InAs/AlSb Heterostructure의 Transport 특성 및 응용소자에 관한 연구

Abstract

최근 이동통신의 발전과 디지털 컨버젼스의 영향으로 새로운 기술들이 꾸준히 개발되면서 좀 더 높은 동작 주파수의 device의 개발이 요구 되어지고 있다. 동작 주파수가 높아짐으로 인해서 동작 주파수에 직접적으로 영향을 미치는 전자 이동도를 향상시키기 위해 InP 기판위에 Strained InGaAs channel을 가지는 HEMT(high electron mobility transistor)등 다양한 방법이 시도되고 있다. 그러나 이러한 InP 기판을 사용하여 InGaAs channel의 In composition을 증가하는 방법은 격자상수의 차이에 의한 신뢰성 및 재현성의 한계를 갖고 있다. 따라서 보다 electron 전도특성이 좋은 InAs를 channel로 이용하고 격자가 정합되고 InAs와의 conduction band offset이 AlSb를 barrier로 사용하는 AlSb/InAs/AlSb 양자우물구조 channel HEMT를 제안한다. InAs/AlSb 이종접합 구조는 큰 conduction band offset(1.35eV)을 가지는 구조로써, AlSb/InAs/AlSb 양자우물을 만들었을 경우 높은 전자 고립장벽을 가지게 되므로 큰 값의 2-DEG 면전하 농도를 가지게 된다. InAs의 높은 전자이동도(30000㎠/Vㆍs, bulk)와 높은 drift velocity (4×10^(7) ㎝/s at 2.5kV/㎝)를 가지기 때문에 HEMT의 channel부분에 많이 사용된다. InAs(6.0584Å), AlSb(6.1355Å), GaSb(6.09593Å)는 격자상수 비슷하기 때문에 성장이 용이하다. 격자부정합이 큰 GaAs 기판위에 MBE(molecular beam epitaxy)법으로 AlSb 양자점 완충층과 GaSb 완충층을 사용하여 양질의 AlSb/InAs/AlSb 양자우물 channel HEMT구조를 얻었으며, 구조적 특성과 전기적 특성을 AFM(Atomic Force Microscopy), TEM(Transmission Electron Microscope), Hall effect 등으로 조사하였다. GaAs와 GaSb 사이에 약 8%의 격자 부정합으로 인해 양질의 소자구조를 얻기가 어렵지만, 완충층으로 AlSb 양자점을 사용함으로써, 계면간의 어긋남으로 인한 hillock 같은 결함을 현저하게 줄여 우수한 표면 상태를 얻었으며, 상온에서 1.704E12cm^(-2)의 캐리어 농도와 20483 cm2/Vㆍs의 높은 전자 이동도를 갖는 양질의 HEMT 구조를 성장시킬 수 있었다.; InAs/AlSb heterojunction structure has high conduction band offset(1.35eV). AlSb/InAs/AlSb quantum well has high 2-DEG sheet carrier density because high electron confine barrier. InAs which used in HEMT channel material has high electron mobility (30000cm²/Vㆍs, bulk) and high electron drift velocity(4×10^(7) ㎝/s at 2.5kV/㎝). The crystal growth is easy because InAs(6.0584Å), AlSb(6.1355Å), GaSb(6.09593Å) have similar lattice constant. In this paper, using AlSb 3D buffer layer and succeed to obtain a high quality GaSb buffer layer. The results were present on atomic force microscopy and transmission electron microscopy. About 5ML(monolayer) AlSb 3D buffer layer were sandwiched between a 0.5㎛ thick GaAs buffer and a 1.5㎛ thick GaSb buffer layer. 2D to 3D transition of RHEED pattern was observed to confirm AlSb island formation. AFM sample was also grown at the same condition except the cap layer to certificate the size and density of AlSb 3D. The electrical properties of HEMT structure depends strongly on interface of InAs/AlSb. InSb-like interfaces and AlAs-like interfaces have big differences in electrical properties. We optimize interface between InAs channel and AlSb barrier by molecular beam shutter control. The hall mobility was 20,483cm/V-sec and the sheet carrier concentration was 1.704×10^(12)cm^(-2).