CN209592044U - 半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种半导体器件，包括：衬底、所述衬底上的缓冲层、位于所述缓冲层上的势垒层，其中，所述势垒层为阶梯状，所述势垒层的每个台阶上设有源极、漏极和栅极。本申请所提出的半导体的器件，通过形成阶梯状的势垒层从而提高器件的线性度。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种半导体器件。
背景技术
以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料具有宽禁带，高电子迁移率，高击穿电压等优异特性，因此基于氮化镓材料的高电子迁移率场效应管(HEMT)被广泛运用于雷达，微波通信以及高压功率器件领域。随着现代无线通信的迅猛发展，各种非恒包络调制方式与多载波技术获得了广泛应用，这些信号具有宽带宽和高峰均比(PAR)等特点，因此针对此类信号的射频功放电路里，场效应管的线性度成为了一个非常重要的指标。如果管子的线性度差，那么会导致频谱扩展到信号带宽以外，干扰相邻通道，降低邻道泄漏比(ACLR)性能。即使在信号带宽内，功率放大管的线性度波动也会导致失真增加，从而降低接收机的误差矢量幅度(EVM)性能，使误码率(BER)增大。氮化镓基的HEMT器件由于多用于大功率，高频率，大带宽的应用场合，因此其线性度对整个射频前端的性能至关重要。当输入信号的动态范围扩大时，氮化镓HEMT器件的静态工作点受到影响，从而使得器件的幅度和相位传输特性发生变化，对输出信号产生畸变失真，即产生线性度问题。如何提高HEMT器件的线性度性能，一直是氮化镓射频器件的技术难点。多数应用从系统的角度出发，采用功率回退、负反馈、前馈、数字预失真(DPD)等方法来配合管子的非线性度，但是要从根本上解决问题，仍需从器件的角度出发，改善管子本身的线性度性能。
实用新型内容
本申请提出一种半导体器件，包括：
衬底、所述衬底上的缓冲层、位于所述缓冲层上的势垒层，其中，所述势垒层为阶梯状，所述势垒层的每个台阶上设有源极、漏极和栅极。
在一个实施例中，所述势垒层为Ga元素、N元素与另一Ⅲ族元素组成的具有n型掺杂的金属氮化物。
在一个实施例中，所述另一Ⅲ族元素的组份从所述势垒层的底部到顶部逐渐减小。
在一个实施例中，所述另一Ⅲ族元素为Al或者In或者Al和In的组合。
在一个实施例中,相邻所述台阶的高度相差2nm-20nm。
在一个实施例中,所述阶梯的台阶数大于等于3。
本申请所提出的半导体的器件，通过形成阶梯状的势垒层从而提高器件的线性度。
附图说明
图1为一个实施例所提出半导体器件的结构图；
图2为三种场效应管对应的跨导曲线以及组合而成的半导体器件的跨导曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的半导体器件作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
本实用新型中，在“形成在另一层上的层”中，可以意味着在另一层上方形成层，但不一定层与另一层直接物理或电接触(例如，可以存在一个或多个其他层在两层之间)。然而，在一些实施例中，“在......上形成”可以表示层与另一层的顶面的至少一部分直接物理接触。
本实施例所述的提出的半导体器件的结构如图1所示，包括：衬底1、位于所述衬底1上的缓冲层2和位于所述缓冲层2上的势垒层3。所述衬底1材料包括但不限于蓝宝石、碳化硅、硅、金刚石、氮化镓和氮化铝等材料。所述缓冲层2与所述势垒层3堆叠在一起形成异质结，所述缓冲层2靠近所述势垒层3一端的表面形成二维电子气(2DEG)，所述2DEG具有高电子密度和高电子迁移率。典型的异质结为AlGaN/GaN，即所述缓冲层2为GaN，所述势垒层3为AlGaN。所述缓冲层2也可以为InN、AlN、AlGaN,InGaN等氮化物，所述势垒层3也可以为InGaN，AlGaInN等合金材料。所述衬底1的厚度为50到1000微米，所述缓冲层2的厚度为50到10000纳米。
所述势垒层3为阶梯状，所述阶梯的台阶数大于等于3。在本实施例中，所述阶梯由4个台阶组成，从上到下为第一台阶31、第二台阶32、第三台阶33和第四台阶34。所述第一台阶31的高度小于第二台阶32，所述第二台阶32的高度小于第三台阶33、所述第三台阶33的高度小于第四台阶34。相邻的台阶高度差可以是一定值，例如5nm或者10nm，可以是2nm-20nm之间任意值。所述每个所述台阶上均具有源极4、漏极5和栅极6，所述栅极6位于所述源极4和漏极5之间。所述源极4和漏极5可以为钛、铝、镍、金中任意多种组成的合金；所述栅极6可以为镍/金或者铂/金构成的金属叠层。在本实施例中，每个所述台阶上的栅极6沿纵长方向的长度可以各不相等，也可以是其中某两个或者三个栅极的长度相等。
