InAs/AlSbHEMT器件材料生长的优化方法

本书基于2英寸的GaAs（100）半绝缘衬底采用MBE技术制造InAs／AlSbHEMT 外延材料结构。MBE生长中衬底有适当偏角，容易使得分子束材料源吸附到表面，从而使得分子或原子进入衬底生长形成外延材料。InAs／AlSbHEMT 器件制造中衬底GaAs选用0.5°偏角。在生长前，真空生长腔真空度保持在10-10～10-11torr，进行生长时真空度进行调整，调整为10-7～10-8torr。

InAs／AlSb HEMT 器件外延材料生长前，首先对半绝缘GaAs衬底进行处理。处理方法是将GaAs衬底As气氛中加热到580 ℃脱氧处理，这个操作是在砷的环境中进行，接着升高温度除掉气体和去除氧化物。随后将温度提高到580 ℃来生长200nm 的GaAs材料，这样可以在后面的外延生长中使得晶格结构变得更完整。接着生长Al0.7Ga0.3Sb缓冲层，厚度为700nm，缓冲层的作用是可以释放GaAs和AlSb材料之间8%的晶格失配应力。这时外延材料就与后面将要生长的6.1Å 材料可以晶格匹配。继续调整温度为555 ℃，在缓冲层上生长50nm AlSb 下势垒层，15nm的InAs材料和5nm 的AlSb空间隔离层（Spacelayer），这就形成了InAs单量子阱结构。接着2 个分子层的InAs阱被插入到AlSb势垒层中，并进行浓度为Si的施主掺杂，继续5nm 的AlSb上层势垒生长。

图4.6　InSb界面生长顺序(www.xing528.com)

最后，生长5nm 的In0.5Al0.5As空穴阻挡层和5nm 的高掺杂帽层InAs材料。在生长AlSb时，保持5∶1的Ⅴ／Ⅲ束流比，生长InAs时，保持10∶1的Ⅴ／Ⅲ族束流比。生长In0.5Al0.5As材料时是10∶1的Ⅴ／Ⅲ族束流比，而Al∶In的束流为1∶3。在最后一层帽层材料生长完成后，在富As气氛中温度调整到400 ℃，低于400 ℃关闭As源，继续降温到室温，完成InAs／AlSb HEMT 外延材料生长，这是结构I的生长过程，结构Ⅱ的生长过程和结构I类似。

InAs／AlSb HEMT 器件中InAs／AlSb 异质结界面会出现两种界面：InSb或AlAs，根据前面的讨论我们采用InSb界面，具体操作过程如图4.6所示。图4.7显示了生长AlSb势垒层中的RHEED 图。

图4.7　生长AlSb的RHEED 图