高电子迁移率晶体管、制备方法、功率放大/开关器与流程

1.本技术涉及一种高电子迁移率晶体管(high-electron-mobility transistor，hemt)及其制备方法，应用其的功率放大器和功率开关器。


背景技术：

2.半导体技术是二十世纪至今最为重要的也是最具有影响力的高新技术之一。以氮化镓(gan)为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和电子漂移速度高等优异的特性，与algan材料形成的异质结构中还可形成高浓度(10
13
cm-2
)的二维电子气(2deg)，是高温、高压、高频、大功率微波器件的理想材料。通过二十多年快速发展，gan基hemt已经成为高性能射频系统的首选，不仅在军用装备中大显身手，在民用通信领域如4g和5g移动通信基站建设中也大放异彩。gan基hemt作为三端器件，其源极和漏极均采用欧姆接触(金属与半导体接触)工艺制作金属电极，以实现信号的接地功能和信号的输出功能。欧姆接触性能的好坏不仅会直接影响到器件的饱和输出电流、导通电阻、击穿电压等关键的性能指标，还会影响到器件在高频和高温等应用场景下的性能和可靠性。


技术实现要素：

3.本技术实施例第一方面提供了一种高电子迁移率晶体管，包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的成核层、缓冲层、gan沟道层和algan势垒层。所述algan势垒层中开设有相互间隔的两个通孔，每一个通孔沿所述algan势垒层的厚度方向贯穿所述algan势垒层且每一个通孔的孔壁具有至少一级阶梯结构，每一个通孔具有远离所述衬底的上开口和靠近所述衬底的下开口，且所述上开口的开口面积大于所述下开口的开口面积。所述高电子迁移率晶体管还包括源极和漏极，所述源极和所述漏极分别填满一个通孔且直接接触连接所述gan沟道层。
4.所述gan基高电子迁移率晶体管，通过在设置源极和漏极的通孔的孔壁设计阶梯结构，形成欧姆金属材料(源极和漏极的金属材料)与algan势垒层形成多阶梯接触，增大了欧姆金属材料与所述algan势垒的接触面积，影响势垒形状，进而增大了形成隧穿电流的可能性，降低欧姆接触电阻，提升所述gan基高电子迁移率晶体管的性能。
5.本技术实施方式中，每一个通孔包括沿所述algan势垒层的厚度方向依次连通的至少两个孔部，且沿所述algan势垒层的厚度方向且指向所述衬底的方向所述至少两个孔部的开口面积逐个减小。
6.通孔的上述结构保证了沿所述algan势垒层的厚度方向且指向所述衬底的方向，所述通孔孔壁具有至少一级阶梯结构且通孔逐级变小。
7.本技术实施方式中，所述源极和漏极均相对突出于所述algan势垒层远离所述衬底的表面；且所述源极和所述漏极均延伸进入所述gan沟道层中。
8.所述源极和漏极突出于所述algan势垒层远离所述衬底的表面，便于后续与信号线路实现电性连接。
9.本技术实施方式中，所述源极和所述漏极分别包括依次附着在所述通孔的孔壁上的ti层、al层、金属隔离层、au层，所述金属隔离层的材料选自ni、pt、cr、pd、mo金属中的至少一种。
10.ti层在退火过程中与gan沟道层和algan势垒层发生固相化学反应，形成tin；al层主要作为催化剂促进氮原子与ti的固相化学反应，另外应能够与ti形成功函数低而致密的合金；ti和al均容易形成绝缘的氧化物和氢氧化物，所以需增加au层；而金属隔离层用于阻挡au层和al层的相互扩散。
11.本技术实施方式中，所述ti层的厚度为大于或等于10nm且小于或等于30nm，所述al层的厚度为大于或等于100nm且小于或等于200nm，所述金属隔离层的厚度为大于或等于30nm且小于或等于60nm，所述au层的厚度为大于或等于50nm且小于或等于100nm。
12.通过对源极和漏极的各层金属材料的厚度进行合理设计，保证源极和漏极均与gan沟道层形成良好的欧姆接触。
13.本技术实施方式中，所述高电子迁移率晶体管还包括依次层叠在所述衬底上的成核层和缓冲层；所述成核层位于所述衬底与所述缓冲层之间；所述缓冲层位于所述成核层与所述gan沟道层之间。