可以采用多次干法刻蚀的方式获得阶梯状的势垒层，每一次干法刻蚀得到一层台阶。现有的HEMT器件一般势垒层厚度通常不超过50nm，对刻蚀精度的要求比较高。为解决此问题，本申请的发明人长期实验研究发现，在形成势垒层时，逐步减少通入的Al元素的组份，使AlGaN中Al元素逐步减少，例如底端的为Al0.25Ga0.75N层，顶端为Al0.17Ga0.83N层，能够将势垒层的厚度增加到100nm左右，而结构的电学性能如载流子浓度、迁移率等同均一组分势垒层外延结构保持一致。使用这种方法将所述势垒层厚度扩大后，后续器件工艺中的刻蚀深度的精确控制难度也相应减少。
本实施例中，每层台阶以及对应位置的缓冲层、衬底、源极、漏极和栅极构成一个场效应管，形成4个场效应管并联的结构。为了提高半导体器件的线性度，本申请的发明人经过长期的实验发现，通过并联不同势垒层厚度MIS场效应管形成的组合器件可以有效提高器件的线性度。射频前端模块衡量线性度的重要指标是互调失真(IM),特别是3阶的互调失真(IMD3)产生的干扰直接落在主频段附近，无法滤除，导致噪声性能变差。IMD3失真功率的大小主要由场效应管跨导参数的二阶导数决定，跨导的二阶导数数值越大，则IMD3失真功率越高。
图2显示了一个包括分别刻蚀了0nm、5nm、10nm厚势垒层的场效应管形成的组合管的跨导数据，纵坐标表示单位跨导的二阶导数(S/V2/mm)，横坐标表示栅极电压(V)，三种场效应管各自的跨导数据也显示在了同一个图中。该组合管里，三种场效应管的栅极宽度按照0.72:0.20:0.08的比例来确定。图2显示的数据可以看到，三种场效应管各自的跨导数据在(0,-3)之间波动较大，为了降低互调失真，必须限制输入信号(栅极电压)的动态范围，使得在此范围内，跨导的二阶导数处于较小的数值；而当三种管子以前述的栅极宽度比例组成组合管以后，明显跨导数据波动较小，器件的动态范围扩大，线性度得到了提高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：
衬底、所述衬底上的缓冲层、位于所述缓冲层上的势垒层，其中，所述势垒层为阶梯状，所述势垒层的每个台阶上设有源极、漏极和栅极。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于,所述势垒层为Ga元素、N元素与另一Ⅲ族元素组成的具有n型掺杂的金属氮化物。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述另一Ⅲ族元素的组份从所述势垒层的底部到顶部逐渐减小。
4.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述另一Ⅲ族元素为Al或者In或者Al和In的组合。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于,相邻所述台阶的高度相差2nm-20nm。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于,所述阶梯的台阶数大于等于3。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201920578179.7U CN209592044U (zh) | 2019-04-28 | 2019-04-28 | 半导体器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920578179.7U CN209592044U (zh) | 2019-04-28 | 2019-04-28 | 半导体器件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209592044U true CN209592044U (zh) | 2019-11-05 |
Family
ID=68346715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201920578179.7U Active CN209592044U (zh) | 2019-04-28 | 2019-04-28 | 半导体器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN209592044U (zh) |
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2019
- 2019-04-28 CN CN201920578179.7U patent/CN209592044U/zh active Active
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