МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ Российский патент 2015 года по МПК H01L29/80 B82B1/00 

Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно к мощным полевым транзисторам СВЧ на полупроводниковых гетероструктурах, и предназначено для разработки и производства широкого круга устройств электронной техники СВЧ, в том числе радиолокационных устройств.

Существенный прогресс в части повышения быстродействия и выходной мощности СВЧ, выделяемой в нагрузке, включенной на выходе полевого транзистора СВЧ, обеспечило изобретение так называемых транзисторов с высокой электронной подвижностью (НЕМТ - High Electron Mobility Transistor). Область с электронной проводимостью в таких транзисторах состоит из легированного донорными примесями широкозонного и нелегированного узкозонного, но заполненного электронами, полупроводниковых слоев.

Это обеспечивает существенное увеличение быстродействия таких полевых транзисторов СВЧ (до 100 ГГц) и увеличение удельной выходной мощности СВЧ до 1÷1,1 Вт/мм на частоте 10 ГГц.

Известен полевой транзистор на полупроводниковой гетероструктуре, включающий монокристаллическую подложку из нитрида алюминия (AlN), темплетный слой AlN, канальный слой нитрида галлия (GaN) и барьерный слой Al_xGa_1-xN, в котором с целью увеличения рабочих токов и выходной мощности полевых транзисторов посредством увеличения проводимости канального слоя полупроводниковой гетероструктуры, между темплетным и канальным слоями расположены один над другим соответственно переходный слой Al_yGa_1-y N, буферный слой Al_zGa_i-z N, значение у на границе с темплетным слоем составляет 1, а на границе с буферным слоем равно значению z буферного слоя, при этом

0,3≤x≤0,5, а 0,1≤0,5.

При этом буферный слой на границе с канальным слоем легирован кремнием (Si) на глубину 50-150 Å [1].

Данный транзистор при высокой выходной мощности имеет коэффициент усиления, по меньше мере, в два раза меньше, чем обычные транзисторы на полупроводниковой гетероструктуре арсенида галлия.

Известен полевой транзистор СВЧ (полевой транзистор) на полупроводниковой гетероструктуре, содержащий высокоомную подложку и, по меньшей мере, один слой широкозонного и один слой узкозонного полупроводниковых материалов с согласованными или несогласованными кристаллическими решетками, а также электроды истока, затвора, стока, расположенные на наружной поверхности полупроводникового материала, в котором с целью улучшения линейности характеристик полевого транзистора и уменьшения влияния флуктуации концентрации и подвижности носителей тока в канале полевого транзистора на параметры его эквивалентной схемы, а также снижения модуляционных шумов устройств СВЧ на упомянутых транзисторах часть слоя полупроводникового материала, расположенная на расстоянии от электрода затвора, превышающем 30 нм, выполнена с концентрацией легирующей примеси, большей 3×10¹⁷ см^-3 и поверхностной плотностью этой примеси большей 10¹² см^-2, а средняя концентрация легирующей примеси между упомянутой частью слоя полупроводникового материала и электродом затвора не превышает 3×10¹⁷ см^-3 [2] - прототип.

Данный полевой транзистор из-за большого расстояния от электрода затвора до канала и низкой подвижности электронов в канале не позволяет получать высокий уровень выходной мощности и высокий коэффициент усиления.

Техническим результатом изобретения является повышение выходной мощности и коэффициента усиления мощного полевого транзистора СВЧ.

Указанный технический результат достигается заявленным мощным полевым транзистором СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре, содержащим полупроводниковую подложку и последовательность, по меньшей мере, одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материала с заданными характеристиками полупроводниковой гетероструктуры типа AlGaAs-InGaAs-GaAs, электроды истока, затвора, стока, расположенные на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры.

