[发明专利]一种高线性MIS-HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高线性MIS‑HEMT器件及其制备方法，所述高线性MIS‑HEMT器件自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、势垒层以及金属电极层，所述金属电极层两端设有源电极和漏电极，所述源电极和漏电极之间设有介质层，所述栅电极设置于所述介质层上方；其中，所述势垒层包括依次均匀排列的若干氟掺杂区(F1～Fm)，m为正整数且m≥2。本发明提供的高线性MIS‑HEMT器件通过栅电极下势垒层不同浓度氟掺杂区域跨导相互补偿，能实现在较大栅源偏压范围内跨导的相对稳定，无需对器件和材料结构进行大量调整便可使器件具有很好的线性度。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种高线性MIS-HEMT器件及其制备方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，以GaN为代表的第三代半导体材料，凭借高禁带宽度、高击穿场强、较高的热导率、耐辐照、耐腐蚀等特性，表现出相较传统半导体材料Si和GaAs更大的潜力，受到了广泛的关注。特别是90年代以来，利用AlGaN/GaN异质结构制备的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，凭借自身极强的极化效应，能在异质结界面处形成高浓度、高迁移率的二维电子气(2DEG)，实现极高的工作速度，从而特别适合于在通讯领域的应用。

在通讯应用中，传统的AlGaN/GaN HEMT器件面临线性度较差问题。非线性的器件会引起输出信号失真，严重限制器件的工作条件。一般通过在电路中加入前馈、补偿等模块，可一定程度解决此问题。然而，这种方法涉及到对电路结构进行改造，较为复杂。因此，在器件本身实现高线性度，即要求器件的跨导在较大的栅压摆幅内保持稳定，成为了当前的研究热点。而现有的HEMT器件的跨导通常在到达一定峰值后快速下降，在较大栅源偏压摆幅内无法保持稳定，这影响了器件本身的线性度。为此，通常采用渐变组分势垒结构降低2DEG浓度提高电子饱和速度或者采用Fin结构降低源串联电阻的方式保证器件跨导在较大的栅压范围内保持稳定，从而提高器件线性度。此外，还可以采用Fin宽渐变结构或者势垒厚度渐变结构等方法提高器件线性度。

然而，采用渐变组分势垒结构要求高Al组分的势垒层，会造成器件表面质量的恶化；采用Fin结构以及Fin宽渐变结构其制备过程中涉及刻蚀工艺，会引入大量的刻蚀损伤，留下的沟道侧壁也会产生大量寄生电容，影响器件性能；而势垒厚度渐变结构需要对势垒层结构进行精确的刻蚀深度控制，工艺难度过高。此外，传统的AlGaN/GaN HEMT器由于GaN材料具有较高的位错密度，普通肖特基栅结构在正向与反向电压下都会出现严重的栅漏电，从而限制了器件的工作范围并恶化增益、噪声等特性，且过大的栅漏电会降低器件耐压，影响器件能够正常工作的栅压，降低器件效率。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高线性MIS-HEMT器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种高线性MIS-HEMT器件，自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、势垒层以及金属电极层，所述金属电极层两端设有源电极和漏电极，所述源电极和漏电极之间设有介质层，所述栅电极设置于所述介质层上方；其中，所述势垒层包括依次均匀排列的若干氟掺杂区F1～Fm，m为正整数且m≥2。

在本发明的一个实施例中，所述氟掺杂区F1～Fm位于所述栅电极下方并沿栅宽方向排列。

在本发明的一个实施例中，所述氟掺杂区F1～Fm的氟离子浓度从所述氟掺杂区F1至所述氟掺杂区Fm依次递增或者递减。

在本发明的一个实施例中，所述氟掺杂区F1～Fm的氟离子浓度从所述氟掺杂区F1和所述氟掺杂区Fm依次向中间递增或者递减。

在本发明的一个实施例中，还包括插入层，所述插入层设置于所述缓冲层和所述势垒层之间。

在本发明的一个实施例中，还包括盖帽层，所述盖帽层设置于所述势垒层与所述金属电极层之间。