[發明專利]5G民用射頻GaN基HEMT器件、MOS-HEMT器件及制備方法

在審

• 申請號: 202010485711.8
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111640796A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 馬曉華;宓珉瀚;周雨威;張濛;王鵬飛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/20
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發明涉及一種5G民用射頻GaN基HEMT器件、MOS?HEMT器件及制備方法，GaN基HEMT器件制備方法包括：在Si襯底上依次生長碳摻雜GaN緩沖層、非故意摻雜GaN緩沖層、AlN插入層和InAlN勢壘層，碳摻雜GaN緩沖層和非故意摻雜GaN緩沖層組成GaN緩沖層；在InAlN勢壘層上制備源電極和漏電極；在InAlN勢壘層、AlN插入層和非故意摻雜GaN緩沖層中制備GaN基HEMT器件的電學隔離；在InAlN勢壘層上制備鈍化層；在鈍化層中制備柵腳凹槽，使柵腳凹槽貫穿鈍化層；在柵腳凹槽中和鈍化層上制備柵電極。該制備方法屬于傳統制備工藝，生產效率高，避免高成本復雜工藝如再生長技術的引入，從優化異質結材料的角度以較低成本實現高性能低電壓器件，有利于GaN基HEMT器件在5G低成本民用市場中的推廣。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種5G民用射頻GaN基HEMT器件、MOS-HEMT器件及制備方法。

背景技術

收發系統中的射頻功率放大器，其技術成熟的核心元件通常包括GaAs基HBT、pHEMT器件或Si基LDMOS器件。隨著氮化物材料生長技術和器件工藝水平的提高，在4G時代，GaN基HEMT器件憑借其高工作頻率、大輸出功率密度、高效率等特點，在宏基站應用中大放異彩，其工作電壓通常較高。伴隨著5G時代的來臨，信息中轉與傳送的任務不再完全由宏基站承擔，而出現了宏基站和工作電壓較低的微基站共同配合工作的局面。此外，5G時代的低電壓應用還包括高數據傳輸速率、低延遲的5G終端及5G WIFI等。盡管以上應用的具體工作電壓有高有低，但相比于高工作電壓的宏基站應用，都屬于5G低電壓應用。

2013年，TriQuint Semiconductor報道了基于InAlN/GaN異質結的HEMT器件，能夠在6V工作電壓下，輸出功率密度(Pout)達到1.5～2.3W/mm，功率附加效率(PAE)達到62％～69％@10GHz；在9V工作電壓下，Pout達到3～4.1W/mm，PAE達到54％～66％@10GHz；在8V工作電壓下，Pout達到2.6W/mm，PAE達到39.6％@30GHz。2015年，Intel報道了基于GaN技術的HEMT器件，能夠在3.5V工作電壓下，Pout達到0.55W/mm，PAE達到80％@2GHz，這是國際上首次將GaN器件的應用拓展到低壓移動終端領域；同時指出，在相同工作條件下，相比于GaAs基和Si基RF器件，GaN器件更容易兼顧大的Pout和高的PAE。

上述報道表明，GaN基HEMT器件在低電壓情況下具有良好的射頻功率特性，以及相比于GaAs基和Si基器件在功率密度和效率方面具有優勢。然而，5G低壓應用主要面向民用，應在保證性能滿足要求的前提下，盡量降低成本。以上報道提到的GaN器件制備中，均采用了傳統工藝不兼容且工藝難度大、生產效率低、制造成本高的源漏再生長技術以減小寄生電阻提升性能，這將不利于GaN器件在5G低成本民用市場中的推廣；再者，上述器件關態漏電大，導致擊穿電壓低，分別為20V和8V，考慮到最大安全工作電壓與擊穿電壓的關系，這將使得上述器件僅適合于某些特定電壓(10V和4V)以下的應用，無法面向更多的低電壓應用。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種5G民用射頻GaN基HEMT器件、MOS-HEMT器件及制備方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供了一種5G民用射頻GaN基HEMT器件的制備方法，所述5G民用射頻GaN基HEMT器件的工作電壓范圍為1～6V，所述制備方法包括步驟：

S1、在襯底上依次生長碳摻雜GaN緩沖層、非故意摻雜GaN緩沖層、AlN插入層和InAlN勢壘層，其中，所述碳摻雜GaN緩沖層和所述非故意摻雜GaN緩沖層組成GaN緩沖層；

S2、在所述InAlN勢壘層上制備源電極和漏電極；

S3、在所述InAlN勢壘層、所述AlN插入層和所述非故意摻雜GaN緩沖層中制備所述GaN基HEMT器件的電學隔離；