CN115050831A - 一种用于提升线性度的GaN HEMT器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提升线性度的GaN HEMT器件及其制备方法，器件包括：衬底层；GaN缓冲层，设置在所述衬底层上；背靠背势垒层，设置在所述GaN缓冲层上，所述背靠背势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y、再由y递减到0；源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极的部分深度分别位于所述GaN缓冲层两端的内部；钝化层，所述钝化层设置在所述背靠背势垒层上；栅电极，所述栅电极设置在栅电极区域的所述背靠背势垒层上。本发明所提供的新型缓变势垒GaN HEMT器件该新型结构跨导平坦度较常规结构有明显改善，线性度得到提升。此外，较单一渐变Al组分势垒结构，该新型结构栅下电场的分布更加平坦。故这一结构兼顾了较好的频率特性、击穿特性和优良的线性度。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，本发明涉及一种用于提升线性度的GaN HEMT器件及其制备方法。
背景技术
由于氮化镓(GaN)材料具有高迁移率、高电子饱和速度以及高击穿场强的特点，以AlGaN/GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)为代表的GaN基器件近年来在高频大功率领域具有良好的发展前景。但随着器件工作频率的不断提升，栅长不断缩小，器件固有的非线性越发严重，其所导致的信号间的干扰将不利于GaN基HEMTs在毫米波频段的应用。
目前功率放大器的线性化技术包括电路级和器件级两种手段。电路级的线性化技术将不同偏置下的晶体管并联，使其跨导的高阶导数相互抵消来提高放大器的线性度。但多个电源偏置所带来的代价是功耗大、集成度底、复杂度高。相较之下，器件级的线性化技术从底层改善非线性的问题，减小了功耗，提高了集成度。
基于以上，人们一直探求新型的器件结构以提高常规AlGaN/GaN HEMT的线性度。2006年，T.Palacios等人提出AlGaN/GaN/AlGaN/GaN双沟道结构，利用两个沟道在不同栅压下开启带来的多阈值调制作用使跨导平坦化，同时双沟道器件源极电阻Rs受漏极电流的影响相比于单沟道器件有所减小，器件的最大振荡频率fmax达到了40GHz，且10GHz频率下IMD(交调失真，intermodulation distortion)有2dBc的改善。之后研究人员提出采用纳米沟道结构，利用源极区域电流驱动能力大于栅下区域的特点，有效抑制源极电阻在大电流下的增加，器件栅压摆幅及平坦度有明显提升，8GHz频率下，较大输入功率时IMD有5dBc的改善。
综上，近年来器件级线性化技术得到了飞速发展，但由于新技术的引入又会导致诸如寄生电容增加、栅下电场分布恶化等问题，使得高线性GaN基HEMTs在毫米波大功率领域的应用受限，成为阻碍器件级线性化技术发展的瓶颈。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于提升线性度的GaNHEMT器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种用于提升线性度的GaN HEMT器件，所述GaN HEMT器件包括：
衬底层；
GaN缓冲层，所述缓冲层设置在所述衬底层上；
背靠背势垒层，所述背靠背势垒层设置在所述GaN缓冲层上，其中，所述背靠背势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y、再由y递减到0；
源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极的部分深度分别位于所述GaN缓冲层两端的内部，且所述背靠背势垒层的侧壁与所述源电极、所述漏电极的侧壁相接触；
钝化层，所述钝化层设置在所述背靠背势垒层上，且所述钝化层的侧壁与所述源电极、所述漏电极的侧壁相接触，在所述钝化层具有暴露所述背靠背势垒层的栅电极区域；
栅电极，所述栅电极设置在栅电极区域的所述背靠背势垒层上。
在本发明的一个实施例中，所述衬底层包括蓝宝石、SiC、Si中的一种。
在本发明的一个实施例中，所述背靠背势垒层包括底部势垒层和顶部势垒层，所述底部势垒层设置在所述GaN缓冲层上，所述顶部势垒层设置在所述底部势垒层上，其中，所述顶部势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y，所述底部势垒层中的Al组分自上而下由y递减到0。
