本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，可用于高速、低功耗inas/alsbhemt器件的制備。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件gaas和ganhemts相比，inas/alsbhemts作為典型的銻基化合物半導(dǎo)體(abcs)器件具備更高的電子遷移率和電子飽和漂移速度，其在高速、低功耗、低噪聲等應(yīng)用方面擁有良好的發(fā)展前景。

目前在inas/alsbhemt器件材料生長及制造工藝中主要存在以下問題：一是外延材料生長中，當(dāng)兩種晶格常數(shù)不同的材料生長在一起時，因晶格失配會引起缺陷和位錯。例如si和alsb的晶格失配高達(dá)8.11％，則在生長下勢壘層時必須要有緩沖層來減小晶格失配。inas/alsbhemt器件結(jié)構(gòu)中的in0.4al0.6as勢壘層與alsb勢壘層的晶格失配高達(dá)5.5％，由于in0.4al0.6as層的馳豫，增加了在其上面生長厚的n⁺摻雜inas冒層來減小源極和漏極接觸電阻的困難。二是在制備工藝過程中需要防止高活性的alsb層被氧化。尤其是在刻蝕過程中alsb層的邊緣易暴露于空氣中，將增大其被氧化的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)hemt外延結(jié)構(gòu)中晶格失配及高活性alsb氧化造成器件性能下降的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)，自下而上包括：襯底、緩沖層、alasxsb1-x下勢壘層、inas溝道層、alsb隔離層、inas摻雜層、alasxsb1-x上勢壘層、inalas空穴阻擋層以及inas帽層；

緩沖層采用si；

alasxsb1-x下勢壘層為具有階梯式變組分方式的alasxsb1-x勢壘層；

alasxsb1-x上勢壘層為具有階梯式變組分方式的alasxsb1-x勢壘層。

進(jìn)一步，所述襯底采用柔性襯底，所述襯底的內(nèi)部為柔性材料，所述襯底的外表面采用sio2包裹，所用柔性材料選自聚酰亞胺材料、聚碳酸酯、聚鄰苯二甲酰胺或聚對苯二甲酸乙二醇酯。

進(jìn)一步，所述sio2的厚度為50～1000nm。

進(jìn)一步，所述緩沖層si的厚度為30～100nm。

進(jìn)一步，所述alasxsb1-x下勢壘層采用階梯式變組分方法生長，所述alasxsb1-x下勢壘層的as組分自下而上依次遞減變化，其中0≤x≤1，x值取值從1到0依次遞減的6個數(shù)值。

進(jìn)一步，所述alasxsb1-x下勢壘層變組分生長的每層厚度為30～200nm。

進(jìn)一步，所述alasxsb1-x上勢壘層采用階梯式變組分方法生長，所述alasxsb1-x上勢壘層的as組分自下而上依次遞增變化，其中0≤x≤1，x值取值從0到1依次遞增的6個數(shù)值。

進(jìn)一步，所述alasxsb1-x上勢壘層變組分生長的每層厚度為1～1.5nm。

進(jìn)一步，所述inas摻雜層的厚度為1～2nm，si摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3。

本發(fā)明還提供了一種inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

1)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在襯底上生長緩沖層，緩沖層為si薄膜，厚度為30～100nm；

2)采用mbe設(shè)備，對生長有緩沖層的襯底在710℃脫氧，650℃除氣3min，當(dāng)溫度到達(dá)560℃時，開啟al、as及sb源，采用階梯式變組分生長方式在si上生長alasxsb1-x下勢壘層，其中al、as、sb的組分比為1：x：1-x，x值取值從1到0依次遞減的6個數(shù)值，自下而上共生長6層，每層厚度為30～200nm；

3)采用mbe設(shè)備，在alasxsb1-x下勢壘層上生長inas溝道層：當(dāng)溫度到達(dá)550℃時，開啟in及as源，在alasxsb1-x上生長厚度為10～15nm的inas溝道層；

4)保持550℃，開啟al及sb源，在inas溝道層上生長厚度為3～5nm的alsb隔離層；

5)保持550℃，開啟in及as源，在alsb隔離層上生長厚度為1～2nm的摻雜層，si摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3；

6)保持550℃，開啟al、as及sb源，采用階梯式變組分生長方式在摻雜層上生長alasxsb1-x上勢壘層，其中al、as、sb的組分比為1：x：1-x，x值取值從0到1依次遞增的6個數(shù)值，自下而上共生長6層，每層厚度為1～1.5nm；

7)保持550℃，開啟in、al及as源，在alasxsb1-x上勢壘層上生長厚度為3～5.3nm的inalas空穴阻擋層，其中in、al、as的組分比為2:3:5；

8)保持550℃，開啟in及as源，在inalas上生長厚度為4～6nm的inas帽層，si摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，完成整個材料的生長；

