Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия Российский патент 2024 года по МПК H01L29/772 

Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно мощным полевым транзисторам СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия и предназначено для широкого класса устройств электронной техники СВЧ различного назначения, в том числе радиолокационных устройств СВЧ.

Мощные электронные приборы СВЧ и прежде всего мощные полевые транзисторы СВЧ, и соответственно усилительные и управляющие монолитные интегральные схемы СВЧ на их основе, выполненные на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия GaN (далее полупроводниковая гетероструктура; полевой транзистор) по совокупности электрофизических параметров уникальны и отличаются более:

- широким диапазоном рабочих частот, при этом с продвижением в область более высоких значений,

- высокими значениями выходной мощности,

- низкими значениями коэффициента шума,

- высокими значениями рабочих температур и повышенной стойкостью к ионизирующим излучениям и так далее.

Однако в силу того, что данный полупроводниковый материал относится к широкозонным полупроводниковым материалам.

Это обуславливает определенные как конструкционные, так и технологические трудности при изготовлении как самих полупроводниковых гетероструктур, так и электронных приборов СВЧ на их основе, прежде всего полевых транзисторов СВЧ.

Известен полевой транзистор на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, содержащий подложку из карбида кремния, канальный слой, буферный слой, барьерный слой на основе AlGaN, пассивирующий слой на основе нитрида кремния, электроды стока, затвора, истока.

В котором, с целью улучшения температурной стабильности вольт-амперной характеристики, буферный слой выполнен на основе нитрида галлия, толщина подложки составляет 100 мкм, на подложку нанесен слой с высокой теплопроводностью, модулированный по глубине подложки в области расположения электрода затвора.

При этом, глубина модулирования подложки в области расположения электрода затвора составляет 50 мкм [Патент № 2646536 RU. /Гетероструктурный полевой транзистор на основе нитрида галлия /Тихомиров В.Г./ /Бюл. - 2016 - № 7/].

Известен полевой транзистор на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, содержащий подложку из карбида кремния, зародышевый слой, буферный слой, барьерный слой на основе AlGaN, пассивирующий слой на основе нитрида кремния, электроды истока, затвора, стока.

В котором, с целью улучшения стабильности вольт-амперной характеристики в условиях воздействия ионизирующих излучений, зародышевый слой выполнен на основе AlN, буферный слой - на основе нитрида галлия, барьерный слой на расстоянии 5-10 нм от канала полевого транзистора, дополнительно содержит слой AlGaN с дельта-легированием, толщиной 5 нм, со стороны буферного слоя, на расстоянии 10-15 нм от канала полевого транзистора, вводится дополнительный слой GaN с легированием по всей глубине слоя [Патент № 2646529 RU. Гетероструктурный полевой транзистор на основе нитрида галлия /Тихомиров В.Г. и др./ /Бюл. - 2018 - № 7/].

Технические решения данных аналогов позволили улучшить температурную стабильность их вольт-амперных характеристик.

Однако значения выходной мощности, коэффициента усиления, коэффициента шума, крутизны вольт-амперной характеристики - недостаточны в ряде случаев применения этих полевых транзисторов на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия.

Известен мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, содержащий подложку, расположенную на ней последовательность, по меньшей мере, одного слоя узкозонного и одного слоя широкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры с заданными параметрами, канал полевого транзистора, формируемый двумерным электронным газом вблизи гетерограницы слоев узкозонного и широкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры, электроды истока, затвора, стока, выполненные согласно заданной топологии полевого транзистора, пассивирующее покрытие из диэлектрического материала заданной толщины.