在本发明的一个实施例中，x的取值范围为0.1～0.4，y的取值范围为0.5～0.8。
在本发明的一个实施例中，所述背靠背势垒层的厚度范围为5nm-40nm。
在本发明的一个实施例中，所述顶部势垒层的厚度范围为2nm-20nm，所述底部势垒层的厚度范围为3nm-20nm。
在本发明的一个实施例中，所述背靠背势垒层包括AlGaN、InAlN中的一种。
在本发明的一个实施例中，所述钝化层包括SiN、SiO2、Al2O3中的一种。
在本发明的一个实施例中，所述栅电极与所述源电极之间的距离小于所述栅电极与所述漏电极之间的距离。
本发明一个实施例还提供一种用于提升线性度的GaN HEMT器件的制备方法，所述GaN HEMT器件的制备方法用于制备上述任一项所述的GaN HEMT器件，所述GaN HEMT器件的制备方法包括：
步骤一、选取衬底层；
步骤二、在所述衬底层上生长GaN缓冲层；
步骤三、在所述GaN缓冲层上生长背靠背势垒层，其中，所述背靠背势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y、再由y递减到0；
步骤四、在所述背靠背势垒层上光刻源电极区域和漏电极区域，分别在所述源电极区域和所述漏电极区域制作源电极和漏电极，并利用退火工艺，使所述源电极和所述漏电极下沉至所述GaN缓冲层内，其中，所述源电极和所述漏电极分别位于所述GaN缓冲层的两端；
步骤五、在所述源电极、所述漏电极和所述背靠背势垒层上生长钝化层；
步骤六、在所述钝化层上光刻和刻蚀栅电极区域，在所述栅电极区域内制作栅电极；
步骤七、在金属互联开孔区的所述源电极和所述漏电极以及未开孔刻蚀的所述钝化层上光刻金属互联区域，以在所述金属互联区域蒸发形成金属互连层。
本发明的有益效果：
本发明所提供的新型缓变势垒GaN HEMT器件该新型结构跨导平坦度较常规结构有明显改善，线性度得到提升。此外，较单一渐变Al组分势垒结构，该新型结构栅下电场的分布更加平坦。故这一结构兼顾了较好的频率特性、击穿特性和优良的线性度。
本发明所提供的新型缓变势垒GaN HEMT器件，载流子呈准三维分布，具有一定的分布厚度，且主要位于势垒层的内部，沟道到栅的距离减小，器件的纵横比提高，频率特性提高。同时，有希望推动GaN基HEMT在高频大功率领域的应用。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于提升线性度的GaN HEMT器件的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种外延生长势垒层时，层内Al组分随势垒厚度的变化的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种常规GaN HEMT和本发明的新型缓变势垒GaN HEMT的载流子分布图；
图4为本发明实施例提供的常规GaN HEMT和本发明的新型缓变势垒GaN HEMT的转移特性曲线图；
图5(a)为本发明实施例提供的一种常规GaN HEMT、缓变势垒GaN HEMT以及本发明的新型缓变势垒GaN HEMT沿平行于沟道方向的电场分布图；
图5(b)为本发明实施例提供的一种常规GaN HEMT、缓变势垒GaN HEMT以及本发明的新型缓变势垒GaN HEMT沿垂直于沟道方向的电场分布图；
图6为本发明实施例提供的一种用于提升线性度的GaN HEMT器件的制备方法的流程示意图；
图7a-图7h为本发明实施例提供的一种用于提升线性度的GaN HEMT器件的制备方法的过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
目前，实现高线性器件的方法主要有下述三种方法，1、利用MIS-HEMT结构实现高线性器件，即在栅和势垒层之间插入钝化层，能够有效降低栅漏电，同时栅到沟道的总厚度增加，导致相同栅偏置范围内电场强度降低，大栅压下载流子迁移率的下降得到抑制，跨导平坦度提升，器件线性度改善。2、利用Fin结构实现高线性器件，即将不同鳍宽(Wfin)的器件沿栅宽方向并联，实现多阈值电压调控和跨导补偿，通过设计鳍长和鳍高，刻蚀深度和刻蚀比例，能使跨导曲线的平坦度得到明显改善。3、利用双沟道结构实现高线性器件，即利用双沟道器件改善器件的线性度，一方面可以归结于两个沟道在不同栅压偏置下依次开启带来的多阈值调制和跨导补偿，另一方面也抑制了源极电阻(RS)随漏电流(IDS)增大而增大的趋势。
