CN104113289A - 一种微波集成放大器电路及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波集成放大器电路及其制作方法，其中，所述微波集成放大器电路包括：氮化镓高电子迁移率晶体管和与其连接的振荡稳定电路，其中，氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路具有同一衬底和在衬底上的同一外延结构，且通过位于外延结构中的隔离区进行隔离。本发明的振荡稳定电路中的电阻和电容的设计和制作与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容且可以一同形成，这样可以降低制作的复杂性，节约成本；此外，本发明不仅可以提高放大器电路的稳定性，起到抑制振荡的作用，而且还可以减小放大器电路的面积和成本，甚至可以降低后续微波匹配电路的设计难度；另外，还可以避免引线电感的影响，从而有利于提高放大器电路的增益等性能。

Description

一种微波集成放大器电路及其制作方法

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种微波集成放大器电路及其制作方法。

背景技术

采用晶体管器件的微波放大器可以称为晶体管放大器。在晶体管器件中，基于氮化镓(GaN)材料的高电子迁移率晶体管(High Electron MobilityTransistor，简称HEMT)由于氮化镓材料禁带宽度大，因而具有电子饱和漂移速度高、击穿场强高、导热性能好等特点，在高温、高频、高电压和大功率的应用方面有明显的优势，在无线通讯及雷达系统应用等领域应用前景广阔，近年来成为新的研究和应用热点。

图1a是现有技术的晶体管放大器的电路示意图。参见图1a，对于晶体管放大器A1，最大可用增益(Maximum Available Gain，简称MAG)和最大稳定增益(Maximum Stable Gain，简称MSG)是衡量其增益的两个重要指标。图1b是图1a中的晶体管放大器的增益随频率变化的曲线图，在频率越低时晶体管放大器A1的增益越大，所以在低频段晶体管放大器A1更易发生振荡。基于氮化镓材料的微波放大器，也存在图1b所示的低频振荡的问题。为了解决此问题，参见图1c，在PCB板(Printed Circuit Board，印刷电路板)B2上的功率放大器模块中，通常会在晶体管放大器A2的输入端串联一个由电阻R和电容C并联构成的振荡稳定电路B1。图1d是图1c中串联振荡稳定电路后的晶体管放大器的增益随频率变化的曲线图，由于振荡稳定电路B1对于低频信号成为电阻状态，对于高频信号成为短路状态，从而可以增加晶体管放大器A2的稳定性。

然而，在晶体管放大器A2外部的PCB板B2上使用振荡稳定电路B1也存在一些问题，首先，振荡稳定电路B1所需的电子元件，如电阻R和电容C等，增加了功率放大器模块的面积和成本，甚至增加了后续微波匹配电路的设计和制作的难度；其次，晶体管放大器A2封装时要使用引线与管壳相连，然后再与振荡稳定电路B1相连，引线相当于电感，由于额外增加了电感，所以不利于放大器增益等性能的提高。

为了解决上述问题，常用的方法是把震荡稳定电路所需的电阻和电容制作在晶体管放大器内部，其电阻一般采用掺杂法和薄膜淀积法来制作，电容多采用薄膜电容。但是目前该方法还不成熟，仍存在一些问题，首先，掺杂法制作电阻一般采用离子注入法，工艺比较复杂，除了需要优化注入条件外，还需要高温退火来激活掺杂剂，不仅与氮化镓高电子迁移率晶体管的工艺不兼容，还可能严重降低其性能；其次，薄膜淀积法制作电阻需要专用的溅射设备和特殊的溅射材料，如TaN、NiCr或其它合金材料，与氮化镓高电子迁移率晶体管的工艺也不兼容，增加了工艺复杂性和成本；第三，薄膜电容制作时需先淀积一层绝缘介质层，再淀积一层导体作下电极，然后再淀积一层电介质，最后再淀积顶层电极，对介质的种类和厚度要求比较高，与氮化镓高电子迁移率晶体管的工艺也不兼容，需要单独来制作，增加了工艺复杂性和成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种微波集成放大器电路及其制作方法。

第一方面，本发明实施例提供一种微波集成放大器电路，包括：

氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路，其中，所述氮化镓高电子迁移率晶体管和所述振荡稳定电路具有同一衬底和位于所述衬底上的同一外延结构，且通过位于所述外延结构中的隔离区进行隔离；

所述外延结构至少包括氮化物沟道层、位于所述氮化物沟道层上的氮化物势垒层和位于所述氮化物沟道层和所述氮化物势垒层的界面的高电子迁移率的导电沟道；

所述氮化镓高电子迁移率晶体管还包括栅极、源极和漏极，其中，所述栅极位于所述氮化物势垒层上，所述源极和所述漏极与所述导电沟道为欧姆接触；

所述振荡稳定电路还包括第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极和所述第二电极与所述导电沟道为欧姆接触，所述第三电极位于所述氮化物势垒层上且与所述第二电极和所述栅极连接；

其中，所述第一电极、所述第二电极和所述导电沟道形成电阻，所述第一电极、所述导电沟道、所述氮化物势垒层和所述第三电极形成第一电容，并联连接的至少一个所述电阻和所述第一电容对形成所述振荡稳定电路。