В котором, с целью повышения выходной мощности, коэффициента усиления, крутизны вольт-амперной характеристики, низких значений коэффициента шума и удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока, полупроводниковая гетероструктура выполнена в виде следующей прямой последовательности упомянутых слоев узкозонного и широкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры и следующими их параметрами:

буферный слой нитрида галлия GaN, непосредственно на упомянутой подложке, толщиной (2,0-3,0)×10³ нм,

слой нитрида алюминия AlN, толщиной 0,5-0,7 нм,

барьерный слой нитрида галлия алюминия AlGaN, толщиной менее 25 нм,

в полупроводниковой гетероструктуре, вне области расположения электрода затвора, при этом в области расположения электродов истока и стока соответственно, на глубине от верхней, наружной, поверхности барьерного слоя и до (1,9-2,9)×10³ нм от нижней поверхности буферного слоя выполнен контактный слой, из нитрида галлия GaN, легированный донорной примесью, с концентрацией легирующей примеси 10¹⁹-10²⁰ см^-3,

при этом, электроды истока и стока выполнены на верхней, наружной, поверхности упомянутого контактного слоя соответственно, электрод затвора выполнен на верхней, наружной, поверхности барьерного слоя либо заглублен в упомянутый слой на заданную глубину, при этом электрод затвора выполнен заданной длины, ширины и геометрической формы,

пассивирующее покрытие выполнено одновременно на всей наружной поверхности активной области полевого транзистора, толщиной 5-10 нм, с обеспечением защиты электродов истока, стока, канала и электрода затвора. [Патент № 2782307 RU. Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия /Рогачев И.А. и др./ /Бюл. - 2022 - № 30/] - прототип.

Технические решения данного изобретения - прототип обеспечивают достаточно высокие значения выходной мощности, коэффициента усиления, крутизны вольт-амперной характеристики и достаточно низкие значения коэффициента шума и удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока, данные представлены в таблице.

Однако данные значения выходной мощности, коэффициента усиления, коэффициента шума, крутизны вольт-амперной характеристики - недостаточны в ряде случаев применения этих полевых транзисторов на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, например, в приборах Ku диапазона рабочих частот.

Технический результат заявленного мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия - повышение выходной мощности, коэффициента усиления, крутизны вольт-амперной характеристики, снижение коэффициента шума, в том числе путем снижения удельного сопротивления омических контактов.

Указанный технический результат достигается заявленным мощным полевым транзистором СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, содержащим

полупроводниковую подложку,

полупроводниковую гетероструктуру на основе нитрида галлия, заданного состава, с заданными конструкционными параметрами, выполненную в заданной последовательности ее слоев на лицевой стороне полупроводниковой подложки:

буферный слой - нитрид галлия GaN,

по меньшей мере, одна пара одного слоя - узкозонного GaN и одного слоя - широкозонного AlN материалов полупроводниковой гетероструктуры, формирующих вблизи гетерограницы этих слоев двумерный электронный газ канала полевого транзистора,

барьерный слой - нитрид алюминия галлия AlGaN, толщиной менее 25 нм,

контактный слой - нитрид галлия GaN, легированный донорной примесью (n-типа проводимости), с концентрацией легирующей примеси 10¹⁹-10²⁰ см^-3, выполнен в области расположения электродов истока и стока соответственно, на заданной глубине от верхней поверхности барьерного слоя,

электроды истока и стока, выполнены на верхней поверхности контактного слоя соответственно,

электрод затвора, выполнен на верхней поверхности барьерного слоя либо заглублен в него на заданную глубину, при этом электрод затвора выполнен заданной длины, ширины и геометрической формы,

пассивирующее покрытие, выполнено на всей верхней поверхности активной области полевого транзистора - электродов истока, стока, канала и электрода затвора, с обеспечением их защиты, заданной толщиной.