但是，1、MIS结构的主要问题在于，钝化层的引入导致栅电容增大，器件的频率特性恶化，不利于AlGaN/GaN HEMT在高频领域的应用。2、Fin HEMT较平面HEMT需要刻穿栅下的沟道，额外的干法刻蚀不可避免地会引入刻蚀损伤，进而导致严重的界面态问题，引起栅漏电。此外，Fin结构形成的侧壁寄生电容也限制了其在高频下的应用。同时，由于沿栅宽方向部分沟道被刻蚀，Fin HEMT实际电流导通面积只占沟道总面积的一部分，同等栅宽下折算的电流较平面HEMT大打折扣，且随着集成度越来越高，这对版图面积也造成了浪费。3、双沟道器件受限于栅对下沟道的控制能力下降，下沟道对载流子的限制作用减弱，且两个沟道间的耦合不强。随器件尺寸的不断减小，双沟道器件也受到短沟道效应的严重影响。
基于上述原因，本发明实施例提供一种用于提升线性度的GaN HEMT器件，请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种用于提升线性度的GaN HEMT器件的结构示意图。本实施例提供的用于提升线性度的GaN HEMT器件包括：
衬底层；
GaN缓冲层，缓冲层设置在衬底层上；
背靠背势垒层，背靠背势垒层设置在GaN缓冲层上，其中，背靠背势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y、再由y递减到0；
源电极和漏电极，源电极和漏电极的部分深度分别位于GaN缓冲层两端的内部，且背靠背势垒层的侧壁与源电极、漏电极的侧壁相接触；
钝化层，钝化层设置在背靠背势垒层上，且钝化层的侧壁与源电极、漏电极的侧壁相接触，在钝化层具有暴露背靠背势垒层的栅电极区域；
栅电极，栅电极设置在栅电极区域的背靠背势垒层上。
在本实施例中，由于GaN缓冲层和钝化层之间设置有背靠背势垒层，且该背靠背势垒层中的Al组分从上至下先增多后减小至零，如图2所示，使得GaN HEMT器件的沟道内的载流子呈准三维分布，且沟道内的载流子具有一定的分布厚度，且主要位于势垒层的内部，由此使沟道内的载流子浓度的峰值位于背靠背势垒层内部而不是底部，由此减小了载流子浓度的峰值到栅电极的距离，使本实施例的GaN HEMT器件的有效势垒厚度(沟道内的载流子浓度峰值所在的位置到栅电极的距离为有效沟道厚度)减小，因此在栅电极的长度一定时，可以提升纵横比(纵横比是指栅电极的长度与有效势垒厚度之比)，随着纵横比的提升，GaNHEMT器件的栅控能力也得到了提升，又因为栅电极的长度一定时，有效势垒厚度减小，因此提升了GaN HEMT器件的频率特性。其次，常规结构的导带底位于异质结交界面处，距离费米能级更远，且分布陡峭；相较之下，本实施例的背靠背势垒层结构使得导带底位于势垒内部，距离费米能级更近，且导带底分布较为平滑，导致本实施例的GaN HEMT器件的载流子浓度降低，分布厚度增大，呈准三维分布，因此，如图3所示，较常规势垒结构的2DEG(二维电子气)，本实施例的GaN HEMT器件的载流子浓度更低，提高了迁移率，而由于载流子的迁移率提高，速场关系改善，使得跨导在大电流下的下降被抑制，即跨导的平坦度提高，其高阶导数减小，进而使得交调失真减小，最终使得器件的线性度得到了改善。最后，本实施例的背靠背势垒结构中Al组分最高的部分位于背靠背势垒内部，由此，将栅下的电场尖峰由栅脚处转移至背靠背势垒层内部Al组分最高的位置，如图4所示，使得GaN HEMT器件的电场分布的平坦度得到显著提升，由此使电场峰值较低，因此器件的击穿电压和输出功率得到了提高。
进一步的，衬底层包括蓝宝石、SiC、Si中的一种。
进一步的，背靠背势垒层包括底部势垒层和顶部势垒层，底部势垒层设置在GaN缓冲层上，顶部势垒层设置在底部势垒层上，其中，顶部势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y，底部势垒层中的Al组分自上而下由y递减到0，因此，x是顶部势垒层的起始Al组分，y是顶部势垒层的终止Al组分，也是底部势垒层的起始Al组分，底部势垒层的终止Al组分为0。
优选的，x的取值范围为0.1～0.4，y的取值范围为0.5～0.8，以保证器件具有直流特性、交流小信号特性、功率特性等。
优选的，背靠背势垒层的厚度范围为5nm-40nm，由于背靠背势垒层的厚度过低不便于制备，过厚则会导致器件的频率特性很差，由此选择5nm-40nm。
优选的，顶部势垒层的厚度范围为2nm-20nm，底部势垒层的厚度范围为3nm-20nm。在背靠背势垒层的总厚度一定时，顶部势垒层越厚，则栅下电场分布越平坦，器件的击穿电压和输出功率越高。但是由于底部势垒层的Al组分渐变范围大于底部势垒层，也就是说，如果设置底部势垒和顶部势垒的厚度相同时，底部势垒的材料生长难度是要大于顶部势垒的。因此，在满足工艺水平限制的条件下，底部势垒层越薄越好，由此，顶部势垒层的厚度范围选择为2nm-20nm，底部势垒层的厚度范围选择为3nm-20nm。
