[發(fā)明專利]具有柵漏復合階梯場板結(jié)構(gòu)的增強型HEMT射頻器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110517159.0
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113178480B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫慧卿;夏凡;李淵;夏曉宇;譚秀洋;張淼;馬建鋮;黃志輝;王鵬霖;丁霄
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L29/40
• 分類號: H01L29/40;H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 北京清控智云知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 11919
• 代理人: 仵樂娟

本發(fā)明涉及具有柵漏復合階梯場板結(jié)構(gòu)的增強型HEMT射頻器件及其制備方法，其通過在勢壘層表面設(shè)置一p型GaN區(qū)域，將柵極設(shè)置于該p型GaN區(qū)域上，進而在p型GaN區(qū)域朝向漏極的側(cè)墻上布置柵極階梯場板，在漏極朝向p型GaN區(qū)域的側(cè)墻上布置漏極階梯場板，階梯場板包含至少兩個子場板，子場板的寬度由上至下逐漸減小，其通過柵漏復合階梯場板的設(shè)置，改變了柵極靠近漏極一側(cè)以及漏極靠近柵極一側(cè)的電場分布并且提高柵漏之間的平均電場強度，提升了器件的耐壓性能和可靠性；柵極下方設(shè)置一p?GaN區(qū)域，結(jié)合柵漏復合階梯場板結(jié)構(gòu)，使得的增強型HEMT射頻器件具有更小的柵漏電容，表現(xiàn)出更高的截止頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增強型HEMT射頻器件領(lǐng)域，尤其涉及一種具有柵漏復合階梯場板結(jié)構(gòu)的增強型HEMT射頻器件及其制備方法。

背景技術(shù)

GaN屬于寬禁帶半導體材料，由于其飽和電子漂移速度大、擊穿電場強度高，還可與AlGaN形成異質(zhì)結(jié)，并在該結(jié)構(gòu)界面處形成高飽和速率的二維電子氣。因此，GaN材料的器件能夠適應極高頻率場景下的應用。

然而目前使用凹槽柵法制作增強型HEMT器件居多，通過減薄或者完全去除柵區(qū)AlGaN層來降低該區(qū)二維電子氣濃度，同時保留接入?yún)^(qū)的二維電子氣。完全去除柵區(qū)AlGaN層可以增大器件的閾值電壓，但同時也會導致器件的電子遷移率低、導通電阻大。盡管通過減薄可以緩解這一問題，然而由于薄層AlGaN的存在，柵區(qū)存在一定濃度的二維電子氣造成閾值電壓較小。另一方面目前射頻器件的的擊穿電壓等性能無法滿足目前超高頻領(lǐng)域的需求，通過場板的設(shè)置可以改變電極附近的電場分布進而來改善器件整體的電學性能，如何通過場板的設(shè)置進一步提升器件的性能，是亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的是提供一種具有柵漏復合階梯場板結(jié)構(gòu)的增強型HEMT射頻器件極其制備方法，該器件通過在AlGaN勢壘層表面設(shè)置一p型GaN區(qū)域，將柵極設(shè)置于該p型GaN區(qū)域上，進而在p型GaN區(qū)域朝向漏極一側(cè)的側(cè)墻上布置柵極階梯場板，在漏極朝向p型GaN區(qū)域一側(cè)的側(cè)墻上布置漏極階梯場板，階梯場板包含至少兩個子場板，子場板的寬度由上至下逐漸減小，其通過改變電極附近的電場分布改善了射頻器件整體的電學性能，改變了柵極靠近漏極一側(cè)以及漏極靠近柵極一側(cè)的電場分布并且提高柵漏之間的平均電場強度，從而使得射頻器件的耐壓性能更強，提升了器件的可靠性；另一方面，柵極下方設(shè)置一p-GaN區(qū)域，借助p-GaN/n-AlGaN的內(nèi)建電場來提高異質(zhì)結(jié)界面處2DEG的勢阱，使其處于費米能級之上，在零柵壓下即可耗盡2DEG，實現(xiàn)常關(guān)特性。結(jié)合柵漏復合階梯場板結(jié)構(gòu)，使得的增強型HEMT射頻器件具有更小的柵漏電容，表現(xiàn)出更高的截止頻率，該設(shè)置使得射頻器件更能適應超高頻領(lǐng)域的各種應用。本發(fā)明至少采用如下技術(shù)方案：

具有柵漏復合階梯場板結(jié)構(gòu)的增強型HEMT射頻器件，其包括：襯底，依次層疊于襯底上的緩沖層、溝道層和勢壘層，源極和漏極位于所述勢壘層表面兩側(cè)，p型GaN區(qū)域和柵極依次層疊于源極和漏極之間的勢壘層表面；還包括，

包含至少兩個柵極子場板的柵極階梯場板，位于所述勢壘層表面，鄰接所述p型GaN區(qū)域朝向漏極的側(cè)壁布置；

包含至少兩個漏極子場板的漏極階梯場板，位于所述勢壘層表面，鄰接所述漏極朝向所述p型GaN區(qū)域的側(cè)壁布置；

其中，沿源極指向漏極的方向上，遠離所述勢壘層表面?zhèn)鹊乃鲎訄霭宓膶挾却笥诳拷鰟輭緦颖砻娴乃鲎訄霭宓膶挾取?/p>

所述柵極階梯場板包含依次層疊的第一柵極子場板、第二柵極子場板和第三柵極子場板，第一柵極子場板位于所述勢壘層表面，第三柵極子場板遠離所述勢壘層，第二柵極子場板位于第一柵極子場板和第三柵極子場板之間。

第一、第二和第三柵極子場板的總厚度等于p型GaN區(qū)域的厚度。