При этом

полупроводниковая гетероструктура дополнительно содержит:

зародышевый слой - нитрид алюминия AlN,

дополнительное пассивирующее покрытие - нитрид кремния Si₃N₄,

полупроводниковая гетероструктура на лицевой стороне полупроводниковой подложки выполнена в следующей прямой последовательности, следующего состава, со следующими конструкционными параметрами ее слоев:

зародышевый слой - нитрид алюминия AlN, толщиной 15-25 нм,

буферный слой - нитрид галлия GaN, легирован одновременно железом (Fe) и углеродом (C), с концентрацией легирующей примеси 10¹⁸-4×10¹⁸ см^-3 и 2×10¹⁸-2×10¹⁹ см^-3 соответственно, толщиной 1,1-1,3×10³ нм,

по меньшей мере, одна пара одного слоя - узкозонного GaN и одного слоя - широкозонного AlN материалов слоев полупроводниковой гетероструктуры, формирующих вблизи гетерограницы этих слоев двумерный электронный газ канала полевого транзистора,

барьерный слой - нитрид алюминия галлия Al_хGa_1-хN, выполнен с мольной долей х химического элемента алюминия Al 50-60 процентов (%), в области расположения канала полевого транзистора,

дополнительное пассивирующее покрытие - нитрид кремния Si₃N₄, выполнено на верхней поверхности барьерного слоя, в области расположения канала полевого транзистора, толщиной 2-5 нм,

контактный слой - нитрид галлия GaN выполнен в области расположения электродов истока и стока соответственно, на глубине от верхней поверхности барьерного слоя и до 10-15 нм от верхней поверхности слоя - узкозонного GaN материала.

Полупроводниковая подложка выполнена из материала кремния либо карбида кремния.

Величина заглубления, длина, ширина, геометрическая форма - дельта-образная (Δ), или Г-образная (Γ), или Т-образная (T) электрода затвора и расположение электродов истока, стока, затвора определяются его заданными электрофизическими параметрами.

Электроды истока, стока, затвора выполнены из материала в виде металла или системы металлов, образующих омические контакты электродов истока и стока, и барьер Шоттки электрода затвора.

Пассивирующее покрытие выполнено из диэлектрического материала нитрида кремния.

Раскрытие сущности изобретения.

Совокупность существенных признаков заявленного мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, как ограничительной, так и отличительной ее частей обеспечивают, а именно когда.

Полупроводниковая гетероструктура дополнительно содержит:

зародышевый слой - нитрид алюминия AlN,

дополнительное пассивирующее покрытие - нитрид кремния Si₃N_{4 .}

Наличие в полупроводниковой гетероструктуре зародышевого слоя обеспечивает согласование кристаллической (пространственной) решётки материала полупроводниковой подложки и материала каждого из слоев полупроводниковой гетероструктуры, заключающееся в следующем. Поскольку поверхность полупроводниковой подложки представляет собой структурный дефект в виде неоднородности структуры, упомянутый зародышевый слой исключает этот структурный дефект и, тем самым обеспечивает соответственно исключение наличия этого структурного дефекта в кристаллической решётке каждого из слоев прямой последовательности полупроводниковой гетероструктуры на основе нитрида галлия и, тем самым обеспечивает исключение максимально дефектное наращивание материала каждого из слоев прямой последовательности полупроводниковой гетероструктуры и, тем самым - максимально совершенство - бездефектность кристаллической решётки каждого из слоев полупроводниковой гетероструктуры, при этом включая слой - узкозонного GaN материала, последнее особенно важно, поскольку именно в этом слое вблизи его гетерограницы со слоем - широкозонного AlN материала полупроводниковой гетероструктуры формируется двумерный электронный газ канала полевого транзистора, последнее чрезвычайно важно и, тем самым - линейность электрофизических характеристик - электрофизических параметров полевого транзистора и, как следствие - снижение коэффициента шума мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия.

Наличие дополнительного пассивирующего покрытия и, в совокупности, когда оно выполнено:

из материала нитрида кремния Si₃N₄

на верхней поверхности барьерного слоя,

в области расположения канала полевого транзистора,

толщиной 2-5 нм.

Это обеспечивает - защиту барьерного слоя и канала полевого транзистора от разного рода воздействий в процессе изготовления полевого транзистора и, как следствие - повышение выходной мощности, коэффициента усиления, крутизны вольт-амперной характеристики мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия.