优选的，背靠背势垒层包括AlGaN、InAlN中的一种。
优选的，钝化层包括SiN、SiO2、Al2O3中的一种。
在一个具体实施例中，栅电极与源电极之间的距离小于栅电极与漏电极之间的距离。
首先，本发明的缓变势垒GaN HEMT沟道内的载流子呈准三维分布，具有一定的分布厚度，且主要位于势垒层的内部，使其有效势垒厚度减小，纵横比提升，栅控能力和频率特性提升。其次，较常规势垒结构的2DEG，该新型结构的载流子浓度更低，迁移率提高，大电流下跨导的下降被抑制，器件线性度改善。最后，新型背靠背势垒结构在原本Al组分单调渐变的势垒层上方再插入一层Al组分反向渐变的势垒层，将栅下的电场尖峰由栅脚处转移至势垒层内部Al组分最高的位置，电场分布的平坦度得到显著提升,器件的击穿电压和输出功率提高。
实施例二
请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种用于提升线性度的GaN HEMT器件的流程示意图。本发明在上述实施例的基础上还提供一种用于提升线性度的GaN HEMT器件的制备方法，该GaN HEMT器件的制备方法包括：
步骤一、选取衬底层。
优选的，衬底层的材料包括蓝宝石、SiC、Si其中一种。
步骤二、在衬底层上生长GaN缓冲层。
步骤三、在GaN缓冲层上生长背靠背势垒层，其中，背靠背势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y、再由y递减到0。
优选的，背靠背势垒层为AlGaN、InAlN等材料中的一种，层内Al组分由x(势垒层顶部)先递增渐变到y(势垒层内部深度为Ttop处)，再由y反向递减渐变到0(势垒层底部)。
步骤四、在背靠背势垒层上光刻源电极区域和漏电极区域，分别在源电极区域和漏电极区域制作源电极和漏电极，并利用退火工艺，使源电极和漏电极下沉至GaN缓冲层内，其中，源电极和漏电极分别位于GaN缓冲层的两端。
优选的，源电极和漏电极为自下而上的Ti、Al、Ni、Au金属堆栈结构。
步骤五、在源电极、漏电极和背靠背势垒层上生长钝化层。
优选的，钝化层的材料包括SiN、SiO2、Al2O3其中一种。
步骤六、在钝化层上光刻和刻蚀栅电极区域，在栅电极区域内制作栅电极。
优选的，栅电极为自下而上的Ni、Au、Ni三层金属堆栈结构。
步骤七、在金属互联开孔区的源电极和漏电极以及未开孔刻蚀的钝化层上光刻金属互联区域，以在金属互联区域蒸发形成金属互连层。
优选的，金属互连层为自下而上的Ti、Au两层金属堆栈结构。
本发明所制备的用于提升线性度的新型缓变势垒GaN HEMT器件，载流子呈准三维分布，具有一定的分布厚度，且主要位于势垒层的内部，沟道到栅的距离减小，器件的纵横比提高，频率特性提高。同时该新型结构跨导平坦度较常规结构有明显改善，线性度得到提升。此外，较单一渐变Al组分势垒结构，该新型结构栅下电场的分布更加平坦。故这一结构兼顾了较好的频率特性、击穿特性和优良的线性度，有希望推动GaN基HEMT在高频大功率领域的应用。
实施例三
请参见图7a-图7h，图7a-图7h为本发明实施例提供的一种用于提升线性度的GaNHEMT器件的制备方法的过程示意图。本实施例在上述实施例的基础上还提供一种用于提升线性度的GaN HEMT器件的制备方法，在上述实施例中，用于制作新型缓变势垒GaN HEMT器件的初始材料为外延基片，该基片采用MOCVD系统进行生长，以三乙基镓(TEGa)作为Ga源，三甲基铝(TMAl)作为Al源，氨气(NH3)作为N源，载气为高纯度的氢气(H2)。该基片自上而下依次包括SiC衬底层、GaN缓冲层和AlGaN背靠背势垒层。其中AlGaN背靠背势垒层采用缓变生长的方法，先在缓冲层上生长Al组分递减的底部势垒层，再生长Al组分反向递增的顶部势垒层，如图7a-图7c所示。外延生长背靠背势垒层时，层内Al组分与势垒层厚度的关系图如图2所示。在已有外延片的基础上制成的器件结构如图1所示，制备的工艺步骤如下：
步骤1、如图7d所示，在外延基片上制作源电极和漏电极。
具体地，在AlGaN背靠背势垒层上光刻源电极区域和漏电极区域：
(a)将外延基片放在200℃的热板上前烘5min；
(b)在AlGaN背靠背势垒层上进行剥离胶(PMGI SF6)的涂胶，甩胶台转速2000rad/min，甩胶时间40sec，其甩胶厚度为0.35μm，而后将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
