一种台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件及其制备方法
专利汇可以提供一种台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 台面 型AlGaN/GaN 异质结 双极晶体管器件，包括Al2O3衬底，顺序层叠于Al2O3衬底上的第一本征GaN 缓冲层 、第二本征GaN缓冲层、GaN衬底层、GaN集电区、GaN亚集电区、第一本征GaN阻挡层、GaN基区薄层、第二本征GaN阻挡层、AlxGa1-xN层、AlrGa1-rN渐变层和GaN帽层，GaN帽层至GaN亚集电区 刻蚀 形成左右侧梯形台面，左侧梯形台面特定区域磷 离子注入 ，右侧梯形台面特定区域氟化 硼 离子注入，整个器件表面形成有 氧 化 薄膜 层，在 电极 接触 孔 位置 对应的氧化薄膜层刻蚀有对应电极窗口，对应电极窗口上形成有多晶 硅 层，对应电极窗口处形成有电极引线。本发明还提供一种前述器件制备方法。本 申请 能提高器件可靠性、特征 频率 和击穿 电压 ，制备方法能与主流化合物 半导体 工艺制程兼容。，下面是一种台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件，其特征在于，包括Al2O3衬底，所述Al2O3衬底表面形成有第一本征GaN缓冲层，所述第一本征GaN缓冲层表面形成有第二本征GaN缓冲层，所述第二本征GaN缓冲层表面形成有N型磷掺杂GaN衬底层，所述GaN衬底层表面形成有N型磷掺杂GaN集电区，所述GaN集电区表面形成有N型磷掺杂GaN亚集电区，所述GaN亚集电区表面形成有未掺杂第一本征GaN阻挡层，所述第一本征GaN阻挡层表面形成有P型掺硼的GaN基区薄层，所述GaN基区薄层表面形成有未掺杂第二本征GaN阻挡层，所述第二本征GaN阻挡层表面形成有N型砷掺杂AlxGa1-xN层，所述AlxGa1-xN层表面形成有N型砷掺杂AlrGa1-rN渐变层，渐变层中Al的摩尔组分r自下而上从x渐变至0，所述AlrGa1-rN渐变层表面形成有N型砷掺杂GaN帽层，所述GaN帽层至GaN亚集电区刻蚀形成左侧梯形台面和右侧梯形台面，所述左侧梯形台面集电极接触孔区域离子注入有磷，所述右侧梯形台面基区电极接触孔区域离子注入有氟化硼，所述器件表面形成有氧化薄膜层，所述左侧集电区电极、右侧基区电极和中间发射区电极接触孔位置对应的氧化薄膜层刻蚀形成有对应电极窗口，所述对应电极窗口上形成有磷掺杂多晶硅层，所述对应电极窗口处形成有金属电极引线。
2.根据权利要求1所述的台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件，其特征在于，所述Al2O3衬底和第一本征GaN缓冲层之间形成有AlN过渡层。
3.根据权利要求1所述的台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件，其特征在于，所述第一本征GaN缓冲层的厚度为2μm，所述第二本征GaN缓冲层的厚度为1μm，所述GaN衬底层的厚度为2μm。
4.根据权利要求1所述的台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件，其特征在于，所述GaN集电区的厚度为0.5μm，所述GaN亚集电区的厚度为0.8μm。
5.根据权利要求1所述的台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件，其特征在于，所述第一本征GaN阻挡层和第二本征GaN阻挡层的厚度为0.05nm，所述GaN基区薄层的厚度为
0.15μm。
