一种GaN集成器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造技术领域，具体的说是一种GaN集成器件。
【背景技术】
[0002]进入二十一世纪以来，社会迈入了超高速发展的信息时代，全球数据业务呈现爆炸式增长，射频通信技术得到了广泛应用。
[0003]目前，主流的射频接收机的接收端架构为:SAW器件+信号放大器件+限幅器，三种独立的芯片构成可以一个射频接收端，但三种独立的芯片，存在以下问题:
1.组装时需调试，不利于大生产且人为因素的介入引入不确定因素，不利于提升整个组件的质量；
2.三款独立的芯片无法集成，对系统的进一步小型化和多功能不利；
3.三款独立的芯片，不利于成本的进一步降低。
[0004]另一方面，以GaN为代表的第三代半导体发展迅猛，已经逐步应用于射频通信、电力电子等领域。GaN性能优良，如GaN本征载流子浓度低，禁带宽度大，理论上可在500 V的高温环境下工作，可进一步减少电路保护装置和制热散热系统，进一步提高系统集成度。理论上，GaN同时满足低噪声放大器和功率放大器的需求。同时，随着薄膜制备技术的不断发展，高性能的AlN薄膜已可以实现低温(< 300°C)甚至常温制备，使后续的AlN器件集成成为可會K。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术不足，本发明提供一种GaN集成器件。
[0006]本发明提供的一种GaN集成器件是通过以下技术方案实现的:
一种GaN集成器件，其特征在于:包括外延结构、AlN SAW器件、GaN HBT器件和PN二极管限幅器，所述外延结构由下至上依次为衬底、成核层、GaN过渡层、N-GaN集电区、P-GaN基区、N型发射区、N+-GaN帽层、器件隔离层、AlN层，所述外延结构上开设有2个器件隔离区，所述器件隔离区从AlN层上表面嵌入延伸至GaN过渡层内部，所述器件隔离区将AlN SAW器件、GaN HBT器件和PN二极管限幅器隔开，其中，所述AlN SAW器件包括在所述GaN过渡层上依次形成的第一N-GaN集电区、第一P-GaN基区、第一N型发射区、第一N+-GaN帽层、器件隔离层、AlN层和SAW电极;所述GaN HBT器件包括在所述GaN过渡层上依次形成的第二N-GaN集电区、第二P-GaN基区、第二N型发射区、第二N+-GaN帽层;所述PN二极管限幅器包括在所述GaN过渡层上依次形成的第三N-GaN集电区和第三P-GaN基区；所述GaN HBT器件和所述PN二极管限幅器所在区域的N-GaN集电区上具有N型电极，所述第二 N+-GaN帽层上具有N型电极，所述第二 N型发射区两侧的第二 P-GaN基区上分别具有P型电极，所述第三P-GaN基区上具有P型电极。
[0007]所述衬底至少包含S1、SiC、GaN、蓝宝石、钻石，用于器件的支撑。
[0008]所述成核层至少包含AlN、AlxGal-xN或二者组合，厚度为10 nm-500 nm，实现衬底至IJGaN生长的过渡，利于GaN生长，屏蔽衬底的缺陷。
[0009]所述GaN过渡层为N型GaN，掺杂浓度2 5X1017cm—3，厚度500 nm-3000 nm。
[0010]所述N-GaN集电区为N型GaN，掺杂浓度<5X1017cm—3，厚度0.5 μπι-3 μπι。
[0011]所述P-GaN基区为P型GaN，掺杂浓度<5X 117Cnf3，厚度20 nm-500 nm。
[0012]所述N型发射区为N型N-AlyGa1-yN，y为0-0.3，掺杂浓度2 lX1017cm—3，厚度1nm-500nmo
[0013]所述N+-GaN帽层为N型GaN，掺杂浓度2lX1018cm—3，厚度 10-500 nm，利于GaN HBT器件欧姆接触电极制作。
[0014]所述器件隔离层的厚度10-200 11111，至少包含4故、31叱
[0015]所述AlN层为压电材料，厚度50-500 nm，用于AlN SAW器件制作。
