[发明专利]梳型栅结构HEMT射频器件及其制备方法

说明书

本发明涉及梳型栅结构HEMT射频器件及其制备方法，包括依次层叠的AlN缓冲层、Al组分渐变的AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN层、源极和漏极、位于源极和漏极之间的梳型栅；梳型栅包括栅头和栅足，栅足包括第一、第二和第三子栅足，沿源极指向漏极的方向上，第一、第二和第三子栅足依次间隔设置于AlGaN层表面，相邻子栅足之间设置空气间隔。该梳型栅结构的设置，减小了栅极电阻，降低了噪声系数，同时提高了增益；栅头与栅足之间没有钝化层介质，相邻栅足之间的间隙为空气，降低了栅极的寄生电容，提高了截止频率；三个栅足分隔开设置，增强了栅极对于沟道的控制，跨导随栅源电压变化更加稳定，明显提高线性度。

技术领域

本发明涉及高电子迁移率晶体管领域，尤其涉及一种梳型栅结构HEMT射频器件及其制备方法。

背景技术

高电子迁移率晶体管(HEMT)是一种场效应晶体管，其是由两种带隙不同的材料形成异质结，为载流子提供沟道，形成的二维电子气具有很高的迁移率，可以得到较高的输出功率。相较于基于Si的横向扩散金属氧化物半导体和GaAs，在基站端GaN HEMT射频器件更能有效满足5G的高功率、高通信频段和高效率等要求，所以GaN HEMT射频性能的研究受到了许多关注。

GaN HEMT器件的射频特性参数主要有截止频率(f_T)、最高振荡频率(f_max)、最大可用增益(MAG)、最大稳定增益(MSG)、功率附加效率(PAE)、最小噪声系数(NF_min)、输出功率和线性度等。等比例缩小器件的方法提高了频率特性，但恶化了器件的击穿电压。场板、T型栅等结构提高了频率特性，但是恶化了器件的噪声性能，导致其工作不稳定。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种截止频率高、最高振荡频率高、线性度高、噪声性能良好的梳型栅结构HEMT射频器件及其制备方法，该器件采用立体梳型栅结构，通过设置梳头和梳足，使得相邻子梳足、梳头以及势垒层之间形成空气间隙，减小了栅极电阻，降低了噪声系数，同时提高了增益；栅头与栅足之间没有钝化层介质，相邻栅足之间的间隙为空气，降低了栅极的寄生电容，提高了截止频率；优选地，三个栅足分隔开设置，增强了栅极对于沟道的控制，跨导随栅源电压变化更加稳定，明显提高线性度。相较于Г(gamma)型栅、T栅和场板结构，本发明的梳型栅结构进一步减小了栅极电阻，降低了HEMT射频器件的噪声，提高了器件的增益，有效地增强栅极对沟道的控制，从而使得器件获得更好的线性度。另外，本发明的制备方法工艺简单，适合工业生产。

基于上述目的，本发明至少采用如下技术方案：

梳型栅结构HEMT射频器件，包括衬底、依次层叠于衬底上的AlN缓冲层、Al组分渐变的AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN层、位于AlGaN层表面两侧的源极和漏极、以及位于源极和漏极之间的梳型栅；所述梳型栅包括栅头和连接至栅头的栅足，所述栅足包括第一子栅足、第二子栅足和第三子栅足，沿源极指向漏极的方向上，第一子栅足、第二子栅足和第三子栅足依次间隔设置于AlGaN层表面，相邻子栅足之间设置空气间隔。

优选地，所述梳型栅靠近源极，所述第一子栅足沿所述栅头靠近源极的边缘设置。

优选地，沿源极指向漏极的方向上，第一子栅足的宽度大于第二、第三子栅足的宽度。

优选地，所述第三子栅足与所述漏极之间的距离大于所述栅头靠近漏极的边缘侧与所述漏极之间的距离。

优选地，沿源极指向漏极的方向上，所述栅头的宽度优选2微米，所述第一子栅足的宽度优选0.6微米，所述第二子栅足的宽度优选0.4微米，所述第三子栅足的宽度优选0.4微米。

优选地，沿源极指向漏极的方向上，相邻所述子栅足之间的空气间隔宽度优选0.2微米。

优选地，所述梳型栅与所述源极和漏极之间设置钝化层。