CN204348720U - 一种复合沟道mhemt微波振荡器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种复合沟道MHEMT微波振荡器，该微波振荡器的有源固体器件由砷化镓衬底的变组分高电子迁移率晶体管构成；所述砷化镓衬底的变组分高电子迁移率晶体管自下而上依次由衬底层、渐变缓冲层、缓存层、第一沟道层、第二沟道层、隔离层、势垒层、刻蚀停止层、第一帽层和第二帽层构成；漏极和源极分设在第二帽层的上方；第一帽层、第二帽层和刻蚀停止层内开设有栅槽，T形的栅极嵌入该栅槽内，栅极的栅脚与势垒层接触。本实用新型工艺简单，器件可靠性强，便于重复。
Description
技术领域
本实用新型属于微波通信器件领域，具体涉及一种复合沟道MHEMT(变组分高电子迁移率晶体管)微波振荡器及其制备方法。
背景技术
微波振荡器是微波接收系统中非常重要的元件。目前，常用的产生微波振荡有两大类，即电真空器件与固体器件。电真空器件主要包括微波电真空三极管、反射速调管、磁控管和返波管等；固体器件有晶体三极管、体效应二极管(也称耿氏二极管)和雪崩二极管等。由于电真空器件对制造环境与工艺要求比较苛刻，使得它的制造成本高，无法普及与推广，因此在微波移动通信设备中应用较少。固体器件中传统的硅基晶体三极管虽然制造技术较成熟，但是它固有的交流特性较差，能产生的特征频率与振荡频率较小，对高速微波通信系统存在制约。体效应二极管与雪崩二极管，虽然能产生较高的振荡频率，具有制造工艺相对简单的特点，但是存在输出功率较低，需要外置放大电路等一系列工艺，增加了工艺难度，且该系统存在可重复性较差等缺点。
基于GaAs衬底HEMT(砷化镓衬底高电子迁移率晶体管)技术的微波振荡器件，利用器件工作的非线性产生高次谐波，晶体管的直流工作点，通常置于伏安特性的截止区，输出回路则调谐在输入频率的n次谐波上，相比传统的硅基晶体三极管具有较高的振荡频率，同时与体效应二极管和雪崩二极管相比除了具有较高的输出频率外还具有一定的输出功率增益，因此在微波振荡器中的应用开发上具有明显的优势。然而，传统的GaAs衬底HEMT的沟道二维电子气浓度和电子迁移率，受材料结构的影响无法做到使得导电沟道电子迁移率与二维电子气浓度均很大，使得器件工作的动态范围小，限制了GaAs衬底HEMT器件在微波振荡电路和微波通信中的发展。尽管InP衬底的高电子迁移率晶体管沟道在沟道中二维电子气浓度与电子迁移率均较高，但是InP衬底的制造成本较高，材质较脆，不利于的推广。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种复合沟道MHEMT微波振荡器，其具有二维电子气浓度高、沟道电子迁移率大、器件特征频率和振荡频率高、以及制造工艺简单易于实现等特点。
为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种复合沟道MHEMT微波振荡器，该微波振荡器的有源固体器件由砷化镓衬底的变组分高电子迁移率晶体管构成；所述砷化镓衬底的变组分高电子迁移率晶体管自下而上依次由衬底层、渐变缓冲层、缓存层、第一沟道层、第二沟道层、隔离层、势垒层、刻蚀停止层、第一帽层和第二帽层构成；漏极和源极分设在第二帽层的上方；第一帽层、第二帽层和刻蚀停止层内开设有栅槽，T形的栅极嵌入该栅槽内，栅极的栅脚与势垒层接触。
上述方案中，势垒层与隔离层间采用Siδ掺杂。
上述方案中，第一沟道层为变In组分的In0.6Ga0.4As导电沟道，第二沟通层为变In组分的In0.7Ga0.3As导电沟道，第一沟道层和第二沟通层形成复合导电沟道结构。
上述方案中，源金属和漏金属各由Ni、AuGe、Ni和Au自下而上叠加而成；栅金属由Pt、Ti、Pt和Au自下而上叠加而成。
