在研究中，设计了两种外延结构，结构Ⅰ是上面的普通传统的InAs／AlSb HEMT器件，如图3.4（a）所示，这个结构中包含单个δ面掺杂。AlSb下势垒层，InAs沟道层，AlSb上势垒层包含δ面掺杂，InAlAs肖特基势垒层和InAs帽层。结构Ⅱ是一种新的InAs／AlSbHEMT器件外延结构，如图3.4（b）所示。和传统的InAs／AlSbHEMT器件结构Ⅰ相比，区别是结构Ⅱ包含双δ面掺杂，器件包含两个势垒层和两个δ面掺杂层。第一个面掺杂在与沟道晶格匹配的AlSb下势垒层中插入，有10nm 的空间层。沟道设计和传统的结构Ⅰ是一样，接着在沟道上面形成多厚空间层和第二个δ面掺杂层。最后，设计了8nm 上势垒层，5nm 的InAlAs势垒层和5nmInAs帽层。图3.5是结构Ⅱ在热平衡时的能带图。

图3.4　InAs／AlSb HEMT 外延结构

图3.5　InAs／AlSb HEMT 结构Ⅱ的能带图

图3.6是结构Ⅰ和结构Ⅱ仿真得到的InAs／AlSbHEMT 器件输出特性曲线。图中三角形标识的线代表结构Ⅰ单掺杂外延，正方形标识的线是结构Ⅱ代表双δ面外延，从图3.6中看到当VDS是0.6V，VGS是-0.4V时，结构Ⅱ对应的IDS是832mA／mm，而结构Ⅰ的IDS是576mA／mm，结构Ⅱ的饱和输出电流要比结构Ⅰ高，是由于结构Ⅱ是双δ掺杂，得到的二维电子气浓度大。结构Ⅰ当栅电压VG=-1.0V 时，VG漏源端电流ID 电流很小，认为器件处于关断状态。而对于结构Ⅱ的VG=-1.2V 时，漏源端电流ID电流很小，此时认为HEMT 器件关断，这也可以从图3.7的开关特性曲线中观察到。双δ面掺杂的结构Ⅱ的栅极电压绝对值要大一些，可能是由于结构Ⅱ由于是双δ掺杂，这样InAs沟道中2DEG 浓度大，所以HEMT 器件关断要用较大的栅极电压。同时还发现，栅电压变大时，输出特性曲线的饱和区域很小，而当栅极电压的值较小时，输出特性曲线的饱和区域较大。VDS ＞VGS-VP 是HEMT 器件饱和临界条件，当栅极电压VGS增大，达到电流饱和的临界VDS 值会相应变大。注意VP是器件夹断电压，对于同样的器件，夹断电压VP是不变的。言外之意，就是当栅极电压变大时，要更大的VDS才能达到饱和。图3.8显示新结构Ⅱ在VGS取-0.3 V，峰值跨导是1208 mS／mm，结构Ⅰ在VGS 取-0.27 V 时，峰值跨导是1047mS／mm，结构Ⅱ的跨导也要比结构Ⅰ要大。图3.9仿真器件的截止频率可以看到，新结构Ⅱ的器件截止频率在330GHz，而结构Ⅰ的截止频率在260GHz。从仿真结果可以看出新结构Ⅱ的InAs／AlSbHEMT 器件的直流和频率特性都比结构Ⅰ要好。

(www.daowen.com)

图3.6　结构Ⅰ和结构Ⅱ的InAs／AlSb HEMT 的JDS-VDS 关系曲线

图3.7　结构Ⅰ和结构Ⅱ转移特性曲线

图3.8　结构Ⅰ和结构Ⅱ的HEMT 器件跨导

图3.9　结构Ⅰ和结构Ⅱ的随频率的变化