Упомянутая полупроводниковая гетероструктура выполнена в виде последовательности следующих основных слоев:

по меньшей мере одного буферного слоя GaAs толщиной не менее 200 нм,

группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя In_yGa_1-yAs толщиной 12-20 нм и по меньшей мере двух δn-слоев, лерованных донорной примесью,и двух спейсерных i-слоев Al_xGa_1-xAs, елегированных примесью, толщиной каждый 1-3 нм, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя,

двух групп барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная,

при этом

подложечная группа барьерных слоев выполнена в виде акцепторно-донорной p-i-δn системы барьерных слоев Al_xGa_1-xAs,

затворная группа барьерных слоев - в виде донорно-акцепторной δn-i-р системы барьерных слоев Al_xGa_1-xAs,

при этом в каждой группе барьерных слоев i-слой, не легированный примесью, выполнен толщиной 0,5-10 нм, р-слой легированный акцепторной примесью выполнен с уровнем легирования, обеспечивающим высоту потенциальных барьеров 0,4-0,8 ширины запрещенной зоны Al_xGa_1-xAs, δn-слой, легированный донорной примесью, выполнен с избыточным уровнем легирования, обеспечивающим разницу поверхностной плотности донорной и акцепторной примеси равной (1-10)×10¹² см^-2,

при этом прилегающий δn-слой, легированный донорной примесью, каждой группы барьерных слоев является одновременно δn-слоем, легированным донорной примесью, для соответствующей группы проводящих слоев,

барьерного слоя i-Al_xGa_1-xAs толщиной 0,5-10 от толщины i-слоя, не легированного примесью, в затворной группе барьерных слоев,

слоя омического контакта n⁺ - GaAs толщиной (10-60) им электродов истока и стока,

при этом электрод затвора выполнен длиной не более 0,5 мкм.

Значения химических элементов x, y соответственно в каждом из упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры определяются неравенствами 0,25<x<0,4, 0,15<y<0,2.

В упомянутой группе проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, между каждым из спейсерных слоев i-Al_xGa_1-xAs и собственно канальным слоем In_yGa_1-yAs могут быть выполнены переходные слои.

Раскрытие сущности изобретения.

Существенные признаки заявленного мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре типа AlGaAs-InGaAs-GaAs, каждый в отдельности и в совокупности обеспечивают, а именно

наличие в упомянутой полупроводниковой гетероструктуре и выполненных указанным образом: -

группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя In_yGa_1-yAs толщиной 12-20 нм и, по меньшей мере, двух δn-слоев, легированных донорной примесью, и двух спейсерных i-слоев Al_xGa_1-xAs, не легированных примесью, толщиной каждый 1-3 нм, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя, обеспечивают формирование в собственно канальном слое In_yGa_1-yAs и спейсерных i-слоях Al_xGa_1-xAs, благодаря донорным и акцепторным примесям δn-слоев Al_xGa_1-xAs легированных донорной примесью и барьерных слоев p⁺-Al_xGa_1-xAs, легированных акцепторной примесью, разделенных барьерными слоями i-Al_xGa_i-xAs, дополнительных потенциальных барьеров, которые способны локализовать электроны (далее - дополнительные потенциальные барьеры с локализующими свойствами) и препятствовать поперечному переносу электронов в барьерные слои i-Al_xGa_1-xAs, и тем самым обеспечивают уменьшение рассеяния электронов, и тем самым увеличение подвижности электронов в сильных электрических полях и, как следствие, повышение выходной мощности и коэффициента усиления мощного полевого транзистора СВЧ.

Двух групп барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная обеспечивают в целом формирование упомянутых дополнительных потенциальных барьеров с локализующими свойствами, расположенных с обеих сторон канала полевого транзистора,

во-первых, более высоких и более резких,

во-вторых, не требующих перекомпенсации акцепторной примеси донорной примесью, и тем самым обеспечивают увеличение рабочего тока и, как следствие, увеличение выходной мощности СВЧ.

