[发明专利]外延级氮化物器件单片异构集成电路及其制作方法

说明书

本发明公开了一种外延级氮化物器件单片异构集成电路，主要解决现有声表面波器件工作频段不易调控且难与高电子迁移率晶体管外延异构集成的问题。其自下而上包括衬底、成核层、沟道层、插入层、势垒层、极化层，叉指电极与其下方对应的极化层构成氮化物声表面波器件；源、漏电极与沟道层、插入层、势垒层、栅电极及栅电极下方对应的极化层构成氮化物高电子迁移率晶体管；该声表面波器件位于晶体管栅源导通区，两者共用极化层且通过叉指电极与栅电极和源电极之间填充的钝化层隔离。本发明通过调节高电子迁移率晶体管二维电子气浓度来调控声表面波器件的工作频段和带宽，易实现氮化物器件单片外延集成和异构铁电集成，可用于滤波‑微波射频前端系统。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种外延级氮化物器件单片异构集成电路，可用于滤波-微波放大器射频前端系统。

背景技术

射频集成电路广泛应用于电子对抗、智能武器、航空航天装备、雷达探测、及无线通信中，完成接收机和发射机的射频前端模拟信号处理。射频集成电路通常由微波功率放大器件和无源滤波器件构成，共同完成信号噪声去除及信号放大。其中，微波功率放大器件的发展趋势是基于宽禁带半导体氮化镓材料技术，这主要是由于该材料具有高的电子饱和速度和高的击穿场强，能实现高的工作频率和输出功率及其功率转换效率。而无源滤波器件通常由磁控溅射的多晶氮化铝材料制备，这主要得益于该材料具有大的压电系数和机电耦合系数及其高品质因子。

常规GaN高电子迁移率晶体管器件结构如图1所示，其自下而上包括衬底、成核层、GaN沟道层、AlN插入层和AlGaN势垒层，AlGaN势垒层上设有栅电极，源漏区欧姆接触上设有源、漏电极。常规的多晶AlN材料制备的声表面波器件结构如图2所示，其自下而上包括衬底、多晶AlN压电层，多晶AlN压电层上设有叉指电极作为换能器。将无源AlN声表面波器件与有源GaN高电子迁移率晶体管集成，可实现用于射频前端系统中更高性能的滤波-微波放大器单片异构集成电路，使射频前端系统小型化并提高集成度。然而，目前的射频前端功放模块中，由于声表面波器件和微波功率放大器件多为分立器件,且两种器件的生长方式不同，因而存在以下几个缺点：

1、不能灵活调控声表面波器件工作频段、带宽和边带抑制比，若采用可变电容器来调控声表面波器件，则增加了电路复杂性。

2、声表面波器件和微波功率放大器件分立封装，会引入额外的寄生电感和互感，使得高频工作时器件性能恶化，且器件之间的隔离会导致芯片集成面积增大，额外的布线不利于射频集成电路的小型化。

3、常规AlN声表面波器件为磁控溅射生长的多晶材料制备，常规GaN高电子迁移率晶体管为金属有机物化学气相淀积或分子束外延生长的单晶材料制备，这两种器件的不同材料外延生长方式，会导致两者的材料晶体质量有着较大差距，难以实现两种器件材料的连续生长和外延级单片集成。

4、常规AlN声表面波器件多以多晶AlN材料制备，其滤波器的机电耦合系数、压电系数、声速和功率处理能力及其品质因子都较低，限制了声表面波器件的工作频率、输出功率，且工作频段不能调控。

5、常规GaN高电子迁移率晶体管栅极下方的铁电调控层为离位生长的多晶材料，会引入额外的界面态，限制了器件的单片铁电集成。

发明内容

本发明目的在于提出一种外延级氮化物器件单片异构集成电路及其制作方法，以解决已有声表面波器件工作频段难以调控，且与高电子迁移率晶体管难以外延异构集成，及封装体积大的问题。

实现本发明目的技术方案如下：

1.一种外延级氮化物器件单片异构集成电路，其特征在于：自下而上包括衬底、成核层、沟道层、插入层、势垒层，极化层，极化层上部设置有栅电极和叉指电极；

所述叉指电极与其下方对应的极化层构成氮化物声表面波器件；