在步驟1)中，所用襯底為柔性襯底，該柔性襯底通過如下方式獲得：首先將制作柔性襯底所用的柔性材料清洗、吹干并烘干，然后采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在柔性材料外側(cè)表面生長sio2，厚度為50～1000nm，將柔性材料完全包裹。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明通過采用階梯式變組份方法生長alasxsb1-x下勢壘層，降低了alsb與si之間的晶格失配，并防止alsb層氧化，有效提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性。

2.本發(fā)明通過采用階梯式變組份方法生長alasxsb1-x上勢壘層，降低了alsb與inalas之間的晶格失配，并防止alsb層氧化，有效提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性。

3.本發(fā)明同時提供的hemt外延結(jié)構(gòu)采用柔性襯底，所用柔性襯底采用sio2包裹于柔性材料的外表面，使柔性材料可以在700度以上高溫下使用，并解決了現(xiàn)有inp、gaas襯底易碎的問題，降低了成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例1制備的inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1示例性的示出了本發(fā)明實施例提供的一種inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)，自下而上包括：襯底1、緩沖層2、alasxsb1-x下勢壘層3、inas溝道層4、alsb隔離層5、inas摻雜層6、alasxsb1-x上勢壘層7、inalas空穴阻擋層8以及inas帽層9；

其中，緩沖層2采用si；alasxsb1-x下勢壘層3為具有階梯式變組分方式的alasxsb1-x勢壘層；alasxsb1-x上勢壘層7為具有階梯式變組分方式的alasxsb1-x勢壘層。

在本發(fā)明實施例中，襯底1采用柔性襯底，襯底1的內(nèi)部為柔性材料，襯底1的外表面采用sio2包裹，sio2的厚度為50～1000nm，所用柔性材料選自聚酰亞胺材料、聚碳酸酯、聚鄰苯二甲酰胺或聚對苯二甲酸乙二醇酯。

在本發(fā)明實施例中，緩沖層2的si的厚度為30～100nm。

在本發(fā)明實施例中，alasxsb1-x下勢壘層3采用階梯式變組分方法生長，alasxsb1-x下勢壘層3的as組分自下而上依次遞減變化，其中0≤x≤1，x值取值從1到0依次遞減的6個數(shù)值。

在本發(fā)明實施例中，alasxsb1-x下勢壘層3變組分生長的每層厚度為30～200nm。

在本發(fā)明實施例中，alasxsb1-x上勢壘層7采用階梯式變組分方法生長，alasxsb1-x上勢壘層7的as組分自下而上依次遞增變化，其中0≤x≤1，x值取值從0到1依次遞增的6個數(shù)值。

在本發(fā)明實施例中，alasxsb1-x上勢壘層7變組分生長的每層厚度為1～1.5nm。

在本發(fā)明實施例中，inas摻雜層6的厚度為1～2nm，si摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3。

本發(fā)明實施例同時提供了一種inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)的制備方法，具體包括如下步驟：

1)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在襯底1上生長緩沖層2，緩沖層2為si薄膜，厚度為30～100nm；

2)采用mbe設(shè)備，對生長有緩沖層2的襯底在710℃脫氧，650℃除氣3min，當(dāng)溫度到達(dá)560℃時，開啟al、as及sb源，采用階梯式變組分生長方式在si上生長alasxsb1-x下勢壘層3，其中al、as、sb的組分比為1：x：1-x，x值取值從1到0依次遞減的6個數(shù)值，自下而上共生長6層，每層厚度為30～200nm；

3)采用mbe設(shè)備，在alasxsb1-x下勢壘層3上生長inas溝道層4：當(dāng)溫度到達(dá)550℃時，開啟in及as源，在alasxsb1-x上生長厚度為10～15nm的inas溝道層4；

4)保持550℃，開啟al及sb源，在inas溝道層上生長厚度為3～5nm的alsb隔離層5；

5)保持550℃，開啟in及as源，在alsb隔離層上生長厚度為1～2nm的摻雜層6，si摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3；

6)保持550℃，開啟al、as及sb源，采用階梯式變組分生長方式在摻雜層6上生長alasxsb1-x上勢壘層7，其中al、as、sb的組分比為1：x：1-x，x值取值從0到1依次遞增的6個數(shù)值，自下而上共生長6層，每層厚度為1～1.5nm；

7)保持550℃，開啟in、al及as源，在alasxsb1-x上勢壘層7上生長厚度為3～5.3nm的inalas空穴阻擋層8，其中in、al、as的組分比為2:3:5；

8)保持550℃，開啟in及as源，在inalas上生長厚度為4～6nm的inas帽層9，si摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，完成整個材料的生長；

