[发明专利]一种高线性度GaN基HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高线性度GaN基HEMT器件结构及其制备方法，该结构从下往上依次包括衬底、成核层、缓冲层、沟道层、势垒层，势垒层上方设有漏电极、栅电极，漏电极与栅电极之间的势垒层上方为第一钝化层；势垒层和沟道层的一端部设置有凹槽，凹槽中设置有源电极，源电极与栅电极之间的势垒层上方为第二钝化层，漏电极与二维电子气形成欧姆接触；源电极与二维电子气形成肖特基接触，使源电阻RS随沟道电流的增大而减小，从而提高了GaN基HEMT的跨导平坦度和线性度。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种高线性度GaN基HEMT器件，还涉及该HEMT器件的制备方法。

背景技术

从二十世纪九十年代初开始，化合物半导体电子器件的研究重心开始转向宽禁带半导体器件。GaN基半导体材料由于具有宽带宽、高频率和高耐压等优异材料特性，被认为是射频/微波功率放大器最有希望的候选材料之一。GaN电子器件主要以GaN异质结构高电子迁移率晶体管(HEMT)为主。在AIGaN/GaN等氮化物异质结构界面形成的二维电子气(2DEG)具有很高的迁移率、极高的二维电子气密度和电子饱和速度，使GaN基HEMT器件具有高输出电流、输出功率的能力，适合于高频、大功率的应用，成为目前功率放大器(PA)的重要组成部分。

对于4G LTE和5G通信系统而言，其射频模块中的功率放大器需要具有良好的线性特性，以减小输入和输出信号之间的失真，提高系统的数据传输速率和频谱效率，这就要求核心GaN HEMT器件具有很高的线性度，要求其跨导随输出电流变化比较平坦。但是，目前报道的GaN HEMT具有严重的非线性特性，在频率比较高的时候更为严重。这将导致信号在传播过程中产生畸变，造成传输效率低下、信号失真等问题。

目前造成GaN HEMT器件线性度比较低的主要物理机制包括：(1)GaN HEMT大功率工作时的自热效应；(2)GaN HEMT二维电子气沟道中的载流子速度在高载流子密度时降低效应；(3)在高栅压时载流子受到的界面散射和势垒合金散射增强；(4)高输出电流时栅源沟道有限的电流供给能力。针对这些物理机制，文献报道了采用复合沟道、多沟道、掺杂沟道、栅下纳米线/带沟道等结构以提高GaN HEMT器件的线性度，但是存在外延结构复杂、工艺复杂等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种高线性度GaN基HEMT器件，解决了现有GaN基HENT器件跨导相对较窄、线性度比较低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种高线性度GaN基HEMT器件，自下而上依次包括衬底、成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，势垒层上方设有漏电极和栅电极，漏电极与栅电极之间的势垒层上方为第一钝化层；在沟道层与势垒层的界面中形成二维电子气；势垒层和沟道层的一端部设置有凹槽，凹槽中设置有源电极，源电极和二维电子气的侧面形成肖特基接触；源电极与栅电极之间的势垒层上方为第二钝化层。

本发明的特点还在于，

漏电极与二维电子气形成欧姆接触，栅电极与势垒层形成肖特基接触。

栅电极下面的一层绝缘介质与势垒层形成金属-绝缘层-半导体结构。

成核层的材料为AlN，厚度为100nm～300nm。

本发明所采用的第二技术方案是，一种高线性度GaN基HEMT器件，自下而上依次包括衬底、低温AlN成核层、脉冲高温AlN成核层、缓冲层、沟道层、势垒层和帽层，帽层上方设有漏电极和栅电极，漏电极与栅电极之间的帽层上方为第一钝化层；势垒层、沟道层和帽层的一端部设置有凹槽，凹槽中设置有源电极，源电极和二维电子气的侧面形成肖特基接触；源电极与栅电极之间的帽层上方为第二钝化层。

本发明的特点还在于，

脉冲高温AlN成核层和缓冲层之间设置有过渡层。

沟道层和势垒层之间设置有隔离层。