GaAs PHEMT材料制备及其双层电阻率测量法的研究

• 作 者: 吕晶
• 机 构: 河北工业大学
• 出 处: 河北工业大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: GaAs材料 高电子迁移率晶体管 电子气浓度 分子束外延 电阻率测量

随着半导体技术的产业化，GaAs 材料凭借其电子迁移率高、禁带宽度大、本征载流子浓度低、光电特性好及对磁场敏感度强等优良的物理特性，制成的各种器件应用范围愈加广泛，GaAs 赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)就是其中之一。PHEMT 材料中二维电子气浓度(2DEG)Ns和迁移率μn是评价材料性能的两个重要参数。在采用分子束外延(MBE)方法制备PHEMT 材料的过程中，良好的工艺控制和最佳的参数选择都是获得高Ns和μn 得关键因素。同时，在材料测试分析方法上的创新也是众多科研工作者追求的目标。　　
本文的主要研究内容包括：　　
采用分子束外延(MBE)的方法制备PHEMT样品，通过对比实验研究了势垒层厚度、隔离层厚度、势垒层和隔离层中的Al组分、沟道层厚度和沟道In组分对Ns和μn的影响，从而确定了制备PHEMT的最佳参数和基本结构。在此基础上，研究了双δ掺杂PHEMT的沟道生长工艺、掺杂比例、掺杂浓度及沟道应力对PHEMT 电参数的影响。在测试方面，本文研究了双层电阻率测量法的测试原理，并成功将其应用于分析PHEMT沟道反结的生长情况。　　
本文得出的主要结论包括：　　
1.通过实验确定了PHEMT 材料的主要结构参数依次为：AlGaAs隔离层厚度为400?，隔离层Al组分为0.22，AlGaAs 势垒层厚度为300?，InGaAs 沟道层厚度为120?，In组分为0.2，帽层厚度厚度500?，掺杂浓度3×1018cm-3。　　
2.确定PHEMT 材料基本结构参数后，掺杂浓度相同的情况下，使用了界面平整工艺生长的双δ掺杂PHEMT 材料迁移率明显高于普通界面情况的样品，提高幅度在16[％]以上，说明通过光滑界面技术可有效减少界面散射和剩余杂质散射，将2DEG 迁移率控制在一个较高水平。在双侧δ掺杂比例相同的情况下，提高掺杂浓度有利于获得较高的2DEG 浓度，但会对迁移率的提高产生负面作用，而适当提高双侧δ掺杂比例(δup：δdown可由3.5:1 提高到4:1)能使沟道中2DEG的迁移率更高，减小反结带来的不利影响。　　
3.通过生长不同In组分和厚度的样品并进行应力测试发现，In组分越高，产生的失配应力越大，材料的电阻率越大，迁移率下降幅度越大，形成赝配层的临界In组分为0.26。　　
4.通过对比双层电阻率测量法和范德堡方法的测试结果，证明前者可应用于分析PHEMT沟道生长情况。