[0016]本发明的有益效果是:将AlN SAW器件、GaN HBT器件和PN二极管限幅器集成，实现整个RF接收组件的器件级集成，可进一步提高IC功能，提高集成度，简化系统，降低尺寸，降低成本。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的结构示意图；
图2是完整的外延结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将通过实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]如图1和图2所示的一种GaN集成器件，包括外延结构、AlN SAW器件、GaN HBT器件和PN 二极管限幅器，所述外延结构由下至上依次为衬底、成核层、GaN过渡层、N-GaN集电区、P-GaN基区、N型发射区、N+-GaN帽层、器件隔离层、AlN层，所述外延结构上开设有2个器件隔离区，所述器件隔离区从AlN层上表面嵌入延伸至GaN过渡层内部，所述器件隔离区将AlNSAW器件、GaN HBT器件和PN二极管限幅器隔开，其中，所述AlN SAW器件包括在所述GaN过渡层上依次形成的第一N-GaN集电区、第一P-GaN基区、第一N型发射区、第一N+-GaN帽层、器件隔离层、AlN层和SAW电极;所述GaN HBT器件包括在所述GaN过渡层上依次形成的第二N-GaN集电区、第二P-GaN基区、第二N型发射区、第二N+-GaN帽层;所述PN二极管限幅器包括在所述GaN过渡层上依次形成的第三N-GaN集电区和第三P-GaN基区；所述GaN HBT器件和所述PN二极管限幅器所在区域的N-GaN集电区上具有N型电极，所述第二 N+-GaN帽层上具有N型电极，所述第二 N型发射区两侧的第二 P-GaN基区上分别具有P型电极，所述第三P-GaN基区上具有P型电极。
[0020]进一步地，所述衬底至少包含S1、SiC、GaN、蓝宝石、钻石，用于器件的支撑。
[0021 ] 进一步地，所述成核层至少包含AlN、AlxGal_xN或二者组合，厚度为10 nm-500nm，实现衬底到GaN生长的过渡，利于GaN生长，屏蔽衬底的缺陷。
[0022]进一步地，所述GaN过渡层为N型GaN，掺杂浓度2 5X 1017cm—3，厚度500 nm-3000nmD
[0023]进一步地，所述N-GaN集电区为N型GaN，掺杂浓度<5X1017cm—3，厚度0.5 μπι-3 μmD
[0024]进一步地，所述P-GaN基区为P型GaN，掺杂浓度<5X1017cm—3，厚度20 nm-500 nm。
[0025]进一步地，所述~型发射区为~型1^1#&1—其￥为0-0.3，掺杂浓度2 1\1017011—3，厚度10nm-500nmo
[0026]进一步地，所述N+_GaN帽层为N型GaN，掺杂浓度2 I X 118Cnf3，厚度10-500 nm，利于GaN HBT器件欧姆接触电极制作。
[0027]进一步地，所述器件隔离层的厚度10-200 nm，至少包含AlN、SiN。
[0028]进一步地，所述AlN层为压电材料，厚度50-500 nm，用于AlN SAW器件制作。
[0029]本发明中GaN集成器件制作方法为:
1)采用离子注入或刻蚀的方法，在图2所示的外延结构上形成器件隔离区，将AlNSAff器件、GaN HBT器件和PN二极管限幅器分开；
2)制作电极，完成AlNSAW器件制作；
3)光刻、刻蚀除AlNSAW器件所在区域的其它区域，形成GaN HBT器件和PN二极管限幅器台面；
4)采用光刻、腐蚀的方法，腐蚀GaN帽层、N-GaN发射区和P-GaN基区，形成电极台面；
5)采用离子注入的方法，在需制作电极的区域形成重掺杂，利于降低退火温度，实现欧姆接触，采用光刻、金属沉积、剥离工艺分别沉积P型和N型电极；
6 )快速退火使电极形成欧姆接触。
[0030]优选的，所述AlN SAW器件的电极至少包含Al、Mo、Ni。
[0031]本发明GaN集成器件工作模式为:
1.利用AlNSAW制作的滤波器，对空间中的射频信号进行滤波处理；
2.将滤波后的信号利用GaNHBT放大器进行放大，同时，PN结可用于限幅器的制作，限幅器的作用是小信号输入时呈现小损耗，大信号输入时进行大幅衰减，有利于对后续集成电路输入端的保护。
