[發明專利]基于刻蝕的一維電子氣GaN基HEMT器件及制備方法

有效

• 申請號: 201310280216.3
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103367428A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 馬曉華;陳偉偉;湯國平;郝躍;趙勝雷
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L21/335
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于刻蝕的一維電子氣GaN基HEMT器件，其結構自下而上包括襯底（1）、緩沖層（2）、勢壘層（3）、鈍化層（9）和保護層（10）；勢壘層（3）上的兩端分別為源極（7）和漏極（8），鈍化層（9）位于源極（7）和漏極（8）之間的勢壘層（3）上，該鈍化層（9）上開有柵槽，柵槽中設有柵極（6），其特征在于：

所述的勢壘層（3）上刻蝕有若干均勻排列的量子線凹槽（4），得到若干寬度為納米量級的量子線凸臺（5），該量子線凹槽（4）橫向隔斷二維電子氣導電溝道，在量子線凸臺（5）的異質結中形成一維電子氣；

所述的緩沖層（2）采用GaN半導體材料；

所述的勢壘層（3）采用AlGaN半導體材料。

2.根據權利要求1所述的一維電子氣GaN基HEMT器件，其特征在于量子線凹槽（4）中的勢壘層厚度小于3nm。

3.根據權利要求1所述的一維電子氣GaN基HEMT器件，其特征在于量子線凹槽（4）的寬度均為50nm～500nm，量子線凸臺（5）的寬度均為10nm～100nm，且量子線凹槽（4）與量子線凸臺（5）周期性排列。

4.一種基于刻蝕的一維電子氣GaN基HEMT器件的制備方法，包括以下步驟：

第一步，在襯底（1）上外延厚度為1～5μm的GaN半導體材料，作為緩沖層（2）；

第二步，在緩沖層（2）上淀積厚度為10～50nm的AlGaN半導體材料，作為勢壘層（3），其中AlGaN材料的Al組分為15%～30%；

第三步，在勢壘層（3）上第一次制作掩膜，進行源極和漏極光刻，并在勢壘層（3）的兩端淀積金屬，分別制作源極（7）和漏極（8）；

第四步，在勢壘層（3）上第二次制作掩膜，進行臺面光刻和臺面刻蝕，將二維電子氣導電溝道完全刻斷以實現對器件的隔離，其中臺面刻蝕深度為100nm～300nm，臺面間距為3～10μm；

第五步，在勢壘層（3）上涂電子光刻膠，采用電子束光刻出所需要的量子線圖形，然后采用反應離子刻蝕方法或感應耦合等離子體刻蝕方法在勢壘層（3）上刻蝕出若干相互隔開的量子線凹槽（4），得到若干量子線凸臺（5），其中量子線凹槽（4）中的勢壘層厚度小于3nm，量子線凹槽（4）的寬度均為50nm～500nm，量子線凸臺（5）的寬度均為10nm～100nm，且量子線凹槽（4）與量子線凸臺（5）周期性排列；

第六步，在源極（7）和漏極（8）的上部以及勢壘層（3）上的其它區域淀積厚度為0.05～0.5μm的鈍化層（9）；

第七步，在鈍化層（9）上制作掩膜，刻蝕柵槽，并在柵槽中淀積金屬，制作柵極（6）；

第八步，在柵極（6）和鈍化層（9）的上部淀積厚度為0.2～1.0μm的保護層（10）；

第九步，在鈍化層（9）和保護層（10）上進行互連開孔光刻及刻蝕，并蒸發互連金屬。

5.根據權利要求4所述的一維電子氣GaN基HEMT器件的制備方法，其特征在于襯底（1）采用藍寶石襯底或碳化硅襯底或硅襯底材料。

6.根據權利要求4所述的一維電子氣GaN基HEMT器件的制備方法，其特征在于所述第三步中在勢壘層（3）兩端淀積的金屬，采用Ti/Al/Ni/Au金屬組合，其中Ti的厚度為0.01～0.04μm，Al的厚度為0.05～0.2μm，Ni的厚度為0.03～0.15μm，Au的厚度為0.02～0.1μm。

7.根據權利要求4所述的一維電子氣GaN基HEMT器件的制備方法，其特征在于第五步所述的采用反應離子刻蝕方法或感應耦合等離子體刻蝕方法在勢壘層（3）上刻蝕出若干相互隔開的量子線凹槽（4），采用Cl₂反應氣體或BCl₃反應氣體進行。

8.根據權利要求4所述的一維電子氣GaN基HEMT器件的制備方法，其特征在于采用反應離子刻蝕方法刻蝕量子線凹槽（4）的工藝條件為：反應氣體Cl₂的流量為3～15sccm，壓力為5～10mT，功率為80～200W。

9.根據權利要求4所述的一維電子氣GaN基HEMT器件的制備方法，其特征在于采用感應耦合等離子體刻蝕方法刻蝕量子線凹槽（4）的工藝條件為：反應氣體Cl₂的流量為5～30sccm，壓力為1～3Pa，功率為180～600W。

10.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述第七步中在柵槽中淀積的金屬，采用Ni/Au/Ni金屬組合，其中第一層Ni的厚度為0.01～0.1μm，Au的厚度為0.08～0.4μm，第二層Ni的厚度為0.01～0.1μm。