(c)在剥离胶上进行光刻胶(EPI621)的涂胶，甩胶台转速5000rad/min，甩胶时间30sec，其甩胶厚度为0.77μm，而后将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
(d)将已完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对已涂胶的表面进行曝光，曝光时间230ms，并将完成曝光的样品放在110℃的热板上烘烤1min；
(e)放入显影液(EPD1000)中去除光刻胶和剥离胶，显影时间45sec，再对其进行超纯水冲洗和氮气吹干，得到定义的源电极区域和漏电极区域；
2)在源电极区域和漏电极区域内的AlGaN背靠背势垒层上以及源电极区域和漏电极区域外的光刻胶上蒸发源电极和漏电极：
(a)将有源电极和漏电极光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，功率200W，O2＝100sccm，处理时间5min；
(b)将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10- 6Torr之后在源电极区域和漏电极区域内的AlGaN背靠背势垒层上以及源电极区域和漏电极区域外的光刻胶上蒸发欧姆金属形成源电极和漏电极，该欧姆金属是由下向上依次为Ti/Al/Ni/Au，其厚度依次为
(c)对完成欧姆金属蒸发的样品进行剥离，以移除源电极和漏电极外的欧姆金属、光刻胶和剥离胶，再用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
3)将完成欧姆金属蒸发和剥离的样品放入快速热退火炉中进行退火处理，以使源电极和漏电极内AlGaN背靠背势垒层上的欧姆金属下沉至GaN缓冲层，从而形成欧姆金属与异质结沟道之间的欧姆接触，其退火的工艺条件为：退火气氛为N2，退火温度为840℃，退火时间为60s。
步骤2、如图7e所示，在源电极、漏电极和有源区的AlGaN背靠背势垒层上，利用PECVD工艺生长SiN钝化层。
1)对完成源电极和漏电极制作的样品进行表面清洗：
(a)将样品放入丙酮溶液中超声清洗5mim，其超声强度为2.2；
(b)将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热15min；
(c)将样品依次放入丙酮溶液和异丙醇溶液中超声清洗3min，其超声强度为2.2；
(d)用超纯水冲洗样品并用氮气吹干；
2)在源电极、漏电极和有源区的AlGaN背靠背势垒层上，利用PECVD工艺生长厚度为120nm的SiN钝化层，其生长的工艺条件为：SiN(2％SiH4/N2)＝200sccm，NH3＝2sccm，N2＝0sccm，He＝200sccm，压强＝600mT，温度＝250℃，功率＝22W，淀积时间＝25min。
步骤3、如图7f所示，在SiN钝化层上光刻栅槽区域，并利用ICP工艺对该栅槽区域内的SiN钝化层进行刻蚀。
1)在SiN钝化层上光刻栅槽区域：
(a)将样品放在200℃的热板上前烘5min；
(b)进行电子束光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500rad/mim，甩胶时间40sec，胶层厚度450nm，并将样品放在150℃的热板上烘烤1min；
(c)将样品放入电子束光刻机中对栅槽区域内的光刻胶进行曝光；
(d)将完成曝光后的样品放入显影液中以移除栅槽区域内的光刻胶，并对其进行氮气吹干；
2)利用ICP刻蚀工艺移除栅槽区域内的SiN钝化层，其刻蚀的条件为：CF4＝60sccm，O2＝2sccm，压强＝1Pa，上电极功率＝100W，下电极功率＝25W。刻蚀深度等于SiN层厚度。
步骤4、如图7g所示，光刻栅电极区域，并利用电子束蒸发工艺制作栅电极。
1)AlGaN背靠背势垒层上光刻栅电极区域：
(a)将样品放在200℃的热板上前烘5min；
(b)在SiN钝化层上进行剥离胶(PMGI SF6)的涂胶，甩胶台转速2000rad/min，甩胶时间40sec，其甩胶厚度为0.35μm，而后将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
(c)在剥离胶上进行光刻胶(EPI621)的涂胶，甩胶台转速5000rad/min，甩胶时间30sec，其甩胶厚度为0.77μm，而后将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
