[发明专利]一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT及其制备方法

说明书

本发明公开了一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT及其制备方法通过光刻工艺制备凹槽图形衬底，使得凹槽图形长度、宽度、深度可控，从而有效提高图形衬底上外延生长的微纳材料可控性。而且本发明直接在图形衬底上外延生长的微纳材料上制备HEMT器件，相对于通过剥离衬底获得微纳材料或者单根一维材料的转移衬底的方法制备集成器件，本发明有效简化了工艺步骤，更利于实际应用。本发明可广泛应用于半导体器件领域中。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT及其制备方法。

背景技术

半导体纳米线由于同时具备半导体的独特性质和一维纳米结构的大比表面积和高纵横比等特质使其成为时下研究的热点。由于纳米结构具有比较理想的物理和化学性质，在半导体器件的基本模块或互连元件方面极具潜力，因而在未来微电子集成技术中有着巨大的应用前景。

半导体微纳器件的制备主要有两种方法：一种是被称为“Top-Down”的技术，即利用技术手段将半导体材料如Si、Ge、GaN等变小，然后制备成器件；另外一种是被称为“Bottom-Up”的技术，主要是将无机或者有机半导体材料的分子、原子组装成纳米功能器件，使尺寸“大”起来。前者受限于光刻工艺和分辨率；而以分子自组装等为代表的“Bottom-Up”的生长方法能制备出晶体质量较高的微纳材料，成为各领域的研究热点，但是大多纳米一维材料的生长依赖于金属催化剂的随机引入，这导致微纳材料生长的随机性和不可控性，使微纳器件不能完全发挥微纳材料的潜能。

宽禁带半导体材料GaN拥有饱和电子迁移速度快、击穿电场高、物化性质稳定、抗辐射能力强等特质，是制作高温、高频、高功率微波器件的理想材料。由于AlGaN/GaN异质结界面二维电子气（2DEG）具有电子浓度大、功率密度高等特性，在制作HEMT器件中有着独特的优势。但是目前基于AlGaN/GaN纳米线异质结的HEMT器件制备并不成熟，大多制备方法中将异质结纳米线外延生长和器件制备分离，这不仅增加工艺复杂度，而且可控性低，限制了其实际应用和发展。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能简化工艺，且提高可控性的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT，包括衬底、刻蚀在衬底正面的多个等间距排列的凹槽和呈长条状的漏极和源极，各所述凹槽的侧壁上生长有纳米线形成纳米线阵列，所述衬底上设有掩膜层，所述漏极和源极分别设于纳米线阵列的两端并与各纳米线垂直连接，所述衬底背面制备有栅介质层，所述栅介质层下方形成有栅极。

作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT的进一步改进，各所述凹槽内的纳米线之间填充有绝缘介质材料，形成绝缘介质层。

作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT的进一步改进，所述凹槽侧壁与纳米线之间设有缓冲层。

作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT的进一步改进，所述纳米线包括在缓冲层上外延生长的核层、生长在核层上的薄层和生长在薄层上的壳层。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法，包括以下步骤：

A、在衬底上刻蚀形成多个等间距排列的凹槽；

B、在各凹槽侧壁上外延生长纳米线，形成纳米线阵列；

C、在各凹槽内两侧的纳米线之间填充绝缘介质材料形成绝缘介质层，并对绝缘介质层进行刻蚀使得各纳米线上端露出；

D、在纳米线阵列的两端分别制备形成与各纳米线垂直连接的漏极和源极；

E、在衬底背面制备形成栅介质层，并在栅介质层下方制备形成栅极。