[发明专利]具有GaAs和GaN复合沟道的GaN HEMT器件及制备方法

说明书

本发明公开一种可提高开关速度或极限截止频率的具有GaAs和GaN复合沟道的GaN HEMT器件，由下至上依次为衬底、缓冲层、GaN沟道层及In_xAl_yGa_1‑x‑yN势垒层，在有源区有源电极、漏电极及有栅电极，漏电极下方有从In_xAl_yGa_1‑x‑yN势垒层向下深及In_xAl_yGa_1‑x‑yN沟道层或In_xAl_yGa_1‑x‑yN缓冲层的纵向槽，在纵向槽内由下至上依次有In_mAl_nGa_1‑m‑nAs缓冲层、In_mAl_nGa_1‑m‑nAs沟道层及In_mAl_nGa_1‑m‑nAs势垒层。

技术领域

本发明属于高电子迁移率晶体管器件制备领域，尤其涉及一种可提高开关速度或极限截止频率，具有GaAs和GaN复合沟道的GaN HEMT器件及制备方法。

背景技术

基于三五族材料体系的砷化镓（GaAs）赝晶高电子迁移率晶体管器件（pHEMT）及其集成电路具有超高频（极限截止频率大于1太赫兹）、超高速的优势，广泛应用于射频开关领域，其高速开关的优势得益于三五族沟道材料的小有效质量和高电子迁移率。基于三族氮化物材料体系的氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管器件（HEMT），其电子迁移率低于三五族材料，已报道的极限截止频率接近500 GHz，但GaN HEMT器件的击穿电压、耐高温及输出功率相比于GaAs pHEMT器件更有优势，可应用于微波和毫米波波段的高功率射频信号放大。

GaAs pHEMT与GaN HEMT的外延结构类似，均可采用MOCVD方法在衬底上外延生长缓冲层、沟道层及势垒层，其中GaAs pHEMT各外延层的成分为In_mAl_nGa_1-m-nAs（0 ≤ m, n≤ 1，m + n ≤ 1），而GaN HEMT各外延层的成分为In_xAl_yGa_1-x-yN（0 ≤ x, y ≤ 1，x + y≤ 1）。

GaAs pHEMT与GaN HEMT的沟道均为二维电子气（2DEG）导通。GaAs pHEMT沟道中2DEG的浓度可通过对沟道层上方势垒层和沟道层下方（可选）进行调制掺杂来调节，如调制掺杂后GaAs pHEMT沟道中的2DEG浓度在10¹² cm^-2量级以下，则容易获得常闭型即增强型器件，而调制掺杂后2DEG浓度在10¹² cm^-2量级以上则可得到耗尽型器件；不同于GaAs pHEMT，GaN HEMT沟道中的2DEG则完全来自于自身很强的极化效应，无需任何故意掺杂即可获得10¹³ cm^-2量级的2DEG浓度，因此GaN HEMT在不作任何处理的情况下均为常开型即耗尽型器件。

现有GaN HEMT器件尽管具有耐高温、耐高压、高输出功率的优点，但相比于GaAspHEMT，其开关速度或极限截止频率仍有差距；又因其具有较强的极化强度，制备高性能增强型器件的难度极大。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可提高开关速度或极限截止频率，具有GaAs和GaN复合沟道的GaN HEMT器件及制备方法。