进一步地，所述振荡稳定电路还包括第一介质层，所述第一介质层位于所述氮化物势垒层和所述第三电极之间；

所述第一电极、所述导电沟道、所述氮化物势垒层、所述第一介质层和所述第三电极形成第二电容。

进一步地，所述振荡稳定电路还包括：第二介质层和第四电极，所述第二介质层位于所述第三电极上以及所述第一电极和所述第二电极之间且未被所述第三电极覆盖的氮化物势垒层上，所述第四电极位于所述第一电极和所述第二介质层上；

所述第三电极、所述第二介质层和所述第四电极形成第三电容。

进一步地，所述隔离区用于隔离所述氮化镓高电子迁移率晶体管中的导电沟道和所述振荡稳定电路中的导电沟道。

进一步地，所述导电沟道为二维电子气。

进一步地，所述第一介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

进一步地，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极的材料均为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的金属中的一种或者多种的组合。

进一步地，所述第二介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

第二方面，本发明实施例还提供一种微波集成放大器电路的制作方法，包括：

在衬底上形成外延结构，其中，所述外延结构至少包括氮化物沟道层、位于所述氮化物沟道层上的氮化物势垒层和位于所述氮化物沟道层和所述氮化物势垒层的界面的高电子迁移率的导电沟道；

在所述外延结构中形成隔离区，以隔离氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路；

形成与所述导电沟道为欧姆接触的所述氮化镓高电子迁移率晶体管的源极、漏极和所述振荡稳定电路的第一电极、第二电极；

在所述氮化物势垒层上形成所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极和与所述栅极连接的所述振荡稳定电路的第三电极，其中，所述第三电极与所述第二电极连接。

进一步地，形成与所述导电沟道为欧姆接触的所述氮化镓高电子迁移率晶体管的源极、漏极和所述振荡稳定电路的第一电极、第二电极之后，在所述氮化物势垒层上形成所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极和与所述栅极连接的所述振荡稳定电路的第三电极之前，还包括：

在所述氮化物势垒层上形成所述振荡稳定电路的第一介质层。

进一步地，在所述氮化物势垒层上形成所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极和与所述栅极连接的所述振荡稳定电路的第三电极之后，还包括：

在所述第三电极上以及所述第一电极和所述第二电极之间且未被所述第三电极覆盖的氮化物势垒层上形成第二介质层；

在所述第一电极和所述第二介质层上形成第四电极。

进一步地，所述第一介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

进一步地，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极的材料均为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的金属中的一种或者多种的组合。

进一步地，所述第二介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

进一步地，所述隔离区通过对所述外延结构进行离子注入来形成；或者

所述隔离区通过对所述外延结构进行刻蚀来形成。

本发明实施例提供的微波集成放大器电路及其制作方法，与现有技术相比，能够产生的有益效果如下：

1、设计和制作出了与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容的振荡稳定电路中的电阻，工艺简单，不需要离子注入和高温退火，也不需要专用的溅射设备和特殊的溅射材料，降低了工艺复杂性，节约了成本；

2、设计和制作出了与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容的振荡稳定电路中的电容，不需要单独来制作，在制作氮化镓高电子迁移率晶体管时可以一同形成该电容，降低了工艺复杂性，节约了成本；

3、通过将氮化镓高电子迁移率晶体管和与其工艺兼容的且具有同一外延结构的振荡稳定电路集成在同一芯片中并形成微波集成放大电路，这样在微波集成放大器电路外部的PCB板上就不用设置额外的振荡稳定电路，不仅可以提高放大器电路的稳定性，起到抑制振荡的作用，而且还可以大大减小放大器电路的面积和成本，甚至可以降低后续微波匹配电路的设计难度；

4、由于氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路直接在芯片内部连接，还可以避免引线电感的影响，从而有利于提高放大器电路的增益等性能。

附图说明

图1a是现有技术的晶体管放大器的电路示意图；

图1b是图1a中的晶体管放大器的增益随频率变化的曲线图；

图1c是现有技术中振荡稳定电路与晶体管放大器串联连接的电路示意图；

图1d是图1c中串联振荡稳定电路后的晶体管放大器的增益随频率变化的曲线图；

图2a是本发明实施例一提供的一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图2b是本发明实施例一提供的一种微波集成放大器电路的结构俯视示意图；

图3是本发明实施例一提供的另一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图4a是本发明实施例一提供的微波集成放大器电路中的振荡稳定电路的电路示意图；

图4b是图4a的简化电路示意图；

图5a是本发明实施例二提供的一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图5b是本发明实施例二提供的另一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图5c是本发明实施例二提供的又一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图5d是本发明实施例二提供的再一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图6a是本发明实施例三提供的一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图6b是本发明实施例三提供的另一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图7a是本发明实施例三提供的微波集成放大器电路中振荡稳定电路的电路示意图；

图7b是图7a的等效电路示意图；

图8a是本发明实施例四提供的一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图8b是本发明实施例四提供的另一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图8c是本发明实施例四提供的又一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图8d是本发明实施例四提供的再一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图；