6.根据权利要求1所述的台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件，其特征在于，所述AlxGa1-xN层的厚度为0.1μm，所述AlrGa1-rN渐变层的厚度为0.15μm，所述GaN帽层的厚度为
0.2μm。
7.根据权利要求1所述的台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件，其特征在于，所述多晶硅层的厚度为400nm。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件制备方法，其特征在于，所述方法中材料层的生长方式均为MOCVD方法并包括以下步骤：
S1、利用化学清洗方法清洁Al2O3衬底，去除多余的氧化物后进行干燥和解理，在解理后的Al2O3衬底表面生长第一本征GaN缓冲层，生长温度为600～800℃，之后继续在第一本征GaN缓冲层表面生长第二本征GaN缓冲层，生长温度为300～400℃，最后在第二本征GaN缓冲层表面生长N型磷掺杂GaN衬底层，磷掺杂浓度为1×1017cm-3；
S2、在所述N型磷掺杂GaN衬底层表面生长一层N型磷掺杂GaN集电区，该集电区中磷掺杂浓度为5×1017cm-3，在N型磷掺杂GaN集电区表面生长一层N型磷掺杂GaN亚集电区，该亚
19 -3
集电区中磷掺杂浓度为5×10 cm ；
S3、在所述N型磷掺杂GaN亚集电区表面生长一层未掺杂第一本征GaN阻挡层，在第一本征GaN阻挡层表面生长一层P型掺硼的GaN基区薄层，硼掺杂浓度为2×1019cm-3，在GaN基区薄层表面生长一层未掺杂第二本征GaN阻挡层；
S4、在所述第二本征GaN阻挡层表面生长一层N型砷掺杂AlxGa1-xN层，该层中砷掺杂浓度为1×1018cm-3，在N型砷掺杂AlxGa1-xN层表面生长一层N型砷掺杂AlrGa1-rN渐变层，渐变层中Al的摩尔组分r自下而上从x渐变至0且砷掺杂浓度为1×1018cm-3，在N型砷掺杂AlrGa1-rN渐变层表面继续生长N型砷掺杂GaN帽层，帽层中砷掺杂浓度为5×1018cm-3；
S5、利用等离子刻蚀工艺将器件从GaN帽层刻蚀至GaN亚集电区，形成左侧梯形台面和右侧梯形台面，台面刻蚀角度为钝角；
S6、在器件左侧梯形台面确定集电极接触孔区域为特定区域，在该特定区域进行磷离子注入，注入剂量为1×1016cm-2，注入能量为50keV，在器件右侧梯形台面确定基区电极接触孔区域为特定区域，在该特定区域进行氟化硼离子注入，注入剂量为1×1016cm-2，注入能量为45keV；离子注入后进行退火操作，退火温度控制在500～600℃；
S7、在整个器件的表面沉积一层SiO2氧化薄膜层；
S8、确定发射区、集电区和基区电极接触孔位置，在SiO2氧化薄膜层刻蚀出发射区电极窗口、集电区电极窗口和基区电极窗口；在整个器件的表面沉积一层磷掺杂多晶硅层，磷掺杂浓度为5×1019cm-3；
S9、除发射区电极窗口、集电区电极窗口和基区电极窗口对应的多晶硅层外，刻蚀掉其余多余的多晶硅层；在整个器件表面溅射金属铝，形成金属层，刻蚀掉除基极、发射极和集电极以外的金属层，分别形成三条金属电极引线，至此器件制作完成。
9.根据权利要求8所述的台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件制备方法，其特征在于，所述步骤S1中进一步包括：将解理后的Al2O3衬底进行氢等离子清洗，同时在反应室内加入氮等离子体，对Al2O3衬底表面进行氮化，形成一层AlN过渡层。
10.根据权利要求8所述的台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，台面刻蚀角度为100°。
