[发明专利]一种高功率增益截止频率的InAlN/GaN HEMT及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高功率增益截止频率的InAlN/GaN HEMT及其制备方法，InAlN/GaNHEMT包括Si衬底、GaN缓冲层、InGaN背势垒层、GaN沟道层、AlN插入层、InAlN势垒层和GaN帽层；GaN帽层上设置有源极、双栅根型栅极和漏极，且双栅根型栅极位于源极和漏极的中间，双栅根型栅极包括两个栅根和一个栅帽，两个栅根平行设置在栅帽的下方，且栅根设置在GaN帽层上。本申请提供的双栅根型栅结构可以支撑更大的栅帽，增大栅极面积，降低器件的栅电阻，提高InAlN/GaN HEMT的开关电流比，抑制漏致势垒降低效应，提高功率增益截止频率。

技术领域

本发明涉及一种高功率增益截止频率的InAlN/GaN HEMT及其制备方法，属于属于微电子器件的技术领域。

背景技术

GaN基高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)具有大的电流密度、高的功率密度、低噪声以及良好的频率特性，这些优势决定了GaN基HEMT在军用和民用微波功率器件和电路领域有广泛的应用前景。GaN HEMTs较高的输出功率可显著降低器件的体积和重量，从而降低系统设计的难度，减少系统组件的数量，提高系统的集成度和可靠性。5G毫米波频段的频率为24.25-52.6GHz，GaN目前的频率应用范围拓展到了40GHz甚至更高，其满足了5G通讯对相应高频器件的需求。随着5G通讯技术的发展，高频高功率器件的需求日益增大，提高器件的射频性能成为GaN基HEMT研究的重要问题之一。

在GaN基射频器件中，栅长和栅极面积是影响器件射频性能的重要参数，在一定条件下，减小栅长可有效提高器件的电流截止频率f_T，增加栅极面积可以提高器件的功率增益截止频率f_max，因此，在GaN HEMT器件中多采用T型栅结构以同时满足减小栅长和增大栅极面积的需求。T型栅结构具有较大的栅帽和较小的栅根，可在减小栅长的同时可以增大栅极面积，从而减小栅极电阻，进而保证HEMT器件具有较高的电流和功率增益截止频率。

由于T型栅与器件材料的接触面积较小且栅跟较高，如果覆盖较大面积的栅帽时，较小的栅根难以支撑较大的栅帽，导致T型栅结构易发生坍塌。因此，基于工艺制作良率考虑， T型栅的栅帽长度有限，无法实现更大面积的扩展，这限制了GaN HEMT器件f_max的进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高功率增益截止频率的InAlN/GaNHEMT，在器件结构上采用双栅根型栅结构，与T型栅结构相比，在具有相同栅长的情况下，双栅根型栅结构可以支撑更大的栅帽，可有效增大栅极面积，降低器件栅极电阻，从而提高InAlN/GaN HEMT的功率增益截止频率f_max和开关电流比I_on/I_off，并且有效地抑制了器件的漏致势垒降低效应(DIBL)。

本发明的技术方案为：

一种高功率增益截止频率的InAlN/GaN HEMT，包括自下而上依次设置的Si衬底、GaN 缓冲层、InGaN背势垒层、GaN沟道层、AlN插入层、InAlN势垒层和GaN帽层；GaN帽层上设置有源极、双栅根型栅极和漏极，且双栅根型栅极位于源极和漏极的中间，所述双栅根型栅极包括两个栅根和一个栅帽，两个栅根平行设置在栅帽的下方，且栅根设置在GaN帽层上。

根据本发明优选的，源极与漏极的间距L_SD为2-3μm；双栅根型栅极的一侧栅跟与源极的间距L_GS为500-1000nm、双栅根型栅极的另一侧栅跟与漏极的间距L_GD为500-1000nm；

进一步优选的，所述源极与漏极的间距L_SD为2μm；双栅根型栅极的一侧栅跟与源极的间距L_GS为750nm、双栅根型栅极的另一侧栅跟与漏极的间距L_GD为750nm。