分子束外延生长InP基赝配高电子迁移率晶体管外延材料

摘要

InP是一种优良的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，它广泛应用于微波毫米波器件领域。高电子迁移率晶体管(HEMT)是基于异质结调制掺杂发展起来的一种高频高速半导体器件。InPPHEMT的高频、低噪声性能十分优越，但是功率性能有待于进一步提高。电子迁移率(μn)和二维电子气(2-DEG)面密度(ns)是影响InPPHEMT器件功率性能的两个重要因素。因此，研究影响μn和ns的主要因素对制备高μn×ns参数值的InPPHEMT外延材料具有十分重要的意义。 本论文研究了单侧掺杂和双侧掺杂、隔离层(spacer)厚度、沟道In组分和不同沟道量子阱结构对μn和ns的影响。我们用分子束外延(MBE)技术制备了样品，用原子力显微镜(AFM)、霍尔(Hall)、电化学C-V、光荧光测试系统、X射线双晶衍射等测试方法对样品进行了测试。 通过大量实验，我们发现如下结论： 1、室温和77K下，双侧掺杂样品的ns比单侧掺杂样品都高出约50％，而单侧掺杂样品的μn比双侧掺杂样品分别高出约12％，29％。说明双侧掺杂结构提高了ns，但是增加了电离杂质散射和界面粗糙度散射，降低了μn。 2、Spacer层厚度对μn和ns的影响是相反的。Spacer层越厚，自由电子向沟道内的转移率越低，导致ns降低，但是同时减小了电离杂质散射，使得μn上升。沟道上侧和下侧Spacer层厚度分别为55A、50A时，μn×ns值最好。 3、沟道In组分对提高μn和ns有一定的作用，但是如果In组分过大，反而会影响生长质量，造成μn和ns下降。单侧掺杂和双侧掺杂样品都在沟道In组分为65％时，μn×ns值最好。 4、室温和77K下，方形量子阱样品的μn×ns值最好，而V形和双方形量子阱结构样品的ns大于方形量子阱样品，但是μn较低，μn×ns参数不如方形样品。 在以上研究的基础上，用MBE技术制备出高μn×ns参数值的单侧掺杂和双侧掺杂InPPHEMT外延材料。室温和77K下，单侧掺杂样品的μn×ns分别达到3.43×1016/V·s、13.66×1016/V·s，双侧掺杂样品的μn×ns分别达到4.81×1016/V·s、14.93×1016/V·s。以上参数在国内处于先进水平。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1-1 InP的材料特性

§1-2 InP基RHEMT器件和电路的发展

§1-3 InP基PHEMT外延材料的发展

§1-4课题的研究内容

第二章MBE技术

§2-1 MBE的简介

§2-2 MBE生长动力学

§2-3表面再构和RHEED衍射

第三章HEMT的工作原理和影响μn和ns的因素

§3-1 HEMT的工作原理及外延材料的基本结构

§3-2影响μn和ns的因素

第四章样品制备

§4-1确定生长速率

§4-2确定BEP与组分之间的对应关系

§4-3 InP PHEMT外延材料的制备

第五章测试与分析

§5-1 Hall测试原理及Cap层对测试结果的影响

§5-2单侧掺杂和双侧掺杂InP RHEMT样品的参数对比

§5-3 Spacer层厚度对μn和ns的影响

§5-4沟道In组分对μn和ns的影响

§5-5不同的双侧掺杂InP PHEMT沟道结构对μn和ns的影响

§5-6高μn×ns参数值样品

结论

参考文献

致谢

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