[发明专利]GaN基的MS栅增强型高电子迁移率晶体管及制作方法

权利要求书

1.一种GaN基的MS栅增强型高电子迁移率晶体管，自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)和GaN主缓冲层(3)，其特征在于：

GaN主缓冲层(3)的中间刻蚀有凹槽(4)，该凹槽(4)的底面为0001极性面，凹槽(4)侧面为非0001面，凹槽(4)两侧的GaN主缓冲层(3)上方为AlGaN主势垒层(5)，GaN主缓冲层(3)和AlGaN主势垒层(5)界面上形成主二维电子气2DEG层(12)；

凹槽(4)的底面和侧面方向上以及凹槽两侧的AlGaN主势垒层(5)表面，依次设有GaN次缓冲层(6)和AlGaN次势垒层(7)；凹槽底面上方的GaN次缓冲层(6)与AlGaN次势垒层(7)的界面上形成次二维电子气2DEG层(13)；凹槽侧面方向上的GaN次缓冲层(6)与AlGaN次势垒层(7)为非0001面的AlGaN/GaN异质结，该异质结界面处形成增强型的二维电子气2DEG层(15)；凹槽两侧的GaN次缓冲层(6)与AlGaN次势垒层(7)的界面上形成辅二维电子气2DEG层(14)；

所述AlGaN次势垒层(7)上为源级(8)、漏级(9)、栅极(11)和介质层(10)，该源级(8)和漏级(9)分别位于AlGaN次势垒层(7)上方的两侧，栅极(11)位于AlGaN次势垒层(7)上方的中间，介质层(10)分布在源级、漏级、栅级之外的区域；

所述的辅二维电子气2DEG层(14)、增强型的二维电子气层(15)以及次二维电子气2DEG层(13)，通过电子流经形成第一导电沟道(16)；所述的主二维电子气2DEG层(12)、增强型的二维电子气2DEG层(15)以及次二维电子气2DEG层(13)，通过电子流经形成第二导电沟道(17)，使凹槽(4)两侧的区域均为双沟道结构。

2.根据权利要求1所述的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，次二维电子气2DEG层(13)的水平位置低于主二维电子气2DEG层(12)的水平位置。

3.根据权利要求1所述的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，AlGaN主势垒层(5)和AlGaN次势垒层(7)为掺杂浓度为10×10¹⁹cm^-3的N型AlGaN。

4.一种GaN基的MS栅增强型高电子迁移率晶体管的制作方法，包括以下步骤：

1)在反应室中对衬底表面进行预处理；

2)在衬底上外延厚度为1.2um-3.2um的GaN主缓冲层；

3)在GaN外延层上外延N型掺杂的Al_xGa_l-xN主势垒层，在衬底上形成AlGaN/GaN异质结外延层，该Al_xGa_l-xN主势垒层厚度为15nm-38nm，且0.18≤x≤0.4；

4)光刻AlGaN/GaN异质结外延层，并采用反应离子刻蚀RIE方法，在AlGaN/GaN外延层上刻蚀形成长为0.5um，深度为40nm-160nm的凹槽；

5)将刻蚀后的外延层通过金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室二次外延厚度为24nm-120nm的GaN次缓冲层；

6)采用MOCVD技术在二次外延的GaN层上外延厚度为15nm-38nm的Al_xGa_l-xN次势垒层，且0.18≤x≤0.4；

7)在二次外延的Al_xGa_l-xN次势垒层上，采用等离子增强化学气相淀积PECVD方法淀积厚度为1nm-20nm的介质层；

8)在介质层上，光刻出源、漏、栅区域，并刻蚀去窗口下的介质层，获得源、漏、栅窗口；

9)光刻出源、漏区域，采用电子束蒸发技术淀积欧姆接触的金属，并进行金属剥离；

10)对欧姆接触金属进行退火，形成源、漏接触电极；

11)光刻出栅区域，并采用电子束蒸发技术淀积栅极金属，经剥离后形成肖特基栅电极；

12)光刻已形成源、漏、栅极的外延片，获得加厚电极图形，并采用电子束蒸发技术加厚电极，完成器件制作。

5.根据权利要求5所述的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，步骤2)中外延GaN主缓冲层的工艺条件为：温度为1050℃，压力为20Torr，氢气流量为1500sccm，氨气流量为6000sccm，镓源流量为220sccm。