При этом указанное выполнение каждого слоя в каждой упомянутой группе барьерных слоев каждый в отдельности обеспечивает, а именно:

i-слой, не легированный примесью, с достаточно малой толщиной 5-100 Å -

а) большую крутизну дополнительных потенциальных барьеров с локализующими свойствами,

б) минимизацию величины квадрата волновой функции электронов в области сильного рассеивающего потенциала донорной примеси;

p-слой с уровнем легирования акцепторной примесью, обеспечивающим высоту потенциальных барьеров 0,4-0,8 ширины запрещенной зоны AlGaAs - уменьшение рассеяния горячих электронов (электронов с высокой энергией) на легирующей примеси. Следует отметить, даже в случае очень высокой поверхностной плотности доноров (порядка 1×10¹³ см^-2) можно обеспечить в том случае, если вероятность нахождения электрона в области сильного рассеивающего потенциала примеси окажется достаточно малой. Для уменьшения вероятности нахождения электрона в области сильного рассеивающего потенциала, в затворной и подложечной группах барьерных слоев уровень легирования акцепторной примесью выбирается достаточно большим для обеспечения высоты дополнительных потенциальных барьеров с локализующими свойствами в канале полевого транзистора;

δn-слой с избыточным уровнем легирования донорной примесью, обеспечивающим разницу поверхностной плотности донорной и акцепторной примесей равной (1-10)×10¹² см^-2, и когда прилегающий δn-слой, легированный донорной примесью, каждой группы барьерных слоев является одновременно δn-слоем, легированным донорной примесью, для группы проводящих слоев - возможность изменения поверхностной плотности электронов в канале полевого транзистора в пределах (2-20)×10¹² см^-2 и тем самым обеспечивает увеличение максимального тока электрода стока при нулевом потенциале электрода затвора и, как следствие, - увеличение выходной мощности СВЧ.

Итак, обеспечение достаточно большой высоты дополнительных потенциальных барьеров с локализующими свойствами в совокупности с большой их крутизной обеспечивает уменьшение рассеяния горячих электронов на легирующей примеси и, как следствие, повышение выходной мощности и коэффициента усиления.

Буферный слой GaAs толщиной 200 нм является минимальным, который обеспечивает минимальную плотность дефектов в канале полевого транзистора и соответственно сохранение высокой подвижности электронов и, как следствие, - повышение выходной мощности и коэффициента усиления.

Наличие и выполнение указанным образом барьерного слоя i-AlGaAs толщиной 0,5-10 от толщины i-слоя, не легированного примесью, в затворной группе барьерных слоев обеспечивает увеличение максимальной поверхностной плотности электронов, добавляемых в канал полевого транзистора при подаче прямого смещения на электрод затвора.

Поскольку электрод затвора формируется непосредственно на этом барьерном слое, он приобретает и выполняет одновременно и дополнительно функцию делителя напряжения внешнего смещения «затвор-исток», подаваемого между электродами затвор и исток. Практически вся разность потенциалов этого внешнего смещения падает на затворной группе барьерных слоев и на барьерном слое i-AlGaAs толщиной 0,5-10 от толщины i-слоя, не легированного примесью, в затворной группе барьерных слоев.

При отсутствии этого барьерного слоя все внешнее смещение «затвор-исток» падает на затворной группе барьерных слоев, в этом случае при прямом смещении «затвор-исток», практически одинаково уменьшаются по величине высота барьера Шоттки и высота дополнительного потенциального барьера с локализующими свойствами в затворной группе барьерных слоев.

При сравнительно малых прямых смещениях «затвор-исток», дополнительный потенциальный барьер с локализующими свойствами в затворной группе барьерных слоев оказывается подавленным внешним смещением. Особенно сильно этот эффект выражен при использовании тонких p-слоев в затворной группе барьерных слоев. В результате величина максимальной поверхностной плотности электронов, добавляемых в канал полевого транзистора при подаче прямого смещения на затвор, оказывается практически такой же, как и в известных технических решениях для НЕМТ транзисторов, то есть дополнительный полезный эффект практически отсутствует.

Итак, барьерный слой i-AlGaAs, выполняющий одновременно и функцию делителя напряжения внешнего смещения «затвор-исток, поскольку дополнительный потенциальный барьер с локализующими свойствами в затворной группе барьерных слоев сохраняется при значительно больших прямых смещениях, подаваемых на электрод затвора, позволяет существенно увеличить максимальную поверхностную плотность электронов, добавляемых в канал полевого транзистора при подаче прямого смещения на электрод затвора.