14.本技术实施方式中，所述成核层的材质为aln，所述成核层的厚度为大于或等于0.1nm且小于或等于500nm。
15.设置所述成核层是为后续形成在成核层上的gan外延层(包括缓冲层、gan沟道层和algan势垒层)的生长提供平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，使gan外延层生长形成平整的膜层。
16.本技术实施方式中，所述缓冲层的材质为渐变algan或gan/aln超晶格；所述渐变algan中al的含量沿逐渐靠近所述衬底的方向逐渐变大；所述缓冲层的厚度为大于或等于0.1μm且小于或等于10μm。
17.所述缓冲层的设置可缓冲所述高电子迁移率晶体管中的应力。
18.本技术实施方式中，所述gan沟道层的厚度为大于或等于0.1μm且小于或等于10μm，所述algan势垒层的厚度为大于或等于0.1nm且小于或等于50nm。
19.通过对gan沟道层和algan势垒层的厚度进行合理设计，保证高电子迁移率晶体管的良好的性能。
20.本技术实施例第二方面提供了一种高电子迁移率晶体管的制备方法，包括如下步骤。提供衬底，在所述衬底上依次形成gan沟道层和algan势垒层。在所述algan势垒层中开设贯穿所述algan势垒层且相互间隔的两个通孔，每一个通孔的孔壁具有至少一级阶梯结构，每一个通孔具有远离所述衬底的上开口和靠近所述衬底的下开口，且所述上开口的开口面积大于所述下开口的开口面积。在每一个通孔中填充金属材料以分别形成直接接触连接所述gan沟道层的源极和漏极。
21.所述gan基hemt的制备方法，可通过多次循环刻蚀实现algan势垒层，实现通孔的阶梯结构，形成欧姆接触金属与势垒区的多阶梯接触，降低欧姆接触电阻，提升所述gan基hemt器件的性能。
22.本技术实施方式中，当所述通孔的孔壁具有一级阶梯结构，形成所述通孔包括如下步骤。所述algan势垒层上形成图案化的光刻胶层，使所述光刻胶层局部覆盖所述algan
势垒层远离所述衬底的上表面，未被所述光刻胶层覆盖的所述上表面的区域为源漏开窗区。采用干法蚀刻从所述源漏开窗区蚀刻所述algan势垒层，蚀刻深度小于所述algan势垒层的厚度。局部去除所述光刻胶层围绕所述源漏开窗区的部位以增大所述源漏开窗区。采用干法蚀刻从增大的源漏开窗区进一步蚀刻所述algan势垒层至到蚀刻穿所述algan势垒层。
23.通过两次干法蚀刻algan势垒层和一次干法蚀刻光刻胶层，可实现通孔孔壁具有一级阶梯结构且通孔逐级变小。
24.本技术实施方式中，当所述通孔的孔壁具有至少两级阶梯结构，形成所述通孔包括如下步骤。在所述algan势垒层上形成图案化的光刻胶层，使所述光刻胶层局部覆盖所述algan势垒层远离所述衬底的上表面，未被所述光刻胶层覆盖的所述上表面的区域为源漏开窗区。采用干法蚀刻从所述源漏开窗区蚀刻所述algan势垒层，蚀刻深度小于所述algan势垒层的厚度；局部去除所述光刻胶层围绕所述源漏开窗区的部位以增大所述源漏开窗区。采用干法蚀刻从增大的所述源漏开窗区进一步蚀刻所述algan势垒层，且不蚀刻穿所述algan势垒层。参上重复进行局部去除所述光刻胶层围绕所述源漏开窗区的部位的步骤和干法蚀刻所述algan势垒层的步骤至少一次，直到蚀刻穿所述algan势垒层。
25.通过至少两次干法蚀刻algan势垒层和至少一次干法蚀刻光刻胶层，可实现通孔孔壁具有至少两级阶梯结构且通孔逐级变小。
26.本技术实施方式中，所述干法蚀刻采用cl2和bcl3的混合气体作为蚀刻气体；局部去除所述光刻胶层采用o2作为蚀刻气体。
27.通过蚀刻气体的选择，保证对algan势垒层和光刻胶层的蚀刻效果；实现通孔孔壁具有至少一级阶梯结构且通孔逐级变小。
28.本技术实施方式中，所述制备方法还包括：在形成所述通孔后，形成所述源极和所述漏极之前，采用湿法或者等离子处理所述通孔的孔壁，以去除所述通孔的孔壁上的杂质并粗糙化所述通孔的孔壁。
29.该步骤便于后续在所述通孔中沉积源极和漏极的金属材料，提升金属材料与通孔的孔壁的结合强度。
30.本技术实施方式中，形成所述源极和所述漏极的步骤包括：在所述通孔的孔壁上中依次沉积形成ti层、al层、金属隔离层、au层，所述金属隔离层的材料选自ni、pt、cr、pd、mo金属中的至少一种；对沉积形成的ti层、al层、金属隔离层、au层进行退火处理。
