[0026] 以下将结合附图对本实用新型提供的技术方案作进一步说明。
[0027] 为了克服现有技术存在的技术缺陷，申请人从电路层面进行推导，发现 GaN HEMT射频功率器件的线性度性能也可以表现为增益随输出功率的变化量Δ，Δ越接近0，线性度性能越好，Δ越远离0，线性度性能越差。Δ可表述为以下公式：
[0028]
[0029] 其中K为常数，gm为功率器件的跨导，Cgs为Gate到Source的寄生电容， s为频率响应(工作频率一旦确定，S为定值),Pout为功率器件的输出功率。
[0030] 上述理论分析的基础上，申请人提出了一种通过电路结构优化来消除寄生电容的技术方案。参见图2，所示为本实用新型高线性度GaN HEMT射频功率放大器电路的结构拓扑图，设置多个GaN HEMT管芯，每个GaN HEMT管芯的漏极连接在一起作为输出端，每个GaN HEMT管芯的栅极连接在一起作为输入端，每个GaN HEMT管芯的源极接地，其中，输出端并接谐振网络，每个GaN HEMT 管芯栅极均并接第一电感L1和第二电感L2。该谐振网络包括第一电容C1和第三电感L3，其中，第一电容C1的一端与输出端相连接，第一电容C1的另一端与第三电感L3的一端相连接，第三电感L3的另一端接地。
[0031] 如图2中，a1‑am为GaN HEMT管芯，L1、L2和L3为电感，C1为电容，Input 和Output分别代表射频功率放大器电路的输入和输出端口，本实用新型高线性度GaN HEMT射频功率放大器电路结构主要有m个GaN HEMT管芯并联而成，所有GaN HEMT管芯的栅极均连接在一起然后与Input端口相连形成输入端口，所有的漏极均连接在一起然后与Output端口相连形成输出端口。每个 GaN HEMT管芯的栅极分别并联两个到地电感L1和L2，当Cgs随Pout增加而增加到一定值时，Cgs将和这两个到地电感完全抵消，进而缓解了Δ值远离0 的趋势。此外漏极处到地并联一个电感L3和电容C1形成的谐振网络，选取合适的C1和L2值可以抑制输出信号的高次谐波能量，最终保证了整体电路的线性度。
[0032] 同时申请人在研究中还发现，对于GaN HEMT射频功率器件来说，由于Gate 端口上的金属和Source端口上的金属在水平方向处于相近的位置，它们之间填满Si3N4介质，这导致了栅源寄生电容Cgs的存在，并且Cgs随Pout的增加呈现平方量级的变大，从而导致Δ随输出功率的增加越来越远离0，使得线性度性能发生极大的恶化。这也是GaN HEMT射频功率器件在线性度性能上有较大缺陷的主要原因之一。
[0033] 为此，本实用新型对GaN HEMT射频功率器件的内部结构进行改进，参见图3，所示为该GaN HEMT射频功率器件的结构框图，GaN HEMT管芯包括依次设置的衬底层、缓冲层、沟道层、阻挡层、保护层，在保护层的上方设置源极、栅极和漏极；其中，所述保护层形成L形槽，所述源极设置在L形槽的顶部使源极端部和栅极端部在水平空间上相互错开。
[0034] 上述技术方案将GaN cap层刻蚀成L形槽结构，然后在L形槽顶部做金属化处理从而形成Source端口，Source端口的底部与Gate端口的顶端齐平，此时Gate上的金属将和Source上的金属完全交错开，从进一步消除了Cgs 的影响，从而缓解了Δ随着输出功率增加时远离0的趋势，有效的改善了器件的线性度。
[0035] 进一步的，申请人在研究中还发现，功率器件的跨导gm的变化规律，具体参见下式(2)。
[0036]
[0037] 输出功率从小信号增加至饱和功率的过程中，栅源和漏源上的电压摆幅会不断提升，这意味着|VGS|+|VDS|会不断变大，另外|VGS|的变大会造成二维电子气上的电子被不断的吸入栅极上，导致N(x)变小，最终表现为gm随输出功率的增加而减小，从而导致Δ随输出功率的增加越来越远离0，使得线性度性能发生极大的恶化。这也是GaN HEMT射频功率器件在线性度性能上有较大缺陷的主要原因之一。
[0038] 为此，在上述技术方案基础上，申请人对GaN HEMT射频功率器件的内部结构作出进一步改进。参见图4，所示为该器件另一种优选实施方式的结构框图，GaN HEMT射频功率器件包括依次设置的衬底层、缓冲层、第二阻挡层(AlGaN extra layer)、沟道层(GaN channel layer)、第一阻挡层(AlGaN barrier layer)、保护层，保护层形成L形槽使源极端部和栅极端部在水平空间上相互错开；沟道层与第一阻挡层和第二阻挡层之间形成第一二维电子气和第二二维电子气；源极、栅极和漏极，用于接入外部控制信号以控制沟道层所形成的第一二维电子气和第二二维电子气的电子运动。
[0039] 上述技术方案中，Gate加电会在二维电子气垂直方向产生电场，随着Gate 上电场逐步加强，第一二维电子气中的电子会脱离该二维电子气到达Gate上，导致了电子的流失，当电场增加到一定程度时，原有二维电子气中的电子将不在流失，引入AlGaN extra layer后，新形成的第二二维电子气中的电子也会受电场影响往Gate方向移动，该过程中有一部分电子将会移动至原有的第一二维电子气中，从而弥补了原有二维电子气中电子的流失。也即，大信号时，第二二维电子气中的电子会流入第一二维电子气内。
[0040] 相对于传统结构，本实用新型在GaN channel层下方加入一层AlGaN extra layer，最终形成GaN channel layer、AlGaN extra layer和AlGaN barrier layer,其中，AlGaN extra layer厚度和AlGaN barrier layer厚度保持相同， GaN channel layer不能太厚，否则，第二二维电子气无法进入第一二维电子气中，通常厚度为100纳米左右；此时GaN channel layer和AlGaN extra layer 所形成一层第二二维电子气的电子可以有效的弥补原有二维电子气中电子的流失，缓解gm的减小，进而缓解Δ值远离0的趋势，有效的改善了器件的线性度。
[0041] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
[0042] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
