[发明专利]一种GaAs基高电子迁移率晶体管材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种GaAs基高电子迁移率晶体管材料及其制备方法，该器件包括GaAs衬底、GaAs缓冲层、InGaAs沟道层、n‑AlGaAs蚀刻停止层、N+GaAs帽层，其特征在于，所述GaAs缓冲层采用的生长温度是低温。制备方法是在GaAs衬底上低温条件下生长一层GaAs缓冲层；然后再在GaAs缓冲层上继续依次生长高电子迁移率晶体管有源区结构：InGaAs沟道层、n‑AlGaAs蚀刻停止层、N+GaAs帽层。本发明通过生长低温GaAs缓冲层取代原有的缓冲层，目的是避免在高电子迁移率晶体管结构的缓冲层处形成平行电导，从而在器件工作时产生缓冲层漏电现象，这样可以提高器件的最大工作频率，同时有效地降低器件的阈值电压。

技术领域

本发明涉及III-V族化合物半导体薄膜材料外延生长技术领域，具体涉及一种改进的GaAs基高电子迁移率晶体管材料及其制备方法。

背景技术

分子束外延生长(MBE)技术基本原理是在超高真空系统中相对地放置衬底片和几个分子束源炉(喷射炉)，将要组成化合物的各种元素(As、Ga等)和掺杂剂元素(Si，Be等)分别放入不同的喷射炉内加热，使它们的分子或原子以一定的热运动速度和一定比例的束流强度喷射到加热的衬底片表面，与表面产生相互作用(包括表面迁移、分解、吸附和脱附等作用)，并进行单晶薄膜的外延生产。根据设定的程序，开关快门，改变炉温，控制生长时间，可生长出不同厚度的化合物或不同组分比例的三元、四元固溶体及异质结，制备各种超薄层结构材料。

分子束外延(MBE)、金属有机气相淀积(MOCVD)等高质量超薄层生长技术以及亚微米微细加工技术的发展，使得1980年问世的高电子迁移率晶体管(HEMT)在结构上获得了不断创新，其频率、功率和低噪声性能大大提高，成为微波和毫米波器件的重要成员之一。

虽然普通结构的HEMT具有很好的高频、高速性能，但是也存在有一个很大的问题，那就是其性能的温度稳定性较差。假同晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)是对高电子迁移率晶体管(HEMT)的一种改进，基本结构参见图1。不仅提高了器件阈值电压的温度稳定性，而且也改善了器件的输出伏安特性，使得器件具有更大的输出电阻、更高的跨导、更大的电流处理能力以及更高的工作频率、更低的噪声等。PHEMT主要用于高速和高频器件，是制造GaAs功率管、低噪声管、低噪声单片电路、T/R组件和功率单片电路等微波器件的核心材料。

目前的PHEMT结构，GaAs缓冲层的电阻率偏低，容易产生漏电流，降低了器件的工作频率，增加了器件的功耗。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种改进的GaAs基高电子迁移率晶体管材料，减少了缓冲层平行电导导致的漏电流，可提高器件的工作频率。

本发明的另一目的是提供一种GaAs基高电子迁移率晶体管材料的制备方法。

本发明提供的GaAs基高电子迁移率晶体管材料，包括GaAs衬底、GaAs缓冲层、InGaAs沟道层、n-AlGaAs蚀刻停止层、N+GaAs帽层，其中，所述GaAs缓冲层为低温缓冲层，其中GaAs缓冲层与InGaAs沟道层之间或InGaAs沟道层与n-AlGaAs蚀刻停止层之间还可以具有肖特基势垒层，其中一种方式是可以在GaAs缓冲层与InGaAs沟道层之间以及InGaAs沟道层与n-AlGaAs蚀刻停止层之间均分别增加肖特基势垒层，即肖特基势垒层数量为两个；另一种方式为仅GaAs缓冲层与InGaAs沟道层之间或InGaAs沟道层与n-AlGaAs蚀刻停止层之间增加一个肖特基势垒层，即肖特基势垒层数量为一个。