31.ti层在退火过程中与gan沟道层和algan势垒层发生固相化学反应，形成tin；al层主要作为催化剂促进氮原子与ti的固相化学反应，另外应能够与ti形成功函数低而致密的合金；ti和al均容易形成绝缘的氧化物和氢氧化物，所以需增加au层；而金属隔离层用于阻挡au层和al层的相互扩散。本技术实施方式中，所述ti层的厚度为大于或等于10nm且小于或等于30nm，所述al层厚度为大于或等于100nm且小于或等于200nm，所述金属隔离层厚度为大于或等于30nm且小于或等于60nm，所述au层的厚度为大于或等于50nm且小于或等于100nm。
32.通过对源极和漏极的各层金属材料的厚度进行合理设计，保证源极和漏极均与gan沟道层形成良好的欧姆接触。
33.本技术实施方式中，所述退火处理的退火温度为大于或等于500℃且小于或等于
800℃。
34.所述源极和所述漏极采用经退火处理的多层金属材料，有利于减小接触电阻。
35.本技术实施方式中，所述制备方法还包括在形成所述gan沟道层和所述algan势垒层之前，在所述衬底上依次形成层叠的成核层和缓冲层；所述成核层位于所述衬底与所述缓冲层之间；所述缓冲层位于所述成核层与所述gan沟道层之间。
36.设置所述成核层是为后续形成在成核层上的gan外延层(包括缓冲层、gan沟道层和algan势垒层)的生长提供平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，使gan外延层生长形成平整的膜层；设置所述缓冲层可缓冲所述高电子迁移率晶体管中的应力。
37.本技术实施例第三方面提供了一种应用上述高电子迁移率晶体管的功率放大器。
38.gan基高电子迁移率晶体管形成有良好的欧姆接触，提升了gan基高电子迁移率晶体管的性能，可应用于射频前端模块中的功率放大器，也可用于通信、仪表、军事应用等的微波和毫米波的功率放大器。
39.本技术实施例第四方面提供了一种应用上述高电子迁移率晶体管的功率开关器。
40.采用本技术的gan基高电子迁移率晶体管将进一步降低开关器件的导通电阻，提高器件的开关转换效率。
附图说明
41.图1是本技术实施例一的hemt的剖面结构示意图。
42.图2是本技术实施例二的hemt的剖面结构示意图。
43.图3是本技术hemt的制备方法的流程图。
44.图4是本技术hemt的制备过程的示意图一。
45.图5是本技术hemt的制备过程的示意图二。
46.图6是本技术hemt的制备过程的示意图三。
47.图7是本技术hemt的制备过程的示意图四。
48.图8是本技术hemt的制备过程的示意图五。
49.图9是本技术hemt的制备过程的示意图六。
50.图10是本技术hemt的制备过程的示意图七。
51.图11是本技术hemt的制备过程的示意图八。
52.图12是应用本技术hemt的功率放大器的局部电路图。
53.图13是应用本技术hemt的功率开关器的电路图。
54.主要元件符号说明
55.hemt：100、200；衬底：10；成核层：20；缓冲层：30；gan沟道层：40；algan势垒层：50；通孔：51；第一孔部：511；第二孔部：513；上开口：512；下开口：514；上表面：52；源极：60；漏极：70；ti层：61；al层：62；金属隔离层：63；au层：64；栅极：80；光刻胶层：90；源漏开窗区：91；补偿器：310；输入匹配网络：330；电阻：350；电源：410；二极管：420；电感：430。
具体实施方式
56.下面结合本技术实施例中的附图对本技术实施例进行描述。
57.5g的关键技术之大规模天线技术中，基站收发信机上使用了大量的阵列天线，这
种阵列天线结构包括相应的射频收发单元，高输出功率、线性度和功耗要求也推动了基站部署的功率放大器从ldmos转换为gan基hemt。利用gan基hemt的小尺寸和功率密度高的特点可以实现高度集成化的产品解决方案，如模块化射频前端器件。