图9是本发明实施例五提供的微波集成放大器电路的制作方法的流程图；

图10a-图10d是本发明实施例五提供的微波集成放大器电路的制作方法的各阶段的结构剖面示意图；

图11是本发明实施例六提供的微波集成放大器电路的制作方法的流程图；

图12a是图11中步骤S505所对应的结构剖面示意图；

图12b是图11中步骤S506所对应的结构剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

本发明实施例一提供一种微波集成放大器电路。图2a是本发明实施例一提供的一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图。参见图2a，所述微波集成放大器电路包括：氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20，其中，所述氮化镓高电子迁移率晶体管10和所述振荡稳定电路20具有同一衬底1和位于所述衬底上的同一外延结构2，且通过位于所述外延结构2中的隔离区31进行隔离；所述外延结构2至少包括氮化物沟道层2a、位于所述氮化物沟道层2a上的氮化物势垒层2b和位于所述氮化物沟道层2a和所述氮化物势垒层2b的界面的高电子迁移率的导电沟道2c；所述氮化镓高电子迁移率晶体管10还包括栅极11、源极(在图中未示出)和漏极(在图中未示出)，其中，所述栅极11位于所述氮化物势垒层2b上，所述源极和所述漏极与所述导电沟道2c为欧姆接触；所述振荡稳定电路20还包括第一电极21、第二电极22和第三电极23，所述第一电极21和所述第二电极22与所述导电沟道2c为欧姆接触，所述第三电极23位于所述氮化物势垒层2b上且与所述第二电极22和所述栅极11连接；其中，所述第一电极21、所述第二电极22和所述导电沟道2c形成电阻，所述第一电极21、所述导电沟道2c、所述氮化物势垒层2b和所述第三电极23形成第一电容。并联连接的至少一个所述电阻和所述第一电容对形成所述振荡稳定电路20。

为了进一步示出微波集成放大器电路的结构，下面给出其结构俯视示意图。图2b是本发明实施例一提供的一种微波集成放大器电路的结构俯视示意图。参见图2b，所述微波集成放大器电路由氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20构成，其中，所述氮化镓高电子迁移率晶体管10包括栅极11、源极12和漏极13；所述振荡稳定电路包括第一电极21、第二电极22(在图2b中用虚框示出)和第三电极23，并且氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20之间的连接通过栅极11与第三电极23的连接来实现。此外，在氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20以外的空白区域为隔离区，用于使振荡稳定电路20与氮化镓高电子迁移率晶体管10或者其他电路相隔离。

需要说明的是，在图2a中的用于隔离氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20的隔离区31是通过对外延结构2进行离子注入的方式来形成的，该隔离区31属于高阻区。图2a中的微波集成放大器电路仅是本发明的一个具体示例。在本发明的另一个具体示例中，隔离区31还可以通过对外延结构2进行刻蚀的方式来形成。图3是本发明实施例一提供的另一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图。参见图3，通过对外延结构2进行刻蚀，得到沟槽，该沟槽的空间结构形成了隔离区31(图3中用位于氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20之间的黑色虚框示出)，该隔离区31属于无源区。在图3中，绝缘层32可以使导电沟道2c与栅极11和第三电极23之间连接的金属隔离。上述两种方式形成的隔离区31会围绕在氮化镓高电子迁移率晶体管10的周围以及振荡稳定电路20的周围，这样可以使振荡稳定电路20与氮化镓高电子迁移率晶体管10或者其他电路相隔离。还需要说明的是，图2a和图3仅是本发明的两个具体示例，在此并不对本发明进行限定。

如上所述，所述振荡稳定电路20可以由并联连接的至少一个并联连接的电阻和第一电容对来形成。图4a是本发明实施例一提供的微波集成放大器电路中的振荡稳定电路的电路示意图。参见图4a，振荡稳定电路20转换成n个并联连接的电阻(R1、R2……、Rn)和第一电容(C1、C2……、Cn)对的电路，其中，n≥1。通过图4a的振荡稳定电路20的电路图可知，振荡稳定电路20可以解决氮化镓高电子迁移率晶体管10的振荡稳定性问题。图4b是图4a的等效电路示意图。参见图4b，在图4a中的n个并联连接的电阻(R1、R2……、Rn)和第一电容(C1、C2……、Cn)对的电路可以根据电阻和电容的串并联连接关系原理等效成一个电阻R0与一个电容C0的并联连接的电路，即通过调节这个等效电路的电阻R0的阻值以及电容C0的电容值，就可以解决氮化镓高电子迁移率晶体管10的振荡稳定性问题。

此外，由于上述的电阻可以通过振荡稳定电路中的第一电极、第二电极和导电沟道来形成，因此，该电阻的设计和制作与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容，工艺简单，不需要离子注入和高温退火，也不需要专用的溅射设备和特殊的溅射材料，降低了工艺复杂性，节约了成本；由于上述的第一电容可以通过振荡稳定电路中的第一电极、导电沟道、氮化物势垒层和第三电极来形成，因此，该第一电容的设计和制作与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容，不需要单独来制作，在制作氮化镓高电子迁移率晶体管时可以一同形成该第一电容，降低了工艺复杂性，节约了成本。

如上所述，由于氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20具有同一衬底1和位于衬底1上的同一外延结构2，并且氮化镓高电子迁移率晶体管10所包括的栅极11、源极和漏极以及振荡稳定电路20所包括的第一电极21、第二电极22和第三电极23均以同一衬底1和同一外延结构2为基础进行设置，这表明氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20集成在同一芯片中，或者，也可以说，将振荡稳定电路20集成在氮化镓高电子迁移率晶体管10的芯片中，并且通过栅极11与第三电极23的连接来实现氮化镓高电子迁移率晶体管10与振荡稳定电路20的连接。这样通过将氮化镓高电子迁移率晶体管和与其工艺兼容的且具有同一外延结构的振荡稳定电路集成在同一芯片中并形成微波集成放大电路，在微波集成放大器电路外部的PCB板上就不用设置额外的振荡稳定电路，不仅可以提高放大器电路的稳定性，起到抑制振荡的作用，而且还可以大大减小放大器电路的面积和成本，甚至可以降低后续微波匹配电路的设计难度；另外，由于氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路直接在芯片内部连接，还可以避免引线电感的影响，从而有利于提高放大器电路的增益等性能。

