一种硅基异质集成的mhemt结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于半导体制造领域，具体设及一种娃基异质集成的Μ肥MT结构。
【背景技术】
[0002] ΙηΡ基肥ΜΤ(高电子迁移率晶体管，high electron mobility transistor)已被公 认在微波/毫米波低噪声、高功率应用领域具有很大的优势。InP基皿MT由于GalnAs沟道的 In组分可W达到53% W上，具有非常高的电子迁移率和二维电子气密度，所W器件性能比 Si基RF CMOS更为优越。然而，InP的缺点也是非常明显，其材料价格昂贵，目前最大尺寸仅 为2英寸，且易碎，工艺加工难度大，难W大批量生产，成本昂贵。之前，也有不少厂商采用 GaAs材料衬底代替InP衬底，但由于GaAs材料自身价格和尺寸的限制，仍然无法实现大规模 生产。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种娃基异质集成的MHEMT结构，该方法可W很好地 解决上述问题。
[0004] 为达到上述要求，本实用新型采取的技术方案是:提供一种娃基异质集成的Μ肥MT 结构，包括Ρ型Si衬底和在Ρ型Si衬底上从下至上依次外延生长的晶格应变缓冲层、Gai-xlnxAs沟道层、Ah-xInxAs空间隔离层、平面渗杂层、Ah-xInxAs势垒层、Gai-xInxAs高渗杂盖帽 层;晶格应变缓冲层包括从下至上依次形成的第一GaAs缓冲层、AlGaAs/GaAs多量子阱缓冲 层、采用低溫生长的第二GaAs缓冲层、采用高溫生长的第SGaAs缓冲层、采用低溫生长的第 一 InP缓冲层及采用高溫生长的第二InP缓冲层。
[0005] 优选的，P型Si衬底的材料为Si、SiC、GaN、蓝宝石或金刚石。
[0006] 优选的，第一GaAs缓冲层的厚度为400~80化m，AlGaAs/GaAs多量子阱缓冲层采用 周期性生长的多量子阱结构，第二GaAs缓冲层的厚度为100~30化m，第SGaAs缓冲层的厚 度为100~300nm，第一 InP缓冲层的厚度为400~800nm，第二InP缓冲层的厚度为400~ 800nm。
[0007] 优选的，Gai-xInxAs沟道层采用金属有机化合物沉积生长，厚度为200~320A，In 组分x = 〇~0.54。
[000引优选的，Ah-xInxAs空间隔离层的厚度为30、60A，In组分x = 0~0.54。
[0009]优选的，平面渗杂层的厚度为5~lOA，渗杂Si的剂量为2.5Xl〇i2cnf2至5Xl〇i 2cm -2 〇
[0010] 优选的，Ah-xInxAs势垒层的厚度为200~300A，In组分X = 0~0.54。
[00川优选的，Gai-xInxAs高渗杂盖帽层的厚度为150~.300 A，In组分x = 0~0.54,渗杂 Si的剂量为5 X 1018畑1-3至2 X l0i9cm-3。
[0012]与现有技术相比，本实用新型具有W下优点：
[0013] (1)衬底由Si构成，该结构有利于大幅度降低高速MHEMT器件的成本，并且可与常 规Si基CMOS器件无缝契合，实现大规模化应用的射频与数字的集成；
[0014] (2)结合了 InP基皿MT优越的器件性能和成熟的Si基衬底大尺寸忍片加工工艺的 优点，在毫米波频率范围内的低噪声、高功率领域有着非常重要的应用价值；
[001引（3)Gai-xInxAs高渗杂盖帽层为器件制备提供了良好的欧姆接触，AlGaAs/GaAs多 量子阱缓冲层有效的改善了 Si基衬底和InP体系之间的晶格失配问题，其生长方式可在同 行中推广应用。
【附图说明】
[0016] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在运 些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明 用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0017] 图1为本实用新型的结构示意图。
[001引其中：101、p型Si衬底；102、第一GaAs缓冲层；103、AlGaAs/GaAs多量子阱缓冲层； 104、第二GaAs缓冲层；105、第^6日43缓冲层；106、第一 InP缓冲层；107、第二InP缓冲层； 108、Gai-xInxAs沟道层；109、Ah-xInxAs空间隔离层；110、平面渗杂层；lll、Ah-xInxAs势垒 层；112、Gai-xInxAs高渗杂盖帽层。
【具体实施方式】
[0019] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，W下结合附图及具体实施例，对本 申请作进一步地详细说明。为简单起见，W下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技 术特征。
[0020] 本实用新型提供一种娃基异质集成的Μ皿MT结构，如图1所示，包括P型Si衬底101 和在P型Si衬底101上从下至上依次外延生长的晶格应变缓冲层、Gai-xInxAs沟道层108、 Ali-xInxAs空间隔离层109、平面渗杂层110、Ali-xInxAs势垒层111、Gai-xInxAs高渗杂盖帽层 112;晶格应变缓冲层包括从下至上依次形成的第一GaAs缓冲层102、AlGaAs/GaAs多量子阱 绘冲层103、义用低溫生长的束^>GaAs绘冲层104、义用局溫生长的束二GaAs绘冲层105、义 用低溫生长的第一 InP缓冲层106及采用高溫生长的第二InP缓冲层107。
[0021] P型Si衬底101主要起支撑作用，其材料为Si、SiC、GaN、蓝宝石或金刚石。
