THz波段InP基HEMT的研究现状和应用.pdfVIP

第一届全国太赫兹科学技术与应用学术交流会论文集 147 THz波段InP基HEMT的研究现状及应用 阎大伟1，2+吴卫东1,2王雪敏1,2赵妍1，2 (1．中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室四川 绵阳 621900； 2．中国工程物理研究院太赫兹研究中心四川 绵阳621900) 摘要InP材料具有较大的击穿电压和电子迁移率，而且与其晶格匹配的In0．52A10．48As／ In0．53Ga0．47As异质结的导带具有较大的不连续性，可更好对二维电子气进行限制。其次，InP基 HEMT器件沟道层采用具有高电子迁移率的InGaAs材料，因而可获得更高的电子迁移率，使得器件 工作频率得以大幅提升。本文首先介绍了HEMT的工作原理，并基于此原理讨论了InP基HEMT器 件结构的设计与优化方法，最后对现有工作于THz波段的InP基HEMT研究与应用进行了相关介绍。 1 引言 Electron MobilityTransistor)是一种异质结场效应晶体管， 高电子迁移率晶体管HEMT(High 用具有很高迁移率的二维电子气来工作，因而此种器件及其集成电路能够工作于超高频(最高可达太 赫兹波段)、超高速领域。 带宽度不同的异质结结构中，离化的施主和自由电子是分离的，即电子离开施主母体，由宽带隙材 料一侧进入窄带隙材料一侧。这种分离减少了母体对电子的库仑作用，提高了电子迁移率。1978年， Dingle等【3]在调制掺杂的异质材料中观察到了载流子迁移率增高的现象。随后，在调制掺杂GaAs／ n—A1GaAs单异质结结构的实验中，证明了异质界面存在着具有二维行为的电子气(2DEG)，而且有高 (例如异质结)作为沟道取代由掺杂层作为沟道(例如MOSFETS一金属氧化物半导体场效应晶体管) 以其高频、高速、低噪声等优势，已在太赫兹通信、太赫兹雷达等多个领域广泛应用，引发了美、 日及欧洲各国的开发热潮。 2器件的结构与优化 对HEMT而言，电子迁移率和2DEG浓度是评定器件性能优劣的两个重要参数，对于大功率微波、 毫米波器件，既要求有较高的电子迁移率，又要求沟道内有较高的2DEG浓度，这就对器件结构的 +作者简介：阎大伟(1984一)，男，河南省焦作市人，博士，助理研究员，主要研究方向为半导体材料与器件 0816·2480903，Email：cleverl984@gmail．com。 THz波段InP基HEMT的研究现状及应用 设计提出了更高的要求。 图1 InP基lnAlAs／InGaAs材料体系HEMT结构图 民 Ec 与 ～ 毛 图2 InP基InAlAs／InGaAs材料体系HEMT能带图 沟道层。接着在InGaAs沟道层上生长一层InAIAs隔离层，其作用是用来隔离电离施主和沟道内的 电子，以尽量减小电离施主对沟道内电子的库仑作用力，以进一步提高电子的迁移率。隔离层上是 于欧姆电极的制作。 因为随着In组分的增加电子迁移率也随着增加。但In组分的增加会加大InGaAs沟道层与上下两层 InAlAs层的晶格失配，当失配达到一定程度后会在InGaAs沟道层中产生缺陷，而缺陷会对电子的 散射，因此会使电子迁移率降低。因而在生长InGaAs沟道层时要充分考虑应力的作用，尽量在提高 InGaAs沟道层中In组分的同时，也能保证InGaAs沟道层的厚度不超过应力释放所需的临界厚度。 目前，虽然可以通过理论计算获得不同In组分下InGaAs沟道层的临界厚度，但更重要的还是需要 在实验中对条件进行确定。在HEMT设计优化过程中，另一个值得关注的就是InAlAs隔离层的厚 第一