58.algan/gan异质结hemt结构中algan的禁带宽度大，没有合适的单一金属材料可以与其直接形成接触电阻较小的欧姆接触。当前，业界普遍采用的方法是利用磁控溅射或者电子束蒸发的金属ti，然后经过退火后与algan形成合金效应，如此通过增加电子隧穿几率的方法来减少接触电阻。然而，随着器件性能需求的不断提升，特别是器件在低压场景的应用需求的出现，对algan/gan异质结hemt的欧姆接触工艺的优化改进也提出了更大的挑战，降低欧姆接触电阻实现进一步的降低串联电阻，减小寄生效应，提升器件的放大能力和效率，是射频和功率algan/gan异质结hemt器件研究的重要方向。
59.本技术提供一种gan基hemt，其可有效降低欧姆接触电阻，提升gan基hemt器件的性能。本技术的gan基hemt可应用于用于通信、仪表、军事应用等的微波和毫米波功率放大器，包括但不限于单片微波集成电路(mmic)、射频前端模块等。
60.本技术的gan基hemt，除了可以应用于射频领域低压gan基hemt功放器件领域外，还可以应用于手机、平板等终端产品中快速充电领域低压gan基hemt功率开关器件。由于该领域的工作电压较低，对器件击穿电压要求不高，因此，采用本技术的gan基hemt将进一步降低开关器件的导通电阻，提高器件的开关转换效率。
61.如图1所示，所述hemt100包括衬底10以及依次层叠在所述衬底10上的gan沟道层40和algan势垒层50。所述algan势垒层50中开设有相互间隔的两个通孔51，每一个通孔51沿所述algan势垒层50的厚度方向贯穿所述algan势垒层50且每一个通孔51的孔壁具有一级阶梯结构。每一个通孔51具有远离所述衬底10的上开口512和靠近所述衬底10的下开口514，且所述上开口512大于所述下开口514。所述hemt100还包括设置在所述algan势垒层50远离所述衬底10的上表面52的源极60和漏极70。所述源极60和所述漏极70相互间隔，且分别填满一个通孔51且直接接触连接所述gan沟道层40。所述源极60和所述漏极70均相对突出于所述algan势垒层50的上表面52。
62.如图1所示，所述通孔51具有一级阶梯结构，所述通孔51包括沿所述algan势垒层50的厚度方向相互连通的第一孔部511和第二孔部513，其中所述第二孔部513相对所述第一孔部511更靠近所述gan沟道层40，所述第一孔部511的开口面积大于所述第二孔部513的开口面积。所述通孔51贯穿所述algan势垒层50后还延伸进入所述gan沟道层40中，即所述源极60和所述漏极70还延伸插入所述gan沟道层40中。
63.如图1所示，所述hemt100还包括依次层叠在所述衬底10上的成核层20和缓冲层30；所述成核层20位于所述衬底10与所述缓冲层30之间；所述缓冲层30位于所述成核层20与所述gan沟道层40之间。图2所示的hemt200，与图1的所示的hemt100基本相同，不同在于，hemt200的通孔51具有两级阶梯结构。即，每一个通孔51包括沿所述algan势垒层50的厚度方向依次连通设置的三个孔部(图未示)，且沿所述algan势垒层50的厚度方向且指向所述衬底10的方向三个孔部的开口逐个减小。
64.可以理解的，本技术的hemt的通孔51的孔壁不限于具有一级阶梯或两级阶梯，只要具有一级及以上阶梯即可。
65.可以理解的，本技术中，每一个通孔51包括沿所述algan势垒层50的厚度方向依次
连通设置的至少两个孔部(图未示)，且沿所述algan势垒层50的厚度方向且指向所述衬底10的方向所述至少两个孔部的开口逐个减小；而所述源极60和所述漏极70分别逐级变细。
66.所述algan势垒层50用于配合所述gan沟道层40并在所述gan沟道层40与所述algan势垒层50相接区域通过极化作用产生二维电子气(2deg)，从而导通电流。如果三维固体中，电子的运动在某一个方向(如z方向)上受到阻挡(限制)，电子只能在另外两个方向(x、y方向)上自由运动，这种具有两个自由度的自由电子就称为2deg。所述源极60与所述漏极70用于在电场效应下使所述2deg在源极60与漏极70之间的沟道层内流动，所述源极60与漏极70之间的导通发生在沟道层中的二维电子气处。
