PHEMT

雖然普通結構的HEMT具有很好的高頻、高速性能，但是也存在有一個很大的問題，那就是其性能的温度穩定性較差。經過研究發現，這與n-AlxGa1-xAs中出現的一種陷阱——“DX中心”有關。這種DX中心能俘獲或放出電子，使得HEMT中的二維電子氣（2-DEG）濃度將隨温度而變化，從而導致HEMT的閾值電壓不穩定，特別是在低温下，由於DX中心存儲電子的作用較強，可造成HEMT的I-V特性崩塌。

實驗表明，對摻Si的n-AlxGa1-xAs，在組分x ＜ 0.2時，基本上不產生DX中心；相反，在組分x≥0.2時則產生高濃度的DX中心。然而，對於常規HEMT中的n-AlxGa1-xAs控制層層，為了獲得一定的勢阱深度和2-DEG濃度，通常選取x=0.3，故必然存在有DX中心的不良影響。如何消除DX中心的影響? ——這就發展出所謂PHEMT（Pseudomorphic HEMT）。

PHEMT的基本器件結構是n+-AlxGa1-xAs/i-InGaAs/i–GaAs型式，這裏採用了不摻雜的i–InGaAs層作為溝道層，相應的能帶配置狀況如圖所示。因為InGaAs的禁帶寬度較窄，則在異質結n+-AlxGa1-xAs/i-InGaAs界面處形成的勢阱深度（ΔEc）較大，所以這時就可以適當降低n+-AlxGa1-xAs控制層的組分x（使得x ＜ 0.2），以避免出現DX中心；例如選取x=0.15時，可得到ΔEc≈0.3eV。可見，採用n+-AlxGa1-xAs/i-InGaAs這種調製摻雜異質結，即可消除DX中心的影響，並能夠獲得足夠穩定而良好的器件性能。

在PHEMT的結構中還有一個i-InGaAs/i–GaAs異質結，該異質結的勢壘高度（導帶底的能量差）約為0.17eV；這樣，就使得i-InGaAs溝道層成為了一個量子阱（底部傾斜的量子阱），2-DEG即處於其中。因此，PHEMT中的2-DEG要比普通HEMT中的多受到一些限制（有勢阱兩邊的雙重限制作用），從而具有更高的電子面密度（約高2倍）；同時，這裏的電子遷移率也較高（比GaAs中的高9 %），因此PHEMT的性能更加優越。總之PHEMT具有雙異質結的結構，這不僅提高了器件閾值電壓的温度穩定性，而且也改善了器件的輸出伏安特性，使得器件具有更大的輸出電阻、更高的跨導、更大的電流處理能力以及更高的工作頻率、更低的噪聲等。

在製作PHEMT時，為了克服InGaAs/GaAs異質結界面的因晶格失配（約為1%）而產生的應力的影響，一般是把InGaAs層生長得很薄（厚度約為20nm），讓其中的晶格存在有畸變，以吸收它與GaAs層之間的因晶格失配而產生的應力。這種存在有晶格畸變的薄膜稱為贗晶膜。並因此也就稱這種HEMT為贗配高電子遷移率晶體管（PHEMT）。 ^[1]