一种垂直氮化镓基鳍式射频晶体管及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种垂直氮化镓基鳍式射频晶体管及制备方法，射频晶体管包括：衬底层；漏极接触层，所述漏极接触层设置于所述衬底层之上；沟道层，所述沟道层设置于部分所述漏极接触层之上；源极接触层，所述源极接触层设置于所述第二沟道子层之上；两个漏电极，两个所述漏电极均设置于所述漏极接触层的两端，且所述沟道层位于两个所述漏电极之间；两个栅电极，两个所述栅电极均设置于所述第一沟道子层之上，所述第二沟道子层位于两个所述栅电极之间，且所述栅电极的侧边与所述第二沟道子层的侧边相接处；源电极，源电极设置于源极接触层之上。本发明专利技术提出一种采用垂直鳍片结构的射频晶体管，栅长由栅电极金属材料的厚度决定，更容易实现超短栅长。容易实现超短栅长。容易实现超短栅长。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直氮化镓基鳍式射频晶体管及制备方法


[0001]本专利技术属于射频器件
，涉及一种垂直氮化镓基鳍式射频晶体管及制备方法。

技术介绍

[0002]随着近年来无线通信市场的高涨，传统军事应用的发展，微波射频(RF)晶体管也在不断地发展，并在人类活动的众多方面发挥着关键作用。然而，各种应用需求使得微波射频器件的性能要求也越来越高，放大器也需要工作在更高的频率、更高的线性度、更大的功率和更高的效率。
[0003]氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体典型材料，具有宽带隙、高临界电场强度、高电子饱和速度、高击穿电场，高自发极化系数等优良特性，这些优良特性使得GaN相比于传统的Si半导体在射频领域有更大的优势。因此，GaN等宽禁带半导体的高频优良特性使得以宽禁带半导体为基础的射频功率器件在射频领域中具有巨大潜力。
[0004]目前已经应用的和公开报道的GaN射频晶体管均为横向结构，即高电子迁移率晶体管(HEMT)。横向GaN晶体管在卫星、雷达和4GLTE、5G通信基站中实现了商业化。
[0005]然而，横向GaN射频晶体管具有很多缺点，具体表现在以下方面，第一，大功率器件需要增加栅电极的宽度和栅电极的个数，导致器件的面积急剧增大，由电极引入的寄生电容也显著增加；第二，横向GaN射频晶体管的导电沟道距离三族氮化物的表面很近，一般在30nm以内，三族氮化物大量的表面态对器件性能造成了很多负面的影响，包括电流崩塌效应、射频色散效应和器件的长期可靠性退化；第三，横向GaN射频晶体管的发热区域集中于栅电极边沿靠近漏极的一侧，发热比较集中，影响器件的散热性能；第四，横向GaN射频晶体管的线性度比较差。

