基于多周期量子阱結構的HEMT器件的制作方法

本發(fā)明屬于半導體技術領域，尤其涉及一種基于多周期量子阱結構的HEMT器件。

背景技術：

HEMT(High Electron Mobility Transistor)，高電子遷移率晶體管，是一種異質(zhì)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(yōu)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，In_0.52Al_0.48As的禁帶寬度為1.47eV，In_0.53Ga_0.47As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(xù)性。因而，在InGaAs溝道中可以產(chǎn)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(jīng)利用InGaAs/InAlAs異質(zhì)結設計出可用于太赫茲波段工作的HEMT有源區(qū)結構，應用于太赫茲的產(chǎn)生、探測等領域。但是，常規(guī)InGaAs/InAlAs的HEMT普遍存在異質(zhì)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(guī)的表面電極也存在內(nèi)部電場彎曲的問題。因此，如何通過合理設計有源區(qū)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(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明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(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明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：本發(fā)明的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(zhì)結，產(chǎn)生多個導電通道層，使其突破臨界厚度的生長和單異質(zhì)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(zhì)結的兩側，有效解決常規(guī)上表面電極引起的內(nèi)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(zhì)結兩端；該器件的成功研發(fā)將使HEMT器件向更高頻、高速、大功率領域發(fā)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發(fā)明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。

本發(fā)明的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(shù)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(guī)的表面電極引起的內(nèi)部電場彎曲問題，漏、源電壓可以無差別的加載到多層異質(zhì)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。

本發(fā)明所有實施例中，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(shù)較大的金屬合金，例如Ni/Au或者Ti/Au。