異質結兩端；該器件的成功研發將使HEMT器件向更高頻、高速、大功率領域發展。附圖說明圖1是實施例1中HEMT器件的示意圖；圖2是實施例2中HEMT器件的示意圖；圖3是實施例3中HEMT器件的示意圖；圖4是實施例4中HEMT器件的示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術的技術方案作進一步的說明。實施例1如圖1所示，基于多周期量子阱結構的HEMT器件，采用半絕緣InP材料作為襯底9，襯底9上生長晶格匹配的緩沖層8，緩沖層8之上為量子阱有源層。量子阱有源層從上而下依次包括：勢壘層1、隔離層2、溝道層3和缺陷層4。量子阱有源層上設置源極5、漏極6和柵極7，源極5和漏極6為歐姆接觸。柵極7位于有源層的中間，源極5和漏極6位于有源層的兩側。勢壘層1、隔離層2和缺陷層4以及緩沖層8的材料可以選為InAlAs，同時溝道層3的材料為InGaAs。勢壘層1、隔離層2和缺陷層4以及緩沖層8的材料也可以使用AlGaN，同時溝道層3的材料選擇GaN。本專利技術的HEMT器件還可以采用半導體III-VI族的其他一些材料，例如GaAs、InGaN、AlN、InAlN、GaNAsSb等。勢壘層1為δ摻雜的勢壘層，其δ-doping為2×1012/cm-2。勢壘層1的厚度為2～15nm。隔離層2的厚度為2～5nm。溝道層3的生長溫度范圍為400～500℃，厚度為4～15nm。缺陷層4的生長溫度范圍為300～500℃，厚度為4～15nm。緩沖層8利用外延方法生長在半絕緣InP材料襯底9上，與InP襯底9晶格匹配，其厚度為200nm。器件導通時，二維電子氣主要位于隔離層2與溝道層3的界面，缺陷層4對二維電子氣的輸運特性影響很小。當外加柵極電壓，將二維電子氣波函數移向缺陷層4，缺陷層4中的高密度深能級陷阱俘獲電子，大大降低了HEMT器件關斷時電子的壽命，使HEMT器件可以快速關斷。實施例2如圖2所示，勢壘層1、隔離層2、溝道層3、缺陷層4和緩沖層8寬度相同，襯底9的寬度大于上述各層的寬度，于兩側均形成臺面結構，電極與量子阱有源層連接于該臺面結構上。柵極7位于量子阱有源層頂部，源極5與漏極6為“L”型，位于臺面結構的兩側。臺面結構的電極能夠有效解決常規的表面電極引起的內部電場彎曲問題，漏、源電壓可以無差別的加載到多層異質結兩端，增大漏、源水平方向的電場分量，使電子可以快速通過導電溝道。進一步提高InP基HEMT器件在高頻、高速、大功率領域方面應用的能力。實施例3如圖3所示，量子阱有源層中勢壘層1的上層又設置n個順序結構而構成的溝道層，溝道層的材料為InGaAs或GaN。并且每個溝道層都是等間距的。n可以是100。多周期量子阱結構擁有更多的二維電子氣導電通道，相比單量子阱結構，提高了器件處理大電流、大功率信號的能力。實施例4如圖4所示，量子阱有源層從上而下依次為：缺陷層4、溝道層3、隔離層2和勢壘層1。生長順序與實施例3相反，其他結構與實施例3相同。本專利技術所有實施例中，源極5和漏極6一般采用金屬合金，常用的有Ti/Al/Ni/Au或Mo/Al/MoAu。柵極7一般采用功函數較大的金屬合金，例如Ni/Au或者Ti/Au。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于多周期量子阱結構的HEMT器件，其特征在于：包括襯底(9)，襯底(9)上生長緩沖層(8)，緩沖層(8)上生長量子阱有源層；其中，量子阱有源層包括：勢壘層(1)、隔離層(2)、溝道層(3)和缺陷層(4)；量子阱有源層上設置源極(5)、漏極(6)和柵極(7)，柵極(7)位于量子阱有源層的中間，源極(5)和漏極(6)位于量子阱有源層的兩側。

【技術特征摘要】
1.一種基于多周期量子阱結構的HEMT器件，其特征在于：包括襯底(9)，襯底(9)上生長緩沖層(8)，緩沖層(8)上生長量子阱有源層；其中，量子阱有源層包括：勢壘層(1)、隔離層(2)、溝道層(3)和缺陷層(4)；量子阱有源層上設置源極(5)、漏極(6)和柵極(7)，柵極(7)位于量子阱有源層的中間，源極(5)和漏極(6)位于量子阱有源層的兩側。2.根據權利要求1所述的基于多周期量子阱結構的HEMT器件，其特征在于：勢壘層(1)、隔離層(2)、缺陷層(4)和緩沖層(8)的材料為InAlAs，溝道層(3)的材料為InGaAs。3.根據權利要求1所述的基于多周期量子阱結構的HEMT器件，其特征在于：勢壘層(1)、隔離層(2)、缺陷層(4)和緩沖層(8)的材料為AlGaN，溝道層(3)的材料為GaN。4.根據權利要求1所述的基于多周期量子阱結構的HEMT器件，其特征在于：勢壘層(1)、隔離層(2)、溝道層(3)、缺陷層(4)和緩沖層(8)寬度相同，襯底(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊春，宋振杰，賈少鵬，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32