1, Ский2, 2

1Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

2Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники

Российской АН, Москва

Электрофизические параметры P-HEMT

1-δ структур n-AlGaAs/InGaAs/GaAs

для малошумящих СВЧ-транзисторов

Для псевдоморфных HEMT структур с односторонним легированием типа n-AlGaAs/InGaAs/GaAs с помощью решения самосогласованной системы уравнений Шредингера и Пуассона была определена зонная структура. Рассчет также позволил моделировать изменение указанных параметров при вариации толщины спейсерного слоя AlGaAs и концентрации легирования кремнием NSi. В результате анализа были выбраны параметры P-HEMT структуры, в которой отсутствует параллельная проводимость по донорному слою. По таким рекомендациям методом молекулярно-лучевой эпитаксии были выращены экспериментальные образцы и исследованны электрофизические параметры, в частности подвижность и концентрация двумерного электронного газа μe и ns в квантовой яме InGaAs.

С помощью решения самосогласованной системы уравнений Шредингера и Пуассона были рассчитаны и проанализированы профили зоны проводимости и распределение электронной плотности в P-HEMT структуре AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/GaAs. Уравнение Шредингера решалось для потенциала вида U=Uн+ΔEc+Uxc, где Uн – одноэлектронный электростатический потенциал, ΔЕc – разрыв дна зоны проводимости на гетерограницах, Uxc – обменно-корреляционный потенциал.

Расчет для распределения электронной плотности размерно-квантованных подзон квантовой ямы n(z) был проведен для структуры с мольными долями Al x=0,2 и In y=0,18. Рассчет проводился для характерной геометрии P-HEMT структуры [1].

GaAs 70 Å

AlGaAs 260 Å

GaAs (3 monolayers)

Al0.2Ga0.8As (spacer) 35 Å

GaAs (3 monolayers)

In0.18Ga0.82As 120 Å

GaAs (buffer) 0.5 μm

Semiinsulated

GaAs(100) substrate

На рис. 1 представлено схематическое изображение P-HEMT структуры с односторонним легированием для малошумящих СВЧ-транзисторов для измерения μe и ns в канале, удоволетворяющее отсутствию параллельной проводимости и позволяющее получать необходимую концентрацию в канале ns>1,2·1012 см-2. Типичные литературные значения ns и µe для указанных структур находятся в диапазоне от ns=1,3-2,0·1012 см-2 и µe= см2/В·с при T=300K.

Для получения более высоких значений µe при необходимых значениях ns был реализован ряд новых технологических режимов и приемов. В частности введены дополнительные субслои (рис.1) и с помощью МЛЭ были выращены три структуры, отличающиеся друг от друга только температурой роста слоев AlGaAs Тg. Условия роста и измеренные методом Холла значения µe и ns при 300К и 77К представлены в таблице 1.

№

образца

Тg, °C

Т=300 K

T=77 K

µe, см2/В·с

ns, см-2

µe, см2/В·с

ns, см-2

1

590

4900

1,4·1012

11350

1,7·1012

2

600

6500

1,3·1012

13380

1,62·1012

3

610

7500

1,3·1012

19200

1,6·1012

Как видно из табл.1 изготовленные и измеренные в ходе работ образцы по ряду характеристик улучшают потребительские качества P-HEMT структур. В частности, только оптимизация температуры роста слоя AlGaAs позволила повысить μe на 30% при 300К. Хорошее качество выращенных структур подтверждаются также измерениями спектров фотолюминесценции, на которых присутствуют две узкие линии, ответственные за переходы от двух подзон.

Список литературы

1.  Habbad Y., Deveaud D., Bühlmain H.-J., Ilegems M. J. Appl. Phys.