选区外延的一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法

摘要

本发明公开了一种选区外延的一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法，主要解决现有一维电子气器件高温高压特性、频率特性及功率特性较差的问题。该器件自下而上包括衬底、缓冲层、钝化层和保护层；缓冲层采用GaN，该缓冲层上设有按周期性间隔排列的势垒层条和掩蔽层条；势垒层条上的两端分别为源极和漏极；钝化层位于势垒层条和掩蔽层条上，该钝化层上开有栅槽，栅槽中设有栅极；势垒层条采用AlGaN，每条势垒层条的宽度为纳米量级，以形成一维电子气。本发明与Si基和GaAs基一维电子气器件相比，由于采用材料特性突出的宽禁带半导体GaN，故具有很好的高温高压特性、频率特性和功率特性，可制作超高速低功耗的一维电子气器件。

主权项

一种选区外延的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：A.外延GaN缓冲层：采用金属有机物化学气相淀积MOCVD或分子束外延MBE或氢化物气相外延HVPE在衬底(1)上外延厚度为1～5μm的GaN半导体材料，作为缓冲层(2)；B.淀积掩蔽层，刻蚀掩蔽层条：B1)采用化学气相淀积或蒸发或原子层淀积或溅射或分子束外延在缓冲层(2)上淀积一层厚度为10～50nm的SiN或SiO₂掩蔽层；B2)在掩蔽层上涂电子光刻胶，并采用电子束光刻出所需要的量子线图形；B3)采用反应离子刻蚀方法或感应耦合等离子体刻蚀方法刻蚀掩蔽层形成周期性排列的掩蔽层条(4)，每两条之间露出缓冲层窗口；每条掩蔽层条(4)的宽度均为50nm～500nm，每个缓冲层窗口的宽度均为10nm～100nm；C.淀积AlGaN势垒层：采用金属有机物化学气相淀积MOCVD或分子束外延MBE或氢化物气相外延HVPE在缓冲层窗口上淀积厚度为10～50nm的AlGaN半导体材料，作为势垒层条(3)，其中AlGaN材料的Al组分为15％～30％；D.制作源极和漏极：D1)在势垒层条(3)和掩蔽层条(4)上第一次制作掩膜，以进行源极和漏极光刻；D2)用电子束蒸发技术或溅射技术在势垒层条(3)的两端淀积金属，分别制作源极(6)和漏极(7)；E.台面光刻和刻蚀：E1)在势垒层条(3)和掩蔽层条(4)上第二次制作掩膜，以进行台面光刻；E2)采用反应离子刻蚀方法或感应耦合等离子体刻蚀方法进行台面刻蚀，将二维电子气导电沟道完全刻断以实现对器件的隔离；F.淀积钝化层：采用化学气相淀积或蒸发或原子层淀积或溅射或分子束外延在源极(6)和漏极(7)的上部以及势垒层条(3)和掩蔽层条(4)上的其它区域淀积钝化层(8)；G.制作栅极：G1)在钝化层(8)上制作掩膜，以进行栅槽光刻；G2)采用反应离子刻蚀方法或感应耦合等离子体刻蚀方法在钝化层(8)上刻蚀出栅槽；G3)使用电子束蒸发技术或溅射技术在栅槽中淀积金属，制作栅极(5)；H.淀积保护层：采用化学气相淀积或蒸发或原子层淀积或溅射或分子束外延在栅极(5)和钝化层(8)的上部淀积保护层(9)；I.蒸发互连金属：I1)在钝化层(8)和保护层(9)上先进行互连开孔光刻；I2)采用反应离子刻蚀方法或感应耦合等离子体刻蚀方法进行互连开孔刻蚀；I3)采用电子束蒸发技术或溅射技术进行互连金属蒸发，完成整个器件制作。