67.本技术中，所述源极60和漏极70的金属材料(欧姆接触金属)与algan势垒层50和gan沟道层40均接触，且欧姆接触金属与势垒层为阶梯式接触，这种阶梯式的接触结构使得2deg和algan势垒层50形成面接触，和gan沟道层40形成线接触，这种双接触模式进一步增加了2deg向金属层隧穿几率，从而减小了界面电阻。需要解释的是，因为电子在gan沟道层以2deg形式存在，可忽略电子在gan沟道层内传输的厚度，因此，在欧姆接触金属与gan沟道层40直接接触的区域，gan沟道层中的电子直接从此区域进入源极60和漏极70的金属中，定义为线接触。还需要解释的是，在欧姆接触金属与algan势垒层50接触的区域，2deg在电场作用下，从gan沟道层40穿过algan势垒层50进入源极60和漏极70的金属中，因为整个区域都有金属覆盖，因此电子在整个区域都可以传输，定义为面接触。
68.本技术通过设计阶梯状的通孔51设置所述源极60和漏极70，实现algan势垒层50局部区域被部分刻蚀未贯穿algan势垒层50的厚度方向，而局部区域被完全刻蚀贯穿algan势垒层50的厚度方向，通过部分刻蚀区域的algan势垒层50来维持沟道的高浓度二维电子气，并通过完全刻蚀区域金属材料与2deg的线接触，减小欧姆接触电阻。algan势垒层50的部分刻蚀区域的台阶侧面增大了欧姆金属材料与所述algan势垒的接触面积，影响势垒形状，进而增大了形成隧穿电流的可能性，因此可以减小欧姆接触电阻。部分刻蚀区域的金属到2deg的距离减小，从而减小了欧姆接触电阻。
69.参见图1，所述源极60和所述漏极70分别包括ti层61、al层62、金属隔离层63、au层64，由于制备所述源极60和所述漏极70的过程中，ti、al、金属隔离材料、au是采用物理气相沉积的方法依次被沉积到通孔51的孔壁上，因此ti层61、al层62、金属隔离层63、au层64依次附着在所述通孔51的孔壁上。所述ti层61的厚度为大于或等于10nm且小于或等于30nm，所述al层62厚度为大于或等于100nm且小于或等于200nm，所述金属隔离层63厚度为大于或等于30nm且小于或等于60nm，所述au层64的厚度为大于或等于50nm且小于或等于100nm。图1和图2分别示出了由于通孔51的阶梯的级数不同而导致的所述源极60和所述漏极70的两种不同的结构。
70.设置ti层61的主要目的是退火过程中与gan沟道层40和algan势垒层50发生固相化学反应，形成tin，同时gan沟道层40中留下了高密度的氮空位，起到浅施主作用，有利于形成欧姆接触。al层62主要作为催化剂促进氮原子与ti的固相化学反应，另外al层62中的al能够与ti形成功函数低而致密的合金。需要说明的是，功函数(又称功函、逸出功，英文名称为work function)是指要使一粒电子立即从固体表面中逸出，所必须提供的最小能量(通常以电子伏特为单位)。这里“立即”一词表示最终电子位置从原子尺度上远离表面但从宏观尺度上依然靠近固体。然而，ti和al均容易形成绝缘的氧化物和氢氧化物，所以要增加
一个帽层，一般采用化学性质稳定的au；而au和al很容易发生相互扩散，到达gan沟道层40材料表面，不利于形成良好的欧姆接触，需要增加金属隔离层63阻挡au层64和al层62的互相扩散。金属隔离层63的材料选自ni、pt、cr、pd、mo金属中的至少一种。本实施例中，金属隔离层63的材料为ni。ti/al/ni/au是目前gan基材料欧姆接触常用的金属体系。
71.所述衬底10可采用高阻硅(si)衬底或碳化硅(sic)衬底。
72.所述成核层20的材质可为氮化铝(aln)、氮化镓(gan)和氮化镓铝(algan)中的一种或多种。换句话说，成核层20的材质可以为氮化铝、氮化镓或氮化镓铝；成核层20的材质可以由氮化铝、氮化镓和氮化镓铝中的任意两种制成；成核层20的材质也可以由氮化铝、氮化镓和氮化镓铝这三种材质制成。本实施例中，所述成核层20的材质为aln，厚度为0.1nm～500nm。所述成核层20的功能：为后续形成在成核层20上的gan外延层(包括缓冲层30、gan沟道层40和algan势垒层50)的生长提供平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，使缓冲层30、gan沟道层40和algan势垒层50生长形成平整的膜层。
