[发明专利]基于氟化石墨烯钝化的AlGaN/GaN HEMT器件及制作方法

说明书

本发明的基于氟化石墨烯钝化的AlGaN/GaN HEMT器件及其制作方法，将单层石墨烯转移到AlGaN表面，经过氟离子处理后绝缘，以此替代常规氮化物钝化层。然后在石墨烯上生长高k材料，两者共同作为栅介质，制备AlGaN/GaN金属‑绝缘层‑半导体（MIS）HEMT器件。石墨烯相比于传统钝化结构，具有物理厚度薄（亚纳米量级），附加阈值电压小的优点。同时，单层石墨烯也具有很好的隔离性能，防止生长高k材料的过程中，AlGaN表面被氧化而产生表面陷阱，以达到钝化的效果。另外，氟化过程能使石墨烯中引入负电荷，有利于HEMT器件的阈值电压正向移动，为实现增强型器件提供可能。本发明结构和方法简单，效果显著，在微电子与固体电子学技术领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于微电子与固体电子学技术领域，特别是涉及一种基于氟化石墨烯钝化的AlGaN/GaN HEMT器件及制作方法。

背景技术

高电子迁移率晶体管HEMT(High Electron Mobility Transistor)是一种异质结场效应晶体管，又称为调制掺杂场效应晶体管(MODFET)、二维电子气场效应晶体管(2-DEGFET)、选择掺杂异质结晶体管(SDHT)等。这种器件及其集成电路都能够工作于超高频(毫米波)、超高速领域，原因就在于它是利用具有很高迁移率的所谓二维电子气来工作的。

HEMT的基本结构就是一个调制掺杂异质结。高迁移率的二维电子气(2-DEG)存在于调制掺杂的异质结中，这种2-DEG不仅迁移率很高，而且在极低温度下也不“冻结”，则HEMT有很好的低温性能，可用于低温研究工作(如分数量子Hall效应)中。HEMT是电压控制器件，栅极电压Vg可控制异质结势阱的深度，则可控制势阱中2-DEG的面密度，从而控制着器件的工作电流。对于GaAs体系的HEMT，通常其中的n-AlxGa1-xAs控制层应该是耗尽的(厚度一般为数百nm，掺杂浓度为10⁷～10⁸/cm³)。若n-AlxGa1-xAs层厚度较大、掺杂浓度又高，则在Vg＝0时就存在有2-DEG，为耗尽型器件，反之则为增强型器件(Vg＝0时Schottky耗尽层即延伸到i-GaAs层内部)；但该层如果厚度过大、掺杂浓度过高，则工作时就不能耗尽，而且还将出现与S-D并联的漏电电阻。总之，对于HEMT，主要是要控制好宽禁带半导体层—控制层的掺杂浓度和厚度，特别是厚度。在考虑HEMT中的2-DEG面密度Ns时，通常只需要考虑异质结势阱中的两个二维子能带(i＝0和1)即可。2-DEG面电荷密度Ns将受到栅极电压Vg的控制。

AlGaN/GaN HEMT良好的高频高功率性能使其在微波功率放大器和高温数字电路领域颇具竞争力。AlGaN/GaN异质结由于较强的自发极化和压电极化，在AlGaN/GaN界面处存在高浓度的二维电子气。与Si基及GaAs基器件相比，AlGaN/GaNHEMT输出功率密度表现出了一个量级的提高。

然而，由于表面电子陷阱的存在，未钝化的AlGaN/GaN HEMT器件常表现出严重的电流崩塌现象，输出性能大幅下降。

基于以上所述，提供一种能够有效抑制电流崩塌效应的AlGaN/GaN HEMT器件及其制作方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于氟化石墨烯钝化的AlGaN/GaN HEMT器件及制作方法，用于解决现有技术中AlGaN/GaN HEMT器件具有比较严重电流崩塌效应的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于氟化石墨烯钝化的AlGaN/GaN HEMT器件，所述HEMT器件包括：基底；GaN层，位于所述基底之上；AlGaN层，结合于所述GaN层，且与所述GaN层之间的界面形成二维电子气面；源极及漏极，形成于所述AlGaN层上；绝缘的石墨烯钝化层，结合于所述AlGaN层表面；栅介质层，结合于所述绝缘的石墨烯钝化层表面；以及栅金属层，结合于所述栅介质层表面。