一种台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件及其制备方法
技术领域
背景技术
器件，可以应用在高温、高压、高频和恶劣的环境中，如雷达和无线通信的基站及卫星通信。
质结双极晶体管(HBT)具有高的电流增益。目前，据报道用于大功率通信和雷达的功率放大
器的AlGaN/GaN NPN型HBT器件，其高温工作的温度可达到300℃，从而得到了国防和通信领
域的广泛重视。
研发基于GaN HBT的收发组件，以用于未来的军事雷达升级；在民用方面，GaN HBT对高频率
和大功率的处理能力对于发展高级通信网络中的放大器和调制器以及其它关键器件都很
重要。
电流增益仍比较小，工艺过程并不十分稳定；并且，器件外延层结构的精心设计与器件几何
结构优化对于实现稳定的器件和电路性能至关重要。有鉴于此，有必要对现有的GaN HBT器
件作出改进。
发明内容
不十分稳定的技术问题，本发明提供一种台面型AlGaN/GaN异质结双极晶体管器件，其在提
升器件电学性能的同时，使之能够与现有III-V族器件工艺制备流程完全兼容。
述第二本征GaN缓冲层表面形成有N型磷掺杂GaN衬底层，所述GaN衬底层表面形成有N型磷
掺杂GaN集电区，所述GaN集电区表面形成有N型磷掺杂GaN亚集电区，所述GaN亚集电区表面
形成有未掺杂第一本征GaN阻挡层，所述第一本征GaN阻挡层表面形成有P型掺硼的GaN基区
薄层，所述GaN基区薄层表面形成有未掺杂第二本征GaN阻挡层，所述第二本征GaN阻挡层表
面形成有N型砷掺杂AlxGa1-xN层，所述AlxGa1-xN层表面形成有N型砷掺杂AlrGa1-rN渐变层，渐
变层中Al的摩尔组分r自下而上从x渐变至0，所述AlrGa1-rN渐变层表面形成有N型砷掺杂
GaN帽层，所述GaN帽层至GaN亚集电区刻蚀形成左侧梯形台面和右侧梯形台面，所述左侧梯
形台面集电极接触孔区域离子注入有磷，所述右侧梯形台面基区电极接触孔区域离子注入
有氟化硼，所述器件表面形成有氧化薄膜层，所述左侧集电区电极、右侧基区电极和中间发
射区电极接触孔位置对应的氧化薄膜层刻蚀形成有对应电极窗口，所述对应电极窗口上形
成有磷掺杂多晶硅层，所述对应电极窗口处形成有金属电极引线。
征GaN缓冲层表面生长第二本征GaN缓冲层，生长温度为300～400℃，最后在第二本征GaN缓
冲层表面生长N型磷掺杂GaN衬底层，磷掺杂浓度为1×1017cm-3；
该亚集电区中磷掺杂浓度为5×1019cm-3；
基区薄层表面生长一层未掺杂第二本征GaN阻挡层；
变层中Al的摩尔组分r自下而上从x渐变至0且砷掺杂浓度为1×1018cm-3，在N型砷掺杂
AlrGa1-rN渐变层表面继续生长N型砷掺杂GaN帽层，帽层中砷掺杂浓度为5×1018cm-3；
16 -2
极接触孔区域为特定区域，在该特定区域进行氟化硼离子注入，注入剂量为1×10 cm ，注
入能量为45keV；离子注入后进行退火操作，退火温度控制在500～600℃；
磷掺杂浓度为5×1019cm-3；
和集电极以外的金属层，分别形成三条金属电极引线，至此器件制作完成。
硅(SiC)上生长的GaN衬底相比大大减小，获得了表面缺陷密度更佳的GaN衬底，减小了表面
复合，提高了器件可靠性；
导带几乎不发生倾斜，禁带宽度的变化主要体现在价带，因此在发射区的渐变层AlrGa1-rN
内会引入一个加速反向注入的少子(空穴)输运的电场，进一步提高发射区的时间常数，减
小发射区电荷存贮时间，有利于提高器件的频率特性；
具体实施方式