73.本实施例中，所述缓冲层30的材质为渐变algan或gan/aln超晶格(超晶格材料是两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜)。所述缓冲层30的厚度为0.1μm～10μm。渐变algan是指：所述缓冲层30中al的含量沿逐渐靠近所述衬底10的方向逐渐变大。所述缓冲层30用于所述hemt100的应力缓冲。
74.本实施例中，所述gan沟道层40的厚度为0.1μm～10μm，所述algan势垒层50的厚度为0.1nm～50nm。
75.所述hemt100还包括栅极80，所述栅极80在所述衬底10上的正投影位于所述源极60与所述漏极70之间，用于允许或阻碍2deg的通过。所述栅极80采用导电金属材料制成，例如所述栅极80包括层叠设置在所述上表面52的ni层(图未示)和au层(图未示)。本实施例中，所述栅极80位于所述algan势垒层50远离所述衬底10的上表面52。可以理解的，所述栅极80的位置不限于设置于所述algan势垒层50的上表面52，还可以根据需要设置在其他位置。
76.可以理解的是，所述hemt100，200均还可包括其他的一些层(图未示)。本技术所列的各层的厚度范围值均包括端值。
77.如图3所示，本实施例中，所述hemt100，200的制备方法包括如下步骤(理解如下步骤可以结合附图4至图11)。
78.s1：提供衬底，在所述衬底上依次形成成核层20、缓冲层30、gan沟道层40和algan势垒层50；
79.s2：在所述algan势垒层50中开设贯穿所述algan势垒层50且相互间隔的两个通孔51，每一个通孔的孔壁具有至少一级阶梯结构，每一个通孔具有远离所述衬底的上开口512和靠近所述衬底的下开口514，且所述上开口的开口面积大于所述下开口的开口面积；
80.s3：在每一个通孔51中填充金属材料以分别形成源极60和漏极70。
81.步骤s1完成得到的产品请参图4。所述成核层20、所述缓冲层30、所述gan沟道层40与所述algan势垒层50可采用金属有机化合物化学气相沉淀(metal-organic chemical vapor deposition，mocvd)或分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)法依次形成在所述衬底10上。本实施例中，所述成核层20的厚度为0.1nm～500nm，所述缓冲层30的厚度为0.1μm～10μm，所述gan沟道层40的厚度为0.1μm～10μm，所述algan势垒层50的厚度为0.1nm
～50nm。
82.步骤s2请参图5至图10。所述通孔51的开设采用分阶段至少两次蚀刻所述algan势垒层50的方式实现。
83.当所述通孔51的孔壁具有至少两级阶梯结构，形成所述通孔51的步骤包括：
84.如图5所示，在所述algan势垒层50上形成图案化的光刻胶层90，使所述光刻胶层90局部覆盖所述algan势垒层50远离所述衬底10的上表面52，未被所述光刻胶层90覆盖的所述上表面52的区域为源漏开窗区91；
85.如图6所示，采用干法蚀刻从所述源漏开窗区91蚀刻所述algan势垒层50，蚀刻深度小于所述algan势垒层50的厚度；
86.如图7所示，局部去除所述光刻胶层90围绕所述源漏开窗区91的部位以增大所述源漏开窗区91；
87.如图8所示，采用干法蚀刻从增大的所述源漏开窗区91进一步蚀刻所述algan势垒层50，且不蚀刻穿所述algan势垒层50；每一次干法蚀刻algan势垒层50(对应源漏开窗区91)的区域向下蚀刻的深度大致是相等的，如此algan势垒层50的有的地方被干法蚀刻两次，有的区域被干法蚀刻一次，两个区域的蚀刻深度不一样，使蚀刻表面呈阶梯状；
88.如图9和图10所示，参上重复进行局部去除所述光刻胶层90围绕所述源漏开窗区91的部位的步骤和干法蚀刻所述algan势垒层50的步骤各一次，直到蚀刻穿所述algan势垒层50得到通孔51，如此得到通孔51的孔壁呈阶梯状；
