[发明专利]利用原位生长图形化势垒层制备的HEMT及其方法

说明书

本发明公开了一种利用原位生长图形化势垒层制备的HEMT及其方法，在生长势垒层时，利用高温条件下关断MO源时势垒层会从螺位错终止处开始分解，通过重复外延生长和高温分解过程可以获得带有随机分布开孔的图形化势垒子层，避免凹槽图形化势垒制备复杂性和重复性问题，简化器件制作工艺。得到的HEMT栅对二维电子气的控制能力强，同时部分保持栅极下的导电能力，减小源漏电极的接触电阻，提高器件高频特性。

技术领域

本发明涉及半导体材料生长和器件结构层的外延生长，特别是涉及一种利用原位生长图形化势垒层制备的HEMT及其方法。

背景技术

目前，提高HEMT微波器件频率性能的主要途径是通过缩短栅长和采用更薄势垒。现在的技术可以实现了栅长30-50nm的器件，而一般情况下势垒层的厚度在20nm左右，在这个尺度下短沟道效应会越来越明显，从而限制器件的输出功率。为了增强器件的栅控能力、抑制短沟道效应，一是通过采用凹槽栅工艺，即采用干法刻蚀将栅极区域的势垒层减薄，缩短栅极到二维电子气沟道的距离，从而使栅极对二维电子气沟道的控制能力增强。另一个方法是基于沟道阵列的结构设计，即将栅极下方部分区域的势垒层完全去除，并通过将栅金属覆盖在沟道的顶部和两边的侧壁形成环栅结构，实现栅极对导电沟道的三维控制，从而增强了对沟道的调制能力。但由于栅极下方部分导电区域被去除，去除的这部分区域不能参与导电，降低了器件的导电能力，从而影响器件的输出功率。此外，现有的方法制作工艺复杂而且工艺成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种利用原位生长图形化势垒层制备的HEMT及其方法。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

利用原位生长图形化势垒层制备HEMT的方法包括以下步骤：

1)于一衬底上形成缓冲层；

2)于缓冲层上形成沟道层；

3)于沟道层上形成势垒层，所述沟道层和势垒层是三五族化合物异质结材料系统；所述势垒层包括固定组分势垒子层和图形化势垒子层，首先控制三族生长源和五族生长源气体通入流量恒定，生长所述固定组分势垒子层；然后控制五族生长源气体保持通入状态，周期性的通入和关断三族生长源气体生长所述图形化势垒子层；

4)于势垒层上形成源极和漏极；

5)于源极和漏极之间的势垒层上形成电介质层；

6)于电介质层上形成栅极。

可选的，所述固定组分势垒子层的厚度为2-10nm。

可选的，所述图形化势垒子层具有随机分布的若干开孔，所述开孔的宽度为5-30nm，深度为5-20nm。

可选的，所述势垒层/沟道层是AlGaN/GaN异质结材料系统。

可选的，所述固定组分势垒子层的生长条件为：TMAl流量为150-250sccm，TMGa流量为60-120sccm，NH₃的流量为8000-10000sccm，外延生长的表面温度为1000-1100℃，反应室气压为50-100mbar，生长时间为20-40s。

可选的，所述图形化势垒子层的周期生长条件为：以固定组分势垒子层的生长条件生长20-40s，然后关断TMAl和TMGa，于只通入NH₃的条件下原位分解20-40s；重复3～8个周期。