[发明专利]一种GaN基增强型MOS高电子迁移率晶体管器件及其制备方法

权利要求书

1.一种GaN基增强型MOS HEMT器件，其特征在于，包括衬底、缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、AlN势垒层、AlON介质层、钝化层、高k栅介质层、栅金属层、和源漏金属层；所述缓冲层叠置在所述衬底之上；所述GaN沟道层叠置在所述缓冲层之上：所述AlGaN势垒层叠置在所述GaN沟道层之上；所述AlN势垒层叠置在所述AlGaN势垒层之上的两侧；所述AlON介质层叠置在所述AlGaN势垒层之上靠近一侧的位置，且其两侧与所述AlN势垒层相接；所述源漏金属层叠置在所述AlN势垒层之上并处于所述GaN基增强型MOS HEMT器件的两侧；所述钝化层处于所述AlN势垒层和所述源漏金属层的靠近栅极一侧之上，且覆盖所述源漏金属层靠近栅极一侧的侧壁；所述高k栅介质层叠置在所述钝化层和所述AlON介质层之上；所述栅金属层叠置在所述高k栅介质层的栅极区域部分之上。

2.如权利要求1所述的一种GaN基增强型MOS HEMT器件，其特征在于，所述AlGaN势垒层的厚度在3埃-6纳米之间。

3.如权利要求1所述的一种GaN基增强型MOS HEMT器件，其特征在于，所述AlN势垒层的厚度在3埃-4纳米之间。

4.如权利要求1所述的一种GaN基增强型MOS HEMT器件，其特征在于，所述AlON介质层的宽度与所述钝化层之间的距离基本相同。

5.一种权利要求1所述GaN基增强型MOS HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在所述衬底上依次外延所述缓冲层、所述GaN沟道层、所述AlGaN势垒层、AlN单晶层；

步骤2：在所述AlN单晶层之上的两侧通过光刻、蒸发、剥离的方式形成所述源漏金属层；

步骤3：沉积所述钝化层的材料层，采用光刻、剥离、干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除栅极区域的所述钝化层的材料层；

步骤4：沉积所述高k栅介质的材料层，利用含臭氧气体或氧等离子体透过所述高k栅介质层的材料层来氧化栅极区域的AlN单晶层，生成所述AlON介质层；

步骤5：在所述高k栅介质的材料层上形成所述栅金属层；

步骤6：去除所述源漏金属层上的部分所述钝化层的材料层和部分所述高k栅介质层的材料层，形成所述钝化层和所述高k栅介质层。

6.如权利要求5所述的GaN基增强型MOS HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述高k栅介质层的材料层的沉积方法包括原子层沉积、等离子增强化学气相沉积、磁控溅射、分子束外延或金属有机化学气相沉积中的一种或多种沉积方法，所述高k栅介质层为高介电常数的氧化物，包括铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基、钇基氧化物，所述高k栅介质层的氧化物中的掺杂元素为铝、锆、铪、钆、镓、镧、钽、氮、磷、钇中的一种或多种，所述高k栅介质层的厚度在3埃-6纳米之间。

7.如权利要求5所述的GaN基增强型MOS HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述含臭氧气体是臭氧，或臭氧与氮气、氦气、氩气中的一种或多种混合后的气体，所述含臭氧气体透过所述高k栅介质层的材料层来氧化栅极区域的AlN单晶层，所述氧化的时间为1毫秒-5小时之间。

8.如权利要求5所述的GaN基增强型MOS HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述氧等离子体是由氧气、臭氧、氦气、氩气中的的一种或多种混合后的气体，经过等离子体发生器离化形成的等离子体，所述氧等离子体透过所述高k栅介质层的材料层来氧化栅极区域的AlN单晶层。

9.如权利要求8所述的GaN基增强型MOS HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述等离子体发生器的工作功率在0-200瓦每平方厘米之间，所述氧等离子体的氧化时间为1毫秒-5小时之间。

10.如权利要求5所述的GaN基增强型MOS HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述栅极区域的AlN单晶层氧化成为所述AlON介质层以后，降低所述GaN沟道层栅极区域上方界面的极性，使得所述GaN沟道层栅极区域的二维电子气耗尽，用于制备增强型MOSHEMT器件。