[發明專利]硅基氮化鎵射頻器件射頻損耗的抑制方法

在審

• 申請號: 202010039835.3
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111211159A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 楊學林;沈波;魏來;馬騁;吳珊;沈劍飛;劉丹爍;蔡子東;黃華洋;陳正昊
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/02;H01L21/335
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

1.一種硅基氮化鎵射頻器件射頻損耗的抑制方法，以阻值大于5000歐姆·厘米的高阻硅襯底為所述射頻器件的基底，先在該高阻硅襯底上外延一層n型單晶硅，形成復合硅襯底，然后再在該復合硅襯底上進行氮化鎵射頻器件的外延。

2.如權利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述n型單晶硅中的載流子濃度分布與所述射頻器件因鋁原子擴散在硅襯底中帶來的空穴濃度分布相當。

3.如權利要求2所述的抑制方法，其特征在于，所述n型單晶硅中摻雜元素的摻雜體濃度為1E14到1E17個每立方厘米，面密度在1E10到1E13個每平方厘米，摻雜深度在100納米到2000納米。

4.如權利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述n型單晶硅中的摻雜元素是磷。

5.如權利要求1所述的抑制方法，其特征在于，在所述復合硅襯底上依次外延氮化鋁成核層、鋁鎵氮應力緩沖層、氮化鎵層、氮化鋁插入層和鋁鎵氮勢壘層，獲得所述射頻器件。

6.如權利要求1所述的抑制方法，其特征在于，該抑制方法包括以下步驟：

1)根據要制備的射頻器件的結構和材料測算得到正常生長時鋁原子在高阻硅襯底中的擴散深度與擴散濃度，以此估算硅襯底中的空穴濃度分布；

2)在高阻硅襯底上外延生長與步驟1)獲得的鋁原子擴散深度與擴散濃度相同載流子分布的n型單晶硅，形成復合硅襯底；

3)在復合硅襯底上進行氮化鎵射頻器件結構的外延。

7.如權利要求6所述的抑制方法，其特征在于，在步驟1)中，在高阻硅襯底上直接進行氮化鎵射頻器件的外延生長，然后通過二次離子質譜測量該器件，得到鋁原子在高阻硅襯底中的擴散深度與擴散濃度。

8.如權利要求7所述的抑制方法，其特征在于，步驟1)在進行二次離子質譜測量前，先對硅襯底進行背面減薄處理，然后采用背面測量的方式對硅襯底中的鋁原子擴散情況進行測量。

9.如權利要求7所述的抑制方法，其特征在于，在步驟1)中通過霍爾測量或掃描電阻譜測試的方法輔助得到鋁原子擴散后硅襯底中的載流子面密度。

10.如權利要求6所述的抑制方法，其特征在于，步驟2)在高阻硅襯底的硅(111)面上外延生長與之相同晶面取向的n型摻雜單晶硅。

11.如權利要求6所述的抑制方法，其特征在于，在步驟2)在高阻硅襯底上外延一層摻雜磷元素的n型單晶硅，其中磷原子的摻雜濃度分布與步驟1)測算得到的硅襯底中鋁原子擴散濃度分布一致。

12.一種硅基氮化鎵射頻器件，其特征在于，其襯底為復合硅襯底，所述復合硅襯底包括阻值大于5000歐姆·厘米的高阻硅襯底及其上外延的n型單晶硅層，該n型單晶硅層中摻雜元素的濃度分布與所述射頻器件因鋁原子擴散在硅襯底中帶來的空穴濃度分布一致。

13.如權利要求12所述的硅基氮化鎵射頻器件，其特征在于，所述n型單晶硅層的摻雜元素為磷，在n型單晶硅層上依次為氮化鋁成核層、鋁鎵氮應力緩沖層、氮化鎵層、氮化鋁插入層和鋁鎵氮勢壘層。

14.如權利要求12所述的硅基氮化鎵射頻器件，其特征在于，所述n型單晶硅層中摻雜元素的摻雜體濃度為1E14到1E17個每立方厘米，面密度在1E10到1E13個每平方厘米，摻雜深度在100納米到2000納米。