[发明专利]一种常闭型硅衬底高电子迁移率晶体管及其制造方法

权利要求书

1.一种常闭型硅衬底高电子迁移率晶体管，包括硅衬底、外延结构、漏极电极、漏极欧姆接触金属层、钝化层、源极电极和栅极电极，其特征在于：包括硅衬底、外延结构、漏极电极、漏极欧姆接触金属层、钝化层、源极电极和栅极电极，其特征在于：所述硅衬底的正面由凸面、凹面和位于凸面两侧的两个Si(111)面组成，其中凸面位于硅衬底正面的最上部，与硅衬底背面平行，凹面位于硅衬底底部两侧且与凸面平行，两个Si(111)面的两端分别与凸面和凹面相交，所述外延结构位于所述凸面和Si(111)面上，从硅衬底开始依次包括缓冲层、高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型层，所述P型层紧挨栅极电极底部，且仅存在于栅极电极下方区域，通过耗尽栅极电极下方的二维电子气而实现对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的关断，成为常闭结构，所述漏极电极设置在所述硅衬底背面，所述漏极欧姆接触金属层位于凹面和外延结构一侧，在所述凹面和AlGaN势垒层之间形成电连接，并通过硅衬底与所述漏极电极导通，所述源极电极位于凸面上的AlGaN势垒层上，栅极电极设置在P型层上，且位于漏极欧姆接触金属层与源极电极之间。

2.根据权利要求1所述的一种常闭型硅衬底高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述硅衬底电阻率小于等于10Ω·cm，所述硅衬底凸面为Si(110)面、Si(112)面、Si(113)面、Si(114)面、Si(115)面、Si(116)面、Si(117)面、Si(221)面、Si(331)面、Si(551)面、Si(661)面中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种常闭型硅衬底高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述高阻层为掺C元素的GaN、掺Fe元素的GaN、掺C元素的AlGaN或掺Fe元素的AlGaN中的一种或者组合，所述高阻层的厚度为1～10μm，所述GaN沟道层为非故意掺杂的GaN层，厚度为100nm～500nm，所述AlGaN势垒层为Al_xGa_1-xN层，厚度为10nm～30nm，其中0.1≤x≤0.5，所述P型层为掺Mg元素的P-GaN或者掺Mg元素的P-AlGaN。

4.根据权利要求1中所述的一种常闭型硅衬底高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供电阻率小于等于10Ω·cm的硅衬底，硅衬底晶面是Si(110)面、Si(112)面、Si(113)面、Si(114)面、Si(115)面、Si(116)面、Si(117)面、Si(221)面、Si(331)面、Si(551)面、Si(661)面中的一种，在所述硅衬底正面局部利用光刻腐蚀技术形成SiO₂腐蚀掩膜；

(2)对所述形成了SiO₂腐蚀掩膜的硅衬底正面进行选择性腐蚀，之后去除SiO₂腐蚀掩膜，使硅衬底正面形成由凸面、凹面和位于凸面两侧的两个Si(111)面组成的形貌，其中凸面位于硅衬底正面的最上部，是在选择性腐蚀过程中被SiO₂腐蚀掩膜保护的区域，凹面和两个Si(111)面是选择性腐蚀形成的新面，凹面位于硅衬底底部且与凸面平行，两个Si(111)面的两端分别与凸面和凹面相交；

(3)在所述硅衬底正面的凸面、凹面和Si(111)面上生长SiO₂，并通过光刻腐蚀技术去除凸面和Si(111)面上的SiO₂，保留凹面上的SiO₂，形成SiO₂生长掩膜；

(4)在所述硅衬底正面的凸面和Si(111)面上选择性生长外延结构，所述外延结构从硅衬底开始依次包括缓冲层、高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型层，同时会在所述硅衬底正面的SiO₂生长掩膜上方形成多晶外延薄膜，所述高阻层为掺C元素的GaN、掺Fe元素的GaN、掺C元素的AlGaN或掺Fe元素的AlGaN中的一种或者组合，所述高阻层的厚度为1～10μm，所述GaN沟道层为非故意掺杂的GaN层，厚度为100nm～500nm，所述AlGaN势垒层为Al_xGa_1-xN层，厚度为10nm～30nm，其中0.1≤x≤0.5，所述P型层为掺Mg元素的P-GaN或者掺Mg元素的P-AlGaN；

(5)腐蚀去除所述硅衬底正面的SiO₂生长掩膜上方形成的多晶外延薄膜，之后去除SiO₂生长掩膜；

(6)通过光刻腐蚀技术腐蚀掉需制作栅极电极之外区域的P型层；

(7)在凹面和外延结构上生长钝化层；

(8)利用光刻腐蚀技术腐蚀掉需制作源极电极和漏极欧姆接触金属层位置的钝化层；

(9)利用剥离技术制作源极电极和漏极欧姆接触金属层，使漏极欧姆接触金属层在所述凹面和AlGaN势垒层之间形成电连接，源极电极位于凸面上的AlGaN势垒层上；

(10)利用光刻腐蚀技术腐蚀掉P型层上方的钝化层，之后利用剥离技术制作栅极电极；

(11)在所述硅衬底背面制作漏极电极。