[发明专利]含铁电层的GaN基增强型器件及制备方法

权利要求书

1.含铁电层的GaN基增强型器件，其特征在于，包括AlGaN/GaN/Al₂O₃半导体异质结构衬底，在衬底上设置有ZnO缓冲层和外延LiNbO₃型铁电薄膜层，ZnO缓冲层设置于衬底和外延LiNbO₃型铁电薄膜层之间；AlGaN以Al_xGa_1-xN表示，x为Al的摩尔含量，0＜x≤1。

2.如权利要求1所述的含铁电层的GaN基增强型器件，其特征在于，GaN或AlGaN沿（0001）方向取向。

3.如权利要求1所述的含铁电层的GaN基增强型器件，其特征在于，所述ZnO缓冲层的材料为Al元素掺杂的ZnO。

4.如权利要求1所述的含铁电层的GaN基增强型器件，其特征在于，外延LiNbO₃型铁电薄膜层的材料为LiNbO₃或Mg元素掺杂的LiNbO₃。

5.如权利要求1所述的含铁电层的GaN基增强型器件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）对AlGaN/GaN薄膜衬底进行台面刻蚀，然后分别在源漏区制备欧姆电极；

（2）在栅极区覆盖光刻胶，栅长为d₁，然后在衬底表面沉积第一层掩模层；

（3）去除栅极区的覆盖层，包括光刻胶及其上覆盖的第一层掩模层材料；

（4）再次通过光刻技术，在前一步骤形成的栅极区覆盖光刻胶，栅长为d₂，然后在样品表面沉积第二层掩模层；

（5）再次去除栅极区的覆盖层，包括光刻胶及其上覆盖的第二层掩模层材料；

（6）对表面进行清洗和酸性清洁；

（7）真空环境下，在表面完成ZnO缓冲层的沉积及原位的后续热处理；

（8）完成LiNbO₃铁电薄膜层的生长；

（9）完成肖特基金属电极的沉积；

（10）去除第二掩模层，然后利用光刻技术将栅极区覆盖光刻胶；

（11）去除第一掩模层；

（12）去除栅极区光刻胶，形成场效应管器件。

6.如权利要求5所述的含铁电层的GaN基增强型器件的制备方法，其特征在于，第一掩模层材料为Si₃N₄或SiO₂，其厚度为200~300nm；第二掩模层材料为Cu，其厚度为100~200nm；

第一掩模层、第二掩模层均在室温条件下沉积。

7.如权利要求5所述的含铁电层的GaN基增强型器件的制备方法，其特征在于，0<d₂<d₁<源漏间距。

8.如权利要求5所述的含铁电层的GaN基增强型器件的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中，真空度为5×10^-4Pa；沉积温度为500-600℃；厚度为3-10nm；后续原位热处理工艺为：氧气压5×10⁴Pa；退火温度与沉积温度相同；退火时间为30分钟。

9.如权利要求5所述的含铁电层的GaN基增强型器件的制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中，采用单晶靶，利用脉冲激光源轰击靶材沉积铁电薄膜，薄膜的沉积温度为550℃，氧气压维持20Pa不变，厚度为30-100nm。

10.如权利要求5所述的含铁电层的GaN基增强型器件的制备方法，其特征在于，所述步骤（10）中，超声振动的条件下，在1~3%的FeCl₃溶液中浸泡以去除第二掩模层；

所述步骤（11）中，在超声振动的条件下，在3~5%的HF溶液中浸泡以去除第一掩模层。