Выполнение полупроводниковой гетероструктуры на лицевой стороне полупроводниковой подложки в заявленной - следующей прямой последовательности, следующего состава, со следующими конструкционными параметрами ее слоев, а именно когда:

зародышевый слой - нитрид алюминия AlN, толщиной 15-25 нм,

буферный слой - нитрид галлия GaN, легирован одновременно железом (Fe) и углеродом (C), с концентрацией легирующей примеси 10¹⁸-4×10¹⁸ см^-3 и 2×10¹⁸-2×10¹⁹ см^-3 соответственно, толщиной 1,1-1,3×10³ нм,

по меньшей мере, одна пара одного слоя - узкозонного GaN и одного слоя - широкозонного AlN материалов слоев полупроводниковой гетероструктуры, формирующих вблизи гетерограницы этих слоев двумерный электронный газ канала полевого транзистора,

барьерный слой - нитрид алюминия галлия Al_хGa_1-хN, выполнен с мольной долей х химического элемента алюминия Al 50-60%, в области расположения канала полевого транзистора,

дополнительное пассивирующее покрытие нитрида кремния Si₃N₄ выполнено на верхней поверхности барьерного слоя, в области расположения канала полевого транзистора, толщиной 2-5 нм,

контактный слой - нитрид галлия GaN, легированный донорной примесью (n-типа проводимости) германия Ge, с концентрацией легирующей примеси 10¹⁹-10²⁰ см^-3, выполнен в области расположения электродов истока и стока соответственно, на глубине от верхней поверхности барьерного слоя и до 10-15 нм от верхней поверхности слоя - узкозонного GaN материала.

При этом:

Выполнение барьерного слоя - нитрид алюминия галлия Al_хGa_1-хN, с мольной долей х химического элемента алюминия Al равной 50-60%, в области расположения канала полевого транзистора обеспечивает значительное (более одного порядка) повышение концентрации электронов (носителей заряда) в двумерном электронном газе и, как следствие - повышение выходной мощности мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия.

Выполнение контактного слоя - нитрид галлия GaN, а именно совокупность его признаков:

- легирование нитрида галлия GaN, донорной примесью германия Ge, с концентрацией легирующей примеси 10¹⁹-10²⁰ см^-3 и

- выполнение в области расположения электродов истока и стока соответственно на глубине от верхней поверхности барьерного слоя и до 10-15 нм от верхней поверхности слоя - узкозонного GaN материала обеспечивает снижение удельного сопротивления контактного слоя и, тем самым - снижение удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока, и как следствие - снижение коэффициента шума мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия.

Итак, совокупность существенных признаков заявленного мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия в полной мере обеспечивает заявленный технический результат - повышение выходной мощности, коэффициента усиления, крутизны вольт-амперной характеристики, снижение коэффициента шума, в том числе путем снижения удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока.

Конструкционные параметры и значения их пределов, заявленные в формуле изобретения - Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, являются оптимальными, с точки зрения, обеспечения указанного технического результата и, нарушение этих пределов как слева, так и справа не желательно, так как приводит к ухудшению последнего, что подтверждено данными, представленными в таблице.

Изобретение поясняется иными материалами.

На фиг. 1 дан общий вид (разрез) заявленного мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, где:

полупроводниковая подложка - 1,

полупроводниковая гетероструктура - 2 на основе нитрида галлия, заданного состава, с заданными конструкционными параметрами, выполненная в заданной последовательности материалов ее слоев, на лицевой стороне полупроводниковой подложки:

буферный слой - нитрид галлия GaN - 3,

одна пара - 4 одного слоя - узкозонного GaN - 5 и одного слоя - широкозонного AlN - 6 материалов полупроводниковой гетероструктуры,

канал полевого транзистора - 7,

барьерный слой - нитрид алюминия галлия AlGaN - 8,

контактный слой - нитрид галлия GaN - 9, в области расположения электродов истока и стока соответственно, на заданной глубине от верхней поверхности барьерного слоя,

электроды истока 10 и стока - 11, выполнены на верхней поверхности контактного слоя соответственно,

электрод затвора - 12, выполнен на верхней поверхности барьерного слоя, Т-образной геометрической формы,

пассивирующее покрытие - 13,

зародышевый слой - нитрид алюминия AlN - 14,

дополнительное пассивирующее покрытие - нитрид кремния Si₃N₄ - 15.

