具有Al0.25Ga0.75N沟道的HEMT结合了创纪录的速度和极佳的的击穿电压。

康奈尔大学的研究人员声称他们已经打破了基于AlGaN的晶体管的速度记录。该团队的HEMT，具有T形栅极和Al0.25Ga0.75N沟道，具有截止频率fT为67 GHz，最大振荡频率fmax为166 GHz。

这些晶体管的另一个优点是平均击穿场超过2 MV/cm。这有助于确保Johnson优值（击穿电压和fT的乘积）的高值，并突显了这些器件在下一代高功率射频应用中的潜力。

用AlGaN合金替换HEMT中的GaN沟道潜力很大，因为其具有更高的带隙，可以增加击穿电压，同时对饱和速度没有影响，因此不影响晶体管的速度。然而，成功并不容易——沟道中铝含量的增加让欧姆接触变得更加困难，并且可能导致额外的铝含量导致低场下迁移率偏低，从而导致较高的方块电阻和寄生延迟，最终阻碍器件的速度。

为了克服这些困难，团队采用了再生长的欧姆接触，覆盖在沟道的侧壁上，其成分经过优化以最大化fT、fmax和击穿电压。

该团队生产的破记录的器件不包含场板 ，这种设计有潜力在高压射频应用中节省成本。

据该团队一位研究人员代表Eungkyun Kim称，添加场板会增加击穿电压，通过将电场峰值电场分布到靠近漏极侧门极边缘的地方，减小射频色散的影响，并最终在X频段实现更高的输出功率密度。“然而，由于场板引入的额外寄生电容，高频下的功率放大可能会变得具有挑战性。”

该团队的HEMT的制造始于将半绝缘6H-SiC衬底装入等离子体辅助MBE室中，并沉积1 mm厚的AlN层，然后是24 nm厚的Al0.25Ga0.75N沟道和15 nm厚的AlN缓冲层。电子束光刻形成了一个T形的Ni/Au栅极，在添加SiN钝化层之前，确保改善该层的色散控制。

对于栅长为70 nm，源漏宽度为600 nm的器件进行的测量显示，n+ GaN非合金欧姆接触的接触电阻为0.23 W mm，据称是AlGaN沟道HEMT中接触二维电子气的最低值之一。

直流输出导纳的值超过了以前的报告，表明存在短沟道效应，可以通过减小顶部AlN屏障来抑制这种效应。

在栅-源电压为-4 V、漏-源电压为10 V的偏置条件下，产生了0.1 S mm-1的峰值跨导。这些偏置条件也用于获得fT和fmax的数值。

对于栅-漏距离为260 nm，HEMT产生了59 V的击穿电压，相当于平均击穿场超过2 MV cm-1。

对其器件进行基准测试表明，fT和fmax的几何平均值为105 GHz，显著高于所有先前报道的结果（见上图。数据点旁边的数字分别是顶部势垒层和沟道层中的铝含量）。

该团队现在正在考虑切换为氮极性异质结构，以改善对其AlGaN沟道HEMT的欧姆接触。这种修改将去除沟道顶部的电绝缘AlN层，并且开启了对AlGaN进行欧姆接触的可能性。

参考文献：
E.Kim et al. Appl. Phys. Express. 16 111003 (2023)

本文编译自国际著名半导体行业刊物《化合物半导体》。