一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaNHEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件及其制备方法，采用高极化强度低方阻异质结材料进行器件制备；光刻定义出源极的欧姆再生长区域；在光刻胶的掩蔽下，对源极欧姆再生长区域的氮化物进行刻蚀；外延n

【技术实现步骤摘要】
一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]Ⅲ族氮化物半导体通过不同禁带宽度的半导体形成异质结，凭借其高的二维电子气(2DEG)密度、大的禁带宽度和电子饱和漂移速度，以及大的临界击穿电场，使其成为耐高温、高频大功率、抗辐照电子器件制备的首选材料，其电子器件类型主要包括高电子迁移率晶体管(HEMT)和肖特基势垒二极管(SBD)，分别应用于射频功放和功率开关模块。其中，GaN 基高频(微波、毫米波)大功率HEMT器件通常应用于卫星，雷达和基站等关键领域。
[0003]随着氮化物材料生长技术和器件工艺水平的提高，GaN基HEMT器件的射频功率特性不断提升，具体表现为更高的截止频率和工作频率、更大的输出功率，以及更高的功率附加效率。然而在信号的传输过程中由于半导体器件存在非线性放大频率失真，电路也会产生非线性的放大等导致信号失真，特别的当输入信号为两频率接近的正弦波时，存在交调失真，也会影响电路的线性度、限制了功放带宽。在电路中通常采用包络负反馈技术、 polar loop负反馈技术等电路设计方法抑制失真，提升线性度，但是电路的设计复杂度与成本会显著增加。
[0004]一般的，在GaN HEMT器件层面常用OIP3值，1dB压缩点(P
1dB
)，跨导 (G
m
)及其二阶导数、三阶导数，以及频率增益截止频率(f
T
)的平坦度等来表示器件线性度的优劣。在器件层面导致非线性的因素主要有以下几种因素：随着器件源漏偏置电压的上升器件自热效应加剧，导致GaN二维电子气的迁移率下降；随着器件源漏导通电流的增加，存在“源饥饿”现象，使得源极接入电阻(R
s
)增加导致器件本征跨导下降；此外陷阱效应、电容调制效应等也会影响器件的线性度。
[0005]对于GaN基HEMT器件制备，提升器件线性度的方法包括：采用finFET 结构，增加器件的栅控能力，较平面结构器件具有更好的线性度；渐变组分势垒设计，可以实现2DEG的三维扩展分布，提升器件线性度；双异质结势垒结构具有双峰跨导，通过优化器件两沟道间距，具有实现跨导高线性度的潜力；利用跨导补偿法形成复合结构器件，可以实现较好的器件线性度提升。此外，场板设计、fin
‑
like多阈值耦合器件结构设计、TRG渐变栅下深度设计等也可以实现器件线性度的优化。但是，对于“源饥饿”效应导致源极接入电阻的增加而产生的非线性问题目前还没有有效的解决方法。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术实施例的第一方面提供一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、在衬底上依次生长GaN缓冲层和势垒层；所述GaN缓冲层和所述势垒层构成异质结结构；
[0009]步骤二、光刻定义源极的欧姆再生长区域，所述欧姆再生长区域位于所述势垒层的一侧；
[0010]步骤三、采用干法刻蚀的方法将源极的所述欧姆再生长区域的势垒层刻蚀直至所述GaN缓冲层和所述势垒层交界处以下至少20nm处，形成刻蚀槽；
[0011]步骤四、在步骤三制备的产品上外延n
+
GaN层，掺杂浓度在1e20cm
‑3量级以上，以在所述刻蚀槽上的n
+
GaN层上方形成凹槽；
[0012]步骤五、光刻定义自终止刻蚀区域，所述自终止刻蚀区域位于所述 n
+
GaN层的中部；
[0013]步骤六、采用干法刻蚀的方法将所述自终止刻蚀区域暴露的n
+
GaN层去除，刻蚀气体为SF6/BCl3；
[0014]步骤七、光刻定义隔离区在所述n
+
GaN层上对应的待刻蚀区域，所述待刻蚀区域位于所述步骤六制备的产品的边缘上；
[0015]步骤八、采用干法刻蚀的方法将所述待刻蚀区域暴露的n
+
GaN层去除，并形成第一n
+
GaN外延层和第二n
+
GaN外延层；
[0016]步骤九、利用离子注入设备，在所述隔离区注入B或Ar离子，以形成所述隔离区，实现器件隔离；
[0017]步骤十、利用电子束蒸发设备在所述凹槽内和所述第二n
+
GaN外延层上淀积电极金属，形成源极和漏极；
[0018]步骤十一、在步骤十制备的产品表面淀积钝化层，并采用干法刻蚀的方法将所述源极和所述漏极上的钝化层去除；
[0019]步骤十二、采用干法刻蚀的方法将栅极区域的钝化层去除，所述栅极区域位于所述源极和所述漏极之间；并在栅极区域淀积电极金属，形成栅极，制备完成得到基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述势垒层的材料为AlN、ScAlN、InAlN、 InAlGaN或AlGaN；所述势垒层的厚度为4nm
‑
