[发明专利]ScAlN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法

权利要求书

1.一种ScAlN/GaN高电子迁移率晶体管，自下而上，包括衬底(1)、成核层(2)、GaN沟道层(3)、AlN插入层(4)、势垒层(6)，其特征在于：

所述AlN插入层(4)与势垒层(6)之间增设有In组分x在14％-20％之间，厚度为1nm-10nm的In_xAl_1-xN帽层(5)；

所述势垒层(6)的上部依次设有势垒保护层(7)和绝缘栅介质层(8)，该绝缘栅介质层(8)上设置栅电极；

所述In_xAl_1-xN帽层(5)至绝缘栅介质层(8)两侧均为欧姆接触区，欧姆接触区上分别设置源、漏电极。

2.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述势垒层(6)，采用Sc组分y在15％-20％之间，厚度为1nm-30nm的Sc_yAl_1-yN材料。

3.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：

所述AlN插入层(4)，其厚度为1nm-2nm；

所述势垒保护层(7)，其厚度为1nm-3nm；

所述的绝缘栅介质层(8)，其厚度3nm-20nm。

4.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：衬底采用蓝宝石材料、Si材料、SiC材料、金刚石材料、氮化铝材料和氧化镓材料中的任意一种材料。

5.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：

所述的成核层(2)，采用AlN、AlGaN、AlN/AlGaN超晶格的复合层或GaN、AlGaN、AlN/AlGaN超晶格的复合层，厚度为100nm-240nm；

所述绝缘栅介质层(8)，采用Al₂O₃或HfO₂介质层，厚度为3nm-20nm。

6.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：

所述的沟道层(3)，采用GaN，厚度为1500nm-5000nm；

所述的势垒保护层(7)，采用GaN或AlN，其厚度为1nm-3nm。

7.一种ScAlN/GaN高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在衬底基片(1)上，利用金属有机物化学气相淀积方法生长100nm-240nm的成核层(2)；

2)用金属有机物化学气相淀积方法，在成核层(2)上生长1500nm-5000nm的GaN沟道层(3)；

3)用金属有机物化学气相淀积方法，在GaN沟道层(3)上生长厚度为1nm-2nm的AlN插入层(4)；

4)用金属有机物化学气相淀积方法，在AlN插入层(4)上生长In组分x在14％-20％之间，厚度为1nm-10nm的InAlN帽层(5)；

5)用分子束外延方法，在InAlN帽层(5)上生长Sc组分y在15％-20％之间，厚度为1nm-30nm的ScAlN势垒层(6)；

6)用分子束外延方法，在ScAlN势垒层(6)上生长厚度为1nm-3nm的势垒保护层(7)；

7)采用原子层淀积工艺，在势垒保护层(7)上形成厚度为3nm-20nm的绝缘栅介质层(8)；

8)采用电子束蒸发工艺，在绝缘栅介质层(8)上淀积Ni/Au金属组合，形成栅电极；

9)对绝缘栅介质层两端进行干法刻蚀处理至AlN插入层上方，形成凹槽；再用分子束外延方法在凹槽区域生长厚度为6nm-63nm的Si掺杂n型GaN层，Si的剂量为(0.5-1)x10²⁰cm^-3，并进行剂量为(0.5-1)x10²⁰cm^-3的n型Si离子注入，形成欧姆接触区域；

10)采用电子束蒸发工艺，在源电极和漏电极图形区先淀积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au，再在830℃氮气气氛下退火，形成源电极和漏电极，完成器件制作。