[发明专利]石墨烯器件与GaN器件异质集成结构及制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯器件与GaN器件异质集成结构及制备方法，可以在GaN基单片上同时集成P型石墨烯器件和N型GaN器件，以替代传统的Si‑CMOS；插入在AlGaN势垒层和第二Al₂O₃层之间的第二石墨烯层可提高GaN器件的散热，同时可降低欧姆接触电阻，总体提升GaN器件性能；第一Al₂O₃层作为石墨烯器件的隔离埋氧层，第二Al₂O₃层则作为石墨烯器件与GaN器件的栅氧介质层，且所述第一Al₂O₃层及第二Al₂O₃层可直接作为石墨烯器件与GaN器件的隔离侧墙，以减少制备工艺，降低成本，提高器件质量。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种石墨烯器件与GaN器件异质集成结构及制备方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，更小、集成度更高的芯片受到越来越大的重视，其中，单片集成各种功能器件，以使整个封装模块做到体积更小、性能更高、节约后道工艺成本越来越受到人们的关注。

作为第三代半导体材料的代表，氮化镓(GaN)具有如高临界击穿电场、高电子迁移率、高二维电子气浓度和良好的高温工作能力等许多优良的特性，因此，基于GaN的第三代半导体器件，如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结场效应晶体管(HFET)等已经得到了应用，尤其在射频、微波等需要大功率和高频率的领域具有明显优势。

GaN作为第三代半导体材料，其在频率、耐压方面的性能超过Si技术，但目前尚无采用GaN基的可替代Si-CMOS的技术。

因此，提供一种石墨烯器件与GaN器件异质集成结构及制备方法，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石墨烯器件与GaN器件异质集成结构及制备方法，用于解决现有技术中尚无采用GaN基替代Si-CMOS的技术的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种石墨烯器件与GaN器件异质集成结构的制备方法，包括以下步骤：

提供外延叠层，所述外延叠层包括自下而上堆叠设置的GaN沟道层及AlGaN势垒层；

于所述外延叠层上形成第一Al₂O₃层；

采用光刻法定义GaN器件区，并去除位于所述GaN器件区中的所述第一Al₂O₃层，显露所述外延叠层；

采用薄膜转移技术，形成石墨烯层，所述石墨烯层包括覆盖所述第一Al₂O₃层的第一石墨烯层及覆盖所述外延叠层的第二石墨烯层；

形成第二Al₂O₃层，所述第二Al₂O₃层覆盖所述石墨烯层及显露的所述第一Al₂O₃层的侧壁；

采用光刻法，分别定义所述GaN器件与所述石墨烯器件的源区及漏区，并去除所述源区及漏区所对应的所述第二Al₂O₃层，形成分别对应于所述GaN器件与所述石墨烯器件的源极及漏极，且所述源极及漏极均与对应的所述石墨烯层相接触；

采用光刻法，分别定义所述GaN器件与所述石墨烯器件的栅区，形成分别对应于所述GaN器件与所述石墨烯器件的栅极，且所述栅极位于所述第二Al₂O₃层上。