[發明專利]一種氮化鎵高線性高電子遷移率晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202210943714.0
• 申請日: 2022-08-08
• 公開（公告）號: CN115394649A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 張亦斌;吳少兵;蔡利康;陳堂勝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/778
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明提出的是一種氮化鎵高線性高電子遷移率晶體管及其制備方法，主要解決現有器件跨導的線性度差的問題，屬于射頻功率器件領域。本發明采用柵局域挖槽技術，將柵下勢壘層局域減薄，通過調整挖槽寬度和挖槽深度來抑制柵源電流飽和，同時調整器件熱場分布抑制降低峰值結溫的同時，拓寬了器件跨導范圍，提高了跨導的線性度。

技術領域

本發明涉及一種射頻功率器件，尤其涉及一種氮化鎵高線性高電子遷移率晶體管及其制備方法，屬于射頻功率器件技術領域。

背景技術

基于AlGaN/GaN 的高電子遷移率晶體管（HEMTs）器件具有良好的頻率特性、高功率密度和高可靠性，正在逐漸取代RF-LDMOS和GaAs功率器件，成為相控陣雷達中T/R組件的首選微波毫米波功率器件。此外，隨著通信對海量數據寬帶傳輸的迫切需求，在高頻段且具有高功率密度優勢的AlGaN/GaN HEMTs器件在無線通信中展現出巨大優勢，但其在通信應用中也面臨著高頻調制信號的高線性傳輸等難點需要突破。

AlGaN/GaN HEMTs器件線性度差的主要原因在于：一是高密度的2DEG被限制在極窄的量子阱中，源柵間的電流在很小柵壓范圍內就會飽和，導致跨導線性寬度差；二是器件在大電流密度下高結溫使載流子遷移率降低，導致電流密度下降，從而引起跨導在大柵壓時快速衰減。因此，研究人員分別從材料、器件與應用等方面，重點圍繞AlGaN/GaN HEMTs器件，對高線性射頻功率器件開展了深入的研究。在材料方面，通過變Al組分形成復合溝道，或漸變Al組分將溝道展寬以線性化跨導，但該方法會使載流子遷移率降低，導致器件功率密度和效率降低以及可靠性變差；在器件結構方面，研究人員也提出了基于FinFET結構的AlGaN/GaN HEMTs新器件，以解決源柵間的電流飽和柵源電阻較大的問題，但該方法會導致柵阻和柵寄生變大以及可靠性變差，最終導致器件頻率特性和射頻功率性能退化。

發明內容

本發明的目的在于克服現有AlGaN/GaN HEMTs器件存在的上述缺陷，提出一種氮化鎵高線性高電子遷移率晶體管及其制備方法。

本發明的技術解決方案：一種氮化鎵高線性高電子遷移率晶體管及其制備方法，所述氮化鎵高線性器件在包含襯底層、成核層、GaN緩沖層和AlGaN勢壘層的樣片上制作而成，該制備方法具體包括如下步驟：

1）在AlGaN勢壘層的樣片上制作源電極和漏電極，形成源電極歐姆接觸和漏電極歐姆接觸；

2）在步驟1）制作的源電極、漏電極和AlGaN勢壘層上生長第一層介質材料，形成介質層；

3）在步驟2）生長第一層介質后的樣片上，通過離子注入隔離定義器件有源區，制作有源區的電隔離；

4）在步驟3）注入隔離后的樣片上光刻器件柵區域，通過刻蝕使柵腳區域暴露出AlGaN勢壘層；

5）在步驟4）形成柵腳的樣片上，通過光刻定義柵腳挖槽區域；其中柵腳挖槽區域占總柵寬的10%~90%，根據樣片材料結構以及器件要求進行設計；可以是單根柵的任意一個區域或者任意多個區域，也可以是多根柵中某一根或者某幾根柵；

6）刻蝕步驟5）柵腳挖槽區域，在AlGaN勢壘層上形成凹槽結構，凹槽結構的凹槽深度小于AlGaN勢壘層的厚度；

7）在步驟6）形成凹槽結構的樣片上制作器件柵電極，形成肖特基接觸：對形成凹槽結構的樣片先進行清洗并甩干，進行光刻柵帽；在上述樣片上采用電子束蒸發柵金屬，并進行剝離，清洗甩干；

8）在步驟7）制作器件柵電極后的樣片上生長第二層介質層材料，得到AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管；

9）在步驟8）制作的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管上制作互聯金屬層和金屬加厚層，得到高線性化HEMT：在第一保護層和第二保護層上光刻互聯層開孔區和金屬加厚區，刻蝕互聯層開孔區和金屬加厚區的第一保護層、介質層和第二保護層，形成開孔結構；蒸發開孔結構的互聯和加厚金屬，形成互聯層和金屬加厚層，完成GaN高線性器件的正面工藝；