具体地，在微波集成放大器电路工作时，导电沟道2c可以使氮化镓高电子迁移率晶体管10的源极和漏极之间导电以及可以使振荡稳定电路20的第一电极21和第二电极22之间导电，也可以说，导电沟道2c可以使微波集成放大器电路能够正常工作。优选地，所述导电沟道2c可以为二维电子气(Two-Dimensional Electron Gas，简称2DEG)。

进一步地，参见图2a或者图3，所述隔离区31用于隔离所述氮化镓高电子迁移率晶体管10中的导电沟道2c和所述振荡稳定电路20中的导电沟道2c。如果氮化镓高电子迁移率晶体管10中的导电沟道和振荡稳定电路20中的导电沟道连接在一起，则会使得氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20无法正常工作。由于隔离区31可以用于隔离氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20，并使它们能够独立地正常工作，因此需要隔离区31将氮化镓高电子迁移率晶体管10中的导电沟道和振荡稳定电路20中的导电沟道隔离开。

可选地，所述第一电极21、第二电极22和所述第三电极23的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管10所使用的金属中的一种或者多种的组合。由于第三电极23与氮化镓高电子迁移率晶体管10的栅极11连接，优选地，第三电极23可以与栅极11采用相同的金属材料，在制作第三电极23和栅极11的过程中，可以一同形成，这样可以简化工艺流程，降低成本。然而，第三电极23与栅极11也可以采用不同的金属材料，本发明对此不作限定。

需要说明的是，本实施例中的微波集成放大器电路，除了上述的结构外，还可以包括其他的结构部分，例如：在衬底1和氮化物沟道层2a之间设置成核层、缓冲层、在氮化物势垒层2b和氮化物沟道层2a之间设置氮化铝层或者在氮化物势垒层2b上设置氮化镓帽层等。具有这些结构的微波集成放大器电路均适用于本发明。

本发明实施例一提供的微波集成放大器电路，通过将氮化镓高电子迁移率晶体管和与其工艺兼容的且具有同一外延结构的振荡稳定电路集成在同一芯片中并形成微波集成放大电路，其中，振荡稳定电路中的电阻的设计和制作与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容，且工艺简单，不需要离子注入和高温退火，也不需要专用的溅射设备和特殊的溅射材料，降低了工艺复杂性，节约了成本；振荡稳定电路中的第一电容的设计和制作与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容，不需要单独来制作，在制作氮化镓高电子迁移率晶体管时可以一同形成该第一电容，降低了工艺复杂性，节约了成本。此外，在微波集成放大器电路外部的PCB板上就不用设置额外的振荡稳定电路，不仅可以提高放大器电路的稳定性，起到抑制振荡的作用，而且还可以大大减小放大器电路的面积和成本，甚至可以降低后续微波匹配电路的设计难度；另外，由于氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路直接在芯片内部连接，还可以避免引线电感的影响，从而有利于提高放大器电路的增益等性能。

实施例二

本发明实施例二还提供一种微波集成放大器电路。图5a是本发明实施例二提供的一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图。参见图5a，与图2a不同的是，振荡稳定电路20还包括第一介质层24，所述第一介质层24位于所述氮化物势垒层2b和所述第三电极23之间。图5a仅仅是本实施例的一个具体的示例。图5b是本发明实施例二提供的另一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图。参见图5b，与图5a不同的是，第一介质层24覆盖了位于第一电极21和第二电极22之间的氮化物势垒层2b。

进一步地，参见图5a和图5b，所述第一电极21、所述导电沟道2c、所述氮化物势垒层2b、所述第一介质层24和所述第三电极23形成第二电容。与实施例一相比，由于第二电容多了第一介质层24，因此，第二电容的电容值大于第一电容的电容值，这样可以增大振荡稳定电路的电容值大小，从而可以提高振荡稳定电路的灵活性。关于图5a和图5b中的振荡稳定电路对应的电路图以及相应的等效电路图与实施例一中的图4a和图4b相似，在此不再赘述。

需要说明的是，在图5a和图5b中的用于隔离氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20的隔离区31是通过对外延结构2进行离子注入的方式来形成的，该隔离区31属于高阻区。此外，隔离区31还可以通过对外延结构2进行刻蚀的方式来形成，参见图5c和图5d，其中，图5c和图5d分别与图5a和图5b对应。通过对外延结构2进行刻蚀形成了隔离区31(图5c和图5d中用位于氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20之间的黑色虚框示出)，该隔离区31属于无源区。在图5c和图5d中，绝缘层32可以使导电沟道2c与栅极11和第三电极23之间连接的金属隔离。上述两种方式形成的隔离区31会围绕在氮化镓高电子迁移率晶体管10的周围以及振荡稳定电路20的周围，这样可以使振荡稳定电路20与氮化镓高电子迁移率晶体管10或者其他电路相隔离。

