[发明专利]阶梯型凹槽栅高电子迁移率晶体管

权利要求书

1.一种阶梯型凹槽栅高电子迁移率晶体管HEMT，自下而上包括：衬底(1)、成核层(2)、主沟道层(3)和主势垒层(4)，主势垒层(4)顶端两侧为源极(5)和漏极(6)，中间为栅极(7)，其特征在于：主势垒层(4)上设有n个辅沟道层与辅势垒层组成的交替循环异质结构，n的取值为1～3；最顶层辅势垒层与主势垒层(4)之间设有凹槽(9)，该凹槽靠近漏极一侧的凹槽壁呈阶梯型；栅极(7)位于凹槽(9)中，且栅极与凹槽之间设有介质层(8)。

2.根据权利要求1所述的阶梯型凹槽栅高电子迁移率晶体管，其特征在于，主沟道层(3)与主势垒层(4)的界面上，及每一个辅沟道层与紧接其上的辅势垒层的界面上都形成有二维电子气2DEG。

3.根据权利要求1所述的阶梯型凹槽栅高电子迁移率晶体管，其特征在于，凹槽(9)的深度呈台阶式减小，最深的台阶位于主势垒层(4)上，最浅的台阶位于最顶层辅势垒层上方的介质层上，中间的台阶位于交替循环异质结构中的辅势垒层上；每个台阶深度的减少量等于一个辅沟道层与一个辅势垒层厚度之和。

4.根据权利要求1所述的阶梯型凹槽栅高电子迁移率晶体管，其特征在于，介质层(8)在垂直方向上的厚度是50～200nm，在水平方向上的厚度是10～50nm。

5.一种制作阶梯型凹槽栅高电子迁移率晶体管的方法，包括如下步骤：

第一步，采用金属有机化合物化学气相淀积MOCVD技术在衬底(1)上外延厚度是30～100nm的成核层(2)，其中成核层的成分为Al_xGa_1-xN，且0≤x≤1；

第二步，采用MOCVD技术在成核层(2)上外延厚度是1～4μm的主沟道层(3)，其中主沟道的成分为GaN；

第三步，采用MOCVD技术在主沟道层(3)上外延厚度是20～40nm的主势垒层(4)，其中主势垒层(4)的成分为Al_xGa_1-xN，且0＜x＜1；

第四步，外延辅沟道层与辅势垒层组成的交替循环异质结构：

(4a)确定辅沟道层与辅势垒层组成的交替循环异质结构的个数n为1～3；

(4b)采用MOCVD技术在主势垒层(4)上外延n个辅沟道层与辅势垒层组成的交替循环异质结构，其中辅沟道层为GaN，厚度为20～30nm；辅势垒层为Al_xGa_1-xN，0＜x＜1，厚度为20～40nm；

第五步，每个台阶对应一次光刻与一次刻蚀，共进行n次光刻与刻蚀，即先刻蚀最深的台阶至主势垒层(4)，再由深到浅刻蚀其余台阶至各个辅势垒层，得到阶梯型的凹槽(9)；

第六步，采用等离子体增强化学气相沉积PECVD设备淀积厚度为100～500nm的介质层(8)，该介质层覆盖最顶层辅势垒层表面和凹槽(9)内壁；

第七步，光刻并刻蚀出源极和漏极区域，采用反应离子刻蚀技术从介质层表面开始刻蚀至主势垒层(4)；

第八步，在源极和漏极区域，采用电子束蒸发技术蒸发欧姆接触的金属，经退火后形成源电极和漏电极；

第九步，n+1次光刻与刻蚀介质层得到阶梯型栅极区域，刻蚀结果使得栅极(7)和凹槽(9)之间介质层的厚度在垂直方向上为50～200nm，在水平方向上为10～50nm；

第十步，在栅极区域，采用电子束蒸发技术蒸发肖特基接触的金属，形成栅电极；

第十一步，在已形成源、漏、栅极结构的表面上，光刻获得到加厚电极图形，采用电子束蒸发技术加厚电极，完成器件制作。

6.根据权利要求5所述的高电子迁移率晶体管的方法，其特征在于，步骤(4b)中外延的各个辅沟道层的厚度相等，各个辅势垒层的厚度也相等。

7.根据权利要求5所述的高电子迁移率晶体管的方法，其特征在于，第五步中刻蚀的各个台阶的宽度取值范围是0.7～1.2μm。

8.根据权利要求5所述的高电子迁移率晶体管的方法，其特征在于，第五步刻蚀的各个台阶为等间距，该间距为一个辅沟道层与一个辅势垒层的厚度之和。