[发明专利]基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构及其制备方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供半导体衬底；

于所述半导体衬底上形成外延结构，所述外延结构包括氮化镓层及形成于所述氮化镓层表面的铟铝氮势垒层；

于所述铟铝氮势垒层表面形成石墨烯薄膜；

于所述石墨烯薄膜表面形成源极电极及漏极电极；

于所述源极电极及所述漏极电极之间的所述外延结构上定义出栅极开口，所述栅极开口穿过所述石墨烯薄膜显露所述铟铝氮势垒层，其中，于所述外延结构上定义出所述栅极开口的步骤包括：

于所述源极电极及所述漏极电极表面及二者周围的所述石墨烯薄膜上形成遮蔽钝化层，且所述遮蔽钝化层中形成有刻蚀开口；

以所述遮蔽钝化层作为刻蚀掩膜进行刻蚀，以去除所述刻蚀开口对应位置的所述石墨烯薄膜形成所述栅极开口；以及

于所述栅极开口对应的所述铟铝氮势垒层上形成介质钝化层，并于所述介质钝化层上形成栅极结构，以制备氮化镓器件。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，所述外延结构还包括缓冲层，所述缓冲层形成于所述半导体衬底上，且所述氮化镓层形成于所述缓冲层上。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，形成所述源极电极及所述漏极电极的步骤包括：

于所述石墨烯薄膜上形成刻蚀掩膜材料层；

通过光刻工艺于所述刻蚀掩膜材料层上形成源极电极开口及漏极电极开口，且所述源极电极开口及所述漏极电极开口均显露所述石墨烯薄膜；

于所述源极电极开口对应的所述石墨烯薄膜表面沉积源极电极，并于所述漏极电极开口对应的所述石墨烯薄膜表面沉积漏极电极。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，采用原子层刻蚀工艺刻蚀去除所述石墨烯薄膜以形成所述栅极开口，采用原子层沉积工艺形成所述介质钝化层，且所述石墨烯薄膜的刻蚀工艺及所述介质钝化层的沉积工艺基于同一反应腔室。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，所述铟铝氮势垒层的构成包括InxAl1-xN层，其中，x的取值范围介于0.12-0.2之间。

6.根据权利要求5所述的基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，所述铟铝氮势垒层的厚度介于5nm-10nm之间，所述氮化镓层的厚度介于0.8μm-1.2μm之间，所述石墨烯薄膜的厚度介于1原子层-5原子层之间。

7.一种基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构，其特征在于，所述器件结构包括：

半导体衬底；

外延结构，形成于所述半导体衬底上，所述外延结构包括氮化镓层及形成于所述氮化镓层表面的铟铝氮势垒层；

石墨烯薄膜，形成于所述铟铝氮势垒层表面；

源极电极及漏极电极，均形成于所述石墨烯薄膜表面；

介质钝化层，穿过所述石墨烯薄膜形成于所述铟铝氮势垒层上；

栅极结构，形成于介质钝化层上，以形成氮化镓器件；

所述器件结构还包括具有刻蚀开口的遮蔽钝化层，所述遮蔽钝化层形成于所述源极电极、所述漏极电极及其周围的所述石墨烯薄膜的表面，且所述介质钝化层及所述栅极结构对应所述刻蚀开口形成。

8.根据权利要求7所述的基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构，其特征在于，所述外延结构还包括缓冲层，所述缓冲层形成于所述半导体衬底上，且所述氮化镓层形成于所述缓冲层上。

9.根据权利要求7所述的基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构，其特征在于，所述介质钝化层包括原子层沉积工艺形成的高介电常数介质层，所述介质钝化层的厚度介于3nm-12nm之间。