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垂直氮化镓基鳍式射频晶体管及制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术实施例提供了一种垂直氮化镓基鳍式射频晶体管，所述垂直氮化镓基鳍式射频晶体管包括：
[0008]衬底层；
[0009]漏极接触层，所述漏极接触层设置于所述衬底层之上；
[0010]沟道层，所述沟道层设置于部分所述漏极接触层之上，所述沟道层包括第一沟道子层和第二沟道子层，所述第二沟道子层设置于所述第一沟道子层之上，且所述第二沟道子层的宽度小于所述第一沟道子层的宽度；
[0011]源极接触层，所述源极接触层设置于所述第二沟道子层之上；
[0012]两个漏电极，两个所述漏电极均设置于所述漏极接触层的两端，且所述沟道层位于两个所述漏电极之间，所述漏电极与所述漏极接触层形成欧姆接触；
[0013]两个栅电极，两个所述栅电极均设置于所述第一沟道子层之上，所述第二沟道子层位于两个所述栅电极之间，且所述栅电极的侧边与所述第二沟道子层的侧边相接处，所述栅电极与所述沟道层形成肖特基接触；
[0014]源电极，所述源电极设置于所述源极接触层之上，所述源电极与所述源极接触层形成欧姆接触。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述垂直氮化镓基鳍式射频晶体管还包括：
[0016]复合缓冲层，所述复合缓冲层设置于所述衬底层和所述漏极接触层之间。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述复合缓冲层包括：
[0018]成核层，所述成核层设置于所述衬底层之上；
[0019]过渡层，所述过渡层设置于所述成核层之上；
[0020]缓冲层，所述缓冲层设置于所述过渡层之上。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述漏极接触层、所述沟道层和所述源极接触层的材料均为三族氮化物半导体材料。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述漏极接触层的材料为氮化镓、或AlGaN、或InGaN，所述漏极接触层的厚度为50nm
‑
2μm，所述漏极接触层的掺杂杂质为Si，掺杂浓度为1x10
17
‑
1x10
21
cm
‑3；
[0023]所述沟道层的材料为氮化镓、或AlGaN、或InGaN，所述沟道层的厚度为50nm
‑
10μm，所述沟道层的掺杂杂质为Si，掺杂浓度为1x10
15
‑
1x10
18
cm
‑3；
[0024]所述源极接触层的材料为氮化镓、或AlGaN、或InGaN，所述源极接触层的厚度为10nm
‑
500nm，所述源极接触层的掺杂杂质为Si，掺杂浓度为1x10
17
‑
1x10
21
cm
‑3。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，所述第一沟道子层的宽度为100nm
‑
5μm，高度为10nm
‑
10μm，所述第二沟道子层的宽度为10nm
‑
500nm，高度为10nm
‑
2μm。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述栅电极的厚度小于或者等于所述第二沟道子层的高度。
[0027]在本专利技术的一个实施例中，所述栅电极中与所述第一沟道子层接触的材料为Ni、或Pt、或Ti。
[0028]在本专利技术的一个实施例中，所述漏电极和所述源电极的材料为包括Ti/Al、或Ta/Al、或Mo/Al的合金。
[0029]本专利技术一个实施例还提供一种垂直氮化镓基鳍式射频晶体管的制备方法，用于制备上述任一项实施例所述的垂直氮化镓基鳍式射频晶体管，所述制备方法包括：
[0030]选取衬底层；
[0031]在所述衬底层上外延生长漏极接触层；
[0032]在所述漏极接触层上外延生长沟道层；
[0033]在所述沟道层上外延生长源极接触层；
[0034]在所述源极接触层上形成源电极，所述源电极与所述源极接触层形成欧姆接触；
[0035]刻蚀所述源电极、所述源极接触层和部分深度的所述沟道层，以使所述沟道层形成为第一沟道子层和第二沟道子层，并暴露所述第一沟道子层两侧的所述源极接触层，所述第二沟道子层设置于所述第一沟道子层之上，且所述第二沟道子层的宽度小于所述第一沟道子层的宽度；
[0036]在所述第二沟道子层两侧的所述第一沟道子层上分别制备栅电极，所述栅电极与所述沟道层形成肖特基接触；
[0037]在所述漏极接触层的两端制备漏电极，所述漏电极与所述漏极接触层形成欧姆接触。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0039]第一、本专利技术提出一种采用垂直鳍片结构的射频晶体管，栅长由栅电极金属材料的厚度决定，更容易实现超短栅长。
[0040]第二、本专利技术更容易通过增加栅电极横向尺寸的方式，实现低栅电极电阻、最高振荡频率和功率增益。
[0041]第三、本专利技术的电流为垂直流向，截面面积比较大，器件线性度更高。
[0042]第四、本专利技术的导电沟道中的载流子受三族氮化物的表面陷阱影响小，能够减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直氮化镓基鳍式射频晶体管，其特征在于，所述垂直氮化镓基鳍式射频晶体管包括：衬底层(1)；漏极接触层(2)，所述漏极接触层(2)设置于所述衬底层(1)之上；沟道层(3)，所述沟道层(3)设置于部分所述漏极接触层(2)之上，所述沟道层(3)包括第一沟道子层(31)和第二沟道子层(32)，所述第二沟道子层(32)设置于所述第一沟道子层(31)之上，且所述第二沟道子层(32)的宽度小于所述第一沟道子层(31)的宽度；源极接触层(4)，所述源极接触层(4)设置于所述第二沟道子层(32)之上；两个漏电极(5)，两个所述漏电极(5)均设置于所述漏极接触层(2)的两端，且所述沟道层(3)位于两个所述漏电极(5)之间，所述漏电极(5)与所述漏极接触层(2)形成欧姆接触；两个栅电极(6)，两个所述栅电极(6)均设置于所述第一沟道子层(31)之上，所述第二沟道子层(32)位于两个所述栅电极(6)之间，且所述栅电极(6)的侧边与所述第二沟道子层(32)的侧边相接处，所述栅电极(6)与所述沟道层(3)形成肖特基接触；源电极(7)，所述源电极(7)设置于所述源极接触层(4)之上，所述源电极(7)与所述源极接触层(4)形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的垂直氮化镓基鳍式射频晶体管，其特征在于，所述垂直氮化镓基鳍式射频晶体管还包括：复合缓冲层(8)，所述复合缓冲层(8)设置于所述衬底层(1)和所述漏极接触层(2)之间。3.根据权利要求2所述的垂直氮化镓基鳍式射频晶体管，其特征在于，所述复合缓冲层(8)包括：成核层(81)，所述成核层(81)设置于所述衬底层(1)之上；过渡层(82)，所述过渡层(82)设置于所述成核层(81)之上；缓冲层(83)，所述缓冲层(83)设置于所述过渡层(82)之上。4.根据权利要求1所述的垂直氮化镓基鳍式射频晶体管，其特征在于，所述漏极接触层(2)、所述沟道层(3)和所述源极接触层(4)的材料均为三族氮化物半导体材料。5.根据权利要求1所述的垂直氮化镓基鳍式射频晶体管，其特征在于，所述漏极接触层(2)的材料为氮化镓、或AlGaN、或InGaN，所述漏极接触层(2)的厚度为50nm
‑
2μm，所述漏极接触层(2)的掺杂杂质为Si，掺杂浓度为1x10
17
‑
1x10
21
cm
‑3；所述沟道层(3)的材料为氮化镓、或AlGaN、或InGaN，所述沟道层(3)的厚度为50nm
‑
10μm，所述沟道层(3)的掺杂杂质为S...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宏，陈淑莹，唐从威，樊雨佳，危虎，周瑾，冯欣，侯松岩，杨伟涛，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：