[0032]以上所述实施例仅表示本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。
【主权项】
1.一种GaN集成器件，其特征在于:包括外延结构、AlNSAW器件、GaN HBT器件和PN二极管限幅器，所述外延结构由下至上依次为衬底、成核层、GaN过渡层、N-GaN集电区、P-GaN基区、N型发射区、N+-GaN帽层、器件隔离层、AlN层，所述外延结构上开设有2个器件隔离区，所述器件隔离区从AlN层上表面嵌入延伸至GaN过渡层内部，所述器件隔离区将AlN SAW器件、GaN HBT器件和PN二极管限幅器隔开，其中， 所述AlN SAW器件包括在所述GaN过渡层上依次形成的第一N-GaN集电区、第一P-GaN基区、第一 N型发射区、第一 N+-GaN帽层、器件隔离层、AlN层和SAW电极； 所述GaN HBT器件包括在所述GaN过渡层上依次形成的第二N-GaN集电区、第二P-GaN基区、第二N型发射区、第二N+-GaN帽层； 所述PN 二极管限幅器包括在所述GaN过渡层上依次形成的第三N-GaN集电区和第三P-GaN基区； 所述GaN HBT器件和所述PN二极管限幅器所在区域的N-GaN集电区上具有N型电极，所述第二 N+-GaN帽层上具有N型电极，所述第二 N型发射区两侧的第二 P-GaN基区上分别具有P型电极，所述第三P-GaN基区上具有P型电极。2.根据权利要求1所述的一种GaN集成器件，其特征在于:所述衬底至少包含S1、SiC、GaN、蓝宝石、钻石。3.根据权利要求1所述的一种GaN集成器件，其特征在于:所述成核层至少包含A1N、AlxGa1-XN或二者组合，厚度为10 nm-500 nm，实现衬底到GaN生长的过渡。4.根据权利要求1所述的一种GaN集成器件，其特征在于:所述GaN过渡层为N型GaN，掺杂浓度 2 5X 1017cm—3，厚度500 nm-3000 nm。5.根据权利要求1所述的一种GaN集成器件，其特征在于:所述N-GaN集电区为N型GaN，惨杂浓度 < 5X 1017cm—3，厚度0.5 μηι-3μηι。6.根据权利要求1所述的一种GaN集成器件，其特征在于:所述P-GaN基区为P型GaN，掺杂浓度 <5X 1017cm—3，厚度20 nm-500 nm。7.根据权利要求1所述的一种GaN集成器件，其特征在于:所述N型发射区为N型N-AlyGa1-yN，y为0-0.3，掺杂浓度 > I X 1017cm—3，厚度 10nm_500nm。8.根据权利要求1所述的一种GaN集成器件，其特征在于:所述N+-GaN帽层为N型GaN，掺杂浓度 > I X 1018cm—3，厚度 10-500 nm。9.根据权利要求1所述的一种GaN集成器件，其特征在于:所述器件隔离层的厚度10-200 nm，至少包含AlN、SiN010.根据权利要求1所述的一种GaN集成器件，其特征在于:所述AlN层为压电材料，厚度50-500 nm。
【专利摘要】本发明涉及了一种GaN集成器件，包括外延结构、AlN？SAW器件、GaN？HBT器件和PN二极管限幅器，所述外延结构由下至上依次为衬底、成核层、GaN过渡层、N-GaN集电区、P-GaN基区、N型发射区、N+-GaN帽层、器件隔离层、AlN层，所述外延结构上开设有2个器件隔离区，所述器件隔离区从AlN层上表面嵌入延伸至GaN过渡层内部，所述器件隔离区将AlN？SAW器件、GaN？HBT器件和PN二极管限幅器隔开。本发明的有益效果是：将AlN？SAW器件、GaN？HBT器件和PN二极管限幅器集成，实现整个RF接收组件的器件级集成，可进一步提高IC功能，提高集成度，简化系统，降低尺寸，降低成本。
【IPC分类】H01L27/06
【公开号】CN105609499
【申请号】CN201610138376
【发明人】陈一峰
【申请人】成都海威华芯科技有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月11日