可选地，所述第一介质层24的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

本发明实施例二提供的微波集成放大器电路，在本发明实施例一的基础上，在氮化物势垒层和所述第三电极之间形成第一介质层，且由第一电极、导电沟道、氮化物势垒层、第一介质层和第三电极形成第二电容，第二电容的电容值大于实施例一中的第一电容的电容值，这样可以增大振荡稳定电路的电容值大小，从而可以提高振荡稳定电路的灵活性。

实施例三

本发明实施例三还提供一种微波集成放大器电路。图6a是本发明实施例三提供的一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图。参见图2a和图6a，在本发明实施例一的基础上，本发明实施例三中的振荡稳定电路20还包括：第二介质层25和第四电极26，所述第二介质层25位于所述第三电极23上以及所述第一电极21和所述第二电极22之间且未被所述第三电极23覆盖的外延结构2上，所述第四电极26位于所述第一电极21和所述第二介质层25上。本实施例的微波集成放大器电路的剩余结构及其相关的描述与本发明实施例一中的相似，在此不再赘述。

需要说明的是，在图6a中的用于隔离氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20的隔离区31是通过对外延结构2进行离子注入的方式来形成的，该隔离区31属于高阻区。图6a中的微波集成放大器电路仅是本发明的一个具体示例。在本发明的另一个具体示例中，隔离区31还可以通过对外延结构2进行刻蚀的方式来形成。图6b是本发明实施例三提供的另一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图。参见图6b，通过对外延结构2进行刻蚀形成了隔离区31(图6b中用位于氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20之间的黑色虚框示出)，该隔离区31属于无源区。在图6b中，绝缘层32可以使导电沟道2c与栅极11和第三电极23之间连接的金属隔离。上述两种方式形成的隔离区31会围绕在氮化镓高电子迁移率晶体管10的周围以及振荡稳定电路20的周围，这样可以使振荡稳定电路20与氮化镓高电子迁移率晶体管10或者其他电路相隔离。

图7a是本发明实施例三提供的微波集成放大器电路中振荡稳定电路的电路示意图。参见图7a，振荡稳定电路20转换成n个并联连接的电阻(R1、R2……、Rn)和第一电容(C1、C2……、Cn)对和与所述n个并联连接的电阻(R1、R2……、Rn)和第一电容(C1、C2……、Cn)对并联连接的一个第三电容C’的电路，其中，n≥1。并且所述电阻由第一电极21、第二电极22和振荡稳定电路20中的导电沟道2c形成，所述第一电容由第一电极21、振荡稳定电路20中的导电沟道2c、振荡稳定电路20中的氮化物势垒层2b和第三电极23形成，所述第三电容C’由第三电极23、第二介质层25和第四电极26形成。图7b是图7a的等效电路示意图。参见图7b，在图7a中的电路可以根据电阻和电容的串并联连接关系原理等效成一个电阻R0和一个电容C0’的并联连接的电路。

与本发明实施例一中的图4a相比，本实施例的图7a中多了一个第三电容C’，这样可以增大振荡稳定电路20的电容值大小，从而可以提高振荡稳定电路20的灵活性。

可选地，所述第四电极26的材料可以为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的金属中的一种或者多种的组合。这样可以降低选择第四电极26的材料的成本，从而降低生产成本。

可选地，所述第二介质层25的材料可以为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。这样可以降低选择第二介质层25的材料的成本，从而降低生产成本。

本发明实施例三提供的微波集成放大器电路，在本发明实施例一的基础上，进一步地，通过在振荡稳定电路中增加介质层和第四电极，并且第三电极、第二介质层和第四电极形成一个第三电容，这样可以增大振荡稳定电路的电容值大小，从而可以提高振荡稳定电路的灵活性。

实施例四

本发明实施例四还提供一种微波集成放大器电路。图8a是本发明实施例四提供的一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图。参见图8a，与图6a不同的是，振荡稳定电路20还包括第一介质层24，所述第一介质层24位于所述氮化物势垒层2b和所述第三电极23之间。图8a仅仅是本实施例的一个具体的示例。图8b是本发明实施例四提供的另一种微波集成放大器电路的结构剖面示意图。参见图8b，与图8a不同的是，第一介质层24覆盖了位于第一电极21和第二电极22之间的氮化物势垒层2b。

进一步地，参见图8a和图8b，所述第一电极21、所述导电沟道2c、所述氮化物势垒层2b、所述第一介质层24和所述第三电极23形成第二电容。与实施例三相比，由于第二电容多了第一介质层24，因此，第二电容的电容值大于第一电容的电容值，这样可以增大振荡稳定电路的电容值大小，从而可以进一步地提高振荡稳定电路的灵活性。关于图8a和图8b中的振荡稳定电路对应的电路图以及相应的等效电路图与实施例三中的图7a和图7b相似，在此不再赘述。

需要说明的是，在图8a和图8b中的用于隔离氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20的隔离区31是通过对外延结构2进行离子注入的方式来形成的，该隔离区31属于高阻区。此外，隔离区31还可以通过对外延结构2进行刻蚀的方式来形成，参见图8c和图8d，其中，图8c和图8d分别与图8a和图8b对应。通过对外延结构2进行刻蚀形成了隔离区31(图8c和图8d中用位于氮化镓高电子迁移率晶体管10和振荡稳定电路20之间的黑色虚框示出)，该隔离区31属于无源区。在图8c和图8d中，绝缘层32可以使导电沟道2c与栅极11和第三电极23之间连接的金属隔离。上述两种方式形成的隔离区31会围绕在氮化镓高电子迁移率晶体管10的周围以及振荡稳定电路20的周围，这样可以使振荡稳定电路20与氮化镓高电子迁移率晶体管10或者其他电路相隔离。