(d)将已完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对已涂胶的表面进行曝光，曝光时间280ms，并将完成曝光的样品放在110℃的热板上烘烤1min；
(e)放入显影液(EPD1000)中去除光刻胶和剥离胶，显影时间60sec，再对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
2)在栅电极区域内的AlGaN背靠背势垒层上和栅电极区域外的光刻胶上蒸发栅电极：
(a)将有栅电极光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，功率200W，O2＝100sccm，处理时间5min；
(b)将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10- 6Torr之后在栅电极区域内的AlGaN背靠背势垒层和栅电极区域外的光刻胶上蒸发栅金属，该栅金属是由下向上依次由
(c)对完成栅金属蒸发的样品进行剥离，以移除栅电极区域外的栅金属、光刻胶和剥离胶，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干后形成栅电极。
步骤5，在SiN钝化层上光刻金属互连开孔区，并利用ICP工艺依次刻蚀掉互连开孔区的SiN钝化层。
3)在SiN钝化层上光刻金属互连开孔区：
(a)将样品放在200℃的热板上前烘5min；
(b)在样品上进行光刻胶(EPI621)的涂胶，甩胶台转速3000rad/min，甩胶时间30sec，而后将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
(c)将已完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对已涂胶的表面进行曝光，曝光时间280ms，并将完成曝光的样品放在110℃的热板上烘烤1min；
(d)将完成曝光后的样品放入显影液(EPD1000)中以移除互连开孔区域内的光刻胶，显影时间75sec，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
(e)刻蚀金属互连开孔区前进行坚膜，样品放在100℃的热板上烘烤1min；
3)利用ICP刻蚀工艺，反应气体为CF4和O2，CF4＝60sccm，O2＝2sccm，压强＝1Pa，上电极功率＝100W，下电极功率＝25W，移除互联开孔区域内的120nm厚的SiN钝化层。
步骤6，在金属互连开孔区的源电极和漏电极以及未开孔刻蚀的SiN钝化层上光刻金属互连层区域，并利用电子束蒸发工艺制作金属互连层。
1)在金属互连开孔区的源电极和漏电极以及未开孔刻蚀的SiN钝化层上光刻金属互连层：
(a)将完成金属互连开孔刻蚀的样品放在200℃的热板上前烘5min；
(b)在AlGaN背靠背势垒层上进行剥离胶(PMGI SF6)的涂胶，甩胶台转速2000rad/min，甩胶时间40sec，其甩胶厚度为0.35μm，而后将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
(c)在剥离胶上进行光刻胶(EPI621)的涂胶，甩胶台转速5000rad/min，甩胶时间30sec，其甩胶厚度为0.77μm，而后将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
(d)将已完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对已涂胶的表面进行曝光，曝光时间270ms，并将完成曝光的样品放在110℃的热板上烘烤1min；
(e)放入显影液(EPD1000)中去除金属互连区域内光刻胶和剥离胶，显影时间60sec，再对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
2)在金属互连区域内的电极和SiN钝化层以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发金属互连层：
(a)将有金属互连区域的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，功率200W，O2＝100sccm，处理时间5min；
(b)将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10- 6Torr之后，再在金属互连区域内的电极和SiN钝化层以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发互连金属，形成金属互连层，该金属互连层是由下向上依次由