Примеры конкретного выполнения заявленного мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия.

Пример 1.

На лицевой стороне полупроводниковой подложки 1, выполненной из карбида кремния с кристаллической решеткой модификации 6H, толщиной 650 мкм.

Формируют полупроводниковую гетероструктуру 2 в следующей прямой последовательности, следующего состава, со следующими конструкционными параметрами ее слоев:

зародышевый слой 14 - нитрид алюминия AlN, толщиной 20 нм,

буферный слой - нитрид галлия GaN, легирован одновременно железом (Fe) и углеродом (C), с концентрацией легирующей примеси 2,5×10¹⁸ см^-3 и 7×10¹⁸ см^-3 соответственно, толщиной 1,2×10³ нм,

одна пара 4 одного слоя - узкозонного GaN 5 и одного слоя - широкозонного AlN 6 материалов слоев полупроводниковой гетероструктуры 2, формирующих вблизи гетерограницы этих слоев двумерный электронный газ канала 7 полевого транзистора,

барьерный слой 8 - нитрид алюминия галлия Al_хGa_1-хN,толщиной 5,0 нм, с мольной долей х химического элемента алюминия Al 55%, в области расположения канала 7 полевого транзистора,

дополнительное пассивирующее покрытие 15 - нитрид кремния Si₃N₄ , на верхней поверхности барьерного слоя 8, в области расположения канала 7 полевого транзистора, толщиной 3,5 нм,

контактный слой 9 - нитрид галлия GaN, легированный донорной примесью германия Ge, с концентрацией легирующей примеси 5×10¹⁹ см^-3, в области расположения электродов истока 10 и стока 11 соответственно, на глубине от верхней поверхности барьерного слоя 8 и до 7,5 нм от верхней поверхности слоя - узкозонного GaN 5 материала полупроводниковой гетероструктуры 2.

далее формируют сами электроды истока 10 и стока 11 в виде системы металлов Ti-Pt-Au толщиной 10, 30, 250 нм соответственно, образующих омические контакты электродов истока и стока;

далее формируют электрод затвора 12, на верхней поверхности барьерного слоя, при этом электрод затвора выполнен длиной 150 нм, шириной 1 мм, Т-образной геометрической формы из системы металлов Ni-Au, толщиной 30, 250 нм соответственно, образующих барьер Шоттки;

далее формируют пассивирующее покрытие из нитрида кремния 13, на всей верхней поверхности активной области полевого транзистора - электродов истока 10, стока 11, канала 7 и электрода затвора 12, с обеспечением их защиты, толщиной 12,5 нм.

При этом полевой транзистор СВЧ выполнен в монолитном исполнении, согласно его топологии, с использованием традиционных (классических) технологических операций методов (процессов) изготовления тонкопленочной технологии.

Примеры 2-7.

Аналогично примеру 1 изготовлены образцы мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, но при других конструкционных параметрах, указанных в формуле изобретения (примеры 2-3, 6) и за ее пределами (примеры 4-5).

Пример 6 - частный случай выполнения, когда полупроводниковая подложка выполнена из кремния Si, полупроводниковая гетероструктура содержит одну пару одного слоя - узкозонного GaN и одного слоя - широкозонного AlN материалов полупроводниковой гетероструктуры, электрод затвора 12, заглублен в барьерный слой на глубину 1 нм, электрод затвора выполнен - длиной 0,25 нм, шириной 1,0 нм, дельта-образной (Δ) геометрической формы.

Пример 7 - соответствует прототипу.

На изготовленных образцах мощного полевого транзистора СВЧ.

Измерены:

Выходная мощность (Р_вых.), Вт, посредством ваттметра (СМЗ010).

