InAs/AlSbHEMT器件的优化外延结构设计

外延结构设计直接关系到器件的性能，InAs／AlSbHEMT 器件也是如此。InAs／AlSb HEMT 器件的外延设计对器件的性能影响很大，所以InAs／AlSb HEMT 器件外延设计也很重要。InAs／AlSb HEMT 器件是异质结外延，异质结之间界面的形式对异质结的电学和物理性质都有很大的影响。本文提出了两种单δ面掺杂和双δ面掺杂InAs／AlSb HEMT 外延材料。

InAs／AlSb HEMT 器件的外延结构设计中把GaAs作为衬底，主要是两方面考虑：一是InP材料比GaAs材料易碎，给后面的器件制作会带来困难。二是从成本角度考虑，GaAs衬底比InP衬底价格低。综上考虑在后面研究InAs／AlSb HEMT 器件制作中都选用衬底材料GaAs。

GaAs晶格常数为5.642Å，而InAs的晶格常数是6.058Å，GaAs与InAs材料之间有7.4%的晶格失配。而AlSb晶格常数为6.136Å，与GaAs之间8.8%的晶格失配。这中失配在外延材料生长中将产生很大的位错密度，产生线位错密度达到107cm-2。为了调整GaAs和AlSb之间的晶格失配，选用AlGaSb材料器件的缓冲层，来释放GaAs和AlSb晶格失配应力。调整AlGaSb材料元素的组分，可以使得AlGaSb材料的晶格常数发生变化。调整AlxGa1-xSb（x 是摩尔组分）材料元素的组分x 使得晶格常数在6.094～6.136Å 范围。在实际制造InAs／AlSb HEMT 的外延中，选用Al和Ga的比为7∶3，这样AlGaSb晶格常数达到6.123Å，与AlSb晶格常数比较接近，使得AlGaSb缓冲层和AlSb下势垒层之间晶格尽量匹配。

InAs／AlSb HEMT 器件外延层结构如图4.4（a）是传统的单面δ掺杂的器件外延结构，记为结构I。结构I的外延材料设计具体如下：在AlGaSb材料作为衬底的缓冲层，生长厚度是700nm。同时AlGaSb化学稳定性比AlSb材料要好，AlSb材料暴露在空气中特别容易氧化，但是AlGaSb中Ga阻止了AlSb的氧化。这样可以把AlGaSb层作为台面隔离层，这也可以在后面InAs／AlSb HEMT 器件制造中可用100nm 的浅槽隔离。InAs材料作为沟道，AlSb 材料作为势垒层和空间隔离层。从图4.4 中可看到，在AlSb上势垒层和AlSb空间隔离层之间加入了很薄的3nmInAs材料，并且InAs材料中用Si作为施主杂质，实现了HEMT 器件的面δ调制掺杂。(www.xing528.com)

图4.4　生长InAs／AlSbHEMT 器件外延结构

AlSb材料很容易氧化，在AlSb上层势垒材料的上面采用InAlAs材料可以有效的阻值AlSb材料氧化，在后面器件制作中容易制作栅槽。另外一个作用是InAlAs材料可以作为势垒阻挡层，由于InAs材料是窄禁带宽度材料，很容易发生碰撞离化产生电子空穴对，而InAs沟道中空穴容易越过AlSb上势垒层而进入到栅电极，使得栅极漏电流增大，在栅金属和AlSb上势垒层之间插入InAlAs材料，InAlAs材料导带底部比AlSb材料低，这样InAlAs材料可以有效阻值空穴进入到栅极，从而减小栅极漏电流，这个结构和前面第三章中仿真设计的结构是一样的。最后Si重掺杂的InAs材料作为帽层材料生长在HEMT 器件外延层的最上面。由于InAs材料是窄禁带宽度（Eg=0.3eV）材料，所以采用InAs材料作为HEMT 器件的帽层材料可以得到很低的欧姆接触阻值。

结构Ⅱ是双δ面掺杂结构，如图4.4（b）所示，和结构Ⅰ相比，区别是结构Ⅱ包含双δ面掺杂，器件包含两个势垒层和两个δ面掺杂层。第一个面掺杂在与沟道晶格匹配的AlSb下势垒层中插入，有100Å 的空间层。沟道设计和传统的结构I是一样，接着在沟道上面形成多厚空间层和第二个δ面掺杂层。最后，设计了多厚的上势垒层，多厚的InAlAs势垒层和多厚InAs帽层。结构Ⅱ他外延层设计和结构Ⅰ是相同的。