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摘要

为研究磷化铟高电子迁移率晶体管(InP HEMT)外延结构材料的抗电子辐照加固设计的效果, 本文采用气态源分子束外延法制备了系列InP HEMT外延结构材料. 针对不同外延结构材料开展了1.5 MeV电子束辐照试验, 在辐照注量为2 × 10 ¹⁵cm ^–2条件下, 并测试了InP HEMT外延结构材料二维电子气辐照前后的电学特性, 获得了辐照前后不同外延结构InP HEMT材料二维电子气归一化浓度和电子迁移率随外延参数的变化规律, 分析了InP HEMT二维电子气辐射损伤与Si-δ掺杂浓度、InGaAs 沟道厚度和沟道In组分以及隔离层厚度等结构参数的关系. 结果表明: Si-δ掺杂浓度越大, 隔离层厚度较薄, InGaAs 沟道厚度较大, 沟道In组分低的InP HEMT外延结构二维电子气辐射损伤相对较低, 具有更强的抗电子辐照能力. 经分析原因如下: 1)电子束与材料晶格发生能量传递, 破坏晶格完整性, 且在沟道异质界面引入辐射诱导缺陷, 增加复合中心密度, 散射增强导致二维电子气迁移率和浓度降低; 2)高浓度Si-δ掺杂和薄隔离层有利于提高量子阱二维电子气浓度, 降低二维电子气受辐射损伤的影响; 3)高In组分应变沟道有利于提高二维电子气迁移率, 但辐照后更容易应变弛豫产生位错缺陷, 导致二维电子气迁移率显著下降.

关键词:

Abstract

In order to improve the radiation-resistance ability of the InP based high electron mobility transistor (InP HEMT) by optimizing the epitaxial structure design, a series of InP HEMT epitaxial structure materials with different structure parameters is grown by gas source molecular beam epitaxy. These samples are irradiated at room temperature by a 1.5-MeV electron beam at the same irradiation fluence of 2 × 10 ¹⁵cm ^–2. The electrical properties of the two-dimensional electron gas (2DEG) for InP HEMT epitaxial materials before and after irradiation are measured by Hall measurements to obtain the changes of the normalized 2DEG density and electron mobility along with the epitaxial structure parameters. The relation between 2DEG radiation damage and epitaxial structure parameters (such as Si-δ-doping density, spacer thickness, channel thickness and channel In content) of InP HEMT epitaxial structure materials is analyzed. The results show that the 2DEG of the InP HEMT epitaxial structure material with higher Si-δ-doping density, thinner spacer thickness, thicker channel thickness and lower channel In content has lower radiation damage, which possesses the stronger radiation-resistance ability.

Keywords:

InP based high electron mobility transistor/
two-dimensional electron gas/
electron beam irradiation/
radiation-resistance

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:周书星,sxzhou2020@163.com

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 11705277, 61434006)和湖北文理学院博士科研启动基金 (批准号: kyqdf2059038)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Zhou Shu-Xing,sxzhou2020@163.com

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11705277, 61434006) and the Doctoral Research Foundation Project of Hubei University of Arts and Science, China (Grant No. kyqdf2059038).

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参考文献

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施引文献

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Layer	Material	Doping	Thickness/nm
Cap layer 1	In_0.65Ga_0.35As	n⁺	10
Cap layer 2	In_0.53Ga_0.47As	n⁺	15
Cap layer 3	In_0.52Al_0.48As	n⁺	15
Etch-stopper	InP	un	4
Barrier layer	In_0.52Al_0.48As	un	8
δ-doping	Si	(3—6)×10¹²cm^–2
Spacer layer	In_0.52Al_0.48As	un	h_w
Channel	In_xGa_1–xAs	un	t_w
Buffer layer	In_0.52Al_0.48As	un	300
S.I.InP sub

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Sample No.	RT		77 K
Sample No.	n/ (10¹²cm^–2)	u/ (cm²·V^–1·s^–1)	n/ (10¹²cm^–2)	u/ (cm²·V^–1·s^–1)
A1	1.851	8010	1.858	17100
A2	2.201	7920	2.205	16500
A3	2.394	7810	2.402	15900
A4	2.695	7530	2.700	14800
B1	2.557	7870	2.557	15100
B2	2.394	7810	2.402	15900
B3	2.272	7980	2.270	16700
B4	2.105	8110	2.085	17600
C1	2.408	8310	2.410	18400
C2	2.420	8960	2.421	22600
C3	2.431	9510	2.430	26200
C4	2.444	10500	2.445	32100
D1	2.387	7780	2.357	15600
D2	2.394	7810	2.402	15900
D3	2.398	7820	2.404	16000
D4	2.340	7810	2.405	16100

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