[发明专利]一种GaN基薄膜晶体管结构及其制备方法

权利要求书

1.一种GaN基薄膜晶体管结构，其特征在于包括绝缘基板、绝缘介质膜、电极、GaN外延层和钝化介质膜；所述电极包括源电极、栅电极和漏电极，绝缘基板两面分别设有导电电极和键合电极，导电电极和键合电极之间通过绝缘基板中的导电通孔电气连接；绝缘介质膜位于绝缘基板的导电电极和外延层之间，钝化介质膜沉积在外延层外表面上，所述源电极、栅电极和漏电极位于外延层的同一侧或源电极和漏电极位于外延层的同一侧而栅电极位于外延层的另一侧；当源电极、栅电极和漏电极位于外延层的同一侧时，薄膜晶体管自下而上包括所述绝缘基板、源漏栅电极、绝缘介质膜、外延层、钝化介质膜，所述源漏栅电极即源电极、栅电极和漏电极，绝缘基板具有的三个键合电极分别与源电极、栅电极和漏电极对齐并贴合在一起；当源电极和漏电极位于外延层的同一侧而栅电极位于外延层的另一侧时，薄膜晶体管自下而上包括所述绝缘基板、源漏电极、绝缘介质膜、外延层、栅电极、钝化介质膜，钝化介质膜不覆盖栅电极，所述源漏电极即源电极和漏电极，绝缘基板具有的两个键合电极分别与源电极和漏电极对齐并贴合在一起。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管结构，其特征在于所述外延层厚度为100nm～3000nm。

3.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管结构，其特征在于所述的绝缘基板为高电阻率耐压材料，厚度为1um～1mm,所述的绝缘基板采用AlN陶瓷材料；所述绝缘介质膜是二氧化硅、氮化硅或者氮化铝，厚度100-3000nm；所述钝化层可以是二氧化硅、氮化硅或者氮化铝，厚度50-5000nm。

4.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管结构，其特征在于所述绝缘基板的两面镀有用于形成导电电极和键合电极的电极图案，通过钻孔并在孔内填充导电材料使两面对应位置的电极电气连通。

5.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管结构，其特征在于所述源电极和漏电极为Ti/Al/Ti/Au合金材料，其中第一层Ti的厚度为5-100nm，Al的厚度为100-5000nm，第二层Ti的厚度10-1000nm，Au的厚度100-2000nm；栅电极为Ni/Au合金，其中Ni的厚度10-1000nm，Au的厚度50-5000nm。

6.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管结构，其特征在于所述外延层包含AlGaN势垒层、GaN沟道层、GaN缓冲层；所述AlGaN势垒层厚度5-50nm；所述GaN沟道层厚度50~500nm；所述GaN缓冲层50~5000nm。

7.根据权利要求6所述的一种薄膜晶体管结构，其特征在于所述外延层中还在AlGaN势垒层下方增加一层盖帽层，所述盖帽层厚度0-5nm，材料是GaN、AlN或者氮化硅。

8.根据权利要求7所述的一种薄膜晶体管结构，其特征在于所述外延层中的势垒层和沟道层之间增加一氮化铝插层，厚度0-5nm。

9.制备权利要求1～8任一项所述GaN基薄膜晶体管结构的方法，其特征在于包括如下步骤：

在衬底上生长GaN缓冲层，然后再生长GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN盖帽层，得到高电子迁移率晶体管外延片；

将步骤(1)所述的外延片放入丙酮清洗5分钟，再放入乙醇清洗5分钟，之后用去离子水清洗5分钟，最后用氮气吹干；

在经过步骤(2)清洗的外延片上制备源、漏和栅电极；

将步骤(3)所得样品键合到绝缘基板上；

将步骤(4)所述样品的衬底去除；

将步骤(5)所述样品采用化学腐蚀或者物理刻蚀的方法，去除部分GaN层；

将步骤(7)所述的样品沉积绝缘钝化膜。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于与衬底接触的低晶体质量GaN外延层部分被刻蚀掉；外延层的总厚度为100-3000nm。