[发明专利]离子注入的一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法

权利要求书

1.一种离子注入的一维电子气GaN基HEMT器件，其结构自下而上包括：衬底（1）、缓冲层（2）、势垒层（3）、钝化层（7）和保护层（8）；势垒层（3）上的两端分别为源极（4）和漏极（5），钝化层（7）位于源极（4）和漏极（5）之间的势垒层（3）上，该钝化层（7）上开有栅槽，栅槽中设有栅极（6）。

其特征在于：

所述的缓冲层（2）采用GaN半导体材料；

所述的势垒层（3）采用AlGaN半导体材料，该势垒层（3）上的局部区域注入有负离子，注入有负离子的区域为若干相互隔开的条形，条形之间未注入离子的区域宽度为纳米量级，注入有负离子的区域横向隔断二维电子气导电沟道，在未注入离子区域下面的异质结中形成一维电子气。

2.根据权利要求1所述的一维电子气GaN基HEMT器件，其特征在于注入有负离子的区域的宽度均为50nm～500nm，未注入离子区域的宽度均为10nm～100nm，且注入有负离子的区域与未注入离子的区域周期性排列。

3.一种离子注入的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：

1）在衬底上外延厚度为1～5μm的GaN半导体材料，作为缓冲层；

2）在缓冲层上淀积厚度为10～50nm的AlGaN半导体材料，作为势垒层，其中AlGaN材料的Al组分为15%～30%；

3）在势垒层上第一次制作掩膜，以进行源极和漏极光刻，并在势垒层的两端淀积金属，分别制作源极和漏极；

4）在势垒层上第二次制作掩膜，以进行台面光刻，然后进行台面刻蚀，将二维电子气导电沟道完全刻断以实现对器件的隔离，其中台面刻蚀深度为100nm～300nm，台面间距为3～8μm；

5）在势垒层上涂电子光刻胶，采用电子束光刻出所需要的量子线图形，该量子线图形为若干相互隔开的条形，条形的宽度均为50nm～500nm，条形之间的间隔均为10nm～100nm，并且该条形周期性排列；然后采用离子注入方法在势垒层上进行局部离子注入，其中注入的离子为负离子，且离子注入剂量使离子注入区域下面的异质结中的二维电子气被完全耗尽；

6）在源极和漏极的上部以及势垒层上的其它区域淀积厚度为0.04～0.6μm的钝化层；

7）在钝化层上制作掩膜，刻蚀栅槽，并在栅槽中淀积金属，制作栅极；

8）在栅极和钝化层的上部淀积厚度为0.2～1.5μm的保护层；

9）在钝化层和保护层上进行互连开孔光刻及刻蚀，并蒸发互连金属。

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，其特征在于所述的衬底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所述的制备方法，其特征在于所述步骤3）中在势垒层两端淀积的金属，采用Ti/Al/Ni/Au金属组合，其中Ti的厚度为0.01～0.045μm，Al的厚度为0.05～0.25μm，Ni的厚度为0.03～0.2μm，Au的厚度为0.02～0.15μm。

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，其特征在于所述步骤5）中采用离子注入方法在势垒层上进行局部离子注入，采用氟等离子体处理方法进行。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于采用氟等离子体处理方法在势垒层上进行局部离子注入，采用CF₄反应气体或SF₆反应气体进行。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于采用CF₄反应气体在势垒层上进行局部离子注入的工艺条件为：反应气体CF₄的流量为20～100sccm，压力为5～20mT，功率为50～200W。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于采用SF₆反应气体在势垒层上进行局部离子注入的工艺条件为：反应气体SF₆的流量为10～100sccm，压力为10～30mT，功率为50～200W。

10.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7）所述的在栅槽中淀积的金属，采用Ni/Au/Ni金属组合，其中第一层Ni的厚度为0.01～0.15μm，Au的厚度为0.08～0.45μm，第二层Ni的厚度为0.01～0.15μm。