В результате при типичных коэффициентах усиления оказывается доступным двух- и четырехкратное увеличение максимальной поверхностной плотности электронов, добавляемых в канал с сохранением локализующих свойств дополнительных потенциальных барьеров полевого транзистора при подаче прямого смещения на электрод затвора и достаточно высокой подвижности горячих электронов, и тем самым обеспечивается дополнительное обогащение канала полевого транзистора электронами при прямом смещении и тем самым обеспечивается дополнительное увеличение амплитуды максимального тока СВЧ электрода стока, который может быть получен на участке насыщения вольт-амперной характеристики (ВАХ) при заданном постоянном потенциале электрода стока полевого транзистора и при максимальной амплитуде прямого смещения СВЧ на электроде затвора и, как следствие, увеличение максимальной выходной мощности СВЧ.

При этом

барьерный слой i-AlGaAs толщиной 0,5 от толщины i-слоя, не легированного примесью, в затворной группе барьерных слоев предусмотрен для реализации в полевых транзисторах, в случае необходимости получения максимального коэффициента усиления мощности СВЧ,

барьерный слой i-AlGaAs толщиной 10 от толщины i-слоя, не легированного примесью, в затворной группе барьерных слоев предусмотрен для реализации в полевых транзисторах, в случае необходимости получения максимальной величины выходной мощности СВЧ при сравнительно малом коэффициенте усиления мощности СВЧ.

Итак, формирование достаточно высоких дополнительных потенциальных барьеров с локализующими свойствами при достаточно малой толщине барьерных слоев i-Al_xGa_1-xAs, обеспечивающих пространственное разделение слоев Al_xGa_1-xAs со слоями легированными акцепторной примесью, и слоями дельта, легированными донорной примесью, и при достаточно большой толщине барьерного слоя - i-Al_xGa_1-xAs, на котором формируется барьер Шоттки, обеспечивает уменьшение рассеяния горячих электронов на легирующей примеси и в широкозонном материале δn слое Al_xGa_1-xAs и тем самым обеспечивает рост рабочего тока и, как следствие, увеличение выходной мощности и коэффициента усиления полевого транзисторе СВЧ.

Выполнение слоя омического контакта n⁺-GaAs толщиной 10-60 нм электродов истока и стока обеспечивает их минимальное сопротивление и, как следствие, повышение выходной мощности и коэффициента усиления.

Выполнение электрода затвора длиной не более 0,5 мкм в совокупности с указанной полупроводниковой гетероструктурой обеспечивает повышение выходной мощности и коэффициента усиления.

Выполнение буферного слоя GaAs толщиной менее 200 нм нежелательно из-за резкого увеличения плотности дефектов в канале полевого транзистора, соответственно снижения подвижности электронов, а более 200 нм ограничено конструкционной необходимостью и техническими возможностями.

Выполнение в группе проводящих слоев:

собственно канального слоя In_yGa_1-yAs толщиной как менее 12 нм, так и более 18 нм нежелательно, в первом случае - из-за уменьшения поверхностной плотности электронов в квантовой яме собственно канального слоя и соответственно падения рабочего тока, во втором - из-за деления одной упомянутой квантовой ямы на две связанные и соответственно ухудшения управляемости электронами в собственно канальном слое, и соответственно уменьшения коэффициента усиления,

двух δn-слоев легированных донорной примесью и двух спейсерных i-слоев Al_xGa_1-xAs каждый толщиной как менее 1 нм, так и более 3 нм нежелательно, в первом случае - из-за падения подвижности электронов, во втором - из-за уменьшения поверхностной плотности электронов в квантовой яме собственно канального слоя.

