[发明专利]基于刻蚀的一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法

权利要求书

1.一种基于刻蚀的一维电子气GaN基HEMT器件，其结构自下而上包括衬底（1）、缓冲层（2）、势垒层（3）、钝化层（9）和保护层（10）；势垒层（3）上的两端分别为源极（7）和漏极（8），钝化层（9）位于源极（7）和漏极（8）之间的势垒层（3）上，该钝化层（9）上开有栅槽，栅槽中设有栅极（6），其特征在于：

所述的势垒层（3）上刻蚀有若干均匀排列的量子线凹槽（4），得到若干宽度为纳米量级的量子线凸台（5），该量子线凹槽（4）横向隔断二维电子气导电沟道，在量子线凸台（5）的异质结中形成一维电子气；

所述的缓冲层（2）采用GaN半导体材料；

所述的势垒层（3）采用AlGaN半导体材料。

2.根据权利要求1所述的一维电子气GaN基HEMT器件，其特征在于量子线凹槽（4）中的势垒层厚度小于3nm。

3.根据权利要求1所述的一维电子气GaN基HEMT器件，其特征在于量子线凹槽（4）的宽度均为50nm～500nm，量子线凸台（5）的宽度均为10nm～100nm，且量子线凹槽（4）与量子线凸台（5）周期性排列。

4.一种基于刻蚀的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：

第一步，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）；

第二步，在缓冲层（2）上淀积厚度为10～50nm的AlGaN半导体材料，作为势垒层（3），其中AlGaN材料的Al组分为15%～30%；

第三步，在势垒层（3）上第一次制作掩膜，进行源极和漏极光刻，并在势垒层（3）的两端淀积金属，分别制作源极（7）和漏极（8）；

第四步，在势垒层（3）上第二次制作掩膜，进行台面光刻和台面刻蚀，将二维电子气导电沟道完全刻断以实现对器件的隔离，其中台面刻蚀深度为100nm～300nm，台面间距为3～10μm；

第五步，在势垒层（3）上涂电子光刻胶，采用电子束光刻出所需要的量子线图形，然后采用反应离子刻蚀方法或感应耦合等离子体刻蚀方法在势垒层（3）上刻蚀出若干相互隔开的量子线凹槽（4），得到若干量子线凸台（5），其中量子线凹槽（4）中的势垒层厚度小于3nm，量子线凹槽（4）的宽度均为50nm～500nm，量子线凸台（5）的宽度均为10nm～100nm，且量子线凹槽（4）与量子线凸台（5）周期性排列；

第六步，在源极（7）和漏极（8）的上部以及势垒层（3）上的其它区域淀积厚度为0.05～0.5μm的钝化层（9）；

第七步，在钝化层（9）上制作掩膜，刻蚀栅槽，并在栅槽中淀积金属，制作栅极（6）；

第八步，在栅极（6）和钝化层（9）的上部淀积厚度为0.2～1.0μm的保护层（10）；

第九步，在钝化层（9）和保护层（10）上进行互连开孔光刻及刻蚀，并蒸发互连金属。

5.根据权利要求4所述的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于衬底（1）采用蓝宝石衬底或碳化硅衬底或硅衬底材料。

6.根据权利要求4所述的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于所述第三步中在势垒层（3）两端淀积的金属，采用Ti/Al/Ni/Au金属组合，其中Ti的厚度为0.01～0.04μm，Al的厚度为0.05～0.2μm，Ni的厚度为0.03～0.15μm，Au的厚度为0.02～0.1μm。

7.根据权利要求4所述的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于第五步所述的采用反应离子刻蚀方法或感应耦合等离子体刻蚀方法在势垒层（3）上刻蚀出若干相互隔开的量子线凹槽（4），采用Cl₂反应气体或BCl₃反应气体进行。

8.根据权利要求4所述的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于采用反应离子刻蚀方法刻蚀量子线凹槽（4）的工艺条件为：反应气体Cl₂的流量为3～15sccm，压力为5～10mT，功率为80～200W。

9.根据权利要求4所述的一维电子气GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于采用感应耦合等离子体刻蚀方法刻蚀量子线凹槽（4）的工艺条件为：反应气体Cl₂的流量为5～30sccm，压力为1～3Pa，功率为180～600W。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述第七步中在栅槽中淀积的金属，采用Ni/Au/Ni金属组合，其中第一层Ni的厚度为0.01～0.1μm，Au的厚度为0.08～0.4μm，第二层Ni的厚度为0.01～0.1μm。