10nm。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤三中，采用ICP刻蚀设备，刻蚀气体为BCl3/Cl2，流量20/8sccm，腔室压力5mTorr，上电极功率为51W，下电极功率为14W。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤六中，采用ICP刻蚀设备，刻蚀气体的流量为10/30sccm，压力为5mTorr，ICP上电极功率为200W，下电极功率为30W。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤八中，采用ICP刻蚀设备，刻蚀气体为SF6/BCl3，流量为10/30sccm，压力为5mTorr，上电极功率为200W，下电极功率为30W。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述衬底的材料为SiC或Si；所述钝化层的材料为SiN。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，所述源极和所述漏极均为由下至上依次层叠的Ti、Al、Ni和Au；
[0026]所述栅极为由下至上依次层叠的Ni和Au。
[0027]本专利技术实施例的第二方面提供一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件，由本专利技术实施例的第一方面所述的制备方法制备得到，包括：衬底、GaN缓冲层、势垒层、第一n
+
GaN外延层和第二n
+
GaN外延层；
[0028]所述衬底、GaN缓冲层和所述势垒层由下至上依次设置，所述GaN缓冲层和所述势垒层构成异质结结构；
[0029]所述第一n
+
GaN外延层的一部分延伸至所述GaN缓冲层和所述势垒层交界处以下至少20nm处，其余部分设置在所述势垒层上以在所述一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在衬底(10)上依次生长GaN缓冲层(20)和势垒层(30)；所述GaN缓冲层(20)和所述势垒层(30)构成异质结结构；步骤二、光刻定义源极的欧姆再生长区域，所述欧姆再生长区域位于所述势垒层(30)的一侧；步骤三、采用干法刻蚀的方法将源极的所述欧姆再生长区域的势垒层(30)刻蚀直至所述GaN缓冲层(20)和所述势垒层(30)交界处以下至少20nm处，形成刻蚀槽(31)；步骤四、在步骤三制备的产品上外延n
+
GaN层(40)，掺杂浓度在1e20cm
‑3量级以上，以在所述刻蚀槽(31)上的n
+
GaN层(40)上方形成凹槽(41)；步骤五、光刻定义自终止刻蚀区域(42)，所述自终止刻蚀区域(42)位于所述n
+
GaN层(40)的中部；步骤六、采用干法刻蚀的方法将所述自终止刻蚀区域(42)暴露的n
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GaN层(40)去除，刻蚀气体为SF6/BCl3；步骤七、光刻定义隔离区(50)在所述n
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GaN层(40)上对应的待刻蚀区域(43)，所述待刻蚀区域(43)位于所述步骤六制备的产品的边缘上；步骤八、采用干法刻蚀的方法将所述待刻蚀区域(43)暴露的n
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GaN层(40)去除，并形成第一n
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GaN外延层(60)和第二n
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GaN外延层(70)；步骤九、利用离子注入设备，在所述隔离区(50)注入B或Ar离子，以形成所述隔离区(50)，实现器件隔离；步骤十、利用电子束蒸发设备在所述凹槽(41)内和所述第二n
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GaN外延层(70)上淀积电极金属，形成源极(80)和漏极(90)；步骤十一、在步骤十制备的产品表面淀积钝化层(92)，并采用干法刻蚀的方法将所述源极(80)和所述漏极(90)上的钝化层(92)去除；步骤十二、采用干法刻蚀的方法将栅极区域的钝化层(92)去除，所述栅极区域位于所述源极(80)和所述漏极(90)之间；并在栅极区域淀积电极金属，形成栅极(91)，制备完成得到基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件。2.根据权利要求1所述的一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述势垒层(30)的材料为AlN、ScAlN、InAlN、InAlGaN或AlGaN；所述势垒层(30)的厚度为4nm
‑
10nm。3.根据权利要求1所述的一种基于非对称欧姆再生长区域的高线性GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，采用ICP刻蚀设备，刻蚀气体为BCl3/Cl2，流量20/8sccm，腔室压力5mTorr，上电极功率为51W，下电极功率为14W。4.根据权利要求1所述的一种基于非对...

【专利技术属性】
技术研发人员：宓珉瀚，马晓华，龚灿，周雨威，王鹏飞，张濛，侯斌，杨凌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：