Выполнение в каждой группе барьерных слоев:

i-слоя, не легированного примесью, толщиной менее 0,5 нм и более 10 нм недопустимо в первом случае из-за возникновения компенсации донорной и акцепторной примесей, во втором - из-за исчезновения эффекта локализации электронов и соответственно уменьшения рабочего тока;

p-слоя с уровнем легирования акцепторной примесью, обеспечивающим высоту потенциальных барьеров менее 0,4 и более 0,8 ширины запрещенной зоны AlGaAs недопустимо, в первом случае из-за падения рабочего тока, во втором - из-за появления паразитной дырочной проводимости в нем;

δn-слоя с уровнем легирования донорной примесью, обеспечивающим разницу поверхностной плотности донорной и акцепторной примесей менее 1×10¹² см^-2 и более 10×10¹² см^-2 недопустимо, в первом случае из-за падения рабочего тока, во втором - из-за появления паразитных каналов проводимости в широкозонном полупроводниковом материале - слое Al_xGa_1-xAs.

Выполнение барьерного слоя i-AlGaAs толщиной менее 0,5 мкм и более 10 мкм от толщины i-слоя, не легированного примесью, в затворной группе барьерных слоев недопустимо, в первом случае из-за падения пробивного напряжения, во втором - из-за резкого уменьшения коэффициента усиления.

Выполнение слоя омического контакта n⁺-GaAs электродов истока и стока толщиной как менее 10 нм, так и более 60 нм нежелательно, в первом случае - из-за роста омического сопротивления, во втором - из-за технологических сложностей при изготовлении канала полевого транзистора.

Выполнение электрода затвора длиной более 0,5 мкм нежелательно из-за увеличения времени пролета электронов под электродом затвора и соответственно уменьшения коэффициента усиления.

Значение химических элементов x, y соответственно в каждом из упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры как менее 0,25 и 0,15, так и более 0,4 и 0,2 соответственно нежелательно из-за существенного падения подвижности электронов для данного типа полупроводниковых гетероструктур.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1а дан фрагмент заявленного мощного полевого транзистора СВЧ,

где полупроводниковая подложка - 1,

полупроводниковая гетероструктура типа AlGaAs-InGaAs-GaAs - 2,

электроды истока, затвора, стока 3, 4, 5 соответственно, расположенные на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры.

При этом упомянутая полупроводниковая гетероструктура выполнена в виде последовательности следующих основных слоев:

- буферного слоя GaAs - 6,

- группы проводящих слоев - 7, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя In_yGa_1-yAs и двух δn-слоев, легированных донорной примесью, и двух спейсерных i-слоев Al_xGa_1-xAs, не легированных примесью, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя,

- двух групп барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная - 8 в виде акцепторно-донорной p-i-δn системы барьерных слоев, другая - с противоположной стороны - затворная - 9 в виде донорно-акцепторной δn-i-p системы барьерных слоев,

при этом прилегающий δn-слой, легированный донорной примесью, каждой группы барьерных слоев является одновременно δn-слоем, легированным донорной примесью, для соответствующей группы проводящих слоев,

- барьерного слоя i-Al_xGa_1-xAs - 10,

- слоя омического контакта n⁺-GaAs - 11 электродов истока и стока.

На фиг. 1б даны зонные диаграммы в равновесном состоянии (φ_G=0), при обратном смещении на электроде затвора (φ_G<0) и при прямом смещении на электроде затвора (φ_G>0) в области поперечного сечения электрода затвора,

где Е_С0 - положение дна зоны проводимости в равновесном состоянии полевого транзистора при потенциале электрода затвора φ_G=0,

Е_С - положение дна зоны проводимости в неравновесных состояниях полевого транзистора при положительном и отрицательном потенциалах электрода затвора,

E_F0 - положение уровня Ферми при равновесном состоянии полевого транзистора и потенциале электрода затвора φ_G=0.

На фиг. 2 даны вольт-амперные характеристики заявленного мощного полевого транзистора СВЧ (кривая 1) и прототипа (кривая 2).

Примеры конкретного выполнения заявленного мощного полевого транзистора СВЧ.

Пример 1.

Мощный полевой транзистор СВЧ выполнен

на монокристаллической полуизолирующей подложке арсенида галлия 1 толщиной 100 мкм.