[0022] 第一 GaAs缓冲层102主要采用GaAs, 650°C高溫生长，不渗杂，其厚度为400~ 800nm，用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫。
[0023] AlGaAs/GaAs多量子阱缓冲层103采用周期性生长的多量子阱结构，主要用来对缓 冲层的应力进行调节，避免晶格弛豫。
[0024] 第二GaAs缓冲层104主要采用GaAs, 550°C低溫生长，不渗杂，其厚度为100~ 300nm。
[0025] 第SGaAs缓冲层105主要采用GaAs, 650°C高溫生长，不渗杂，其厚度为100~ 300nm。
[00%] 第一 InP缓冲层106主要采用InP，650°C低溫生长，不渗杂，其厚度为400~800nm。 [0027] 第二InP缓冲层107主要采用InP，750°C高溫生长，不渗杂，其厚度为400~800nm。
[00%] Gai-xInxAs沟道层108采用金属有机化合物沉积生长，用于为沟道生长提供一个平 整的界面，在低场下为二维电子气提供导电沟道，厚度为200~32〇A，In组分x = 0~0.54。
[0029] Ah-xInxAs空间隔离层109用于将施主杂质电离中屯、和2DEG空间隔离，减小电离散 射作用，保证沟道内2DEG的高电子迁移率，其厚度为30~60A，In组分X = 0~0.54。
[0030] 平面渗杂层110用于提供自由电子，其厚度为5~loA，渗杂Si的剂量为2.5 X 1012cm-2至5X1012cm-2。
[0031] Ah-xInxAs势垒层111采用金属有机化合物沉积生长，用于和栅金属形成肖特基接 触，使平面渗杂层110产生的自由电子向沟道内转移，其厚度为200~300A，In组分x = 0~ 0.54。
[0032] Gai-xInxAs高渗杂盖帽层112用于为器件制备提供良好的欧姆接触，其厚度为 150~300 Λ，In组分x = 0~0.54，渗杂Si的剂量为5 X 1018cm-3至2 X 1019畑1-3。
[0033] W上所述实施例仅表示本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但 并不能理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本实用新型构思的前提下，还可W做出若干变形和改进，运些都属于本实用新型 保护范围。因此本实用新型的保护范围应该W所述权利要求为准。
【主权项】
1. 一种娃基异质集成的MHEMT结构，其特征在于，包括p型Si衬底和在p型Si衬底上从下 至上依次外延生长的晶格应变缓冲层、Gai-xInxAs沟道层、Ah-xInxAs空间隔离层、平面渗杂 层、Ah-xInxAs势垒层、Gai-xInxAs高渗杂盖帽层;所述晶格应变缓冲层包括从下至上依次形 成的第一 GaAs缓冲层、AlGaAs/GaAs多量子阱缓冲层、采用低溫生长的第二GaAs缓冲层、采 用高溫生长的第SGaAs缓冲层、采用低溫生长的第一 InP缓冲层及采用高溫生长的第二InP 缓冲层。2. 根据权利要求1所述的娃基异质集成的MHEMT结构，其特征在于，所述P型Si衬底的材 料为Si、SiC、GaN、蓝宝石或金刚石。3. 根据权利要求1所述的娃基异质集成的Μ皿MT结构，其特征在于，所述第一GaAs缓冲 层的厚度为400~800nm，所述AlGaAs/GaAs多量子阱缓冲层采用周期性生长的多量子阱结 构，所述第二GaAs缓冲层的厚度为100~300nm，所述第SGaAs缓冲层的厚度为100~300nm， 所述第一 InP缓冲层的厚度为400~800nm，所述第二InP缓冲层的厚度为400~800nm。4. 根据权利要求1所述的娃基异质集成的Μ肥MT结构，其特征在于，所述Gai-xInxAs沟道 层采用金属有机化合物沉积生长，厚度为2谢)~栽0乂，In组分X = 0~0.54。5. 根据权利要求1所述的娃基异质集成的Μ肥MT结构，其特征在于，所述Ah-xInxAs空间 隔离层的厚度为30~60A，In组分x = 〇~0.54。6. 根据权利要求1所述的娃基异质集成的Μ皿MT结构，其特征在于，所述平面渗杂层的 厚度为5~1OA，渗杂Si的剂量为2.5 X 1〇12畑1-2至5 X l〇i2cm-2。7. 根据权利要求1所述的娃基异质集成的Μ肥MT结构，其特征在于，所述Ah-xInxAs势垒 层的厚度为200~300Λ，In组分x = 〇~0.54。8. 根据权利要求1所述的娃基异质集成的Μ肥MT结构，其特征在于，所述Gai-xInxAs高渗 杂盖帽层的厚度为150~300 A，In组分x = 0~0.54,渗杂Si的剂量为5Xl〇i8cm-3至2X 1〇19細-3。
【专利摘要】本实用新型涉及半导体制造领域，公开了一种硅基异质集成的MHEMT结构，包括p型Si衬底和在p型Si衬底上从下至上依次外延生长的晶格应变缓冲层、Ga1-XInXAs沟道层、Al1-XInXAs空间隔离层、平面掺杂层、Al1-XInXAs势垒层、Ga1-XInXAs高掺杂盖帽层；晶格应变缓冲层包括从下至上依次形成的第一GaAs缓冲层、AlGaAs/GaAs多量子阱缓冲层、采用低温生长的第二GaAs缓冲层、采用高温生长的第三GaAs缓冲层、采用低温生长的第一InP缓冲层及采用高温生长的第二InP缓冲层。本实用新型衬底由Si构成，该结构有利于大幅度降低高速MHEMT器件的成本，并且可与常规Si基CMOS器件无缝契合，采用多层应变缓冲层结构，多量子阱结构有效的减缓了Si材料和InP沟道材料体系之间晶格的失配，可实现大规模化应用的射频与数字的集成。
【IPC分类】H01L29/06, H01L29/45, H01L29/778
【公开号】CN205159336
【申请号】CN201521049874
【发明人】黎明
【申请人】成都嘉石科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月16日