可选地，所述第一介质层24的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。在实际制作过程中，第一介质层和第二介质层的材料可以选择相同的材料，也可以选择不同的材料。

本发明实施例四提供的微波集成放大器电路，在本发明实施例三的基础上，在氮化物势垒层和所述第三电极之间形成第一介质层，且由第一电极、导电沟道、氮化物势垒层、第一介质层和第三电极形成第二电容，第二电容的电容值大于实施例三中的第一电容的电容值，这样可以增大振荡稳定电路的电容值大小，从而可以进一步地提高振荡稳定电路的灵活性。

实施例五

本发明实施例五提供一种微波集成放大器电路的制作方法。图9是本发明实施例五提供的微波集成放大器电路的制作方法的流程图；图10a-图10d是本发明实施例五提供的微波集成放大器电路的制作方法的各阶段的结构剖面示意图。参见图9和图10a-图10d，所述微波集成放大器电路的制作方法包括：

S401、在衬底上形成外延结构，其中，外延结构至少包括氮化物沟道层、位于氮化物沟道层上的氮化物势垒层和位于氮化物沟道层和氮化物势垒层的界面的高电子迁移率的导电沟道。

在本实施例中，参见图10a，在衬底1上形成外延结构2，其中，外延结构2至少包括氮化物沟道层2a、位于氮化物沟道层2a上的氮化物势垒层2b和位于氮化物沟道层2a和氮化物势垒层2b的界面的高电子迁移率的导电沟道2c。需要说明的是，所述导电沟道2c可以优选为二维电子气。

具体地，在衬底1上依次形成的氮化物沟道层2a和氮化物势垒层2b可以利用本领域公知的淀积或者外延生长等技术来形成，其中，淀积包括但不限于物理气相淀积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)或者化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)。

S402、在外延结构中形成隔离区，以隔离氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路。

在本实施例中，参见图10b，在外延结构2中形成隔离区31，以隔离氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路。具体地，所述隔离区31用于隔离所述氮化镓高电子迁移率晶体管10中的导电沟道2c和所述振荡稳定电路20中的导电沟道2c。在图10b中，所述隔离区31是通过对外延结构2进行离子注入来形成的，该隔离区31属于高阻区。所形成的隔离区31会围绕在氮化镓高电子迁移率晶体管的周围以及振荡稳定电路的周围，这样可以使振荡稳定电路与氮化镓高电子迁移率晶体管或者其他电路相隔离。

S403、形成与导电沟道为欧姆接触的氮化镓高电子迁移率晶体管的源极、漏极和振荡稳定电路的第一电极、第二电极。

在本实施例中，参见图10c，形成与导电沟道2c为欧姆接触的氮化镓高电子迁移率晶体管的源极(在图10c中未示出)、漏极(在图10c中未示出)和振荡稳定电路的第一电极21、第二电极22。

可选地，所述第一电极21和所述第二电极22的材料可以为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的金属中的一种或者多种的组合。这样可以降低选择第一电极21和第二电极22的材料的成本，从而降低生产成本。

S404、在氮化物势垒层上形成氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极和与栅极连接的振荡稳定电路的第三电极，其中，第三电极与第二电极连接。

在本实施例中，参见图10d，在氮化物势垒层2b上形成氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极11和与栅极11连接的振荡稳定电路的第三电极23，其中，第三电极23与第二电极22连接。

可选地，所述第三电极23的材料可以为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的金属中的一种或者多种的组合。优选地，第三电极23可以与氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极11采用相同的金属材料，在制作第三电极23和栅极11的过程中，可以一同形成，这样可以简化工艺流程，降低成本。然而，第三电极23与栅极11也可以采用不同的金属材料，本发明对此不作限定。

在本实施例中，优选地，在步骤S403之后和步骤S404之前，还包括：在所述氮化物势垒层上形成所述振荡稳定电路的第一介质层。再经步骤S404所得到的微波集成放大器电路的结构与图5a或图5b所示的微波集成放大器电路的结构相似。其中，第一电极、导电沟道、氮化物势垒层、第一介质层和第三电极形成第二电容。进一步地，第一介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

通过上述各步骤，以衬底1和位于衬底1上的外延结构2为基础，形成了氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极11、源极和漏极以及振荡稳定电路的第一电极21、第二电极22和第三电极23，其中，振荡稳定电路中的第一电极、第二电极和导电沟道形成电阻，该电阻的设计和制作与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容，工艺简单，不需要离子注入和高温退火，也不需要专用的溅射设备和特殊的溅射材料，降低了工艺复杂性，节约了成本；振荡稳定电路中的第一电极、导电沟道、氮化物势垒层和第三电极形成第一电容(或者第一电极、导电沟道、氮化物势垒层、第一介质层和第三电极形成第二电容)，该第一电容(第二电容)的设计和制作与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容，不需要单独来制作，在制作氮化镓高电子迁移率晶体管时可以一同形成该第一电容(或者第二电容)，降低了工艺复杂性，节约了成本。

