[发明专利]用于高速HEMT器件的InAs外延材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子领域，尤其涉及一种InAs量子阱材料的制备方法，可用于高速低功耗InAs/AlSb HEMT器件制备。

技术背景

随着近几年国内材料技术和化合物半导体器件研制技术的不断发展，开展超高速锑基半导体器件研究的基本条件已经具备，为满足超高速电路与系统发展日益迫切的需要。制备高频特性器件的材料，揭示材料的基本电学特性是研制高质量器件的前提和基础；开展半导体工艺实验，摸索实际制作过程中的具体流程和参数，是开展新型材料和器件研究的必经之路。这是InAs/AlSb HEMT超高速器件和MMIC电路的设计提供重要的理论指导和实验基础。

砷化铟属于窄禁带半导体，电子有效质量仅为0.027m₀，其体材料的电子迁移率可高达22600cm²/Vs，是硅材料的16倍，而制备材料具备二维电子气迁移率更是高达25000cm²/Vs，电子饱和漂移速度达到4×10⁷cm/s，InAs与AlSb之间的能带偏移量达到1.35eV，且AlSb是少数与InAs晶格失配较小的二元化合物材料之一，因而能制备超高频器件。在集成电路方面，InAs/AlSb HEMT X波段低噪声放大器微波单片集成电路(MMIC)在17GHz下N_f=0.82dB，Ga=17dB，其微波性能可与同类GaAsMMIC相比，而它的功耗仅为GaAs电路功耗的十分之一，这使得InAs材料的HEMT极为适合制作超高速、低功耗、低噪声的器件。InAs/AlSb HEMT将成为制造超高速，超低功耗电子器件和集成电路的优异材料，在相控阵雷达卫星通讯红外成像环境遥感监测便携式移动设备以及宇宙通信系统、图像传输系统等外太空宇航装置中具有重要的应用前景。卫星、飞船、空间站等雷达系统现在多采用增益高、功耗低、成本低、重量轻的相控阵天线，采用InAs/AlSb HEMT能减小模块的尺寸和重量，降低功耗，InAs/AlSb HEMT有希望成为下一代超高速，超低功耗集成电路芯片制造技术的重要发展方向之一。

文献Solid-State Electronics52(2008)《Effect of gate length in InAs/AlSb HEMTs biased for low power or high gain》介绍了一种由瑞典查尔姆斯理工大学Malin Borg，Eric LefebvreMikael Malmkvist,Ludovic Desplanque,Xavier Wallart等人在InP衬底上生长InAs/AlSb材料如图1所示。其外延材料从下往上为：InP衬底，缓冲层，下层AlSb势垒，InAs沟道，上层AlSb势垒，InAlAs空穴阻挡层，InAs帽层。其中缓冲层包括InAlAs保护层a，AlSb赝配层b以及AlGaSb赝配层c。上层势垒中包含两个原子层InAs。这种结构中，InP衬底虽然在晶格常数上与InAs/AlSb相差较小，但是InP衬底成本高以及易碎的特性不利于后续的微电子工艺，另外多重赝配层不利于完整晶格的生长会造成界面处位错以及缺陷，而位错与缺陷会引起二维电子气密度下降以及电子迁移率的降低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种用于高速HEMT器件的InAs外延材料及其制备方法，以降低衬底成本，并减少因多重赝配层生长造成的位错以及缺陷。

为实现上述目的，本发明的InAs外延材料，给出如下两种技术方案：

技术方案一：

一种用于高速HEMT器件的InAs外延材料，自下而上包括衬底1、缓冲层3、下层势垒4、InAs沟道5、上层势垒6、InAlAs空穴阻挡层7以及InAs帽层8，其特征在于：

衬底1采用GaAs衬底；

在GaAs衬底1与缓冲层3之间增设有外延层2；

缓冲层3采用一层AlGaSb；

下层势垒4中添加有浓度为0.5×10¹⁸~5×10¹⁸cm^-3的delta掺杂层4a；

上层势垒6中添加有浓度为0.5×10¹⁸~5×10¹⁸cm^-3的delta掺杂层6a。

技术方案二：