能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个
以上。
成有第二本征GaN缓冲层，所述第二本征GaN缓冲层表面形成有N型磷掺杂GaN衬底层，所述
GaN衬底层表面形成有N型磷掺杂GaN集电区，所述GaN集电区表面形成有N型磷掺杂GaN亚集
电区，所述GaN亚集电区表面形成有未掺杂第一本征GaN阻挡层，所述第一本征GaN阻挡层表
面形成有P型掺硼的GaN基区薄层，所述GaN基区薄层表面形成有未掺杂第二本征GaN阻挡
层，所述第二本征GaN阻挡层表面形成有N型砷掺杂AlxGa1-xN层，所述AlxGa1-xN层表面形成有
N型砷掺杂AlrGa1-rN渐变层，渐变层中Al的摩尔组分r自下而上从x渐变至0，所述AlrGa1-rN渐
变层表面形成有N型砷掺杂GaN帽层，所述GaN帽层至GaN亚集电区刻蚀形成左侧梯形台面和
右侧梯形台面，所述左侧梯形台面集电极接触孔区域离子注入有磷，所述右侧梯形台面基
区电极接触孔区域离子注入有氟化硼，所述器件表面形成有氧化薄膜层，所述左侧集电区
电极、右侧基区电极和中间发射区电极接触孔位置对应的氧化薄膜层刻蚀形成有对应电极
窗口，所述对应电极窗口上形成有磷掺杂多晶硅层，所述对应电极窗口处形成有金属电极
引线。
的材料质量和表面形貌，减小位错密度和表面态，有利于提高器件的电学性能。
质原子向发射区和集电区区域进行扩散，抑制发射结和集电结的寄生势垒效应。
散作用。
法并包括以下步骤：
(高温)，之后继续在第一本征GaN缓冲层表面生长一层厚度为1μm的第二本征GaN缓冲层，生
长温度为300～400℃(低温)，最后在第二本征GaN缓冲层表面生长一层厚度为2μm的N型磷
掺杂GaN衬底层，典型磷掺杂浓度为1×1017cm-3；衬底的层结构如图2a所示，由此该衬底层
表面的缺陷密度与传统的在蓝宝石或者碳化硅上生长的GaN衬底相比大大减小；
μm的N型磷掺杂GaN亚集电区，该亚集电区中磷掺杂浓度为5×1019cm-3，层结构如图2b所示；
本征GaN阻挡层，在第一本征GaN阻挡层表面生长一层厚度为0.15μm的P型掺硼的GaN基区薄
层，该层为重掺杂，硼掺杂浓度为2×1019cm-3，在GaN基区薄层表面生长一层未掺杂第二本
征GaN阻挡层，厚度与GaN亚集电区之上的第一本征GaN阻挡层相同为0.15μm，层结构如图2c
所示；
浓度为1×1018cm-3，0
下而上从x渐变至0且砷掺杂浓度为1×1018cm-3，在N型砷掺杂AlrGa1-rN渐变层表面继续生长
18 -3
一层厚度为0.2μm的N型砷掺杂GaN帽层(cap-layer)，帽层中砷掺杂浓度为5×10 cm ，多
层发射区层结构如图2d所示；
至GaN亚集电区，形成左侧梯形台面和右侧梯形台面，台面刻蚀角度为钝角，刻蚀之后的台
面结构如图2e所示；
极接触孔区域为特定区域，在该特定区域进行氟化硼离子注入，注入剂量为1×1016cm-2，注
入能量为45keV，如图2f所示；离子注入后进行退火操作，退火温度控制在500～600℃；
掺杂多晶硅层，磷掺杂浓度为5×1019cm-3；
和集电极以外的金属层，分别形成三条金属电极引线，至此器件制作完成，如图2h所示。
一层AlN过渡层。
硅(SiC)上生长的GaN衬底相比大大减小，获得了表面缺陷密度更佳的GaN衬底，减小了表面
复合，提高了器件可靠性；
导带几乎不发生倾斜，禁带宽度的变化主要体现在价带，因此在发射区的渐变层AlrGa1-rN
内会引入一个加速反向注入的少子(空穴)输运的电场，进一步提高发射区的时间常数，减
小发射区电荷存贮时间，有利于提高器件的频率特性；
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