GaAs HEMT外延材料
砷化铝镓(AlGaAs)材料作为III-V化合物半导体的典型代表,由于其载流子迁移率高、组成可调、晶格与GaAs相似,得到了广泛的研究和应用。典型的应用之一是使用GaAs/AlGaAs异质结构生长的分子束外延来调制掺杂的二维电子气材料。基于高质量二维电子气结构的高速微电子器件(HEMT、PHEMT),如高电子迁移率晶体管,广泛应用于超高速、超高频、低噪声的微波和毫米波器件中。可供GaAs HEMT外延材料,具体结构如下:
1. GaAs HEMT外延片结构
外延层结构 | 厚度 |
GaAs | 100A |
AlGaAs | – |
AlGaAs | – |
GaAs | – |
AlGaAs/GaAs SL | – |
GaAs缓冲层 | – |
GaAs 衬底 | – |
注:@300K:迁移率> 5000cm2/V.s, Ns>4.0E11
@77K:迁移率> 150,000-190,000 cm2/V.s, Ns>4.0E11
2. 红外干涉测量GaAs HEMT外延层厚度
利用红外干涉方法可以测量GaAs HEMT外延层的厚度,该方法适用于厚度大于2μm的情况。GaAs衬底材料的电阻率需小于0.02Ω·cm,而外延层的电阻率应大于0.1Ω·cm的要求。
由于GaAs衬底材料和外延层的光学常数存在显著差异,当红外光照射到GaAs HEMT外延表面时,反射光谱中会出现干涉条纹。通过分析干涉条纹的最大或最小波长位置、衬底和外延层的光学常数以及光束角度,可以计算出各外延层的厚度。
进行GaAs HEMT外延片的测试需要使用双光束红外分光光度计或傅立叶红外光谱仪,波长范围为2.5μm~50μm或波数范围为4000 cm-1~200 cm-1。仪器的波长和波长重复性误差应控制在≤0.05μm以内,10μm处的光谱分辨率应达到0.02μm或更高。此外,仪器还需要配备反光附件,并且其视角不应超过30°。为了调整仪器性能,还需配备由黑体材料制成的具有不同孔径的隔膜。
GaAs基HEMT外延晶片样品需要具备良好的光学表面,并且不能有大面积的钝化层。此外,衬底的导电类型、外延层和衬底的电阻率也应是已知的。
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