此外，由于氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路集成在同一芯片中，并且通过栅极11与第三电极23的连接来实现氮化镓高电子迁移率晶体管与振荡稳定电路的连接，以形成微波集成放大电路，因此，在微波集成放大器电路外部的PCB板上就不用设置额外的振荡稳定电路，不仅可以提高放大器电路的稳定性，起到抑制振荡的作用，而且还可以大大减小放大器电路的面积和成本，甚至可以降低后续微波匹配电路的设计难度；另外，由于氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路直接在芯片内部连接，还可以避免引线电感的影响，从而有利于提高放大器电路的增益等性能。

需要说明的是，在上述制作微波集成放大器电路的过程中，步骤S402和步骤S403可以互换顺序，仍可以实现本发明的微波集成放大器电路。

在本实施例中，上述的隔离区31是通过对外延结构2进行离子注入来形成的。除此之外，隔离区31还可以通过对外延结构2进行刻蚀来形成，该隔离区31属于无源区，所得到的微波集成放大器电路的结构剖面示意图分别可以参见图3、图5c和图5d。通过刻蚀的方式形成的隔离区31，为了使后续形成的栅极11和第三电极23之间的连接金属与导电沟道2c隔离，在步骤S404之前，即形成栅极11和第三电极23之前，需要在刻蚀形成的隔离区31的内壁上形成绝缘层32。该绝缘层32可以利用本领域公知的淀积或者外延生长等技术来形成。

本发明实施例五提供的微波集成放大器电路的制作方法，通过将氮化镓高电子迁移率晶体管和与其工艺兼容的且具有同一外延结构的振荡稳定电路集成在同一芯片中并形成微波集成放大电路，其中，振荡稳定电路中的电阻的设计和制作与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容，且工艺简单，不需要离子注入和高温退火，也不需要专用的溅射设备和特殊的溅射材料，降低了工艺复杂性，节约了成本；振荡稳定电路中的第一电容(或者第二电容)的设计和制作与氮化镓高电子迁移率晶体管工艺兼容，不需要单独来制作，在制作氮化镓高电子迁移率晶体管时可以一同形成该第一电容(或者第二电容)，降低了工艺复杂性，节约了成本。此外，在微波集成放大器电路外部的PCB板上就不用设置额外的振荡稳定电路，不仅可以提高放大器电路的稳定性，起到抑制振荡的作用，而且还可以大大减小放大器电路的面积和成本，甚至可以降低后续微波匹配电路的设计难度；另外，由于氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路直接在芯片内部连接，还可以避免引线电感的影响，从而有利于提高放大器电路的增益等性能。

实施例六

本发明实施例六还提供了一种微波集成放大器电路的制作方法。图11是本发明实施例六提供的微波集成放大器电路的制作方法的流程图；图12a是图11中步骤S505所对应的结构剖面示意图；图12b是图11中步骤S506所对应的结构剖面示意图。由于图11中的步骤S501到步骤S504与图9中的步骤S401到步骤S404相同，因此，关于步骤S501到步骤S504可以参照本发明实施例五的相关描述以及相应的图10a-图10d。

参见图11、图12a和图12b，所述微波集成放大器电路的制作方法包括：

S501、在衬底上形成外延结构，其中，外延结构至少包括氮化物沟道层、位于氮化物沟道层上的氮化物势垒层和位于氮化物沟道层和氮化物势垒层的界面的高电子迁移率的导电沟道。

S502、在外延结构中形成隔离区，以隔离氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路。

S503、形成与导电沟道为欧姆接触的氮化镓高电子迁移率晶体管的源极、漏极和振荡稳定电路的第一电极、第二电极。

S504、在氮化物势垒层上形成氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极和与栅极连接的振荡稳定电路的第三电极，其中，第三电极与第二电极连接。

S505、在第三电极上以及第一电极和第二电极之间且未被第三电极覆盖的氮化物势垒层上形成第二介质层。

在本实施例中，参见图12a，在第三电极23上以及第一电极21和第二电极22之间且未被第三电极23覆盖的氮化物势垒层2b上形成第二介质层25。其中，第三电极23、第二介质层25和第四电极26形成第三电容，这样可以增大振荡稳定电路的电容值大小，从而可以提高振荡稳定电路的灵活性。

可选地，所述第二介质层25的材料可以为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。这样可以降低选择第二介质层25的材料的成本，从而降低生产成本。

S506、在第一电极和第二介质层上形成第四电极。

在本实施例中，参见图12b，在第一电极21和第二介质层25上形成第四电极26。同时可以实现第一电极21与第四电极26连接。

可选地，所述第四电极26的材料可以为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的金属中的一种或者多种的组合。这样可以降低选择第四电极26的材料的成本，从而降低生产成本。

在本实施例中，优选地，在步骤S503之后和步骤S504之前，还包括：在所述氮化物势垒层上形成所述振荡稳定电路的第一介质层。再经后续步骤得到的微波集成放大器电路的结构与图8a或图8b所示的微波集成放大器电路的结构相似。其中，第一电极、导电沟道、氮化物势垒层、第一介质层和第三电极形成第二电容。进一步地，第一介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。在实际制作过程中，第一介质层和第二介质层的材料可以选择相同的材料，也可以选择不同的材料。

在本实施例中，上述的隔离区31是通过对外延结构2进行离子注入来形成的，该隔离区31属于高阻区。除此之外，隔离区31还可以通过对外延结构2进行刻蚀来形成，该隔离区31属于无源区，所得到的微波集成放大器电路的结构剖面示意图可以分别参见图6b、图8c和图8d。通过刻蚀的方式形成的隔离区31，为了使后续形成的栅极11和第三电极23之间的连接金属与导电沟道2c隔离，在步骤S504之前，即形成栅极11和第三电极23之前，需要在刻蚀形成的隔离区31的内壁上形成绝缘层32。该绝缘层32可以利用本领域公知的淀积或者外延生长等技术来形成。

