[发明专利]一种高线性氮化镓HBT射频功率器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高线性氮化镓HBT射频功率器件及其制备方法，属于射频功率器件领域。本发明提供了一种高线性氮化镓HBT射频功率器件，包括：外延材料层；次集电层；集电层；氮化硅层；集电极接触孔金属层；P‑氮化镓基层；发射极层；P型多晶硅层；以及基极金属层。因为本发明在P‑GaN非本征基区采用成熟的P型Si半导体实现自镇流结构，同时利用多晶硅互连线R_b为镇流电阻，采用了多晶硅互连线有效地缩短非本征基区区域。所以，本发明可以利用这个负反馈结构降低器件I‑V中的非线性分量，能够降低RC延迟时间，明显提高器件高的f_T、f_max高频参数。

技术领域

本发明涉及一种射频功率器件，具体涉及一种高线性氮化镓HBT 射频功率器件及其制备方法，属于射频功率器件领域。

背景技术

GaN第三代半导体因具有较宽的禁带宽度(3.4eV)、高击穿场强 (3MV/cm)以及在室温可以获得很高的电子迁移率(1500cm²/(V·s))、极高的峰值电子速度(3×10⁷cm/s)和高二维电子气浓度(2×10¹³cm²)，AlGaN/GaN HEMTs功率器件正在逐渐取代RF-LDMOS、GaAs功率器件，成为相控阵雷达中T/R组件的首选微波功率器件。另一方面，随着5G通信对海量数据宽带传输的迫切需求，在高频段工作且有高功率密度优势的AlGaN/GaN HEMTs器件在民用无线通信中又将大展身手，但前者在5G通信应用中也面临着高频调制信号的高线性传输等难点需要突破。

近些年，研究人员重点围绕AlGaN/GaN HEMTs器件分别从材料、器件与应用等方面对高线性射频功率器件开展了深入的研究。在材料方面，通过变Al组分形成主从复合沟道以线性化跨导G_m。研究人员也提出了基于FinFET结构的AlGaN/GaN HEMTs新器件，以解决源栅间的电流饱和R_access,gs较大的问题，但鱼鳍结构导致射频功率性能退化。

此外，长期以来，双极型器件因其具有较好的线性度、较高的电流增益等优点，曾一直是硅基微波功率器件的主要器件结构，而随着微波器件技术的发展，符合摩尔定律的表面型微波功率器件成为趋势，被用于研制面向4G-LTE应用RF-LDMOS、相控阵雷达应用微波 AlGaN/GaN HEMTs功率器件，但该器件结构存在不利于功率密度提升的技术难点。

近些年，AlGaN/GaN HEMT微波功率器件已在相控阵应用获得成功，但随着上述器件在面向5G应用中也逐渐暴露出线性度低、应用尚未能覆盖移动终端等弊端。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种在 P-GaN非本征基区采用成熟的P型Si半导体实现自镇流结构的高线性氮化镓HBT射频功率器件及其制备方法。

本发明提供了一种高线性氮化镓HBT射频功率器件，具有这样的特征，包括：外延材料层，由非均匀掺杂的GaN on Sapphire制成；次集电层，设置在外延材料层上方，由高掺杂n⁺-GaN材料制成；集电层，设置在次集电层上方，由非故意掺杂GaN材料制成；氮化硅层，设置在集电层上方，具有一对沿氮化硅层中心线对称设置的集电极接触孔以及一对沿氮化硅层中心线对称设置在一对集电极接触孔内侧的外延窗口；集电极接触孔金属层，填充在集电极接触孔内；P-氮化镓基层，与外延窗口大小相适应并填充在外延窗口内；发射极层，设置在P-氮化镓基层上方，包括从下而上依次设置的N⁺-AlGaN发射极层以及发射极金属层；P型多晶硅层，设置在一对外延窗口之间的氮化硅层上方；以及基极金属层，设置在P型多晶硅层上方。