Коэффициент усиления (К_У), посредством анализатора цепей (Agilent Technologies PNA Network Analyzer).

Коэффициент шума (К_ш), дБ, посредством индикатора коэффициента шума (Х5-2 (ИКШ-2)).

Удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока ( ρ), Ом×мм, посредством метода длинных линий (TLМ метод).

Крутизна вольт-амперной характеристики (S) рассчитана по формуле:

S = ΔI_c/ΔU_из .

Как видно из таблицы образцы мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, выполненные согласно формулы изобретения (примеры 1-3, 6) имеют соответственно:

выходную мощность (6,0, 5,8, 5,8, 5,8) Вт,

коэффициент усиления (17,0, 16,0, 16,0, 17,0), дБ,

крутизну вольт-амперной характеристики (750,0, 740,0, 740,0, 750,0) мСм/мм,

коэффициент шума (1,5, 1,5, 1,5, 1,5) дБ,

удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока (0,08, 0,08, 0,08, 0,08) Ом×мм.

В отличие от образцов, выполненных за пределами формулы изобретения (примеры 4-5), которые имеют примерно - выходную мощность 5,3 Вт, коэффициент усиления 15,0 дБ, крутизну вольт-амперной характеристики 650,0 мС/мм, коэффициент шума 2,0 дБ, удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока 0,11 Ом×мм.

И в отличие от образца прототипа - выходную мощность 5,3 Вт, коэффициент усиления 15,0 дБ, крутизну вольт-амперной характеристики 200,0 мС/мм, коэффициент шума 1,7 дБ, удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока 0,1 Ом×мм.

Таким образом, заявленный мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия обеспечивает по сравнению с прототипом -

повышение:

- выходной мощности примерно до 6 Вт, (13,2%),

- коэффициента усиления примерно до 17 дБ (13,3%),

- крутизны вольт-амперной характеристики более 700 мСм/мм (более 3,5 раза);

снижение:

- коэффициента шума примерно 1,5 дБ (11,8%),

- удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока примерно 0,08 Ом×мм (2%).

Мощный(ые) полевой(ые) транзистор(ы) СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия с вышеуказанными достаточно высокими электрофизическими параметрами, при этом которые близки к значениям аналогичных электрофизических параметров зарубежных аналогов и соответственно могут быть использованы по программе импортозамещения, что на сегодня чрезвычайно актуально.

