Р. А. ХАБИБУЛЛИН, И. С. ВАСИЛЬЕВСКИЙ1, Е. А. КЛИМОВ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники
Российской АН, Москва
Оптимизация электрофизических параметров
P-HEMT структур типа n-AlGaAs/InGaAs/n-AlGaAs
для мощных СВЧ-транзисторов
Для псевдоморфных HEMT структур типа n-AlGaAs/InGaAs/n-AlGaAs теоретически были рассчитаны профили зоны проводимости и распределение электронной плотности при решении согласованной системы уравнений Шрёдингера и Пуассона. Определены толщины слоёв структуры и уровни легирования донорных слоёв, при которых отсутствует параллельная проводимость. Проанализировав расчётные данные, методом молекулярно-лучевой эпитаксии были выращены экспериментальные образцы, исследованы подвижность me и концентрация ns двумерного электронного газа в квантовой яме InyGa1-yAs. Определён диапазон уровня легирования для создания мощных СВЧ транзисторов.
Псевдоморфные структуры P-HEMT n-AlGaAs/InGaAs/n-AlGaAs для мощных транзисторов демонстрируют лучшие электрофизические параметры по сравнению с гетероструктурами AlxGa1-xAs/GaAs/AlxGa1-xAs и широко применяются в устройствах СВЧ-техники [1-2].
В теоретической части работы, с помощью решения самосогласованной системы уравнений Шрёдингера и Пуассона были рассчитаны и проанализированы пространственный профиль потенциала зоны проводимости U(z), квантово-размерные уровни энергии электронов Ei, огибающие волновых функций электронов Ψi(z), концентрации электронов в подзонах ni и общее распределение электронной плотности n(z). По анализу расчётных данных были определены параметры указанных выше структур, в которых отсутствует параллельная проводимость по донорному слою.
В экспериментальной части работы исследовалось влияние технологических параметров роста на электрофизические параметры двухсторонне легированных P-HEMT структур (DD-PHEMT) для мощных СВЧ транзисторов, выращенных на основе использования результатов расчета.
При оптимизации слоёв структуры была показана эффективность введения ряда вспомогательных слоёв (субслоёв) в базовую структуру, которые, не приводя к изменению зонной диаграммы и распределения электронной плотности, улучшают структурное совершенство активных слоёв. Введенные субслои позволяют улучшить восстановление поверхности
n+-GaAs 440 Å |
AlxGa1-xAs 355 Å ¿ δ1-Si Al0.2Ga0.8As (спейсер) 55 Å |
InyGa1-yAs 105 Å |
Al0.2Ga0.8As (спейсер) 55 Å ¿ δ2-Si AlxGa1-xAs 390 Å |
Сверхрешётка І СPІ GaAs (33Å) (10 периодов) AlGaAs (30 Å) |
GaAs (буфермкм |
Сверхрешётка ІІ СPІІ GaAs (22Å) (5 периодов) AlGaAs (30Å) |
GaAs (буферÅ |
Полуизолирующая GaAs(100) подложка |
AlGaAs при прерывании роста, повысить качество гетероперехода, а также уменьшить диффузию In в направлении роста слоёв. На рисунке представлено схематическое изображение DD-PHEMT структуры, которая была выбрана для экспериментальных исследований.
В ходе исследований были выращены 3 образца по указанной на рисунке схеме. Образцы отличались друг от друга тем, что при сохранении соотношения концентрации кремния в верхнем и нижнем δ-слоях Ndδ2/Ndδ1= 4:1, последовательно уменьшалось общее время δ-легирования. Так, оно составило 145, 125 и 105 сек для образцов 320, 324 и 328 соответственно. В таблице представлены измеренные методом Холла me и ns, для указанных образцов. Как видно из этих данных, наблюдается монотонное уменьшение ns при уменьшении δ-легирования, что позволяет вырастить структуры с необходимым значением ns и с высокой me. Полученные результаты находятся на уровне лучших мировых значений. Высокое структурное качество исследуемых образцов подтверждаются измерениями спектров фотолюминесценции.
№ образца | Т=300 K | T=77 K | ||
µe, см2/В·с | ns, 1012 · см-2 | µe, см2/В·с | ns, 1012 ·см-2 | |
320 | 6850 | 3,00 | 16800 | 3.18 |
324 | 6820 | 2.50 | 16600 | 2.70 |
328 | 7500 | 2.30 | 20900 | 2.50 |
Список литературы
1. Habbad Y., Deveaud D., Bühlmain H.-J., Ilegems M. J. Appl. Phys.
2. Gaquiere C., Grünenütt J., Jambon D., Delos E., Ducatteau D., Werquin M., Treron D., Fellon P. IEEE Trans. Electr. Dev.
