[发明专利]三维量子阱晶体管及其形成方法

权利要求书

1.一种三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底表面形成绝缘的缓冲层；

刻蚀所述缓冲层，形成鳍部；

在所述半导体衬底表面形成绝缘层，所述绝缘层表面低于鳍部的顶部；

在所述鳍部表面形成量子阱层和位于量子阱层表面的势垒层；

在所述绝缘层表面和势垒层表面形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构包括位于绝缘层表面和势垒层表面的栅介质层和位于所述栅介质层表面的栅极；

在所述栅极结构两侧形成侧墙；

在所述栅极结构两侧的鳍部内形成凹槽，使所述侧墙悬空；

在所述凹槽内形成源极和漏极，所述源极和漏极的一侧边缘与栅极结构的边缘对齐。

2.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，在所述栅极结构两侧的鳍部内形成凹槽，使侧墙悬空的方法包括：采用干法刻蚀工艺，以所述栅极结构和侧墙作为掩膜，依次向下刻蚀所述势垒层、量子阱层、鳍部，然后采用湿法刻蚀工艺，去除侧墙下方的部分势垒层、部分量子阱层和部分鳍部，使侧墙悬空。

3.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底晶面为（111）。

4.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，所述缓冲层的材料为AlN，所述缓冲层的厚度范围为1微米~2微米。

5.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，所述量子阱层的材料为III-V族化合物或II-VI族化合物。

6.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，所述量子阱层的材料为GaN、AlGaN、InGaN或Ge，所述量子阱层的厚度范围为10纳米~100纳米。

7.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，所述势垒层的材料为III-V族化合物或II-VI族化合物。

8.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，所述势垒层的材料包括AlN、AlGaN或AlInN，所述势垒层的厚度范围为1纳米~10纳米。

9.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，还包括，在形成所述栅极结构之前，在所述势垒层表面形成盖帽层，所述盖帽层的厚度范围为1纳米~3纳米，所述盖帽层的材料为GaN。

10.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，所述源极和漏极的材料为N型掺杂的GaN。

11.根据权利要求1所述的三维量子阱晶体管的形成方法，其特征在于，还包括在所述源极和漏极表面形成金属电极，所述金属电极的材料为NiAu或CrAu。

12.一种三维量子阱晶体管，其特征在于，包括：

半导体衬底；

位于半导体衬底表面的鳍部和绝缘层，所述绝缘层的表面低于鳍部的顶部；

位于鳍部表面的量子阱层；

位于量子阱层表面的势垒层；

位于绝缘层表面和势垒层表面的横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构包括位于绝缘层表面和势垒层表面的栅介质层和位于栅介质层表面的栅极；

位于所述栅极结构两侧的鳍部内的源极和漏极，所述源极和漏极的一侧边缘与栅极结构的边缘对齐；

位于栅极结构两侧且位于源极和漏极表面的侧墙。

13.根据权利要求12所述的三维量子阱晶体管，其特征在于，所述半导体衬底晶面为（111）。

14.根据权利要求12所述的三维量子阱晶体管，其特征在于，所述鳍部的材料为AlN，所述鳍部的高度范围为1微米~2微米。

15.根据权利要求12所述的三维量子阱晶体管，其特征在于，所述量子阱层的材料为III-V族化合物或II-VI族化合物。

16.根据权利要求12所述的三维量子阱晶体管，其特征在于，所述量子阱层的材料为GaN、AlGaN、InGaN或Ge，所述量子阱层的厚度范围为10纳米~100纳米。