与现有技术相比，GaAs衬底MHEMT(砷化镓衬底变组分高电子迁移率晶体管)器件与GaAs衬底HEMT器件相比克服了受材料结构的影响，利用变组分材料生长技术，充分释放GaAs衬底对外延材料所产生的应力，实现良好的晶格匹配，使沟道部分达到高In组分，增强了沟道中二维电子气浓度与电子迁移率，在器件衬底选取上采用GaAs衬底，降低了器件制造成本，在性能上获得了与InP衬底上等效果的性能，因而利用GaAs衬底MHEMT器件制造微波振荡器具有很强的实用性与利用价值。
附图说明
图1是一种复合沟道GaAs衬底MHEMT微波振荡器结构图。
具体实施方式
采用上述方法所制备的一种复合沟道MHEMT微波振荡器，如图1所示，其由GaAs衬底MHEMT作为微波振荡器的有源固体器件。所述GaAs衬底MHEMT引入了复合导电沟道和T型栅设计，包括GaAs半绝缘衬底层、InAlAs渐变In组分缓冲层、In0.52Al0.48As缓冲层、In0.6Ga0.4As导电沟道层与In0.7Ga0.3As导电沟道层、未掺杂In0.52Al0.48As隔离层、In0.52Al0.48As势垒层、InP刻蚀停止层、In0.53Ga0.47As帽层、In0.65Ga0.35As帽层、栅极、漏极和源极。GaAs半绝缘衬底层、InAlAs渐变In组分缓冲层、In0.52Al0.48As缓冲层、In0.6Ga0.4As导电沟道与In0.7Ga0.3As导电沟道层、未掺杂In0.52Al0.48As隔离层、In0.52Al0.48As势垒层、InP刻蚀停止层、In0.53Ga0.47As帽层和In0.65Ga0.35As帽层自下而上依次设置。漏极和源极设置在In0.65Ga0.35As帽层的上方。其中源金属和漏金属各由Ni、AuGe、Ni和Au自下而上叠加而成；栅金属由Pt、Ti、Pt和Au自下而上叠加而成。位于顶部的两层帽层和刻蚀停止层内开设栅槽，T型的栅极嵌入该栅槽内，栅脚与In0.52Al0.48As势垒层接触。
GaAs半绝缘衬底变组分高电子迁移率晶体管的外延材料结构由分子束外延(MBE)设备外延生长。In0.52Al0.48As势垒层与In0.52Al0.48As隔离层间采用Siδ掺杂，掺杂浓度为5.0E+12cm-3。采用变In组分的In0.6Ga0.4As导电沟道层与In0.7Ga0.3As导电沟道层形成变In组分复合导电沟道。复合沟道中电子迁移率范围为9000～11000cm2/V·S，二维电子气浓度范围为2.0E+12～3.5E+12cm-2。位于顶部的In0.65Ga0.35As帽层、In0.53Ga0.47As帽层和InP刻蚀停止层的中部开栅槽，台面隔离采用离子注入与湿法腐蚀相结合。栅极为三层电子束光刻胶两次曝光，一次显影的T型栅工艺制作而成的T型栅。栅极采用300℃，30秒退火的埋栅结构。
Claims (4)
1.一种复合沟道MHEMT微波振荡器，该微波振荡器的有源固体器件由砷化镓衬底的变组分高电子迁移率晶体管构成；其特征在于：所述砷化镓衬底的变组分高电子迁移率晶体管自下而上依次由衬底层、渐变缓冲层、缓存层、第一沟道层、第二沟道层、隔离层、势垒层、刻蚀停止层、第一帽层和第二帽层构成；漏极和源极分设在第二帽层的上方；第一帽层、第二帽层和刻蚀停止层内开设有栅槽，T形的栅极嵌入该栅槽内，栅极的栅脚与势垒层接触。
2.根据权利要求1所述的一种复合沟道MHEMT微波振荡器，其特征在于：势垒层与隔离层间采用Siδ掺杂。
3.根据权利要求1所述的一种复合沟道MHEMT微波振荡器，其特征在于：第一沟道层为变In组分的In0.6Ga0.4As导电沟道，第二沟通层为变In组分的In0.7Ga0.3As导电沟道，第一沟道层和第二沟通层形成复合导电沟道结构。
4.根据权利要求1所述的一种复合沟道MHEMT微波振荡器，其特征是，源金属和漏金属各由Ni、AuGe、Ni和Au自下而上叠加而成；栅金属由Pt、Ti、Pt和Au自下而上叠加而成。
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