基于自对准栅的GaN超高频器件及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高增益超高频GaN器件及其制作方法，主要解决现有同类器件频率、增益和功率转换效率低的问题。该器件自下而上包括衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)钝化层(7)，GaN缓冲层的两端设有源电极(8)和漏电极(9)，源电极和漏电极上设有金属互联层(11)，其中AlGaN势垒层的上方设有自对准的台阶状双T型栅电极(10)，栅电极的栅脚(101)设有凹槽，凹槽上方设有栅介质层(6)，钝化层位于栅电极栅脚两侧的势垒层表面。本发明专利技术减小了栅极漏电和寄生电容，抑制了电流崩塌，提高了器件的功率转换效率、频率和增益特性，可用作高增益超高频器件。

GaN ultra high frequency device based on self-aligned gate and its manufacturing method

The invention discloses a high gain ultra high frequency GaN device and a manufacturing method thereof, which mainly solves the problems of low frequency, gain and low power conversion efficiency of the existing similar devices. The device model comprises a substrate (1), AlN nucleation layer (2), GaN buffer layer (3), AlN (4), AlGaN insert layer barrier layer (5) passivation layer (7), both ends of the GaN buffer layer with active electrode (8) and a drain electrode, a source electrode and (9) the drain electrode is provided with a metal interconnection layer (11), of which AlGaN above the barrier layer is provided with a self aligned double step T type gate electrode (10), foot gate gate electrode (101) is provided with a groove, the groove is arranged above the gate dielectric layer (6), a passivation layer located on both sides of the barrier gate gate electrode foot the surface layer. The invention reduces the grid leakage and parasitic capacitance, inhibits the current collapse, improves the power conversion efficiency, frequency and gain characteristics of the device, and can be used as a high gain UHF device.

【技术实现步骤摘要】
基于自对准栅的GaN超高频器件及制作方法
本专利技术属于微电子
，特别涉及一种高增益超高频器件，可用于通讯、卫星导航、雷达系统和基站系统中。
技术介绍
随着科技的进步提升，现有的第一、二代半导体器件已经无法满足更高频率、更高功率、更低功耗的通信领域技术发展的需求，新型宽禁带化合物半导体材料GaN，得助于其宽禁带宽度、高击穿电场，以及较高的热导率，且耐腐蚀、抗辐射等一系列硅基半导体材料所不具备的优良特性，可以极大程度地满足现今通信技术的发展需求，大大提高了器件性能，使得以GaN为代表的第三代半导体材料在微波毫米波器件制造中有了广泛的应用。进入二十世纪90年代后，由于P型掺杂技术的突破以及成核层技术的引入，使得GaN材料得到快速的发展。GaN材料可以形成AlGaN/GaN、InAlN/GaN等类型的异质结构，这类异质结构在室温下能获得很高的电子迁移率，以及极高的峰值电子速度和饱和电子速度，同时自发极化效应使其获得的二维电子气浓度也比第二代化合物半导体异质结更高。这些特点奠定了氮化物半导体高电子迁移率晶体管在微波毫米波频段的大功率、高效率、宽带宽、低噪声等领域迅速超越GaAs基HEM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高频自对准栅GaN器件，自下而上包括衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)钝化层(7)，GaN缓冲层(3)的两端设有源电极(8)和漏电极(9)，源电极(8)和漏电极(9)上设有金属互联层(11)，其特征在于AlGaN势垒层(5)的上方设有自对准的台阶状双T型栅电极(10)，栅电极(10)的栅脚(101)设有凹槽，以提高器件栅控能力、跨导和迁移率，从而提高器件增益；凹槽上方设有栅介质层(6)，以抑制栅极漏电降低关态漏电；钝化层(7)位于栅电极栅脚两侧的势垒层表面以抑制电流崩塌，进一步提高器件增益。

【技术特征摘要】
1.一种超高频自对准栅GaN器件，自下而上包括衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)钝化层(7)，GaN缓冲层(3)的两端设有源电极(8)和漏电极(9)，源电极(8)和漏电极(9)上设有金属互联层(11)，其特征在于AlGaN势垒层(5)的上方设有自对准的台阶状双T型栅电极(10)，栅电极(10)的栅脚(101)设有凹槽，以提高器件栅控能力、跨导和迁移率，从而提高器件增益；凹槽上方设有栅介质层(6)，以抑制栅极漏电降低关态漏电；钝化层(7)位于栅电极栅脚两侧的势垒层表面以抑制电流崩塌，进一步提高器件增益。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于钝化层(7)的厚度为2～6nm。3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：栅电极(10)光刻图形的栅脚(101)长度为60nm～90nm，栅脖子(102)的高度为160nm～200nm，栅帽(103)的宽度为360nm～540nm；栅脚(101)部分的凹槽宽度为60nm～90nm，深度为5nm～12nm。4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于栅介质层(6)的厚度为4nm～8nm。5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于AlGaN势垒层(5)的厚度为20nm～25nm。6.根据权利要求1所述的器件，其特征在于衬底(1)采用SiC或蓝宝石或Si衬底。7.一种超高频自对准栅GaN器件结构，其制作步骤如下：1)在依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层外延基片的GaN缓冲层上制作源电极和漏电极；2)在A...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓华，郝跃，武盛，宓珉瀚，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61