Полупроводниковая гетероструктура типа AlGaAs-InGaAs-GaAs 2 выполнена в виде последовательности следующих основных слоев:

одного буферного слоя GaAs 6 толщиной 400 нм,

группы проводящих слоев 7, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя In_yGa_1-yAs толщиной 16 нм и, по меньшей мере, двух δn-слоев легированных донорной примесью и двух спейсерных i-слоев Al_xGa_1-xAs, не легированных примесью, толщиной каждый 2 нм, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя,

двух групп барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная 8 другая - с противоположной стороны - затворная 9, при этом

подложечная группа барьерных слоев 8 выполнена в виде акцепторно-донорной p-i-δn системы барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, затворная группа барьерных слоев 9 - в виде донорно-акцепторной δn-i-p системы барьерных слоев Al_xGa_1-xAs,

в каждой группе барьерных слоев,

i-слой, не легированный примесью, выполнен толщиной 52 Å,

p-слой, легированный акцепторной примесью, выполнен с уровнем легирования, обеспечивающим высоту потенциальных барьеров 0,6 ширины запрещенной зоны Al_xGa_1-xAs,

δn-слой, легированный донорной примесью, выполнен с избыточным уровнем легирования, обеспечивающим разницу поверхностной плотности донорной и акцепторной примеси равной 5,5×10¹² см^-2,

при этом прилегающий δn-слой, легированный донорной примесью, каждой группы барьерных слоев является одновременно δn-слоем, легированным донорной примесью, для соответствующей группы проводящих слоев,

барьерный слой i-Al_xGa_1-xAs выполнен толщиной 5,2 от толщины i-слоя, не легированного примесью, в затворной группе барьерных слоев,

слоя омического контакта n⁺-GaAs толщиной 35 нм электродов истока 3 и стока 5,

электрод затвора 4 выполнен длиной 0,4 мкм.

Примеры 2-5.

Изготовлены образцы мощного полевого транзистора СВЧ аналогично примеру 1, но при других конструкционных параметрах согласно формуле изобретения (примеры 2-3) и за ее пределами (примеры 4-5).

Пример 6 соответствует образцу- прототипа.

На изготовленных образцах мощных полевых транзисторов СВЧ была измерена выходная мощность, коэффициент усиления на рабочей частоте 10 ГГц (Стенд для измерения электрических параметров в режиме непрерывного и импульсного сигнала СВЧ КГ-4-33-81).

Данные сведены в таблицу.

Из представленных фиг. 1б, фиг. 2 и таблицы видно, а именно.

Из фиг. 1б - зонные диаграммы, образованные зарядами легирующих примесей, находящихся подложечной 8 акцепторно-донорной p-i-δn системы и затворной 9 донорно-акцепторной δn-i-p системы групп барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, содержат дополнительные потенциальные барьеры с локализующими свойствами, способствующие увеличению концентрации электронов в канале полевого транзистора и увеличению подвижности электронов и соответственно повышению выходной мощности и коэффициента усиления.

Из фиг. 2 - при одинаковом напряжении перекрытия U_p, заявленный мощный полевой транзистор СВЧ превосходит прототип по величине максимального тока электрода стока (J_Dmax), который достигается при прямом смещении на электроде затвора и соответственно и по величине рабочего тока (J_D(0)).

Из таблицы - образцы мощных полевых транзисторов СВЧ, изготовленные согласно заявленной формуле изобретения, имеют выходную мощность порядка 2,5 Вт, коэффициент усиления порядка 11,5 дБ в отличие от образцов - за пределами, указанными в формуле изобретения, выходная мощность которых составляет 1,2 Вт, коэффициент усиления - 9 дБ (примеры 4-5), как и образца прототипа - выходная мощность которого - 0,5 Вт, коэффициент усиления - 6,0 дБ (пример 6).

Таким образом, заявленный мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре типа AlGaAs-InGaAs-GaAs по сравнению с прототипом обеспечит повышение

выходной мощности примерно на 250 процентов, коэффициента усиления примерно на 110 процентов.

Источники информации

1. Патент РФ №2093924, МПК H01L 29/772, приоритет 10.03.1993 г., опубл. 20.10.1997 г.

