[发明专利]横向过生长一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法

权利要求书

1.一种横向过生长一维电子气GaN基HEMT器件，自下而上包括衬底（1）、缓冲层（2）、势垒层（4）、钝化层（8）和保护层（9）；势垒层（4）上的两端分别为源极（6）和漏极（7），钝化层（8）位于源极（6）和漏极（7）之间的势垒层（4）上，该钝化层（8）上开有栅槽，栅槽中设有栅极（5），其特征在于：

所述的势垒层（4）采用AlGaN半导体材料；

所述的缓冲层（2）采用GaN半导体材料，该缓冲层（2）中设有按周期性排列的掩蔽层条（3），每两个掩蔽层条（3）之间的间隔为纳米量级，以形成一维电子气。

2.根据权利要求1所述的一维电子气GaN基HEMT器件，其特征在于每个掩蔽层条（3）的宽度均为50nm～500nm，每两个掩蔽层条（3）之间的间隔均为10nm～100nm。

3.一种横向过生长一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：

A．外延GaN缓冲层（2）：

采用金属有机物化学气相淀积MOCVD或分子束外延MBE或氢化物气相外延HVPE在衬底（1）上外延厚度为1～5μm的GaN半导体材料，作为缓冲层（2）；

B．淀积掩蔽层，刻蚀掩蔽层条（3）：

B1）采用化学气相淀积或蒸发或原子层淀积或溅射或分子束外延在缓冲层（2）上淀积一层厚度为10～50nm的SiN或SiO₂掩蔽层；

B2）在掩蔽层上涂电子光刻胶，并采用电子束光刻出所需要的量子线图形；

B3）采用反应离子刻蚀方法或感应耦合等离子体刻蚀方法刻蚀掩蔽层形成周期性排列的掩蔽层条（3），每两条之间露出缓冲层窗口；每个掩蔽层条（3）的宽度均为50nm～500nm，每个缓冲层窗口的宽度均为10nm～100nm；

C．在缓冲层窗口上继续生长GaN，然后淀积AlGaN势垒层（4）：

C1）采用金属有机物化学气相淀积MOCVD或分子束外延MBE或氢化物气相外延HVPE在缓冲层窗口上继续生长GaN，当GaN在SiN或SiO₂掩蔽层条上横向生长连成整体后，停止GaN的生长；

C2）采用金属有机物化学气相淀积MOCVD或分子束外延MBE或氢化物气相外延HVPE在GaN缓冲层（2）上淀积厚度为10～50nm的AlGaN半导体材料，形成势垒层（4），其中AlGaN材料的Al组分为15%～30%；

D．制作源极（6）和漏极（7）：

采用电子束蒸发技术或溅射技术在势垒层（4）的两端淀积金属，分别制作源极（6）和漏极（7）；

E．台面刻蚀：

采用反应离子刻蚀方法或感应耦合等离子体刻蚀方法进行台面刻蚀，将二维电子气导电沟道完全刻断以实现对器件的隔离；

F．淀积钝化层（8）：

采用化学气相淀积或蒸发或原子层淀积或溅射或分子束外延在源极（6）和漏极（7）的上部以及势垒层（4）上的其它区域淀积钝化层（8）；

G．制作栅极（5）：

采用反应离子刻蚀方法或感应耦合等离子体刻蚀方法在钝化层（8）上刻蚀出栅槽，然后使用电子束蒸发技术或溅射技术在栅槽中淀积金属，制作栅极（5）；

H．淀积保护层（9）：

采用化学气相淀积或蒸发或原子层淀积或溅射或分子束外延在栅极（5）和钝化层（8）的上部淀积保护层（9）；

I．蒸发互连金属：

在钝化层（8）和保护层（9）上进行互连开孔光刻和刻蚀，并进行互连金属蒸发，完成整个器件制作。

4.根据权利要求3所述的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于衬底（1）采用蓝宝石衬底或碳化硅衬底或硅衬底材料。

5.根据权利要求3所述的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于步骤B采用反应离子刻蚀方法刻蚀掩蔽层的工艺条件为：反应气体为CF₄，CF₄的流量为10～50sccm，压力为5～20mT，功率为50～200W。

6.根据权利要求3所述的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于步骤B采用感应耦合等离子体刻蚀方法刻蚀掩蔽层的工艺条件为：反应气体为CF₄，CF₄的流量为5～30sccm，压力为1～3Pa，功率为100～500W。