[发明专利]高线性度毫米波器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种高线性度毫米波器件及其制作方法，主要解决现有器件跨导的线性度差的问题。其器件自下而上包括衬底层(1)、成核层(2)、缓冲层(3)、第二沟道区(4)、背势垒层(5)、第一沟道区(6)、插入层(7)和势垒层(8)，势垒层上刻蚀有深度至背势垒层的凹槽，凹槽的内壁和势垒层上设有增强沟道区(9)；增强沟道区上设有导电帽层(10)；导电帽层上两端设置源电极(11)和漏电极(12)；凹槽内导电帽层上刻有槽栅；槽栅内壁和导电帽层上除源电极和漏电极外的区域设有钝化层(13)；槽栅内的钝化层上设置T型栅电极(14)。本发明拓宽了跨导峰值范围，提高了跨导的线性度，可用于通讯、导航和雷达、基站系统。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种高线性度毫米波器件，可用于通讯，卫星导航，雷达系统和基站系统中。

背景技术

随着科技水平的提高，现有的第一、二代半导体材料已经无法满足更高频率、更高功率电子器件的需求，而基于氮化物半导体材料的电子器件则可满足这一要求，大大提高了器件性能，使得以GaN为代表的第三代半导体材料在微波毫米波器件制造中有了广泛的应用。GaN是一种新型宽禁带化合物半导体材料，具有许多硅基半导体材料所不具备的优良特性，如宽禁带宽度，高击穿电场，以及较高的热导率，且耐腐蚀，抗辐射等。进入二十世纪90年代后，由于P型掺杂技术的突破以及成核层技术的引入，使得GaN材料得到快速的发展。GaN材料可以形成AlGaN/GaN异质结构，这种异质结构不仅在室温下能获得很高的电子迁移率，以及极高的峰值电子速度和饱和电子速度，而且可以获得比第二代化合物半导体异质结更高的二维电子气浓度。这些优势使得AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在微波毫米波频段的大功率、高效率、宽带宽、低噪声性能方面显著超过了GaAs基HEMT和InP基HEMT。

然而，随着工作频率的增加，栅漏之间的反馈电容对器件频率特性的影响日益明显；传统异质结结构难以将源漏欧姆接触向更低突破是当前急需解决的问题。

目前，在国内和国际上，主要是缩小栅宽，采用T型栅，以缩小源漏间距，提高器件的频率特性，这些方法包括：

2008年Masataka Higashiwaki等人采用高Al组分AlGaN势垒层和Cat-CVD生长SiN钝化层等措施，在4H-SiC衬底上生长了栅长为60nm的AlGaN/GaN HEMT器件，其中2DEG面密度为2×10¹³cm^-2，器件的2DEG迁移率为1900cm2/(V·s)，饱和电流为1.6A/mm，f_T和f_max分别达到了190GHz和241GHz。参考文献Masataka Higashiwaki,Takashi Mimura,ToshiakeMatsui Ga N-based FETs using Cat-CVD Si N passivation for millimeter-waveapplications Thin Solid Film 516(2008)548-552。

2010年，Jinwook W.Chung等人报道了最大振荡频率达300GHz的AlGaN/GaN HEMT器件。该器件采用T形槽栅结构，栅长为60nm，漏源距离为1.1μm。参考文献Chung J W,HokeW E,Chumbes E M,et al.AlGaN/GaN HEMT with 300-GHz[J].Electron Device Letters,IEEE,2010,31(3):195-197。

综上所述，当前，国际上毫米波GaN基器件的制作都是采用缩小栅宽的方法，以减小源漏间距，提高器件的频率特性，但存在以下不足：

一是当器件栅长小于100nm以后，缩小栅宽会导致栅的支撑性变差；

二是随着栅漏间距的减小，寄生电容对器件频率特性的影响会增强；

三是随着栅宽的减小，栅控能力下降，导致跨导的线性度降低。

发明内容