[发明专利]一种高线性GaN基毫米波器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高线性GaN基毫米波器件及其制备方法。所述器件包括AlGaN/GaN异质结外延层，所述AlGaN/GaN异质结外延层为凸台结构，凸台上方突起部分为有源区，有源区上表面的两端分别连接源电极和漏电极，不同掺杂浓度的p型GaN层位于有源区上表面的源电极和漏电极之间，其中，所述不同掺杂浓度的p型GaN层由不同掺杂浓度，但厚度相同的第一p型GaN和第二p型GaN沿栅宽前后排列形成，并且第一p型GaN的后表面和第二p型GaN的前表面相重合，左右边缘对齐；栅电极位于不同掺杂浓度的p型GaN层的上方。本发明提出的在栅极下放置不同掺杂浓度的p型GaN层的结构，有效地调制了器件的阈值电压，提高了器件的线性度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种高线性GaN基毫米波器件及其制备方法。

背景技术

GaN基HEMT器件在卫星、通信、雷达等领域有着广泛的应用。GaN属于III族氮化物，具有出色的击穿能力、更高的电子密度及速度、耐高温和耐辐射等优势，适合发展高频、高温以及高功率的电子器件。并且AlGaN/GaN异质结在室温下由于自发极化效应和压电极化效应，在异质结界面存在高浓度的二维电子气，所以具有AlGaN/GaN异质结的器件具有高电子浓度与高电子迁移率，在5G网络基础设施的建设，反导雷达以及其他领域都有着广阔的应用前景。

随着信号动态范围的增大，对电路中功率放大器的线性度要求也越来越高。而传统器件的跨导呈现典型的峰值特性，即跨导在高电流下严重退化，导致在高输入功率下器件增益迅速压缩，交调特性差，线性度低。在高功率微波器件大信号动态输入的应用中，如功率放大器，就会使得输入到功率器件中的大信号超出线性工作区，进入饱和区而失真，以至于传送出错误的信息。

研究人员已经尝试了许多方法来获得更宽的晶体管线性跨导曲线，比如通过抑制源极电阻随漏电流的增大而增大的Fin-HEMT结构和复合沟道异质结构，但是Fin-HEMT结构会降低器件的饱和电流(Zhang M,et al,IEEE Transactions on Electron Devices,2018,65(5))，而复合沟道异质结构等外延结构在提高线性度方面十分有限，而且会导致沟道热阻增加。或是通过多个具有连续阈值电压的并联元件来展宽跨导曲线的TRG结构(WuS,et al,IEEE Electron Device Letters,2019,40(6))，但是需要非常精确的光刻和刻蚀过程控制。基于以上情况，如何降低对饱和电流的影响，降低对干法刻蚀的刻蚀精度的要求，达到更高的线性度是GaN基射频器件亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服已有的制备的高线性GaN基毫米波器件的缺陷以及局限，从采用不同阈值电压的元件并联的角度提出一种高线性GaN基毫米波器件的制备方法，其中用不同掺杂浓度的p型GaN实现不同的阈值电压，可以降低对干法刻蚀的刻蚀精度的要求，提高器件的线性度。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种高线性GaN基毫米波器件，包括AlGaN/GaN异质结外延层，所述AlGaN/GaN异质结外延层为凸台结构，凸台上方突起部分为有源区，有源区上表面的两端分别连接源电极和漏电极，不同掺杂浓度的p型GaN层位于有源区上表面的源电极和漏电极之间，其中，所述不同掺杂浓度的p型GaN层由不同掺杂浓度，但厚度相同的第一p型GaN和第二p型GaN沿栅宽前后排列形成，并且第一p型GaN的后表面和第二p型GaN的前表面相重合，左右边缘对齐；栅电极位于不同掺杂浓度的p型GaN层的上方。

进一步地，所述AlGaN/GaN异质结外延层的直径为2-10inch，总厚度为200μm-1mm。

进一步地，第一p型GaN和第二p型GaN的长度均在10nm与100nm之间，宽度大于5μm，厚度在5nm与100nm之间，掺杂浓度均大于1×10³/cm^-3。