[发明专利]基于溅射AlN基板的混合极性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于溅射AlN基板的混合极性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制备方法，所述制备方法包括：在衬底的预设部分溅射生长AlN基板；在衬底的其余部分和AlN基板上生长AlN成核层；在AlN成核层上生长混合极性GaN缓冲层；在混合极性GaN缓冲层上生长插入层；在插入层上生长混合极性AlGaN势垒层；在衬底的其余部分对应的AlGaN势垒层上蒸发欧姆金属，退火，然后在衬底的其余部分对应的GaN缓冲层上形成源极和漏极，同时在AlN基板对应的AlGaN势垒层上制备栅极，最终完成混合极性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的制备。通过这种制备方法，可以得到一种混合极性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，在有效减小源极、漏极欧姆接触电阻的基础上，抑制栅极下方材料漏电，从而大幅度提升器件性能。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种基于溅射AlN基板的混合极性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制备方法。

背景技术

由于N极性面GaN与常规Ga极性面的GaN极性完全相反，其在光电器件、探测器和微波功率器件等领域有很好应用前景。比如，采用 N极性面GaN材料制备LED器件，由于耗尽电场和极化电场方向相同，可以缩短耗尽区的宽度，从而获得较低的开启电压，而较低的开启电压有利于缓解量子限制斯塔克效应，从而提高LED的发光效率；采用N 极性面GaN材料制备氢气探测器时，由于氢原子与N极性面GaN材料表面的亲和力远大于Ga极性面GaN材料，因此基于N极性面GaN肖特基二极管的灵敏度要高于Ga极性面GaN器件的灵敏度；采用N极性面GaN材料制备HEMT器件具有天然背势垒、欧姆接触电阻低、更好的等比例缩小特性等优势。但是由于N极性面材料对O杂质的吸附能力太强，导致材料内部O杂质含量往往达到10¹⁹量级，这使得其背景载流子浓度处于一个很高的水平，这一难题至今还未能有效的解决。因此，将基于N面异质结材料的电子器件必然存在着严重的漏电问题。但是，基于混合极性AlGaN/GaN异质结构，选用源极和漏极下方材料为N面材料，而栅极下方材料为Ga极性材料，则能够有效利用N极性面材料制备欧姆接触电阻低的优势，同时可以避免N面材料漏电对HEMTs器件带来的不利影响，能够大幅度提升器件性能。

目前实现混合极性氮化物材料生长的工艺主要基于MBE(分子束外延)生长方法和干法刻蚀技术。其制备流程如图1所示，图1为现有技术提供的一种制备混合极性GaN材料的方法：首先，在蓝宝石衬底上采用 MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)或者MBE技术外延一定厚度的 AlN成核层；然后在成核层上做图形掩膜；再用干法刻蚀将非掩膜区刻蚀至衬底，并将掩膜去除；最后，再使用MBE外延GaN。利用MBE直接在蓝宝石衬底上生长的GaN是N极性面，而在AlN成核层上生长的GaN是 Ga极性面的原理，实现混合极性GaN的生长。

然而，这一混合极性的方法较为繁琐，需要经过干法刻蚀和再生长等复杂的工艺过程，大大提升了实验的成本并降低了工艺的稳定性和可重复性。同时，直接在蓝宝石衬底上生长出来的N极性面GaN材料质量较差，难以满足器件制备工艺要求。

因此，需要探索更为简便易行的技术方案来实现高质量混合极性氮化物薄膜材料的生长。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于溅射AlN 基板的混合极性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个实施例提供了一种基于溅射AlN基板的混合极性 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的制备方法，包括：

在衬底的预设部分溅射生长AlN基板；

在所述衬底的其余部分和所述AlN基板上生长AlN成核层；

在所述AlN成核层上生长混合极性GaN缓冲层；

在所述GaN缓冲层上生长插入层；