2. Журавлев К.С., Лапин В.Г., Лукашин В.М., Пашковский А.Б., Соколов А.Б., Торопов А.И. Серийный рНЕМТ с удельной мощностью 1,4 Вт/мм. // Электронная техника. Сер.1. СВЧ техника. 2012 г., Вып. 1 (512), с. 55-61. // - прототип.

Изобретение относится к электронной технике СВЧ. В мощном полевом транзисторе СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре упомянутая гетероструктура выполнена в виде последовательности следующих основных слоев: по меньшей мере одного буферного слоя GaAs толщиной не менее 200 нм, группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя In_yGa_1-yAs толщиной 12-20 нм и по меньшей мере двух δn-слоев, легированных донорной примесью, и двух спейсерных i-слоев Al_xGa_1-xAs, толщиной каждый 1-3 нм, двух групп барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная, при этом подложечная группа барьерных слоев выполнена в виде акцепторно-донорной p-i-δn системы барьерных слоев, затворная группа барьерных слоев - в виде донорно-акцепторной δn-i-p системы барьерных слоев, при этом в каждой группе барьерных слоев i-слой выполнен толщиной 0,5-10 нм, p-слой выполнен с уровнем легирования, обеспечивающим высоту потенциальных барьеров 0,4-0,8 ширины запрещенной зоны Al_xGa_1-xAs, δn-слой выполнен с избыточным уровнем легирования, обеспечивающим разницу поверхностной плотности донорной и акцепторной примеси равной (1-10)×10¹² см^-2. Технический результат - повышение выходной мощности и коэффициента усиления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил, 1 табл.

1. Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре, содержащий полупроводниковую подложку и последовательность по меньшей мере одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материала с заданными характеристиками полупроводниковой гетероструктуры типа AlGaAs-InGaAs-GaAs, электроды истока, затвора, стока, расположенные на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры, отличающийся тем, что упомянутая полупроводниковая гетероструктура выполнена в виде последовательности следующих основных слоев: по меньшей мере одного буферного слоя GaAs толщиной не менее 200 нм, группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя In_yGa_1-yAs толщиной 12-20 нм и по меньшей мере двух δn-слоев, легированных донорной примесью, и двух спейсерных i-слоев Al_xGa_1-xAs, не легированных примесью, толщиной каждый 1-3 нм, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя, двух групп барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная, при этом подложечная группа барьерных слоев выполнена в виде акцепторно-донорной p-i-δn системы барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, затворная группа барьерных слоев - в виде донорно-акцепторной δn-i-p системы барьерных слоев Al_xGa_1-xAs, при этом в каждой группе барьерных слоев i-слой, не легированный примесью, выполнен толщиной 0,5-10 нм, p-слой, легированный акцепторной примесью, выполнен с уровнем легирования, обеспечивающим высоту потенциальных барьеров 0,4-0,8 ширины запрещенной зоны Al_xGa_1-xAs, δn-слой, легированный донорной примесью, выполнен с избыточным уровнем легирования, обеспечивающим разницу поверхностной плотности донорной и акцепторной примеси равной (1-10)×10¹² см^-2, при этом прилегающий δn-слой, легированный донорной примесью, каждой группы барьерных слоев является одновременно δn-слоем, легированным донорной примесью, для группы проводящих слоев, барьерного слоя i-Al_xGa_1-xAs толщиной 0,5-10 от толщины i-слоя, не легированного примесью, в затворной группе барьерных слоев, слоя омического контакта n⁺-GaAs толщиной (10-60) нм электродов истока и стока, при этом электрод затвора выполнен длиной не более 0,5 мкм.

2. Мощный полевой транзистор СВЧ по п. 1, отличающийся тем, что значения химических элементов x, y соответственно в каждом из упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры определяются неравенствами 0,25<x<0,4, 0,15<y<0,2.

3. Мощный полевой транзистор СВЧ по п. 1, отличающийся тем, что в упомянутой группе проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, между каждым из спейсерных слоев i-Al_xGa_1-xAs и собственно канальным слоем In_yGa_1-yAs могут быть выполнены переходные слои.