本发明实施例六提供的微波集成放大器电路的制作方法，在本发明实施例五的基础上，进一步地，通过在振荡稳定电路中增加介质层和第四电极，并且第三电极、第二介质层和第四电极形成一个第三电容，这样可以增大振荡稳定电路的电容值大小，从而可以提高振荡稳定电路的灵活性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种微波集成放大器电路，其特征在于，包括：

氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路，其中，所述氮化镓高电子迁移率晶体管和所述振荡稳定电路具有同一衬底和位于所述衬底上的同一外延结构，且通过位于所述外延结构中的隔离区进行隔离；

所述外延结构至少包括氮化物沟道层、位于所述氮化物沟道层上的氮化物势垒层和位于所述氮化物沟道层和所述氮化物势垒层的界面的高电子迁移率的导电沟道；

所述氮化镓高电子迁移率晶体管还包括栅极、源极和漏极，其中，所述栅极位于所述氮化物势垒层上，所述源极和所述漏极与所述导电沟道为欧姆接触；

所述振荡稳定电路还包括第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极和所述第二电极与所述导电沟道为欧姆接触，所述第三电极位于所述氮化物势垒层上且与所述第二电极和所述栅极连接；

其中，所述第一电极、所述第二电极和所述导电沟道形成电阻，所述第一电极、所述导电沟道、所述氮化物势垒层和所述第三电极形成第一电容，并联连接的至少一个所述电阻和所述第一电容对形成所述振荡稳定电路。

2.根据权利要求1所述的微波集成放大器电路，其特征在于，所述振荡稳定电路还包括第一介质层，所述第一介质层位于所述氮化物势垒层和所述第三电极之间；

所述第一电极、所述导电沟道、所述氮化物势垒层、所述第一介质层和所述第三电极形成第二电容。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的微波集成放大器电路，其特征在于，所述振荡稳定电路还包括：第二介质层和第四电极，所述第二介质层位于所述第三电极上以及所述第一电极和所述第二电极之间且未被所述第三电极覆盖的氮化物势垒层上，所述第四电极位于所述第一电极和所述第二介质层上；

所述第三电极、所述第二介质层和所述第四电极形成第三电容。

4.根据权利要求1所述的微波集成放大器电路，其特征在于，所述隔离区用于隔离所述氮化镓高电子迁移率晶体管中的导电沟道和所述振荡稳定电路中的导电沟道。

5.根据权利要求1所述的微波集成放大器电路，其特征在于，所述导电沟道为二维电子气。

6.根据权利要求2所述的微波集成放大器电路，其特征在于，所述第一介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

7.根据权利要求3所述的微波集成放大器电路，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极的材料均为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的金属中的一种或者多种的组合。

8.根据权利要求3所述的微波集成放大器电路，其特征在于，所述第二介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

9.一种微波集成放大器电路的制作方法，其特征在于，包括：

在衬底上形成外延结构，其中，所述外延结构至少包括氮化物沟道层、位于所述氮化物沟道层上的氮化物势垒层和位于所述氮化物沟道层和所述氮化物势垒层的界面的高电子迁移率的导电沟道；

在所述外延结构中形成隔离区，以隔离氮化镓高电子迁移率晶体管和振荡稳定电路；

形成与所述导电沟道为欧姆接触的所述氮化镓高电子迁移率晶体管的源极、漏极和所述振荡稳定电路的第一电极、第二电极；

在所述氮化物势垒层上形成所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极和与所述栅极连接的所述振荡稳定电路的第三电极，其中，所述第三电极与所述第二电极连接。

10.根据权利要求9所述的微波集成放大器电路的制作方法，其特征在于，形成与所述导电沟道为欧姆接触的所述氮化镓高电子迁移率晶体管的源极、漏极和所述振荡稳定电路的第一电极、第二电极之后，在所述氮化物势垒层上形成所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极和与所述栅极连接的所述振荡稳定电路的第三电极之前，还包括：

在所述氮化物势垒层上形成所述振荡稳定电路的第一介质层。

11.根据权利要求9或10所述的微波集成放大器电路的制作方法，其特征在于，在所述氮化物势垒层上形成所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极和与所述栅极连接的所述振荡稳定电路的第三电极之后，还包括：

在所述第三电极上以及所述第一电极和所述第二电极之间且未被所述第三电极覆盖的氮化物势垒层上形成第二介质层；

在所述第一电极和所述第二介质层上形成第四电极。

12.根据权利要求10所述的微波集成放大器电路的制作方法，其特征在于，所述第一介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

13.根据权利要求11所述的微波集成放大器电路的制作方法，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极的材料均为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的金属中的一种或者多种的组合。

14.根据权利要求11所述的微波集成放大器电路的制作方法，其特征在于，所述第二介质层的材料为制作所述氮化镓高电子迁移率晶体管所使用的介质材料中的一种或者多种的组合。

15.根据权利要求9所述的微波集成放大器电路的制作方法，其特征在于，所述隔离区通过对所述外延结构进行离子注入来形成；或者

所述隔离区通过对所述外延结构进行刻蚀来形成。