一种具有会聚沟道结构的氮化镓晶体管的制作方法

1.本实用新型涉及高电子迁移率器件领域，特别涉及一种具有会聚沟道结构的氮化镓晶体管。


背景技术：

2.在以往的射频器件性能提升技术中，为了降低膝点电压，提高功率附加效率和线性度，常见的器件优化技术有两种：
3.第一种是通过不断缩减器件的关键尺寸，例如栅长和源漏间距，减小器件的寄生电阻和寄生电容，来缩短电子在沟道中的输运时间，从而提升器件的工作频率。但是该方法中，随着器件横向尺寸的进一步缩减，小尺寸效应会愈发严重，降低器件性能表现。并且该方法对工艺制造设备要求较高，需要制备过程中对最小线宽和对准误差有着较高的精度要求，制造门槛和成本上升；
4.第二种方法是类似硅器件小型化中的做法，引入“鳍栅型沟道”以及“三面栅型沟道”来增强沟道控制，降低小尺寸效应的影响。同时该方法将常规二维电子气沟道分割为源极和栅极两侧对称、栅宽方向等间距的多个矩形方块子沟道，降低了导通区有效电阻以及欧姆接触的有效电阻，实现器件非本征膝点电压的降低，和高频性能的提高。但是该方法会将传统简单的平面栅结构替换为结构更复杂的三维栅结构；而这种三维栅的形成需要借助等离子体刻蚀的方法，将器件的沟道区域刻蚀成为多个子沟道，即产生出沿栅宽方向分布的多个类岛状结构，因此无可避免的会在每个刻蚀形成的类岛状结构的两个栅宽方向引入两个被刻蚀表面，这样较粗糙的被刻蚀表面非但对沟道导电性没有贡献，反而会带来更多栅极寄生电容，因而这样的实现方式是不利于器件的线性度和效率提升的，而且使得工艺制造的难度和复杂度上升，不利于制造时的良率提升，增加生产成本。
5.另外，这一对称式的矩形子沟道，并未优化栅下沟道内部的形状，从而没有优化对应的电场分布，实现器件本征膝点电压的降低。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是：提供一种解决现有改良射频器件制造复杂、成本高且无法降低本征膝点电压问题的一种具有会聚沟道结构的氮化镓晶体管。
7.本实用新型的技术解决方案是：一种具有会聚沟道结构的氮化镓晶体管，其特殊之处在于，氮化镓晶体管包括由下至上依次设置的衬底、缓冲层、gan层、algan势垒层、钝化层，所述algan势垒层两端分别设有源电极与漏电极，所述algan势垒层上位于源电极与漏电极之间还设有栅电极，所述algan势垒层与gan层之间设有多条沟道；
8.所述栅电极底端延伸有由氟离子构成的导流件，所述导流件位于所述 algan势垒层与gan层之间，相邻两导流件之间的沟道为会聚沟道；
9.所述会聚沟道位于靠近源电极一侧宽于靠近漏电极一侧，所述会聚沟道的宽度自源电极一侧向漏电极一侧递减。
10.作为优选：所述衬底为si衬底。
11.作为优选：所述导流件或呈锥形，或呈钻石形，或呈漏斗形；
12.所述导流件的锥底位于靠近源电极一侧。
13.作为优选：位于靠近源电极一侧的会聚沟道宽度为600nm，位于靠近漏电极一侧的会聚沟道宽度为200nm。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
15.⑴
通过氟离子注入对栅下沟道的内部形状进行优化，形成左右非对称性的会聚沟道形状，会聚沟道宽度自源电极向漏电极一侧逐渐递减，改变栅下沟道内的电场分布，令电子在更低的漏压偏置下，更快达到饱和速率实现本征膝点电压的降低，从而提升射频器件的功率附加效率和线性度；
16.⑵
沟道内的导流件由氟离子注入形成，避免了刻蚀带来的粗糙刻蚀表面以及对应的栅极寄生电容增加，又简化了工艺，使用结构简单的传统平面栅即可实现足够的栅控能力，提高生产良率降低成本。
附图说明
17.图1是现有的带矩形沟道的氮化镓晶体管的俯视图；
18.图2是本实用新型提供的氮化镓晶体管的结构示意图；
19.图3是本实用新型提供的氮化镓晶体管的沟道的俯视图；
20.图4是会聚沟道与矩形沟道的横向电场分布对比示意图；
21.图5是会聚沟道与矩形沟道的静电势分布对比示意图；
22.图6是会聚沟道与矩形沟道的转移特性曲线及跨导曲线对比示意图；
23.图7是会聚沟道与矩形沟道的输出特性曲线对比图；
24.图8是会聚沟道与矩形沟道的膝点电压与最大漏电流的关系示意图；
25.图9是会聚沟道与矩形沟道的膝点电压与导通电阻的关系示意图。
26.主要组件符号说明：
27.1衬底2gan层3algan势垒层4钝化层5源电极6栅电极61氟离子注入区域62导流件7漏电极
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具体实施方式
28.本实用新型下面将结合附图作进一步详述：
29.下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。本实用新型所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本实用新型，而非用以限制本实用新型。
30.请参阅图1所示，现有的氮化镓晶体管的沟道设置采用的是栅电极两侧对称设计的矩形沟道，其中两矩形导流件之间的宽度ws＝200nm，该种设计并未优化栅下沟道内部的形状，从而没有优化对应的电场分布，无法实现器件膝点电压的降低。
31.请参阅图2、图3所示，本实用新型提供一种氮化镓晶体管包括由至上依次设置的衬底1、缓冲层、gan层2、algan势垒层3、钝化层4，所述algan 势垒层3两端分别设有源电极5与漏电极7，所述algan势垒层3上位于源电极5与漏电极7之间还设有栅电极6，所述algan势垒层3与gan层2之间设有多条沟道。
32.所述栅电极6底端设有氟离子注入区域61，通过氟离子注入的平面工艺方法往algan势垒层3与gan层2之间的沟道内注入氟离子，所述氟离子在沟道内形成导流件62；
33.相邻两导流件62之间的沟道为会聚沟道，所述会聚沟道位于靠近源电极一端的宽度ws＝600nm，位于靠近漏电极一端的宽度wd＝200nm，所述会聚沟道的宽度自源电极一侧向漏电极一侧逐渐递减；
34.所述导流件或呈锥形，或呈钻石形，或呈漏斗形；
35.且锥底位于靠近源电极一侧。
36.所述衬底为si衬底。
37.请参阅图4、图5所示，氮化镓晶体管的沟道由现有的对称沟道改为会聚沟道后，靠近漏电极一侧的横向电场分布更大，同时对应静电势在漏极一侧的变化相对更快。因此，电子在更低的漏压偏置下，会聚沟道的采用能够更快使电子达到饱和速率。
38.请参阅图6至图9所示，根据会聚沟道与现有的间距为ws＝200nm的矩形沟道的转移特性曲线、跨导曲线、输出特性曲线以及膝点电压与最大漏电流的关系、膝点电压与导通电阻的关系对比可以得知，本实用新型提供的具有会聚沟道的氮化镓晶体管降低了导通区和欧姆接触的有效电阻，优化了栅下沟道的电场分布，从而实现了降低晶体管的本征膝点电压。
39.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型权利要求的涵盖范围。