以引出电极；
(c)如图7h所示，对完成互连金属蒸发的样品进行剥离，以移除金属互连区层以外的金属、光刻胶和剥离胶，并用超纯水冲洗样品并用氮气吹干，完成器件制作。
制成的器件由于势垒层内Al组分非均匀变化，对能带具有调制作用，使得沟道内的载流子成准三维分布，如图3所示。由此也改善了常规势垒结构的非线性，表现在跨导平坦度的提升上，如图4所示。相较仅有Al组分递减的底部势垒，背靠背的双层势垒对栅下电场分布也具有调制和改善的作用，如图5a和图5b所示。
本实施例提供的GaN HEMT器件的制备方法，用于制备实施例一的GaN HEMT器件，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于提升线性度的GaN HEMT器件，其特征在于，所述GaN HEMT器件包括：
衬底层；
GaN缓冲层，所述缓冲层设置在所述衬底层上；
背靠背势垒层，所述背靠背势垒层设置在所述GaN缓冲层上，其中，所述背靠背势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y、再由y递减到0；
源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极的部分深度分别位于所述GaN缓冲层两端的内部，且所述背靠背势垒层的侧壁与所述源电极、所述漏电极的侧壁相接触；
钝化层，所述钝化层设置在所述背靠背势垒层上，且所述钝化层的侧壁与所述源电极、所述漏电极的侧壁相接触，在所述钝化层具有暴露所述背靠背势垒层的栅电极区域；
栅电极，所述栅电极设置在栅电极区域的所述背靠背势垒层上。
2.根据权利要求1所述的用于提升线性度的GaN HEMT器件，其特征在于，所述衬底层包括蓝宝石、SiC、Si中的一种。
3.根据权利要求1所述的用于提升线性度的GaN HEMT器件，其特征在于，所述背靠背势垒层包括底部势垒层和顶部势垒层，所述底部势垒层设置在所述GaN缓冲层上，所述顶部势垒层设置在所述底部势垒层上，其中，所述顶部势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y，所述底部势垒层中的Al组分自上而下由y递减到0。
4.根据权利要求3所述的用于提升线性度的GaN HEMT器件，其特征在于，x的取值范围为0.1～0.4，y的取值范围为0.5～0.8。
5.根据权利要求4所述的用于提升线性度的GaN HEMT器件，其特征在于，所述背靠背势垒层的厚度范围为5nm-40nm。
6.根据权利要求5所述的用于提升线性度的GaN HEMT器件，其特征在于，所述顶部势垒层的厚度范围为2nm-20nm，所述底部势垒层的厚度范围为3nm-20nm。
7.根据权利要求1至6任一项所述的用于提升线性度的GaN HEMT器件，其特征在于，所述背靠背势垒层包括AlGaN、InAlN中的一种。
8.根据权利要求1所述的用于提升线性度的GaN HEMT器件，其特征在于，所述钝化层包括SiN、SiO2、Al2O3中的一种。
9.根据权利要求1所述的用于提升线性度的GaN HEMT器件，其特征在于，所述栅电极与所述源电极之间的距离小于所述栅电极与所述漏电极之间的距离。
10.一种用于提升线性度的GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述GaN HEMT器件的制备方法用于制备权利要求1至9任一项所述的GaN HEMT器件，所述GaN HEMT器件的制备方法包括：
步骤一、选取衬底层；
步骤二、在所述衬底层上生长GaN缓冲层；
步骤三、在所述GaN缓冲层上生长背靠背势垒层，其中，所述背靠背势垒层中的Al组分自上而下由x递增到y、再由y递减到0；
步骤四、在所述背靠背势垒层上光刻源电极区域和漏电极区域，分别在所述源电极区域和所述漏电极区域制作源电极和漏电极，并利用退火工艺，使所述源电极和所述漏电极下沉至所述GaN缓冲层内，其中，所述源电极和所述漏电极分别位于所述GaN缓冲层的两端；
步骤五、在所述源电极、所述漏电极和所述背靠背势垒层上生长钝化层；
步骤六、在所述钝化层上光刻和刻蚀栅电极区域，在所述栅电极区域内制作栅电极；
步骤七、在金属互联开孔区的所述源电极和所述漏电极以及未开孔刻蚀的所述钝化层上光刻金属互联区域，以在所述金属互联区域蒸发形成金属互连层。
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