[發明專利]一種具有П型柵的GaN基射頻器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201910746051.1
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110600542A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 王洪;劉曉藝;周泉斌
• 申請（專利權）人: 中山市華南理工大學現代產業技術研究院;華南理工大學
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L21/28;H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 44102 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 江裕強

本發明公開了一種具有П型柵的GaN基射頻器件及制備方法，所述器件包括AlGaN/GaN異質結外延層，AlGaN/GaN異質結外延層為凸臺結構，凸臺上部為有源區，有源區上表面的兩端分別連接源電極和漏電極，AlGaN/GaN異質結外延層上表面連接有源區以外的區域等有一層柵介質層，柵介質層的上表面連接П型柵電極，П型柵電極位于源電極和漏電極之間。本發明提出的П型柵的兩個與AlGaN/GaN異質結外延層直接接觸的具有一定間隔的柵腳，在保證柵阻近乎不變的情況下，有效地縮小了柵電極的長度，提高了截止頻率。

技術領域

本發明涉及射頻器件，更具體地說涉及一種具有П型柵的GaN基射頻器件及其制備方法。

背景技術

GaN基HEMT器件在衛星、通信、雷達等領域有著廣泛的應用。GaN屬于III族氮化物，具有出色的擊穿能力、更高的電子密度及速度、耐高溫和耐輻射等優勢，適合發展高頻、高溫以及高功率的電子器件。并且AlGaN/GaN異質結在室溫下由于自發極化效應和壓電極化效應，在異質結界面存在高濃度的二維電子氣，所以具有AlGaN/GaN異質結的器件具有高電子濃度與高電子遷移率，在5G網絡基礎設施的建設，反導雷達以及其他領域都有著廣闊的應用前景。

對射頻器件來說，頻率參數是決定射頻器件整體性能的關鍵參數。為了獲得更大的頻率，通常器件的柵電極截面為T型。T型柵電極與AlGaN/GaN異質結外延層接觸的長度較小，可以獲得較高的截止頻率f_T，同時。T型柵電極具有大體積的柵帽，增大了沿電流傳導方向的柵電極的截面面積，減小了柵電極的寄生電阻，從而提高了最高振蕩頻率f_MAX。

為了讓射頻器件具有更高的截止頻率，需要降低器件與勢壘層直接接觸的柵電極長度。受到光刻設備的極限性能及設備成本的限制，射頻器件的光刻方法通常采用電子束光刻。電子束光刻是指使用電子束在表面上制造圖樣。由于電子是一種波長極短的波，所以相對于其他光學光刻工藝，電子束光刻的精度更高，可以達到納米量級。所以電子束光刻能夠有效滿足HEMT器件中柵電極尺寸的需求。

為了讓射頻器件具有更大的最高振蕩頻率，需要增大T型柵的柵帽體積。普遍采用雙層或三層光刻膠剝離柵電極金屬，或是刻蝕部分的柵介質層作為柵腳，在柵介質層上沉積柵帽的制作方法制備射頻器件。第一種方案由于柵帽下方只有一個柵電極支撐，所以無法同時兼顧較小的柵電極長度和較大的柵帽長度；第二種方案，雖然可以實現較小的柵電極長度和較大的柵帽長度，但引入了刻蝕損傷，導致器件退化，并且柵介質層與柵帽的接觸面積過大，加大了柵源、柵漏的電容，降低了器件的最高振蕩頻率。基于以上情況，如何在保證較小的柵電極長度的情況下獲得較大的柵帽長度，并且不引入刻蝕損傷或是柵源、柵漏的電容，達到更高的頻率是GaN基射頻器件亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服已有的GaN基HEMT器件的柵電極制備技術的缺陷以及局限，從柵電極的形狀與制備工藝的角度提出一種具有П型柵的GaN基射頻器件及其制備方法，可以在保持柵阻盡量不變的情況下有效地減小柵長，提高器件頻率。

本發明的目的是通過以下技術方案之一實現的。

本發明提供了一種具有П型柵的GaN基射頻器件，包括AlGaN/GaN異質結外延層，AlGaN/GaN異質結外延層為凸臺結構，凸臺上部為有源區，有源區上表面的兩端分別連接源電極和漏電極，AlGaN/GaN異質結外延層上表面連接有源區以外的區域、有源區的側壁、有源區上表面連接源電極和漏電極以外的區域、源電極和漏電極上覆蓋有一層柵介質層，所述柵介質層在源電極和漏電極的上表面均設有一開口，暴露源電極和漏電極部分上表面，柵介質層的上表面連接П型柵電極，П型柵電極位于源電極和漏電極之間，П型柵電極包括柵帽和柵腳，柵腳的一端連接柵介質層的上表面，另一端連接柵帽的下表面，以支撐柵帽，所述柵腳包括第一柵腳和第二柵腳，第一柵腳和第二柵腳之間具有間距。