高线性双渐变沟道的GaNHEMT器件及其制备方法

本发明属于半导体，具体涉及高线性双渐变沟道的gan hemt(highelectron mobility transistor，高电子迁移率晶体管)器件及其制备方法。

背景技术：

1、由于gan hemt器件优异的频率和功率特性，因此已经成功应用于诸如5g基站、卫星通讯和电动汽车等领域。gan hemt器件在较高频率下存在增益压缩以及严重的非线性问题，其非线性的主要来源之一是在高栅压下跨导的下降。具体而言，在hemt器件中，随着栅压的增大，跨导会先快速上升到一个峰值，然后快速下降，跨导的值不能长期保持在一个较高的水平，使得器件的输出信号相对输入信号的增益无法保持稳定，导致线性放大区较窄，严重制约放大器的性能。与跨导下降相关的原因是非线性源极串联电阻和高电流密度下较低的饱和速度。

2、现有技术中，为了减轻由跨导下降引起的非线性，可以在hemt器件中采用algan-gan-algan-gan的双沟道结构，该结构可以形成两个二维电子气沟道，与单沟器件相比有着更多的载流子，可以提升器件的饱和电流密度和输出功率密度。该结构可以在两个沟道中分布载流子，可以使得电子饱和速度增加，并且双沟道hemt器件也可以调制源电阻-漏电流关系，拓宽栅压摆幅来提高线性度。

3、除了双沟道技术外，现有技术中也有采用al组分渐变的algan作为沟道的技术，该技术中通过使用al组分渐变的沟道，用三维电子气(3deg)沟道代替传统二维电子气(2deg)沟道，使得异质界面处的能带变化较平缓，电子在较大厚度内均匀分布，栅压的变化反映在3deg沟道的宽度上，整体的电子浓度变化很小，使得电子饱和速度的减小得以避免，从而避免跨导的下降，提高hemt器件的线性度。

4、然而，双沟道虽然具有宽的栅压摆幅，一定程度可以提高器件的线性度，但是由于其两个沟道在栅压的变化下是依次开启，所以会有两个跨导峰值，并且两个跨导的峰值不同，第一个跨导峰值较低，第二个跨导峰值较高，而且两个峰值之间的波谷也很深，使得跨导曲线不平坦，导致较差的线性度。渐变沟道虽然能产生三维电子气沟道，使得跨导曲线更加平坦，但是其只有一个跨导峰值，使得栅压摆幅不够，从而又导致线性度不够。

5、因此，如何将双沟道技术与渐变沟道技术进行很好的结合，从而使hemt器件既具有宽的栅压摆幅，又具有平坦的跨导曲线，是一项亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种高线性双渐变沟道的gan hemt器件及其制备方法。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、一种高线性双渐变沟道的gan hemt器件，所述gan hemt器件包括自下而上层叠设置的衬底、gan缓冲层、第一gan沟道层、第一渐变algan势垒层、第二gan沟道层和第二渐变algan势垒层；

4、所述gan hemt器件还包括制备在所述第二渐变algan势垒层上的源极、漏极和栅极；

5、其中，所述第一渐变algan势垒层和所述第二渐变algan势垒层的厚度均为10nm，所述第一渐变algan势垒层中al组分的质量百分比浓度从上至下由15％递减至0，所述第二渐变algan势垒层中al组分的质量百分比浓度从上至下由30％递减至0。

6、可选地，所述gan hemt器件还包括：覆盖所述第二渐变algan势垒层表面的sin钝化层。

7、可选地，所述gan hemt器件的侧面具有器件电隔离区。

8、可选地，所述gan缓冲层的厚度为0.6～1.5μm。

9、可选地，所述第一gan沟道层的厚度为400nm，所述第二gan沟道层的厚度为10nm。

10、本发明还提供了一种高线性双渐变沟道的gan hemt器件的制备方法，包括：

11、在衬底上沉积gan缓冲层；

12、在所述gan缓冲层上沉积第一gan沟道层；

13、在所述第一gan沟道层上沉积厚度为10nm的第一渐变algan势垒层；其中，所述第一渐变algan势垒层中al组分的质量百分比浓度从上至下由15％递减至0；

14、在所述第一渐变algan势垒层上沉积第二gan沟道层；

15、在所述第二gan沟道层上沉积厚度为10nm的第二渐变algan势垒层；其中，所述第二渐变algan势垒层中al组分的质量百分比浓度从上至下由30％递减至0；

16、在所述第二渐变algan势垒层上制备源极和漏极；

17、在所述源极和所述漏极之间的第二渐变algan势垒层上制备栅极。

18、可选地，在制备完所述源极和所述漏极之后，以及在制备所述栅极之前，所述方法还包括：

19、在当前器件表面沉积sin钝化层；

20、在所述sin钝化层的表面光刻源区、漏区和栅区；其中，所述源区和所述源极上下对应，所述漏区和所述漏极上下对应，所述栅区位于所述源区和所述漏区之间；

21、从所述源区、所述漏区和所述栅区向下刻蚀所述sin钝化层，以暴露出所述源区下方的源极、所述漏区下方的漏极，以及所述栅区下方的第二渐变algan势垒层；

22、在所述源极和所述漏极之间的第二渐变algan势垒层上制备栅极，包括：在所述栅区下的第二渐变algan势垒层上制备栅极。

23、可选地，在制备完所述源极和所述漏极之后，所述方法还包括：

24、对器件外延结构的侧面进行氩离子注入以形成器件电隔离区；

25、所述器件外延结构是由所述gan缓冲层、所述第一gan沟道层、所述第一渐变algan势垒层、所述第二gan沟道层和所述第二渐变algan势垒层层叠形成的结构。

26、可选地，在衬底上沉积gan缓冲层，包括：在衬底上沉积厚度为0.6～1.5μm的gan缓冲层。

27、可选地，在所述gan缓冲层上沉积第一gan沟道层，包括：在所述gan缓冲层上沉积厚度为400nm的第一gan沟道层；

28、在所述第一渐变algan势垒层上沉积第二gan沟道层，包括：在所述第一渐变algan势垒层上沉积厚度为10nm的第二gan沟道层。

29、本发明提供的高线性双渐变沟道的gan hemt器件，包括自下而上层叠设置的衬底、gan缓冲层、第一gan沟道层、第一渐变algan势垒层、第二gan沟道层和第二渐变algan势垒层；由此本发明提供的该gan hemt器件在工作时具有上下两个导电的沟道，可以调制源电阻-漏电流关系，拓宽栅压摆幅来提高线性度；其中，上下两个沟道的algan势垒层的厚度均为10nm，且上沟道的第一渐变algan势垒层中al组分的质量百分比浓度从上至下由15％递减至0，下沟道的第二渐变algan势垒层中al组分的质量百分比浓度从上至下由30％递减至0，这样可以使得gan hemt器件既具有宽的栅压摆幅，又具有平坦的跨导曲线，从而实现了高线性度的gan hemt器件。

30、以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。