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技术 | Technology – 异构集成

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图7.（a）报告的有效迁移率（μ eff ）与硅，GaAs和InP衬底上制造的In x Ga 1-x As（x≤0.53）沟道MOSFET的面电子密度（Ns）为3×10 cm 时
的有效氧化物厚度（EOT）的函数关系。LEES制备的MOS-HEMT中的μ eff 是大面积硅衬底上InGaAs MOSFET的最高报道数值。请注意，三
角形代表掩埋沟道MOSFET，而正方形代表表面沟道MOSFET。（b）对于硅上GaAs mHEMT，pHEMT和LEES的MOS-HEMT，峰值跨导
（Gm）作为沟道长度（L CH ）的函数。由于具有高的III-V材料质量，LEES的硅上MOS-HEMT可以在类似沟道长度上实现接近本征GaAs衬
底上GaAs HEMT的跨导。注意，mHEMT和pHEMT分别指赝配和应变HEMT。
们的 HEMT 结构）。 沟道层中的铟浓度变化约 20％，而不会影响材料
为了实现高质量的器件层，我们改善了外 质量。这使我们能够生长In 0.40 Ga 0.60 As沟道的器件，
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延结构的材料均匀性，同时降低了穿透位错密 霍尔迁移率超过 7000cm V s 。能够调整组分是
度，晶圆翘曲和表面粗糙度。使用 630℃的高 非常必要的，因为这个可以使我们能够平衡器件
生长温度和厚度约为 1.5μm 的相对厚 InAlAs 梯 的击穿电压和截止频率。
度缓冲层，我们生长材料的螺纹位错密度为 采用基于优化栅极堆叠模块和钨、钼基欧
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1±0.3×10 cm ，这是通过平面视图投射电子 姆接触之后，我们的 InGaAs MOS-HEMT 的性
显微镜测量得到的。基于 50 次生长运行的结 能现在可以接近 GaAs pHEMT 和 mHEMT 的性
果，晶圆略微凹陷，翘曲仅为 39±4μm。由于从 能了。我们的 MOS-HEMT 有效迁移率相对于采
晶圆中心到边缘的温度仅相差为 5℃，同时由于 用表面和掩埋沟道的 InGaAs MOSFET 有效迁移
MOCVD 工具的喷淋头配置所提供均匀气流，因 率的基准测试表明，由于其优化的能量势垒和栅
此整个晶圆上的材料成分变化非常小。 极堆叠层，我们的器件具有硅上所形成晶体管的
原子力显微镜显示顶部 n+-InGaAs 盖层的均 最佳值之一（见图 7（a））。这种迁移率与低至
方根表面粗糙度为 5.7nm（参见图 6）。请注意， 300W×mm 的源极电阻相结合，可为沟道长度为
由于较高的生长温度，该值高于 MBE 生长的 0.33mm 的器件提供 560mS/mm 的高跨导（见图 7
HEMT，这是通过大长度尺度上的交叉阴影粗糙 （b））。我们器件的电流增益截止频率为 60GHz，
度的轻微增加来实现优异的材料质量。 这是从 150nm 栅极长度的晶体管中提取得到的。
通 过改 变 δ 掺 杂浓 度和 物质， 我们 根 据 我们现在正致力于优化器件的毫米级功率和
霍尔测量实现了 In 0.30 Ga 0.70 As 沟道的迁移率为 噪声性能，并为未来的通信系统开发混合电路技
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5000-6500cm V s 。使用梯度缓冲技术可以使薄 术。
扩展阅读 * 作者感谢新加坡国家研究基金会通过 SMART 的
http://smart.mit.edu/research/lees/lees.html LEES IRG 研究项目给予的资助，以及 LEES 团
http://www.circuit-innovation.org/ 队现任和前任的成员，包括 Annie Kumar，David
http://www.compoundsemiconductor.net/article/98881-building-the-ics-of-
the-future.html Kohen，Saeid Masudy-Panah，Kwang Hong Lee，
https://compoundsemiconductor.net/article/100488-adding-colour-tofuture- Viet Cuong Nguyen，Cheng Yeow Ng，Chuan Seng
silicon-ics.html Tan，Dimitri A. Antoniadis，Yee-Chia Yeo 和 Soo
S Yadav et al. IEDM Tech. Dig., 421-424 (2017) Jin Chua 对本文所述结果做出的贡献。
EA Fitzgerald et al. ECS Transactions 75 439 (2016)
D Kohen et al. AIP Advances 6 085106 (2016)

20 化合物半导体 2019年第2期 www.compoundsemiconductorchina.net