89.去除剩下的光刻胶层90。
90.可以理解的，所述通孔51的阶梯结构的级数可以通过调控局部去除所述光刻胶层90围绕所述源漏开窗区91的部位的步骤和干法蚀刻所述algan势垒层50的步骤的次数实现。
91.当所述通孔51的孔壁具有一级阶梯结构，形成所述通孔51的步骤与上述步骤基本相似，但只需要两次干法蚀刻所述algan势垒层50至到蚀刻穿所述algan势垒层50，具体包括：
92.在所述algan势垒层50上形成图案化的光刻胶层90，使所述光刻胶层90局部覆盖所述algan势垒层50远离所述衬底10的上表面52，未被所述光刻胶层90覆盖的所述上表面52的区域为源漏开窗区91；
93.采用干法蚀刻从所述源漏开窗区91蚀刻所述algan势垒层50，蚀刻深度小于所述algan势垒层50的厚度；
94.局部去除所述光刻胶层90围绕所述源漏开窗区91的部位以增大所述源漏开窗区91；
95.采用干法蚀刻从增大的源漏开窗区91进一步蚀刻所述algan势垒层50至到蚀刻穿所述algan势垒层50得到通孔51；每一次干法蚀刻algan势垒层50(对应源漏开窗区91)的区域向下蚀刻的深度大致是相等的，如此algan势垒层50的有的地方被干法蚀刻两次，有的区域被干法蚀刻一次，两个区域的蚀刻深度不一样，使通孔51的孔壁呈阶梯状；
96.去除剩下的光刻胶层90。
97.首次干法蚀刻所述algan势垒层50的蚀刻深度可为所述algan势垒层50的厚度的一半，但不限于此。蚀刻过程中所述gan沟道层40也被部分蚀刻，但未贯穿所述gan沟道层
40。
98.所述干法蚀刻采用cl2和bcl3的混合气体作为蚀刻气体；局部去除所述光刻胶层90采用o2进行蚀刻。
99.可以理解的，阶梯结构的台阶面不限于是与侧壁面垂直，还可设置一定的倾斜角度；另外通孔51的各级阶梯的深度、宽度均可通过蚀刻参数的调整而调整。
100.一实施例中，刻蚀通孔51的具体工艺参数为：在icp(感应耦合等离子体)刻蚀机中，先通入cl2/bcl3混合气体刻蚀algan势垒层50，刻蚀深度为所述algan势垒层50厚度的一半，icp功率30w，射频功率100w，刻蚀时间2min；接着执行抽真空流程，抽取腔内剩余气体，时间1min；再通入o2进行光刻胶层90的刻蚀，icp功率设置50w，下电极功率设置0w，时间3min；然后执行抽真空流程1min，抽取剩余o2；最后再通入cl2/bcl3混合气体，蚀刻穿algan势垒层50接触到gan层。
101.去除剩下的光刻胶层90可采用光刻胶溶剂，例如n-甲基吡咯烷酮(nmp)。具体可为：将产品放入nmp中超声清洗10min，再用酒精超声清洗5min，去离子水冲洗1min。
102.在所述algan势垒层50上形成光刻胶层90前，还可对所述algan势垒层50的上表面52进行清洁，以除去所述上表面52的杂质和沾污。清洁方法具体可为：先放在浓度为4wt％的hf溶液中浸泡一定时间(例如10秒)，去除表面氧化层；然后依次采用丙酮、酒精、去离子水超声清洗去除表面沾污，丙酮、酒精、去离子水的清洗时间可分别为10min、5min和2mi；最后烘干去除表面水分，例如在100℃热台上烘烤5min。
103.在所述algan势垒层50上形成局部覆盖的光刻胶层90的步骤可包括：先在所述algan势垒层50的上表面52形成完全覆盖所述上表面52的光刻胶层90，然后对所述光刻胶层90进行曝光显影以局部去除光刻胶层90(图案化工艺)，光刻胶层90被去除的区域即形成为源漏开窗区91。所述源漏开窗区91包括相互间隔的源极开窗区和漏极开窗区。光刻胶层90可采用涂敷法形成，具体可包括：采用光刻胶(az系列214号)涂覆所述上表面52，设置匀胶参数，例如初始加速500r/min，加速时间9s，匀胶转速4000r/min，时间30s，得到1.2μm厚的光刻胶层90；然后烘烤固化，例如在100℃热台上烘烤2min。
104.所述制备方法还包括：在形成所述通孔51后，且形成所述源极60和所述漏极70之前，采用湿法或者等离子处理所述通孔51的孔壁，去除所述通孔51的孔壁上的杂质以及粗糙化所述通孔51的孔壁。该步骤便于后续在所述通孔中沉积源极和漏极的金属材料，提升金属材料与通孔的孔壁的结合强度。所述湿法可采用碱性溶液。例如将产品浸泡在50℃的氢氧化铵饱和溶液中约10min对刻蚀表面进行修复和清洁，然后再用去离子水冲洗干净，并在热台上烘干。
