Т. В. Свистова основы микроэлектроники учебное пособие

ной структурой. В обращенном НЕМТ узкозонный слой 
GaAs, в котором формируется канал, расположен между барь-
ерным контактом и широкозонным гетерослоем AlGaAs. Такая 
структура имеет некоторые преимущества. В частности, от-
крытая поверхность GaAs более стабильна, чем AlGaAs. Кроме 
того, «подзатворный диэлектрик», роль которого исполняет 
нелегированный слой GaAs, обеспечивает более высокую вос-
производимость порогового напряжения. 
6.2.2. Псевдоморфные и метаморфные структуры 
(р-НЕТ и m-НЕТ) 
 
Одним из серьезных препятствий на пути реализации 
возможностей транзисторов с высокой подвижностью элек-
тронов на основе GaAs является наличие глубоких ловушек 
для электронов при высоком уровне содержания алюминия в 
AlGa
1-x
As
x
. Для получения слоя с двумерным электронным га-
зом необходимы значения х  0,2, но при этих значениях глу-
бокие ловушки приводят к срыву стоковых ВАХ, повышению 
уровня генерационно-рекомбинационных шумов и даже к по-
явлению эффекта фоточувствительности.
Дальнейшее развитее технологии привело к созданию 
новых полупроводниковых структур на основе соединений 
А
3
В
5
. Весьма перспективными оказались соединения InGaAs, 

---

135
InGaP, InAlAs и InP, позволившие существенно улучшить ха-
рактеристики НЕМТ.
Введение индия в GaAs повышает подвижность электро-
нов. Постоянные решеток InGaAs, InGaP, InAlAs и подложек 
из InP хорошо согласуются, что позволяет довести мольную 
долю In до х  0,6 и увеличить подвижность электронов при 
300 К примерно вдвое. Введение In в GaAs сужает запрещен-
ную зону, причем разрыв зоны проводимости в гетерострукту-
ре In
0,53
Ga
0,47
As/GaAs составляет около 0,5 В (вдвое больше 
чем в Al
0,3
Ga
0,7
As/GaAs). Это обстоятельство способствует 
нейтрализации паразитного канала.
Незначительное несоответствие постоянных решетки в 
таких соединениях приводит к возникновению упругих на-
пряжений. В случае контакта на гетеропереходе двух объем-
ных материалов напряжения релаксируют путем образования 
дислокаций, что значительно ухудшает электрические харак-
теристики гетероперехода. Такие гетеропереходы могут ис-
пользоваться только при создании буферных слоев, отделяю-
щих электрически или оптически активную область от грани-
цы буферного слоя с подложкой. Если же слой одного из мате-
риалов достаточно тонок, то он способен до определенного 
предела накапливать энергию упругих напряжений в виде уп-
ругих деформаций. В качестве такого слоя целесообразно ис-
пользовать узкозонный материал, создающий квантовую яму. 
Транзисторы, созданные на основе такой структуры получили 
название псевдоморфных НЕМТ (р-НЕМТ). Формирование 
слоя двухмерного электронного газа на границе раздела 
AlGaAs/InGaAs дает возможность использовать в паре с ним 
AlGaAs с низким содержанием алюминия (х = 0,15).
Наилучшие характеристики получены в псевдоморфных 
НЕМТ на InP-подложке (структура InGaAs/InP). Простейшая 
структура и энергетическая диаграмма р-НЕМТ In
0,53
Ga
0,47
As/ 
InP представлены на рис. 6.4. 

---

136
Рис. 6.4. Простейшая структура (а) и энергетическая 
диаграмма (б) псевдоморфного HEMT In0,53Ga0,47As/InP 
В наибольшей степени их преимущества проявляются в 
применении к мощным устройствам, т.к. InP имеет более вы-
сокую теплопроводность, чем GaAs. Кроме того, в р-НЕМТ на 
подложке из InP обеспечивается большая плотность ДЭГ и 
большая предельная скорость электронов, что позволяет полу-
чить более высокие плотности тока.
Типовые структуры современных р-НЕМТ показаны на 
рис. 6.5. 
Рис. 6.5. Типовые структуры современных р-НЕМТ 
Канал выполнен в виде тонкого узкозонного слоя i-
InGaAs и ограничен сверху и снизу чистыми широкозонными 

---

137
слоями спейсера и буфера (i-InAlAs), способствующими со-
хранению высокой подвижности электронов в канале. Такая 
структура обеспечивает глубокую потенциальную яму для 
электронов канала и препятствует их проникновению в под-
ложку, что заметно снижает выходную проводимость транзи-
сторов с коротким каналом.
Пороговое напряжение регулируется глубиной залегания 
и степенью легирования n-слоя (рис. 6.5, а) или δ-
легированного слоя (рис. 6.5, б) InAlAs.
Высокая стоимость InP подложек стимулировало разра-
ботку метаморфных НЕМТ (m-НЕМТ), имеющих структуру 
AlInAs/InGaAs на GaAs-подложке.
Рассогласование постоянных решетки гетерослоев и 
GaAs-подложки составляет около 3,8 %, что является главным 
препятствием для получения высококачественных структур. 
Для согласования атомных решеток слоя InGaAs с GaAs-
подложкой используется многослойная варизонная система 
буферных слоев. Введение буферного слоя AlGaAsSb толщи-
ной 1 - 2 мкм позволяет получить поверхностную плотность 
дислокаций менее 10
6
см
-2
.
В настоящее время характеристики m-НЕМТ почти не 
уступают р-НЕМТ на InР-подложке. Более того, на СВЧ под-
ложка GaAs обладает значительно лучшими диэлектрическими 
свойствами, чем InP.