[发明专利]双渐变沟道氮化镓基垂直结构射频器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种双渐变沟道氮化镓基垂直结构射频器件及其制备方法，该垂直型HEMT射频器件通过在第一源极和第二源极之间设置第一GaN层、第一Al组分渐变沟道层、第二GaN层、第二Al组分渐变沟道层依次层叠的结构，在垂直结构中形成了三维电子气，调节了电场的分布，从而提高击穿电压和截止频率。且该垂直HEMT器件主要通过器件内部的PN结来承受耐压，有效降低了缓冲层漏电的问题，使栅极附近的GaN区域不会形成高场区域，避免了因栅极电场集中效应而导致的击穿，并降低了比导通电阻，提升了器件的性能。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种双渐变沟道氮化镓基垂直结构射频器件及其制备方法。

背景技术

AlGaN/GaN所形成的异质结因带隙不同为载流子提供通道。同时，由于氮化镓具有的较大能隙，使得其具有高击穿电场。且因沟道内载流子的高饱和速率，GaN HEMT可以在极高频率下工作，所以逐渐成为5G基站射频功放主流。

据目前最新的研究表明，利用Al_xGa_1-xN渐变层与GaN形成的异质结可以产生三维电子气(3DEG)，有效地调节电场的分布，在保证了高击穿电压前提下，又提高截止频率和功率附加效率。而双沟道结构利于减小器件源极—栅极通道电阻，从而提高器件的跨导和截止频率的线性度。因此，如何将渐变层与GaN形成的异质结以及双沟道结构应用于射频器件领域，来改善器件的性能，是本发明亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双渐变沟道氮化镓基垂直结构射频器件，其通过在第一源极和第二源极之间设置第一和第二Al组分渐变沟道层、第一和第二GaN层的层叠结构，在垂直结构中形成了三维电子气，调节了电场的分布，从而提高击穿电压和截止频率。且该垂直HEMT器件主要通过器件内部的PN结来承受耐压，有效降低了缓冲层漏电的问题，使栅极附近的GaN区域不会形成高场区域，避免了因栅极电场集中效应而导致的击穿，并降低了比导通电阻，提升了器件的性能。第一个渐变层自顶而下Al组分逐渐增加，保证了两沟道之间的连通性；另外双沟道使得源栅之间的通道电阻减小，从而提高器件的转移电阻和截止频率线性度，使其在高频下保持较好的功率性能和线性度。

为实现上述目的，本发明至少提供如下技术方案：

双渐变沟道氮化镓基垂直结构射频器件，包括：

衬底；漏极，设置于所述衬底的一表面；GaN成核层，设置于衬底上与漏极相对的表面；第一p型GaN电流阻挡区域和第二p型GaN电流阻挡区域，分别设置于GaN成核层表面两侧；n型GaN区域，设置于第一p型GaN电流阻挡区域和第二p型GaN电流阻挡区域之间，位于GaN成核层表面；第一源极和第二源极，分别设置于第一p型GaN电流阻挡区域和第二p型GaN电流阻挡区域的表面；第一GaN层、第一Al组分渐变沟道层、第二GaN层、第二Al组分渐变沟道层依次层叠于n型GaN区域和p型GaN电流阻挡区域的表面，位于第一源极和第二源极之间；栅极，设置于第二Al组分渐变沟道层上，位于第一源极和第二源极之间。

第一Al组分渐变沟道层为AlGaN材料，其Al组分沿第二GaN层指向第一GaN层的方向由0变化为0.15。

第二Al组分渐变沟道层为AlGaN材料，其Al组分沿第一GaN层指向第二GaN层的方向由0变化为0.15。

还包括第一钝化区域和第二钝化区域，分别位于第二Al组分渐变沟道层表面两侧。

还包括GaN帽层，位于第一钝化区域和第二钝化区域之间，设置于第二Al组分渐变沟道层表面。

第一p型GaN电流阻挡区域、n型GaN区域和第二p型GaN电流阻挡区域的厚度均为0.8μm～1.2μm。

第一GaN层和第二GaN层的厚度均为5～10nm；第一Al组分渐变沟道层和第二Al组分渐变沟道层的厚度均为4～8nm。