在步驟1)中，所用襯底1為柔性襯底，該柔性襯底通過如下方式獲得：首先將制作柔性襯底所用的柔性材料清洗、吹干并烘干，然后采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在柔性材料外側(cè)表面生長sio2，厚度為50～1000nm，將柔性材料完全包裹。

本發(fā)明通過采用階梯式變組份方法生長alasxsb1-x下勢壘層，降低了alsb與si之間的晶格失配，并防止alsb層氧化，有效提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明同時通過采用階梯式變組份方法生長alasxsb1-x上勢壘層，降低了alsb與inalas之間的晶格失配，并防止alsb層氧化，有效提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明提供的hemt外延結(jié)構(gòu)采用柔性襯底，所用柔性襯底采用sio2包裹于柔性材料的外表面，使柔性材料可以在700度以上高溫下使用，并解決了現(xiàn)有inp、gaas襯底易碎的問題，降低了成本。

下面以具體實施例來進(jìn)一步說明。

實施例1

本發(fā)明實施例使用的設(shè)備包括：分子束外延mbe及等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積pecvd等微電子工藝設(shè)備。

參照圖2，本發(fā)明實施例提供的一種inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)，按照下述的的結(jié)構(gòu)形成，自下而上具體包括：襯底1、緩沖層2、alasxsb1-x下勢壘層3、inas溝道層4、alsb隔離層5、inas摻雜層6、alasxsb1-x上勢壘層7、inalas空穴阻擋層8以及inas帽層9。

具體的，在本實施例中，如圖2所示，柔性材料的外表面包裹著厚度100nmsio2，形成襯底1，即所謂的柔性襯底；襯底1包裹用的sio2上生長有厚度30nmsi，形成緩沖層2；緩沖層2上依次生長alas1.0sb0.0、alas0.8sb0.2、alas0.6sb0.4、alas0.4sb0.6、alas0.2sb0.8、alas0.0sb1.0，每層厚度為150nm，形成alasxsb1-x下勢壘層3；alas0.0sb1.0上生長有厚度15nm的inas溝道層4，inas溝道層4上生長有厚度5nm的alsb隔離層5；alsb隔離層5生長有厚度為1.2nm的inas摻雜層6，si摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3；inas摻雜層6上依次生長有alas0.0sb1.0、alas0.2sb0.8、alas0.4sb0.6、alas0.6sb0.4、alas0.8sb0.2、alas1.0sb0.0，每層厚度為1.5nm，形成alasxsb1-x上勢壘層7；alas1.0sb0.0上生長有厚度5nm的inalas空穴阻擋層8，以及inalas空穴阻擋層8上生長有厚度為4nm的inas帽層9，si摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

上述實施例提供的inas/alsbhemt外延結(jié)構(gòu)的制備方法，具體包括如下步驟：

1)準(zhǔn)備襯底1，然后采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在襯底1上生長緩沖層2，緩沖層2為si薄膜，厚度為30nm；

襯底1采用柔性襯底，將制作柔性襯底所用的柔性材料清洗、吹干并烘干，然后采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在柔性材料外側(cè)表面生長sio2，厚度為100nm，將柔性材料完全包裹。

2)采用mbe設(shè)備，對生長有緩沖層2的襯底在710℃脫氧，650℃除氣3min，當(dāng)溫度到達(dá)560℃時，開啟al、as及sb源，采用階梯式變組分生長方式在si上生長alasxsb1-x下勢壘層3，其中al、as、sb的組分比為1：x：1-x，x值取值從1到0依次遞減的1、0.8、0.6、0.4、0.2和0這6個數(shù)值，自下而上共生長6層，每層厚度為150nm；

3)采用mbe設(shè)備，在alasxsb1-x下勢壘層3上生長inas溝道層4：當(dāng)溫度到達(dá)550℃時，開啟in及as源，在alasxsb1-x上生長厚度為15nm的inas溝道層4；

4)保持550℃，開啟al及sb源，在inas溝道層4上生長厚度為5nm的alsb隔離層5；

5)保持550℃，開啟in及as源，在alsb隔離層上生長厚度為1.2nm的摻雜層6，si摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3；

6)保持550℃，開啟al、as及sb源，采用階梯式變組分生長方式在摻雜層6上生長alasxsb1-x上勢壘層7，其中al、as、sb的組分比為1：x：1-x，x值取值從0到1依次遞增的0、0.2、0.4、0.6、0.8和1這6個數(shù)值，自下而上共生長6層，每層厚度為1.5nm；

7)保持550℃，開啟in、al及as源，在alasxsb1-x上勢壘層7上生長厚度為5nm的inalas空穴阻擋層8，其中in、al、as的組分比為2:3:5；

8)保持550℃，開啟in及as源，在inalas上生長厚度為4nm的inas帽層9，si摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3，完成整個材料的生長。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。