105.形成所述源极60和所述漏极70的步骤包括：
106.如图11所示，在所述通孔51的孔壁上中依次沉积形成ti层61、al层62、金属隔离层63、au层64，具体可采用物理气相沉积的蒸镀或者溅射，金属蒸发速率可为0.2～0.5nm/s；
107.对沉积形成的ti层61、al层62、金属隔离层63、au层64进行退火处理，以形成良好的欧姆接触。金属隔离层63的材料选自ni、pt、cr、pd、mo金属中的至少一种。
108.本实施例中，所述ti层61的厚度为大于或等于10nm且小于或等于30nm，所述al层62厚度为大于或等于100nm且小于或等于200nm，所述金属隔离层63厚度为大于或等于30nm且小于或等于60nm，所述au层64的厚度为大于或等于50nm且小于或等于100nm。退火温度为
大于或等于500℃且小于或等于800℃。
109.热退火处理具体的工艺可为：向退火炉中充入n2排除退火炉中的空气，设定退火温度为大于或等于500℃且小于或等于800℃，升温时间20s，保温时间2min，降温时间设置30s。
110.所述制备方法还包括：
111.在形成所述源极60和所述漏极70的步骤前，在开设有通孔51后的产品表面形成遮蔽层(图未示)，所述光遮蔽层不覆盖所述通孔51的孔壁；
112.在形成所述源极60和所述漏极70的步骤后，剥离去除产品表面的遮蔽层。
113.所述遮蔽层可采用上述步骤的光刻胶层90，其用于遮蔽产品不需要沉积源极60和漏极70的区域，而仅使所述通孔51相对露出，这样后续步骤在沉积所述源极60和漏极70的金属材料时，金属材料会被沉积到所述通孔51中以及所述遮蔽层的表面；沉积完成后，将所述遮蔽层剥离去除，则所述遮蔽层以及附着在其上的金属材料均会被移除，而通孔51中的金属材料保留。
114.可以理解的，由于最后剥离掉上表面52上的遮蔽层和金属材料，最终形成所述源极60和所述漏极70均相对所述algan势垒层50的上表面52突出。
115.当遮蔽层采用上述步骤的光刻胶层90，剥离去除产品表面的遮蔽层的具体的工艺可为：采用nmp水浴加热50℃，30min；再用丙酮超声清洗5min，酒精超声3min，去离子水冲洗1min，确保遮蔽层上的金属剥离干净，最后再100℃热台烘干。
116.本技术hemt的制备方法，阶梯状通孔51的刻蚀工艺一致性强，稳定性好，适合量产。
117.本技术还提供一种应用上述hemt的功率放大器。如图12所示的一示例性的功率放大器的局部，功率放大器包括所述hemt100，200以及其他的电子元器件，其他的电子元器件包括电阻、电感、电容等。本实施例中，所述hemt100，200的栅极80电性连接输入匹配网络330，源极60接地，漏极70电性连接补偿器310。本实施例中，补偿器310包括串联连接的多个电阻350，所述输入匹配网络330包括电性连接的多个电阻350。可以理解的，功率放大器不限于图12所示，可根据电路设计需要进行调整和设计，相应所述hemt的漏极70和栅极80连接的电子元器件也可根据电路设计需要进行调整和设计。
118.本技术还提供一种应用上述hemt的功率开关器。如图13所示的一示例性的功率开关器，包括所述hemt100，200以及其他的电子元器件，其他的电子元器件可包括电源、电感、二极管等。所述hemt100，200的源极60接地，漏极70连接一电源410，栅极80连接一二极管420的正极和一电感430。可以理解的，所述功率开关器不限于图13所示，可根据电路设计需要进行调整和设计，相应所述hemt100，200的漏极70和栅极80连接的电子元器件也可根据电路设计需要进行调整和设计。
119.需要说明的是，以上仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内；在不冲突的情况下，本技术的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。