Изобретение относится к микроэлектронике. Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия согласно изобретению содержит полупроводниковую гетероструктуру на лицевой стороне полупроводниковой подложки, выполненную в следующей прямой последовательности следующего состава со следующими конструкционными параметрами ее слоев: зародышевый слой – нитрид алюминия AlN, толщиной 15-25 нм, буферный слой – нитрид галлия GaN, легирован одновременно железом (Fe) и углеродом (C), с концентрацией легирующей примеси 10¹⁸-4×10¹⁸ см^-3 и 2×10¹⁸-2×10¹⁹ см^-3 соответственно, толщиной 1,1-1,3×10³ нм, по меньшей мере одна пара одного слоя – узкозонного GaN, и одного слоя - широкозонного AlN материалов слоев полупроводниковой гетероструктуры, формирующих вблизи гетерограницы этих слоев двумерный электронный газ канала полевого транзистора, барьерный слой – нитрид алюминия галлия Al_хGa_1-хN, выполнен с мольной долей х химического элемента алюминия Al 50-60 процентов, в области расположения канала полевого транзистора дополнительное пассивирующее покрытие – нитрид кремния Si₃N₄, выполнено на верхней поверхности барьерного слоя, в области расположения канала полевого транзистора толщиной 2-5 нм контактный слой – нитрид галлия GaN, выполнен в области расположения электродов истока и стока соответственно, на глубине от верхней поверхности барьерного слоя и до 10-15 нм от верхней поверхности слоя – узкозонного GaN материала. Изобретение обеспечивает повышение выходной мощности коэффициента усиления, крутизны вольт-амперной характеристики, снижение коэффициента шума, в том числе путем снижения удельного сопротивления омических контактов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, содержащий полупроводниковую подложку, полупроводниковую гетероструктуру на основе нитрида галлия заданного состава с заданными конструкционными параметрами, выполненную в заданной последовательности ее слоев на лицевой стороне полупроводниковой подложки: буферный слой – нитрид галлия GaN, по меньшей мере одна пара одного слоя – узкозонного GaN, и одного слоя – широкозонного AlN материалов полупроводниковой гетероструктуры, формирующих вблизи гетерограницы этих слоев двумерный электронный газ канала полевого транзистора, барьерный слой – нитрид алюминия галлия AlGaN, толщиной менее 25 нм, контактный слой – нитрид галлия GaN, легированный донорной примесью n-типа проводимости, с концентрацией легирующей примеси 10¹⁹-10²⁰ см^-3 выполнен в области расположения электродов истока и стока соответственно на заданной глубине от верхней поверхности барьерного слоя, электроды истока и стока выполнены на верхней поверхности контактного слоя соответственно, электрод затвора выполнен на верхней поверхности барьерного слоя, либо заглублен в него на заданную глубину, при этом электрод затвора выполнен заданной длины, ширины и геометрической формы, пассивирующее покрытие выполнено на всей верхней поверхности активной области полевого транзистора – электродов истока, стока, канала и электрода затвора, с обеспечением их защиты, заданной толщиной, отличающийся тем, что полупроводниковая гетероструктура дополнительно содержит: зародышевый слой – нитрид алюминия AlN, дополнительное пассивирующее покрытие – нитрид кремния Si₃N₄, полупроводниковая гетероструктура на лицевой стороне полупроводниковой подложки выполнена в следующей прямой последовательности следующего состава со следующими конструкционными параметрами ее слоев: зародышевый слой – нитрид алюминия AlN, толщиной 15-25 нм, буферный слой – нитрид галлия GaN, легирован одновременно железом (Fe) и углеродом (C), с концентрацией легирующей примеси 10^{18 –} 4х10¹⁸ см^-3 и 2х10¹⁸-2х10¹⁹ см^-3 соответственно, толщиной 1,1-1,3х10³ нм, по меньшей мере одна пара одного слоя – узкозонного GaN, и одного слоя – широкозонного AlN материалов слоев полупроводниковой гетероструктуры, формирующих вблизи гетерограницы этих слоев двумерный электронный газ канала полевого транзистора, барьерный слой – нитрид алюминия галлия Al_хGa_1-хN, выполнен с мольной долей х химического элемента алюминия Al 50-60 процентов в области расположения канала полевого транзистора, дополнительное пассивирующее покрытие – нитрид кремния Si₃N₄, выполнено на верхней поверхности барьерного слоя в области расположения канала полевого транзистора толщиной 2-5 нм, контактный слой – нитрид галлия GaN, выполнен в области расположения электродов истока и стока соответственно, на глубине от верхней поверхности барьерного слоя и до 10^-15 нм от верхней поверхности слоя – узкозонного GaN материала.

2. Мощный полевой транзистор СВЧ по п. 1, отличающийся тем, что полупроводниковая подложка выполнена из материала кремния либо карбида кремния.

3. Мощный полевой транзистор СВЧ по п. 1, отличающийся тем, что величина заглубления, длина, ширина, геометрическая форма – дельта-образная (Δ), или Г-образная (Γ), или Т-образная (T) электрода затвора и расположение электродов истока, стока, затвора определяется его заданными электрофизическими параметрами.

4. Мощный полевой транзистор СВЧ по п. 1, отличающийся тем, что электроды истока, стока, затвора выполнены из материала в виде металла или системы металлов, образующих омические контакты электродов истока и стока, и барьер Шоттки электрода затвора.

5. Мощный полевой транзистор СВЧ по п. 1, отличающийся тем, что пассивирующее покрытие выполнено из диэлектрического материала нитрида кремния.